Ultraschall-Sprühgranulationstechnologie

Ultraschall-Sprühgranulationstechnologie – Cheersonic

Die Ultraschall-Sprühgranulationstechnologie ist ein fortschrittliches Verfahren, das Ultraschallzerstäubung mit Sprühtrocknung kombiniert, um kugelförmige Partikel im Mikro- oder Submikronbereich herzustellen. Es eignet sich besonders für die Herstellung hochreiner und homogener Feinpulver.

Was ist Ultraschall-Sprühgranulation?
Kurz gesagt: Ultraschall-Sprühgranulation ist ein Verfahren, bei dem hochfrequente Ultraschallenergie eingesetzt wird, um Flüssigkeiten (Lösungen, Suspensionen oder Lotionen) in extrem feine Tröpfchen zu zerlegen. Anschließend wird der gelöste Stoff oder Feststoff in den Tröpfchen durch Erhitzen und Trocknen schnell kristallisiert oder getrocknet, um feine, gleichmäßige kugelförmige Partikel zu bilden.

Der Kern besteht darin, die Düse herkömmlicher Druck- oder Zentrifugalsprühtrockner durch einen Ultraschallzerstäuber zu ersetzen.

Funktionsprinzip und -ablauf

Dieser Prozess besteht im Wesentlichen aus zwei Schritten:

1. Ultraschallzerstäubung

Kernkomponente: Ultraschallzerstäuber, üblicherweise ein piezoelektrischer Keramikwandler.
Funktionsprinzip: Hochfrequente elektrische Signale (üblicherweise 20 kHz bis 3 MHz) werden an piezoelektrische Wandler angelegt, um hochfrequente mechanische Schwingungen gleicher Frequenz zu erzeugen.
Bildung von Kapillarwellen: Diese Schwingung wird auf die freie Oberfläche der Flüssigkeit übertragen und bildet eine spezielle Art von „Kapillarwelle“.
Tropfenbildung: Übersteigt die Schwingungsenergie die durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit aufrechterhaltene Grenze, spritzt eine große Anzahl extrem kleiner und gleichmäßiger Tropfen am Scheitelpunkt der Kapillarwelle heraus und bildet Aerosolnebel. Entscheidend ist, dass die Tropfengröße hauptsächlich durch die Frequenz der Ultraschallwellen bestimmt wird. Je höher die Frequenz, desto kleiner und gleichmäßiger die erzeugten Tropfen. Sie steht in keinem Zusammenhang mit Durchflussrate und Druck der Flüssigkeit.

2. Trocknung und Verfestigung

Die erzeugten feinen Nebeltröpfchen werden durch Trägergase wie Stickstoff und Luft in einen beheizten Trockenturm befördert.
In Umgebungen mit hohen Temperaturen verdampft das Lösungsmittel (meist Wasser oder organische Lösungsmittel) in den Tröpfchen sofort.
In Lösungen übersättigen sich die gelösten Stoffe schnell und bilden Kristalle, die feste Partikel bilden.
Für Suspensionen oder Lotionen werden die festen Partikel getrocknet und zu Kugeln agglomeriert.
Abschließend werden die getrockneten Partikel vom Luftstrom getrennt (durch Zyklonabscheider, Beutelfilter usw.), um das getrocknete Pulver zu gewinnen.

Wichtigste technische Merkmale und Vorteile

Im Vergleich zur herkömmlichen Sprühgranulation bietet die Ultraschall-Sprühgranulation erhebliche Vorteile:

