DE10059495A1 - Verfahren zum Verglühen/Trocknen und/oder Sinterung von Bauteilen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verglühen/Trocknen und/oder zur Sinterung von Bauteilen. Eine homogene Sinterung sowie ein wenig kosten- und zeitintensives Verglühen/Trocknen des Bauteils wird dadurch bewerkstelligt, daß der Verglüh-/Trockenvorgang und/oder Sintervorgang mit Hilfe eines Ofens durchgeführt wird, wobei das zu verglühende/zu trocknende und/oder zu sinternde Bauteil in den Ofen eingebracht wird und das Bauteil und der Ofen relativ zueinander bewegt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verglühen/Trocknen und/oder zur Sinterung von Bauteilen.

Gesinterte keramische, hoch feuerfeste Bauteile werden insbesondere als Rohre oder Stäbe im Bereich der Hochleistungskeramik benötigt. Sie werden beispielsweise als Rollen für Rollenöfen, als Rohre für Wärmetauscher, im Apparatebau, als Filterelemente für Flüssigkeiten, sowie kalte oder heiße Gase sowie als feuerfeste Profilelemente eingesetzt. In Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall kommen die verschiedensten keramischen Ausgangsmaterialien zum Einsatz. Dazu zählen zum Beispiel Aluminiumoxid (Al₂O₃), Sillimanit (SiO₂- Al₂O₃-Verbindung), verschiedene Siliciumcarbidqualitäten (SiSiC, SSiC und RSiC) oder Magnesiumoxid (MgO).

Probleme bei der Herstellung derartiger gesinterter keramischer Rohre oder Stäbe ergeben sich insbesondere dann, wenn Rohre oder Stäbe von mehr als 2 Metern Länge hergestellt werden sollen, da hier sintertechnische Grenzen erreicht werden.

Die derzeit eingesetzten Sinteröfen sind hinsichtlich ihrer Temperaturverteilung sehr schwer beherrschbar und die durch Verzug bedingte geringe Maßhaltigkeit der Rohre oder Stäbe reicht für deren Einsatz z. B. in Rollenöfen nicht aus.

Derzeit werden keramische Rohre oder Stäbe überwiegend in sogenannten Hauben- oder Kammeröfen vorwiegend hängend gesintert. Der Betrieb dieser periodisch arbeitenden Öfen ist aufgrund ihrer hohen Masse, die bei jedem Sinterzyklus vollständig aufgeheizt und abgekühlt werden muß, energetisch aufwendig und zudem zeitintensiv. Ein wesentlicher Nachteil besteht insbesondere darin, daß die Länge der darin gesinterten Rohre oder Stäbe durch die Brennkammerhöhe oder -breite beschränkt ist. Nachteilig wirkt sich dabei aus, daß die Brennschwindung ein zusätzliches Aufmaß erfordert. So wird z. B. zum Sintern von 4 Meter langen Rohren oder Stäben ein Ofen mit einer lichten Brennkammerhöhe oder -breite von mindestens 5 Metern benötigt.

Werden derartige großvolumige Öfen eingesetzt, ergibt sich weiterhin der Nachteil, daß die Temperaturverteilung im Ofenbesatz nicht homogen ist. Vielmehr stellen sich Temperaturgradienten ein, was zur Folge hat, daß mit zunehmender Rohr- bzw. Stablänge durch Verzug oder durch Risse eine steigende Ausschußmenge entsteht.

