sfera in zirconio

Le sfere in zirconio vantano una forza, una tenacità e una resistenza alla corrosione superiori, qualità che le rendono la soluzione ideale per la macinazione e la dispersione di materiali minerali non metallici, come vernici e inchiostri da stampa, nonché materiali elettronici o magnetici.

Le sfere di zirconio possono essere prodotte tramite sinterizzazione. Tuttavia, le tecniche convenzionali danno spesso luogo a una bassa densità a causa dell'attrito e della formazione di ponti tra matrice e polvere, non riuscendo a produrre corpi sinterizzati con pori piccoli nemmeno con la pressatura isostatica a freddo.

Durezza

L'ossido di zirconio è un materiale molto duro e resistente, in grado di resistere a forti impatti senza frantumarsi in pezzi o incrinarsi o frammentarsi, consentendo di sopportare la macinazione ad alta velocità nei macchinari industriali senza danni significativi da usura alle sfere o alle macchine. Inoltre, le sfere di zirconio sono inerti dal punto di vista chimico e non vengono intaccate dalla maggior parte delle sostanze, ad eccezione dell'acido fluoridrico o delle soluzioni calde di acido solforico concentrato.

Grazie al suo basso costo e alla sua natura durevole, l'ossido di zirconio rappresenta un'eccellente alternativa economica e duratura ai cuscinetti a sfera in acciaio o in ceramica ibrida. Il biossido di zirconio vanta un'elevata durezza con una superficie di usura molto liscia, perfetta per l'uso ripetitivo come mezzo di rettifica. Inoltre, l'ossido di zirconio non richiede lubrificazione e ha un coefficiente di attrito eccezionalmente più basso rispetto alle sue controparti metalliche.

Il biossido di zirconio viene prodotto clorando lo zirconio grezzo con acqua, reagendo con l'idrato di calcio per formare tetracloruro di zirconio che può essere trattato termicamente per creare zirconia di grado commerciale. Una volta trattato termicamente, questo materiale dai riflessi perlacei può essere ulteriormente trasformato, tramite calcinazione, in zirconia dai riflessi perlacei, che può poi essere trattata termicamente per ottenere zirconia di grado commerciale per applicazioni commerciali come ceramiche, refrattari e materiali strutturali; le applicazioni mediche comprendono gli impianti dentali e le protesi ossee, grazie alla sua biocompatibilità e alle sue proprietà anallergiche, mentre i componenti aerospaziali utilizzano spesso l'ossido di zirconio per la sua capacità di tollerare le alte temperature con cicli di vita operativi prolungati rispetto ai materiali alternativi, come l'acciaio o il titanio; i componenti realizzati in ossido di zirconio sono superiori in termini di prestazioni rispetto ai concorrenti per quanto riguarda la durata e le prestazioni del ciclo di vita rispetto ai loro omologhi; L'ossido di zirconio rappresenta inoltre una scelta interessante per le sue proprietà di resistenza rispetto ai suoi omologhi; pertanto è un materiale eccellente per la sua versatilità in tutti i settori industriali, tra cui ceramica, refrattari, materiali strutturali e applicazioni mediche, come impianti dentali e protesi ossee, grazie alla sua biocompatibilità e alle sue proprietà anallergiche che contribuiscono a evitare le allergie; per le applicazioni aerospaziali, in quanto è in grado di resistere a temperature molto elevate rimanendo vitale durante le operazioni; per le applicazioni mediche, grazie alle sue caratteristiche di biocompatibilità.

Resistenza all'usura

Le sfere in zirconio vantano una resistenza all'usura superiore rispetto ad altri materiali ceramici, offrendo un'eccezionale resistenza alle sollecitazioni durante gli impatti ripetuti e resistendo alle alte temperature e agli agenti chimici, rendendole adatte a molteplici applicazioni.

La tecnologia di Toray consente di produrre in serie mini sfere in ceramica di zirconio con elevati livelli di durata, offrendo un supporto a lungo termine ai clienti nei loro processi di macinazione e aiutandoli a raggiungere gli obiettivi di sviluppo sostenibile. Inoltre, Toray utilizza zirconia priva di ittrio, il che garantisce che i suoi prodotti non contengano ossidi di metalli di terre rare, contribuendo a evitare problemi di tracciabilità dei Paesi di origine.

