Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
keramischen Bauteilen.The present invention relates to a method for producing
ceramic components.
Für die Herstellung von keramischen Bauteilen mit komplizierten Oberflächen
strukturen wird heute in der Regel das Schlickergussverfahren eingesetzt. Dieses
Verfahren besitzt den Nachteil, daß nur dünnwandige Hohlkörper mit homogener
Struktur gegossen werden können. Mit zunehmender Wandstärke lassen sich hoch
zuverlässige Bauteile nach diesem Verfahren nicht mehr herstellen. Die
Oberflächengüte keramischer Bauteile hängt in entscheidendem Masse von der
Oberflächenqualität der für die Formgebung verwendeten Formen ab. Für das
Schlickergussverfahren werden in der Regel Gipsformen verwendet, die im
allgemeinen mehr oder weniger große Poren aufweisen. Die Gipsformen entziehen der
Suspension das Wasser und verfestigt sie dadurch. Je nach Porengröße und
Porenmenge ist daher die Oberflächengüte des keramischen Bauteils zu erwarten.For the production of ceramic components with complicated surfaces
structures, the slip casting process is generally used today. This
The method has the disadvantage that only thin-walled hollow bodies with homogeneous
Structure can be cast. With increasing wall thickness, they can be high
no longer manufacture reliable components using this method. The
The surface quality of ceramic components depends crucially on the
Surface quality of the forms used for the shaping. For the
Gypsum molds are generally used in slip casting processes
generally have more or less large pores. The plaster molds withdraw from the
Suspension the water and thereby solidifies it. Depending on the pore size and
Pore quantity, the surface quality of the ceramic component can therefore be expected.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren bereitzustellen, das
die Nachteile der im Stand der Technik bekannten Verfahren nicht aufweist.The object of the present invention was therefore to provide a method which
does not have the disadvantages of the methods known in the prior art.
Gelöst wurde die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die Merkmale des
Hauptanspruchs. Vorzugsweise Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.The object on which the invention is based was achieved by the features of
Main claim. Refinements are preferred in the subclaims
described.
Überraschenderweise gelang es durch die Anwendung des sogenannten DCC-
Verfahrens insbesondere keramische Bauteile mit komplexen Oberflächenstrukturen
herzustellen.Surprisingly, the so-called DCC-
Process in particular ceramic components with complex surface structures
to manufacture.
Beim erfindungsgemäß eingesetzten DCC-Verfahren, die Abkürzung steht für Direct
Coagulation Casting, wird der keramischen Suspension aus Keramikpulver und
Wasser zunächst Harnstoff zugesetzt. Anschließend wird das Enzym Urease
zugegeben, bevor sie in eine Form gegeben wird. Das Enzym Urease bewirkt dann,
dass der in der Suspension enthaltene Harnstoff in Kohlensäure und Ammoniak
gespalten wird. Die ursprünglich saure Suspension wird dadurch alkalisch bis zu
einem pH-Wert von neun. Dort erreicht sie ihren Null-Ladungspunkt und wird stabil.
Der besondere Vorteil besteht darin, dass diese Reaktion bereits bei Raumtemperatur
abläuft. Ein weiterer Vorteil im Vergleich zu den anderen bekannten Verfahren besteht
darin, dass die Koagulation an verschiedenen Stellen im Bauteil simultan startet. Das
Ergebnis ist ein völlig homogener Körper ohne Mikrofehler, der lediglich getrocknet
und anschließend gesintert wird. Ein Ausbrennen wie bei dem Spritzgussverfahren ist
ebensowenig nötig wie eine im Schlickergussverfahren nötige Entwässerung. Da das
DCC-Verfahren auch den Einsatz von sogenanntem Nanopulver mit einem
Körnchendurchmesser von einem zehntausendstel Millimeter und kleiner ermöglicht,
lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäß eingesetzten DCC-Verfahrens auch feinste
Strukturen in der Oberfläche des keramischen Bauteils realisieren. Weitere
Einzelheiten zum DCC-Verfahren sind in der WO 94/02429 und in der WO 94/24064
offenbart, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.In the DCC method used according to the invention, the abbreviation stands for Direct
Coagulation casting, the ceramic suspension is made of ceramic powder and
Water is first added to urea. Then the enzyme urease
added before putting it in a mold. The enzyme urease then causes
that the urea contained in the suspension in carbonic acid and ammonia
is split. The originally acidic suspension becomes alkaline up to
a pH of nine. There it reaches its zero charge point and becomes stable.