Viele keramische Bauteile enthalten nach der Formgebung bis zu 40% organische Zusatzstoffe, wie z. B. Binder, Weichmacher und Plastifizierer und/oder eine entsprechende Menge an Wasser. Vor dem Sinterbrand, in dem die keramischen Rohstoffteilchen zu einem homogenen Körper verdichtet werden, ist es erforderlich, die genannten Zusatz- bzw. Hilfsstoffe aus den geformten Bauteilen zu entfernen. Dies wird üblicherweise dadurch bewerkstelligt, daß die Bauteile in ihrer gesamten Länge in einem Verglühofen bzw. Trockenofen gelegt und dort homogen erwärmt werden. Dabei werden die Zusatzstoffe gleichzeitig aus dem gesamten Bauteil durch Verdampfen ausgetrieben. Dabei ergibt sich das Problem, daß flüchtige Bestandteile aus dem Inneren der Bauteile verdampfen, bevor der Randbereich der Bauteile offenporig geworden ist. Dies führt zu Rissen bzw. zu Abplatzungen des Bauteils. Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden die Bauteile üblicherweise zum Teil sehr langsam (bis zu einigen Wochen) aufgeheizt. Daraus ergibt sich, daß der zeitliche Ausstoß begrenzt ist und sich das Verglüh- bzw. Trockenverfahren entsprechend aufwendig und kostenintensiv gestaltet. Hinzu kommt der Nachteil, daß zu einer homogenen Erhitzung des Bauteils zum Zwecke des Verglühens/Trocknens ein entsprechend großes Ofenvolumen benötigt wird, da die Verglüh- /Trockenzone die gesamte Länge des Bauteils umfaßt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verglühen/Trocknen und/oder zur Sinterung von Bauteilen bereitzustellen, mit Hilfe dessen eine homogene Sinterung auch langer Bauteile, insbesondere keramischer Rohre oder Stäbe, sowie ein wenig kosten- und zeitintensives Verglühen/Trocknen von Bauteilen möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst. Demnach wird der Verglüh-/Trocken- und/oder Sintervorgang mit Hilfe eines Ofens durchgeführt, wobei das zu verglühende/zu trocknende und/oder zu sinternde Bauteil in den Ofen eingebracht wird und das Bauteil und der Ofen relativ zueinander bewegt werden. Entsprechend der Relativbewegung wandert eine durch den Ofen erhitzte Zone durch das Bauteil.

Beim Sintervorgang wird das zu sinternde Material nur in einem verhältnismäßig kurzen Abschnitt, der sogenannten Sinterzone, beim Durchtritt durch den Rohrofen auf die benötigte Sintertemperatur erhitzt und so lange auf dieser Temperatur gehalten, bis der angestrebte Sintergrad erreicht ist. Aufgrund der Relativbewegung zwischen Ofen und dem Bauteil wandert die durch den Ofen erhitzte Zone durch das Bauteil. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen kontinuierlichen Ofenbetrieb, wodurch Zeit- und Energieverluste während des Sinterns vermieden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Sinterung beliebiger Bauteile, beispielsweise zur Sinterung keramischer Rohre oder Stäbe, ermöglicht, daß jeder Rohr- bzw. Stababschnitt dasselbe Temperaturprofil durchläuft. Das zu sinternde Material erfährt eine durchweg homogene Temperaturbehandlung. Die Rohr- bzw. Stablänge ist kein limitierender Faktor des Verfahrens, so daß auch beliebig lange hoch feuerfeste Rohre oder Stäbe hergestellt werden können.

Handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein Verglüh- /Trockenverfahren der Bauteile ergibt sich zunächst der Vorteil, daß die Verglüh- /Trockenzone gegenüber konventionellen Verfahren wesentlich verkürzt werden kann, wodurch sich ein entsprechend geringeres Ofenvolumen und damit geringere Investitionskosten ergeben. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß keramische Bauteile, die Hilfsstoffe, wie z. B. organische oder wäßrige Bestandteile enthalten, derart erwärmt werden, daß sich die Temperatur zunächst nur an einem Ende des Bauteils erhöht, wenn dieses in den Verglüh-/Trockenofen eingeführt wird. Im Falle von Rohren und Stäben bedeutet dies, daß das eine Ende bis zu einer bestimmten Temperatur erhitzt wird, während der restliche, nicht in dem Ofen befindliche Teil des Bauteils zunächst noch kalt bleibt. Da das erwärmte Ende inklusive Stirnfläche über eine vergleichsweise große Oberfläche verfügt, können die flüchtigen Bestandteile hierüber leicht abdampfen, ohne daß es zu Schädigungen kommt. Durch die erfindungsgemäße Relativbewegung des Bauteils, beispielsweise der Rohre oder Stäbe, wandert im Folgenden die Verglüh- /Trockenzone entlang der Bauteilachse in Richtung des anderen Endes. Auch hierbei ist ein beschleunigtes Verglühen der flüchtigen Bestandteile möglich, da die eine Seite der Verglüh-/Trockenzone offenporig ist, da diese bereits verglüht bzw. getrocknet ist und über das Porenvolumen die flüchtigen Bestandteile ausgetrieben werden können.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich erreichen, daß der Verglüh- /Trockenvorgang homogen mit geringem Investitionsaufwand und in verhältnismäßig kurzer Zeit durchgeführt werden kann.

