DD249006A5

DD249006A5 - Homogene masse, enthaltend teilchenfoermiges keramisches material

Info

Publication number: DD249006A5
Application number: DD85282999A
Authority: DD
Inventors: Neil M Alford; James D Birchall; Anthony J Howard; Kevin Kendall; James H Raistrick
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1984-11-20
Filing date: 1985-11-19
Publication date: 1987-08-26
Also published as: AU4989285A; ATE60038T1; DK524085A; EP0183453B2; NZ214141A; AU573918B2; EP0183453A2; DK524085D0; NO854580L; GB8527334D0; EP0183453A3; DK162978B; DK162978C; CA1243692A; US4677082A; DE3581374D1; NO170324B; KR920007016B1; BR8505794A; NO170324C

Abstract

Die Erfindung betrifft eine homogene Masse, enthaltend teilchenfoermiges keramisches Material. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung solcher Massen, die vor dem Sintern einen hohen Volumenanteil von teilchenfoermigem keramischem Material enthalten und die nach in der Plast- oder Gummitechnologie ueblichen Verfahren geformt werden koennen. Erfindungsgemaess wird eine neuartige homogene Masse zur Verfuegung gestellt, welche1. mindestens ein teilchenfoermiges keramisches Material und2. ein fluessiges Medium enthaelt,welche Masse mindestens 50 Vol.-% teilchenfoermigen keramischen Materials enthaelt, bei der das teilchenfoermige keramische Material und das fluessige Medium so gewaehlt werden, dass eine Testmasse einen Reibungskoeffizienten unter 0,2 hat und bei der das teilchenfoermige keramische Material einen mittleren Formfaktor von unter 1,70 hat. Die Erfindung umfasst weiterhin einen Formartikel, der aus der Masse hergestellt ist, einen Formartikel, aus dem das fluessige Medium entfernt wurde, und ein Produkt, bei dem die Teilchen des keramischen Materials gesintert wurden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung '

Die Erfindung betrifft eine homogene Masse, die teilchenförmiges keramisches Material enthält, aus der Masse hergestellte Formartikel und aus den Formartikeln hergestellte Produkte, bei denen zur Verdichtung derselben die Teilchen des keramischen Materials gesintert wurden.

Unter „teilchenförmigem keramischem Material" ist in der vorliegenden Patentbeschreibung jedes feste anorganische teilchenförmige Material zu verstehen, dessen Teilchen durch Wärmeanwendung zusammengesintert werdenerden können. Die aus der erfindungsgemäßen Masse hergestellten Formartikel und gesinterten Produkte können angewandt werden als Hochtechnologiekeramik, Hochleistungskeramik, technische Keramik und Strukturkeramik, insbesondere als Wärmeaustauscher und Brennerdüsen, in der Automobilindustrie, in Kondensatoren, in piezoelektrischen Vorrichtungen und als Substrat für integrierte Schaltkreise.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist die Herstellung von Produkten aus teilchenförmigen keramischen Materialien durch trockene Verdichtung der Teilchen unter hohem Druck und anschließendes Erhitzen der so geformten Artikel, wobei die keramischen Teilchen zusammengesintert werden. Dieses bekannte Verfahren leidet unter den Nachteilen, daß hohe Drücke erforderlich sind, der Volumenanteil des teilchenförmigen keramischen Materials in dem Formartikel relativ gering ist (im allgemeinen nicht über 50 Vol.-%, obwohl in Ausnahmefällen, ζ. B. bei Anwendung sehr hoher Drücke, der Volumenanteil bis zu 60 Vol.-% betragen kann), und die herstellbaren Artikel im allgemeinen klein und von unkomplizierter Form sind.

Weiterhin sind formbare Massen von teilchenförmigem keramischem Material bekannt, die teilchenförmiges keramisches Material und ein flüssiges Medium enthalten. Das flüssige Medium kann Wasser sein. Solche Massen können außerdem einen Ton enthalten, oder sie können ein organisches Polymer enthalten, das in Waser löslich oder zumindest dispergierbar ist. Das Vorhandensein des Tons oderdesorganischen PolymersverhilftzurBildung einerzusammenhängenden formbaren Masse. Die Massen können ausreichend flüssig sein, um gießbar zu sein, und können durch Anwendung eines verhältnismäßig niedrigen Druckes geformt werden. Die Formartikel können aus solchen formbaren Massen hergestellt werden, indem anschließend das flüssige Medium aus der Masse entfernt wird, das gegebenenfalls vorhandene Polymer aus dem Formartikel herausgebrannt wird und die Teilchen des keramischen Materials gesintert werden.

Derartige Massen und Produktionsmethoden sind natürlich in der Keramikindustrie wohlbekannt. Obwohl solche formbaren Massen im Gegensatz zur Trockenverarbeitung von keramischen Materialien schon durch Anwendung von relativ niedrigen Drücken (wenn überhaupt) geformt werden können, hat es sich bisher als schwierig erwiesen, aus solchen formbaren Massen Formartikel herzustellen, die einen hohen Volumenanteil teilchenförmigen keramischen Materials enthalten, z. B. über 50Vol.-%. Wenn ein Formartikel mit relativ geringem Volumenanteil von teilchenförmigem keramischem Material weiterverarbeitet wird, d. h., wenn das gegebenenfalls vorhandene organische Polymer herausgebrannt wird und die Teilchen des keramischen Materials zusammengesintert werden, um ein verdichtetes Produkt zu erhalten, kann erhebliche Schrumpfung eintreten, wobei Risse in dem Formartikel und dem daraus erzeugten Produkt auftreten können. Eine weitere Folge der Verwendung eines relativ geringen Volumenanteils keramischen Materials besteht darin, daß sehr hohe Temperaturen und lange Verweildauern im Ofen erforderlich sind, um ein Sintern der Teilchen des keramischen Materials zu erreichen, und es können Unregelmäßigkeiten in der MikroStruktur des Produktes auftreten, die eine mechanische Schwäche zur Folge haben.

Es sind auch Verfahren zur Herstellung von Formartikeln aus Massen bekannt, welche teilchenförmiges keramisches Material und außerdem ein polymeres Material als Binderfürdasteilchenförmige keramische Material enthalten. Solche Massen können bei erhöhterTemperatur, z. B. durch Strangpressen geformt werden, und das polymere Material in dem erhaltenen Formartikel kann herausgebrannt, und die verbleibenden Teilchen keramischen Materials können gesintert werden. Um solche Massen zu formen, muß eine erhöhte Temperatur angewendet werden, bei der das polymere Material flüssig ist, und vor dem Sintern der Teilchen des keramischen Materials muß das polymere Material aus dem Formartikel entfernt werden, z.B. durch Verbrennen. Das polymere Material kann einen erheblichen Volumenanteii des Formartikeis einnehmen, und das Verbrennen kann eine erhebliche Porosität in dem Formartikel hervorrufen.

