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Vertikalmischer bereiten Hochleistungskeramik auf

 

Keramischen Werkstoffen wird neben Kunststoffen das größte Entwicklungspotenzial zugeschrieben, da sie in Bezug auf Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Härte als einzigartig gelten. Als hochtemperaturbeständiger Werkstoff in der Energieerzeugung wird Ingenieurkeramik ebenso eingesetzt wie als Korrosions‑, Säure‑ und Verschleißschutz im Apparatebau oder als Hochfrequenzhalbleiter in der Nachrichtentechnik.

Bei der Herstellung technischer Keramik gibt es viele Parallelen zur Pulvermetallurgie. Die eingesetzten Rohstoffe sind teuer und hochrein. Es handelt sich um Oxide, Nitride, Karbide oder Boride hochreiner Metalle, zum Beispiel Aluminiumoxid, Aluminiumtitanat, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid und Zirkonoxid. Aufgrund ihrer Sprödigkeit neigen keramische Bauteile zum „kritischen Versagen“. Bei der Herstellung von Hochleistungskeramiken ist daher auf höchste Reinheit und Prozesssicherheit zu achten.

  1. Warum sind amixon® Doppelwellenmischer für keramische Pulver geeignet?
    Sie erzeugen eine dreidimensionale Umschichtungsströmung mit Schubumkehr, sodass auch feine, nadelförmige oder agglomerationsfreudige Partikel ideal durchmischt und voneinander getrennt werden.
  2. Wie sorgen Gyraton®-Mischsilos dafür, dass viele Kleinchargen zu einer homogenen Keramikcharge zusammengeführt werden?
    Gyraton®-Mischsilos homogenisieren viele Kleinchargen zu einem definierten Zwischenprodukt, indem sie Schwankungen in Zusammensetzung, Feuchte, Kornverteilung und Produkteigenschaften ausgleichen. Dadurch werden nachgeschaltete Prozesse stabilisiert, die Produktqualität wird reproduzierbarer, und die Gesamtanlage lässt sich einfacher und effizienter betreiben. Repräsentative Analysen werden möglich, weil die Gesamtmasse homogen vorliegt. In der Pulvermetallurgie liegen die Chargengrößen meist zwischen 5 und 40.000 Litern, Gyraton®-Mischsilos sind bis 100 m³ verfügbar und erreichen durch ihre dreidimensionale Umschichtungsströmung höchste Homogenität bei sehr geringer Antriebsleistung.
  3. Welche Vorteile bieten amixon® Einwellen- und Konusmischer?
    Einwellenmischer ermöglichen besonders schonende Mischprozesse, Konusmischer ergänzen dies durch nahezu restlose Entleerung und sind ideal für Kleinchargen und hochwertige Keramikrezepturen.
  4. Welche Prozessschritte lassen sich in amixon® Mischer-Synthesereaktoren kombinieren?
    Je nach Ausführung lassen sich Mischen, Benetzen, Agglomerieren, Synthesereaktionen, Vakuum‑Mischtrocknung und Hochtemperaturprozesse in einem Apparat abbilden.
  5. In welchen Anwendungen werden keramische Werkstoffe aus solchen Prozessen eingesetzt?
    Sie kommen unter anderem in Feuerfest‑ und Hochtemperaturtechnik, Zerspanungswerkzeugen, Funktionskeramiken, Magnetokalorik, Sensorik, Umwelttechnik sowie in der Wasserstoff‑ und Batterietechnologie zum Einsatz.
  6. Kann man amixon® Mischer und Mischwerkzeuge mit verschleißfesten keramischen Werkstoffen auskleiden?
    Ja. Verschleißfeste keramische Werkstoffe können als Plasma‑ oder Flammspritz‑Beschichtungen auf amixon® Mischwerkzeuge, Mischbehälter und präzise Maschinenelemente aufgebracht werden. Sie bieten bei hohen Temperaturen sehr gute tribologische Eigenschaften, sind weitgehend korrosionsbeständig und eignen sich daher besonders für abrasive Anwendungen in der Pulververfahrenstechnik.
  7. Wie unterstützt das amixon® Technikum Anwender aus der Pulvermetallurgie und Keramikindustrie?
    Im Technikum werden kundenspezifische Versuche mit Originalprodukten durchgeführt, um Scale‑up, Prozessparameter und Mischergestaltung für industrielle Anwendungen abzusichern.

