DD289646A7 - Vorrichtung zum dickenkonstanten giessen von flachen keramischen baendern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von flachen keramischen Baendern aus flieszfaehigen, vorzugsweise keramischen Suspensionen nach dem Foliengieszverfahren. Sie ist geeignet zur Herstellung von Substraten, Gehaeuseteilen und insbesondere von Rohfolien fuer keramische Vielschichtkondensatoren. Erfindungsgemaesz ermoeglicht eine aus Schlickerzufuehrung, Gieszkasten, Gieszrakel und Transportband bestehenden Vorrichtung, bei Anordnung spezieller Trennwaende im Gieszkasten, spezieller Gestaltung der Auslaszoeffnung desselben, Einrichtung eines Schlickerzufuehrungsspaltes zwischen Gieszkasten und Gieszspalt, Ausbildung des sich in Richtung des Schlickerflusses von einer minimalen Hoehe HS min mindestens einmal auf einer Laenge A im Winkel b aufweitenden, unten durch das Transportband und oben in einem speziellen Fall durch eine Rakel begrenzten Gieszspaltes mit spitzwinkliger Gieszspaltaustrittskante und Anordnung eines das Transportband kruemmenden Stuetzelementes im Bereich oder in der Naehe der Gieszspaltlaenge eine kontinuierliche stoerungsfreie und reproduzierbare Herstellung von keramischen Folien gleichmaesziger Dicke und geringer Defektstellenzahl.{Keramik; Formgeben; Gieszen; Rohfolien, dickenkonstant, defektstellenarm}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen, dickenkonstanten Gießen von flachen keramischen Bändern aus fließfähigen keramischen Suspensionen oder ähnlichen feststoffhaltigen Flüssigkeiten. Neben der Anwendung zur Herstellung beispielsweise von Substraten, Gehäuseteilen und Folien im allgemeinen, ist sie besonders vorteilhaft bei der Herstellung dünner Rohfolien mitgeringer Dickentoleranz und niedrigerzulässiger Anzahl von Materialfehlern pro Flächeneinheit, wie sie für die einzelnen Schichten keramischer Vielschichtkondensatoren gebraucht werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Ökonomische und technische Zielsteilungen, wie Materialverbrauch und Miniaturisierung, erfordern zunehmend die Herstellung immer dünnerer, bis an die Grenzen der Stoffeigenschaften belascbarer plastischer Bänder oder Schichten. Daraus leiten sich höchste Forderungen an

• gleichmäßige Dicke,

• geringstmögliche Anzahl von Materialfehlern und

• gute Beherrschbarkeit und Reproduzierbarkeit des Fertigungsprozesses ab.

Es ist bekannt, plastische Bänder nach dem Foliengießverfahren herzustellen, wobei fließfähige Stoffe aus einem ortsfesten Vorratsbehälter, dem Gießkasten, der nach unten offen ist und mit drei Seitenwänden auf einem sich kontinuierlich bewegenden Transportband aus geeignetem Material dicht aufsitzt, durch einen die Dicke des entstehenden Bandes im wesentlichen bestimmenden Spalt an der Stirnwand des Gießkastens herausbefördert werden. Bei diesem al? doctor-blade·

Verfahren (Bulletin de la Societo Frangaise de Ceram!que[1962) 6, S. 69-70) wird dieser Spalt, der Gießspalt, durch den Abstand der Rakelspitze einer höhenverstellbaren, schneidenförmigen Rakel über dem Transportband eingestellt (US-PS2966719, DE-AS1771216, DE-OS3005057).