Im folgenden sind einige Beispiele für die Herstellung von Formartikeln aus einer Masse, die teilchenförmiges keramisches Material und Polymermaterial enthält, angeführt. Die JP-PS 55-115436-A beschreibt das Spritzgießen oder Strangpressen einer Masse aus Keramik- oder Metallpulver und einem Harz aus Polystyren, ataktischem Polypropylen, Polyethylen, einem Schmiermittel und einem Weichmacher. Die JP-PS 55-113510-A beschreibt das Spritzgießen oder Strangpressen einer Masse aus Keramik- oder Metallpulver und einem mit einem Silan vernetzten Polyalkylenharz.

Die JP-PS 76-029170-B beschreibt eine spritzgießbare Masse aus einem keramischen Material, wie Tonerde oder Zirkonerde, wie Ethylphthalat oder Butylphthalat.

Das GB-PS 1 426317 beschreibt eine gießbare Masse, die keramisches Material und ataktisches Polypropylen als Bindemittel enthält. Die Masse kann zusätzlich ein thermoplastisches Harz, einen Weichmacher und/oder ein Schmiermittel enthalten. Die organische Substanz kann durch Erhitzen des Formartikels auf 340 bis 38O⁰C zersetzt und verflüchtigt werden, und der Glattbrand zum Sintern des keramischen Materials kann bei 1 600 bis 1 65O⁰C erfolgen.

In den letzten Jahren konzentrierte sich ein beträchtliches Interesse auf die Herstellung von „Hochtechnologiekeramik", die auch als Hochleistungskeramik, technische Keramik und Strukturkeramik bezeichnet wird. Hochtechnologiekeramik hat gute mechanische Eigenschaften unter Belastung, gute elektrische Eigenschaften und Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen und Korrosionseinflüssen. Solche Hochtechnologiekeramik findet Verwendung in der Automobilindustrie, für Wärmeaustauscher und für Brennerdüsen. Die guten elektrischen Eigenschaften von Hochtechnologiekeramik ermöglicht ihre Verwendung in Kondensatoren, in piezoelektrischen Vorrichtungen und als Substrat für integrierte Schaltkreise. Hochtechnologiekeramik kann aus teilchenförmigen keramischen Materialien durch ein Verfahren erzeugt werden, das die Verdichtung des Materials unter hohem Druck und das Erhitzen des so verdichteten Materials zum Zwecke des Zusammensinterns der keramischen Teilchen umfaßt. Dazu wird teilchenförmiges keramisches Material von gleichmäßiger Teilchengröße gewählt, wobei die Teilchengröße auch klein sein kann, z. B. unter 0,5/xm. Mit Hilfe eines Verdichtungs- und Sinterverfahrens kann aus solchem ausgelesenen teilchenförmigen keramischen Material ein keramisches Erzeugnis erhalten werden, das sehr wenig Hohlräume enthält und eine Dichte bis zu 99% des theoretischen Maximums hat. Ein solches Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß damit nur Produkte von relativ kleinen Abmessungen und relativ einfacher Gestalt hergestellt werden können.

Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist im Journal of the American Ceramic Society, 67, No. 3, S. 199-203 (1984) enthalten. Dort ist die Sprühtrocknung einer Masse aus Wasser, Polyvinylalkohol und Tonerdeteilchen und die Verdichtung der so sprühgetrockneten Teilchen bei Drücken von 18MPa bis 345 MPa beschrieben. Die maximal erreichte Verdichtung indem aus der Masse hergestellten Formartikel vor dem anschließenden Sintern entspricht einer relativen Dichte bis zu 50%, d. h. bis zu 50% der Dichte der Tonerde selbst.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Masse, die vor dem Sintern einen hohen Volumenanteil von teilchenförmigem keramischem Material enthält und die nach in der Plast- oder Gummitechnologie üblichen Verfahren geformt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Einzelkomponenten für die Zusammensetzung der Masse aufzufinden, die dann eine Masse mit den gewünschten Eigenschaften ergibt.

Erfindungsgemäß wird eine Masse zur Verfügung gestellt, die einen hohen Volumenanteil von teilchenförmigem keramischem Material enthält und die leicht mit Hilfe von Techniken der Plast- oder Gummiverarbeitung verformt werden kann, wobei Formartikel erzeugt werden, die von relativ großen Abmessungen und relativ komplizierter Gestalt sind und in denen die Teilchen des keramischen Materials dicht und gleichmäßig verteilt sind, ohne daß hohe Drücke benötigt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine homogene Masse vorgestellt, welche

1. mindestens ein teilchenförmiges keramisches Material und

2. einflüssiges Medium

enthält, wobei die Masse mindestens 50 Vol.-% des teilchenförmigen Materials enthält und das teilchenförmige keramische Material so gewählt wird, daß eine Testmasse einen Reibungskoeffizienten von unter 0,2 hat und in der das teilchenförmige keramische Material einen mittleren Formfaktorvon unter 1,70 hat.

Wenn das teilchenförmige keramische Material und das flüssige Medium so gewählt werden, daß die Masseden festgelegten Reibungskoeffizienten von unter 0,2 und das teilchenförmige keramische Material den festgelegten mittleren Formfaktor hat, so ist es möglich, aus dem teilchenförmigen keramischen Material und dem flüssigen Medium eine homogene Masse herzustellen, die mit Hilfe von Verfahren der Plast- und Gummiverarbeitung leicht zu einem Formartikel von großen Abmessungen und komplizierter Gestalt geformt werden kann, welcher einen hohen Anteil teilchenförmigen keramischen Materials, z. B. über 60 Vol.-% oder sogar über 70 Vol.-% enthält, und aus dem Formartikel ein gesintertes Produkt mit zuverlässigen Eigenschaften zu erzeugen, weiches einen hohen Anteil von keramischem Material enthält und dessen Dichte dertheoretischen Dichte sehr nahe kommt oder sie sogar erreicht.

Wenn andererseits eine Masse teilchenförmiges keramisches Material und flüssiges Medium in dem gleichen hohen Mengenverhältnis enthält und die Masse einen Reibungskoeffizienten über 0,2 hat und/oder das teilchenförmige keramische Material einen mittleren Formfaktorvon über 1,7 hat, ist die Masse viel weniger bildsam, und es kann unmöglich werden, aus der Masse mit Hilfe von Plast- oder Gummiverarbeitungstechniken einen zusammenhängenden geformten Artikel herzustellen. Um eine leicht formbare Masse zu erhalten, kann es notwendig werden, diese mit einem wesentlich niedrigeren Anteil von teilchenförmigem keramischem Material herzustellen. Um eine leicht formbare Masse zu erhalten, kann es notwendig werden, diese mit einem wesentlich niedrigeren Anteil von teilchenförmigem keramischem Material herzustellen. Der Reibungskoeffizient der Masse wird nach folgender Methode bestimmt. Eine Masse aus keramischem Material und flüssigem Medium mit dem gewünschten Volumenanteil teilchenförmigen keramischen Materials wird gründlich gemischt und die Teilchen des keramischen Materials dispergiert, z.B. durch Hochscher-Mischer, dann wird die Masse auf eine ebene Flächein

einer Schichtdicke von mindestens 18 mm aufgebracht. Danach wird ein zylindrischer Preßstempel mit einem Durchmesser von 13mm auf die Masse gedruckt, wobei die gesamte Stirnfläche des Preßstempels mit der Masse in Berührung kommt, und die Belastung des Preßstempels wird auf 5000 Newton erhöht. Bei dieser Belastung wird die Dicke t der Masse zwischen dem Preßstempel und der ebenen Fläche bestimmt. Der Reibungskoeffizient μ wird nach

• 3 + 13/t

berechnet.

