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Verfahrenstechnik 4/2016

Verfahrenstechnik 4/2016

TOP-THEMA I POWTECH

TOP-THEMA I POWTECH Zielgenaues Design Thermisches Verfahren für die Pulverherstellung ermöglicht Feinjustierung Ulla Reutner Ein neues thermisches Verfahren für die Pulverherstellung – die Advanced Pulse Powder Technology – soll zielgerichtetes Partikeldesign ermöglichen. Hersteller von Hochleistungskeramik können so einmalige und maßgeschneiderte Produkteigenschaften erzielen. Hochleistungskeramik wird von zahlreichen Fachleuten eine rosige Zukunft vorhergesagt. Immer öfter werden Kunststoffe und Metalle in anspruchsvollen Anwendungen von Keramik ersetzt. Nicht nur in der Medizintechnik, wo das keramische High-Performance-Material etwa bei Gelenkprothesen immer mehr andere Materialien verdrängt. Autorin: Dr. Ulla Reutner, freie Journalistin, Kaufering Ein deutliches Wachstum verzeichnen die Hersteller von Hochleistungskeramik auch in der Industrie. Schneidstoffe für die Metallzerspanung, Komponenten für den Korrosionsschutz, Anwendungen in der Elektronik – die Anwendungsmöglichkeiten dort sind nahezu unendlich. Vielversprechend entwickelt sich auch der Markt für technische Keramik in der Energieversorgung und in der Umwelttechnik. Besondere Keramikeigenschaften Die Vielfalt in den Anwendungsmöglichkeiten technischer Keramik ist schon in den Ausgangsprodukten angelegt. Die Eigenschaften des jeweils verwendeten Keramikpulvers, das mit Binder geformt und in einem Sinterprozess zur Keramik gehärtet wird, sind maßgeblich bestimmend für die Leistungsfähigkeit des späteren Produkts. Die Hersteller der Ingenieurkeramik liefern sich dabei einen Wettkampf um immer neue, außergewöhnliche Eigenschaften. Das bedingt aber, dass auch der eingesetzte Pulverwerkstoff einzigartig sein muss. Einmal gefunden, sollte der Pulverwerkstoff dann auch lieferfähig sein. Doch das ist al- les andere als selbstverständlich. Denn die Produzenten verfolgen die margensteigernde Strategie, möglichst große Mengen desselben Pulvers herzustellen – für Einzigartigkeit ist das keine gute Basis. Feinteilig und zielgenau Genau das gewährleistet nun aber die neue Advanced Pulse Powder Technology (Apptec) von Glatt Ingenieurtechnik zusammen mit dem F&E-Service des Anlagenbauers. Grundlage ist die gängige Sprühpyrolyse als eines der wichtigen thermischen Verfahren für die Pulverherstellung. Apptec ist eine bedeutende Weiterentwicklung des Verfahrens, die das zielgenaue Design neuer Pulvertypen erlaubt. Zusammensetzung, Struktur, Ober flächen - beschaffenheit und viele andere Parameter, die die Eigenschaften des Pulvers und der daraus gebildeten Produkte bestimmen, lassen sich mit Apptec deutlich gezielter einstellen als dies mit herkömmlichen Verfahren der Fall war. Bei Pulverkeramiken kommt es besonders auf feinteilige Partikel, eine ziel genaue Dotierung und eine besonders hohe Homogenität an. 38 VERFAHRENSTECHNIK 4/2016