The particular advantage is that this reaction already at room temperature
expires. Another advantage is compared to the other known methods
in that the coagulation starts simultaneously at different points in the component. The
The result is a completely homogeneous body without micro-defects that only dries
and then sintered. Burning out is like with the injection molding process
just as little necessary as drainage required in the slip casting process. Since that
DCC process also the use of so-called nanopowder with a
Allows grain diameters of ten thousandths of a millimeter and smaller,
With the help of the DCC process used according to the invention, even the finest can be obtained
Realize structures in the surface of the ceramic component. Further
Details of the DCC process are in WO 94/02429 and in WO 94/24064
to which express reference is made.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht beispielsweise vor, dass eine keramische
Ausgangsmischung, mit einem Feststoffgehalt von beispielsweise über 50 Vol-%, in
einer wässrigen Suspension gemahlen wird. Der pH-Wert der Mischung wird dabei auf
4 bis 4,5 eingestellt. Nach der Mahlung wird Harnstoff und eine Menge des Enzyms
Urease hinzugefügt, die geeignet ist, den Harnstoff abzubauen, bevor diese
Suspension ("scharfer" Schlicker) in eine Form, die die entsprechende
Oberflächenstruktur aufweist, abgegossen wird. Durch die enzymkatalysierte
Harnstoffzersetzung verschiebt sich der pH-Wert der Suspension nach 9, wobei die
Suspension koaguliert. Der so hergestellte Grünkörper wird nach der Entformung
getrocknet und gesintert. Der Sinterprozeß kann drucklos erfolgen, aber auch das
Vorsintern, gefolgt von anschließender heißisostatischer Nachverdichtung, ist möglich.The method according to the invention provides, for example, that a ceramic
Starting mixture with a solids content of, for example, over 50% by volume, in
an aqueous suspension is ground. The pH of the mixture is raised to
4 to 4.5 set. After grinding, urea and a lot of the enzyme
Added urease, which is apt to break down the urea before this
Suspension ("sharp" slip) in a form that matches the corresponding
Has surface structure, is poured. By the enzyme-catalyzed
Urea decomposition shifts the pH of the suspension to 9, with the
Suspension coagulates. The green body produced in this way is removed from the mold
dried and sintered. The sintering process can be done without pressure, but that too
Pre-sintering, followed by subsequent hot isostatic densification, is possible.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es überraschenderweise, selbst
Körper mit komplexen Oberflächen, beispielsweise Zähne, Münzen, Figuren,
archäologische Funde usw. detailgetreu abzubilden. Dies wird erfindungsgemäß
möglich durch die Wahl eines geeigneten Formenmaterials, mit dem die komplexen
Oberflächen der Vorlagen detailgetreu abgebildet werden können. Als
erfindungsgemäß geeignetes Formenmaterial kann fast jedes Material eingesetzt
werden, mit dem die Form und die Oberflächenstrukturen der Vorlagen abgebildet
werden können. So können beispielsweise Formen aus Kunststoff, Metall, Gummi,
Holz usw. eingesetzt werden. Für die Herstellung keramischer Bauteile mit besonders
hoher Oberflächengüte, d. h. Oberflächen, die keine beispielsweise durch Poren
aufweisende Formen hervorgerufene Fehler aufweisen, sind insbesondere Materialien
bevorzugt, die Formen mit porenfreier Oberfläche ergeben. Als solche sind
erfindungsgemäß Materialien aus Kunststoff geeignet. Besonders die für die
Herstellung von Bauteilen mit höchster Präzision verwendeten Materialien sind
erfindungsgemäß bevorzugt. Beispielhaft genannt seien die im Dentalbereich
eingesetzten Materialien, wie beispielsweise Silikon-Elastomere, Vinylpolysiloxan-
Abformmassen oder Polyetherabformwerkstoffe, die von Dentalzulieferfirmen, wie z. B.
Fa. ESPE, hergestellt werden.The method according to the invention surprisingly succeeds even
Bodies with complex surfaces, e.g. teeth, coins, figures,
depict archaeological finds etc. in great detail. This is according to the invention
possible by choosing a suitable mold material with which the complex
The surfaces of the templates can be reproduced true to detail. As
Mold material suitable according to the invention can use almost any material
with which the shape and surface structures of the templates are mapped
can be. For example, molds made of plastic, metal, rubber,
Wood etc. are used. For the production of ceramic components with special
high surface quality, d. H. Surfaces that have no pores, for example
Forms exhibiting defects that are produced are, in particular, materials
preferred which give shapes with a non-porous surface. As such are
Suitable materials made of plastic according to the invention. Especially for them
Manufacture of components with the highest precision materials are used
preferred according to the invention. Examples are those in the dental field
used materials, such as silicone elastomers, vinyl polysiloxane
Impression materials or polyether impression materials, which are supplied by dental suppliers, such as B.
From ESPE.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Verwendung von Materialien
beschränkt, die für Hochleistungskeramiken eingesetzt werden, sondern kann
insbesondere auch mit den in der Dentalprothetik eingesetzten keramischen
Materialien eingesetzt werden.The method according to the invention is not based on the use of materials
limited, which can be used for high-performance ceramics, but can
especially also with the ceramic used in dental prosthetics
Materials are used.
Aufgrund der im erfindungsgemäß eingesetzten DCC-Verfahren ablaufenden
homogenen Koagulation ergeben sich keine Begrenzungen hinsichtlich
Dickeunterschieden im keramischen Bauteil; die Zuverlässigkeit der Keramik bleibt
auch dabei erhalten.Because of the DCC process used according to the invention
homogeneous coagulation there are no restrictions with regard to
Differences in thickness in the ceramic component; the reliability of the ceramic remains
also get there.