1) Kurze Prozesszeiten minimieren den Abrieb.

 

Das Mischen und Desagglomerieren von Feststoffen ist ein qualitätsbestimmender Verfahrensschritt in amixon®‑Mischern. Drei amixon®‑Mischertypen decken dabei unterschiedliche Einsatzschwerpunkte ab. Da teilweise sogar Reinraumbedingungen erfüllt werden müssen, gewinnt eine hygienegerechte Geräteausführung zunehmend an Bedeutung.

Die Mischorgane der amixon®‑Mischer sind als wendelförmig gewundene Schraubenbänder ausgebildet, die über horizontal angeordnete Arme mit der Welle verbunden sind. Durch die Rotation der Schraubenband‑Mischwerke werden trockene, feuchte oder suspendierte Mischgüter im äußeren Bereich nach oben gefördert und fließen im mittleren Bereich entlang der Welle nach unten zurück..

 

 

Im amixon® Doppelwellenmischer rotieren zwei Schraubenbandmischwerke synchron

 

Dadurch können Komponentenzusammensetzungen bis zu 1:1 000 000 in kürzester Zeit homogen vermischt werden. Die Mischqualität entspricht einer technisch idealen Homogenität; in der Praxis lässt sich die erreichte Mischgüte nicht weiter verbessern.

Im Inneren des Mischraums entsteht bei jeder Mischwerkzeugumdrehung eine Schubumkehr. Dieser einzigartige Effekt bewirkt, dass sich nadelförmige Partikel unabhängig voneinander – nach dem Zufallsprinzip – ausrichten. Ohne diese Strömungscharakteristik würden sich nadelförmige Partikel gleichsinnig ausrichten und sogenannte Aggregate ausbilden.

Die ideale Mischgüte wird unabhängig von der Beschaffenheit der Mischgüter erreicht, selbst bei stark unterschiedlicher Partikelgrößenverteilung, Partikelform, Feuchte, Adhäsion oder Schüttdichte. Der Füllgrad kann zwischen dreißig und hundert Prozent des Nutzinhalts variieren, ohne dass die erzielbare Mischgüte beeinträchtigt wird. Der Einsatz von Zweiwellenmischern erstreckt sich auf nahezu alle anspruchsvollen Feststoffmischaufgaben, bei denen die Mischzeit kurz sein soll.

amixon® Doppelwellenmischer für extrem anspruchsvolle Mischaufgaben. Die Mischwerkwellen sind nur oben gelagert und hygienisch, gasdicht abgedichtet.

2) Viele Kleinchargen werden in einem Gyraton®-Mischsilo homogenisiert

 

Vom Rohstoff bis zur Hochleistungskeramik sind viele Prozessschritte erforderlich. Kontinuierliche und chargenweise Prozesse greifen ineinander. Dazwischen puffern und entkoppeln Silos die einzelnen Stufen.

Gyraton®-Mischsilos homogenisieren das Zwischenprodukt definiert. Schwankungen in Zusammensetzung, Feuchte, Kornverteilung und Produkteigenschaften werden ausgeglichen. Das stabilisiert nachgeschaltete Prozesse. Die Produktqualität wird reproduzierbarer. Die Gesamtanlage lässt sich einfacher und effizienter betreiben.

Repräsentative Analysen erfordern eine homogen vorliegende Gesamtmasse. In der Pulvermetallurgie liegen die Chargengrößen meist zwischen 5 und 40.000 Litern. Gyraton®-Mischsilos sind bis 100 m³ verfügbar. Ihre dreidimensionale Umschichtungsströmung ermöglicht höchste Homogenität bei sehr geringer Antriebsleistung.

3) amixon® Vertikalmischer

 

Der vertikale Einwellenmischer vom Typ VM wird vorwiegend dort eingesetzt, wo die Mischzeit eine untergeordnete Rolle spielt. Auch hier werden exzellente Mischqualitäten erreicht. Durch die langsame Umdrehungsgeschwindigkeit kann im gleichen Mischer sehr schonend gemischt werden.

