Vertikalmischer bereiten Hochleistungskeramik auf

In unserem täglichen Leben kommen wir mit unterschiedlichsten synthetischen Werkstoffen in Berührung. Insbesondere technische Gebrauchsgegenstände beinhalten zunehmend keramische Hochleistungswerkstoffe. Keramischen Werkstoffen wird neben den Kunststoffen das größte Entwicklungspotential eingeräumt, denn mit Hinblick auf Beständigkeit, Wärmeresistenz und Härte, gilt die Keramik als einzigartig. Als hochtemperaturbeständiger Werkstoff bei der Energiegewinnung dient die Ingenieurkeramik gleichermaßen wie als Korrosions-, Säure- und Verschleißschutz im Prozessapparatebau oder als Halbleiter innerhalb elektrischer Bauteile.

Bei der Herstellung hochwertiger Keramiken werden die Ausgangskomponenten in einen Zustand großer spezifischer Oberfläche mit Partikelgrößen von ca. 0,1 bis 0,08 µm und einer geeigneten Korngrößenverteilung versetzt. Dabei kommt es auf höchste Reinheit an. Anschließend werden die Einzelkomponenten – zumeist Oxide, Nitride, Carbide oder Boride des Aluminiums und Siliziums – intensiv desagglomerierend gemischt. Derartig kleine Partikel neigen besonders zur Bildung von Agglomeraten, was eine gleichmäßige Gefügeausbildung des Sinterwerkstoffs verhindern würde.

Damit keine funktionsmindernden Fehlstellen entstehen, ist auf höchste Sauberkeit zu achten. An die einzelnen Verfahrensschritte werden höchste Ansprüche gestellt; von der chemischen Zerlegung über Mahlung, Dispergierung, Sichtung, Dotierung, Homogenisierung, Dispergierung in der Nassphase bis hin zur Trocknung, Compoundierung, Schwerkrafttrennung, Kalzination, erneuter Mahlung, Auflösung, Kristallisation, Vakuumtrocknung bis zur Formgebung und Abfüllung.

Aus der verfahrenstechnischen Perfektion resultiert letztlich eine Steigerung der Festigkeit, der Temperaturresistenz, der Säurebeständigkeit, der Duktilität, der Leitfähigkeit, der Transparenz, der Farbtiefe, etc..

Der Herstellungsprozess von ingenieurkeramischen Werkstoffen gliedert sich somit in Einzelabschnitte. Die meisten Verfahren finden in kontinuierlich arbeitenden Prozessapparaten statt, deren Parametereinstellungen jeweils aus vorgeschalteten Stoffanalysen vorzunehmen sind. Insofern sind kontinuierlich stattfindende Einzelschritte jeweils Abschnittweise durchzuführen und die Zwischenprodukte sind jeweils als Batch in Containern, Silos, Mischern oder Bigbags zu sammeln. Repräsentative Analysen bedingen, dass homogene Grundgesamtheiten vorgefunden werden. Die in der Pulvermetallurgie zu homogenisierenden Batchgrößen variieren zwischen 50 Liter und 20 000 Liter. Zur Erzielung idealer Mischgüten werden zunehmend amixon®-Mischer verwandt. Das charakteristische Strömungsbild der Vertikalmischer sorgt für kurze Verweilzeiten.

Kurze Prozesszeiten minimieren den Abrieb

Das Feststoffmischen und das Desagglomerieren wird als qualitätsbestimmender Schritt in amixon®-Mischern vorgenommen. Drei amixon®-Bauarten haben unterschiedliche Einsatzschwerpunkte. Da zum Teil sogar Reinraumbedingungen zu erfüllen sind, wird den hygienekonformen Apparateausprägungen wachsende Bedeutung beigemessen.

Die Mischwerke sind als helixartig gewundene Schraubenbänder ausgebildet, die mittels waagerecht angeordneter Arme mit der Welle verbunden sind. Durch die Rotation der Schraubenband-Mischwerke werden die trockenen, feuchten oder suspendierten Mischgüter im Außenbereich aufwärts geschraubt und fließen im Zentralbereich entlang der Welle aufwärts.

Dieses Strömungsbild wird im Doppelwellenmischer, der mit zwei gleichsinnig rotierenden Mischwerken ausgestattet ist, noch durch starke Quervermischung überlagert. So können Komponentenzusammensetzungen bis 1:1 000 000 in etwa 0,5 bis fünf Minuten entsprechend einer technischen idealen Homogenität vermischt werden. In der Praxis ist die erzielte Mischgüte nicht mehr zu verbessern.

Die ideale Mischgüte wird unabhängig von der Beschaffenheit der Mischgüter (differierende Merkmale wie Partikelgrößenverteilung, Partikelform, Feuchtigkeit, Adhäsion und Schüttdichte) erreicht. Dabei kann der Füllgrad von zehn bis hundert Prozent des Nutzinhaltes variieren, ohne dass die erzielbare Mischgüte beeinträchtigt wird.

