كرة زركونيا

تتميز كرات زركونيا بقوة فائقة وصلابة ومقاومة للتآكل - وهي صفات تجعلها الحل المثالي لطحن وتشتيت المواد المعدنية غير المعدنية مثل الطلاء وحبر الطباعة وكذلك المواد الإلكترونية أو المغناطيسية.

يمكن تصنيع كرات الزركونيا عن طريق التلبيد. ومع ذلك، غالبًا ما تؤدي التقنيات التقليدية إلى كثافة منخفضة بسبب الاحتكاك وتكوين جسور بين القالب والمسحوق، مما يفشل في إنتاج أجسام ملبدة ذات مسام صغيرة حتى مع الضغط المتساوي الضغط على البارد.

الصلابة

إن الزركونيا مادة صلبة وقوية للغاية وقادرة على تحمل الصدمات الكبيرة دون أن تتحطم إلى قطع أو أن تتشقق أو تتفتت، مما يمكنها من تحمل الطحن عالي السرعة في الماكينات الصناعية دون حدوث تلف كبير في الخرز أو الماكينات. وعلاوةً على ذلك، فإن كرات الزركونيا خاملة كيميائيًا، حيث لا تتأثر بمعظم المواد بخلاف حمض الهيدروفلوريك أو محاليل حمض الكبريتيك المركز الساخن.

نظرًا لتكلفتها المنخفضة وطبيعتها المتينة، فإن الزركونيا تُعد بديلًا ممتازًا لوسائط الطحن منخفضة التكلفة وطويلة الأمد للكرات الفولاذية أو السيراميك الهجين. ويتميز ثاني أكسيد الزركونيوم بصلابة عالية مع سطح تآكل أملس للغاية، وهو مثالي للاستخدام المتكرر كوسيط طحن. وعلاوة على ذلك، لا يتطلب الزركونيا أي تزييت بالإضافة إلى معامل احتكاك أقل بشكل استثنائي من نظرائه من المعادن.

يُنتج ثاني أكسيد الزركونيوم عن طريق كلورة الزركونيوم الخام بالماء، ويتفاعل مع هيدرات الكالسيوم لتكوين رابع كلوريد الزركونيوم الذي يمكن بعد ذلك معالجته حرارياً لصنع زركونيا لؤلؤية لؤلؤية الدرجة التجارية. وبمجرد معالجتها حرارياً، يمكن بعد ذلك معالجة هذه المادة ذات التوهج اللؤلؤي من خلال التكليس إلى زركونيا لؤلؤية لؤلؤية لامعة يمكن بعد ذلك معالجتها حرارياً لصنع زركونيا من الدرجة التجارية للاستخدامات التجارية مثل السيراميك والحراريات والمواد الإنشائية; تشمل التطبيقات الطبية غرسات الأسنان وبدائل العظام نظراً لقابليتها للتوافق الحيوي وخصائصها غير المسببة للحساسية، بينما تستخدم مكونات الفضاء الجوي غالباً ما تستخدم الزركونيا نظراً لقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية مع دورات حياة تشغيلية ممتدة مقارنةً بالمواد البديلة لها مثل الفولاذ أو التيتانيوم حيث تتفوق المكونات المصنوعة من الزركونيا من حيث الأداء على منافسيها من حيث المتانة وقدرات الأداء خلال دورة الحياة مقارنةً بنظيراتها; كما يعد الزركونيا خيارًا جذابًا للمواد بسبب خصائص المقاومة التي تتمتع بها مقارنةً بنظيراتها؛ ومن ثم فهي تعد خيارًا ممتازًا للمواد نظرًا لتعدد استخداماتها في مختلف الصناعات بما في ذلك السيراميك والمواد المقاومة للحرارة والمواد الإنشائية وكذلك التطبيقات الطبية مثل زراعة الأسنان وكذلك بدائل العظام نظرًا لتوافقها الحيوي مقارنةً بخصائصها غير المسببة للحساسية التي تساعد على تجنب الحساسية؛ وتطبيقات الطيران لأنها تتحمل درجات الحرارة العالية جدًا مع بقائها قابلة للحياة أثناء العمليات؛ بينما التطبيقات الطبية نظرًا لميزات التوافق الحيوي المستخدمة.

مقاومة التآكل

تتميز كرات زركونيا بمقاومة فائقة للتآكل مقارنةً بمواد السيراميك الأخرى، وتوفر مقاومة استثنائية للإجهاد أثناء الصدمات المتكررة ومقاومة لدرجات الحرارة العالية والمواد الكيميائية، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات متعددة.

تُمكّن تكنولوجيا Toray من إنتاج كرات سيراميك الزركونيا الصغيرة بكميات كبيرة مع مستويات عالية من المتانة، مما يوفر دعمًا طويل الأجل للعملاء في عمليات الطحن الخاصة بهم مع مساعدتهم على تحقيق أهداف التنمية المستدامة. وعلاوة على ذلك، تستخدم Toray زركونيا خالية من الإيتريا مما يضمن عدم احتواء منتجاتها على أكاسيد فلزات أرضية نادرة - مما يساعد على منع حدوث مشكلات في تتبع بلد المنشأ.