Gleichmäßige Partikelgröße und gute Monodispersität sind ihre wichtigsten Vorteile. Dank der präzisen Steuerung der Tröpfchengröße durch die Ultraschallfrequenz weisen die erzeugten Partikel eine sehr enge Partikelgrößenverteilung und eine hohe Sphärizität auf.
Kleine und kontrollierbare Partikelgröße: Durch die Änderung der Ultraschallfrequenz können Partikel im Submikrometerbereich (> 0,5 µm) bis zu mehreren zehn Mikrometern (~ 50 µm) erzeugt werden, was sich hervorragend für die Herstellung ultrafeiner Pulver eignet.
Kein Verstopfungsproblem: Ultraschallzerstäuber haben keine Düsen mit kleinen Öffnungen und eignen sich daher hervorragend für die Verarbeitung von Suspensionen oder hochviskosen, partikelhaltigen Flüssigkeiten. Das Problem der Verstopfung herkömmlicher Düsen wird vermieden.
Geringer Energieverbrauch und niedrige Durchflussrate: Der Zerstäubungsprozess ist hoch energieeffizient und kann mit sehr niedrigen Flüssigkeitszufuhrraten (bis zu Millilitern pro Stunde) verarbeitet werden. Dadurch eignet er sich hervorragend für die Laborforschung und die Verarbeitung teurer Materialien.
Hohe Reinheit: Der Prozess benötigt keine Druckluft (um Ölverschmutzung zu vermeiden), und das Material kommt nur mit der inerten Zerstäubungsoberfläche in Kontakt, was die hohe Reinheit des Produkts gewährleistet.
Einfacher und stabiler Betrieb: Parameter (Frequenz, Temperatur, Gasdurchfluss) sind leicht zu steuern und weisen eine gute Wiederholgenauigkeit auf.

Hauptanwendungsgebiete

Diese Technologie wird häufig in Hightech- und wertschöpfungsintensiven Bereichen eingesetzt:

Elektronische Keramikmaterialien: Die Herstellung von dielektrischem Pulver, Ferritpulver, fluoreszierendem Pulver usw. für MLCCs (Mehrschicht-Keramikkondensatoren) erfordert gleichmäßige Partikel und hohe Sphärizität.
Katalysatoren: Herstellung von Katalysatorpartikeln mit hoher spezifischer Oberfläche und gleichmäßiger Verteilung der aktiven Zentren.
Pharmaindustrie: Herstellung von Mikrokügelchen aus pharmazeutischen Wirkstoffen (APIs) für die kontrollierte Freisetzung und Inhalation (z. B. Insulin-Trockenpulverinhalatoren).
Neue Energiematerialien: Herstellung von positiven Elektrodenmaterialien (z. B. LiFePO₄, NMC), negativen Elektrodenmaterialien, Festelektrolytpulvern usw. für Lithium-Ionen-Batterien. Gleichmäßige Partikel tragen zu einer konstanten Batterieleistung bei.
Supraleitende Materialien und Metallpulver: Herstellung hochreiner supraleitender Materialien (z. B. YBa₂ Cu∝ O₇₋ₓ) oder Metallpulver durch Vorläuferlösungen.
Forschungsgebiet: Wird für die Entwicklung und Herstellung neuer Materialien und Formeln im Labor verwendet.
Die Ultraschall-Sprühgranulation ist eine präzise und effiziente Technologie zur Herstellung von Mikro- und Nanopartikeln. Sie nutzt die einzigartigen physikalischen Eigenschaften von Ultraschallwellen, um die Engpässe der herkömmlichen Sprühgranulation hinsichtlich Partikelgleichmäßigkeit, Feinheit und Handhabung spezieller Materialien zu lösen. Sie hat sich zu einer der bevorzugten Technologien für die Forschung, Entwicklung und Produktion hochwertiger funktioneller Pulvermaterialien entwickelt.

Über Cheersonic

Cheersonic ist der führende Entwickler und Hersteller von Ultraschallbeschichtungssystemen zum Auftragen präziser Dünnschichtbeschichtungen zum Schutz, Festigen oder Glätten von Oberflächen auf Teilen und Komponenten für die Mikroelektronik/Elektronik, alternative Energie, Medizin und Industrie, einschließlich spezialisierter Glasanwendungen im Bau und Automobil.

Unsere Beschichtungslösungen sind umweltfreundlich, effizient und äußerst zuverlässig und ermöglichen eine drastische Reduzierung des Übersprays, Einsparungen beim Rohstoff-, Wasser- und Energieverbrauch und eine verbesserte Prozesswiederholbarkeit, Transfereffizienz, hohe Gleichmäßigkeit und reduzierte Emissionen.