En zirkoniumoxidkula visar sitt värde i kvarnen, inte på specifikationsbladet

Många jämför zirkoniumoxidkulor med aluminiumoxid utifrån hårdhet och drar fel slutsats. Aluminiumoxid är ofta något hårdare. Det är dock inte därför som man i en högenergi-kvarn till slut väljer zirkoniumoxid stabiliserad med yttriumoxid eller ceriumoxid. De avgörande faktorerna är densitet, seghet och hur stor del av kulan som fortfarande är intakt efter en månads drift med spetshastighet.

En bra Y-TZP-kula består ungefär av 95% ZrO₂ med cirka 5% Y₂O₃, sintrad till en tät, finkornig, tetragonal struktur. Densiteten ligger nära 6,0 g/cm³. Ceria-stabiliserade medier kan ha en något högre densitet, omkring 6,2. 92 procent aluminiumoxid har en densitet på cirka 3,6–3,7. Glas ligger i mitten av 2-talet. Den kinetiska energin vid en kollision är proportionell mot massan. Vid samma kuldiameter och samma hastighet överför zirkoniumoxidkulorna mer energi till uppslamningen. Det är så man maler finare, eller maler samma kornstorlek vid högre fastämneshalt, utan att bara snurra kvarnen snabbare tills foderet brinner upp.

Seghet är den andra halvan. Aluminiumoxid är hårt och sprött. Brottsegheten för Y-TZP eller Ce-TZP ligger vanligtvis i intervallet 8–12 MPa·m½, vilket är två eller tre gånger så hög som för en aluminiumoxidkula. Mekanismen är förvandlingshärdning: när en spricka försöker sprida sig övergår den tetragonala kornstrukturen till monoklinisk, och volymförändringen motverkar sprickan. I kvarnen innebär detta färre krossade kulor i utmatningssilen och mindre vassa fragment som sliter på rotorn. Billig zirkoniumoxid med grova korn eller dålig stabilisering ger inte samma fördel. Den flisar av sig som en hård sten och då får man betala dubbelt – förlust av slipmedel plus slitage på kvarnen.

Det är vid slitage som inköpspriset visar sitt rätta värde. Zirkoniumoxid kostar flera gånger mer per kilo än aluminiumoxid. I färger, tryckfärger, elektronisk keramik, batterimaterial och högren kvarts är föroreningarna från en snabbslitande kula dyrare än själva kulan. Stål lämnar kvar järn. Aluminiumoxid lämnar kvar aluminiumoxid. En Y-TZP-kula med lågt slitage lämnar kvar mycket lite av någonting, vilket är anledningen till att produkten inte kan ta upp färg eller järn. Ceria-stabiliserade kulsorter är ofta arbetshästarna i våta, högenergikvarnar; yttriumoxidkvaliteter är det vanliga valet när renhet och små storlekar (ner till 0,1–0,3 mm för nanomalning) är viktiga.

Storleken måste fortfarande passa kvarnen. En 2 mm stor kula i en kvarn avsedd för 0,8 mm kommer inte att “slå hårdare på ett meningsfullt sätt”. Den kommer istället att få separatorn att fastna och slita på siktet. Fyllningsgraden, slurryns viskositet och spetshastigheten avgör om hög densitet är till hjälp eller bara genererar värme. Zirkoniumoxidförstärkt aluminiumoxid ligger mittemellan – tätare och segare än ren aluminiumoxid, billigare än ren TZP – och det är en verklig kvalitet, inte en kompromiss-slogan, om malningen inte kräver 6 g/cm³.

Om du byter slipmedel ska du inte bara fråga efter priset per kilo. Fråga efter slitagehastigheten i din uppslamning, krosshållfastheten vid den diameter du använder, sfäriciteten och vad som faktiskt lossnar från kulan och hamnar i produkten. En zirkoniumoxidkula är ett slipverktyg. Det lönar sig när kvarnen uppfyller specifikationerna med mindre förlust av slipmedel och mindre skräp i satsen. Det lönar sig inte bara för att namnet på påsen låter exklusivt.