DD233119A1

DD233119A1 - PROCESS FOR PRODUCING CERAMIC INJECTION MOLDING MEASURES

Info

Publication number: DD233119A1
Application number: DD27183684A
Authority: DD
Inventors: Rolf Liebich; Rainer Fromm; Ottomar Vogt; Irene Rangott; Georg Sonnek; Eva-Maria Manger
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1986-02-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Spritzgiessmassen, die sich bei Temperaturen unter 150C mit Spritzdruecken unter 30 MPa verarbeiten lassen. Derartige Spritzgiessmassen bestehen aus einem vorgebildeten Keramikpulver im Gemenge mit Hartparaffin als Plastifikator, dem ggf. noch geringe Mengen an aliphatischen Carbonsaeuren zugesetzt sind. Sedimentationserscheinungen sollen vermieden werden, hingegen soll die Formstabilitaet der Koerper hoch sein. Erfindungsgemaess wird ein vorgebildetes keramisches Pulver mit einer spezifischen Oberflaeche 20 m2/g eingesetzt, wobei das keramische Pulver mit Hartparaffin und 0,5 bis 10 oxidierten Polyethylenwachsen (bezogen auf das Keramikpulver), die charakterisiert sind durch eine Saeurezahl von 10 bis 200 mg KOH/g, eine mittlere Molmasse von 300 bis 5 000 g/Mol und einen Erweichungspunkt von 323 bis 393 K, in einem zylindrischen Misch/Mahlbehaelter unter Verwendung von Mahlkoerpern bei Temperaturen von 80 bis 150C in der fluessigen Phase mindestens 6 h homogenisiert und aktiviert wird. Die Erfindung laesst sich bei keramischen Pulvern im weitesten Sinne (Oxide, Nitride, Carbide) anwenden.The invention relates to injection molding compositions which can be processed at temperatures below 150C with injection pressures below 30 MPa. Such injection molding compositions consist of a preformed ceramic powder in the mixture with hard paraffin as plasticizer, which may still be added small amounts of aliphatic carboxylic acids. Sedimentation phenomena should be avoided, however, the dimensional stability of the bodies should be high. According to the invention, a preformed ceramic powder having a specific surface area of 20 m 2 / g is used, the ceramic powder having hard paraffin and 0.5 to 10 oxidized polyethylene waxes (based on the ceramic powder) being characterized by an acid number of 10 to 200 mg KOH / g, an average molecular weight of 300 to 5000 g / mol and a softening point of 323 to 393 K, homogenized and activated in a cylindrical mixing / Mahlbehaelter using Mahlkoerpern at temperatures of 80 to 150C in the liquid phase for at least 6 h. The invention can be applied to ceramic powders in the broadest sense (oxides, nitrides, carbides).

Description

P 1100P 1100

IPK: C 04 B, 35/00IPK: C 04 B, 35/00

6.12.198406/12/1984

Title of the invention

Verfahren zur Herstellung von keramischen SpritzgießmassenProcess for the production of ceramic injection molding compounds

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft die Formgebung von keramischen Körpern, bspw. für die Elektrotechnik und Elektronik, für den Motoren- und Maschinenbau oder für medizinische Anwendungen nach dem Niederdruckwarmspritzverfahren, wobei Spritzgießmassen aus einem vorgebildeten Keramikpulver im Gemenge mit Hartparaffin als Plastifikator, dem ggf. noch geringe Mengen an aliphatischen Carbonsäuren zugesetzt sind bei Temperaturen unter 150 ⁰C mit Spritzdrücken unter 30 MPa verarbeitet werden.The invention relates to the shaping of ceramic bodies, for example. For electrical engineering and electronics, for engine and mechanical engineering or for medical applications by the low-pressure hot-spraying method, injection molding of a preformed ceramic powder in a mixture with hard paraffin plasticizer, the possibly even small amounts are added to aliphatic carboxylic acids are processed at temperatures below 150 ⁰ C with injection pressures below 30 MPa.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, keramische Massen für komplizierte Formteile durch Mischen von organischen Plastifikatoren mit feinen keramischen Pulvern herzustellen. Dabei werden neben poly-It is known to produce ceramic masses for complicated moldings by mixing organic plasticizers with fine ceramic powders. In addition to poly-