Hauptnachteile dieser mit schneidenförmlger Rakel versehenen Gießvorrichtungen sind, daß die Dicke und damit die Gleichmäßigkeit des plastischen Bandes außer von der Gießspalteinstellung von unvermeidbaren Konsistenz- bzw. Viskositätsschwankungen des fließfähigen Stoffes und von seinem Druck am Gießspalt abhängt. Bei den üblichen Viskositäten < 1000cP, wie sie zur Herstellung dünner keramischer Rohfolien mit einem hohen Feststoffanteil im fließfähigen Stoff, dem sogenannten Schlicker, erforderlich ist, wirken sich diese Abhängigkeiten zunehmend nachteilig auf die Dickentoleranz aus. Es ist bekannt, den Einfluß solcher Druckschwankungen am Gießspalt durch Kontroll- und Regelvorrichtungen für den Füllstand des Schlickers im Gießkasten (DE-AS 1771216) oder durch einen zusätzlichen konstantgehaltenen Druck auf dem Schlicker (DE-OS2614596) zu reduzieren. Trotz erhöhtem Aufwand für Kontroll· und Regelvorrichtungen für Füllstand und Zufuhr des Schlickers bleibt der negative Einfluß von Konsistenzschwankungen des Schlickers.

Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen der Gießspalt die Form eines ebenen Plattenspaltes hat, der durch das kontinuierlich sich bewegende Transportband und eine ebene, para'iel über dem Transportband in definiertem Abstand befindliche Metallplatte gebildet wird (DD-PS223980, DD-PS 236'J97). Unter bestimmten Prozeßbedingungen gelingt es damit, den Einfluß ν - !vonsistenzschwankungen des fließfähigen Stoffes gering zu halten und dabei bei gleicher erzielter Dicke des plastischen Bandes größere Gießspalte gegenüber einer schneidenförmigen Rakel anzuwenden, die sich reproduzierbarer einstellen lassen. Als wesentlicher Nachteil aller bisher bekannten Lösungen bleibt, daß Inhomogenitäten des Schlickers, bedingt durch Einzelpartikel des Feststoffes, Verunreinigungen oder Pulveragglomerate, die sich z. B. bei den derzeitig bereits angewendeten Rohdicken der keramischen Folien von einigen 10~⁶m auch mit den kleinsten für Schlicker einsetzbaren Siebgeweben nicht mehr aussondern lassen, zu Defekten in der Folie führen:

Weitere Nachteile der Lösungen mit ebenen, planparallelen Plattenspalten sind, daß die Einstellung dieses Spaltes bei Verwendung des flexiblen Transportbandes als Gießunterlage schwierig ist, und daß bei ebener Führung dieser auf Zug belastenden flexiblen Gießunterlagen eine Verweilung derselben quer zur Gießrichtung auftritt, die ebenfalls zu entsprechenden streifenförmigen Dickenschwankungen in der gegossenen Folie führt.

Grobe Teilchen vor der Rakel behindern an den entsprechenden Stellen die Schlickerzufuhr und verursachen Streifen in der Folie, und auch in den Gießspalt eintretende Partikel beeinflussen den Schlickerstrom so, daß vor ihnen Stellen mit geringerer Schichtdicke entstehen. Beide Arten von Defekten können z. B. bei Anwendung solcher Folien als Dielektrikum in keramischen Vielschichtkondensatoren zu einer wesentlichen Minderung der vorgesehenen elektrischen Spannungsfestigkeit und Zuverlässigkeit führen.

Eine Lösung zur Beruhigung des Schlickerflusses und zur Cchlickerniveaueinstellung wird in CH-PS614883 vorgeschlagen, bei der der normal ausgeführten Rakel ein in Kammern unterteilter Gießkasten vorangestellt ist. Der Schlicker wird so geführt, daß dieser von der ersten Kammer aus unter der Trennwand hindurch in die zweite Kammer gelangt. Diese Lösung hat den Nachteil, daß der gesamte Schlickerraum vom Schlickerstrom durchflossen wird und dadurch keine Ruhezonen zum Absetzen grober Teilchen gebildet werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Gießvorrichtung zu finden, die leichter bedienbar ist und mit geringem Kontroll- und Steuerungsaufwand auch bei der Herstellung dünner keramischer Folien, wie sie für die einzelnen Schichten keramischer Vielschichtkondensatoren gebraucht werden, durch Vermeidung der im Stand der Technik genannten Nachteile eine Ausschußsenkung und Materialeinsparung bni der Herstellung keramischer Vielschichtkondensatoren ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gießvorrichtung zu finden, die leicht handhabbar ist, die den Einfluß schwankender Konsistenz des Schlickers, in ihm vorkommender Inhomogenitäten in Form von Einzelpartikeln und seinen Füllstandes im Gießkasten auf Dickenschwankungen und mit ihnen verbundener Defektstellen bei der Herstellung dünner plastischer Bänder, einschließlich dünner keramischer Folien, weitgehend ausschaltet und auch die Entstehung streifenförmiger Dickenschwankungen vermeidet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die aus folgender Anordnung folgender wesentlicher Teile bzw. Teilsysteme besteht:

1. Einem Zuführungssystem für die fließfähige keramische Suspension. Dazu gehört vorteilhafterweise eine in bekannter Weise den Schlickerfüllstand in einem Gießkasten regelnde Schlickerzuführung, dieser Gießkasten und oin erfindungsgemäßer Schlickerzuführungsspalt.

In dem Gießkasten befinden sich quer zur Richtung zwischen der Schlickereinfüllstelle und der Überlaufwand für den Schlicker ein odor mehrere in ihrer Höhe abgestufte Trennwände, deren obere, teilweise aus dem Schlicker herausragende Kanten gegenüber der Schlickeroberfläche geneigt oder in anderer Weise, z. B. durch Stufen so geformt sind, daß sie bei Überfließen des Schlickers den Schlickerfluß verlängern.

An der als Überlaufwand gestalteten Austrittsöffnung des Gießkastens ist ein nach unten bis auf das Transportband führender Spalt, der Schlickerzuführungsspalt, ausgebildet, der nur geringfügig größer ist als die geringste Höhe des nachfolgend angeordneten Gießspaltes.

2. Einem sich an den Schlickerzuführungsspalt anschließenden erfindungsgemäßen Gießspalt der Länge L, der sich von Beginn an in seiner Höhe bis zu einer über die gesamte Breite des Spaltes erstreckenden Stelle minimaler Höhe Hsmin. verringert und daran anschließend sich mindestens einmal auf eine Länge A um einen Spaltöffnungswinkel β erweitert. Dabei muß die Länge des Gießspaltes L und die Länge A sehr viel größer als die minimale Höhe Hs min. sein. Erfindungsgemäß können auch mehrere Stellen minimaler Höhe H_{3 min}. existieren, wobei jeweils anschließend eine Spalterweiterung erforderlich Ist.

Zweckmäßigerweise wird die erfindungsgemäß beschriebene Spaltgeometrie bei Verwendung eines flexiblen als Gießunterlage dienenden Transportbandes dadurch gebildet, daß das Transportband unter einer Rakel oder in deren unmittelbarer Nähe durch ein Stützelement derart geführt wird, daß es eine Krümmung erfährt. In diesem Falle bildet sich der erfindungsgemäße Gießspalt zwischen der spaltbildenden Rakelfläche und dem Transportband, wobei der Spaltöffnungswinkel β sowohl durch Verwendung unterschiedlicher Rakel mit unterschiedlichem Winkel zwischen spaltbildender Rakelfläche und Rakelführungsebene als auch durch Veränderung des Krümmungswinkels des Transportbandes am Stützelement verändert werden kann

Vorteilhafterweise ist die den Spaltaustritt bildende Kante des Spaltes spitzwinklig.

Bei der Herstellung dickenkonstanter Folien bewirken die im Gießkasten angeordneten Überlauftrennwände das Absetzen sehr

grober Bestandteile des Schlickers, die auch bei ordnungsgemäßer Handhabung des Schlickers auftreten und eine Beruhigung des Schlickerflusses.

Der Überlauf des Gießkastens und der nach unten führende Schlickerzuführungsspalt unterstützen die Beruhigung des

der durch die mit der Schlickerzuführung gekoppelte Füllstandsregelung bereits verringert ist, noch mehr. Der erfindungsgemäß sich erweiternde Gießspalt einer minimalen Länge A verhindert die genannten, durch grobe Partikel im Schlicker verursachten Dickenschwankungen und die ihnen entsprechenden Defekte in der Folie.