Das Bauteil kann ein keramisches Rohr, Stab, Wabenkörper oder Folie darstellen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Bauteil zunächst in die Verglüh-/Trockenzone des Ofens eingebracht wird, in der das Bauteil einem Verglüh-/Trockenvorgang unterzogen wird, und daraufhin in einer sich in Bewegungsrichtung des Bauteils anschließenden Sinterzone des Ofens gesintert wird. In dieser Ausgestaltung der Erfindung kann somit in einem Ofen sowohl der Verglüh-/Trockenvorgang als auch nachgeschaltet der Sintervorgang durchgeführt werden. Dabei weist der Ofen entsprechend unterschiedliche Temperaturzonen auf, in denen die für die einzelnen Verfahrensschritte benötigten Temperaturen vorliegen. In der Verglüh- /Trockenzone des Ofens kann das Bauteil ausgehend von Raumtemperatur beispielsweise bis zu 600°C in gezielt anpaßbaren Gradienten erhöht werden. Schließt sich daran der Sinterprozeß an, ist die Herstellung der entsprechenden Bauteile in hoher Qualität in einem Prozeßschritt möglich.

In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Bauteil in der Verglüh-/Trockenzone mehrere Temperaturzonen unterschiedlicher Temperatur durchläuft. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die Zusatzstoffe, die aus dem Bauteil zu entfernen sind, fraktioniert bei entsprechenden kritischen Temperaturen ausgetrieben werden können. Das Austreiben erfolgt zumindest teilweise mittels der offenporigen bereits verglühten Strukturen des Bauteils. Abplatzungen sowie Risse werden auf diese Weise wirksam verhindert.

Die unterschiedlichen Temperaturzonen können durch einen modularen Aufbau der Verglüh-/Trockenzone des Ofens realisiert werden, deren Heizkreise unabhängig voneinander geregelt werden.

In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Bauteil unmittelbar nach dem Verglüh-/Trockenvorgang in eine Temperaturzone mit einer Temperatur von 500 bis 1200°C geführt und dort soweit vorgesintert wird, daß danach das Bauteil eine mechanische Festigkeit aufweist, die eine Weiterbearbeitung des Bauteils ermöglicht. Generell ist bei größeren Durchmessern und Wandstärken von Stäben bzw. Rohren davon auszugehen, daß die beim Sintern auftretenden schwindungsbedingten Spannungen größer werden. Insbesondere bei glasfreien, keramischen Materialien ist in diesem Zusammenhang mit einer erhöhten Anfälligkeit bzw. mit Sinterfehlern zu rechnen. Wird ein stufenweises Sintern bei unterschiedlichen Vorsintertemperaturen vorgenommen, läßt sich wirksam eine Spannungsminderung realisieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Bauteil um ein Rohr oder einen Stab, und die Länge der im Ofen auf Sintertemperatur aufgeheizten Zone des Rohres oder des Stabes liegt im Bereich des Durchmessers des Rohres oder des Stabes. Je nach Bedarf sind auch kürzere oder längere Sinterzonen realisierbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Rohrofen ortsfest angeordnet und das Bauteil wird mittels einer Vorschubeinrichtung durch den Ofen geführt.

