DE10159289A1 - Ceramic injection molding process comprises forming a liquid or plastic ceramic composition with a binder, injecting the mixture into a mold and forming a blank, and sintering the blank in a sintering oven - Google Patents
Ceramic injection molding process comprises forming a liquid or plastic ceramic composition with a binder, injecting the mixture into a mold and forming a blank, and sintering the blank in a sintering ovenInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem keramischen Spritzgussverfahren nach der Gattung des Hauptanspruches, bzw. der Nebenansprüche 8 und 11.The invention is based on a ceramic Injection molding process according to the type of the main claim, or of subsidiary claims 8 and 11.
Aus dem Stand der Technik ist das keramische Spritzgussverfahren zur Herstellung endkonturfertiger, keramischer Formteile mit geringen Taktzeiten und hohen Stückleistungen bekannt. Bei diesen Verfahren wird der keramischen Masse ein thermoplastischer Kunststoff beigemischt, sodass hierdurch die Formgebung der keramischen Spritzgussteile im Wesentlichen der Formgebung von Kunststoff-Spritzgussteilen entspricht. Die so hergestellte Mischung aus Kunststoff und Keramik wird zunächst auf 150°C bis 250°C aufgeheizt, sodass der Kunststoffanteil der Mischung flüssig wird, bevor sie unter hohem Druck in eine gekühlte Spritzgussform eingespritzt wird. Nach dem Spritzvorgang erstarrt der Kunststoff, und der abgekühlte Formling hat eine ausreichende Festigkeit, um problemlos entformt und weiterbehandelt zu werden. Hierbei ist nun aber erforderlich, dass die so hergestellten Formlinge in einem langwierigen thermischen, katalytischen oder lösungsmittelgestützten Entbindungsprozess vom Kunststoff befreit werden. Da sich zur Bindung der feinkörnigen keramischen Massebestandteile ein sehr hoher Volumenanteil an Kunststoff in der Kunststoff-Keramik-Mischung befindet, entstehen bei der Entbinderung hochporöse Formteile, deren Volumen sich deshalb beim nachfolgenden Sinterprozess stark verkleinert, sodass im Material der Formteile Spannungen entstehen, die zu Rissen und inneren Gefügeschäden führen können. Zur Vermeidung solcher Schädigungen sind schonende und sehr viel Zeit in Anspruch nehmende Entbindungs- und Brennintervalle erforderlich. Bspw. kann bei dickwandigen Formteilen eine solche Entbindung zur Vermeidung von Schwindungsrissen mehrere Wochen dauern. Zudem ist es erforderlich, die dabei ausgasenden und unverbrannten Kunststoffe, die mit den Rauchgasen den Ofen verlassen, mit Hilfe einer Nachbrennung zu beseitigen.This is ceramic from the prior art Injection molding process for the production of final contours, ceramic molded parts with short cycle times and high Unit performance known. With these procedures the ceramic mass mixed with a thermoplastic, so that the shape of the ceramic injection molded parts essentially the shape of plastic injection molded parts equivalent. The mixture of plastic and Ceramic is first heated to 150 ° C to 250 ° C so that the plastic portion of the mixture becomes liquid before taking it under high pressure is injected into a cooled injection mold. After the injection process, the plastic solidifies, and the cooled molding has sufficient strength to to be easily removed from the mold and treated further. Here is but now required that the moldings thus produced in one lengthy thermal, catalytic or solvent-based delivery process from plastic be freed. Because it binds the fine-grained ceramic Mass components a very high volume of plastic in the plastic-ceramic mixture is created at Debinding highly porous molded parts, the volume of which is therefore greatly reduced in the subsequent sintering process, so that in the Material of the molded parts creates stresses that lead to cracks and can lead to internal structural damage. To avoid such Damage is gentle and takes a lot of time increasing delivery and firing intervals required. For example. In the case of thick-walled molded parts, such delivery can Avoiding shrinkage cracks can take several weeks. It is also necessary to outgas and unburned plastics containing the flue gases from the furnace leave to eliminate with the help of an afterburn.
