»Krogla« bi lahko bistveno vplivala na usodo uporabe aluminijevega oksida visoke-čistosti.
Aluminijev oksid visoke-čistosti je zaradi svojih izjemnih optičnih, električnih, toplotnih in mehanskih lastnosti postal kritičen temeljni material za podporo razvoju sodobnih visoko{1}}tehnoloških industrij. Od osvetlitve LED in separatorjev litijevih baterij do polprevodniških rezin in vrhunskih-optičnih komponent, različni razredi čistosti visoko-čistega aluminijevega oksida igrajo nenadomestljivo vlogo, saj postavljajo vedno-višje zahteve glede kakovosti prahu.
Med pripravo visoko{0}}čistega nano-aluminijevega oksida v prahu je oprema za mokro ultrafino mletje, kot so kroglični mlini in kroglični mlini, najprimernejša izbira za stopnjo drobljenja. Pri uporabi tovrstne opreme za ultrafino mletje je izbira medija za mletje zelo pomembno vprašanje, saj določa stroške, učinkovitost in kakovost končnega izdelka po mletju. Običajni mediji za mletje vključujejo steklene kroglice, kroglice iz cirkonijevega silikata, jeklene kroglice, kroglice iz aluminijevega oksida, kroglice iz cirkonijevega oksida itd. Ti igrajo pomembno vlogo v procesu mokrega mletja in pri zmanjševanju velikosti delcev prahu. Vendar je pomembno upoštevati, da se tudi brusilni mediji z odlično odpornostjo proti obrabi ne morejo popolnoma izogniti obrabi, obrabljeni delci pa bodo onesnažili material, ki se melje. Zato proizvajalci na splošno raje uporabljajo brusilne medije iz enakih ali podobnih materialov.
01 Dejavniki, ki vplivajo na kroglice iz aluminijevega oksida
Keramične kroglice iz aluminijevega oksida so obrabne-komponente zaradi trenja, na njihovo stopnjo obrabe pa vplivajo notranji in zunanji dejavniki, pri čemer imajo notranji dejavniki večji vpliv.
Odpornost proti obrabi aluminijeve keramike je tesno povezana z mehanskimi lastnostmi materiala in sinergističnimi učinki njegove mikrostrukture. Trenutno sta žilavost in velikost zrn keramike najbolj raziskana dejavnika in sta notranja dejavnika, ki sta najtesneje povezana z odpornostjo proti obrabi. Žilavost pomembno vpliva na keramiko. Ker manjše velikosti zrn na splošno vodijo k boljši odpornosti proti obrabi v keramiki, se obrabno{3}}odporna keramika razvija v smeri mikrokristalnih struktur.
Med drobljenjem prahu z opremo za mletje obraba brusnega medija zaradi krhkega loma ne vpliva le na življenjsko dobo samega medija, ampak zlahka povzroči tudi težave s kontaminacijo. Zato je za zmanjšanje vpliva mletja na čistost prahu aluminijevega oksida pogosto potrebna uporaba keramičnih brusnih kroglic-aluminijevega oksida, odpornih na obrabo, visoke-čistosti.
02 Izbira surovin
Čistost
Na splošno je uporaba visoko{0}}čistega -Al₂O₃ prahu ključni predpogoj za pripravo visoko-zmogljivih mlevnih krogel iz aluminijevega oksida. To je predvsem zato, ker: Prvič, uporaba prahu -Al₂O₃ visoke čistosti lahko učinkovito zmanjša tveganje za nastanek por po sintranju in prepreči možnost, da anorganske nečistoče reagirajo s keramičnim prahom pri visokih temperaturah ali ostanejo v matrici in tvorijo mikrorazpoke. To zagotavlja gostoto krogel za mletje aluminijevega oksida, kar jim daje večjo učinkovitost mletja in odpornost proti obrabi. Drugič, uporaba surovin visoke-čistosti pomeni, da tudi če se mlevne krogle občutno obrabijo, ločeni delci ne bodo onesnažili prahu-aluminijevega oksida visoke čistosti, s čimer se ohrani njegova čistost.
Velikost delcev
Mehanizem obrabe brusnih krogel vključuje predvsem plastično deformacijo in delni transgranularni lom, kar ima za posledico blago obrabo. Če so zrna groba, lahko pride do intergranularnega loma, kar povzroči močno obrabo. Manjša kot je velikost zrn, boljša je odpornost proti obrabi keramike. Zato je pri izbiri velikosti delcev surovega prahu priporočljivo uporabiti surovine -Al₂O₃ s čim manjšo velikostjo delcev, da zmanjšate velikost zrn keramike in povečate odpornost proti obrabi mlevnih krogel. Poleg tega imajo manjši delci v primerjavi z večjimi delci večjo specifično površino ali površinsko energijo, kar zagotavlja večjo gonilno silo za sintranje, nižje temperature sintranja in potencialno višjo gostoto sintranja, kar izboljša mehanske lastnosti materiala.