Seine minimale Höhe Hs_mln. zusammen mit der Geschwindigkeit des Transportbandes, der Gießgeschwindigkeit, und der dem notwendigen Schlickerfluß angepaßten Breite des Schlickerzuführungsspaltes B sind bestimmend für die Dicke der gegossenen Folie. Die zeitliche Stabilität dieser dickenkonstanten Folienherstellung und damit die Dickenkonstanz in Längsrichtung des Folienbandes wird durch die spitzwinklige Spaltaustrittskante unterstützt.

Ausführungsbeispiele

Mit Hilfe einer Figur wird eine vorteilhafte Form der erfindungsgemäßen Lösung einer Gießvorrichtung zur dickenkonstanten Herstellung von dünnen keramischen Folien dreier verschiedener Dicken mit zweckmäßigerweise zuzuordnenden Einstellgrößen für die Vorrichtung und die Beschaffenheit derzu verarbeitenden fließfähigen Suspension dargelegt. Die Figur ist eine Schnittdarstellung der erfindurgsgemäßen Vorrichtung längs zur Gießrichtung in ihrer Mitte.

Durch Filtration weitestgehend von Partikeln größer 40Mm befreiter Schlicker 1 mit einer Viskosität zwischen 200 und 35OcP, vorteilhafterweise entsprechend Tabelle für geringere angestrebte Foliendicken niedriger viskos, der durch die geregelte Schlickerzuführung 2 eingeführt wurde, befindet sich mit einem etwa konstanten Flüssigkeitsniveau im drucklosen, abgedeckten Gießkasten 3. Die Trennwand 4 mit ihrer größten Höhe in der Schnittebene und linear nach den seitlichen Wänden des Gießkastens bis unter das Flüssigkeitsniveau abfallenden oberen Kanten und die Trennwand 5 mit ihrer geringsten Höhe in der Schnittebene und linear nach den seitlichen Wänden des Gießkasten ansteigenden, über das Flüssigkeitsniveau sich erhebenden oberen Kanten verlängern den Weg des Schlickerflusses. Der Schlickerzuführungsspalt 6 wird in dieser Ausführungsform aus der stirnseitigen Wand des Gießkastens, der Überlaufwand 7, und der im Abstand B befindlichen gießkastenseitigen Fläche der Rakel 8 gebildet, wobei die Überlaufwand 7 auf dem Transportband 9 au/sitzt. Das Transportband 9 wird mittels der Stützelemente 10,11, und 12 in seiner Lage fixiert und erfährt am mittleren Stützelement 11 die dem Winkel α, dem Krümmungswinkel des Transportbandes im Bereich des Gießspaltes, entsprechende Krümmung. Bei dem polierten, 0,4mm dicken Stahltransportband dieser Ausführungsform genügt ein Winkel von ungefähr 3°, um die Glättung des auf Zug beanspruchten, von nur einer Walze angetriebenen Transportbandes zu sichern. Der erfindungsgemäße Gießspalt wird bei dieser AusfUhrungsform durch das Transportband 9 und die spaltbildende Rakelfläche 13 gebildet und die minimale Gießspalthöhe H_Smin. durch Verstellen der in der Rakelführungsebene 14 höhenverstollbaren Rakel 8 und damit des Abstandes von der spaltbildenden Rakelfläche 13 zum Transportband an der Stelle an der es auf dem Stützelement 11 aufliegt, eingestellt. Durch horizontale Verschiebung des Stützelementes 11 im Bereich der Gießspaltlänge L wird somit A, die Länge des sich erweiternden Gießspaltes, und zusammen mit dem Winkel γ zwischen Rakelführungsebene 14 und spaltblidender Rakelfläche 13 auch der Spaltöffnungswinkel β eingestellt.

Bei dieser vorteilhaften Form der erfindungsgemäßen Lösung ist die in Gießrichtung am Ende des Gießspaltes vorhandene Rakelkante 15 als scharfe Kante, die einen Winkel von etwa 45° bildet, ausgeführt.

