1月 22, 2025

工業用表面処理および研削プロセスでは、イットリア安定化ジルコニアビーズとガラスビーズが2つの一般的な媒体である。どちらも洗浄、バリ取り、強化などの機能を持つが、実際の用途では、優れた物理的・機械的特性を持つジルコニアビーズが徐々にガラスビーズに取って代わり、多くの分野で好んで使用される媒体となっている。

イットリア安定化ジルコニアビーズは、その高硬度、高密度、化学的安定性により、特に高硬度や極めて高い表面品質が要求されるワークピースにおいて、様々な材料を扱うことができます：

1.高硬度 金属類だ：

• ステンレス鋼：ワークピースの強度や仕上がりに影響を与えることなく、表面の酸化被膜、汚れ、バリを除去し、つや消し効果を得る。
• チタン合金：航空宇宙分野で使用されるチタン合金部品を精密に強化し、耐疲労性と耐久性を向上させる。

2. セラミックス： ジルコニアビーズは、セラミック製品の表面平滑性と耐摩耗性を向上させるための仕上げに適している。また、電子部品や医療機器にも使用されています。

ガラスビーズは、その物理的特性の限界から、高硬度ワークの表面処理には適さない：

1. アルミニウムおよびアルミニウム合金： ガラスビーズは、酸化被膜やコーティングのクリーニングには適しているが、表面の奥深くまで浸透して表面を強化することはできない。
2. 銅と真鍮： ガラスビーズは、ワークピースの光沢を損なうことなく、これらの金属を汚染除去し、研磨することができる。
3. 軟質プラスチック： ガラスビーズは、軟質プラスチックの表面を傷つけることなく表面装飾を施すことができるが、洗浄効率はジルコニアビーズに劣る。

• より高い硬度

酸化ジルコニウムビーズのモース硬度は最大9で、ガラスビーズの6～7に比べて頑固な汚れや表面の汚れを簡単に除去することができます。特に硬度の高い金属を扱う場合、ジルコニアビーズはより徹底的で均一な洗浄効果を発揮します。

• 安定した光沢と質感

酸化ジルコニウムビーズの表面は滑らかで光沢があり、サンドブラスト工程では非常に重要です。媒体の表面が滑らかであればあるほど、ワークピースとの摩擦が均一になり、摩耗が少なくなるからです。したがって、ジルコニア・ビーズはワークピースの表面でより繊細で滑らかなテクスチャ効果を実現し、粗さや欠陥を減らすことができます。さらに、滑らかな球面ではサンドブラスト後の鏡面効果も向上しますが、粗い球面では表面反射が不均一になり、全体的な外観品質に影響します。

例えば、下図は左が80メッシュのガラスサンドブラストの効果、右がジルコニアビーズブラストの効果です。2つの色は違います。ガラス砂は黒っぽく、光沢がありません。酸化ジルコニウムビーズの色は明るく、鋼板本来の地色である銀白色です。

• より高い耐久性

酸化ジルコニウムビーズは、優れた耐破壊性により衝撃時に破損しにくく、高強度のサンドブラスト工程でも何度も再利用できます。このため、サンドブラスト効果の安定性が確保されるだけでなく、媒体の交換頻度が大幅に減少し、生産コストが削減されます。

• 脆弱性の物理的理由

ガラスビーズのもろさは、その内部アモルファス構造に由来する。ガラス材料は結晶構造中に滑り面を持たない。外力によって衝撃を受けると、応力を効果的に分散させることができず、高エネルギーの衝撃で破損しやすく、その結果、被加工物の表面を傷つけてしまう。対照的に、酸化ジルコニウムビーズは緻密な結晶構造を持つため、外力をうまく吸収・分散して破損を防ぐことができる。

• 硬度と耐久性が不十分

ガラスビーズは硬度が低く、高硬度の金属表面を効果的に処理できない。また、使用中に粒子の形状やサイズが急速に摩耗するため、サンドブラスト後の表面の質感が均一でなく、目に見える跡が残りやすい。

• 高いエネルギー伝達効率

酸化ジルコニウムビーズの密度は6g/cm³と高く、ガラスビーズ（2.4～2.6g/cm³）の2倍以上です。研削工程では、単位体積当たりの衝撃エネルギーが高く、高強度のバリ取りや表面仕上げ作業を短時間で完了することができます。

• 長寿命

酸化ジルコニウムビーズは、酸化ジルコニウムと酸化イットリウムを主成分とし、良好な破壊靭性、高い弾性率、金属に近い線膨張係数を持ち、耐摩耗性に優れ、ガラスビーズの約20倍である。つまり、連続粉砕プロセスにおいて、ジルコニアビーズは効率的な粉砕を維持できるだけでなく、割れることがないため、メディア交換の頻度を大幅に減らし、生産効率を向上させることができる。

• 高粘度・硬質材料への適応性

高粘度や高硬度の材料（セラミック粉末や電子スラリーなど）を扱う場合、酸化ジルコニウムビーズの安定性と耐久性は特に傑出しています。ガラスビーズでは、同様の条件下でクラックが発生したり、表面が過度に摩耗して破損することがよくあります。

• 低い粉砕効率

密度が低いため、粉砕工程でガラスビーズが与える衝撃力は不十分であり、高い処理効率を必要とする産業ニーズに応えることは難しい。

• 壊れやすいため、交換頻度が高くなる

ガラスビーズのもろさは、粉砕効果の安定性を低下させるだけでなく、頻繁な交換を必要とし、メンテナンスコストとダウンタイムを増大させる。

全体的に、イットリア安定化ジルコニアビーズは、幅広い用途、高硬度、滑らかな表面、高密度、耐久性により、サンドブラスト効果と研削効率の面でガラスビーズより優れています。その優れた表面処理能力と経済的な利点から、特にステンレス鋼の表面強化、精密部品の洗浄、高硬度材料のバリ取りなど、高品質が要求される工業用途において、ガラスビーズに代わる理想的な選択肢となります。