Teil 1 – Was die Klassifizierung von Aluminiumoxid tatsächlich bedeutet
Aluminiumoxid (Al₂O₃) ist niemals ein einheitliches Produkt. Dieselbe chemische Zusammensetzung kann in einer Keramikmasse, einem Poliermittel, einem Wärmefüllstoff oder einem feuerfesten Gießmaterial verwendet werden, aber jede Anwendung erfordert einen völlig anderen Partikelgrößenbereich. Aluminiumoxid-Klassifizierung Bei der Trockentrennung wird gemahlenes Aluminiumoxid in Fraktionen mit definierter oberer und mittlerer Trenngrenze sortiert. Das Ziel ist einfach: dem Kunden die bestellte Qualität liefern, nicht ein unsortiertes Gemisch.
Die drei Zahlen, die Ihre Note bestimmen
Jedes Klassifizierungsergebnis basiert auf drei Parametern aus einem Laserbeugungs-PSD-Bericht:
D50 (Median) — 50% des Partikelvolumens ist feiner als diese Größe. Die Hauptkennzahl für eine Güteklasse.
D97 (Top Cut) — 97% des Volumens ist feiner als diese Größe. Hier endet der grobe Bereich. Für Polierarbeiten und Hochleistungskeramik ist D97 wichtiger als D50. Ein einzelnes grobes Partikel kann Kratzer auf einer polierten Oberfläche hinterlassen oder einen Defekt in einem Sinterkörper verursachen.
Spannweite = (D90 − D10) ÷ D50 Die Breite der Verteilung. Eine kleinere Spannweite bedeutet ein schmaleres, gleichmäßigeres Produkt. Zwei Chargen können denselben D50-Wert aufweisen und sich völlig unterschiedlich verhalten, wenn die Spannweite der einen Charge 1,3 und die der anderen 2,5 beträgt.
Kurzübersicht: Typische Korngrößenbereiche von Aluminiumoxid je nach Anwendungsbereich
| Anwendung | Typischer D50-Bereich | Typisches D97-Ziel |
| Hochleistungskeramik (gesintert) | 0,3 – 3 µm | ≤ 5 – 10 µm |
| Feinpolieren / Läppen | 1 – 10 µm | ≤ 15 – 25 µm |
| Wärmeleitpaste | 2 – 20 µm | ≤ 30 – 45 µm |
| Feuerfeste Gießmassen (Feinfraktion) | 5 – 45 µm | ≤ 75 – 100 µm |
| Feuerfeste Zuschlagstoffe (grob) | 50 – 500 µm | ≤ 1 – 2 mm |
So verwenden Sie diese Tabelle: Suchen Sie Ihre Anwendung in der linken Spalte und lesen Sie dann die für diesen Markt typischen D50- und D97-Bereiche. Wählen Sie innerhalb dieser Bereiche einen bestimmten Wert als Zielwert, damit der Klassifizierungsoperator einen klaren Anhaltspunkt hat.
Wie ein Luftklassierer den Trennpunkt festlegt
Im Klassierer gelangt das Aufgabematerial in ein rotierendes Rad. Die Zentrifugalkraft schleudert grobe Partikel nach außen. Ein kontrollierter Luftstrahl saugt feine Partikel durch das Rad und befördert sie als Produkt nach außen. Die Trennschärfe wird über zwei Regler eingestellt: Eine höhere Rotordrehzahl verringert die Trennschärfe, eine höhere Luftzufuhr verringert sie. Beide Einstellungen sind variabel. Sie justieren beide so lange, bis die gemessenen Werte für D50 und D97 dem Zielwert entsprechen.
Teil 2 – Zwei häufige Fragen (und was man dagegen tun kann)
Frage 1: Die Zufuhr ist mit „25 µm“ gekennzeichnet, aber der gemessene D50-Wert beträgt 8,4 µm. Welchem Wert kann ich vertrauen?