Bei einem anderen aus dem Stand der Technik bekannten keramischen Spritzgussverfahren wird der keramischen Masse ein wasserlösliches Bindemittel beigemischt, das im Anschluss an den Spritzgießvorgang teilweise mit Wasser aus dem Formling herausgewaschen werden kann. In den Bereichen des ausgewaschenen Bindemittels ergeben sich hierbei Kanalstrukturen, die beim folgenden Sintern der Keramik eine verbesserte Sauerstoffzufuhr ins Bauteilgefüge ermöglichen und ebenfalls zu einer starken Verkleinerung des Keramikteiles und zu Spannungen im Keramikmaterial führen. Reste des Bindemittels führen beim sich anschließenden keramischen Brand zudem zur Bildung von Schwelgasen mit Anteilen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, die eine zusätzliche Reinigung dieser beim Brennprozess austretenden Rauchgase erforderlich machen.In another known from the prior art Ceramic injection molding process is the ceramic mass admixed with water-soluble binder, which after the Injection molding partly with water from the molding can be washed out. In the areas of washed out binder result Channel structures that a enable improved oxygen supply into the component structure and also to a large reduction in the size of the ceramic part and Lead tensions in the ceramic material. Residues of the binder lead to the subsequent ceramic fire Formation of carbonization gases with proportions of unburned Hydrocarbons, which require additional cleaning of these Require combustion process escaping smoke gases.
Das keramische Spritzgussverfahren gemäß der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches und der Nebenansprüche 8 und 11 hat demgegenüber die Vorteile, dass beim Sintern der keramischen Formteile der Prozess der Entbinderung vollkommen entfällt und beim Sintervorgang keine Poren und Kanäle wie beim konventionellen Spritzguss mit Thermoplasten auftreten, die zu einer starken Verringerung der Volumens der Keramikteile und damit zu erhöhten Spannungen im Keramikmaterial führen. Beim erfindungsgemäßen Spritzgussverfahren entfällt zudem eine Reinigung der Rauchgase wegen fehlender ausgasender Kunststoffe und der damit verbundenen Bildung von Schwelgasen. The ceramic injection molding process according to the invention with the characteristic features of the main claim and In addition, claims 8 and 11 have the advantages that when sintering the ceramic moldings the process of Debinding is completely eliminated and none during the sintering process Pores and channels as with conventional injection molding Thermoplastics occur, which lead to a sharp reduction in the Volume of the ceramic parts and thus to increased stresses in the Guide ceramic material. In the invention Injection molding also eliminates the need to clean the flue gases because of the lack of outgassing plastics and with it associated formation of carbonization gases.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Formling nach der Formgebung in der Spritzgussform in einem konventionellen Trockner auf einen Restfeuchtegehalt von weniger als 1% getrocknet. Das Auftreten von Schwelgasen beim nachfolgenden Sinterprozess wird durch die nicht vorhandene Organik im zu brennenden Spritzgussteil vollständig vermieden.According to an advantageous embodiment of the invention Mold after molding in an injection mold in one conventional dryer to a residual moisture content of less dried as 1%. The occurrence of carbonization gases in the subsequent sintering process is due to the nonexistent Organic in the injection molded part to be burned completely avoided.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Spritzgussform zur Beschleunigung des Aushärtens der Mischung aufgeheizt.According to a further advantageous embodiment of the invention the injection mold is used to accelerate the curing of the Mixture heated up.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden das Wasserglas und die keramische Masse in einem Volumenverhältnis von 1 bis 12 Teilen Wasserglas auf 100 Teile keramische Masse insb. in einem Volumenverhältnis von 5 Teilen Wasserglas auf 100 Teile keramische Masse gemischt. Erfahrungsgemäß ergeben sich mit diesen Volumenverhältnissen die qualitativ besten Keramikprodukte.According to a further advantageous embodiment of the invention the water glass and the ceramic mass become one Volume ratio of 1 to 12 parts of water glass to 100 parts ceramic mass especially in a volume ratio of 5 parts Water glass mixed to 100 parts of ceramic mass. Experience has shown that these volume ratios result the best quality ceramic products.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erindung wird als Aushärtmedium CO2-Gas bzw. eine gasförmige oder eine flüssige Säure verwendet. Das Aushärten findet hiermit vor dem Sinterprozess und ohne Materialschwund statt.According to a further advantageous embodiment of the invention, CO 2 gas or a gaseous or a liquid acid is used as the curing medium. The hardening takes place before the sintering process and without loss of material.