So kann beispielsweise bei staubexplosiven Produkten die Umfangsgeschwindigkeit des Mischwerkzeugs auf unter 1 m/s eingestellt werden. Dadurch lassen sich teure Inertisierungsmaßnahmen häufig einsparen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der ruhigen Betriebsweise: Es treten kaum Vibrationen auf, und die Mischchargen können sehr genau verpackt werden.

amixon® Einwellenmischer 12 m³. Aufbereitete Nanokeramik für Vielschicht-Keramikkondensatoren. In diesem Mischer wird eine Jahresproduktion homogenisiert, aus der viele Millionen Bauteile gefertigt werden.

Keramiken können transparent sein wie Glas

Der weitaus größte Teil der weltweit verfügbaren Seltenen Erden stammt von chinesischen Staatsunternehmen. Diesem Ungleichgewicht soll durch technologische Entwicklungen entgegengewirkt werden.

 

Transparente Keramiken können eine Durchschusshemmung erreichen, die der von Panzerglas entspricht, das bei gleicher Eignung neunmal schwerer ist. Der Begriff Funktionskeramik umfasst auch piezoelektrische Materialien, Halbleiter, mikrooptische, mikroelektromechanische Sensor- und Elektronikmaterialien sowie thermoelektrische, ferroelektrische und magnetoelektrische Materialien für die Hochfrequenzkommunikation. Kühlprozesse sollen durch den Verzicht auf Fluorkohlenwasserstoffe als Verdampfungsmedium wirtschaftlicher und umweltfreundlicher werden.

Transparente Keramiken können eine Durchschusshemmung erreichen, die der von Panzerglas entspricht, während Panzerglas bei gleicher Schutzwirkung etwa neunmal schwerer ist. Der Begriff Funktionskeramik umfasst piezoelektrische Materialien, Halbleiter, mikrooptische und mikroelektromechanische Sensor‑ und Elektronikmaterialien sowie thermoelektrische, ferroelektrische und magnetoelektrische Materialien für die Hochfrequenzkommunikation. Kühlprozesse sollen durch den Verzicht auf Fluorkohlenwasserstoffe als Verdampfungsmedium wirtschaftlicher und umweltfreundlicher werden.

4) Keramiken haben einzigartige Eigenschaften

 

Keramiken besitzen spezifische Eigenschaften, die von keiner anderen Werkstoffgruppe erreicht werden: extreme Festigkeit, hohe Hitzebeständigkeit, Säurebeständigkeit, gezielt einstellbare Duktilität, elektrische und thermische Leitfähigkeit, elektrische Isolation, optische Brechung, Transparenz und Farbtiefe.

Keramische Pulver werden mit größter Sorgfalt aufbereitet. In einigen Fällen werden die Ausgangskomponenten in einen Zustand mit extrem hoher spezifischer Oberfläche überführt. Die Partikelgrößen liegen dann unter 0,01 µm. Diese Art der Partikelzerkleinerung erfordert einen sehr hohen Energieaufwand.

Derart kleine Partikel neigen dazu, spontan zu agglomerieren. Die Agglomerate müssen wieder in Primärpartikel aufgetrennt (desagglomeriert) werden, um eine gleichmäßige Gefügeausbildung des Sinterwerkstoffes zu gewährleisten. Die Prozesskette ist lang: Sie reicht von der Rohstoffgewinnung aus der chemischen Industrie über definierte Oberflächenvergrößerung, chemischen Säure-Aufschluss, Siebung, Dotierung, Homogenisierung, Dispergierung in der Nassphase und Fest‑Flüssig‑Trennung bis hin zur thermischen Trocknung und erneuten Homogenisierung bzw. Vermischung.

Die Stoffdiffusion erfolgt bei hohen Sintertemperaturen im Kalzinierofen. Die Abkühlung schließt den ersten Syntheseschritt ab. Danach folgen ähnliche oder andere Aufbereitungsschritte, die wieder mit Mahlen und Mischen beginnen. Enthält das Komposit Kunststoffpolymere, können Synthesereaktionen im amixon®‑Mischer trocken, feucht, nass oder gasförmig ablaufen

Die größte Herausforderung unserer Zeit ist die einfache und ressourcenschonende Gewinnung und Speicherung von Energie.

5) Technische Keramik

Zerspanungswerkzeug mit keramischen Schneideinsätzen.

Zerspanungswerkzeuge mit keramischen Schneideinsätzen sind ein wichtiges Anwendungsfeld technischer Keramik.

