Kulka z cyrkonu sprawdza się w młynie, a nie tylko na karcie technicznej

Ludzie porównują kulki z cyrkonu z kulkami z tlenku glinu pod względem twardości i dochodzą do błędnego wniosku. Tlenek glinu jest często nieco twardszy. Nie jest to jednak powód, dla którego w młynach wysokoenergetycznych stosuje się cyrkon stabilizowany tlenkiem itru lub tlenkiem ceru. Istotnymi parametrami są gęstość, wytrzymałość oraz to, jaka część kulki pozostaje w nienaruszonym stanie po miesiącu pracy przy danej prędkości obrotowej.

Dobra kulka z Y-TZP składa się w przybliżeniu z 95% ZrO₂ i około 5% Y₂O₃; jest spiekana, gęsta, drobnoziarnista i ma strukturę tetragonalną. Gęstość wynosi około 6,0 g/cm³. Środki stabilizowane tlenkiem ceru mogą osiągać nieco wyższą gęstość, około 6,2. Gęstość tlenku glinu wynosząca 92% wynosi około 3,6–3,7. Gęstość szkła mieści się w przedziale 2,5–2,7. Energia kinetyczna podczas zderzenia jest proporcjonalna do masy. Przy tej samej średnicy kulek i tej samej prędkości uderzenie kulek z tlenku cyrkonu przenosi więcej energii do zawiesiny. W ten sposób można uzyskać drobniejszy rozdrabnianie lub rozdrabniać tę samą frakcję przy wyższym stężeniu cząstek stałych, bez konieczności zwiększania prędkości młyna do momentu, aż wykładzina ulegnie przegrzaniu.

Odporność na pękanie to druga strona medalu. Tlenek glinu jest twardy i kruchy. Odporność na pękanie w przypadku Y-TZP lub Ce-TZP mieści się zazwyczaj w przedziale 8–12 MPa·m½, czyli jest dwa lub trzy razy większa niż w przypadku kulki z tlenku glinu. Mechanizm ten polega na wzmocnieniu transformacyjnym: gdy pęknięcie próbuje się rozprzestrzeniać, ziarno tetragonalne przechodzi w strukturę monokliniczną, a zmiana objętości przeciwdziała rozprzestrzenianiu się pęknięcia. W młynie przekłada się to na mnieją liczbę rozbitych kulek na sicie wyładowczym oraz mniej ostrych odłamków niszczących wirnik. Tani cyrkon o gruboziarnistej strukturze lub słabej stabilizacji nie zapewnia tej korzyści. Odłamuje się jak twarda skała, a wtedy płacisz podwójnie — za utratę mediów oraz zużycie młyna.

To właśnie w procesie zużycia ujawnia się prawdziwa wartość ceny zakupu. Cyrkon kosztuje kilka razy więcej niż tlenek glinu za kilogram. W farbach, tuszach, ceramice elektronicznej, materiałach do akumulatorów oraz kwarcu o wysokiej czystości zanieczyszczenie spowodowane szybko zużywającą się kulką jest droższe niż sama kulka. Stal pozostawia żelazo. Tlenek glinu pozostawia tlenek glinu. Kulka Y-TZP o niskim zużyciu pozostawia bardzo niewiele jakichkolwiek pozostałości, co ma znaczenie w sytuacjach, gdy produkt nie może przybierać barwy ani zawierać żelaza. Nośniki stabilizowane tlenkiem ceru są często podstawowym rozwiązaniem w mokrych młynach o wysokiej energii; gatunki z dodatkiem tlenku itru są zazwyczaj wybierane, gdy liczy się czystość i małe rozmiary (do 0,1–0,3 mm w przypadku mielenia nanometrycznego).

Rozmiar nadal musi być dopasowany do młyna. Kulka o średnicy 2 mm w młynie zaprojektowanym dla 0,8 mm nie będzie “uderzać mocniej w sposób przydatny”. Spowoduje to zablokowanie separatora i uszkodzenie sita. Szybkość napełniania, lepkość zawiesiny oraz prędkość obwodowa decydują o tym, czy wysoka gęstość jest pomocna, czy tylko generuje ciepło. Tlenek glinu wzmocniony cyrkonem plasuje się pośrodku — jest gęstszy i twardszy niż zwykły tlenek glinu, a tańszy niż pełny TZP — i jest to prawdziwy gatunek, a nie hasło reklamowe, jeśli proces mielenia nie wymaga gęstości 6 g/cm³.

Jeśli zamierzasz zmienić rodzaj materiału mielonego, nie pytaj wyłącznie o cenę za kilogram. Zapytaj o stopień zużycia w Twojej zawiesinie, wytrzymałość na zgniatanie przy stosowanej średnicy, sferyczność oraz o to, co faktycznie odrywa się od kulki i przedostaje się do produktu. Kulka cyrkonowa jest narzędziem mielącym. Opłaca się, gdy młyn osiąga wymagane parametry przy mniejszej utracie kul i mniejszej ilości zanieczyszczeń w partii. Nie opłaca się tylko dlatego, że nazwa na opakowaniu brzmi ekskluzywnie.