Egy „golyó” jelentősen befolyásolhatja a nagy-tisztaságú alumínium-oxid alkalmazási sorsát.
A nagy-tisztaságú alumínium-oxid kivételes optikai, elektromos, termikus és mechanikai tulajdonságainak köszönhetően a modern csúcstechnológiás iparágak fejlődését támogató kritikus alapanyaggá vált. A LED-es világítástól és a lítiumelemes elválasztókon át a félvezető lapkákig és a csúcsminőségű-optikai alkatrészekig a nagy-tisztaságú alumínium-oxidok különböző tisztasági fokozatai pótolhatatlan szerepet töltenek be, és egyre-magasabb követelményeket támasztanak a por minőségével szemben.
A nagy-tisztaságú nano-alumínium-oxid por előkészítése során a nedves ultrafinom őrlőberendezések, például a golyósmalmok és a gyöngymalmok a legelőnyösebb választás az aprítási szakaszhoz. Az ilyen ultrafinom őrlőberendezések használatakor nagyon fontos kérdés az őrlőközeg kiválasztása, amely meghatározza az őrlés utáni költséget, hatékonyságot és a végtermék minőségét. A szokásos őrlőközegek közé tartoznak az üveggyöngyök, cirkónium-szilikát gyöngyök, acélgolyók, alumínium-oxid golyók, cirkónium-oxid golyók stb. Ezek jelentős szerepet játszanak a nedves őrlési folyamatban és a porszemcsék méretének csökkentésében. Fontos azonban megjegyezni, hogy még a kiváló kopásállóságú csiszolóközegek sem tudják teljesen elkerülni a kopást, és a kopott részecskék szennyezik az őrölt anyagot. Ezért a gyártók általában előnyben részesítik az azonos vagy hasonló anyagokból készült csiszolóközeg használatát.
01 Az alumínium-oxid csiszolóanyag-golyókat befolyásoló tényezők
Az alumínium-oxid kerámiagolyók súrlódó-kopó alkatrészek, kopásukat belső és külső tényezők egyaránt befolyásolják, a belső tényezők pedig nagyobb hatást gyakorolnak.
Az alumínium-oxid kerámiák kopásállósága szorosan összefügg az anyag mechanikai tulajdonságaival és mikroszerkezetének szinergetikus hatásaival. Jelenleg a kerámiák szívóssága és szemcsemérete a legtöbbet vizsgált tényező, és ezek a belső tényezők, amelyek a legszorosabban kapcsolódnak a kopásállósághoz. A szívósság jelentős hatással van a kerámiára. Mivel a kisebb szemcseméret általában jobb kopásállóságot eredményez a kerámiában, a kopásálló kerámiákat a mikrokristályos szerkezetek felé fejlesztik.
Az őrlőberendezéssel végzett poraprítás során az őrlőközeg rideg törési kopása nemcsak magának a közegnek az élettartamát befolyásolja, hanem könnyen szennyeződési problémákhoz is vezet. Ezért az őrlésnek a timföldpor tisztaságára gyakorolt hatásának csökkentése érdekében gyakran kopásálló, nagy-tisztaságú alumínium-oxid-kerámia csiszológyöngyöket kell használni.
02 Nyersanyagok kiválasztása
Tisztaság
Általában a nagy -tisztaságú -Al₂O3 por használata elengedhetetlen előfeltétele a nagy teljesítményű- alumínium-oxid őrlőgolyók készítésének. Ennek elsősorban az az oka, hogy: Először is, a nagy-tisztaságú -Al₂O3 por használatával hatékonyan csökkenthető a szinterezés utáni pórusképződés kockázata, és elkerülhető, hogy a szervetlen szennyeződések magas hőmérsékleten reagáljanak a kerámiaporral, vagy a mátrixban maradva mikrorepedések keletkezzenek. Ez biztosítja az alumínium-oxid csiszológolyók sűrűségét, ezáltal nagyobb csiszolási hatékonyságot és kopásállóságot biztosít. Másodszor, a nagy-tisztaságú nyersanyagok használata azt jelenti, hogy még ha az őrlőgolyók jelentősen el is kopnak, a levált részecskék nem szennyezik be a nagy-tisztaságú alumínium-oxid port, így megőrzi tisztaságát.
Részecskeméret
A köszörűgolyók kopási mechanizmusa elsősorban plasztikus deformációval és részleges transzgranuláris töréssel jár, ami enyhe kopást eredményez. Ha a szemcsék durvák, szemcseközi törés léphet fel, ami súlyos kopáshoz vezethet. Minél kisebb a szemcseméret, annál jobb a kerámia kopásállósága. Ezért a nyerspor szemcseméretének kiválasztásakor ajánlatos a lehető legkisebb szemcseméretű -Al₂O3 alapanyagokat használni, hogy csökkentsük a kerámia szemcseméretét és növeljük a csiszológolyók kopásállóságát. Ezenkívül a nagyobb részecskékkel összehasonlítva a kisebb részecskék nagyobb fajlagos felülettel vagy felületi energiával rendelkeznek, így nagyobb hajtóerőt biztosítanak a szinterezéshez, alacsonyabb szinterezési hőmérsékletet és potenciálisan nagyobb szinterezési sűrűséget biztosítanak, ami javítja az anyag mechanikai tulajdonságait.