Der Versuch muß über einen Bereich von Vorschubgeschwindigkeiten zwischen 1 mm/min und 100mm/min des Preßstempels durchgeführt werden, wobei es innerhalb dieses Bereichs mindestens eine Vorschubgeschwindigkeit des Preßstempels geben muß, bei der der Reibungskoeffizient unter 0,2 liegt.

Der Test zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten kann bei Zimmertemperatur erfolgen. Er kann auch bei höherer Temperatur durchgeführt werden, wenn dadurch die Testbedingungen erfüllt werden.

Die Teilchenform des keramischen Materials ist ebenfalls ein wichtiger Faktor bei der Feststellung, ob die Masse mit Hilfe von Plast- oder Gummiverarbeitungsverfahren leicht zu bearbeiten ist oder nicht. Die Teilchenform des keramischen Materials und die Teilchengröße, d.h. die maximale Ausdehnung, wird durch Dispergieren der Teilchen in einem flüssigen Medium, welches

z. B. ein Alkohol sein kann, jedoch vorzugsweise eine Lösung eines organischen polymeren Materials in einem flüssigen Medium ist, bestimmt. Die Dispersion, besonders die Zerstörung von Aggregaten, kann durch Scheren der Dispersion und/oder Anwendung von Ultraschallschwingungen unterstützt werden. Eine Probe der Dispersion wird dann bei unterschiedlichen Vergrößerungen mikroskopisch untersucht, die maximale und minimale Ausdehnung von mindestens 100 der dispergierten Teilchen bestimmt, der Formfaktor für jedes so untersuchte Teilchen berechnet, d.h. das Verhältnis von maximaler zu minimaler Ausdehnung, und der mittlere Formfaktor der Teilchen in der untersuchten Probe bestimmt. Der mittlere Formfaktor soll unter 1,70 betragen.

Die vorliegende Erfindung umfaßt auch Formartikel, die aus der Masse durch Formen hergestellt werden, getrocknete Formartikel, bei denen das flüssige Medium oder die flüchtigen flüssigen Komponenten des flüssigen Mediums aus dem Formartikel entfernt sind, und Produkte, die aus dem getrockneten-Formartikel durch Erhitzen desselben zum Zwecke des Sinterns der keramischen Materialteilchen hergestellt sind.

Es hängt von einer Reihe von Parametern ab, ob eine Masse aus dem gewählten teilchenförmigen keramischen Material und dem flüssigen Medium das Kriterium des Reibungskoeffizienten erfüllt. Diese Parameter sind z. B. die Teilchengröße des keramischen Materials, die Größenverteilung der Teilchen, die Form der Teilchen, d.h. der Formfaktor, der Aggregationsgrad der Teilchen und die Art des flüssigen Mediums. Diese Parameter hängen voneinander ab, und obwohl keiner der Faktoren von überragender Bedeutung ist, hilft die Wahl der Parameter zur Befriedigung bestimmter bevorzugter Kriterien bei der Herstellung einer Masse, die das Kriterium des Reibungskoeffizienten erfüllt.

Vorzugsweise sollen die Teilchen des keramischen Materials von relativ geringer Größe sein, beispielsweise einer Größe von unter 5/xm. Teilchen mit einer Größe von unter 1 μιτι oder gar unter 0,2μιη sind noch günstiger, weil die Verwendung solcher Teilchen ein Sintern der Teilchen von keramischem Material bei niedrigeren Temperaturen und mit höheren Geschwindigkeiten als sonst erlaubt.

Das teilchenförmige keramische Material kann eine monomodale Größenverteilung haben, d.h., daß alle Teilchen von fast genau dergleichen Größe sind, oder eine multimodale Größenverteilung, d. h., daß die Teilchen eine Vielzahl von Größen haben.

In diesem Falle gilt der oben genannte Formfaktor für das ganze multimodale Teilchengemisch, jedoch werden die bevorzugten Größenkriterien auf alle Größengruppen des multimodalen Teilchengemisches angewendet. Jedoch wird ein monomodales teilchenförmiges keramisches Material bevorzugt, weil einheitlicher gesintert werden kann als ein multimodales teilchenförmiges keramisches Material, so daß das aus der Masse erzeugte Produkt der theoretischen Dichte sehr nahe kommen kann oder diese sogar erreichen kann. So soll der Variationskoeffizient der Teilchengröße des keramischen Materials, d. h. das Verhältnis der Standardabweichung der Größe von der mittleren Größe vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,5 liegen, wobei als Größe die größte Ausdehnung gilt, die wie oben mikroskopisch bestimmt wurde.

Vorzugsweise soll

Vs = A=ObIsO₁O

sein, worin

V_s der Variationskoeffizient der Teilchengröße,

S_s die Standardabweichung von der mittleren Teilchengröße und

x_s die mittlere Teilchengröße ist.

Die Teilchen des keramischen Materials müssen einen mittleren Formfaktor von unter 1,70 haben. Um eine leichtere Formbarkeit der Masse zu erreichen, speziell wenn die Masse einen hohen Anteil teilchenförmigen keramischen Materials enthält, soll der mittlere Formfaktor der Teilchen des keramischen Materials vorzugsweise unter 1,50 betragen und der Variationskoeffizient des Formfaktors, d. h. das Verhältnis der Standardabweichung des Formfaktors zum mittleren Formfaktor, zwischen 0 und 0,5. Die Verwendung eines solchen bevorzugten teilchenförmigen keramischen Materials fördert ein gleichmäßiges Sintern.

Vorzugsweise soll

V_a =-r²-= 0 bis 0,5

sein, worin

V_a der Variationskoeffizient des Formfaktors,

S_a die Standardabweichung vom mittleren Formfaktor und

x, der mittlere Formfaktor ist.

Es existieren bekannte Verfahren zur Herstellung von Teilchen von keramischem Material mit kleinen Abmessungen, einer bevorzugten Größenverteilung und dem gewünschten Formfaktor. Solche Teilchen von keramischem Material können z. B.

durch kontrollierte Hydrolyse von Alkoxiden, durch Oxygenolyse von flüchtigen Materialien wie in einem Plasma, z. B.

Oxygenolyse von Aluminiumchlorid oder Siliciumchlorid in einem Plasma unter Bildung von Tonerde oder Kieselerde, durch Gasphasenhydrolyse von Halogeniden, ζ. B. in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme, durch kontrollierte Fällung aus einer wäßrigen Lösung eines geeigneten Salzes oder durch thermische Behandlung von Flüssigkeitströpfchen von Vorläufermaterial hergestellt werden.

