"כדור" יכול להשפיע באופן משמעותי על גורל היישום של אלומינה-בטוהר גבוה.
אלומינה בטוהר-גבוהה, בשל התכונות האופטיות, החשמליות, התרמיות והמכניות יוצאות הדופן שלה, הפכה לחומר יסוד קריטי התומך בפיתוח של תעשיות היי- מודרניות. מתאורת LED ומפרידי סוללות ליתיום ועד פרוסות מוליכים למחצה ורכיבים אופטיים-מתקדמים, דרגות טוהר שונות של אלומינה בטוהר-גבוהה ממלאות תפקיד שאין לו תחליף, ומציבות-דרישות גבוהות יותר מתמיד לאיכות אבקה.
במהלך הכנת אבקת אלומינה-בטוהר גבוה-, ציוד טחינה רטוב במיוחד כמו טחנת כדורים וטחנת חרוזים הם הבחירה המועדפת לשלב הפירוק. בשימוש בציוד טחינה אולטרה-דק שכזה, בחירת אמצעי השחזה היא נושא חשוב מאוד, שכן הוא קובע את העלות, היעילות ואיכות המוצר הסופי לאחר הטחינה. אמצעי השחזה הנפוצים כוללים חרוזי זכוכית, חרוזי זירקוניום סיליקט, כדורי פלדה, כדורי אלומינה, כדורי זירקוניה ועוד. אלה ממלאים תפקיד משמעותי בתהליך הטחינה הרטובה ובהקטנת גודל חלקיקי האבקה. עם זאת, חשוב לציין שגם חומרי שחיקה בעלי עמידות בפני שחיקה מצוינת אינם יכולים להימנע לחלוטין משחיקה, והחלקיקים השחוקים יזהמו את החומר הנטחן. לכן, יצרנים מעדיפים בדרך כלל להשתמש באמצעי שחיקה העשויים מאותם חומרים או חומרים דומים.
01 גורמים המשפיעים על כדורי מדיה לטחינת אלומינה
כדורי אלומינה קרמיים הם רכיבי בלאי- חיכוך, וקצב הבלאי שלהם מושפע מגורמים פנימיים וחיצוניים כאחד, כאשר לגורמים פנימיים יש השפעה גדולה יותר.
עמידות הבלאי של קרמיקה אלומינה קשורה קשר הדוק לתכונות המכניות של החומר ולהשפעות הסינרגטיות של המיקרו-מבנה שלו. נכון לעכשיו, הקשיחות וגודל הגרגירים של קרמיקה הם הגורמים הנחקרים ביותר והם הגורמים הפנימיים הקשורים ביותר לעמידות בפני שחיקה. לקשיחות יש השפעה משמעותית על קרמיקה. מכיוון שגדלים קטנים יותר מובילים בדרך כלל לעמידות טובה יותר בפני שחיקה בקרמיקה, קרמיקה עמידה לבלאי מתפתחת לקראת מבנים מיקרו-גבישיים.
במהלך פירוק אבקה באמצעות ציוד טחינה, בלאי שבר פריך של אמצעי הטחינה לא רק משפיע על תוחלת החיים של החומר עצמו אלא גם מוביל בקלות לבעיות זיהום. לכן, כדי להפחית את השפעת הטחינה על טוהר אבקת האלומינה, לעתים קרובות יש צורך להשתמש בחרוזי טחינה קרמיים אלומינה-עמידים לבלאי ובעלי טוהר גבוה-.
02 מבחר חומרי גלם
טוֹהַר
בדרך כלל, שימוש באבקת -Al₂O₃ בטוהר- גבוה הוא תנאי הכרחי להכנת כדורי טחינה אלומינה בעלי ביצועים גבוהים. הסיבה לכך היא: ראשית, שימוש באבקת -Al₂O₃ בטוהר- גבוה יכול להפחית ביעילות את הסיכון להיווצרות נקבוביות לאחר סינטר ולמנוע את האפשרות של זיהומים אנאורגניים שיגיבו עם האבקה הקרמית בטמפרטורות גבוהות או יישארו במטריצה ליצירת מיקרו-סדקים. זה מבטיח את הצפיפות של כדורי הטחינה של האלומינה, ומעניק להם יעילות טחינה גבוהה יותר ועמידות בפני שחיקה. שנית, שימוש בחומרי גלם בטוהר- גבוה פירושו שגם אם כדורי הטחינה נשחקים באופן משמעותי, החלקיקים המנותקים לא יזהמו את אבקת האלומינה בטוהר- הגבוה, ובכך ישמרו על טוהרתה.
גודל חלקיקים
מנגנון הבלאי של טחינת כדורים כולל בעיקר דפורמציה פלסטית ושבר טרנסגרנולי חלקי, וכתוצאה מכך בלאי קל. אם הגרגרים גסים, עלול להתרחש שבר בין-גרגירי, מה שמוביל לבלאי חמור. ככל שגודל הגרגיר קטן יותר, כך עמידות הבלאי של הקרמיקה טובה יותר. לכן, בבחירת גודל חלקיקי אבקה גולמית, רצוי להשתמש ב--חומרי גלם Al₂O₃ בעלי גודל חלקיקים קטן ככל האפשר כדי להקטין את גודל הגרגירים של הקרמיקה ולשפר את עמידות הבלאי של כדורי הטחינה. בנוסף, בהשוואה לחלקיקים גדולים יותר, לחלקיקים קטנים יותר יש שטח פנים ספציפי גדול יותר או אנרגיית פני השטח, ובכך מספקים כוח מניע גדול יותר לסינטינג, טמפרטורות סינטר נמוכות יותר, וצפיפות סינטר גבוהה יותר, מה שמשפר את התכונות המכניות של החומר.