I grani di zirconio TZP sono prodotti utilizzando tecnologie avanzate di stampaggio e sinterizzazione per ottenere grani con proprietà meccaniche superiori. Possono essere utilizzate in una serie di applicazioni di macinazione e vantano un'eccezionale tenacità sia nelle operazioni di rotazione ad alta velocità che in quelle di concentrazione, raramente si incrinano o si staccano sotto pressione e possiedono un rapporto di abrasione dimezzato rispetto a quello delle sfere di silicato di zirconio.

Nei test tribologici di cooperazione allo scorrimento, la sfera di zirconio TZP ha superato il composito ATZ (valori Ws e Wb inferiori). Ciò indica che l'aggiunta di allumina al materiale TZP ha influenzato significativamente la sua resistenza all'usura a temperature elevate, creando uno strato superficiale con l'attrito causato dallo scorrimento, che ha inibito la degradazione limitando l'asportazione dei singoli grani.

Inerzia chimica

Le sfere in zirconio sono altamente resistenti alla corrosione e mantengono la loro durezza e forza anche in presenza di temperature estreme e shock termici. Inoltre, sono atossiche e non arrugginiscono, perfette per i processi di produzione chimica come reattori, corpi pompa, valvole e tubazioni. Inoltre, la loro elevata densità (6,00 g/cm3) li rende estremamente resistenti per applicazioni di macinazione o dispersione in ambienti umidi.

Le sfere di zirconia sinterizzata sono costituite da grani composti da particelle della miscela particellare agglomerate attraverso il frittage. Questa miscela particellare comprende particelle composte da zircone (stabilizzato o meno), ittrina e ceria che sono state intimamente combinate, eventualmente includendo una fase amorfa. Le miscele particellari possono essere prodotte tramite co precipitazione, termoidrolisi o atomizzazione e, facoltativamente, ulteriormente raffinate tramite consolidamento con trattamento termico.

Gli inventori hanno fatto una scoperta inaspettata: un basso contenuto di CeC> 2 rende possibile la preparazione inaspettata di una sfera di zirconia sinterizzata con un'eccellente resistenza alla macinazione, indipendentemente dal suo contenuto di Y2O3 (purché rimanga inferiore a 2,5%). Le sfere così prodotte sono particolarmente adatte per applicazioni in ambienti umidi e per la micro-macinazione, in particolare per applicazioni di dispersione e micro-macinazione. Per "zircone almeno parzialmente stabilizzato >> si intende sia zircone parzialmente stabilizzato sia zircone completamente stabilizzato; zircone completamente stabilizzato >> indica zircone completamente stabilizzato con massa monoclinique monoclinique superiore a 50%; sono presenti anche altre fasi come la fase quadratica e/o la fase cubica.

Resistenza alla corrosione

La sfera in ceramica di zirconio offre un'eccellente resistenza alla corrosione, resistendo alle soluzioni chimiche senza subire un'erosione significativa, oltre a non reagire alle alte temperature, il che la rende una scelta eccellente per i macchinari che gestiscono liquidi corrosivi o vapore. Per questo motivo, questo materiale si trova spesso nei forni metallurgici ad alta temperatura, nelle pompe e nei reattori, così come negli strumenti chirurgici, nelle articolazioni artificiali o negli impianti dentali nelle fabbriche o in ambito medico.

Le sfere in ceramica di zirconio offrono grande stabilità e durezza per carichi d'urto e vibrazioni e possono funzionare in modo efficiente a velocità elevate e a temperature variabili. Le sfere di zirconio sono disponibili in varie forme e dimensioni per essere utilizzate come sfere per carichi d'urto, di vibrazione e di temperatura, o possono anche essere macinate in polvere per processi di macinazione, dispersione e agitazione.

Toray ha sviluppato una tecnologia di produzione di massa per ridurre al minimo la degradazione dei cristalli sulle superfici delle sfere di zirconia, producendo sfere altamente durevoli e più resistenti alla contaminazione durante i processi di macinazione e fresatura, migliorando e stabilizzando sostanze target come i materiali per elettrodi di batterie agli ioni di litio e i condensatori ceramici multistrato (MLCC). Inoltre, ciò consente di sinterizzare la ceramica di zirconio a 1.300°C o meno, riducendo così il consumo di energia e le emissioni di anidride carbonica durante i processi di produzione.