Trattamento intensivo
I materiali sfusi nanodispersi non scorrono liberamente, ma tendono ad aderire tra loro e a formare agglomerati. Questo fenomeno è particolarmente critico nel caso di particelle molto piccole, ad esempio nell'intervallo nanometrico o submicrometrico. In queste condizioni, le forze di adesione interparticellari dominano il comportamento del materiale.
Quanto più piccolo è il raggio delle particelle r, tanto maggiore è l'importanza delle forze di adesione Fadh. Per la forza gravitazionale F o Fgrav, nel caso di particelle perfettamente sferiche, vale la seguente relazione:
Fgrav = g · m = ρ · 4/3 · π · r³ · g
- m: massa della particella
- g: accelerazione gravitazionale
- ρ: densità del materiale solido
- r: raggio idealizzato della particella
Le forze di adesione comprendono le forze di van der Waals, le attrazioni elettrostatiche e le forze capillari. Spesso superano di migliaia di volte la forza gravitazionale Fgrav delle particelle. Il rapporto tra queste forze può essere espresso mediante il numero di Bond "Bo":
Bo = Fadh / Fgrav ∝ 1/r²
Dove Fadh rappresenta la forza di adesione tra le particelle e Fgrav la loro forza gravitazionale. Per le nanoparticelle perfettamente sferiche valgono le seguenti relazioni:
Fadh ∝ r Fgrav ∝ r³
La conseguenza è una fluidità fortemente limitata. Le particelle aderiscono tra loro, formano microagglomerati e risultano difficili da lavorare. Per separare questi agglomerati sono necessarie elevate forze di taglio. Ciò può essere ottenuto, ad esempio, mediante mulini a getto d'aria, dispersori ad alto taglio o miscelatori ad alte prestazioni.
amixon® offre due soluzioni:
- High-Shear Blades (lame ad alto taglio)
- Sistemi rotore-statore
Entrambi i sistemi generano localmente gradienti di taglio molto elevati attraverso effetti di impatto e attrito. In questo modo gli agglomerati vengono disgregati e le particelle primarie vengono separate.
Un aspetto critico è impedire che le particelle si riagglomerino immediatamente. Per questo motivo devono essere rapidamente rivestite da altre particelle della miscela di dimensioni simili. Talvolta è consigliabile aggiungere liquidi appropriati per evitare la riagglomerazione. Anche questi devono essere incorporati efficacemente nella polvere.
I miscelatori di precisione amixon® sono particolarmente adatti a questi processi, poiché soddisfano due requisiti fondamentali:
- Elevata qualità di miscelazione dell'intero lotto, indipendentemente dal grado di riempimento del miscelatore, sia con piccoli volumi (100 litri) sia con grandi volumi (diversi metri cubi).
- Microdispersione efficiente: grazie all'elevata densità energetica, il miscelatore è in grado di disgregare in modo affidabile anche gli agglomerati più fini.
Spiegazione dell'intensità delle forze di adesione tra particelle di piccole dimensioni
Fadh ≈ A · r / (6 · D²)
- A: costante di Hamaker (proprietà del materiale)
- D: distanza tra le particelle
- r: raggio della particella
La forza di adesione tra due particelle aumenta linearmente con il raggio r ed è inversamente proporzionale al quadrato della distanza D tra le superfici delle particelle:
Fadh ∝ r / D²
Ciò significa che quanto più le particelle sono vicine tra loro, tanto maggiore è la loro adesione reciproca.
In un letto di polvere compattato, le distanze D tra le particelle diventano molto piccole. Di conseguenza, le forze di adesione aumentano notevolmente.
Questo fenomeno contribuisce anche a spiegare l'elevata resistenza meccanica dei componenti realizzati in metallo sinterizzato e ceramica tecnica sinterizzata.