— 2. —- 2. -

" "" " - 2 - P 1100"" "" - 2 - P 1100

meren Stoffen wie Polystyrol (DE 2 904 707) und Polypropylen (DE 1 817 588) oberflächenaktive Stoffe wie z. B. Stearinsäure, Palmitinsäure zugesetzt. Die Verwendung von Plasti- · fikatoren wie Paraffingemische, Naphtalin, Campher und Wachse für die Herstellung von keramischen Massen ist ebenfalls bekannt. Diese Keramikmassen werden bei hohen Temperaturen (oberhalb 150 ⁰G) und mit großen Spritzdrücken (oberhalb 30 MPa) verarbeitet und bedingen einen hohen apparativen Aufwand. Die unter Verwendung von Hartparaffin als Plastifikatorsowie Tensiden in Form von gesättigten und ungesättigten Carbonsäuren erzeugten Spritzgießmassen sind bei minimalen Bindemittelanteilen relativ dünnflüssig (DD 139 397). Damit können nach dem Niederdruckwarmspritzverfahren zwar komplizierte Keramikformteile hergestellt werden, jedoch weisen die keramischen Formkörper nach der thermischen Behandlung zum Austreiben der organischen Stoffe auf Grund der rheologischen Eigenschaften der Masse häufig Deformierungen auf. Außerdem haben derartige Spritzmassen den Nachteil, daß bei der Verarbeitung Entmischungserscheinungen auftreten, die sich negativ auf die Spritzgießeigenschaften sowie die Maßhaltigkeit der Keramikformteile auswirken.meren substances such as polystyrene (DE 2 904 707) and polypropylene (DE 1 817 588) surfactants such. As stearic acid, added to palmitic acid. The use of plasticizers such as paraffin mixtures, naphthalene, camphor and waxes for the production of ceramic compositions is also known. These ceramic masses at high temperatures (above 150 ⁰ G) and with large injection pressures processed (above 30 MPa) and require a high expenditure on apparatus. The injection molding compositions produced using hard paraffin as plasticizer and surfactants in the form of saturated and unsaturated carboxylic acids are relatively thin with minimal binder contents (DD 139 397). Thus, although complicated ceramic moldings can be produced by the low-pressure hot-spraying method, however, the ceramic moldings often have deformations after the thermal treatment for expelling the organic substances due to the rheological properties of the composition. In addition, such sprays have the disadvantage that segregation phenomena occur during processing, which have a negative effect on the injection molding properties and dimensional accuracy of the ceramic moldings.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, Spritzgießmassen für das Niederdruckwarmspritzverfahren herzustellen, die keine störenden Sedimentationserscheinungen bei der Verarbeitung zeigen und bei denen ein Austreiben der organischen Bestandteile freistehend unter Einhaltung einer hohen Formstab.iIitat gewährleistet ist.The aim of the invention is to produce injection molding compounds for the low-pressure hot-spraying process which show no disturbing sedimentation phenomena during processing and in which an expulsion of the organic constituents is ensured freestanding while maintaining a high Formstab.iIitat.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Spritzgießmassen aus einem vorgebildeten Keramikpulver im Gemenge mit Hartparaffin als Plastifikator zu entwickeln, die eine Fließgrenze *Γ _De_The invention is therefore based on the object to develop a process for the production of injection molding compounds from a preformed ceramic powder in the mixture with hard paraffin as plasticizer, which has a yield point * Γ _De _

— j - r ι ιuu- j iluuu

sitzen und die sich im Bereich von Scherspannungen kleinersit and in the range of shear stresses smaller

*( wie feste Körper verhalten, aber im Bereich größer i fstoeudoplastisches Fließverhalten zeigen. Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe wie im Erfindungsanspruch dargelegt. Oxidierte Polyethylenwachse sind allgemein nieder- bis mittelmolekulare Oxydationsprodukte des PoIyethylens. Sie enthalten regellos über die Molekülketten verteilte sau/erstoffhaltige funktionelle Gruppen, wie Säure-, Ester-, Keto- und Hydroxylgruppen.Behave * (as solid bodies, but show greater than i fstoeudoplastisches flow behavior in the field. According to the invention the solution of this problem as set forth in the invention of claim. Oxidized polyethylene waxes are generally of low to medium molecular weight oxidation products of PoIyethylens. They contain randomly on the molecular chains distributed sow / erstoffhaltige functional Groups such as acid, ester, keto and hydroxyl groups.