POWTECH I TOP-THEMA Pulsation erhöht Homogenität Rahmenbedingungen des Verfahrens Der pulsierende Heißgasstrom, der in der Brennkammer des Proapp, dem Synthesereaktor des Verfahrens, erzeugt wird, ist das Herzstück dieser Technologie. Zusammen mit Prozesstemperatur und Verweilzeit bestimmen seine Frequenz und Amplitude maßgeblich die Partikeleigenschaften. Und diese können zielgenau eingestellt werden. Die Pulsation erhöht die Wärmeübertragung vom Gas zum Partikel im Synthesereaktor um das Fünf- bis Zehnfache gegenüber einer kontinuierlichen Strömung. Es entstehen spezielle thermodynamische Bedingungen, die etwa die Struktur der Partikel beeinflussen. „Durch das extrem schnelle Aufheizen erreichen wir einzigartige Reaktionszustände und so letztlich ganz außergewöhnliche Eigenschaften, die sonst nicht erhalten werden“, erläutert Dr. Lars Leidolph, Leiter Advanced Powder Processing bei Glatt Ingenieurtechnik. Zudem kann man die Gasatmosphäre oxidierend oder sauerstofffrei einstellen und so zusätzlich die Reaktionen beeinflussen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist der besonders hohe Turbulenzgrad im Reaktor aufgrund der pulsierenden Gasströmung. Den sonst in kontinuierlichen Gasströmungen typischen Geschwindigkeits- und Temperaturgradienten gibt es bei der Apptec nicht. Es resultiert vielmehr ein homogenes Temperaturfeld, in dem alle Partikel nahezu thermisch gleich behandelt werden – die Voraussetzung für homogene Pulverwerkstoffe. Auch Aggregationen durch die Bildung von Teilschmelzphasen, wie sie typisch in anderen thermischen Verfahren sind, treten nicht auf, da es keine lokalen Hotspots gibt und die Temperatur zielgenau gesteuert werden kann. Reaktor für Tests Im Glatt-Technologiezentrum, in dem Apptec getestet wurde, sind die Erfahrungen äußerst positiv. Leidolph berichtet: „Mit dem kontinuierlichen Verfahren können wir Pulver genau auf die Wünsche des Kunden und die Bedingungen seiner Applikation zuschneiden und dabei sogar sehr unterschiedliche Prozessschritte wie Trocknung, Kalzinierung, Partikelbildung oder -beschichtung zusammenfassen.“ Auch High-Performance-Pigmente, Katalysatoren und funktionale Zusatzstoffe für Lebensmittel lassen sich mit dem neuen Verfahren zielgerichtet produzieren. Apptec erweitert somit auf ideale Weise die bisherigen Glatt-Kernkompetenzen zur Entwicklung, Optimierung und Lohnherstellung von Granulaten und Pellets auf Basis der Wirbelschicht- und Strahlschichttechnik. Mit Apptec lassen sich Pulverwerkstoffe kontinuierlich und in einer besonders hohen Güte herstellen. Dafür sorgen die Prozessparameter im Proapp-Reaktor: n homogene Prozesstemperatur zwischen 200 und 900 °C n homogene und definiert einstellbare Verweilzeit von 100 ms bis 10 s n einstellbare Gasatmosphäre oxidierend oder sauerstofffrei n Rohmaterial: Lösungen, Suspensionen oder Feststoffe n einstellbare Amplitude und Frequenz des pulsierenden Heißgasstroms So gelingt es, die Eigenschaften von Pulverwerkstoffen für Hochleistungskeramiken, aber auch Pigmente, Katalysatoren und Lebensmittel-Zusatzstoffe zielgerichtet einzustellen. Glatt bietet die Entwicklung sowie bei Bedarf die Lohnherstellung im eigenen Proapp-Reaktor an. Der pulsierende Heißgasstrom, der in der Brennkammer des Synthesereaktors erzeugt wird, ist das Herzstück der Technologie Folgerichtig deckt Glatts F&E-Service auch die Entwicklung mithilfe von Apptec ab. Die Ingenieure übernehmen in enger Abstimmung mit dem Kunden das gewünschte Partikeldesign. Selbst mit der hervorragend steuerbaren Technologie ist das ein aufwändiger Prozess. Ein Jahr Entwicklungsarbeit und mehr sind keine Seltenheit. Parallel fährt der Kunde eigene Versuchsreihen, um die gewünschten Eigenschaften in der Ingenieurkeramik zu verifizieren. Hohe Versorgungssicherheit Ist dann der ideale, mit Apptec reproduzierbar herstellbare Pulverwerkstoff gefunden, kann sich der Kunde entscheiden, ob er Glatt mit der Lohnherstellung beauftragen will oder selbst in einen Proapp-Synthesereaktor investiert. Leidolph bestärkt alle, die mit Apptec ein Anwendungsfeld erschlossen haben, das große Absatzmengen verspricht: „Unser Prozess lässt sich ohne langes Scaleup schnell in die Produktion im technischen Maßstab überführen.“ Doch egal, ob bei Glatt oder im eigenen Reaktor: Der Kunde hat die Sicherheit, dass sein aufwändig entwickeltes, einzigartiges Material nun sicher zur Verfügung steht – und so auch die Abnehmer der Bauteile aus der High-Performance-Keramik von seiner hohen Liefertreue profitieren können. Halle 3, Stand 341 www.glatt.com

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