DD223980B1

DD223980B1 - Vorrichtung zur urformung flacher keramischer baender

Info

Publication number: DD223980B1
Application number: DD26289384A
Authority: DD
Inventors: Ingo Seidemann; Peter Nobst; Felix Sikora
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1984-05-10
Filing date: 1984-05-10
Publication date: 1988-05-25
Also published as: DD223980A1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Urformung flacher keramischer Bander aus dünnflüssigen Schlickern, insbesondere auf der Basis von wäßrigen Bindemitteldispersionen, nach dem Foliengießverfahren in Form eines Gießkastens mit einem durch einen Rakel gebildeten Gießspalt

Die Vorrichtung ist besonders zur Herstellung von keramischen Substraten und auch von laminierten keramischen Mehrschichtkorpern geeignet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Urformung flacher keramischer Bander nach dem Foliengießverfahren ist allgemein bekannt, daß ein gießfahiger keramischer Schlicker aus einem Vorratsbehaltnis in Art eines Gießkastens mittels eines Transportbandes aus bspw Polytetrafluorathylen-beschichteten Geweben, Polyäthylen-beschichtetem Papier oder Zelluloseacetat, welches unter dem unten offenen Vorratsbehaltnis vorbeilauft, durch einen die Dicke der entstehenden Schicht begrenzenden Spalt an der Stirnwand des Vorratsbehaltnisses herausgefordert wird (doctor-blade-Verfahren) (Bulletin de la Societi Francaise de Ceramique [1962] 6, S 69-70)

Der die Schichtdicke nach oben begrenzende Spalt wird, wie in der US-Patentschrift 2966719 sowie in der DE-OS 3005057 bzw in der DE-AS 1 771 216 dargelegt, durch einen von oben senkrecht über dem Transportband angebrachten schneidenartigen Rakel (doctor-blade) gebildet, dessen mehr oder weniger scharf ausgebildete Spitze sich meinem definierten Abstand über dem darunter durchlaufenden Transportband befindet

Die Dicke der auf dem Transportband entstehenden Schicht des vergossenen Materials hangt bei gegebener Spaltbreite von der zeitlich durchgesetzten Menge des Gießmaterials durch den charakteristischen Urformungsquerschnitt ab, welcher durch das Transportband unten und die Spitze bzw das untere Ende des Rakels oben begrenzt wird Als nachteilig erweist sich hierbei, daß sich Konsistenzschwankungen des Schlickers, Nichtkonstanz des Reservoirfullstandes bzw der Schlickerzufuhrungsmenge auf die Materialdurchsatzmenge und damit auf die Dicke der zu formenden Bander auswirken. Je dünnflüssiger die eingesetzten Schlicker sind, desto starker treten diese Nachteile auf Bekannt ist es, diese Dickenschwankungen durch ein Planpressen der aus dem getrockneten keramischen Band herausgetrennten Formstucke zwischen planparallelen hochglanzpolierten Platten nachträglich auszugleichen (DE-OS 2315797, DE-OS 2727364)

In der DE-AS 1771216 wird zur Verhinderung von Dickenschwankungen auf eine genaue Kontrolle und Regelung des Füllstandes im Vorratsbehaltnis vor dem Urformungsspalt orientiert Dieses Prinzip liegt in einer abgewandelten Variante (Vordruckkonstanz des Materialreservoirs vordem Gießschlitz eines Druckbeschichtungsgießkopfes) einer weiteren bekannten Losung (DE-OS 2614596) zur dickenkonstanten Beschichtung eines bandförmigen Trägermaterial mit einem flussigen Material zu Grunde

