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对于密度和粒径差异较大的陶瓷粉末,推荐使用哪些混合系统?

对于密度和粒径差异较大的陶瓷粉末,需要能够产生强烈三维翻转运动、同时在混合、卸料及后续输送过程中限制分离的混合系统。细颗粒与粗颗粒、轻质与重质颗粒可能因渗流、振动或下落运动而重新分离。因此,起决定性作用的不仅是混合机类型,还包括包括计量、混合时间、卸料及输送技术在内的整个工艺控制方案。

对于要求较高的干式混合,配备旋转混合容器及独立驱动混合工具的强力混合机通常尤为适用。它们将大范围翻转与可有针对性调节的剪切作用结合在一起。由此可实现细微添加剂的分布,并在需要时解聚已存在的团聚体。此类系统尤其适用于密度差异大、添加量小或团聚倾向明显的陶瓷原料混合物。强力混合机也可用于在同一工艺步骤中同时完成混合与造粒。

立式单轴和双轴混合机是另一种选择,适用于需要在实现高混合均匀度的同时兼顾相对温和的产品处理的场合。它们产生三维物料流,适用于压制料、喷雾干燥造粒物以及含有烧结助剂、颜料或功能性添加剂的混合物。混合工具几何形状、转速和混合时间须经过合理选择,以在不对敏感造粒物造成不必要破坏的前提下达到所需的均匀度。

犁刀式和桨叶式混合机在中到大批量场合同样有意义。它们能对产品床产生强烈运动,并可配备可单独切换的粉碎器以实现解聚。对于磨蚀性陶瓷粉末,接触产品表面采用耐磨结构十分重要。强力工具的使用强度和时长应仅限于配方所需的程度。

锥形螺旋混合机尤其适用于喷雾干燥或易破碎的陶瓷造粒物。它们以较低的机械负荷运行,能够实现良好的均质化效果。但在密度差异极端或添加剂极细、易团聚的情况下,其分散效果可能不足。此时应优先考虑前置解聚工序或更强力的混合原理。

行星式混合机主要适用于陶瓷浆料、糊状物、高固含量悬浮液以及CIM物料。它们能够实现对高黏度体系的受控混合,涉及黏结剂、分散剂和陶瓷固体成分。而对于纯干粉混合而言,它们通常并非首选。

翻滚式、滚筒式和V型混合机运行非常温和,磨损很小。但在密度、粒径或颗粒形状差异较大的情况下,须谨慎评估其适用性。以重力为主导的运动虽然可以实现均质化,但也可能助长分离现象。因此,此类设备更适合小批量以及颗粒特性相近的混合物。

对于特别关键的配方,采用湿法混合并结合后续喷雾干燥通常是最稳健的解决方案。各组分首先在悬浮液中实现均匀分布。随后通过喷雾干燥形成具有明确特性、流动性良好的压制颗粒料。该工艺被用于陶瓷及金属悬浮液,并可制得性能特性可有针对性调控的压制颗粒料。

加料顺序、混合时长和水分控制起决定性作用。细微添加剂的计量方式应确保其能够被可靠分布。混合时间过长同样可能促使分离或磨损加剧。对于磨蚀性粉末,须选择合适的材料和表面,以将磨损和异物混入限制在可控范围内。均匀度应通过具有代表性的取样和针对具体产品的分析方法加以核验。

对于密度和粒径差异显著的干燥陶瓷粉末,强力混合机或高性能立式混合机通常是首选方案。若配方特别关键,或要求达到最高的分布均匀度,则采用湿法混合并结合后续喷雾干燥往往能提供最可靠的工艺路径。

amixon®如此驾驭混合过程中巨大的密度与颗粒尺寸差异

amixon®支持对堆积密度、粒径和流动特性差异较大的陶瓷原料进行均质化处理。核心在于受控的三维产品运动。它能够实现各组分的均匀分布,并在后续工艺步骤之前限制分离倾向。

SinConvex®螺旋混合工具将混合物料在容器外周区域向上输送。在中心区域,物料因重力作用重新向下流动。这种连续的翻转运动以较低的转速运行,适用于不同的堆积密度、粒径及流动特性。此外,SinConvex®和SinConcave®还有助于实现非常良好的残留排空,并简化清洁工作。

对于大批量物料,amixon®提供Gyraton®混合筒仓。它将混合、缓存和卸料集成于同一设备中。立式螺旋混合工具在旋转的同时,还沿混合腔体壁面做轨道运动。由此,混合腔体的大范围区域都能得到有针对性的覆盖。Gyraton®混合筒仓专为大批量自由流动的散装物料设计,根据具体型号和产品的不同,可实现约100立方米批量的均质化处理。

Gyraton®混合筒仓较低的能量输入对敏感造粒物、喷雾干燥压制料以及磨蚀性原料尤为有利。即使在大批量的情况下,也能实现温和的均质化处理。对于陶瓷工艺路线而言,这一点具有重要意义,因为尽可能均匀的初始混合物有助于提高造粒、压制、烧结或涂层等后续工序的可重复性。

对于磨蚀性陶瓷粉末,amixon®可根据具体产品对混合腔体和混合工具进行耐磨保护设计。氧化陶瓷涂层可显著减少接触产品表面的金属磨损。合适材料的选择取决于磨蚀性、纯度要求、粒径以及最终产品中允许的污染程度。

最终的设计方案将在amixon®技术中心使用原始原料进行验证。在那里,可在贴近实际的条件下评估混合均匀度、混合时间、颗粒保护、残留排空、磨损情况及可重复性。此外,还配备高温反应器和真空混合干燥机,用于热工及反应性工艺步骤。它们可实现使用原始产品在最高350°C的温度、真空条件下或最高25巴的压力下开展试验。由此为从原料均质化到可重复后续加工的稳健工艺路线奠定了可靠基础。