การกระจายตัวของสลาร์รีเซรามิกด้วยอัลตราโซนิก
เครื่องกระจายสารด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการยอมรับและมีประสิทธิภาพสูงสำหรับการพัฒนาสูตรและการแปรรูปสลาร์รีเซรามิก ในการผลิตเซรามิกสมัยใหม่ คุณภาพและสมรรถนะของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายขึ้นอยู่กับความเป็นเนื้อเดียวกัน ความเสถียร และการกระจายขนาดอนุภาคของสลาร์รีอย่างมาก อัลตราซาวนด์กำลังสูงเป็นแนวทางที่เชื่อถือได้และสามารถขยายกำลังการผลิตได้เพื่อตอบสนองข้อกำหนดที่เข้มงวดเหล่านี้ ตั้งแต่การวิจัยในห้องปฏิบัติการจนถึงการผลิตระดับอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ
เครื่องอัลตราโซนิกสำหรับการกระจายตัวของเซรามิก
โดยทั่วไป สลาร์รีเซรามิกประกอบด้วยผงเซรามิกที่ผสมกับตัวทำละลาย สารช่วยกระจายตัว สารยึดประสาน สารเพิ่มความเป็นพลาสติก และสารเติมแต่งเพื่อหน้าที่เฉพาะต่าง ๆ การทำให้สลาร์รีมีความเสถียรและสม่ำเสมอต้องอาศัยการทำให้อนุภาคเซรามิกเปียกอย่างทั่วถึงและการสลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกันอย่างสมบูรณ์ วิธีการผสมแบบดั้งเดิมมักทำสิ่งเหล่านี้ได้ยาก โดยเฉพาะเมื่อใช้ผงละเอียด มีปริมาณของแข็งสูง หรือใช้สูตรที่มีความหนืดสูง
เครื่องกระจายสารด้วยอัลตราโซนิกทำให้เกิดคาวิเทชันอย่างรุนแรงในตัวกลางของเหลว การยุบตัวของฟองคาวิเทชันขนาดจุลภาคก่อให้เกิดแรงเฉือนสูงเฉพาะบริเวณ ซึ่งทำให้พื้นผิวอนุภาคเปียก สลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกัน และกระจายอนุภาคอย่างสม่ำเสมอทั่วสารแขวนลอยได้อย่างมีประสิทธิภาพ กลไกนี้ช่วยให้ผงเซรามิกกระจายตัวและแยกกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้เป็นผงที่มีแรงระหว่างอนุภาคสูงหรือมีลักษณะพื้นผิวไม่ชอบน้ำ
เครื่องอัลตราโซนิกแบบตั้งโต๊ะ UIP1000hdT สำหรับการบดเปียกและการกระจายตัวของอนุภาคเซรามิก
การใช้อัลตราโซนิกกับสลาร์รีคอลลอยด์: การปรับปรุงการเปียก การแยกกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกัน และการลดขนาดอนุภาค
การทำให้เปียกและการแยกกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกันอย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็นในการป้องกันข้อบกพร่อง เช่น ก้อนผงที่มักเรียกว่า “ตาปลา” ซึ่งอาจส่งผลเสียอย่างรุนแรงต่อคุณภาพสลาร์รีและการแปรรูปในขั้นตอนถัดไป แรงเฉือนจากอัลตราโซนิกส่งเสริมให้อนุภาคเกิดไฮเดรชันอย่างรวดเร็ว และช่วยให้สารช่วยกระจายตัวทำงานบริเวณผิวสัมผัสของอนุภาคได้อย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น
นอกจากการกระจายตัวแล้ว การแปรรูปด้วยอัลตราโซนิกยังสามารถลดขนาดอนุภาคอย่างควบคุมได้ผ่านการบดเปียกและการบดละเอียดระดับไมโครด้วยอัลตราโซนิก อนุภาคเซรามิกสามารถลดขนาดลงสู่ช่วงต่ำกว่าไมครอนหรือระดับนาโนเมตร ทำให้สามารถผลิตสลาร์รีเซรามิกขั้นสูงและนาโนคอมโพสิตสมรรถนะสูงได้ เมื่อเทียบกับการบดเชิงกลหรือการกวนด้วยความเร็วสูง เครื่องกระจายสารด้วยอัลตราโซนิกให้ผลลัพธ์เหล่านี้โดยใช้เวลาแปรรูปสั้นกว่าและมีความสามารถในการทำซ้ำให้ได้ผลเดิมสูงกว่า
การแปรรูปสูตรที่มีความหนืดสูงและมีฤทธิ์ขัดสี