Die Art des flüssigen Mediums ist ein wichtiger Faktor, der bestimmt, ob die Masse das Kriterium des Reibungskoeffizienten erfüllt.

Das flüssige Medium ist vorzugsweise bei Raumtemperatur, d.h. um 20°C, flüssig, da es dadurch allgemein möglich wird, die Masse bei Raumtemperatur zu formen und keine erhöhten Temperaturen benötigt werden, wie sie erforderlich sind, wenn die Masse ein teilchenförmiges keramisches Material und ein polymeres Material als Bindemittel enthält, wie es das oben beschriebene Polyethylen und ataktische Polypropylen sind.

Das flüssige Medium kann ein wäßriges oder nichtwäßriges Medium sein, jedoch aus Kosten- und Sicherheitsgründen (z. B.

Nichtbrennbarkeit) wird ein wäßriges Medium vorgezogen.

Das flüssige Medium enthält vorzugsweise ein organisches polymeres Material in Lösung oder Dispersion in einer Flüssigkeit.

Das organische Polymermaterial dient als Hilfsmittel zum Mischen der Komponenten der Masse und als Hilfsmittel zur Formerhaltung der Formteile, die aus derformbaren Mischung erzeugt wurden. Als organisches Polymermaterial soll vorzugsweise ein wasserlösliches oder in Wasser dispergierbares Material verwendet werden.

Die Verwendung eines flüssigen Mediums, das aus einem organischen polymeren Material, welches in einer Flüssigkeit gelöst oder dispergiert ist, besteht, wird bevorzugt, weil bei der nachfoglenden Verarbeitung der Formartikel die Flüssigkeit des flüssigen Mediums durch Erhitzen bei relativ niedriger Temperatur leicht zu entfernen ist, insbesondere, wenn die Flüssigkeit Wasser ist. Die Verwendung eines solchen flüssigen Mediums hat auch den weiteren Vorteil gegenüber der Verwendung eines polymeren Materials als Binder, indem bei der nachfolgenden Verarbeitung des Formartikels, der aus der Masse hergestellt wurde, nur eine relativ geringe Menge organischen polymeren Materials durch Verbrennen aus dem Formartikel entfernt werden muß. Geeignete wasserlösliche polymere Materialien sind z. B. Cellulosederivate, ζ. B. Hydroxypropylmethylcellulose; Polyacrylamid, Polyethylenoxid und Polyvinylpyrrolidon. Ein bevorzugtes polymeres Material, das zum Einsatz bei der Herstellung von formbaren Massen mit dem gewünschten Reibungskoeffizienten besonders geeignet ist, ist ein hydrolysiertes Polymer oder Copolymer eines Vinylesters, speziell ein hydrolysiertes Polymer oder Copolymer von Vinylacetat. Der Hydrolysegrad des Polymers oder Copolymers von Vinylacetat beträgt vorzugsweise mindestens 50%, noch besser im Bereich von 70 bis 90%, besonders wenn die Masse bei oder nahe der Raumtemperatur verarbeitet werden soll.

Wenn das flüssige Medium aus einer Lösung oder Dispersion eines organischen polymeren Materials in einer Flüssigkeit besteht, hängt die Konzentration des organischen polymeren Materials von einer Reihe von Faktoren ab, z. B. der Art des organischen polymeren Materials, der Art des teilchenförmigen keramischen Materials, z. B. seinem mittleren Formfaktor, und von dem relativen Volumenverhältnis des teilchenförmigen keramischen Materials und dem flüssigen Medium. Im allgemeinen genügt eine Konzentration des organischen polymeren Materials in dem flüssigen Medium im Bereich von 5 bis 60VoI.-%.

Das flüssige Medium der Masse kann aus einer Flüssigkeit und einer darin gelösten oberflächenaktiven Substanz bestehen, welche die Dispersion der Teilchen des keramischen Materials in der Masse unterstützt. Das flüssige Medium kann aus einer Lösung oder Dispersion eines organischen polymeren Materials in einer Flüssigkeit und einer in der Flüssigkeit gelösten oberflächenaktiven Substanz bestehen. Wenn das flüssige Medium der Masse ein organisches polymeres Material enthält, kann das flüssige Medium außerdem ein Vernetzungsmittel für das organische polymere Material enthalten, das mit dem organischen polymeren Material in dem aus der Masse hergestellten Formartikel in Reaktion gebracht werden kann und so die Erhaltung der Form des Formartikels fördert.

Das teilchenförmige keramische Material in der Masse kann jedes anorganische teilchenförmige Material sein, sofern es sich durch Anwendung von Hitze sintern läßt.

So kann das teilchenförmige keramische Material ein Oxid oder Oxidgemisch eines metallischen oder nichtmetallischen Elements sein, z.B. ein Oxid von Aluminium, Calcium, Magnesium, Silicium, Chrom, Hafnium, Molybdän, Thorium, Uran, Titan oder Zirconium. Das keramische Material kann ein Carbid von beispielsweise Chrom, Hafnium, Molybdän, Niob, Tantal, Thorium, Titan, Wolfram, Uran, Zirconium oder Vanadium oder ein Nitrid eines dieser Elemente sein. Das keramische Material kann auch Siliciumcarbid sein.

Im Rahmen des Begriffes „teilchenförmiges keramisches Material" sind auch diejenigen Metalle eingeschlossen, die in Pulverform durch Hitze gesintert oder zusammengeschmolzen werden können, d.h. diejenigen Metalle, die sich nach der Pulvermetallurgietechnik verarbeiten lassen. Geeignete Metalle sind Aluminium und seine Legierungen, Kupfer und seine Legierungen und Nickel und seine Legierungen.

Das teilchenförmige keramische Material kann ein Gemisch von Teilchen sein, z. B. ein Gemisch eines teilchenförmigen Metalls oderteilchenförmiger Metalle und/oder eines teilchenförmigen keramischen nichtmetallischen Materials oder mehrerer solcher Materialien.

In der erfindungsgemäßen Masse ist das teilchenförmige keramische Material in einem Anteil von mindestens 50 Vol.-% vorhanden, d.h. mindestens 50Vol.-% der gesamten Masse einschließlich eventuell vorhandener Luft. Vorzugsweise soll der Anteil des teilchenförmigen keramischen Materials in der Masse so hoch wie möglich sein, so lange noch die Formbarkeit der Masse erhalten bleibt, da die Möglichkeit zur Herstellung eines Produktes mit einer hohen Dichte, die die theoretische Dichte erreicht oder ihr nahekommt, aus der Masse dadurch verbessert wird. Es ist möglich, daß die Masse der Erfindung mehr als 60% oder sogar mehr als 70% teilchenförmigen keramischen Materials im Volumen der Masse enthält, und die Masse dabei formbar bleibt. Damit die Herstellung von formbaren Massen mit so hohem Anteil teilchenförmigen keramischen Materials möglich wird, sollte der Reibungskoeffizient der oben beschriebenen Masse unter 0,10, vorzugsweise unter 0,05 betragen.