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Alkylsilikonharze und die keramische Masse in einem Volumenverhältnis von 1 bis 11 Teilen Alkylsilikonharz auf 100 Teile keramische Masse insb. in einem Volumenverhältnis von 7 Teilen Alkylsilikonharz auf 100 Teile keramische Masse gemischt. Dies ermöglicht ein sehr schnelles Aushärten bei einer problemlos realisierbaren Temperatur der Spritzgussform.According to a further advantageous embodiment of the invention become alkyl silicone resins and the ceramic mass in one Volume ratio of 1 to 11 parts of alkyl silicone resin per 100 Parts of ceramic mass in particular in a volume ratio of 7 Parts of alkyl silicone resin mixed to 100 parts of ceramic mass. This enables a very quick curing with no problems realizable temperature of the injection mold.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Geliermittel und die keramische Masse in einem Volumenverhältnis von 0,5 bis 13 Teilen Geliermittel auf 100 Teile keramische Masse, vorzugsweise in einem Volumenverhältnis von 8 Teilen Geliermittel auf 100 Teile keramische Masse gemischt. Bei der nachfolgenden Temperaturbehandlung einer Mischung mit diesem Volumenverhältnis ergeben sich erfahrungsgemäß die besten Resultate.According to a further advantageous embodiment of the invention becomes a gelling agent and the ceramic mass in one Volume ratio of 0.5 to 13 parts of gelling agent per 100 parts ceramic mass, preferably in a volume ratio of 8 parts of gelling agent mixed to 100 parts of ceramic mass. at the subsequent heat treatment of a mixture with experience shows that this volume ratio results in best results.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Spritzgussform während- oder nach dem Spritzgussvorgang unter elektrische Spannung gesetzt, was ein Ablösen der Formteile aus der Spritzgussform sehr erleichtert.According to a further advantageous embodiment of the invention is the injection mold during or after Injection molding under voltage, what a Detaching the molded parts from the injection mold is very easy.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erindung weist die Spritzgussform durchgehende Kanäle in ihren materialberührenden Flächen auf, wodurch diese Innenflächen der Spritzgussform zur schnellen Kontaktierung und Aushärtung der Spritzgussteile mit Gas belüftet oder mit einer Säure benetzten werden können, wodurch dann die Verfestigungsreaktion mit der Spritzgussmasse stattfindet und mit denen ebenfalls nach der Verfestigung der Spritzgussteile durch eine Belüftung der Kanäle mit Luft ein Ausstoß der Formteile aus der geöffneten Spritzgussform erfolgen kann. According to a further advantageous embodiment of the invention the injection mold has continuous channels in its surfaces in contact with the material, whereby these inner surfaces of the Injection mold for quick contacting and hardening of the Injection molded parts aerated with gas or wetted with an acid can be, which then the solidification reaction with the Injection molding compound takes place and with which also after the Solidification of the injection molded parts by ventilation of the channels with air an ejection of the molded parts from the open Injection mold can be made.
Nach weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind die produktberührenden Flächen in der Spritzgussform aus Gips oder aus Kunststoff mit einer porösen Materialstruktur oder aus einem Gips-Metallverbund oder aus einem Kunststoff- Metallverbund hergestellt, durch welche die Spritzgussformen belüftbar werden.According to further advantageous embodiments of the invention the surfaces in contact with the product in the injection mold made of plaster or made of plastic with a porous material structure or a gypsum-metal composite or a plastic Metal composite made through which the injection molds be ventilated.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the invention are the following description and the claims removable.
Einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Spritzgussverfahrens werden im Folgenden näher beschrieben.Some embodiments of the invention Injection molding processes are described in more detail below.
Bei jedem der im Folgenden näher erläuterten Spritzgussverfahren liegt zunächst Anmachwasser vor, in das das Binde- oder Reaktionsmittel eingemischt wird und das dann anschließend mit den keramischen Rohstoffen homogen vermischt wird und dann als fertige Spritzgussmasse nach dem Einspritzen in die Spritzgussform durch thermische- oder Fällungsreaktionen verfestigt. Diese bei der Verfestigung ablaufende anorganische Polymerisation oder Fällungsreaktion findet innerhalb der Materialmatrix statt, ohne dass dabei der Einsatz von thermisch zu schmelzenden Bindemitteln, wie bspw. von Trägerkunststoffen, erforderlich wäre. Der auf diese Weise hergestellte Formling weist eine ausreichende Festigkeit auf, um zur Herstellung eines Endproduktes weiterverarbeitet zu werden.In each of the injection molding processes explained in more detail below there is first of all mixing water into which the binding or Reagent is mixed in and then with the ceramic raw materials is mixed homogeneously and then as a finished injection molding compound after injection into the Injection mold through thermal or precipitation reactions solidified. This inorganic that runs off during solidification Polymerization or precipitation reaction takes place within the Material matrix instead of using the thermal melting binders, such as, for example, carrier plastics, would be required. The molding produced in this way has sufficient strength to produce a End product to be processed.