ข้อได้เปรียบสำคัญประการหนึ่งของเครื่องกระจายสารด้วยอัลตราโซนิกคือความสามารถในการจัดการสูตรที่แปรรูปได้ยาก สลาร์รีเซรามิกมักมีความหนืดสูงเนื่องจากมีปริมาณของแข็งสูงหรือมีสารยึดประสานและสารเพิ่มความเป็นพลาสติก ระบบอัลตราโซนิกยังคงมีประสิทธิภาพภายใต้สภาวะเหล่านี้ โดยรักษาแรงเฉือนสูงไว้ทั่วทั้งปริมาตรที่กำลังแปรรูป
นอกจากนี้ ผงเซรามิกยังมีฤทธิ์ขัดสีโดยธรรมชาติ เครื่องกระจายสารด้วยอัลตราโซนิกเหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุเหล่านี้ เพราะไม่มีชิ้นส่วนหมุนด้วยความเร็วสูงหรือซีลเชิงกลที่สัมผัสกับสลาร์รี การออกแบบนี้ช่วยลดการสึกหรอให้เหลือน้อยที่สุด ลดความจำเป็นในการบำรุงรักษา และรับประกันความน่าเชื่อถือในการทำงานระยะยาว แม้ในการดำเนินงานทางอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง
อนุภาคเซรามิกที่บดด้วยอัลตราโซนิก
ความสม่ำเสมอ ประสิทธิภาพ และการขยายกำลังการผลิต
เครื่องกระจายสารด้วยอัลตราโซนิกให้สมรรถนะเหนือกว่าเครื่องกวนและเครื่องผสมแบบดั้งเดิมอย่างสม่ำเสมอ ทั้งในด้านประสิทธิภาพการแปรรูปและคุณภาพผลิตภัณฑ์ ประโยชน์ที่พบโดยทั่วไป ได้แก่ เวลาแปรรูปที่ลดลงอย่างมาก – มักลดลงได้สูงสุดถึง 90 เปอร์เซ็นต์ – ความสม่ำเสมอระหว่างรุ่นการผลิตที่ดีขึ้น และการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการอย่างแม่นยำ เช่น แอมพลิจูด พลังงานที่ป้อนเข้า และเวลาพำนัก
ข้อได้เปรียบสำคัญของเทคโนโลยีอัลตราโซนิกคือการขยายกำลังการผลิตแบบเชิงเส้นโดยสมบูรณ์ พารามิเตอร์กระบวนการที่กำหนดจากการทดลองในระดับห้องปฏิบัติการหรือระดับนำร่องสามารถนำไปใช้กับระบบระดับอุตสาหกรรมได้โดยตรง โดยเพิ่มกำลังอัลตราโซนิกและความสามารถในการรองรับการไหล การขยายกำลังการผลิตที่คาดการณ์ได้นี้ช่วยให้การพัฒนากระบวนการง่ายขึ้น และลดความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนผ่านจากการวิจัยและพัฒนาไปสู่การผลิตเชิงพาณิชย์
จากการพัฒนาในห้องปฏิบัติการสู่การผลิตระดับอุตสาหกรรม
เครื่องกระจายสารด้วยอัลตราโซนิกมีให้เลือกหลากหลายรูปแบบ ตั้งแต่เครื่องโฮโมจีไนเซอร์แบบจุ่มขนาดกะทัดรัดสำหรับการศึกษาความเป็นไปได้ในห้องปฏิบัติการ ไปจนถึงระบบอุตสาหกรรมกำลังสูงที่ออกแบบมาสำหรับการแปรรูปอย่างต่อเนื่องในสายการผลิต ในงานวิจัยและพัฒนา เครื่องกระจายสารด้วยอัลตราโซนิกช่วยให้ปรับสูตรและสภาวะการแปรรูปให้เหมาะสมที่สุดได้อย่างแม่นยำ เมื่อได้คุณลักษณะสลาร์รีตามต้องการแล้ว สามารถนำหลักการอัลตราโซนิกเดียวกันไปใช้ในระดับการผลิตได้โดยไม่ลดทอนคุณภาพ
ระบบอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมสามารถแปรรูปสลาร์รีเซรามิกปริมาณมากได้อย่างต่อเนื่อง จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับงานต่าง ๆ เช่น การหล่อแผ่นเทปเซรามิก การเคลือบเซรามิก เซรามิกเชิงเทคนิค เซรามิกอิเล็กทรอนิกส์ และคอมโพสิตเซรามิกสำหรับงานโครงสร้าง นอกจากนี้ยังมีระบบที่ได้รับการรับรอง ATEX สำหรับการแปรรูปสูตรที่ใช้ตัวทำละลายเป็นฐานหรือสูตรที่เป็นอันตราย
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- 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.
