Ultrazvuková disperze keramických suspenzí
Ultrazvukové dispergátory jsou zavedenou a vysoce účinnou technologií pro formulaci a zpracování keramických suspenzí. Při moderní výrobě keramiky závisí kvalita a výkonnost konečného výrobku do značné míry na homogenitě, stabilitě a distribuci velikosti částic suspenze. Výkonový ultrazvuk nabízí spolehlivé a škálovatelné řešení pro splnění těchto náročných požadavků, a to od laboratorního výzkumu až po plnou průmyslovou výrobu.
Sonikátory pro keramické disperze
Keramické suspenze se obvykle skládají z keramických prášků v kombinaci s rozpouštědly, dispergátory, pojivy, změkčovadly a různými funkčními přísadami. Dosažení stabilní a homogenní suspenze vyžaduje důkladné smáčení keramických částic a úplné rozbití aglomerátů. Konvenční metody míchání mají s těmito úkoly často potíže, zejména pokud se jedná o jemné prášky, vysoké obsahy pevných látek nebo vysoce viskózní formulace.
Ultrazvukové dispergátory vytvářejí v kapalném médiu intenzivní kavitaci. Imploze mikroskopických kavitačních bublinek vytváří lokalizované vysoké smykové síly, které účinně smáčejí povrch částic, rozbíjejí aglomeráty a rovnoměrně rozdělují částice v celé suspenzi. Tento mechanismus umožňuje účinnou dispergaci a deaglomeraci keramických prášků, a to i těch, které mají silné mezidílčí síly nebo hydrofobní povrchové vlastnosti.
Stolní sonikátor UIP1000hdT pro mokré mletí a dispergaci keramických částic
Sonikace koloidních suspenzí: Zlepšení smáčení, deaglomerace a zmenšení velikosti částic.
Účinné smáčení a deaglomerace jsou nezbytné pro zabránění vzniku vad, jako jsou shluky prášku, běžně označované jako “rybí oči,” což může vážně ohrozit kvalitu kejdy a následné zpracování. Ultrazvukové smykové síly podporují rychlou hydrataci částic a umožňují účinnější působení disperzantů na rozhraní částic.
Kromě dispergace lze ultrazvukovým zpracováním dosáhnout řízeného zmenšení velikosti částic pomocí ultrazvukového mokrého mletí a mikromletí. Keramické částice lze zmenšit na submikronové nebo nanometrové rozměry, což umožňuje výrobu pokročilých keramických suspenzí a vysoce výkonných nanokompozitů. Ve srovnání s mechanickým mletím nebo vysokorychlostním mícháním dosahují ultrazvukové dispergátory těchto výsledků při kratší době zpracování a lepší reprodukovatelnosti.
Zpracování vysoce viskózních a abrazivních přípravků
Jednou z klíčových výhod ultrazvukových dispergátorů je jejich schopnost zpracovávat náročné receptury. Keramické suspenze často vykazují vysokou viskozitu v důsledku zvýšeného obsahu pevných látek nebo přítomnosti pojiv a změkčovadel. Ultrazvukové systémy zůstávají za těchto podmínek účinné a udržují silné smykové síly v celém zpracovávaném objemu.
Keramické prášky jsou navíc ze své podstaty abrazivní. Ultrazvukové dispergátory jsou pro tyto materiály vhodné, protože neobsahují žádné vysokorychlostní rotující části ani mechanické ucpávky, které by přicházely do styku s kaší. Tato konstrukce minimalizuje opotřebení, snižuje nároky na údržbu a zajišťuje dlouhodobou provozní spolehlivost, a to i v nepřetržitém průmyslovém provozu.
Ultrazvukem mleté keramické částice
Konzistence, efektivita a rozšiřování
Ultrazvukové dispergátory trvale překonávají konvenční míchadla a mixéry, pokud jde o účinnost zpracování a kvalitu produktu. Mezi typické výhody patří výrazné zkrácení doby zpracování - často až o 90 % - zlepšení konzistence jednotlivých dávek a přesná kontrola procesních parametrů, jako je amplituda, příkon energie a doba setrvání.
Hlavní výhodou ultrazvukové technologie je její zcela lineární rozšiřování. Parametry procesu stanovené při laboratorních nebo pilotních zkouškách lze přímo přenést do průmyslových systémů zvýšením ultrazvukového výkonu a průtočné kapacity. Tato předvídatelná škálovatelnost zjednodušuje vývoj procesu a snižuje riziko spojené s přechodem z R&D do komerční výroby.
