¿Qué parámetros de proceso son críticos al dispersar aglomerados en polvos cerámicos, en cuanto a duración, intensidad y herramientas?
Al dispersar aglomerados en suspensiones cerámicas son críticos, sobre todo, el tiempo, la intensidad y la geometría de la herramienta. Estos parámetros no actúan por separado, sino como magnitudes de ajuste acopladas, porque determinan conjuntamente si los aglomerados se rompen realmente o si solo tiene lugar una redistribución sin desaglomeración duradera.
1. Tiempo
El tiempo de dispersión determina durante cuánto tiempo se solicita mecánicamente el sistema y con qué grado de integridad se disuelven los aglomerados. Los tiempos demasiado cortos conducen con frecuencia a aglomerados residuales, a inhomogeneidad local y, con ello, a defectos en la barbotina, en el cuerpo en verde y en la estructura de sinterizado.
Sin embargo, los tiempos de dispersión demasiado largos también son críticos. Aumentan la aportación de energía, pueden calentar innecesariamente la suspensión, influir en los sistemas de aditivos y, con cerámicas abrasivas, intensificar además el desgaste de la herramienta o la abrasión de las partículas. En muchos sistemas se observa por ello un óptimo, a partir del cual más tiempo apenas aporta ya una mejora de la distribución de partículas.
2. Intensidad
Por intensidad no se entiende aquí «agitar» en el sentido clásico, sino la solicitación mecánica necesaria para la ruptura de los aglomerados. Resultan decisivas, sobre todo, las fuerzas de cizalla, los aportes locales de energía, la densidad de potencia y la solicitación real de las partículas en el campo de dispersión.
Una intensidad demasiado baja provoca por lo general solo una reordenación macroscópica del material, pero no una ruptura eficaz de los aglomerados sólidos. Una intensidad demasiado alta puede en cambio dar lugar a efectos secundarios no deseados, por ejemplo calentamiento, un comportamiento de flujo alterado, un desgaste creciente o, en el caso desfavorable, también daños en las partículas. En los sistemas cerámicos, la intensidad debe adaptarse por ello siempre a la resistencia de los aglomerados, al contenido de sólidos y a la finura final deseada.
3. Herramienta
La elección de la herramienta es a menudo el punto decisivo, porque determina cómo se introduce la energía en el sistema. No todas las herramientas son igual de adecuadas para las dispersiones cerámicas, y un órgano de agitación inadecuado puede conducir a una mala desaglomeración a pesar de una potencia suficiente.
Para las suspensiones cerámicas entran en consideración distintas herramientas según el objetivo:
- Sistemas de disco dentado o disolvedores para la predisgregación y los aglomerados blandos.
- Sistemas rotor-estátor para una elevada cizalla local y una ruptura controlada de los aglomerados.
- Molinos de bolas agitados para sistemas especialmente finos o fuertemente aglomerados, cuando se requiere una ruptura mecánica más intensa.
- Ultrasonidos más bien de forma complementaria o en el ámbito de laboratorio, cuando se consideran volúmenes pequeños o sistemas especiales.
Es importante que la herramienta genere una solicitación lo más uniforme posible y evite las zonas muertas. Con los polvos cerámicos resulta además decisiva la resistencia al desgaste, porque la abrasión o la contaminación metálica pueden afectar a la calidad del producto y a las posteriores propiedades de sinterizado.
Así dimensiona amixon® la dispersión de aglomerados en polvos cerámicos
amixon® ajusta de forma específica el tiempo de proceso, la intensidad de mezclado, la geometría de la herramienta y la ejecución de la máquina a las propiedades del producto correspondiente. Los distintos tipos de mezclador permiten tanto procesos de desaglomeración de alta intensidad como procesos de mezclado especialmente cuidadosos. El órgano mezclador de cinta helicoidal SinConvex® asume la homogeneización macroscópica. Transporta el material hacia arriba en la zona exterior y lo deja fluir de nuevo hacia abajo en el centro. Se genera así un flujo total tridimensional capaz de homogeneizar incluso composiciones de componentes de hasta 1:100.000 en pocos minutos con una calidad de mezcla técnicamente ideal.
Para tareas de desaglomeración exigentes, el mezclador de doble eje amixon® ofrece tiempos de mezclado especialmente cortos y elevadas fuerzas de empuje. La inversión del empuje que se produce en cada vuelta de la herramienta impide que las partículas aciculares se orienten en el mismo sentido y formen agregados estables. En su lugar, las partículas se orientan una y otra vez de nuevo y con independencia entre sí. El efecto de mezclado se mantiene además, en amplios rangos, independiente del tamaño de partícula, la forma de partícula, la humedad, la adhesión, la densidad aparente y el grado de llenado.
En amixon®, el mezclado macroscópico y la desaglomeración selectiva pueden regularse por separado. Mientras el órgano mezclador principal, de marcha lenta, homogeneiza el producto de forma cuidadosa, los rotores de corte accionados por separado generan zonas de cizalla limitadas localmente. La intensidad, la duración de conexión y el momento de empleo del rotor pueden ajustarse con independencia entre sí y almacenarse en el control de la instalación como programa de mezclado reproducible. Así, los aglomerados blandos pueden disolverse con cuidado o los aglomerados duros triturarse intensamente, sin someter innecesariamente todo el lote a una solicitación elevada. Al añadir líquidos, los rotores favorecen además una distribución fina y uniforme en el polvo.
Los tiempos de proceso cortos reducen la abrasión, el aporte de calor y el daño al producto. Para productos sensibles o frágiles, las herramientas mezcladoras pueden operarse con una velocidad periférica baja. Tipos de mezclador especiales como SpherHelics® o KoneSlid® permiten además un tratamiento especialmente cuidadoso y la conservación de estructuras granulares sensibles. En productos con riesgo de explosión de polvo, la baja velocidad de la herramienta puede reducir además el esfuerzo de inertización y de supresión de golpes de presión.
Para polvos y masas cerámicas abrasivas, amixon® ofrece ejecuciones con protección contra el desgaste mediante Hardox, herramientas de metal duro o recubrimientos cerámicos. Con ello se mejoran tanto la vida útil de la instalación como la pureza del producto. Esto resulta decisivo en particular con polvos de nanocerámica, ya que incluso las impurezas mínimas pueden influir en las posteriores propiedades funcionales.
La configuración óptima de la máquina se determina antes de la inversión en el centro de ensayos de amixon® con el producto original. Se tienen en cuenta grados de llenado, tamaños de lote, temperaturas y condiciones de presión reales. Se analizan y documentan la calidad de mezcla, la desaglomeración, la protección del producto, la aportación de energía, la limpiabilidad y la reproducibilidad. Los resultados constituyen una base sólida para el dimensionado de la máquina y reducen los riesgos técnicos y económicos antes de la compra.
Respaldo en el centro de ensayos de amixon®
Antes de la inversión está la demostración: en el centro de ensayos de amixon®, en la sede central de Paderborn, están disponibles 35 instalaciones de prueba en distintos tamaños, complementadas por centros de ensayos en Japón, India, Tailandia, China, Corea del Sur y los Estados Unidos Los ensayos se realizan con el producto original, con grados de llenado y tamaños de lote reales, en el rango de temperatura y presión previsto. Se evalúan la calidad de mezcla, la protección del producto, la aportación de energía, la limpiabilidad y la reproducibilidad en el posterior servicio en serie; los resultados se evalúan y documentan junto con los expertos de amixon®, como base de decisión sólida que despeja los riesgos técnicos y económicos antes de la compra.