03 A fröccsöntési technológia szintén kritikus
Általában minél jobb az őrlőgolyók gömbölyűsége, annál egyenletesebb az őrölt termék szemcseméret-eloszlása. A kisebb csiszológolyók több érintkezési pontot eredményeznek a golyók között az őrlés során, így több lehetőség nyílik az anyag aprítására, és finomabb köszörülést tesz lehetővé. Jelenleg a gömb alakú kerámia csiszolóközegek előállítására szolgáló fröccsöntési technológiák mind hazai, mind nemzetközi szinten magukban foglalják a cseppöntést (gömbgranulálás), az izosztatikus préselést és a hengerlési módszereket. A különböző fröccsöntési módszerekkel előállított termékek minősége változó.
Cseppformázás (gömb alakú granulálás)
A külső gélesedési módszerként is ismert cseppöntési módszer egy folyamatos és hatékony módszer kis{0}}átmérőjű kerámia mikrogömbök előállítására. Jellemzője, hogy a zagyból képződött cseppek felületi feszültség hatására olajos közegben formálódnak. Az ezzel a módszerrel elért gömbszerűség jobb, mint a hagyományos hengerlési eljárásoké. A mikrogyöngyök belsőleg egységesek és sűrűek, nem igényelnek további kötőanyag-permetezést vagy formázást, és ez a módszer technológiailag felülmúlja a kis -átmérőjű kerámiagolyók előállítására szolgáló izosztatikus préselési és hengerlési módszereket.
Izosztatikus préselés
Az izosztatikus préselés során a port egy rugalmas gömb alakú formába töltik, a formát lezárják, majd a hideg izosztatikus prés munkakamrájába helyezik. A formát folyékony közeg préseli, amely minden irányból egyenletes nyomást fejt ki. Lebontás után gömb alakú zöld testet kapunk. Az izosztatikus és egyenletes nagy nyomás egyenletesen tömöríti a gömb alakú zöldet, ami nagyobb zöldszilárdságot eredményez. Az öntőformák miatti korlátok azonban alacsony gyártási hatékonysághoz vezetnek, ami korlátozza az izosztatikus préselési technológia alkalmazását a kis-átmérőjű kerámiagolyók gyártásában.
Izosztatikus préselési folyamat (diagram helyőrző)
Gördülési módszer
A hengerlési módszer jelenleg a fő technológia a kis{0}}átmérőjű csiszológyöngyök tömeggyártásában. Az elve hasonló a "hógolyó készítéséhez". Az eljárás során kötőanyag-folyadékot permeteznek, hogy megnedvesítsék a maggolyókat, majd száraz port adnak a megnedvesített magok külsejéhez, amelyet azután hengerléssel tömörítenek. Ez a módszer elvileg egyszerű, és nagy a gyártási hatékonysága, így továbbra is ez a legjobb módszer a milliméteres{4}}méretű kerámiagolyók öntésére. Jelenleg számos hazai vállalat érte el a különféle paraméterek automatizált vezérlését és optimalizálását, beleértve a permetező- és poradagoló eszközöket, amelyek lehetővé teszik kiváló minőségű kerámiagolyók, például alumínium-oxid és cirkónium-oxid tömeggyártását.
04 Szinterezési rendszer
A túl magas szinterezési hőmérséklet és a túl hosszú tartási idő elősegítheti az Al2O3 kristályok növekedését és növelheti a folyadékfázis mennyiségét. Ez nemcsak a szilárdságot, hanem a kopásállóságot is csökkenti. Ha azonban a hőmérséklet túl alacsony, a szinterezett sűrűség csökken, és a kerámiagolyók kopásállósága is csökken. Még ha az Al2O3-tartalom magas is, a nem megfelelő szinterezési hőmérsékletek nem garantálják a jó kopásállóságot; a kulcs a kerámiagolyók fázisösszetételétől és mikroszerkezetétől függ. Ezért szükséges a megfelelő szinterezési hőmérséklet meghatározása és a megfelelő tartási idő szabályozása. Általánosságban elmondható, hogy az alacsony hőmérsékletű gyorségetési technológia alkalmazható, amely jelentős energiamegtakarítási -előnyt kínál. Ezenkívül gátolja a szemcsék növekedését az alumínium-oxid kerámia golyókban, ami előnyös a termék szilárdságának és szívósságának javításában, ezáltal javítva a kopásállóságukat.
A szinterezési segédanyagok jelentősen befolyásolják az alacsony{0}}hőmérsékletű gyorségetést. Az általánosan használt rendszerek közé tartozik a SiO₂-CaO-MgO rendszer, az MnO₂-TiO₂-MgO rendszer és a CuO-SiO₂ rendszer. Ezek a rendszerek jelentősen csökkenthetik a szinterezési hőmérsékletet, miközben finomítják a szemcséket, stabilizálják a szerkezetet és javítják az anyag mechanikai tulajdonságait.