Die erfindungsgemäße Masse soll homogen gemischt werden, d.h., die Teilchen des keramischen Materials sollen homogen über die ganze Masse verteilt werden, und der Prozeß, durch den die Komponenten der Masse homogen gemischt werden, ist wichtig für den Erhalt einer Masse, die das oben genannte Kriterium des Reibungskoeffizienten erfüllt. Es ist tatsächlich möglich, daß eine Masse, die aus einem bestimmten teilchenförmigen keramischen Material und einem flüssigen Medium in einem bestimmten Verhältnis besteht, das Kriterium des Reibungskoeffizienten nicht erfüllt, weil die Komponenten der Masse nicht

intensiv genug gemischt wurden, während dieselben Komponenten in demselben Verhältnis bei intensiverem Mischen zu einer Masse führen, die das Kriterium des Reibungskoeffizienten erfüllt.

Das Verfahren, nach dem die Komponenten der Masse gemischt werden, um eine homogene Masse zu erhalten, ist somit von Bedeutung. Das Mischen erfolgt vorzugsweise unter Hochscherbedingungen, z.B. in einem Schneckenextruder. Vorzugsweise erfolgt das Mischen jedoch auf einem Zwillingswalzenstuhl, dessen Walzen mit gleicher oder unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit rotieren. Die Masse kann mehrmals durch den SpaIt zwischen den Walzen gegeben werden, wobei die Spaltgröße immer weiter vermindert werden kann. Der Spalt zwischen den Walzen des Walzenstuhls kann bis auf 0,1 mm vermindert werden, so daß eine hohe Scherkraft auf die Masse ausgeübt werden kann, wodurch Aggregate des teilchenförmigen keramischen Materials, die in der Masse vorhanden sein können, gebrochen werden.

Die erfindungsgemäße Masse kann nach Verfahren der Plast- oder Gummiverarbeitung verformt werden, z. B. durch Formpressen, Strangpressen, Spritzguß und besonders durch Kalandern auf einem Zwillingswalzenstuhl in Plattenform. So kann das Mischen der Komponenten der Masse und das Formen der Masse in Plattenform gleichzeitig auf einem Zwillingswalzenstuhl erfolgen.

Damit die Masse bei relativ niedrigem Druck geformt werden kann, sollte der Fließdruck der erfindungsgemäßen Masse unter 1 MPa liegen. Die Bestimmung des Fließdruckes kann erfolgen, wenn der Reibungskoeffizient der Masse bestimmt wird (wie oben beschrieben), wobei der Fließdruck Y definiert ist als

Y = 0,0075FMPa ₍

worin F die Kraft in Newton ist, die auf einen zylindrischen Stempel mit einem Durchmesser von 13 mm ausgeübt werden muß, um die Masse von einer Dicke von mindestens 18 mm auf eine Dicke von 13 mm zusammenzudrücken.

Wenn die Masse zu einem Formartikel von einfachem Profil, z. B. einer Platte geformt ist, kann dieser Formartikel anschließend zu einem Formartikel von komplizierterer Gestalt umgewandelt werden, z. B. durch Eingeben der Platte in eine entsprechende Form und Formpressen der Platte zu einer Form mit komplizierterem Profil in der Form.

Der Formartikel kann weiter behandelt werden, um das flüssige Medium oder die flüssigen flüchtigen Komponenten des flüssigen Mediums aus dem Formartikel zu entfernen. Die weitere Verarbeitung, die als Trocknung bezeichnet wird, kann von Schrumpfung des Formartikels begleitet sein. Es ist wünschenswert, daß die Volumenschrumpfung dem Volumen des flüssigen Mediums oder der entfernten Flüssigkeit des flüssigen Mediums äquivalent ist. Eine Schrumpfung beim Trocknen, die geringer ist als das abgetrennte flüssige Medium oder die flüchtigen flüssigen Komponenten des flüssigen Mediums, weist auf Hohlräume hin, die sich in dem getrockneten Formartikel gebildet haben. Die Trocknung kann in einem Ofen erfolgen, z. B. bei einer Temperatur bis zu 100⁰C oder etwas darüber, besonders wenn das flüssige Medium Wasser ist.

Das aus dem Formartikel hergestellte Produkt, in dem die Teilchen des keramischen Materials zusammengeschmolzen sind, kann durch Erhitzen des Artikels auf hohe Temperaturen, durch die die Teilchen des Materials zusammgesintert werden, gegebenenfalls unter Druckanwendung erhalten werden. Die Temperatur, bei der das Sintern derTeilchen des keramischen Materials erfolgt, hängt von der Art des keramischen Materials ab. Diese Temperatur liegt allgemein über 1000⁰C und kann über 1500⁰C liegen.

Wenn das flüssige Medium in der erfindungsgemäßen Masse ein organisches polymeres Material enthält, muß dieses Material vordem Sintern derTeilchen des keramischen Materials aus dem Formartikel entfernt werden. Das organische polymere Material kann herausgebrannt werden. Das Verbrennen des organischen polymeren Materials kann durch fortschreitende Steigerung der Temperatur des getrockneten Formartikels erfolgen. Die Temperatursteigerung sollte nicht mit einer solchen Geschwindigkeit erfolgen, daß ein zu rasches Verbrennen des organischen polymeren Materials die Strukturstabilität des Formartikels stört.

Die Temperatur, bis zu der der Formartikel erhitzt werden muß, um das organische polymere Material zu entfernen, hängt von der Art dieses Materials ab, jedoch genügt im allgemeinen eine Temperatur nicht über 500⁰C.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

In den folgenden Beispielen wurden die Formfaktoren und die mittleren Formfaktoren des teilchenförmigen keramischen Materials und ihre Variationskoeffizienten, die Größe und mittlere Größe des teilchenförmigen keramischen Materials und ihre Variationskoeffizienten und die Reibungskoeffizienten der Massen, die teilchenförmiges keramisches Material enthalten, nach den oben beschriebenen Methoden bestimmt.

Der Packungsanteil des teilchenförmigen keramischen Materials in der geformten Masse und in den aus der Masse hergestellten Formartikeln wurden durch Messung der Abmessungen der Masse oder des Artikels und Bestimmung des Volumens der Masse oder des Artikels daraus bestimmt. Aus der Kenntnis des Gewichts des teilchenförmigen keramischen Materials in der Masse oder in dem Artikel und seiner Dichte wurde das Volumen des teilchenförmigen keramischen Materials in der Masse oder in dem Artikel und damit sein Volumenanteil, d. h. der Packungsanteil, bestimmt.

Die Differenz zwischen dem gemessenen Volumen der geformten Masse oder des Formartikels und dem aus den bekannten Gewichten und Dichten der Komponenten der Masse oder des Artikels berechneten Volumen entspricht, soweit überhaupt vorhanden, dem Volumen der in der Masse oder dem Artikel eingeschlossenen Luft.