Die zweckmäßigen Einstellungen an der Gießvorrichtung und die Viskosität des einzusetzenden keramischen Schlickers für die Herstellung von 3 verschiedenen Dicken gesinterter keramischer Folie aus dem auf dem Transportband liegenden Naßfilm 16 gibt die folgende Tabelle an:

1.	Dicke der keramischen Folie	20Mm	35 pm	50Mm
2.	zugelassene Dickentoleranz	±1 μηι	±1 pm	±iMm
3.	Viskosität des Schlickers	250-30OcP	250-30OcP	300-35OcP
4.	Breite des Schlickerzu
	führungsspaltes B	0,3 mm	0,5 mm	0,7 mm
	minimale Höhe des Gieß
	spaltes Hs min.	0,07 mm	0,1 mm	0,15 mm
	Spaltöffnungswinkel β	1.2»	1,2°	1,7"
	Länge des sich erweiternden
	Gießspaltes A	3 mm	3 mm	3 mm
	Gießspaltlänge L = Rakeldicke	5mm	5 mm	5 mm
	Gießgeschwindigkeit	1,9 m/min	1,9m/rnln	1,5 m/min

Praktisch einfach eingestellt werden kann die Vorrichtung nach Fixierung der Transportbandlage mit Hilfe der Stützelemente, indem für die jeweilige gewünschte Foliendicke hinsichtlich Rakeldicke L und Winkel optimierte Rakel eingesetzt und Hsmtn. eingestellt wird. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist bei richtiger Einstellung eine kontinuierliche, störungsfreie und reproduzierbare Herstellung dickenkonstanter keramischer Folien möglich.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum dickenkonstanten Gießen von flachen keramischen Bändern aus fließfähigen, vorzugsweise keramischen Suspensionen nach dem Foliengießverfahren, bestehend aus

- einer Schlickerzuführung

- einem Gießkasten mit mindestens einer quer zur Fließrichtung des Schlickers angeordneten Trennwand und einer quer zur Fließrichtung des Schlickers als Überlaufwand ausgebildeten Außenwand sowie einer danach angeordneten Rakel,

- einem in Richtung des Schlickerflusses ausgedehnten Gießspalt aus der Rakel und einem unter dieser entlangführenden Transportband, welches im Bereich oder in unmittelbarer Nähe vor dem Gießspalt durch Aufliegen auf ein Stützelement jeicht gekrümmt sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (4,5) als Oberlauftrennwand ausgebildet sind, daß die zwischen der als Überlaufwand (7) ausgebildeten Außenwand und der Rakel (8) entstehende Schlickerkammer als Spalt-Schückerzuführungsspalt (6) ausgebildet wird, der nur geringfügig größer als die minimale Gießspalthöhe H₅min. des Gießspaltes ist, daß sich der Gießspalt ab Beginn bis zu einer über die gesamte Breite erstreckenden Stelle mit minimaler Gießspalthöhe Hsmin. in der Höhe verkleinert, daß der Gießspalt der Länge L sich ab mindestens einer über die gesamte Breite erstreckenden Stelle mit minimaler Gießspalthöhe H_{8 m}in. mindestens einmal auf einer Länge A < L in Fließrichtung um einen Spaltöffnungswinkel β erweitert, wobei A wesentlich größer als H_Smin. ist und die Gießspaltlänge L der Rakellänge in Fließrichtung entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkanten der Überlauftrennwände (4,5) bei eingestellter Schlickerzuführung (2) teilweise über die Oberfläche der fließfähigen Suspension herausragen, gegen diese Oberfläche geneigt sind und von der Schlickereinfüllstelle zu der als Überlaufwand ausgebildeten Außenwand hin in der Höhe ihrer niedrigsten Stellen abnehmend abgestuft sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stellen minimaler Höhe Hsmin. im Gießspalt existieren können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle der Krümmung des Transportbandes (9) die Stelle minimaler Höhe H_Smin. bildet, und daß der Spaltöffnungswinkel bei fixierter Lage des Transportbandes (9) und des Stützelementes (11) durch Auswahl einer Rakel (8) mit geeignetem Winkel zwischen Rakelführungsebene (14) und spaltbildender Rakelfläche (13) realisiert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spaltaustritt bildende Kante (15) des Gießspaltes spitzwinklig ist.