Quali parametri di processo sono critici nella dispersione di agglomerati nelle polveri ceramiche, in termini di durata, intensità e utensili?
Nella dispersione di agglomerati in sospensioni ceramiche sono critici soprattutto il tempo, l'intensità e la geometria dell'utensile. Questi parametri non agiscono separatamente, ma come grandezze di regolazione accoppiate, perché determinano insieme se gli agglomerati vengono realmente aperti oppure se avviene soltanto una ridistribuzione senza una disagglomerazione durevole.
1. Tempo
Il tempo di dispersione determina per quanto tempo il sistema viene sollecitato meccanicamente e quanto completamente gli agglomerati vengono dissolti. Tempi troppo brevi portano spesso ad agglomerati residui, a disomogeneità locale e quindi a difetti nella barbottina, nel corpo crudo e nella struttura sinterizzata.
Anche tempi di dispersione troppo lunghi sono però critici. Aumentano l'apporto di energia, possono riscaldare inutilmente la sospensione, influenzare i sistemi di additivi e, con le ceramiche abrasive, accentuare anche l'usura degli utensili o l'abrasione delle particelle. In molti sistemi si osserva perciò un optimum, oltre il quale un tempo ulteriore porta a un miglioramento minimo della distribuzione delle particelle.
2. Intensità
Con intensità non si intende qui l'«agitare» nel senso classico, ma la sollecitazione meccanica necessaria per l'apertura degli agglomerati. Sono decisive soprattutto le forze di taglio, gli apporti locali di energia, la densità di potenza e la sollecitazione effettiva delle particelle nel campo di dispersione.
Un'intensità troppo bassa produce di norma solo una macro-riorganizzazione del materiale, ma non un'apertura efficace degli agglomerati solidi. Un'intensità troppo elevata può invece portare a effetti collaterali indesiderati, per esempio riscaldamento, comportamento di scorrimento alterato, usura crescente o, nel caso sfavorevole, anche danneggiamento delle particelle. Nei sistemi ceramici l'intensità deve perciò essere sempre adattata alla resistenza degli agglomerati, al contenuto di solidi e alla finezza finale desiderata.
3. Utensile
La scelta dell'utensile è spesso il punto decisivo, perché determina il modo in cui l'energia viene immessa nel sistema. Non ogni utensile è adatto allo stesso modo alle dispersioni ceramiche, e un organo di agitazione inadeguato può portare a una disagglomerazione scarsa nonostante una potenza sufficiente.
Per le sospensioni ceramiche entrano in considerazione, secondo l'obiettivo, utensili diversi:
- Sistemi a disco dentato o dissolver per la pre-frantumazione e gli agglomerati morbidi.
- Sistemi rotore-statore per un'elevata azione di taglio locale e un'apertura controllata degli agglomerati.
- Mulini a sfere agitati per sistemi particolarmente fini o fortemente agglomerati, quando è necessaria un'apertura meccanica più intensa.
- Ultrasuoni piuttosto in modo complementare o in ambito di laboratorio, quando si considerano volumi ridotti o sistemi particolari.
È importante che l'utensile generi una sollecitazione il più possibile uniforme ed eviti le zone morte. In particolare con le polveri ceramiche è inoltre decisiva la resistenza all'usura, perché l'abrasione o la contaminazione metallica possono compromettere la qualità del prodotto e le successive proprietà di sinterizzazione.
Così amixon® dimensiona la dispersione di agglomerati nelle polveri ceramiche
amixon® adatta in modo mirato il tempo di processo, l'intensità di miscelazione, la geometria dell'utensile e l'esecuzione della macchina alle proprietà del prodotto specifico. Tipi di miscelatore diversi consentono sia processi di disagglomerazione ad alta intensità sia procedimenti di miscelazione particolarmente delicati. L'organo miscelante a nastro elicoidale SinConvex® si occupa dell'omogeneizzazione macroscopica. Trasporta il materiale da miscelare verso l'alto nella zona esterna e lo lascia scorrere di nuovo verso il basso al centro. Si genera così un flusso totale tridimensionale che può omogeneizzare, con qualità di miscelazione tecnicamente ideale e in pochi minuti, anche composizioni dei componenti fino a 1:100.000.
