Qu’est ce qu’une bille d’alumine ?
Les billes d’alumine sont un matériau métallique utilisé pour le broyage et la dispersion de divers matériaux et leur résistance au polissage.
Lorsque des solides sont écrasés ou broyés mécaniquement, les résultats peuvent être inégaux ou non uniformes. C’est pourquoi, en les mélangeant à un objet sphérique dur appelé billes d’alumine, elles sont broyées uniformément et peuvent également être réduits en une fine poudre en modifiant la taille des particules des billes d’alumine.
L’aluminium, la matière première de l’alumine, est abondant sur terre et sa production est peu coûteuse.
Utilisations des billes d’alumine
En plaçant des billes d’alumine de taille appropriée dans un broyeur ou un autre équipement spécialisé et en les agitant, le verre et la viscosité sont réduits en une fine poudre. De plus, si un polissage est souhaité, la surface métallique peut également être polie en plaçant les billes d’alumine et le métal ou autre matériau à polir avec de la boue abrasive et en l’agitant.
Les matériaux à remuer, à broyer ou à mélanger dans le broyeur vont des matériaux tendres, tels que l’argile, aux matériaux durs tels que le verre et le métal. Ces derniers requièrent une grande solidité et une importante résistance à l’usure.
Principe des billes d’alumine
L’alumine désigne l’oxyde d’aluminium et est souvent utilisée pour désigner la poudre d’oxyde d’aluminium comprimée et traitée à haute température. Les billes d’alumine sont fabriquées à partir de cet oxyde d’aluminium, mais elles obtiennent leur dureté élevée en donnant à la poudre d’alumine une forme sphérique avant d’être traitée à haute température. En raison de ce traitement à haute température, elles sont souvent appelées “céramiques”.
L’alumine est un matériau léger et chimiquement stable en raison de sa faible densité. Elle est non seulement capable de supporter des températures élevées, mais elle est également résistante aux acides et aux bases, possède une grande résistance à l’abrasion et n’a pas d’effets nocifs connus sur le corps humain. C’est pourquoi elle est largement utilisée sous forme de billes d’alumine pour l’agitation et le broyage.
Lorsque les billes d’alumine sont agitées dans un moulin avec le matériau à broyer, tel que des fragments de verre, elles compriment et brisent le verre. Les fragments de verre deviennent alors de plus en plus petits, jusqu’à ce qu’ils soient réduits en poudre. Dans le cas du broyage, les billes d’alumine sont placées dans le broyeur avec de l’eau ou un abrasif et remuées, ce qui permet aux billes d’alumine de gratter la surface du métal et de la polir.
Composition des billes d’alumine
L’ingrédient principal des billes d’alumine est l’oxyde d’aluminium (Al2O3), mais les produits à usage général sont frittés en ajoutant plusieurs pourcentages de dioxyde de silicium (SiO2) et d’oxyde de magnésium (MgO) en tant qu’adjuvants de frittage en plus de la poudre d’alumine brute. Par conséquent, la pureté du produit est généralement de 90 à 95 %. Ces produits à usage général sont généralement utilisés pour le broyage.
En revanche, le dioxyde de silicium, etc. ajouté au corps fritté dans le processus de fabrication susmentionné est réparti de manière inégale à l’interface cristalline (joint de grain), ce qui entraîne une faible résistance de l’interface ainsi qu’une durabilité et une résistance à la corrosion médiocres. Il existe toutefois des billes d’alumine de haute pureté dans lesquelles les adjuvants de frittage sont réduits par un traitement à des températures élevées proches du point de fusion de l’alumine.
Les billes d’alumine de haute pureté ont une pureté de 99,5 % ou plus et sont d’une dureté et d’une résistance supérieures, ce qui les rend adaptées au broyage de matériaux qui s’useraient avec des billes à usage général. Elles sont aussi réservée à des applications où la contamination de composants autres que l’aluminium doit être évitée. Elles présentent de plus une excellente résistance à la corrosion et sont donc utilisées lorsque la corrosion est un problème, par exemple dans des conditions fortement acides ou alcalines.
Comparaison des billes d’alumine
Les billes d’alumine sont le type le plus courant de billes céramiques, elles sont bon marché et facilement disponibles, mais il existe de nombreux autres matériaux.
- Zircone (ZrO2)
Les billes en oxyde de zirconium ont une résistance et une ténacité supérieures à celles des billes d’alumine et sont plus résistantes à l’abrasion, ce qui les rend adaptées à la résistance à la contamination. De plus, en raison de la densité élevée de la zircone, la force d’impact générée au cours du processus de broyage est supérieure à celle des billes d’alumine de même taille. Les billes de zircone sont souvent utilisées dans le broyage mécanique, une technique où l’énergie du broyage est utilisée pour des réactions chimiques et la modification des matériaux. - Nitrure de silicium (Si3N4)
Matériau présentant une excellente résistance à la chaleur et une faible perte de résistance à haute température, il est utilisé dans une large gamme d’applications présentant un bon équilibre entre résistance mécanique, résistance à la corrosion et résistance à la chaleur. - Carbure de tungstène (WC)
Composé inorganique de carbone et de tungstène, d’une dureté de Mohs de 9, la deuxième après le diamant, et d’une excellente résistance à la chaleur et à la corrosion. En raison de sa gravité spécifique extrêmement élevée, il convient aux applications de fraisage mécanique en raison de sa force d’impact élevée lors du broyage, mais il est souvent une option dans la recherche et le développement en raison de son coût élevé. Bien qu’ils soient très durs, ils ne sont pas forcément résistants et se cassent facilement. Il faut donc veiller à éviter toute contamination. Il convient également de noter que les billes de carbure de tungstène sont additionnées de quelques pour cent de cobalt pour faciliter le frittage.
Les billes d’alumine ont une résistance et des propriétés qui conviennent aux applications générales de broyage et de dispersion. Elles représentent donc généralement un matériau de premier choix, bien que d’autres matériaux puissent être envisagés en cas d’exigences particulières.