Der Einsatz von Zweiwellenmischern erstreckt sich auf nahezu sämtliche anspruchsvolle Feststoff Mischaufgaben mit sehr kurzen Verweil- und Taktzeiten oder Schüttdichteveränderungen. Diese Mischerart eignet sich auch für das so genannte „mechanische Legieren“ durch Zugabe von Coating-Ingredentien und anschließender isostatischen Verpressung.

Der Vertikal-Einwellenmischer der Bauart VM wird hingegen vornehmlich dort eingesetzt, wo zwar hohe Mischgüten verlangt werden, die Mischzeiten jedoch fünf bis acht Minuten oder länger andauern dürfen. Aufgrund der dreidimensionalen Umschichtungsströmung kann in derselben Mischmaschine

  • äußerst schonend gemischt werden – bei geringer Mischwerksdrehzahl oder
  • sehr intensiv und desagglomerierend gemischt werden – bei erhöhter Mischwerksdrehzahl und zusätzlichem Schneidrotoreinsatz.

Aus den verfahrenstechnischen Merkmalen dieser Vertikalmischer ergibt sich ein breites Anwendungsspektrum. So kann etwa bei oxidationsgefährdeten Gütern die Peripheriegeschwindigkeit der Mischwerke unter 1 m/s orientiert werden, so dass teure Inertisiermaßnahmen unterbleiben dürfen. Ein weiterer Vorteil resultiert aus der ruhigen Betriebsweise: Bedingt durch die relativ geringe Mischwerksdrehzahl entstehen kaum Schwingungen, so dass die Mischmaschinen auf Wägezellen aufgebaut werden können, wobei das Mischgut bis auf 500 g genau verwogen werden kann.

Chargenverfolgbarkeit und Produktreinheit sind Schlüsselfaktoren zum Erfolg!

Zuweilen verlangt der Werkstoffproduzent nach einem Präzisionsmischer der neben idealen Mischgüten auch eine hundertprozentige Restentleerbarkeit aufweisen soll. Hier kommen Konusmischer zum Einsatz, die mit typischen, patentierten amixon® -Details ausgestattet werden. In Pulvermetallfabriken arbeiten beispielsweise amixon®-Mischer die 4000 kg Ansätze vermischen und anschließend bis auf wenige Gramm Restverbleib entleeren.

Bei der Verfahrenspilotierung mit Kleinmengen bietet ein weiteres Einwellenmischer Derivat interessante Handhabungsmerkmale. Es beschickt und entleert sich selbsttätig indem der Inhalt von Normfässern kontaminationsfrei aufgenommen wird und nach erfolgter Vermischung in diese zurück gefüllt wird. Hier findet das gesamte Processing also die Chargierung, die mischende Aufbereitung, die Abfüllung und die Qualitätssicherung in Norm-Fässern statt. Eine Pharmazie konforme, Reinraumproduktion kann so bequem umgesetzt werden.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass die in einem kleinen amixon®-Mischer gewonnenen Resultate auf große amixon®-Mischer übertragbar sind. Insofern können Resultate einer Pilotanlage mit Hilfe werkseigener Umrechnungsfaktoren sicher in großtechnische Mischermaschinen umgesetzt werden. Inspektion und Reinigung können auf ergonomisch vorbildlichem Weg vorgenommen werden. Der Apparat wird annähernd emissionsfrei betrieben.

Apparatestandards die in der Pharmazie und Lebensmittelindustrie Gang und Gebe sind halten zunehmend auch in die Pulvermetallurgie und Nanotechnologie Einzug. Beispielhaft seien hier Inspektionstüren erwähnt, die nach dem „Clever-Cut®“ Design gefertigt sind. Hier handelt es sich um totraumfrei schließende Revisionsöffnungen, die eine extrem produktnahe Abdichtung aufweisen. Ihnen wird eine mikrobiologische Beherrschbarkeit attestiert.

Mischer aus dem Hause amixon® garantieren dem Anwender vielfältige Anwendernutzen.

  • Kontaminationsarme Vermischung, wenig Abrieb und Verschleiß aufgrund geringer Drehzahlen!
  • Ideale Mischgüten auch bei schwierigsten Aufgabenstellungen! => Insofern lohnende Investition mit Hinblick auf zukünftige Aufgabenstellungen.
  • weitgehend restlose und entmischungsfreie Entleerung! => bedarfskonforme Materialzuführung; bei schneller Austragung durch große Entleervorrichtung; bei langsam dosierendem Austrag durch kleine Entleervorrichtung.
  • Lagerung und Antrieb der Mischwerke nur oberhalb des Mischraums! => praktisch wartungsfreie Wellendurchführung und Abdichtung.
  • Große, hygienische Inspektionstür! => kontaminationsfreie Produktion, bequeme Einsichtnahme und Reinigung bei minimalem Handlingsaufwand.

Die Anwendervorteile wird Ihnen das amixon® Team gerne durch Versuche in unserem werkseigenen Technikum aufzeigen. Stellen Sie uns mit Ihren Originalgütern auf die Probe – wir sichern Ihnen bereits vorab einen hohen Informationsgewinn zu.