ข้อเท็จจริงที่ควรรู้
สลาร์รีเซรามิกคืออะไร?
สลาร์รีเซรามิกคือสารแขวนลอยในของเหลวที่ประกอบด้วยอนุภาคเซรามิกละเอียดซึ่งกระจายตัวอยู่ในตัวกลางของเหลว โดยทั่วไปคือน้ำหรือตัวทำละลายอินทรีย์ ร่วมกับสารเติมแต่ง เช่น สารช่วยกระจายตัว สารยึดประสาน และสารเพิ่มความเป็นพลาสติก สลาร์รีเซรามิกใช้เป็นรูปแบบวัสดุระหว่างกระบวนการสำหรับการจัดรูปทรง การเคลือบ การหล่อ หรือการขึ้นรูปชิ้นส่วนเซรามิก ก่อนการทำให้แห้งและการเผาผนึก
เซรามิก 5 ประเภทมีอะไรบ้าง?
เซรามิกห้าประเภทที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป ได้แก่ เซรามิกแบบดั้งเดิม ซึ่งรวมถึงวัสดุที่มีดินเหนียวเป็นองค์ประกอบหลัก เช่น พอร์ซเลนและอิฐ; เซรามิกขั้นสูง หรือที่เรียกว่าเซรามิกเชิงเทคนิค ซึ่งรวมถึงวัสดุ เช่น อะลูมินา เซอร์โคเนีย และซิลิคอนคาร์ไบด์; แก้วเซรามิก ซึ่งเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างผลึกบางส่วนและได้มาจากแก้ว; คอมโพสิตเมทริกซ์เซรามิก ซึ่งวัสดุเซรามิกได้รับการเสริมแรงด้วยเส้นใยหรืออนุภาค; และอิเล็กโทรเซรามิก ซึ่งเป็นเซรามิกที่มีหน้าที่เฉพาะสำหรับการใช้งานทางไฟฟ้า ไดอิเล็กทริก หรือเพียโซอิเล็กทริก
เซรามิกคืออะไร?
วัสดุเซรามิกนิยามว่าเป็นวัสดุอนินทรีย์ที่มีโครงสร้างผลึก ซึ่งประกอบขึ้นจากโลหะและอโลหะ วัสดุเหล่านี้เป็นของแข็ง เฉื่อย เปราะ แข็ง มีความแข็งแรงสูงเมื่อรับแรงอัด และมีความแข็งแรงต่ำเมื่อรับแรงเฉือนและแรงดึง วัสดุเหล่านี้ทนต่อการกัดกร่อนทางเคมีในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือด่างกัดกร่อน และทนต่ออุณหภูมิสูงได้อย่างมาก ด้วยคุณลักษณะที่โดดเด่นเหล่านี้ เซรามิกจึงถูกใช้อย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรม เช่น การเคลือบ สารกึ่งตัวนำ แผ่นดิสก์ และวงจรเชิงแสง ผงเซรามิกที่ใช้ทั่วไป (cermats) ได้แก่ อะลูมินา เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ (เซอร์โคเนีย) แบเรียมไททาเนต โบรอนไนไตรด์ เฟอร์ไรต์ แมกนีเซียมไดโบไรด์ (MgB2) ซิงก์ออกไซด์ (ZnO) ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซิลิคอนไนไตรด์ สตีไทต์ ไทเทเนียมคาร์ไบด์ และอิตเทรียมแบเรียมคอปเปอร์ออกไซด์ (YBa2Cu3O7-x) การใช้อัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่ได้รับการพิสูจน์อย่างชัดเจนสำหรับการแปรรูปสลาร์รีเซรามิกและคอมโพสิตอย่างเชื่อถือได้
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์แบบจุ่มคืออะไร?
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์แบบจุ่มคืออุปกรณ์ผสมพลังงานสูงที่ใช้โพรบหรือโซโนโทรดจุ่มลงในของเหลวหรือสลาร์รีโดยตรง เพื่อให้แรงเชิงกลหรือแรงอัลตราโซนิกที่มีความเข้มสูง แรงเหล่านี้ก่อให้เกิดแรงเฉือน การไหลปั่นป่วน หรือคาวิเทชัน ซึ่งสลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะรวมกัน ลดขนาดอนุภาค และทำให้เกิดการกระจายตัวที่เป็นเนื้อเดียวกันและมีความเสถียรภายในปริมาตรที่แปรรูป อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกแบบจุ่ม!
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงตั้งแต่ ขนาดห้องปฏิบัติการ จนถึง ขนาดอุตสาหกรรม