In jedem der nachfolgenden Beispiele bestand das flüssige Medium aus einer flüssigen Komponente und im allgemeinen einem organischen polymeren Material. Die abgemessenen Gewichte von teilchenförmigem keramischem Material und organischem polymeren Material (soweit verwendet) wurden in einen Rührmixer gegeben und 1 Minute gemischt. Dann wurde ein abgemessenes Gewicht der flüssigen Komponente, z. B. Wasser, in den Mixer gegeben und 30 Sekunden weitergerührt.

Wenn nicht anders angegeben, wurde dann die entstehende krümelige Masse aus dem Rührmixer entfernt und auf einen Zwillingswalzenstuhl gegeben und auf diesem durch mehrmalige Aufgabe der Masse auf den Spalt zwischen den Walzen des Walzenstuhls, die mit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit liefen, weiter gemischt. Der Spalt zwischen den Walzen wurde fortlaufend verkleinert, und die Masse wurde einer hohen Scherwirkung unterworfen.

Die homogen gemischte Masse wurde in Form einer Folie aus dem Walzenstuhl entnommen, und die Abmessungen der Folie und damit ihr Volumen wurden bestimmt.

Danach wurde die Foliein einem Ofen 16 Stunden lang auf 8O⁰C erhitzt, um die Flüssigkeit in der Folie zu verflüchtigen, z.B. das Wasser, die getrocknete Folie wurde aus dem Ofen entnommen und die Abmessungen der Folie und damit das Volumen der Folie bestimmt.

Beispiel 1

Komponenten der Masse

Teilchenförmiges keramisches Material

TiO₂ mittlerer Formfaktor x_a 1,49

Standardabweichung des mittleren

Formfaktors S₃ 0,472

Variationskoeffizient des Formfaktors V₃ 0,32

mittlere Größe x_s 0,19/xm

Standardabweichung der mittleren Größe S_s 0,669 μηι

Variationskoeffizient der Größe V₅ 0,35

Dichte 4,05 g/cm³

Organisches polymeres Material

Hydrolysiertes Polyvinylacetat (Gohsenol KH 17S), 80% hydrolysiert. Wasser.

Die Komponenten der Masse wurden in folgendem Volumenverhältnis gemischt. TiO₂ 55,8%

Organisches polymeres Material 13,1 %

Wasser 31,1%

Reibungskoeffizient der Masse 0,05

Die Mischung ließ sich auf einem Zwillingswalzenstuhl leicht zu einer Masse in Form einer zusammen hängenden FoI ie formen. Der Packungsanteil der TiO₂-Teilchen in der aus dem Walzenstuhl kommenden folienförmigen Masse, d. h. in der geformten Masse, betrug 55,8%, was dem Anteil in der ursprünglichen Masse entspricht und darauf hindeutet, daß die Folie keine Luft enthielt.

Nach dem Erhitzen zum Verflüchtigen des Wassers aus der Folie betrug der Packungsanteil derTiO₂-Teilchen 60%, was darauf hindeutet, daß die Verflüchtigung des Wassers von einer Schrumpfung begleitet ist.

Der gebildete Formartikel, aus dem des Wasser entfernt worden war, wurde mit einer Geschwindigkeit von 1⁰C je Minute in einem Ofen auf 45O⁰C erhitzt, um das hydrolysierte Polyvinylacetat herauszubrennen. Der Artikel wurde dann 1 h in einem Ofen auf 1300⁰C erhitzt, um die TiO₂-Teilchen zusammenzusintern. Die Biegefestigkeit des entstandenen gesinterten Produkts wurde durch einen Dreipunkt-Biegeversuch bestimmt.

Biegefestigkeit 241 ±29 MPa

Weibulimodul 8,4

Zum Vergleich wurde eine Masse aus 50Vol.-% TiO₂ und 50 Vol.-% Wasser, wobei das gleiche TiO₂ wie oben verwendet wurde, in einem Rührmixer gemischt. Die Mischung war krümelig und ziemlich trocken und konnte nicht zu einer zusammenhängenden homogenen Masse geformt werden. Der Reibungskoeffizient der Mischung betrug 0,39.

Beispiel 2

Komponenten der Masse

Teilchenförmiges keramisches Material

SiO₂ Mittlerer Formfaktorxa 1,31

Standardabweichung des mittleren

Formfaktors S₃ · 0,217

Variationskoeffizient des Formfaktors V_a 0,167

Mittlere Größe x_s 0,13 μ,ηη

Standardabweichung der mittleren Größe S_s 0,005 μηπ

Variationskoeffizient der Größe V_s 0,384

Dichte 2,2 g/cm³

Organisches polymeres Material

Hydrolysiertes Polyvinylacetat (Gohsenol KH 17S), 80% hydrolysiert. Wasser.

Die Komponenten der Masse wurden in folgendem Volumenverhältnis gemischt. SiO₂ 63,3%

Organisches polymeres Material 8,2%

Wasser 28,0%

Reibungskoeffizient der Masse 0,1.

Die Masse ließ sich auf einem Zwillingswalzenstuhl leicht zu einer Masse in Form einer zusammenhängenden Folie formen. Der Packungsanteil der SiO₂-Teilchen in der aus dem Walzenstuhl kommenden folienförmigen Masse, d. h. in der geformten Masse, betrug 61 %, was etwas unter dem Volumenanteil in der ursprünglichen Masse liegt und darauf hinweist, daß die Folie einen geringen Anteil Luft enthielt. Nach dem Erhitzen zum Verflüchtigen des Wassers aus der Folie betrug der Packungsanteil der SiO₂-Teiichen 69%, was darauf hinweist, daß die Verflüchtigung des Wassers von einer Schrumpfung begleitet ist. Zu Vergleichszwecken wurde das obige Verfahren wiederholt, wobei das organische polymere Material weggelassen wurde und der Volumenanteil des SiO₂ in der Masse 57% betrug. Die Masse war sehr schwer zu formen und ließ sich nicht zu einer zusammenhängenden Folie formen. Der Reibungskoeffizient der Masse betrug 0,38.

Beispiel 3

Komponenten der Masse

Teilchenförmiges keramisches Material

TiO₂wie in Beispiel 1

Organisches polymeres Material

Hydrolysiertes Polyvinylacetat wie in Beispiel 1

Wasser.

Die Komponenten der Masse wurden in folgendem Volumenverhältnis gemischt

TiO₂ 50%

Organisches polymeres Material 11,6%

Wasser 38,4%

Reibungskoeffizient der Masse 0,05

Der mittlere Formfaktor der Teilchen des keramischen Materials und der Reibungskoeffizient der Masse lagen unterhalb den oben angegebenen Obergrenzen, und die Masse ließ sich leicht auf einem Zwillingswalzenstuhl zu einem Formartikel in Gestalt einer zusammenhängenden Folie formen.

Zu Vergleichszwecken wurde das obige Verfahren wiederholt, jedoch wurde das TiO₂ durch teilchenförmiges AI₂O₃ mit den folgenden Kenndaten ersetzt.

