Какие параметры процесса критичны при диспергировании агломератов в керамических порошках — время, интенсивность, инструмент?
При диспергировании агломератов в керамических суспензиях критичными являются прежде всего время, интенсивность и геометрия инструмента. Эти параметры действуют не по отдельности, а как связанные регулируемые величины, поскольку вместе они определяют, действительно ли агломераты разрушаются или происходит лишь перераспределение без устойчивой дезагломерации.
1. Время
Время диспергирования определяет, как долго система механически нагружается и насколько полно растворяются агломераты. Слишком короткое время часто ведёт к остаточным агломератам, локальной неоднородности и тем самым к дефектам в шликере, сырце и структуре спекания.
Однако слишком длительное время диспергирования также критично. Оно увеличивает внесение энергии, может излишне нагревать суспензию, влиять на системы добавок, а при абразивной керамике усиливать также износ инструмента или истирание частиц. Поэтому во многих системах проявляется оптимум, начиная с которого дальнейшее время почти не улучшает распределение частиц.
2. Интенсивность
Под интенсивностью здесь понимается не «перемешивание» в классическом смысле, а механическая нагрузка, необходимая для разрушения агломератов. Решающими являются прежде всего сдвиговые силы, локальные внесения энергии, плотность мощности и фактическая нагрузка на частицы в поле диспергирования.
Слишком низкая интенсивность вызывает, как правило, лишь макроскопическое перемещение материала, но не действенное разрушение прочных агломератов. Слишком высокая интенсивность может, напротив, привести к нежелательным побочным эффектам, таким как нагрев, изменённое поведение текучести, растущий износ или, в неблагоприятном случае, также повреждение частиц. Поэтому в керамических системах интенсивность всегда должна быть согласована с прочностью агломератов, содержанием твёрдой фазы и желаемой конечной тонкостью.
3. Инструмент
Выбор инструмента часто является решающим пунктом, поскольку он определяет, как энергия вносится в систему. Не всякий инструмент одинаково подходит для керамических дисперсий, и неподходящий перемешивающий орган может при достаточной мощности привести к плохой дезагломерации.
Для керамических суспензий в зависимости от цели подходят разные инструменты:
- Системы с зубчатыми дисками или диссольверы для предварительного измельчения и мягких агломератов.
- Системы ротор-статор для высокого локального сдвига и контролируемого разрушения агломератов.
- Бисерные мешалковые мельницы для особенно тонких или сильно агломерированных систем, когда необходимо более интенсивное механическое разрушение.
- Ультразвук скорее как дополнение или в лабораторной сфере, когда рассматриваются малые объёмы или особые системы.
Важно при этом, чтобы инструмент создавал по возможности равномерную нагрузку и исключал мёртвые зоны. Особенно при керамических порошках решающей является, кроме того, износостойкость, поскольку истирание или металлическое загрязнение могут ухудшить качество продукта и последующие свойства спекания.
Так amixon® проектирует диспергирование агломератов в керамических порошках
amixon® целенаправленно согласует время процесса, интенсивность смешивания, геометрию инструмента и исполнение машины со свойствами конкретного продукта. Различные типы смесителей позволяют выполнять как высокоинтенсивные процессы дезагломерации, так и особенно щадящее смешивание. Ленточная мешалка SinConvex® берёт при этом на себя макроскопическую гомогенизацию. Она подаёт смешиваемый материал во внешней области вверх и позволяет ему снова стекать вниз в центре. Так возникает трёхмерная тотальная циркуляция, которая способна за несколько минут гомогенизировать с технически идеальным качеством смешивания даже составы компонентов до 1:100.000.
Для сложных задач дезагломерации двухвальный смеситель amixon® обеспечивает особенно короткое время смешивания и высокие сдвигающие усилия. Возникающая при каждом обороте инструмента смена направления сдвига препятствует тому, чтобы игольчатые частицы ориентировались одинаково и образовывали устойчивые агрегаты. Вместо этого частицы снова и снова ориентируются заново и независимо друг от друга. Смесительный эффект при этом в широких пределах сохраняется независимо от размера частиц, формы частиц, влажности, адгезии, насыпной плотности и степени наполнения.
Макроскопическое смешивание и целенаправленную дезагломерацию у amixon® можно регулировать раздельно. Пока медленно работающая главная мешалка щадяще гомогенизирует продукт, отдельно приводимые режущие роторы создают локально ограниченные зоны сдвига. Интенсивность, продолжительность включения и момент применения ротора настраиваются независимо друг от друга и могут быть сохранены в системе управления установкой как воспроизводимая программа смешивания. Благодаря этому мягкие агломераты можно осторожно растворять, а твёрдые агломераты интенсивно измельчать, не подвергая всю загрузку излишне высокой нагрузке. При подаче жидкостей роторы, кроме того, поддерживают тонкое и равномерное распределение в порошке.
Короткое время процесса снижает истирание, внесение тепла и повреждение продукта. Для чувствительных или хрупких продуктов мешалки могут работать с низкой окружной скоростью. Специальные типы смесителей, такие как SpherHelics® или KoneSlid®, дополнительно обеспечивают особенно щадящую обработку и сохранение чувствительных структур гранулята. При продуктах, опасных в отношении взрыва пыли, низкая скорость инструмента может, кроме того, снизить затраты на инертизацию и подавление удара давления.
Для абразивных керамических порошков и масс amixon® предлагает исполнения с защитой от износа с Hardox, твердосплавными инструментами или керамическими покрытиями. Благодаря этому улучшаются как срок службы установки, так и чистота продукта. Это особенно важно при нанокерамических порошках, поскольку уже мельчайшие загрязнения могут повлиять на последующие функциональные свойства.
Оптимальная конфигурация машины определяется до инвестиции в испытательном центре amixon® с оригинальным продуктом. При этом учитываются реальные степени наполнения, размеры загрузок, температуры и условия давления. Качество смешивания, дезагломерация, щадящая обработка продукта, внесение энергии, очищаемость и воспроизводимость анализируются и документируются. Результаты образуют надёжную основу для расчёта машины и снижают технические и экономические риски до покупки.
Подтверждение в испытательном центре amixon®
Перед инвестицией следует подтверждение: в испытательном центре amixon® на головной площадке в Падерборне готовы 35 испытательных установок разных типоразмеров — дополненные испытательными центрами в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США. Испытания проводятся с оригинальным продуктом, с реальными степенями наполнения и размерами загрузок, в предусмотренном диапазоне температур и давлений. Оцениваются качество смешивания, щадящая обработка продукта, внесение энергии, очищаемость и воспроизводимость в последующем серийном производстве; результаты анализируются и документируются совместно со специалистами amixon® — как надёжная основа для решения, устраняющая технические и экономические риски до покупки.