Spröde Keramikgranulate, beispielsweise sprühgetrocknete Pressgranulate aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumcarbid, Ferriten oder anderen technischen Keramiken, müssen häufig nachträglich mit Bindern, Gleitmitteln, Pigmenten, Additiven oder Dotierstoffen vermischt werden. Dabei besteht ein Zielkonflikt: Die Zusatzstoffe sollen über die gesamte Charge homogen verteilt werden, während die Granulatkörner ihre für die Formgebung wichtige Größe, Form, Porosität und Fließfähigkeit möglichst behalten müssen.

Die Partikelintegrität ist für nachfolgende Pressprozesse wesentlich. Sprühgetrocknete Granulate werden eingesetzt, weil ihre meist annähernd kugelige Form und definierte Korngrößenverteilung die Rieselfähigkeit und die reproduzierbare Befüllung von Presswerkzeugen unterstützen. Veränderungen der Korngrößenverteilung, insbesondere ein Anstieg des Feinanteils durch Abrieb oder Bruch, können Schüttdichte, Fließverhalten, Formfüllung und Verdichtungsverhalten verändern. Die Granulatgröße und ihre Verteilung beeinflussen wiederum die Grünrohdichte, Dichtegradienten und das Verhalten während des Sinterns.

Für solche Aufgaben sind Mischsysteme mit geringer mechanischer Beanspruchung grundsätzlich vorteilhaft. Geeignet sein können Container-, Taumel-, V- oder Doppelkonusmischer, wenn die Komponenten ähnliche Partikeleigenschaften aufweisen und ausreichend Zeit für eine diffusiv geprägte Mischung vorhanden ist. Diese Systeme arbeiten überwiegend über Rollen, Umschichten und wiederholte Teilung der Produktschichten. Sie vermeiden schnelllaufende Werkzeuge im Produktraum, bieten jedoch nur begrenzte Möglichkeiten zur Verteilung sehr kleiner Dosiermengen oder zur Einbringung klebriger Flüssigkeiten.

Vertikale Konus-Schneckenmischer können eine Alternative sein, wenn eine schonende, konvektive Umwälzung erforderlich ist. Eine wandgängige Schnecke hebt das Produkt an, während es durch Schwerkraft zurückfällt. Die resultierende Belastung kann bei geeigneter Drehzahl und Werkzeuggeometrie gering gehalten werden. Auch langsam laufende Doppelwellen-Paddelmischer können für größere Chargen geeignet sein, wenn ihre Mischintensität auf die Bruchfestigkeit des Granulats abgestimmt wird. Allgemein gilt: Ein Mischsystem darf nicht nur anhand seiner Bauart beurteilt werden. Drehzahl, Füllgrad, Werkzeuggeometrie, Mischdauer, Eintragsbedingungen und Austrag beeinflussen die tatsächliche Partikelbeanspruchung wesentlich.

Hochintensive Systeme mit schnelllaufenden Zerkleinerungswerkzeugen, Schneidrotoren oder ausgeprägten Scher- und Prallzonen sind für bereits fertige, spröde Pressgranulate meist nicht die erste Wahl. Sie können sinnvoll sein, wenn Agglomerate gezielt aufgelöst oder Flüssigkeiten eingearbeitet werden müssen. Für die reine Endmischung spröder Granulate steigt mit hoher Mischintensität jedoch das Risiko von Abrieb und Kornbruch. Ob ein Pflugscharmischer oder ein anderes intensives Mischsystem dennoch einsetzbar ist, hängt von der Granulatfestigkeit, der benötigten Mischzeit und der zulässigen Veränderung des Feinanteils ab.

Die Prozessparameter müssen so eingestellt werden, dass die gewünschte Homogenität mit minimaler mechanischer Belastung erreicht wird. Niedrige Drehzahlen und eine kontrollierte Produktbewegung begrenzen Prall- und Reibenergie. Bei rotierenden Behältermischern kann die Froude-Zahl als Orientierung für den Bewegungszustand dienen. Ein rollender oder sanft kaskadierender Betrieb ist in der Regel schonender als ein Wurf- oder Zentrifugalbetrieb. Eine allgemeingültige Ziel-Froude-Zahl lässt sich aber nicht angeben, weil Behältergeometrie, Füllgrad, Granulateigenschaften und Einbauten das Bewegungsverhalten stark beeinflussen.