Mittlerer Formfaktor x_a 2,45

Standardabweichung des mittleren

Formfaktors S₃ 0,82

Variationskoeffizient des Formfaktors V₃ 0,33

Mittlere Größe x_s 0,49 /im

Standardabweichung der mittleren Größe S_s 0,257 //.m

Variationskoeffizient der Größe V_s 0,524

Dichte 4 g/cm³

Reibungskoeffizient der Masse 0,46.

Der mittlere Formfaktor der Teilchen des keramischen Materials von 2,45 und der Reibungskoeffizient der Masse von 0,46 lagen oberhalb der oben angegebenen Obergrenzen, und die Masse konnte nicht auf dem Zwiliingswalzenstuhl zu einer zusammenhängenden Folie geformt werden. Die Masse verblieb in krümeliger Form.

Als weiteres Vergleichsbeispiel wurde das obige Verfahren von Beispiel 3 wiederholt, wobei jedoch das hydrolysierte Polyvinylacetat durch Hydroxypropyl-methylcellulose ersetzt wurde.

Der Reibungskoeffizient der Masse betrug 0,31.

Der mittlere Formfaktor der Teilchen des keramischen Materials von 1,49 (siehe Beispiel 1) lag unterhalb der oben angegebenen Obergrenze, jedoch der Reibungskoeffizient der Massen von 0,31 lag oberhalb der oben angegebenen Obergrenze, und die Masse konnte auf dem Zwillingswalzenstuhl nicht zu einer zusammenhängenden Folie geformt werden. Die Masse verblieb in krümeliger Form.

Beispiel 4

Komponenten der Masse

Teilchenförmiges keramisches Material

SiO₂WIe in Beispiel 2

Organisches polymeres Material

Hydrolysiertes Polyvinylacetat wie in Beispiel 1

Wasser.

Die Komponenten der Masse wurden in folgendem Volumenverhältnis gemischt.

SiO₂ 50%

Organisches polymeres Material 6,4%

Wasser 43,6%

Reibungskoeffizient der Masse 0,04

Der mittlere Formfaktor der Teilchen des keramischen Materials und der Reibungskoeffizient der Masse lagen unterhalb der oben angegebenen Obergrenzen, und die Masse ließ sich leicht auf einem Zwillingswalzenstuhl zu einem Formartikel in Form einer zusammen hängenden FoI ie formen.

Beispiel 5

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt, jedoch wurde das organische polymere Material weggelassen, und die Mischung enthielt 50Vol.-% SiO₂ und 50 Vol.-% Wasser. Der Reibungskoeffizient der Masse betrug 0,03 und der Fließdruck 0,002MPa. Die Masse war flüssig und leicht formbar.

Wenn zum Vergleich der Anteil des SiO₂ in der Masse auf 57 Vol. -% erhöht wurde, stieg der Reibungskoeffizient auf 0,38, und die Masse ließ sich äußerst schwer formen.

Beispiel 6

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt, jedoch wurde das organische polymere Material weggelassen, und die Masse enthielt 50 Vol.-% SiO₂ und 50Vol.-% Glycerol (anstelle des Wassers in Beispiel 2). Der Reibungskoeffizient der Masse betrug 0,03 und der Fließdruck 0,1 MPa. Die Masse war flüssig und leicht formbar.

Beispiel 7

Komponenten der Masse

Teilchenförmiges keramisches Material

AI₂O₃ Mittlerer Formfaktor x_a 1,443

Standardabweichung des mittleren

Formfaktors S_a 0,367

Variationskoeffizient des Formfaktors V_a .' 0,25

Mittlere Größe x_s 0,251 /um

Standardabweichung dermittleren Größe S₅ 0,108 /im

Variationskoeffizient der Größe V₅ 0,43

Dichte 3,97 g/cm³

Organisches polymeres Material Hydrolysiertes Polyvinylacetat wie in Beispiel 1 Wasser.

Die Komponenten der Masse wurden in folgenden Volumenverhältnissen gemischt AI₂O₃ * 50%

Organisches polymeres Material 16,6%

Wasser 33,4%

Reibungskoeffizient der Masse 0,03

Fließdruck 0,71 MPa.

Die Masse ließ sich leicht auf einem Zwillingswalzenstuhl zu einer zusammenhängenden Folie formen.

Die Folie wurde zur Verflüchtigung des Wassers erhitzt, der entstehende Formartikel, aus dem das Wasser entfernt wurde, wurde mit einer Geschwindigkeit von 1°C pro Minute in einem Ofen auf 450°C erhitzt, um das hydrolysiert^ Polyvinylacetat herauszubrennen, und anschließend wurde der Artikel 0,5h in einem Ofen auf 1 550⁰C erhitzt, um die AI₂O₃-Teilchen zusammenzusintern.

Die Biegefestigkeit des entstandenen gesinterten Produkts betrug 274 ± 10MPa.

Zu Vergleichszwecken wurde das obige Verfahren wiederholt, wobei das organische polymere Material weggelassenwurde. Wenn die Masse nur 50Vol.-% AI₂O₃ enthielt, ergab sich ein Reibungskoeffizient von 0,21. Die Masse konnte nicht zu einer zusammenhängenden Folie geformt werden.

Beispiel 8

Das Verfahren von Beispiel 7 wurde wiederholt, die Mischung enthielt jedoch

AI₂O₃ 52,82 Vol.-%

Organisches polymeres Material 17,59 Vol.-%

Wasser 29,57 Vol.-%.

Der Reibungskoeffizient der Masse betrug 0,19 und der Fließdruck 0,26MPa. Die Masse ließ sich leicht zu einer zusammenhängenden Folie formen.

Zu Vergleichszwecken wurde das obige Verfahren wiederholt, jedoch enthielt die Masse

AI₂O₃ 55,15Vol.-%

Organisches polymeres Material 18,37 Vol.-%

Wasser 26,47 Vol.-%.

Der Reibungskoeffizient der Masse betrug 0,25 und der Fließdruck 5 MPa. Die Masse konnte nicht zu einer zusammenhängenden Folie geformt werden.

Beispiele

Aus folgenden Komponenten wurde eine Masse bereitet.

TiO₂ (wie in Beispiel 1) 50Vol.-%

Polyacrylamid 15Vol.-%

1 g Natrium-Iignosulfonatin

wäßriger Lösung 4,4 Vol.-%

Wasser 31 Vol.-%.

Der Reibungskoeffizient der Masse betrug 0,06, und die Masse ließ sich'leicht zu einer zusammenhängenden Folie formen.

Beispiel 10

Komponenten der Masse

AI₂O₃ Mittlerer Formfaktor x_a 1,0

Standardabweichung des mittleren

Formfaktors S_a ü

Variationskoeffizient des Formfaktors V_a

Mittlere Größe x_s 0,074μΓη

Standardabweichung der mittleren Größe S_s 0,029 μΐπ

Variationskoeffizient der Größe V_s 0,39

Dichte 3,9 g/cm³

Die Komponenten der Masse wurden in folgendem Volumenverhältnis gemischt. AI₂O₃ 56,2 %

Organisches polymeres Material 14,9%

Wasser 28,9%

Der Reibungskoeffizient der Masse betrug 0,03 und der Fiießdruck 0,71 MPa. Die Masse ließ sich leicht zu einer zusammenhängenden Schicht formen.