Grundsätzlich ist es ebenso denkbar, daß das Bauteil ortsfest angeordnet ist und der Ofen relativ dazu bewegt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorschubgeschwindigkeit variabel und flexibel ist. Dadurch wird gewährleistet, daß eine dem verwendeten Material des Bauteils angepaßte, optimale Verweildauer im Ofen eingestellt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Bauteil beim Durchtritt durch den Ofen ein Temperaturprofil durchläuft.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die Vorschubgeschwindigkeit und/oder das Temperaturprofil geregelt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in Abhängigkeit eines gewünschten Sintergrades und Temperaturprofils eine optimale Vorschubgeschwindigkeit ermittelt wird.

Dadurch wird gewährleistet, daß eine dem jeweiligen Material des Bauteils angepaßte, optimale Temperaturkurve bzw. Verweildauer beim Verglühen/Trocknen und/oder beim Sintern gefahren werden kann. Durch die Regelung von Temperaturprofil und Vorschubgeschwindigkeit wird gewährleistet, daß jeder Abschnitt des Bauteils, insbesondere des Rohres oder Stabes, das gleiche Temperaturprofil durchläuft und daß für jeden Abschnitt des Bauteils eine identische Temperaturbehandlung bei optimaler Verglüh-/Trocken- und/oder Sintertemperatur erfolgt. Das Material erfährt damit eine durchweg homogene Temperaturbehandlung.

In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das Bauteil Oxidkeramik, Silikatkeramik, Nicht-Oxidkeramik und/oder andere Keramikkomposita enthält. Die Oxidkeramik kann Aluminiumoxid, die Silikatkeramik Sillimanit und die Nicht-Oxidkeramik SiC umfassen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beträgt die maximale Sintertemperatur 2300°C.

Die Beheizung des Ofens in der Verglüh-/Trockenzone und/oder Sinterzone kann mittels elektrischer Beheizung, Mikrowellenbeheizung oder Induktionsbeheizung erfolgen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich an den Verglüh-/Trockenvorgang ein Sintervorgang anschließt und in Bewegungsrichtung des Bauteils ein Gasstrom aufgeprägt wird, der die Verglühgase von der Verglüh-/Trockenzone in die Sinterzone trägt, in der diese nachverbrannt werden. Wird das erfindungsgemäße Verfahren als kombiniertes Verfahren betrieben, d. h. schließt sich dem Verglüh- /Trockenvorgang ein Sinterprozeß an, kann der erhebliche Vorteil erreicht werden, daß bei einem von außen mittels Ventilation erzwungenen Gasstrom in Richtung des Vortriebes des Bauteils die beim Verglühen austretenden z. T. umweltschädlichen Gase in der Hochtemperaturzone (Sinterzone) zu unschädlichem CO₂ und H₂O nachverbrannt werden. Dadurch entfällt hier im Gegensatz zur herkömmlichen Technik eine aufwendige und kostenintensive Nachverbrennung.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Gasstrom im Bereich der Oberfläche des Bauteils und/oder im Bauteilinneren aufgeprägt wird. Durch die Schaffung eines Gasstromes auch im Bauteilinneren werden entsprechend auch aus diesem Bereich die Gase abgeführt und der genannten Nachverbrennung in der üblicherweise mehr als 1000°C aufweisenden Sinterzone zugeführt.

In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß vor dem Verglüh-/Trocken- und/oder Sintervorgang die Formgebung des Bauteils mittels eines Extruders erfolgt, der derart angeordnet ist, daß ein extrudiertes Bauteil vom Extruder unmittelbar in den Ofen geführt wird.

In bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Innenraum des Bauteils mittels einer oder mehrerer in den Kernen der Extrudiermundstücke vorgesehenen Belüftungsbohrungen mit einem Trägergasstrom versorgt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn gleichzeitig parallel mehrere Bauteile in dem Ofen verglüht/getrocknet und/oder gesintert werden.