Das Planpressen fuhrt zu Strukturveranderungen der Preßlingsoberflache, die im Falle der Verwendung der getrockneten Folien zum Laminieren mehrschichtiger Keramikkörper, vor allem beim Anwenden von Gießschlickern mit einer wäßrig gelosten Bindemitteldispersion, das Verwachsen der einzelnen Schichten beim Sintern ungunstig beeinflußt (DD 111105) Das exakte Einhalten des Reservoirfullstandes erfordert eine möglichst berührungslose Füllstandsmessung und darüber hinausgehenden apparativen Aufwand fur die Steuerung des Schlickerzustromes Außerdem weisen die gegossenen keramischen Bander eine nchtungsabhangige Sinterschwindung auf Die Schwindung in den drei Raumnchten wahrend des Sintervorganges hangt bei geometrisch definierten keramischen Korpern neben dem Anteil an fluchtigen Bestandteilen des ungesinterten Korpers sowie dem Porenwachstum bzw Porenverschmelzen im Sintervorgang selbst, auch von der Form, Verteilung und Lage der Korner der Festkorperkomponente im Korper ab So ist beim Verformen von keramischen Bandern nach dem doctor blade Verfahren aber auch nach dem Strangpreßverfahren bekannt, daß die Große der Schwindung eines aus dem getrockneten Band herausgetrennten Korpers in den drei Raumrichtungen unterschiedlich ist Die Ursache dafür ist neben den geometrischen Randbedingungen desSinterns(z B Auflage auf einem Brennhilfsmittel und daraus resultierender entsprechend gerichteter Transport der fluchtigen Bestandteile vorzugsweise in eine bestimmte Richtung) die Art der Verteilung und der räumlichen Lage der in der Regel nicht kugelförmigen und nicht gleichgroßen Korner der Feststoffkomponente des Gießmaterials in dem ungebrannten keramischen Band infolge von Umformungs und Trocknungsvorgangen in der Matenalschicht So kann bei keramischen Substraten, die nach dem Foliengießverfahren in herkommIicher Weise urgeformt worden sind beobachtetwerden,daßder überwiegende Anteil derVolumensinterschwindung eines definierten Sinterkorpers durch eine Schwindung der Substratdicke realisiert wird, wahrend die Sinterschwindung desselben Korpers in den beiden ebenen Raumnchtungen jeweils nur reichlich die Hälfte der Große der Dickensinterschwindung erreicht Weiterhin konnte u a bei Verwendung von AI₂O₃-Pulver als Feststoffkomponente gefunden werden, daß sich die

Größen des Sinterschwindungswertes in den beiden ebenen Raumrichtungen eines parallel zur Gießrichtung (Förderrichtung des Transportbandes) aus dem in herkömmlicher Weise gegossenen und anschließend getrockneten keramischen Band ausgestanzten Substrates von einander ebenfalls unterschieden. Die Sinterschwindung in Richtung der Gieß- bzw. Förderbewegung war dabei stets geringer als die Sinterschwindung der Substrates quer (90°) zur Gieß- bzw. Förderrichtung. Das gegossene und getrocknete keramische Band ist stets Zwischenprodukt für die Fertigung keramischer Enderzeugnisse. Auf Grund der in der Regel ausgezeichneten mechanischen Bearbeitbarkeit (Schneiden, Stanzen, Lochstanzen bzw. Bohren) dieses Zwischenproduktes werden im getrockneten Zustand des keramischen Bandes vielfältig fertigungstechnische Arbeitsschritte vorgenommen, die die endgültige Form des gebrannten keramischen Erzeugnisses erst ermöglichen.

Dabei ist bei bestimmten geometrischen Forderungen an das gesinterte Endprodukt bei der fertigungstechnischen Bemessung des ungebrannten keramischen Zwischenproduktes die genaue Kenntnis der Schwindung dieses Zwischenproduktes beim Sintern unerläßlich. Ist z. B. im gesinterten Fertigerzeugnis eine kreisrunde Bohrung gefordert, so kann diese bei ungleichmäßiger Größe der Schwindung in den beiden ebenen Raumrichtungen nur mit Schwierigkeiten realisiert werden.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die Dickenschwankungen der gegossenen Bänder zu verringern und die Differenz der Sinterschwindung der aus den gegossenen Bändern herausgetrennten Sinterkörper in den beiden ebenen Raumrichtungen zu steuern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Urformung flacher keramischer Bänder aus dünnflüssigen Schlickern nach dem Foliengießverfahren in Form eines Gießkastens mit einem durch eine Rakel gebildeten Gießspalt zu entwickeln, wobei der Gießspalt so gestaltet sein soll, daß im wesentlichen nur noch die Schleppwirkung allein einen Materialtransport bewirkt und eine relative Orientierung der Teilchen infolge Deformation der Flüssigkeitsschicht im Gießspalt gezielt beeinflußt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem sich an die Rakel ein ebenen Plattenspalt anschließt, der einerseits durch das Transportband und andererseits durch ein parallel in definiertem Abstand über dem Transportband angeordnetes Plattendach begrenzt ist.