03 Tehnologija oblikovanja je prav tako kritična
Na splošno velja, da boljša kot je sferičnost mlevnih krogel, bolj enakomerna je porazdelitev velikosti delcev zmletega proizvoda. Manjše mlevne krogle povzročijo več kontaktnih točk med kroglami med mletjem, kar ponuja več možnosti za drobljenje materiala in omogoča finejše mletje. Trenutno tehnologije oblikovanja za proizvodnjo sferičnih keramičnih brusilnih medijev tako doma kot v tujini vključujejo vlivanje po kapljicah (sferična granulacija), izostatično stiskanje in metode valjanja. Kakovost izdelkov, proizvedenih z različnimi metodami oblikovanja, je različna.
Kalupljenje (sferična granulacija)
Metoda ulivanja po kapljicah, znana tudi kot metoda zunanjega geliranja, je kontinuirana in učinkovita metoda za proizvodnjo keramičnih mikrokroglic majhnega -premera. Njegova značilnost je, da kapljice, ki nastanejo iz gošče, dobijo obliko s pomočjo površinske napetosti v oljnatem mediju. Sferičnost, dosežena s to metodo, je boljša kot pri tradicionalnih metodah valjanja. Mikrokroglice so notranje enakomerne in goste, ne zahtevajo dodatnega brizganja veziva ali kalupov, ta metoda pa je tehnološko boljša od metod izostatičnega stiskanja in valjanja za proizvodnjo keramičnih kroglic majhnega-premera.
Izostatično stiskanje
Izostatično stiskanje vključuje polnjenje prahu v fleksibilni sferični kalup, zapiranje kalupa in njegovo namestitev v delovno komoro hladne izostatične stiskalnice. Kalup stisne tekoči medij z enakomernim pritiskom iz vseh smeri. Po razkalupljenju dobimo sferično zeleno telo. Zaradi izostatičnega in enakomernega visokega tlaka je sferični zeleni kompakt enakomerno gost, kar ima za posledico večjo trdnost zelenega. Vendar pa omejitve zaradi kalupov vodijo do nizke učinkovitosti proizvodnje, kar omejuje uporabo tehnologije izostatičnega stiskanja pri proizvodnji keramičnih kroglic z majhnim-premerom.
Postopek izostatičnega stiskanja (nadomestni znak diagrama)
Metoda valjanja
Metoda valjanja je trenutno glavna tehnologija za množično proizvodnjo brusnih kroglic majhnega-premera. Njegov princip je podoben "izdelavi snežne kepe". Postopek vključuje pršenje vezivne tekočine za navlažitev jedrnih kroglic, nato dodajanje suhega prahu na zunanjo stran navlaženih jeder, ki se nato stisne z valjanjem. Ta metoda je načeloma enostavna in ima visoko proizvodno učinkovitost, zaradi česar je še vedno najboljša metoda za oblikovanje keramičnih kroglic milimetrskega- merila. Trenutno so številna domača podjetja dosegla avtomatiziran nadzor in optimizacijo različnih parametrov, vključno z napravami za pršenje in dovajanje prahu, kar omogoča množično proizvodnjo visoko{6}}kakovostnih keramičnih kroglic, kot sta aluminijev oksid in cirkonij.
04 Režim sintranja
Previsoke temperature sintranja in predolgi časi zadrževanja lahko pospešijo rast kristalov Al₂O3 in povečajo količino tekoče faze. To ne samo zmanjša trdnost, ampak tudi zmanjša odpornost proti obrabi. Če pa je temperatura prenizka, se sintrana gostota zmanjša, zmanjša pa se tudi odpornost proti obrabi keramičnih kroglic. Tudi če je vsebnost Al₂O3 visoka, neprimerne temperature sintranja ne zagotavljajo dobre odpornosti proti obrabi; ključ je odvisen od fazne sestave in mikrostrukture keramičnih kroglic. Zato je treba določiti ustrezno temperaturo sintranja in nadzorovati ustrezen čas zadrževanja. Na splošno je mogoče uporabiti nizko{5}}tehnologijo hitrega vžiga, ki nudi pomembne-prihranke energije. Pomaga tudi pri zaviranju rasti zrn v keramičnih kroglicah iz aluminijevega oksida, kar je koristno za izboljšanje trdnosti in žilavosti izdelka, s čimer se poveča njihova odpornost proti obrabi.
Sredstva za sintranje bistveno vplivajo na nizko-temperaturno hitro žganje. Pogosto uporabljeni sistemi vključujejo sistem SiO₂-CaO-MgO, sistem MnO₂-TiO₂-MgO in sistem CuO-SiO₂. Ti sistemi lahko znatno znižajo temperaturo sintranja, hkrati pa rafinirajo zrna, stabilizirajo strukturo in izboljšajo mehanske lastnosti materiala.