In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das zu verglühende/zu trocknende und/oder zu sinternde Bauteil in vertikaler Richtung durch den Ofen bewegt wird. Dabei kann die durch den Ofen erwärmte Zone des Bauteils dieses von unten nach oben durchlaufen.

In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das zu verglühende/zu trocknende und/oder zu sinternde Bauteil relativ zu dem Ofen in eine Drehbewegung versetzt wird. Dadurch läßt sich besonders wirksam ein auch in Umfangsrichtung des Bauteils gleichmäßig erfolgender Wärmeeintrag erzielen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung durch den Rohrofen, und das diesen durchlaufende Rohr oder den diesen durchlaufenden Stab gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 2 die Temperaturverteilung als Funktion der Vorschubkoordinate sowie eine schematische Längsschnittdarstellung durch den Rohrofen,

Fig. 3 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Kammerofens gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 4 Längsschnittdarstellung eines Gradienten-Rohrofens mit Verglüh- /Trocken- und Sinterzone,

Fig. 5 Temperaturprofil in dem Gradienten-Rohrofen gemäß Fig. 4 und

Fig. 6 schematische Darstellung des fraktionierten Austreibens verschiedener organischer Bindemittel bei unterschiedlichen kritischen Temperaturen gemäß Fig. 5.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den Rohrofen 10, der von dem zu sinternden bzw. bereits gesinterten Rohr oder Stab 20 durchlaufen wird.

Der Rohrofen 10 ist ortsfest angeordnet. Das Rohr oder der Stab 20 wird durch eine Vorschubeinrichtung durch den Rohrofen 10 geführt. In der Sinterzone 12 wird das Rohr oder der Stab 20 auf die benötigte Sintertemperatur erhitzt und solange auf dieser Temperatur gehalten, bis der angestrebte Sintergrad erreicht ist. Der Sintergrad wird einerseits durch die Vorschubgeschwindigkeit und anderseits durch das Temperaturprofil im Rohrofen 10 beeinflußt.

In Abhängigkeit des gewünschten Sintergrades und des im Rohrofen 10 vorliegenden Temperaturprofils kann die erforderliche Vorschubgeschwindigkeit ermittelt und entsprechend eingeregelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, beliebig lange Rohre oder Stäbe zu sintern, ohne daß dabei temperaturbedingte Inhomogenitäten des Rohres oder des Stabes 20 entstehen. Vielmehr durchläuft unabhängig von der Rohr- bzw. Stablänge jeder Rohr- bzw. Stababschnitt exakt dasselbe Temperaturprofil und wird demzufolge einer identischen Temperaturbehandlung unterzogen.

Fig. 2, oben zeigt ein Beispiel für das im Rohrofen 10, im Ofeneintritt und -auslaß vorliegende Temperaturprofil. In der Sinterzone 12 liegt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine konstante Temperatur vor.

Fig. 2, unten zeigt in eine schematische Längsschnittdarstellung durch den Rohrofen 10 sowie das Rohr oder den Stab 20, das bzw. der in der durch Pfeile gekennzeichneten Richtung durch den Rohrofen 10 bewegt wird. In der Sinterzone 12 kann es aufgrund der Sinterschwindung zu einer Verkleinerung des Rohr- bzw. Stabdurchmessers kommen. Bei Verwendung von Aluminiumoxid kann die Durchmesserdifferenz 20% betragen. Die in dieser Zone auftretenden Spannungen lassen sich durch die Wahl einer geeigneten Vorschubgeschwindigkeit und eines geeigneten Temperaturprofils minimieren. Entsprechendes gilt für die Spannungsbildung beim Abkühlen des gesinterten Rohres oder Stabes. Bei glasfreien, keramischen Materialien ist ein stufenweises Sintern bei unterschiedlichen Vorsintertemperaturen zur Spannungsminderung denkbar.

Um einem Verkrümmen des Rohres oder Stabes in der Sinterzone 12 infolge von Erweichung entgegenzuwirken, können spezielle Brennhilfsmittel oder Handhabungen beim Durchschub des Rohres oder Stabes 20 als Gegenmaßnahme zum Einsatz kommen.

