Bi nghiền là bộ phận quan trọng của máy nghiền bi. Với nhiều đặc tính quý như: khối lượng thể tích lớn, độ bền nhiệt, bền cơ, bền va đập và bền mài mòn cao, các loại sứ hệ vật liệu zirconia (ZrO₂) đã được biết đến và sử dụng làm bi nghiền từ rất lâu. Tại một số quốc gia phát triển như Mỹ, Tây Âu, Nhật Bản hay Trung Quốc, việc sản xuất, sử dụng bi nghiền từ sứ ZrO₂ đã mang lại những lợi ích to lớn về khoa học và kinh tế. 

Tuy nhiên, tại Việt Nam, mặc dù đã có nhiều nhà khoa học và doanh nghiệp nghiên cứu, sản xuất một số sản phẩm từ sứ ZrO₂ nhưng chưa có đơn vị nào sản xuất bi nghiền ZrO₂ đáp ứng nhu cầu sản xuất trong nước. Do đó, KS. Nguyễn Văn Duy cùng các cộng sự Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản xuất bi nghiền ZrO₂ cho máy nghiền bi”. 

Sau nhiều tháng nghiên cứu, nhóm đã hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm bi nghiền ZrO₂ với các thông số công nghệ tối ưu. Trước tiên, nguyên liệu và phụ gia ổn định được cân, trộn theo tỷ lệ 95% khối lượng ZrO₂, 5% khối lượng Y₂O₃. Hỗn hợp nguyên liệu và phụ gia được đem nghiền ướt tới cỡ hạt trung bình 0,4 µm, sau đó sấy khô. KS. Nguyễn Văn Duy cho biết, quy trình công nghệ sử dụng chất kết dính PVA dưới dạng dung dịch 9% khối lượng PVA trong nước. Trong khi đó, phụ gia kết dính được sử dụng là 8% khối lượng thêm ngoài hỗn hợp bột oxit đã nghiền mịn. 

“Tiếp theo, phối liệu được trộn đều bằng máy trộn cầm tay và ủ trong túi nilong trong 24 giờ cho đồng nhất. Sau khi đồng nhất phối liệu, chúng tôi tiến hành ép tạo hình sản phẩm” – KS. Nguyễn Văn Duy giải thích.

Dựa theo quy trình công nghệ đã xác lập được, nhóm đã tiến hành sản xuất thử nghiệm một số loại sản phẩm gồm bi đạn kích thước 12mm, bi cầu kích thước 12mm và 10mm. Các sản phẩm có khối lượng thể tích 5.89 g/cm³, thành phần khoáng cubic ZrO₂ đạt 79-81% và đơn tà ZrO₂ đạt 16-18% . 

Các mẫu sản phẩm đề tài sản xuất được kiểm tra các chỉ tiêu tính chất theo yêu cầu đề ra và đem đi thử nghiệm đánh giá chất lượng. Thậm chí, nhóm còn tiến hành đánh giá thêm khả năng chịu mài mòn của bi nghiền trong quá trình sử dụng so với sản phẩm bi ZrO₂ đối chứng có xuất xứ Trung Quốc. Theo đó, các mẫu bi đem thử nghiệm nghiền ướt trong cùng điều kiện vật liệu nghiền (cát), thiết bị nghiền (máy nghiền hành tinh của Đức, tốc độ vòng quay 200 vòng/phút), thời gian nghiền (10 giờ). Sau đó, nhóm xác định lượng hao mòn của các mẫu bi thử nghiệm theo thời gian sử dụng. Kết quả cho thấy, sản phẩm của đề tài hoàn toàn tương đương với sản phẩm đối chứng xuất xứ Trung Quốc.

KS. Nguyễn Văn Duy cho hay, trong số các phương pháp nghiền, phương pháp nghiền bi ướt hoặc khô thường được sử dụng rộng rãi hơn cả. 

Trong quá trình nghiền, ngoài việc nguyên liệu bị nghiền nhỏ do va đập, chà xát, bi nghiền cũng chịu những tác động này và bị mòn dần, sinh ra tạp chất không mong trong thành phần của vật liệu nghiền. Cũng theo KS. Nguyễn Văn Duy, với một số ngành sản xuất không yêu cầu khắt khe, lượng vật liệu do bi nghiền bị bào mòn không gây ảnh hưởng nhiều tới tính chất sản phẩm, do đó có thể sử dụng những loại bi thông dụng. Tuy nhiên, với một số ngành yêu cầu về độ sạch, độ mịn nguyên phối liệu ban đầu rất khắt khe, ngoài việc phải sử dụng những phương pháp nghiền đặc biệt còn phải sử dụng các loại bi nghiền đặc biệt.

Do đó, việc nghiên cứu thành công quy trình công nghệ sản xuất bi nghiền ZrO₂ cho các máy nghiền bi có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, tạo tiền đề tốt cho việc sản xuất bi nghiền ở quy mô lớn phục vụ nhu cầu trong nước và hướng tới thị trường xuất khẩu.