Beide Zahlen sind real. Sie beschreiben unterschiedliche Dinge. „25 µm“ auf dem Etikett des Zufuhrmaterials ist eine Nennkorngröße. Es kann sich um eine Fraktionsbezeichnung, eine Zykloneinstellung oder den internen Gütecode des Lieferanten handeln. Es garantiert nicht, dass der Median 25 µm beträgt. Der gemessene D50-Wert von 8.356 µm ist das, was ein Laserbeugungsanalysator tatsächlich im Produkt misst.
Vorgehensweise: Orientieren Sie sich stets an den gemessenen Werten für D50, D97 und Span. Wenn Sie Aluminiumoxid kaufen, tragen Sie die Zielvorgaben für die Partikelgrößenverteilung in die Einkaufsspezifikation ein. Wenn Sie es selbst herstellen, nehmen Sie von jeder Charge eine Probe und erstellen Sie ein Diagramm des Trends.
Frage 2: Die Spannweite beträgt 1,405. Ist das akzeptabel, und wie kann ich sie verringern?
Die Spannweite ist relativ; ein niedrigerer Wert bedeutet eine engere Verteilung, und für die meisten technischen Aluminiumoxide ist eine engere Verteilung vorteilhaft. Eine Spannweite von 1,405 bedeutet, dass die Werte für D90 und D10 nahe am Mittelwert liegen und nicht in einen langen, groben oder feinen Ausläufer übergehen. Ob dies akzeptabel ist, hängt von Ihrem Anwendungszweck ab.
Wenn Sie einen präziseren Schnitt benötigen, sind die folgenden vier Hebel am effektivsten:
- Rotordrehzahl erhöhen. Dadurch wird der Schnitt feiner und die Spitze schärfer, allerdings kann dies den Durchsatz verringern.
- Niedrigere Futterkonzentration. Weniger Material in der Klassierzone bedeutet eine sauberere Trennung der einzelnen Partikel. Dies ist oft die größte Verbesserung.
- Verbesserung der Dispersion am Zuführpunkt. Agglomerate, die in den Klassierer gelangen, verhalten sich wie grobe Partikel. Eine Dispergierdüse oder ein Vordispergierschritt können Abhilfe schaffen.
- Füge einen zweiten Klassifizierungsdurchgang hinzu. Die feine Fraktion wird in einer zweiten Stufe mit etwas engerer Einstellung filtriert.
Achtung: Wird die Rotordrehzahl erhöht, ohne die Zufuhrrate anzupassen, kann der Sichter überlastet werden und die Spannweite kann sich sogar verschlechtern. Ändern Sie daher immer nur eine Variable und messen Sie das Ergebnis, bevor Sie die nächste ändern.
Teil 3 – Was eine enge Klassifizierung Ihnen bringt
Die Integration eines Klassierers in Ihre Aluminiumoxid-Prozesslinie verändert vier Dinge, die sich auf Ihr Endergebnis auswirken:
Weniger Kundenretouren. Durch die Kontrolle des D97-Wertes werden zu große Partikel ferngehalten. Beim Polieren kann ein einzelnes 30 µm großes Partikel in einer nominellen 10 µm-Korngröße einen sichtbaren Kratzer auf dem Werkstück hinterlassen. In der Keramikindustrie verursachen grobe Ausreißer Sinterfehler. Die Einhaltung des D97-Wertes ist die kostengünstigste Methode, Retouren zu reduzieren.
Vorhersehbares Folgeverhalten. Wenn D50 und D97 in einem engen Bereich liegen, sind Sinterschrumpfung, Polierfinish und Füllstoffbeladung von Charge zu Charge reproduzierbar. Der Prozess Ihres Kunden unterliegt keinen Abweichungen mehr.
Höhere nutzbare Ausbeute. Der Klassierer trennt die spezifikationskonforme Fraktion ab und führt das Überkorn der Mühle zurück. Sie hören auf, die gesamte Charge zu feinsten Partikeln zu vermahlen. Sie vermahlen nur noch das, was nachgemahlen werden muss.