Das in Fig. 2 oben dargestellte Temperaturprofil läßt sich vorteilhaft in Abhängigkeit des gewünschten Sintergrades, des eingesetzten keramischen Materials sowie der Vorschubgeschwindigkeit einstellen. Andererseits kann bei vorgegebenem Temperaturprofil und gewünschtem Sintergrad die Vorschubgeschwindigkeit als Regelgröße dienen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Betriebsweise, bei der jeder Bereich des zu sinternden Rohres oder Stabes 20 einer identischen Temperaturbehandlung unterzogen wird, wodurch Inhomogenitäten auch bei beliebig langen Rohren oder Stäben 20 sicher vermieden werden. Die identische Temperaturbehandlung ist bei porösen Rohren oder Stäben, die für Filter oder Katalysatoren verwendet werden, von besonderer Bedeutung. In diesen Fällen ist die Porengrößenverteilung, die sehr stark von der Temperaturbehandlung abhängig ist, für das Funktionieren des Bauteils entscheidend. Dadurch ist die Bereitstellung auch überlanger Rohre oder Stäbe beispielsweise für Rollenöfen oder für den Einsatz als Pyrometerrohre gegeben.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung einen Kammer- bzw. Haubenofen gemäß dem Stand der Technik.

An der Rohr- bzw. Stabaufhängung 30 sind die zu sinternden Rohre oder Stäbe 20 befestigt. Rohr- bzw. Stabaufhängung 30 und die Rohre oder Stäbe 20 sind von den Ofenwandungen 40 umgeben.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, werden die Rohre oder Stäbe 20 vorwiegend hängend gesintert. Der dargestellte Kammer- bzw. Haubenofen wird diskontinuierlich betrieben, was aufgrund der im allgemeinen hohen Eigenmasse energetisch und zeitlich nachteilig ist.

Besonders nachteilig wirkt sich aus, daß zur Herstellung langer keramischer Rohre oder Stäbe entsprechend große Ofenvolumina bereitgestellt werden müssen. Da bei derartig großen Öfen eine homogene Temperaturverteilung im Ofenbesatz technisch nicht realisierbar ist, ergibt sich mit zunehmender Rohr- bzw. Stablänge eine verhältnismäßig große Ausschußmenge aufgrund von Verzug und Rissbildung.

Fig. 4 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung einen Gradienten- Rohrofen 10', der eine Verglüh-/Trockenzone 14 sowie eine nachgeschaltete Sinterzone 12 aufweist. Die Verglüh-/Trockenzone 14 ist modular aufgebaut und besteht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus drei Modulen, deren Heizkreise bzw. Temperaturen unabhängig voneinander regelbar sind.

Das Rohr oder der Stab 20 (grün) wird zunächst in die erste, links dargestellte Zone eingeführt und beim Durchlaufen durch den Ofen 10' verschiedenen Temperaturen ausgesetzt, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist. Jeder Abschnitt des Rohres bzw. Stabes 20 durchläuft das aus Fig. 5 ersichtliche Temperaturprofil und wird dementsprechend zunächst einem Verglüh-/Trockenvorgang und anschließend der Sinterung unterzogen.

In dem ersten links dargestellten Modul der Verglüh-/Trockenzone 14 erfolgt ein Aufheizen auf die Temperatur T_K1. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, kommt es bei der Temperatur T_K1 zum Austreiben des durch die kleinen Kreise schematisch dargestellten organischen Bindemittels. Das Rohr 20 durchläuft anschließend einen Bereich steigender Temperatur bis schließlich das Temperaturniveau T_K2 erreicht wird. Dieses Temperaturniveau des zweiten Moduls der Verglüh-/Trockenzone 14 führt zum Austreiben des als mittelgroße Kreise in Fig. 6 dargestellten weiteren organischen Bindemittels. An die Temperaturzone mit der Temperatur T_K2 schließt sich ein weiterer Bereich mit einem positiven Temperaturgradienten zu dem dritten Modul der Verglüh-/Trockenzone 14 an, in dem schließlich das Temperaturniveau T_K3 erreicht wird. Hier wird auch der in Fig. 6 durch die größeren Kreise dargestellte organische Binder entfernt, so daß zu diesem Zeitpunkt alle organischen Bindemittel aus dem Bauteil ausgetrieben sind.