Der keramischen Masse wird als Bindemittel Wasserglas beigemischt, sodass das Volumenverhältnis von Wasserglas zur restlichen keramischen Masse 1% bis 12%, vorzugsweise 5% beträgt. Wasserglas ist eine wässrige Alkalisilikat-Lösung im vorliegenden Fall bevorzugterweise auf der Basis von Natrium oder Kalzium, dass es sich in die keramischen Masse gut einmischen lässt.The ceramic mass is used as a water glass binder admixed so that the volume ratio of water glass to remaining ceramic mass 1% to 12%, preferably 5% is. Water glass is an aqueous alkali silicate solution in the present case preferably based on sodium or Calcium that it can mix well in the ceramic mass leaves.
Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird die Mischung aus keramischer Masse und Wasserglas einer Spritzgussmaschine zugeführt, wobei diese Mischung bereits während der Einspritzens in die Spritzgussform, oder in der Spritzgussform selber einem CO2-Gas oder einer gasförmigen oder flüssigen Säure ausgesetzt wird, was zu einer weitgehenden Aushärtung der Mischung führt. Chemisch ist dieser Aushärteprozss mit einer Ausfällung von SiO2 verbunden. Hierbei kann noch eine erhebliche Beschleunigung des Aushärteprozesses bewirkt werden, wenn der Mischung in der Spritzgussform noch zusätzlich Wärme zugeführt wird, indem die Spritzgussform beheizt wird.In the further course of the process, the mixture of ceramic mass and water glass is fed to an injection molding machine, this mixture being exposed to a CO 2 gas or a gaseous or liquid acid already during the injection into the injection mold or in the injection mold itself, which leads to a leads to extensive curing of the mixture. Chemically, this curing process is associated with the precipitation of SiO 2 . Here, a considerable acceleration of the curing process can be brought about if additional heat is added to the mixture in the injection mold by heating the injection mold.
Vor dem nachfolgenden Brand wird der aus Keramik und Wasserglas bestehende Formling insoweit getrocknet, dass sich ein Restfeuchtegehalt von weniger als 1% ergibt. Before the subsequent fire, the ceramic and Water glass existing molding dried to the extent that a Residual moisture content of less than 1%.
Der keramischen Masse wird als Bindemittel Alkylsilikonharz beigemischt, sodass das Volumenverhältnis von Alkylsilikonharz zur restlichen keramischen Masse 1% bis 11%, vorzugsweise 7% beträgt.The ceramic mass is used as an alkyl silicone resin binder admixed so that the volume ratio of alkyl silicone resin to the remaining ceramic mass 1% to 11%, preferably 7% is.
Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird diese letztere Mischung in eine auf 100°C bis 200°C aufgeheizte Spritzgussform gespritzt, wodurch eine sehr schnelle Verfestigung des Harzanteiles dieser Mischung eintritt, sodass der Formling problemlos der Spritzgussform entnommen und weiterverarbeitet werden kann.In the further course of the process, this latter mixture is in an injection mold heated to 100 ° C to 200 ° C, which causes a very rapid solidification of the resin content Mixture occurs, so that the molding easily Injection mold can be removed and processed.
Als Bindemittel wird der keramischen Masse ein wasserlösliches Geliermittel, wie bspw. Agarose, ein aus Algen hergestelltes Polymer, beigemischt, sodass das Volumenverhältnis von Geliermittel zur keramischen Masse 0,5% bis 13%, vorzugsweise 8% beträgt.The ceramic mass becomes a water-soluble binder Gelling agents, such as agarose, a made from algae Polymer, admixed so that the volume ratio of Gelling agent to the ceramic mass 0.5% to 13%, preferably Is 8%.
Im weiteren Verlauf der Verfahrens wird diese letztere Mischung erhitzt, um anschließend in eine abgekühlte Spritzgussform eingespritzt zu werden.In the further course of the process, this latter mixture heated, then into a cooled injection mold to be injected.