Eine dokumentierte Qualitätsbilanz. Die Klassifizierung in Kombination mit Laserbeugungsmessung liefert einen Partikelgrößenverteilungsbericht pro Charge. Dies ist der Nachweis, den Kunden fordern und der bei ISO-Audits verlangt wird. Bei einer Qualitätsreklamation lässt sich diese innerhalb von Minuten auf eine bestimmte Charge zurückführen.
Teil 4 – Wie man Aluminiumoxid klassifiziert, Schritt für Schritt
Notieren Sie Ihre Zielverteilung.
Beginnen Sie mit der Anwendung. Für feine Keramik sind ein D97-Wert im niedrigen zweistelligen Mikrometerbereich und ein D50-Wert im einstelligen Bereich typisch. Bei gröberen feuerfesten Fraktionen steigen die Zielwerte. Wählen Sie drei Werte: D50, D97 und die maximal zulässige Spanne. Ohne einen schriftlich festgelegten Zielwert lässt sich nicht feststellen, ob der Klassierer seine Aufgabe erfüllt.
Ordnen Sie den Klassifikator Ihrem D97-Ziel zu.
Jede Maschine hat einen Arbeitsbereich. Multirotor-Luftklassierer (HTS) Der Bereich D97 ≈ 3–45 µm wird für feine und ultrafeine Körnungen abgedeckt. Luftklassifizierungseinheit (ITC) Der Bereich D97 ≈ 5–200 µm wird im mittleren Bereich abgedeckt. Zentrifugalklassifikator (CTC) oder MBS Pulverabscheider Für gröbere Schnitte geeignet. Wählen Sie eine Maschine, deren Leistungsspektrum Ihr Ziel abdeckt, damit Sie nicht an der Leistungsgrenze arbeiten.
Rotordrehzahl und Luftdurchsatz einstellen, dann messen
Die Rotordrehzahl wird über den Frequenzumrichter eingestellt. Kombinieren Sie diese mit der Luftstromeinstellung, um den Trennpunkt auf den Zielwert D97 zu setzen. Beginnen Sie mit den empfohlenen Maschineneinstellungen für Aluminiumoxid, nehmen Sie dann Proben, messen Sie die Partikelgrößenverteilung und wiederholen Sie den Vorgang. Verlassen Sie sich nicht auf die erste Einstellung. Die einzige Möglichkeit, den Trennvorgang zu bestätigen, ist die Messung der Partikelgrößenverteilung.
Zufuhrrate und Dispersion kontrollieren
Eine gleichmäßige, gut verteilte Aufgabe hält die Klassierzone stabil. Eine zu hohe Aufgabekonzentration verstopft das Rad und vergrößert die Spannweite. Eine zu geringe Konzentration führt zu Kapazitätsverlust. Halten Sie die Rotordrehzahl konstant und führen Sie einen kurzen Test mit drei verschiedenen Aufgabemengen durch, wobei Sie die Spannweite jeweils messen. Wählen Sie die Aufgabemenge, die die geringste Spannweite ergibt, ohne die erforderliche Durchsatzleistung zu unterschreiten.
Schließe den Kreislauf mit der Mühle.
Das Ausgabematerial des Klassierers wird als Produkt verwendet; die grobe Fraktion wird zur Nachvermahlung in die Mühle zurückgeführt. Dies verhindert ein Übermahlen der gesamten Charge und hält den Kreislauf innerhalb der Spezifikationen. Ein geschlossener Kreislauf sorgt zudem für eine gleichmäßigere Materialzufuhr zum Klassierer, was zu einem stabileren Trennergebnis führt.
Messen Sie jede Charge und verfolgen Sie den Trend.