Das durch den erfindungsgemäßen Ofen 10' bewegte Rohr oder der Stab 20 wird schließlich in die Sinterzone 12 eingeführt und durchläuft dabei einen weiteren Temperaturgradienten bis zur Sintertemperatur T_SINT. In diesem Bereich kommt es zu der sogenannten Sinterschwindung in der sich der Rohrdurchmesser verkleinert. Nach Durchlaufen der Sinterzone 12 durchläuft das Rohr 20 Bereiche mit sinkender Temperatur bis zum Ausgang des Ofens 10', wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist.

Während des Durchlaufens durch den Ofen 10' wird das Rohr 20 mit einem erzwungenen Gasstrom beaufschlagt, der die freigesetzten organischen Bindemittel von der Verglüh-/Trockenzone 14 in die Sinterzone 12 befördert. Hier werden diese aufgrund der hohen Temperatur der Sinterzone 12 überwiegend zu CO₂ und H₂O und damit zu unschädlichen Produkten umgesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verglühen/Trocknen der Bauteile hat zur Folge, daß der enthaltene Binder nur jeweils an einem infinitesimalen Abschnitt des Bauteils verdampft, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wesentlich kleinere mechanische Spannungen entstehen, die üblicherweise zu Verglührissen oder Abplatzungen führen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich ein Verglüh-/Trockenvorgang realisieren, bei dem die genannten Nachteile herkömmlicher Verfahren vermieden werden können. Durch das Aufheizen eines verhältnismäßig kleinen Bereiches des Bauteils wird ermöglicht, daß die flüchtigen organischen Bindemittel durch die bereits verglühte Struktur des Bauteils entweichen können. Das langsame, homogene Aufheizen des Bauteils gemäß der Vorgehensweise nach dem Stand der Technik ist nicht erforderlich. Daraus ergibt sich nicht nur der Vorteil, daß das Verfahren wenig zeitintensiv ist, sondern auch der Vorteil, daß nur ein verhältnismäßig kleiner Ofen benötigt wird, da das gleichzeitige Aufheizen des gesamten Bauteils nicht erforderlich und aus den dargestellten Gründen nicht erwünscht ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sehr lange Rohre oder Stäbe, wie sie beispielsweise in Rollenöfen oder Wärmetauschern benötigt werden, verglüht/getrocknet werden sollen.

Wird das Verfahren als Sinterverfahren betrieben, ergibt sich der Vorteil, daß ebenfalls nur ein verhältnismäßig kleiner Ofen benötigt wird und das darüber hinaus gewährleistet ist, daß die Sinterung homogen erfolgt, so daß sich Bauteile mit sehr guter Maßhaltigkeit fertigen lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann schließlich auch kombiniert durchgeführt werden, indem sich an den Verglüh-/Trockenvorgang ein Sintervorgang anschließt, so daß sich die Entbinderung und die eigentliche Sinterung in einem Ofen, d. h. in einem Prozeßschritt realisieren lassen. Hierbei ergibt sich der weitere Vorteil, daß durch das Aufprägen eines Gasstromes verhindert werden kann, daß ein separates Nachverbrennen der freigesetzten organischen Bindemittel erforderlich ist, da diese in der Sinterzone zu unschädlichen Stoffen verbrannt werden.