Od laboratorního vývoje k průmyslové výrobě
Ultrazvukové dispergátory jsou k dispozici v široké škále konfigurací, od kompaktních laboratorních ponorných homogenizátorů pro studie proveditelnosti až po vysoce výkonné průmyslové systémy určené pro kontinuální inline zpracování. V prostředí výzkumu a vývoje umožňují ultrazvukové dispergátory přesnou optimalizaci formulací a podmínek zpracování. Jakmile je dosaženo požadovaných vlastností suspenze, lze stejné ultrazvukové principy použít ve výrobním měřítku bez snížení kvality.
Průmyslové ultrazvukové systémy mohou kontinuálně zpracovávat velké objemy keramických suspenzí, takže jsou ideální pro aplikace, jako je odlévání pásů, keramické povlaky, technická keramika, elektronická keramika a konstrukční keramické kompozity. K dispozici jsou také systémy s certifikací ATEX pro zpracování přípravků na bázi rozpouštědel nebo nebezpečných látek.
Literatura / Reference
- Isabel Santacruz, M. Isabel Nieto, Jon Binner, Rodrigo Moreno (2009): Wet forming of concentrated nano-BaTiO3 suspensions. Journal of the European Ceramic Society, Volume 29, Issue 5, 2009. 881-886.
- Astrid Dietrich, Achim Neubrand(2001): Effects of Particle Size and Molecular Weight of Polyethylenimine on Properties of Nanoparticulate Silicon Dispersions. Journal of the American Ceramic Society Volume84, Issue4, April 2001. 806-812.
- Ivanov, Roman; Hussainova, Irina; Aghayan, Marina; Petrov, Mihhail (2014): Graphene Coated Alumina Nanofibres as Zirconia Reinforcement. 9th International DAAAM Baltic Conference INDUSTRIAL ENGINEERING 24-26 April 2014, Tallinn, Estonia.
Fakta, která stojí za to vědět
Co je keramická kaše?
Keramická suspenze je kapalná suspenze složená z jemně rozptýlených keramických částic rozptýlených v kapalném prostředí, obvykle ve vodě nebo organickém rozpouštědle, spolu s přísadami, jako jsou dispergátory, pojiva a změkčovadla. Keramické suspenze se používají jako meziprodukty pro tvarování, potahování, odlévání nebo formování keramických součástí před sušením a spékáním.
Jakých je 5 typů keramiky?
Mezi pět běžně uznávaných typů keramiky patří tradiční keramika, která zahrnuje materiály na bázi hlíny, jako je porcelán a cihly; pokročilá keramika, známá také jako technická keramika, která zahrnuje materiály, jako je oxid hlinitý, zirkon a karbid křemíku; sklokeramika, což jsou částečně krystalické materiály odvozené ze skla; kompozity s keramickou matricí, v nichž jsou keramické materiály vyztuženy vlákny nebo částicemi; a elektrokeramika, což je funkční keramika používaná pro elektrické, dielektrické nebo piezoelektrické aplikace.
Co je keramika?
Keramické materiály jsou definovány jako anorganický krystalický materiál, složený z kovu a nekovu. Jsou pevné, inertní, křehké, tvrdé, silné v tlaku a slabé ve střihu a napětí. Odolávají chemické erozi kyselého nebo žíravého prostředí a jsou vysoce odolné vůči teplotám. Díky těmto výjimečným vlastnostem je keramika široce používána pro průmyslové aplikace, jako jsou povlaky, polovodiče, disky a optické obvody. Mezi běžné keramické prášky (cermaty) patří oxid hlinitý, oxid zirkoničitý (zirkon), titaničitan barnatý, nitrid boritý, ferit, diborid hořečnatý (MgB2), oxid zinečnatý (ZnO), karbid křemíku (SiC), nitrid křemíku, steatit, karbid titanu a oxid yttrium barnatý (YBa2Cu3O7-x). Ultrazvuku je dobře osvědčená technika pro spolehlivé zpracování keramických suspenzí a kompozitů.
Co je ponorný homogenizátor?
Ponorný homogenizátor je vysokoenergetické míchací zařízení, v němž je sonda nebo sonotroda ponořena přímo do kapaliny nebo suspenze a působí na ni intenzivní mechanické nebo ultrazvukové síly. Tyto síly vytvářejí smyk, turbulenci nebo kavitaci, které rozbíjejí aglomeráty, zmenšují velikost částic a vytvářejí homogenní a stabilní disperzi ve zpracovávaném objemu. Přečtěte si více o ultrazvukových ponorných homogenizátorech!
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.