כדור קרמי אלומינה (Al₂O₃) וכדור קרמי אלומינה קשוחה בזירקוניה (ZTA) נמצאים בשימוש נרחב בתחום התעשייתי של חומרים קרמיים, ויש להם מאפיינים משלהם בביצועים. מאמר זה יבצע ניתוח השוואתי משלושה מימדים של מאפייני חומר, תרחישי יישומים וכלכלה כדי לספק בסיס לקבלת החלטות- לבחירה הנדסית.
השוואה בין תכונות החומרים
מבחינת תכונות פיזיקליות, כדורי אלומינה מראים צפיפות של יותר מ-92%, קשיות Rockwell מגיעה ל-HRA85-90, אך קשיחות השבר היא רק 3.5-4.0MPa ·m¹/². ZTA מציגה 15-20% תחמוצת זירקוניום (ZrO₂), תוך שמירה על הקשיות של HRA88-92, קשיחות השבר מוגברת ל-6.0-8.0 MPa·m¹/², וחוזק הכיפוף גדל ב-30% ל-450MPa.
הבדלים ביישום
עם ביצועים בעלות גבוהה, כדורי אלומינה נמצאים בשימוש נרחב בתרחישי עומס נמוך- כגון מכונות נייר ושסתומי משאבה כימית. ZTA כדור קרמי ביישום לוחית בטנת מגרסה מוקשים, חיי שירות של עד פי 2.3 מכדור אלומינה רגיל, מתאים במיוחד לתנאים קיצוניים של השפעה גבוהה, בלאי גבוה.
מבחינת יכולת הסתגלות לטמפרטורה, כדור האלומינה יכול לעבוד ביציבות ב-800 מעלות צלזיוס, וטמפרטורת הלם החום של ZTA מוגברת ל-1200 מעלות צלזיוס בשל מאפייני מעבר הפאזות של זירקוניה. מערכת לטיפול בגזי פליטה של תחנת כוח תרמית משתמשת בכדור ZTA Ceramic כאטמים כדי להשיג פעולה ללא בעיות- למשך 18,000 שעות ב-950 מעלות.
ניתוח כלכלי של כדור קרמי ZTA
מנקודת המבט של עלות הרכש, המחיר של כדור אלומינה קשיח זירקוניה הוא פי 2-3 מזה של כדור אלומינה. עם זאת, חישוב עלות מחזור החיים המלא מראה שבתרחישי עבודה כבדים כגון ריסוק מוקשים, ניתן להפחית את עלות ההחלפה של כדורי אלומינה קשוחים של זירקוניה בעד 45% עקב חיים ארוכים. מקרה שיפוץ קו ייצור מלט מראה כי לאחר אימוץ גוף השחזה של ZTA, עלות התחזוקה השנתית מופחתת ב-28% וזמני ההשבתה של הציוד מצטמצמים ב-60%.
לסיכום, כדורי אלומינה מתאימים לבחירה חסכונית-בתנאי עבודה קונבנציונליים, בעוד שלאלומינה מחוסמת עם כדור זירקוניה Zta יש יתרונות משמעותיים בתנאי עבודה קיצוניים.