Traditionell spielt Ingenieurkeramik im Bereich der Feuerfest‑ und Hochtemperaturkeramik eine zentrale Rolle. Heute werden feuerfeste Materialien bei Temperaturen bis zu 1500 °C eingesetzt. Beispiele sind die Hochtemperaturverbrennung, die Stahlerzeugung, die Glasherstellung sowie chemische Prozesse, in denen Wasserstoff als Brennstoff zum Einsatz kommt.

Anorganische Strukturwerkstoffe entstehen durch Biomaterialisierung

 

Ingenieurkeramik ist in vielen Industriezweigen ein Motor für Effizienzsteigerungen – zum Beispiel im Gesundheitswesen, wo keramische Werkstoffe für Zahnimplantate, Knochenersatzmaterialien, selbstschmierende Gelenke, Prothesen, Zahnprothesen und bioaktive Gläser mit immer besserer Verträglichkeit und Haltbarkeit eingesetzt werden.

Am Institut der RWTH Aachen beschäftigt sich Professor Gonzales‑Julian mit einem neuen, faszinierenden Gebiet der Biokeramik: Lebende Organismen produzieren anorganische Materialien durch Biomaterialisierung. Auf diese Weise sollen eines Tages biokompatible Keramiken synthetisiert werden. Ein ergänzendes Forschungsfeld sind keramische Komposite für Faserverbundwerkstoffe, insbesondere für hochbelastete Leichtbaukonstruktionen. Stichworte sind biobasierte oder bioinspirierte Hochleistungskeramiken.

Die Aufbereitung ingenieurkeramischer Massen umfasst zahlreiche Prozessschritte.

 

Die Stoffe können in den unterschiedlichsten Konsistenzen vorliegen: Als Flüssigkeit, als strukturviskose oder dilatante Suspension, als Knetmasse oder als pulverförmiges Schüttgut. Mit Ausnahme von Knetmassen erfolgt die mischende Aufbereitung in der Regel chargenweise. Je nach Aufgabenstellung kann amixon® hervorragende Lösungen bieten. Klassische Verfahren sind Mischen, Agglomerieren, Synthesereaktionen und Vakuum-Mischtrocknung. Die Prozesstemperaturen betragen bis zu 400°C. Die Systemdrücke im Reaktor reichen von Vakuum bis 25 bar.

Die Stoffe können in unterschiedlichsten Konsistenzen vorliegen: als Flüssigkeit, als strukturviskose oder dilatante Suspension, als Knetmasse oder als pulverförmiges Schüttgut. Mit Ausnahme von Knetmassen erfolgt die mischende Aufbereitung in der Regel chargenweise. Je nach Aufgabenstellung kann amixon® hervorragende Lösungen bieten. Klassische Verfahren sind Mischen, Agglomerieren, Synthesereaktionen und Vakuum‑Mischtrocknung. Die Prozesstemperaturen betragen bis zu 400 °C. Die Systemdrücke im Reaktor reichen von Vakuum bis 25 bar.

 

 

Keramische Bauelemente für die Umwelt- und Verfahrenstechnik

 

Für die Veredelung und Verarbeitung von Stoffen in der Verfahrenstechnik werden verschiedenste Keramiken für Membranen, Wärmetauscher, Katalysatoren, Isolatoren und Hochleistungsfilter eingesetzt. Auch hier macht die Kombination aus Korrosions‑ und Temperaturbeständigkeit Oxidkeramik zu einem universellen Werkstoff. Aluminiumoxidkeramische Beschichtungen schützen Mischwerkzeuge zuverlässig vor Verschleiß.

Keramische Sensoren funktionieren auch unter rauen Betriebsbedingungen. Keramische Schaltkreise können direkt auf die Laufflächen von Kugellagern aufgedruckt werden. Sie dienen als Drucksensoren und messen die Belastung in Sekundenbruchteilen.

 

Magnetokalorik

 

Die Magnetokalorik ist ein forschungsintensives Teilgebiet der Hochleistungskeramik. Dabei geht es unter anderem darum, teure magnetokalorische Metalle wie Gadolinium zu ersetzen. Mit pulvermetallurgischen Verbundwerkstoffen aus Lanthan, Eisen und Silizium ist dies bereits beispielhaft gelungen.