Per i compiti di disagglomerazione impegnativi il miscelatore a due alberi amixon® offre tempi di miscelazione particolarmente brevi ed elevate forze di spinta. L'inversione di spinta che si produce a ogni giro dell'utensile impedisce che le particelle aciculari si orientino nello stesso senso e formino aggregati stabili. Le particelle vengono invece orientate sempre di nuovo e indipendentemente l'una dall'altra. L'effetto di miscelazione si conserva così, in ampi intervalli, indipendentemente da dimensione delle particelle, forma delle particelle, umidità, adesione, densità apparente e grado di riempimento.
In amixon® la miscelazione macroscopica e la disagglomerazione mirata possono essere regolate separatamente. Mentre l'organo miscelante principale, che gira lentamente, omogeneizza il prodotto in modo delicato, i rotori di taglio azionati separatamente generano zone di taglio localmente delimitate. Intensità, durata di inserimento e momento di impiego dei rotori possono essere impostati indipendentemente l'uno dall'altro e memorizzati nel controllo dell'impianto come programma di miscelazione riproducibile. In questo modo gli agglomerati morbidi possono essere dissolti con cautela oppure gli agglomerati duri frantumati intensamente, senza esporre inutilmente l'intero lotto a una sollecitazione elevata. Con l'aggiunta di liquidi i rotori favoriscono inoltre una distribuzione fine e uniforme nella polvere.
Tempi di processo brevi riducono l'abrasione, l'apporto di calore e il danneggiamento del prodotto. Per i prodotti sensibili o fragili gli utensili di miscelazione possono essere esercitati a bassa velocità periferica. Tipi di miscelatore particolari quali SpherHelics® o KoneSlid® consentono inoltre un trattamento particolarmente delicato e la conservazione di strutture granulari sensibili. Con i prodotti a rischio di esplosione di polveri la ridotta velocità dell'utensile può inoltre ridurre l'onere per l'inertizzazione e la soppressione dell'urto di pressione.
Per le polveri e le masse ceramiche abrasive amixon® offre esecuzioni con protezione dall'usura in Hardox, con utensili in metallo duro o con rivestimenti ceramici. In questo modo migliorano sia la durata di vita dell'impianto sia la purezza del prodotto. Ciò è decisivo in particolare con le polveri nanoceramiche, perché già le impurità minime possono influenzare le successive proprietà funzionali.
La configurazione ottimale della macchina viene determinata prima dell'investimento nel centro prove amixon® con il prodotto originale. Si tengono conto di gradi di riempimento, dimensioni di lotto, temperature e condizioni di pressione reali. Qualità di miscelazione, disagglomerazione, delicatezza sul prodotto, apporto di energia, pulibilità e riproducibilità vengono analizzati e documentati. I risultati costituiscono una base solida per il dimensionamento della macchina e riducono i rischi tecnici ed economici prima dell'acquisto.
Messa in sicurezza nel centro prove amixon®
Prima dell'investimento viene la dimostrazione: nel centro prove amixon® presso la sede centrale di Paderborn sono disponibili 35 impianti di prova di diverse taglie, integrati da centri prove in Giappone, India, Thailandia, Cina, Corea del Sud e Stati Uniti. Le prove si svolgono con il prodotto originale, con gradi di riempimento e dimensioni di lotto reali, nell'intervallo previsto di temperatura e di pressione. Vengono valutate la qualità di miscelazione, la delicatezza sul prodotto, l'apporto di energia, la pulibilità e la riproducibilità nel successivo funzionamento in serie; i risultati vengono valutati e documentati insieme agli esperti amixon®, come base di decisione solida che elimina i rischi tecnici ed economici prima dell'acquisto.