Der eigentliche Spritzgießvorgang kann hierbei dadurch verbessert werden, dass die Spritzgussform unter elektrische Spannung gesetzt wird, was bewirkt, dass der Formling leichter aus der Spritzgussform abgelöst werden kann. Dieser Effekt wird auch erreicht, wenn die Spritzgussform belüftbare Flächen aus porösen Material, wie bspw. einem Sintermetall aufweist, um die Innenfläche der Form mit Luft zu belüften.The actual injection molding process can thereby be improved that the injection mold is under voltage is set, which makes the molding easier to remove from the Injection mold can be detached. This effect will also achieved when the injection mold ventilated surfaces made of porous Material such as a sintered metal to the Air the inner surface of the mold.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Spritzgussform außer aus Metall auch aus Gips, aus einem Kunststoff mit poröser Materialstruktur, aus einem Gips-Metallverbund oder aus einem Kunststoff-Metallverbund herzustellen, was zu einer Verbesserung des erfindungsgemäßen Spritzgussverfahrens beiträgt.There is also the option of excluding the injection mold Metal also from plaster, from a plastic with porous Material structure, from a plaster metal composite or from one Manufacture plastic-metal composite, resulting in an improvement contributes to the injection molding process according to the invention.
Die nach den obigen Verfahren hergestellten Formlinge werden anschließend auf die gleiche Weise gesintert, wie es bei konventioneller Silikatkeramik üblich ist, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird.The moldings produced by the above processes are then sintered in the same way as for conventional silicate ceramics is common, so no closer here it will be discussed.
Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description and in the following claims features shown can be used both individually and in any combination with each other be essential to the invention.
Claims (19)
- - Herstellung einer flüssigen oder plastischen keramischen Masse mit einem Bindemittel;
- - Einspritzen der Mischung in die Spritzgussform einer Spritzgießmaschine und Herstellung eines Formlings;
- - Sintern des Formlings in einem Sinterofen; dadurch gekennzeichnet,
- - dass als Bindemittel Wasserglas, d. h., eine wässrige Alkalisilikat-Lösung auf Natrium- oder Kalziumbasis verwendet wird;
- - dass die Mischung zum Zweck des Aushärtens beim Einspritzen in die Spritzgussform und/oder bei der Formgebung in der Spritzgussform einem Aushärtmedium ausgesetzt wird.
- - Production of a liquid or plastic ceramic mass with a binder;
- - Injecting the mixture into the injection mold of an injection molding machine and producing a molding;
- - Sintering the blank in a sintering furnace; characterized by
- - That water glass, ie, an aqueous alkali silicate solution based on sodium or calcium is used as a binder;
- - That the mixture is exposed to a curing medium for the purpose of curing when it is injected into the injection mold and / or during shaping in the injection mold.
- 1. Herstellung einer flüssigen oder plastischen keramischen Masse;
- 2. Herstellung einer Mischung aus der keramischen Masse und einem Bindemittel;
- 3. Einspritzen der Mischung in die Spritzgussform einer Spritzgießmaschine und Herstellung eines Formlings;
- 4. Sintern des Formlings in einem Sinterofen;
- 1. dass als Bindemittel Alkylsilikonharz verwendet wird;
- 2. dass die Mischung zum Zweck des Aushärtens in eine auf 100°C bis 200°C aufgeheizte Spritzgussform eingespritzt wird.
- 1. Production of a liquid or plastic ceramic mass;
- 2. Preparation of a mixture of the ceramic mass and a binder;
- 3. Injecting the mixture into the injection mold of an injection molding machine and producing a molding;
- 4. sintering the blank in a sintering furnace;
- 1. that alkyl silicone resin is used as a binder;
- 2. that the mixture is injected for the purpose of curing into an injection mold heated to 100 ° C to 200 ° C.
- - Herstellung einer flüssigen oder plastischen keramischen Masse;
- - Herstellung einer Mischung aus der keramischen Masse und einem Bindemittel;
- - Einspritzen der Mischung in die Spritzgussform einer Spritzgießmaschine und Herstellung eines Formlings;
- - Sintern des Formlings in einem Sinterofen;
- 1. dass als Bindemittel ein Geliermittel, wie bspw. Agarose verwendet wird;
- 2. dass die Mischung zum Zweck des Aushärtens zunächst aufgeheizt wird und anschließend in eine gekühlte Spritzgussform eingespritzt wird.
- - Production of a liquid or plastic ceramic mass;
- - Preparation of a mixture of the ceramic mass and a binder;
- - Injecting the mixture into the injection mold of an injection molding machine and producing a molding;
- - Sintering the blank in a sintering furnace;
- 1. that a gelling agent, such as agarose, is used as the binder;
- 2. that the mixture is first heated for the purpose of curing and then injected into a cooled injection mold.
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