Quels paramètres de process sont critiques lors de la dispersion d'agglomérats dans les poudres céramiques, en termes de durée, d'intensité et d'outillage ?
Lors de la dispersion d'agglomérats dans des suspensions céramiques, ce sont avant tout la durée, l'intensité et la géométrie de l'outil qui sont critiques. Ces paramètres n'agissent pas séparément, mais comme des grandeurs de réglage couplées, parce qu'ils déterminent ensemble si les agglomérats sont réellement ouverts ou s'il n'y a qu'une redistribution sans désagglomération durable.
1. La durée
Le temps de dispersion détermine la durée pendant laquelle le système est sollicité mécaniquement et le degré de dissolution des agglomérats. Des durées trop courtes conduisent fréquemment à des agglomérats résiduels, à une inhomogénéité locale et donc à des défauts dans la barbotine, le corps cru et la structure de frittage.
Des temps de dispersion trop longs sont cependant également critiques. Ils augmentent l'apport d'énergie, peuvent échauffer inutilement la suspension, influencer les systèmes d'additifs et, avec des céramiques abrasives, accentuer aussi l'usure de l'outil ou l'abrasion des particules. Dans de nombreux systèmes, il apparaît donc un optimum au-delà duquel une durée supplémentaire n'améliore pratiquement plus la répartition des particules.
2. L'intensité
Par intensité, on n'entend pas ici le « brassage » au sens classique, mais la sollicitation mécanique nécessaire à l'ouverture des agglomérats. Ce qui compte avant tout, ce sont les forces de cisaillement, les apports d'énergie locaux, la densité de puissance et la sollicitation effective des particules dans le champ de dispersion.
Une intensité trop faible ne provoque le plus souvent qu'un réarrangement macroscopique de la matière, mais aucune ouverture efficace des agglomérats solides. Une intensité trop élevée peut en revanche entraîner des effets secondaires indésirables, par exemple un échauffement, une modification du comportement d'écoulement, une usure croissante ou, dans le cas défavorable, un endommagement des particules. Dans les systèmes céramiques, l'intensité doit donc toujours être adaptée à la résistance des agglomérats, à la teneur en solides et à la finesse finale souhaitée.
3. L'outil
Le choix de l'outil est souvent le point décisif, parce qu'il détermine la manière dont l'énergie est introduite dans le système. Tous les outils ne conviennent pas également bien aux dispersions céramiques, et un organe d'agitation inadapté peut conduire à une mauvaise désagglomération malgré une puissance suffisante.
Pour les suspensions céramiques, différents outils entrent en ligne de compte selon l'objectif :
- Systèmes à disque denté ou dissolveur pour la prédésagrégation et les agglomérats mous.
- Systèmes rotor-stator pour un cisaillement local élevé et une ouverture contrôlée des agglomérats.
- Broyeurs à billes agités pour les systèmes particulièrement fins ou fortement agglomérés, lorsqu'une ouverture mécanique plus intense est nécessaire.
- Ultrasons plutôt en complément ou au laboratoire, lorsque de petits volumes ou des systèmes particuliers sont considérés.
Il est important que l'outil produise une sollicitation aussi uniforme que possible et évite les zones mortes. Avec les poudres céramiques, la résistance à l'usure est en outre déterminante, parce que l'abrasion ou une contamination métallique peuvent altérer la qualité du produit et les propriétés de frittage ultérieures.
Ainsi amixon® conçoit la dispersion d'agglomérats dans les poudres céramiques
amixon® ajuste de manière ciblée le temps de process, l'intensité de mélange, la géométrie de l'outil et l'exécution de la machine aux propriétés du produit concerné. Différents types de mélangeurs permettent aussi bien des processus de désagglomération très intensifs que des opérations de mélange particulièrement douces. L'outil à ruban hélicoïdal SinConvex® assume en cela l'homogénéisation macroscopique. Il transporte le produit vers le haut dans la zone extérieure et le laisse s'écouler de nouveau vers le bas au centre. Il en résulte un écoulement total tridimensionnel qui peut homogénéiser en quelques minutes, avec une qualité de mélange techniquement idéale, même des compositions de composants allant jusqu'à 1:100 000.
Pour les tâches de désagglomération exigeantes, le mélangeur à deux arbres amixon® offre des temps de mélange particulièrement courts et des forces de poussée élevées. L'inversion de poussée qui se produit à chaque tour de l'outil empêche les particules aciculaires de s'orienter dans le même sens et de former des agrégats stables. Les particules sont au contraire réorientées sans cesse et indépendamment les unes des autres. L'effet de mélange reste en cela largement indépendant de la taille des particules, de leur forme, de l'humidité, de l'adhésion, de la masse volumique apparente et du taux de remplissage.
Le mélange macroscopique et la désagglomération ciblée peuvent être réglés séparément chez amixon®. Tandis que l'outil de mélange principal, à rotation lente, homogénéise le produit en douceur, des rotors de coupe entraînés séparément créent des zones de cisaillement localement délimitées. L'intensité, la durée d'activation et le moment d'utilisation des rotors peuvent être réglés indépendamment les uns des autres et mémorisés comme programme de mélange reproductible dans le système de commande de l'installation. Des agglomérats mous peuvent ainsi être dissous avec précaution ou des agglomérats durs être broyés intensivement, sans soumettre inutilement l'ensemble de la charge à une sollicitation élevée. Lors de l'ajout de liquides, les rotors favorisent en outre une répartition fine et uniforme dans la poudre.
Des temps de process courts réduisent l'abrasion, l'apport de chaleur et l'endommagement du produit. Pour les produits sensibles ou fragiles, les outils de mélange peuvent être exploités à faible vitesse périphérique. Des types de mélangeurs particuliers tels que le SpherHelics® ou le KoneSlid® permettent en outre un traitement particulièrement doux et la conservation de structures granulaires fragiles. Avec les produits présentant un risque d'explosion de poussières, la faible vitesse de l'outil peut par ailleurs réduire les efforts d'inertage et de suppression des coups de pression.
Pour les poudres et masses céramiques abrasives, amixon® propose des exécutions protégées contre l'usure avec du Hardox, des outils en métal dur ou des revêtements céramiques. La durée de vie de l'installation comme la pureté du produit s'en trouvent améliorées. Cela est déterminant en particulier pour les poudres de nanocéramique, car les moindres impuretés peuvent déjà influencer les propriétés fonctionnelles ultérieures.
La configuration optimale de la machine est déterminée avant l'investissement en halle d'essais amixon® avec le produit d'origine. Les taux de remplissage, les tailles de charge, les températures et les conditions de pression réels sont pris en compte. La qualité de mélange, la désagglomération, le ménagement du produit, l'apport d'énergie, la nettoyabilité et la reproductibilité sont analysés et documentés. Les résultats forment une base solide pour le dimensionnement de la machine et réduisent les risques techniques et économiques avant l'achat.
Validation en halle d'essais amixon®
Avant l'investissement vient la démonstration : en halle d'essais amixon® au siège de Paderborn, 35 installations d'essai de tailles diverses sont disponibles, complétées par des centres techniques au Japon, en Inde, en Thaïlande, en Chine, en Corée du Sud et aux États-Unis. Les essais se déroulent avec le produit d'origine, avec des taux de remplissage et des tailles de charge réels, dans la plage de température et de pression prévue. La qualité de mélange, le ménagement du produit, l'apport d'énergie, la nettoyabilité et la reproductibilité en service de série ultérieur sont évalués ; les résultats sont exploités et documentés avec les experts amixon®, comme base de décision solide qui écarte les risques techniques et économiques avant l'achat.