Claims (25)

1. Verfahren zum Verglühen/Trocknen und/oder zur Sinterung von Bauteilen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verglüh-/Trocken- und/oder Sintervorgang mit Hilfe eines Ofens (10, 10') durchgeführt wird, wobei das zu verglühende/zu trocknende und/oder zu sinternde Bauteil in den Ofen (10, 10') eingebracht wird und das Bauteil und der Ofen (10, 10') relativ zueinander bewegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ein keramisches Rohr oder Stab (20), Wabenkörper oder Folie darstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil zunächst in die Verglüh-/Trockenzone (14) des Ofens (10, 10') eingebracht wird, in der das Bauteil einem Verglüh-/Trocknungsvorgang unterzogen wird, und daraufhin in einer sich in Bewegungsrichtung des Bauteils anschließenden Sinterzone (12) des Ofens (10, 10') gesintert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil in der Verglüh-/Trockenzone (14) mehrere Temperaturzonen unterschiedlicher Temperatur durchläuft.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturzonen durch einen modularen Aufbau der Verglüh-/Trockenzone (14) des Ofens (10, 10') realisiert werden, deren Heizkreise unabhängig voneinander geregelt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil unmittelbar nach dem Verglüh-/Trockenvorgang in eine Temperaturzone mit einer Temperatur von 500-1200°C geführt und dort soweit vorgesintert wird, daß danach das Bauteil eine mechanische Festigkeit aufweist, die eine Weiterbearbeitung des Bauteils ermöglicht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bauteil um ein Rohr oder einen Stab (20) handelt, und die Länge der im Ofen (10, 10') auf Sintertemperatur aufgeheizten Zone des Rohres oder des Stabes (20) im Bereich des Durchmessers des Rohres oder des Stabes (20) liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (10, 10') ortsfest angeordnet ist und das Bauteil mittels einer Vorschubeinrichtung durch den Ofen (10, 10') geführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ortsfest angeordnet ist und der Ofen (10, 10') relativ dazu bewegt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit variabel und flexibel ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil beim Durchtritt durch den Ofen (10, 10') ein Temperaturprofil durchläuft.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit und/oder das Temperaturprofil geregelt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit eines gewünschten Vorglüh-/Trockengrades und/oder Sintergrades und Temperaturprofils eine optimale Vorschubgeschwindigkeit ermittelt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das das Bauteil Oxidkeramik, Silikatkeramik, Nichtoxidkeramik und/oder andere Keramikkomposita enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidkeramik Al₂O₃, die Silikatkeramik Sillimanit und die Nichtoxidkeramik SiC umfassen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Sintertemperatur 2300°C beträgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung des Ofens (10, 10') in der Verglüh-/Trockenzone (14) und/oder Sinterzone (12) mittels elektrischer Beheizung, Mikrowellenbeheizung oder Induktionsbeheizung erfolgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Verglüh-/Trockenvorgang ein Sintervorgang anschließt und in Bewegungsrichtung des Bauteils ein Gasstrom aufgeprägt wird, der die Verglühgase von der Verglüh-/Trockenzone (14) in die Sinterzone (12) trägt, in der diese nachverbrannt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasstrom im Bereich der Oberfläche des Bauteils und/oder im Bauteilinneren aufgeprägt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verglüh-/Trocken- und/oder Sintervorgang die Formgebung des Bauteils mittels eines Extruders erfolgt, der derart angeordnet ist, daß ein extrudiertes Bauteil vom Extruder unmittelbar in den Ofen (10, 10') geführt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Bauteils mittels einer oder mehrerer in den Kernen der Extrudiermundstücke vorgesehenen Belüftungsbohrungen mit einem Trägergasstrom versorgt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig parallel mehrere Bauteile in dem Ofen (10, 10') verglüht/getrocknet und/oder gesintert werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verglühende/zu trocknende und/oder zu sinternde Bauteil in vertikaler Richtung durch den Ofen (10, 10') bewegt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Ofen (10, 10') beheizte Zone des Bauteils dieses von unten nach oben durchläuft.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verglühende/zu trocknende und/oder zu sinternde Bauteil relativ zu dem Ofen (10, 10') in eine Drehbewegung versetzt wird.