セラミック粉体の脱凝集は、成形工程の前段階として重要なステップです。軟らかい凝集体は、ファンデルワールス力、水分、静電的相互作用、あるいは不完全な濡れによって生じることがあります。これらがシステム内に残ると、生成体・焼結体における不均一性、気孔、密度勾配、欠陥を招く可能性があります。一方、合成や焼成の段階ですでに形成された硬い凝集体は、一次粒子の望ましくない微粉砕を伴わずには必ずしも解砕できません。

適した技術は、セラミック原料が低粘度スラリーとして、高濃度懸濁液として、可塑性の塊として、あるいは乾燥粉体として加工されるかによって決まります。同様に決定的に重要なのは、凝集体の強度、固形分濃度、目標粒度、許容される異物摩耗、そして後続の成形工法の要求です。完全な脱凝集がすべての場合に目標であるとは限りません。噴霧乾燥されたプレス用顆粒では、明確に定義された顆粒構造がむしろ望まれることがあります。その場合、主な目的は、プレス可能な顆粒構造を不必要に破壊することなく、支障となる粗大粒子や硬い凝集体を除去することです。

低〜中粘度のスラリーや釉薬には、ロータステータシステムがよく用いられます。ロータが懸濁液を加速し、材料は狭いギャップを通ってステータへと導かれます。これにより高い局所せん断力と乱流が生じ、軟らかい凝集体の濡れ、混入、解砕を助けます。ロータステータミキサーは、粉体を液体に取り込み均一に分布させたい場合の、迅速なバッチ処理またはインライン処理としてとりわけ適しています。ただし、その効果はギャップ形状、回転数、循環回数、固形分濃度、分散剤に依存します。非常に硬い凝集体や、狭い最終粒度分布が求められる場合には、単独では不十分なことが多いです。

撹拌ボールミル、ビーズミル、アトライターは、セラミック懸濁液の微細・超微細分散に最も有効なシステムに数えられます。耐摩耗性材料でできた粉砕メディアが、衝撃・せん断・摩擦力を凝集体に伝えます。これにより、より強固な凝集体も大幅に低減できます。こうしたシステムは、たとえば酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、その他の高性能セラミックの懸濁液で、微細粒子の非常に均一な分布が必要な場合に用いられます。粉砕メディアの材質はセラミックに合わせなければなりません。メディアの摩耗が汚染につながる可能性があるためです。同様に、粉砕時間を制限・監視し、一次粒子を不必要に損傷したり、望ましくない相変化を引き起こしたり、微粉を過剰に生成したりしないようにする必要があります。二酸化チタンナノ粒子に関する研究は、たとえばメディアミルと超音波の両方が脱凝集に用いられ得るものの、その効果は粒度と固形分濃度に大きく依存することを示しています。

セラミック射出成形などにおける高粘度セラミック塊やフィードストックには、遊星ミキサー、二重遊星ミキサー、あるいはニーダーが候補となります。これらは大容量の混合と、高い局所的せん断・混練負荷を兼ね備えています。これにより、バインダー、可塑剤、セラミック粉体を均一に分布させ、既存の粉体凝集体を解砕することができます。微細で凝集しやすい粉体では、セラミックフィードストックの製造に遊星型またはZ型ニーダーミキサーを用いたバッチプロセスがよく用いられます。均一なバインダー分布はその際に不可欠です。これはフィードストックの流動挙動や、焼結後の収縮挙動に影響を及ぼすためです。

対向流原理による強力ミキサーは、乾燥、湿潤、あるいは可塑性のセラミック塊に適していることがあります。回転する混合容器と、別途駆動される混合工具が、衝撃・摩擦・せん断成分を伴う相対運動を生み出します。これにより成分を混入させ、水分やバインダーを分布させ、軟らかい凝集体を破壊することができます。ただし、乾式プレス用の噴霧乾燥顆粒については注意が必要です。強度が高すぎると、意図的に生成された顆粒構造を破壊し、微粉分を増大させ、充填・プレス挙動を変化させる可能性があります。こうした用途では、混合強度と滞留時間を、必要な製品コンディショニングの範囲に限定する必要があります。

ジェットミルは、粒子同士、あるいは粒子と衝突板との衝突により、乾燥粉体をさらに微細に粉砕したり、凝集体を解いたりできます。液体を使用したくない場合や、狭い粒度分布が必要な場合にとりわけ適しています。ただし、ジェットミルは基本的に粉砕装置であり、単なるミキサーではありません。そのため、望ましい一次粒子やプレス用顆粒をも変化させてしまう可能性があります。その使用は主に乾燥した一次粉体に適しており、加工済みのプレス用顆粒には必ずしも適していません。

超音波は、微細なセラミック懸濁液やナノ粉体において再分散を助けることができます。キャビテーションは局所的に高い力を発生させ、軟らかい二次凝集体を破壊することができます。この技術は特に実験室、より少量のバッチ、あるいは後段のインライン処理として用いられます。得られる効果は、ソノトロード形状、出力、処理時間、固形分濃度、温度、そして懸濁液の化学的安定化に大きく依存します。長すぎる、あるいは強すぎる超音波処理が自動的に有利というわけではありません。粒子が再び凝集したり、懸濁液が望ましくなく加温されたりする可能性があるためです。酸化ジルコニウムやその他の酸化物ナノ粉体については、二次粒子径を低減する有効な手法として超音波が報告されています。

機械的な負荷だけでは、まだ持続的に安定した分散を確保できません。分散助剤は界面張力を下げ、濡れ性を改善し、静電的あるいは立体的な安定化によって再凝集を抑えることができます。分散剤、pH値、イオン強度、添加順序の選定は、混合・粉砕装置の選定と少なくとも同じくらい重要です。安定したセラミック懸濁液を得るには、これらの化学的パラメータを固形分濃度、粒子表面、そして後続の成形工程に合わせて調整しなければなりません。酸化ジルコニウムや酸化アルミニウムの懸濁液では、たとえば吸着したポリ電解質と、粒子間相互作用の狙った調整によって安定化が実現されることが多いです。

プロセス管理は、混合時間やモーター出力だけに基づくべきではありません。有意な品質指標としては、粒度分布、粗大凝集体の割合、粘度ないし流動曲線、沈降挙動、コロイドシステムにおけるゼータ電位、生素地密度、焼結後の欠陥率などが挙げられます。適切な分散化学、適合するエネルギー投入、そして分析的な検査が組み合わさって初めて、望ましい調製が実際に達成されたかどうかが明らかになります。