Wachsender Bedarf wird für sogenannte weichmagnetische Verbundwerkstoffe (soft magnetic composites, SMC) erwartet. Eisenpulver werden vor dem Pressen mit einem elektrischen Isolator ummantelt. Dadurch kann der magnetische Fluss dreidimensional geführt werden. Seltene Erden wie Cer (Ce), Europium (Eu), Kobalt (Co), Lanthan (La), Lutetium (Lu), Neodym (Nd), Praseodym (Pr), Samarium (Sm), Terbium (Tb) und Ytterbium (Yb) werden für besonders starke oder hitzebeständige Magnete verwendet.

In der Wasserstoff‑, Thermoelektrik‑ und Brennstoffzellenindustrie werden keramische Komposite in der Hochtemperatur‑Elektrolyse eingesetzt. Die wirtschaftliche Bedeutung keramischer Festelektrolyte für Batterien kann derzeit kaum überschätzt werden.

Magnetokalorisches Material erwärmt in Anwesenheit eines magnetischen Feldes. In Abwesenheit des magnetischen Feldes kühlt das Material ab.

amixon® Einwellenmischer im Kleinformat

 

Gelegentlich fordert der Werkstoffproduzent einen Präzisionsmischer, der neben idealen Mischgüten auch eine nahezu hundertprozentige Restentleerbarkeit aufweisen soll. Hier können amixon®‑Konusmischer eingesetzt werden. Je nach Rieselfähigkeit der Pulver kann die Restentleerung bis auf wenige Gramm reduziert werden.

amixon® bietet eine ergänzende, ergonomische Lösung für die Pilotierung von Prozessen mit kleinen Mengen. Dieser Mischer beschickt und entleert sich selbst. Der gesamte Prozess – Beschickung, Mischen, Abfüllen und Qualitätssicherung – erfolgt in Normfässern. Damit lässt sich eine pharmazeutisch konforme Reinraumproduktion realisieren.

  • Die in einem kleinen amixon®‑Mischer gewonnenen Ergebnisse sind auf große amixon®‑Mischer übertragbar. 
  • Inspektion und Reinigung können ergonomisch vorbildlich durchgeführt werden. 
  • Der Betrieb ist nahezu emissionsfrei. 
  • Hygienestandards, wie sie in der Pharma‑ und Lebensmittelindustrie üblich sind, werden zunehmend auch für ingenieurkeramische Produkte und in der Nanotechnologie gefordert.

6) Verschleißfeste keramische Werkstoffe

 

Ein weiterer großer Anwendungsbereich sind verschleißfeste keramische Werkstoffe für die spanende Metallbearbeitung. Dabei handelt es sich beispielsweise um Beschichtungen, die im Plasma‑ oder Flammspritzverfahren auf metallische Körper aufgebracht werden. Das können Mischwerkzeuge oder großformatige Mischbehälter sein, aber auch hochpräzise Maschinenelemente wie Wellenschutzhülsen, Ventilsitze oder Kolbenringe, die anschließend mikrofein geschliffen werden. Ihre Oberfläche erscheint dann metallisch blank.

Keramische Beschichtungen weisen auch bei erhöhten Temperaturen sehr gute tribologische Eigenschaften auf. Darüber hinaus besitzen sie zwei besonders attraktive Eigenschaften: Sie können hohen Temperaturen ausgesetzt werden und sind dabei weitgehend korrosionsbeständig. Das macht sie für die Pulververfahrenstechnik, für Turbomotoren, für Flugzeuge sowie für Gas‑ und Dampfturbinen hochinteressant.

Aluminiumoxidkeramik im Flammspritzverfahren auf austenitischen Edelstahl aufgebracht

7) Versuche im amixon® Technikum garantieren dem Anwender vielfältige Vorteile.

 

  • Ideale Mischgüten auch für schwierigste Aufgaben – eine lohnende Investition im Hinblick auf zukünftige Anforderungen.
  • Weitgehend rest- und entmischungsfreies Entleeren – bedarfsgerechte Materialzuführung: schnelle Entleerung über einen großen Auslauf, langsam dosierte Entleerung über einen kleinen Auslauf.
  • Lagerung und Antrieb der Rührwerke ausschließlich oberhalb des Mischraums – nahezu wartungsfreie Wellendurchführung und Abdichtung.

Das amixon®‑Team demonstriert Ihnen diese Anwendungsvorteile gerne anhand von Versuchen in unserem hauseigenen Technikum. Stellen Sie uns mit Ihren Originalprodukten auf die Probe – wir garantieren Ihnen bereits im Vorfeld einen hohen Informationsgewinn..

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