Zum Vergleich wurde das obige Verfahren wiederholt, wobei das AI₂O₃ durch tribasische Calciumphophat mit einem Formfaktor von 4,7, was weit über dem Maximum der Masse gemäß der Erfindung liegt, ersejzt wurde. Der Reibungskoeffizient einer solchen Masse war niedrig, wenn die Komponenten in folgendem Volumenverhältnis vorlagen.

TribasischesCalciumphosphat 35,7%

Organisches polymeres Material 18,8%

Wasser 45,5%

Der Reibungskoeffizient war dagegen hoch (0,25), wenn die Komponenten der Masse in folgendem Volumenverhältnis vorlagen.

TribasischesCalciumphosphat 39%

Organisches polymeres Material 42 %

Wasser 19%

Im ersteren Falle wies die Masse eine gewisse Plastizität auf, im letzteren Falle war sie nicht formbar.

Beispiel 11

Komponenten der Masse

SiC, Gemisch aus zwei Körnungen

Körnung 1 Mittlerer Formfaktor x_? 1,45

— Standardabweichung des mittleren

Formfaktors S_a 0,34

Variationskoeffizient des Formfaktors M₃ 0,23

Mittlere Größe x_s 0,66^m

Standardabweichung der mittleren Größe S_s 0,31 μηη

Variationskoeffizient der Größe V_s 0,46

Dichte 3,2 g/cm³

Körnung 2 Mittlerer Formfaktor x_a 1,46

Standardabweichung des mittleren

FormfaktorsSa 0,45

Variationskoeffizient des Formfaktors V_a 0,31

Mittlere Größe x_s 0,094μηι

Standardabweichung der mittleren Größe S_s 0,032 um

Variationskoeffizient der G röße V_s 0,35

Dichte 3,2 g/cm³

Die Komponenten der Masse wurden in folgendem Volumenverhältnis gemischt. SiC 54%

Organisches polymeres Material 15%

Wasser 31 % *

Der Reibungskoeffizient der Masse betrug 0,11 und der Fließdruck 0,7MPa. Die Masse ließ sich leicht zu einer zusammenhängenden Folie formen.

Zum Vergleich wurde die Masse aus den obigen Komponenten in folgendem Volumenverhältnis SiC 55%

Organisches polymeres Material 10%

Wasser 35%

hergestellt, d. h. mit einem verminderten Anteil organischen polymeren Materials. Der Reibungskoeffizient dieser Masse betrug 0,34, und der Fließdruck betrug 1,5MPa. Die Masse konnte nicht zu einer zusammenhängenden Folie geformt werden.

Beispiel 12

Es wurde eine Masse aus TiO₂ wie in Beispiel 1, Wasser und einem Copolymer aus Polyvinylbutyral und Polyvinylalkohol in folgendem Volumenverhältnis hergestellt.

TiO₂ 50,2%

Organisches polymeres Material 9,15%

Tetrahydrofurfural methacrylate 40,65%.

Reibungskoeffizient der Masse 0,03.

Die Masse ließ sich leicht zu einer zusammenhängenden Folie formen.

Claims

1. Homogene Masse, gekennzeichnet dadurch, daß sie

(1) mindestens ein teilchenförmiges keramisches Material und

(2) ein flüssiges Medium enthält,

welche Masse mindestens 50 Vol.-% teilchenförmiges keramisches Material enthält, bei der das teilchenförmige keramische Material und das flüssige Medium so gewählt werden, daß eine Testmasse einen Reibungskoeffizienten von unter 0,2 hat und bei der das teiichenförmige keramische Material einen mittleren Formfaktor von unter 1,70 hat.

2. Homogene Masse gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Teilchen der keramischen Materials eine Größe von unter 5μΐη haben.

3. Homogene Masse gemäß Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Teilchen des keramischen Materials eine Größe von unter 1 μηι haben.

4. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Variationskoeffizient der Teilchengröße des keramischen Materials V₃ im Bereich von 0 bis 0,5 liegt, wobei

V₈ der Variationskoeffizient der Größe ist,

S₃ die Standardabweichung der mittleren Größe ist, und

x_s die mittlere Teilchengröße ist.

5. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der mittlere Formfaktor der Teilchen des keramischen Materials unter 1,50 liegt.

6. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Variationskoeffizient des Formfaktors der Teilchen des keramischen Materials V_a im Bereich von bis 0,5 liegt, wobei

V_a der Variationskoeffizient des Formfaktors ist,

S_a die Standardabweichung des mittleren Formfaktors ist, und x_a der mittlere Formfaktor ist.

7. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß.das flüssige Medium bei Raumtemperatur flüssig ist.

8. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß das flüssige Medium ein wäßriges Medium ist.

9. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß das flüssige Medium aus einer Lösung oder Dispersion eines organischen polymeren Materials in einer Flüssigkeit besteht.

10. Homogene Masse gemäß Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß das flüssige Medium eine wäßrige Lösung eines hydrolysierten Polymers oder Copolymers eines Vinylesters ist.

11. Homogene Masse gemäß Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß das hydrolysierte Polymer oder Copolymer eines Vinylesters ein hydrolysiertes Polymer oder Copolymer von Vinylacetat mit einem Hydrolysegrad im Bereich von 70 bis 90% ist.

12. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 9 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Konzentration des organischen polymeren Materials in dem flüssigen Medium im Bereich von bis 60VoI.-% liegt.

13. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß das flüssige Medium einen oberflächenaktiven Stoff enthält.

14. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß das teilchenförmige keramische Material aus einem Oxid oder Oxidgemisch eines metallischen oder nichtmetallischen Elements besteht.

15. Homogene Masse gemäß Punkt 14, gekennzeichnet dadurch, daß das teilchenförmige keramische Material aus der Gruppe der Oxide von Alumini um, Silicium, Titan und Zirconium ausgewählt wird.

16. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß das teilchenförmige keramische Material Siliciumcarbid ist.

17. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 1 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß sie mehr als 60 Vol.-% teilchenförmigen keramischen Materials enthält.

18. Homogene Masse gemäß einem der Punkte 1 bis 17, gekennzeichnet dadurch, daß der Reibungskoeffizient unter 0,10 liegt.

19. Homogene Masse gemäß Punkt 18, gekennzeichnet dadurch, daß der Reibungskoeffizient unter 0,05 liegt.

20. Verwendung der homogenen Masse gemäß Punkt 1 bis 19, gekennzeichnet dadurch, daß sie zur Herstellung von Formartikeln eingesetzt wird.

21. Verwendung gemäß Punkt 20, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeit aus dem flüssigen Medium entfernt wird.

22. Verwendung gemäß Punkt 21, gekennzeichnet dadurch, daß die Partikel des keramischen Werkstoffes gesintert wurden.