טכנולוגיית דפוס 03 היא גם קריטית
בדרך כלל, ככל שהכדוריות של כדורי הטחינה טובה יותר, כך חלוקת גודל החלקיקים של המוצר הטחון אחידה יותר. כדורי טחינה קטנים יותר מביאים ליותר נקודות מגע בין כדורים במהלך הטחינה, מה שמציע יותר הזדמנויות לפירוק חומר ומאפשר טחינה עדינה יותר. נכון לעכשיו, טכנולוגיות דפוס לייצור חומרי שחיקה קרמיים כדוריים הן מקומיות והן בינלאומיות כוללות דפוס טיפה (גרנולציה כדורית), כבישה איזוסטטית ושיטות גלגול. איכות המוצרים המיוצרים בשיטות דפוס שונות משתנה.
דפוס טיפה (גרנולציה כדורית)
שיטת דפוס טיפה, הידועה גם כשיטת הג'ל החיצונית, היא שיטה רציפה ויעילה לייצור מיקרוספירות קרמיות קטנות- בקוטר. המאפיין שלו הוא שהטיפות שנוצרות מהתרחיץ מקבלים צורה באמצעות מתח פני השטח במדיום שמנוני. הכדוריות המושגת בשיטה זו טובה יותר מזו של שיטות גלגול מסורתיות. המיקרו-חרוזים הם פנימיים אחידים וצפופים, אינם דורשים ריסוס או תבניות קלסר נוספות, ושיטה זו עדיפה מבחינה טכנולוגית על פני שיטות כבישה וגלגול איזוסטטיות לייצור כדורי קרמיקה קטנים בקוטר-.
לחיצה איזוסטטית
כבישה איזוסטטית כוללת מילוי אבקה לתוך תבנית כדורית גמישה, איטום התבנית והכנסתה לתוך תא העבודה של מכבש איזוסטטי קר. התבנית נדחסת על ידי תווך נוזלי המפעיל לחץ אחיד מכל הכיוונים. לאחר הוצאת התבנית מתקבל גוף ירוק כדורי. הלחץ הגבוה האיזוסטטי והאחיד הופך את הקומפקט הירוק הכדורי לדחוס אחיד, וכתוצאה מכך חוזק ירוק גבוה יותר. עם זאת, מגבלות עקב התבניות מובילות ליעילות ייצור נמוכה, המגבילה את היישום של טכנולוגיית לחיצה איזוסטטית בייצור של כדורי קרמיקה קטנים בקוטר-.
תהליך לחיצה איזוסטטי (מציין מיקום דיאגרמה)
שיטת גלגול
שיטת הגלגול היא כיום הטכנולוגיה המרכזית לייצור המוני של חרוזי גריסה-קטנים בקוטר. העיקרון שלו דומה ל"הכנת כדור שלג". התהליך כולל ריסוס נוזל קלסר כדי להרטיב את כדורי הליבה, ולאחר מכן הוספת אבקה יבשה לחלק החיצוני של הליבות הלחות, אשר לאחר מכן נדחסת על ידי פעולת גלגול. שיטה זו פשוטה בעקרון ובעלת יעילות ייצור גבוהה, מה שהופך אותה עדיין לשיטה הטובה ביותר לייצור כדורי קרמיקה בקנה מידה מילימטרים-. נכון לעכשיו, חברות מקומיות רבות השיגו שליטה אוטומטית ואופטימיזציה של פרמטרים שונים, כולל התקני ריסוס והזנת אבקה, המאפשרים ייצור המוני של כדורי קרמיקה באיכות גבוהה- כגון אלומינה וזירקוניה.
04 משטר סינטינג
טמפרטורות סינטר גבוהות מדי וזמני החזקה ארוכים מדי יכולים לקדם את הצמיחה של גבישי Al₂O₃ ולהגדיל את כמות הפאזה הנוזלית. זה לא רק מפחית את החוזק אלא גם מקטין את ההתנגדות לבלאי. עם זאת, אם הטמפרטורה נמוכה מדי, צפיפות הסינטרים יורדת, וגם עמידות הבלאי של כדורי הקרמיקה יורדת. גם אם תכולת Al₂O₃ גבוהה, טמפרטורות סינטר לא מתאימות אינן מבטיחות עמידות טובה בפני שחיקה; המפתח תלוי בהרכב הפאזה ובמבנה המיקרו של כדורי הקרמיקה. לכן, יש צורך לקבוע את טמפרטורת הסינטר המתאימה ולשלוט בזמן ההחזקה המתאים. בדרך כלל, ניתן לאמץ טכנולוגיית שריפה מהירה-בטמפרטורה נמוכה, שמציעה יתרונות משמעותיים לחיסכון באנרגיה. זה גם עוזר לעכב את צמיחת הגרגרים בכדורי קרמיקה אלומינה, מה שמועיל לשיפור חוזק המוצר וקשיחות, ובכך משפר את עמידותם בפני שחיקה.
עזרי סינון משפיעים באופן משמעותי על ירי מהיר-בטמפרטורה נמוכה. המערכות הנפוצות כוללות את מערכת SiO₂-CaO-MgO, מערכת MnO₂-TiO₂-MgO ומערכת CuO-SiO₂. מערכות אלו יכולות להפחית משמעותית את טמפרטורת הסינטר, תוך זיקוק גרגירים, ייצוב המבנה ושיפור התכונות המכניות של החומר.