Интенсивное смешивание

Нанодисперсные сыпучие материалы не сыпятся, а склеиваются друг с другом. Они имеют склонность к образованию комков. Это особенно критично в случае очень мелких частиц, например, в нано- или субмикронном диапазоне. В этом случае поведение материала определяют межчастичные силы сцепления. Чем меньше радиус частиц r, тем сильнее силы адгезии F_adh. Для силы тяжести F или F_grav в случае шаровидных частиц действует следующее:

F_grav = g · m = ρ · 4/3 · π · r³ · g

m: сила тяжести
g: ускорение свободного падения
ρ: плотность твердого вещества
r: идеализированный радиус частиц

Эти силы адгезии: это силы Ван-дер-Ваальса, электростатическое притяжение или капиллярные силы. Они часто в тысячи раз превышают силу тяжести F_grav частиц. Соотношение сил можно наглядно выразить с помощью коэффициента Бонда «Bo»:

Bo = F_adh/F_grav ∝ 1/r²

Здесь F_adh​ — сила сцепления между частицами, F_grav​ — их вес. Для наночастиц, если частицы имеют форму шара, действует следующее:

F_adh ∝ r F_grav ∝ r³

Результатом является сильно ограниченная текучесть. Частицы прилипают друг к другу, образуя микроагломераты, которые трудно поддаются переработке. Для разделения этих агломератов требуются высокие сдвиговые силы. Это можно сделать, например, с помощью воздушных мельниц, сдвиговых диспергаторов или высокопроизводительных смесителей.

amixon^® предлагает два решения:

• Высокоскоростные лопасти
• Системы ротор-статор

Обе системы создают локально очень высокие градиенты сдвига за счет эффектов удара и трения. Это приводит к распаду агломератов и разделению первичных частиц. Критически важно, чтобы частицы не могли сразу же снова слипаться. Поэтому они должны быстро покрываться другими частицами смешиваемого материала аналогичного размера. Иногда целесообразно добавлять подходящие жидкие вещества, чтобы предотвратить повторную агломерацию. Они также должны эффективно смешиваться с порошком.

Для таких процессов особенно хорошо подходят прецизионные смесители amixon^®, поскольку они отвечают двум основным требованиям.

• Высокое качество смешивания всей партии, независимо от того, мал (100 литров) или велик (несколько кубических метров) объем смесителя.
• Эффективное микродиспергирование: благодаря высокой плотности энергии смеситель может надежно разделить даже мельчайшие агломераты.

Объяснение величины силы сцепления между мелкими частицами:

F_adh ≈ A·r/(6·D²)

A: константа Хамакера (свойство материала)
D: расстояние между частицами
r: радиус частицы

Сила сцепления между двумя частицами растет линейно с радиусом частицы r. Она растет обратно пропорционально квадрату расстояния D между поверхностями частиц:

F_adh ​∝ r/D^2​

Это означает: чем плотнее частицы расположены друг к другу, тем сильнее они прилипают друг к другу. В уплотненном порошковом слое расстояния между частицами D становятся очень маленькими. В результате сила адгезии значительно возрастает. Это одновременно объясняет высокую прочность деталей из спеченного металла и спеченной инженерной керамики.