1 g Zucker in 1.000 kg Mehl - einmischen und zwar absolut gleichmäßig? Das klingt nach stundenlangem Rühren. Es innerhalb weniger Sekunden zu schaffen, scheint eine unlösbare Aufgabe. Doch Vergleichbares ist bei der Herstellung von keramischen Hochleistungswerkstoffen erforderlich. Diesen wird neben den Kunststoffen das größte Entwicklungspotenzial eingeräumt, denn mit Hinblick auf Beständigkeit, Wärmeresistenz und Härte gilt Keramik als einzigartig. Als hochtemperaturbeständiger Werkstoff bei der Energiegewinnung dient die Ingenieurkeramik gleichermaßen wie als Korrosions-, Säure- und Verschleißschutz im Prozessapparatebau oder als Halbleiter innerhalb elektrischer Bauteile. Ob Keramik isoliert oder als Halbleiter dient, entscheidet sich erst im Sintervorgang.
Agglomerate erzeugen Fehlstellen
Bei der Herstellung hochwertiger Keramiken werden die Ausgangskomponenten in einen Zustand großer spezifischer Oberfläche mit Partikelgrößen von circa 0,1 bis 0,08µm und einer geeigneten Korngrößenverteilung versetzt. Dabei kommt es auf höchste Reinheit an. Anschließend werden die Einzelkomponenten - zumeist Oxide, Nitride, Carbide oder Boride des Aluminiums und Siliziums - intensiv desagglomerierend gemischt. Derartig kleine Partikel neigen besonders zur Bildung von Agglomeraten, was eine gleichmäßige Gefügeausbildung des Sinterwerkstoffs verhindern würde. Damit keine funktionsmindernden Fehlstellen entstehen, ist auf höchste Sauberkeit zu achten. An die einzelnen Verfahrensschritte werden höchste Ansprüche gestellt, denn aus der verfahrenstechnischen Perfektion resultiert letztlich eine Steigerung der Festigkeit, der Temperaturresistenz, der Säurebeständigkeit, der Duktilität, der Leitfähigkeit, der Transparenz, der Farbtiefe und weiteren Eigenschaften. Der Herstellungsprozess von ingenieurkeramischen Werkstoffen gliedert sich somit in Einzelabschnitte. Die meisten Verfahren finden in kontinuierlich arbeitenden Prozessapparaten statt, deren Parametereinstellungen jeweils aus vorgeschalteten Stoffanalysen abgeleitet vorzunehmen sind. Insofern sind kontinuierlich stattfindende Einzelschritte jeweils abschnittweise durchzuführen und die Zwischenprodukte sind jeweils als Batch in Containern, Silos, Mischern oder Bigbags zu sammeln. Repräsentative Analysen bedingen, dass homogene Grundgesamtheiten vorgefunden werden. Die in der Pulvermetallurgie zu homogenisierenden Batchgrößen variieren zwischen 10 und 50.000 Litern. Zur Erzielung idealer Mischgüten werden zunehmend Amixon-Vertikalmischer verwendet. Ihr charakteristisches Strömungsbild verkürzt die Verweilzeiten. Feststoffmischen und Desagglomerieren werden als qualitätsbestimmende Schritte oftmals in Vertikalmischern vorgenommen. Da zum Teil sogar Reinraumbedingungen zu erfüllen sind, wird den hygienekonformen Apparateausprägungen wachsende Bedeutung beigemessen. Die Außenkontur des von Amixon entwickelten SinConvex-Mischwerkzeugs ist wie eine Sinuswelle geformt. Es bewirkt, dass die Mischgüter entlang der Gefäßwandung aufwärts gefördert werden und im Gefäßzentrum abwärts fließen. Das Ergebnis dieses Vorgangs ist eine ideale Mischgüte, die in der Praxis nicht mehr verbessert werden kann. Die Geometrie des Mischwerkzeugs gewährleistet, dass das Mischgut während des Entleervorgangs restlos nach unten, zum Behälterboden, fließt. Dieses Strömungsbild wird im Doppelwellenmischer, der mit zwei gleichsinnig rotierenden Mischwerken ausgestattet ist, von Quervermischungseffekten überlagert. So können Komponentenzusammensetzungen bis 1:1.000.000 in etwa 0,5 bis fünf Minuten entsprechend einer technisch idealen Homogenität vermischt werden. Die ideale Mischgüte wird unabhängig von der Beschaffenheit der Mischgüter erreicht. Hier sind Merkmale wie Partikelgrößenverteilung, Partikelform, Feuchtigkeit, Adhäsion und Schüttdichte zu beachten. Dabei kann der Füllgrad von zehn bis 100 Prozent des Nutzinhalts variieren, ohne dass die erzielbare Mischgüte beeinträchtigt wird.Der Einsatz von Zweiwellenmischern erstreckt sich auf nahezu sämtliche anspruchsvollen Feststoffmischaufgaben mit sehr kurzen Verweil- und Taktzeiten oder Schüttdichteveränderungen. Diese Mischerart eignet sich auch für das so genannte mechanische Legieren durch Zugabe von Coating-Ingredenzien und anschließender isostatischer Verpressung. Der Vertikal-Einwellenmischer der Bauart VM wird hingegen vornehmlich dort eingesetzt, wo zwar hohe Mischgüten verlangt werden, die Mischzeiten jedoch fünf bis acht Minuten oder länger andauern dürfen.
Auf die harte oder weiche Tour mischen - im selben Mischer
Aufgrund der dreidimensionalen Umschichtungsströmung kann in derselben Mischmaschine bei geringer Mischwerksdrehzahl äußerst schonend oder sehr intensiv und desagglomerierend gemischt werden - bei erhöhter Mischwerksdrehzahl und zusätzlichem Schneidrotoreinsatz. Aus den verfahrenstechnischen Merkmalen dieser Vertikalmischer ergibt sich ein breites Anwendungsspektrum. So kann etwa bei explosionsgefährdeten Gütern die Peripheriegeschwindigkeit der Mischwerke unter 1 m/s orientiert werden, sodass teure Inertisiermaßnahmen zum Teil vermieden werden können. Ein weiterer Vorteil resultiert aus der ruhigen Betriebsweise: Bedingt durch die relativ geringe Mischwerksdrehzahl entstehen kaum Schwingungen, sodass die Mischmaschinen auf Wägezellen aufgebaut werden können. Dabei kann das Mischgut bis auf 500g genau verwogen werden. Um auch letzte Reste am Behälterboden zu entleeren, wurde die sogenannte ComDisc-Austragsvorrichtung entwickelt. Der untere Mischwerksarm ist bei diesem System mit einer oder mehreren Schwingen ausgestattet. Während des Mischens weichen diese der Strömung aus und drehen nach hinten. Erst bei fallendem Füllgrad drehen sie in Rotationsrichtung und streifen die Reste zum Ausfluss. Dabei wird der Mischerboden praktisch nicht berührt. Durch die Kombination mit dem SinConvex-Mischwerkzeug kann eine Restentleerung bis zu 99,997 Prozent erreicht werden. Auch für die nachträgliche Optimierung sind die SinConvex- und die ComDisc-Technologien interessant: Die Mischwerkzeuge können in nahezu allen Amixon-Maschinen nachgerüstet werden.