Vorteilhaft für eine Vergleichmäßigung der richtungsabhängigen Sinterschwindung in den beiden ebenen Raumrichtungen ist es, wenn der Plattenspalt breiter als die Rakel selbst ausgebildet ist.

Die Verlängerung des charakteristischen Urformungsquerschnittes in Förderrichtung des Materialtransportes vergrößert die zeitliche Dauer des Schervorganges, wodurch der reibungsbedingte Energieverlust der druckverursachten Materialströmung erhöht werden kann und vor allem die Schleppwirkung den Materialtransport bewirkt. Die sich somit ausbildende, im wesentlichen druckfreie Schleppströmung ist durch eine lineare Geschwindigkeitsverteilung im Urformungsspalt gekennzeichnet, die kaum noch von den Fließeigenschaften des verwendeten Gießschlickers abhängt, sondern im wesentlichen nur von der Vorschubgeschwindigkeit des Transportbandes. Damit werden praktisch homogene Scherbedingungen (konstante Schergeschwindigkeit) im gesamten Urformungsspalt bewirkt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht somit darin, daß einerseits der Druckanteil beim Materialtransport und somit auch Druckschwankungen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf den Materialdurchsatz reduziert werden können, so daß eine genaue Kontrolle des Füllstandes im Vorratsbehältnis entfallen kann. Andererseits bewirken bei der erfindungsgemäß realisierten Strömungsart, die einer einfachen Scherströmung weitestgehend entspricht, mögliche Schwankungen der dynamischen Viskosität des Gießschlickers nahezu keine Änderung des Materialtransportes durch den charakteristischen Urformungsquerschnitt und somit auch praktisch keine Dickenschwankungen der gegossenen Materialschicht.

Für den Fall, daß der Plattenspalt breiter als der Rakel selbst ausgebildet ist, existiert im Gegensatz zum Stand der Technik in beiden ebenen Raumrichtungen eine Komponente der Fließgeschwindigkeit. Auf diese Weise wird ein Orientierungseffekt verhindert, der nur die Transport- bzw. Förderrichtung bevorzugt. Damit läßt sich bereits im Urformungsprozeß die richtungsabhängige Sinterschwindung in beiden ebenen Raumrichtungen gezielt beeinflussen bzw. vergleichmäßigen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird am Beispiel einer Gießvorrichtung für die Herstellung flacher keramischer Bänder aus einer keramischen Schlickersuspension auf der Basis einer wäßrigen Bindemitteldispersion erläutert. Das Gießmaterial zeigte dynamische Viskositäten von ca. 0,15Pa · s bei Schergeschwindigkeiten (Searle-Rotationsviskosimeter) zwischen 1 und 10s"¹. Es zeigen:

Fig. 1: die Prinzipdarstellung des charakteristischen Urformungsquerschnittes der herkömmlichen Gestaltungsvariante der Gießvorrichtung (mit eingetragenem prinzipiellem Verlauf der Geschwindigkeitsverteilung)

Fig.2: die Prinzipdarstellung des charakteristischen Urformungsquerschnittes der erfindungsgemäßen Gestaltungsvariante der Gießvorrichtung (mit eingetragenem prinzipiellem Verlauf der Geschwindigkeitsverteilung)

Fig.3: eine vereinfachte Darstellung des prinzipiellen Aufbaues der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung

Auf einem Transportband 1 auseinem dünnen und festen Material mit glatter Oberfläche, welches sich in einer kontinuierlichen, gleichmäßigen Bewegung in Richtung V₈ bewegt, befindet sich gegen die Transportbandbewegung fixiert die Gießvorrichtung, bestehend aus den Vorratsbehältnissen 5 und 6, dem Vorrakel 7, dem Rakel 2 und dem Plattendach 3. Der Gießschlicker wird zunächst in das erste Vorratsbehältnis kontinuierlich eingebracht und durch die eigene Ausfließneigung unter dem einer ersten Höhenbegrenzung dienenden Vorrakel 7 hindurch in das Gießvorratsbehältnis 5 und dann unter dem Rakel 2 hindurch in den

durch das Plattendach 3 oben und das Transportband 1 unten begrenzten Plattenspalt 4 gefördert. In diesem charakteristischen Urformungsquerschnitt bildet sich eine nahezu lineare Geschwindigkeitsverteilung heraus, so daß das entstehende keramische Band 8 nach Verlassen des Urformungsspaltes die Schichtdicke h_M von etwa der Hälfte der Spalthöhe h_s hat, wenn eine hinreichend stationäre Scherströmung im charakteristischen Urformungsquerschnitt erreicht ist. Die Schichtdicke am Rande des gegossenen Bandes 8 ist infolge von Randeffekten des endlich breiten Plattenspaltes 4 etwas geringer. Die Füllstandshöhe hp im Gießvorratsbehältnis 5 wurde im Bereich von 2 bis 7 mm variiert. Die Schichtdicke hM der entstehenden Bandes 8 betrug bei einer Spalthöhe h_s von 1,6 mm und einem Plattendach 3 mit der Breite b_s von 80 mm und der Länge l_s von 100 mm im gemessenen Bereich ohne Randstreifen (2 x 8 mm) konstant ca. 0,8 mm, während sich Füllstandsänderungen im ersten Vorratsbehältnis 6 auf die Füllstandshöhe h_F im Gießvorratsbehältnis 5 stark auswirken. Daraus läßt sich folgern, daß der Vorrakel 7, der einen Urformungsquerschnitt der herkömmlichen Form {Fig. 1) realisiert, einen beträchtlichen druckbedingten Durchsatzanteil aufweist, wie er durch den Bereich 9 der Geschwindigkeitsverteilung in Fig. 1 verdeutlicht wird, während der schleppbedingte Durchsatzanteil, durch den Bereich 10 der Geschwindigkeitsverteilung in Fig. 1 und 2 verdeutlicht, konstant bleibt. Die Geschwindigkeit V₈ des Transportbandes 1 betrug 3,12 m/s.

Die Verbreiterung des Plattenspaltes 4 von den ursprünglichen 80mm auf 120mm bei gleichbleibender Breite des Rakels 2 von 80 mm führt zu einer Vergleichmäßigung derSinterschwindung der aus dem gegossenen Band herausgetrennten Sinterkörper in den beiden ebenen Raumrichtungen. Auf diese Weise lassen sich Substrate mit Rundlöchern herstellen, indem die Rundlöcher aus dem gegossenen Band im grünen Zustand ausgestanzt werden. Durch Variierung der Breite des Plattenspaltes ist im Prinzip aber auch die Einstellung einer gewünschten Differenz der Sinterschwindung in den beiden ebenen Raumrichtungen möglich.

Claims

1. Vorrichtung zur Urformung flacher keramischer Bänder aus dünnflüssigen Schlickern nach dem Foliengießverfahren in Form eines Gießkastens mit einem durch eine Rakel gebildeten Gießspalt, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Rakel (2) ein ebener Plattenspalt (4) anschließt, der einerseits durch ein Transportband (1) und andererseits durch ein parallel in definiertem Abstand über dem Transportband angeordnetes Plattendach (3) begrenzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenspalt (4) breiter als die Rakel (2) ausgebildet ist.