Bisher wurde offenbar auf die Verwendung von oxidiertem PoIyethylenwachs verzichtet, weil nach den bekannten Herstellungsverfahren für Spritzgießmassen keine vorteilhaften Effekte eintraten. Mit der vorliegenden erfindungsgemäßen Aufbereitung werden offenbar Agglomerate des Keramikpulvers während des Homogenisi'erungsprozesses durch die im Zusammenhang mit den Mahlkörpern auftretenden Scherkräften zerstört und die entstehenden freien Oberflächen mit den polaren Gruppen der oxidierten Polyethylenwachses belegt. Durch geeignete Wahl der Drehzahlen sowie des Füllungsgrades des Mischbehälters (Verhältnis Mischgut zu Mahlkörper) kann dieser Vorgang infolge Schaffung neuer Oberflächen während des Plastifizierungsvorganges unterstützt werden. Der Anteil des oxydierten Polyethylenwachses ist abhängig von der spezifischen Oberfläche des Pulvers und ist jeweils in dem angegebenen Bereich zu variieren.Up to now, apparently, the use of oxidized polyethylene wax has been dispensed with because no advantageous effects occurred according to the known production methods for injection molding compounds. With the present preparation according to the invention, it is apparent that agglomerates of the ceramic powder are destroyed during the homogenization process by the shear forces occurring in connection with the grinding bodies, and the resulting free surfaces are coated with the polar groups of the oxidized polyethylene wax. By suitable choice of the speeds and the degree of filling of the mixing container (ratio of mix to grinding media) this process can be supported as a result of creating new surfaces during the plasticizing process. The proportion of the oxidized polyethylene wax depends on the specific surface area of the powder and must be varied within the given range.

embodiment

An einem Beispiel soll die Erfindung näher erläutert werden, wobei aber die Erfindung bei keramischen Pulvern im weitesten Sinne anwendbar ist, inbes. bei Oxiden, Nitriden und Carbiden.By way of example, the invention will be explained in more detail, but the invention is applicable to ceramic powders in the broadest sense, inbes. for oxides, nitrides and carbides.

Eine beheizbare 75 I-Hartporzellan-Kugelmühle mit Öffnung auf der Stirnseite wird mit 30 kg Mahlkörpern aus Sinterkorund 0 4-0 mm bestückt. 4800 g Hartparaffin und 110 g oxidiertes PE-Wachs werden bei 100 ⁰C in der Kugelmühle gemischt. Danach erfolgt die Zugabe von 30 kg Oi - Tonerde jnit einerA heatable 75 l hard porcelain ball mill with opening on the front side is equipped with 30 kg of sintered corundum 0 4-0 mm. 4800 g of hard paraffin and 110 g of oxidized PE wax are mixed at 100 ⁰ C in the ball mill. This is followed by the addition of 30 kg of oi -alumina with one

spezifischen Oberfläche von 1,2 mVg. Die Mischtrommel wird auf - 5 Torr evakuiert. Bei einer Temperatur von 100 ⁰G wird die Mischung mit einer Drehzahl von 10 U/min 5 h homogenisiert und aktiviert. Die erstarrte Spritzgießmasse wird vor dem Formgebungsprozeß geschmolzen, bei - 5 Torr entgast und mit einem Spritzdruck von 0,2 MPa au Formteilen verarbeitet. Das Austreiben des Bindemittelgemisches erfolgt freistehend' in einem diskontinuierlichen, belüfteten Aggregat mit einer max. Temperatur von 300 ⁰C bei einer Gesamtzykluszeit von 6 h. Die handhabungsfesten Artikel werden dem Sinterprozeß zugeführt .specific surface area of 1.2 mVg. The mixing drum is evacuated to - 5 Torr. At a temperature of 100 ⁰ G, the mixture is homogenized at a speed of 10 rev / min for 5 h and activated. The solidified Spritzgießmasse is melted before the molding process, degassed at - 5 Torr and processed at an injection pressure of 0.2 MPa au moldings. The expulsion of the binder mixture is carried out freestanding 'in a discontinuous, ventilated unit with a max. Temperature of 300 ⁰ C with a total cycle time of 6 h. The handling-resistant articles are fed to the sintering process.

Claims

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invention claim

Process for the production of ceramic injection molding compounds from a preformed ceramic powder in a mixture with hard paraffin as plasticizer, to which small amounts of aliphatic carboxylic acids may be added, characterized in that a preformed ceramic powder with a specific surface area - 20 m ² / g is used v / ird, wherein the ceramic powder oxidized with hard paraffin and 0.5 to 10 % o . Polyethylene wax based on the ceramic powder) characterized by an acid value of 10 to 200 mg KOH / g, an average molecular weight of 300 to 5000 g / mol and a softening point of 323 to 393 K in a cylindrical mixing / milling vessel using grinding media homogenized at temperatures of 80 to 150 ⁰ C in the liquid phase for at least 6 h and activated idrd.