يتم إنتاج حبات الزركونيا TZP باستخدام تقنيات صب وتلبيد متقدمة لإنتاج حبات ذات خصائص ميكانيكية فائقة. يمكن استخدامها في مجموعة من تطبيقات الطحن وتتميز بصلابة فائقة في كل من عمليات الدوران والتركيز عالية السرعة، ونادراً ما تتشقق أو تتقشر تحت الضغط، وتمتلك نصف نسبة التآكل الموجودة في خرز سيليكات الزركونيوم.

في اختبارات التعاون الانزلاقي الترايبولوجي للانزلاق، تفوقت كرة الزركونيا TZP على مركب ATZ (قيم Ws وWb أقل). يشير هذا إلى أن إضافة الألومينا إلى مادة TZP أثرت بشكل كبير على مقاومة التآكل في درجات الحرارة المرتفعة من خلال إنشاء طبقة سطحية ذات احتكاك ناجم عن الانزلاق، مما أدى إلى منع التدهور من خلال تقييد إزالة الحبيبات المفردة.

القصور الذاتي الكيميائي

تتميز كرات زركونيا بمقاومة عالية للتآكل، حيث تحافظ على صلابتها وقوتها حتى في ظل التعرض لدرجات الحرارة القصوى والصدمات الحرارية. وعلاوة على ذلك، فهي غير سامة ولا تصدأ - وهي مثالية لعمليات الإنتاج الكيميائي مثل مفاعلات التصنيع وأجسام المضخات والصمامات وخطوط الأنابيب. وبالإضافة إلى ذلك، فإن كثافتها العالية (6.00 جم/سم3) تجعلها متينة للغاية لتطبيقات الطحن أو التشتيت في البيئات الرطبة.

تتكون كرات الزركونيا الملبدة من حبيبات مكونة من جسيمات خليط الجسيمات المتكتلة من خلال التفتت. يتضمن هذا الخليط الجسيمي المتكلس جسيمات تتكون من جسيمات مكونة من الزركون (مثبتة أو غير مثبتة)، والإيترين والكريا التي تم دمجها بشكل وثيق، وربما تتضمن مرحلة غير متبلورة. قد يتم تصنيع خلائط الجسيمات عن طريق الترسيب المشترك أو التحلل الحراري أو الانحلال الحراري أو الانحلال بالتذرية واختيارياً مزيد من التنقية من خلال التوحيد بالمعالجة الحرارية.

لقد توصل المخترعون إلى اكتشاف غير متوقع وهو أن المحتوى المنخفض من CeC> 2 يجعل من الممكن التحضير غير المتوقع لكرات الزركونيا الملبدة ذات المقاومة الممتازة للطحن، بغض النظر عن محتواها من Y2O3 (بشرط أن تظل أقل من 2.5%). هذه الكرات المنتجة بهذه الطريقة مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تنطوي على البيئات الرطبة والطحن الدقيق؛ وبشكل أكثر تحديدًا تطبيقات التشتيت والطحن الدقيق. ويُقصد بعبارة "الزركونيا المستقرة جزئيًا على الأقل جزئيًا >> الزركونيا المستقرة جزئيًا وكذلك الزركونيا المستقرة بالكامل؛ وتشير الزركونيا المستقرة بالكامل >> إلى الزركونيا المستقرة بالكامل مع كتلة أحادية الكلور أحادية الكتلة تزيد عن 50%؛ كما توجد مراحل أخرى مثل الطور التربيعي و/أو الطور التكعيبي.

مقاومة التآكل

تتميز كرات سيراميك زركونيا بمقاومة ممتازة للتآكل، حيث تقاوم المحاليل الكيميائية دون التعرض لتآكل كبير، فضلاً عن عدم تفاعلها مع درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها خيارًا ممتازًا للمواد التي تتعامل مع السوائل المسببة للتآكل أو البخار. وعلى هذا النحو، يمكن العثور على هذه المادة في كثير من الأحيان في تبطين الأفران المعدنية والمضخات والمفاعلات ذات درجات الحرارة العالية وكذلك الأدوات الجراحية والمفاصل الصناعية أو زراعة الأسنان في المصانع أو الأماكن الطبية.

توفر كرات سيراميك زركونيا ثباتًا وصلابة كبيرة للأحمال الصدمية والاهتزازية ويمكنها العمل بكفاءة بسرعات عالية تحت درجات حرارة متنوعة. تأتي كرات زركونيا بأشكال وأحجام مختلفة لاستخدامها ككرات تحمل الصدمات والاهتزازات ودرجات الحرارة - أو يمكن طحنها إلى مسحوق لعمليات الطحن والتشتيت والتحريك.

طورت Toray تقنية إنتاج ضخمة لتقليل التدهور البلوري على أسطح كرات الزركونيا إلى الحد الأدنى، مما ينتج كرات متينة للغاية وأكثر مقاومة للتلوث أثناء عمليات الطحن والطحن، وتحسين وتثبيت المواد المستهدفة مثل مواد أقطاب بطاريات الليثيوم أيون ومكثفات السيراميك متعددة الطبقات (MLCCs). وعلاوة على ذلك، يسمح ذلك بتلبيد سيراميك الزركونيا عند 1,300 درجة مئوية أو أقل؛ مما يقلل من استخدام الطاقة وكذلك انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء عمليات التصنيع.