Nehmen Sie eine Produktprobe, führen Sie eine Laserbeugungs-Partikelgrößenanalyse durch und erfassen Sie D50, D97 und die Spannweite. Vergleichen Sie die Werte mit den Sollwerten. Steigt D97 an, überprüfen Sie die Rotordrehzahl und den Luftdurchsatz. Verbreitert sich die Spannweite, überprüfen Sie die Aufgabekonzentration und -dispersion. Stellen Sie diese drei Werte im Zeitverlauf grafisch dar, um zu erkennen, wann der Klassierer gewartet werden muss, bevor das Produkt die Spezifikationen überschreitet.
Der erste Parameter, der bei einer Span-Abweichung überprüft werden sollte: Aufgabekonzentration. Bei den meisten Aluminiumoxid-Anlagen entsteht eine Vergrößerung der Trennspanne durch zu viel Material, das gleichzeitig in die Klassierzone gelangt, und nicht durch ein mechanisches Problem mit dem Rotor.
Teil 5 – Wie echte Ergebnisse aussehen
Die folgenden Daten stammen von einer typischen Charge klassierter Aluminiumoxid-Probe und wurden mit einem OMEC Topsizer Laserbeugungsanalysator (einem Produkt von Malvern Panalytical) gemessen. Die tatsächlichen Ergebnisse können je nach Aufgabematerial, Klassierereinstellungen und Prozessbedingungen variieren. Dieses Beispiel zeigt, wie eine optimale Trennung aussieht.
Ergebnis 1 – Cut-off-Punkt: D50 und D97 im Zielbereich
| Parameter | Messwert |
| D10 | 4,354 µm |
| D50 (Median) | 8,356 µm |
| D90 | 16,096 μm |
| D97 | 20,846 µm |
| D100 | 33,158 µm |
Ausgehend von einer als „25 µm Zyklonmaterial“ gekennzeichneten Aufgabefraktion wies das klassifizierte Produkt einen D97-Wert von 20,85 µm und einen Median von 8,356 µm auf. Die oberste Fraktion lag unterhalb der nominellen Aufgabegröße, und der Medianwert sank in den einstelligen Bereich. Für Feinpolierverfahren oder Anwendungen im mittleren Bereich der Keramik ist diese Verteilung brauchbar: Der grobe Anteil wird abgeschnitten, und der D50-Wert liegt im erforderlichen Bereich.
Ergebnis 2 – Verteilungsbreite: Spannweite bei 1,405
| Parameter | Messwert |
| D(3,2) | 7,418 µm |
| D(4,3) | 9,443 µm |
| Spanne | 1.405 |
| Gewichtsspezifische Oberfläche | 299,566 m²/kg |
D90 und D10 lagen nahe am Median (Spanne = 1,405), ohne einen langen Ausläufer zu bilden. Eine enge Verteilung bedeutet, dass sich das Pulver stets gleich verpacken, sintern und bearbeiten lässt. Die gewichtsspezifische Oberfläche von 299,6 m²/kg ergibt sich aus derselben Verteilung – ein nützlicher Wert, wenn die Kundenspezifikation die Oberfläche und nicht die Partikelgröße vorschreibt.
Ergebnis 3 – Eine Zahl, die Beachtung verdient: die Differenz zwischen D(3,2) und D(4,3)
In dieser Charge beträgt D(3,2) = 7,418 µm und D(4,3) = 9,443 µm. D(3,2) ist der flächengewichtete Mittelwert, D(4,3) der volumengewichtete Mittelwert. Ist D(4,3) größer als D(3,2), weist die Verteilung einen Ausläufer zu groben Partikeln auf. Die Lücke beträgt hier etwa 2 µm, was gering ist – der Klassierer arbeitet sauber. Vergrößert sich die Lücke über mehrere Chargen hinweg, ist dies ein frühes Anzeichen dafür, dass grobe Partikel durchsickern. Überprüfen Sie die Rotordichtung oder den Luftstromausgleich, bevor der D97-Wert zu driften beginnt.
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— Jason Wang, Ingenieur