Der Füllgrad muss zum jeweiligen Mischer passen. Ein zu niedriger Füllgrad kann große Fallhöhen und eine erhöhte Partikelgeschwindigkeit verursachen. Ein zu hoher Füllgrad reduziert die wirksame Umschichtung und kann zu längeren Mischzeiten führen. Statt eines allgemein gültigen Füllgradbereichs sollte daher der vom Hersteller vorgesehene Arbeitsbereich als Ausgangspunkt verwendet und anschließend mit Originalgranulat optimiert werden.

Die Mischzeit muss auf den tatsächlichen Homogenitätsbedarf begrenzt werden. Nach Erreichen der erforderlichen Mischgüte führt zusätzliche Bearbeitungszeit häufig nur noch zu weiterem Abrieb. Diese sogenannte Übermischung wird durch Versuche bestimmt: Zu verschiedenen Zeitpunkten werden repräsentative Proben genommen und sowohl die Verteilung einer Leitkomponente als auch die Korngrößenverteilung bewertet. Für die Mischgüte kann der Variationskoeffizient einer geeigneten Tracer- oder Wirkstoffkomponente verwendet werden. Ein pauschaler Grenzwert wie ein Variationskoeffizient unter 5 Prozent ist jedoch nicht für alle keramischen Rezepturen angemessen. Der zulässige Wert richtet sich nach Dosiermenge, Probenahme, Analysenmethode und den Qualitätsanforderungen des Endprodukts.

Die Partikelintegrität wird vor und nach dem Mischprozess anhand der Korngrößenverteilung beurteilt. Bei Pressgranulaten sind Siebanalyse oder bildgebende Verfahren oft besonders aussagekräftig; Laserbeugung kann ergänzend eingesetzt werden, sofern die Messmethode die Granulatkörner nicht bereits während der Probenvorbereitung zerstört. Zu erfassen sind mindestens Feinanteil, Überkorn, d10, d50, d90 und die Verteilungsbreite. Zusätzlich können Schüttdichte, Klopfdichte, Hausner-Faktor, Fließzeit und gegebenenfalls die Bruchfestigkeit einzelner Granulate bewertet werden. Ein Anstieg des Feinanteils, Veränderungen im Hausner-Faktor oder eine veränderte Fließzeit können Hinweise auf Attrition oder Strukturveränderungen liefern.

Neben dem Mischer selbst beeinflusst die gesamte Peripherie den Granulatabrieb. Kritisch sind Eintragsstellen, Förderschnecken, pneumatische Förderstrecken, Zellenradschleusen, Übergaben, Austragsorgane und Fallhöhen. Das Granulat sollte möglichst gleichmäßig und mit geringer Fallhöhe in den Mischer eingebracht sowie nach dem Mischen schonend ausgetragen werden. Prallplatten können Fallenergie reduzieren, können aber auch zusätzliche Reibung oder Anbackungen verursachen. Die Ausführung muss deshalb produktbezogen gewählt werden. Häufig sind sanft geführte Rutschen, abgestimmte Übergabeschächte und kurze freie Fallstrecken günstiger als unkontrollierte Produktstürze.

Bei sehr kleinen Zugabemengen kann ein Premix sinnvoll sein. Zunächst wird der Additivstoff mit einer kleinen Teilmenge des Trägermaterials gemischt; dieser Premix wird anschließend mit der Hauptcharge kombiniert. Dadurch kann die erforderliche Mischzeit der empfindlichen Gesamtcharge sinken. Ob das Verfahren geeignet ist, hängt davon ab, ob die Trägerfraktion die gleiche Partikelstruktur aufweist und ob der Premix selbst ohne relevanten Abrieb hergestellt werden kann.

Die Rezeptur beeinflusst ebenfalls die Robustheit der Granulate. Bindemittelgehalt, Restfeuchte, Granulierbedingungen und Trocknungsprofil bestimmen Festigkeit und Verformbarkeit der Körner. Eine Erhöhung der Granulatfestigkeit kann Abrieb verringern, darf aber das Press- und Sinterverhalten nicht beeinträchtigen. Sprühgetrocknete Granulate werden häufig bewusst so formuliert, dass sie einerseits gut fließen und transportiert werden können, andererseits bei der Pressung kontrolliert brechen oder sich verformen. Die optimale Festigkeit muss deshalb für den gesamten Prozessweg – Aufbereitung, Mischen, Transport, Formfüllung und Verdichtung – ausgelegt werden.