DE102015201163B4 - Verfahren zum Recyceln - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Recyceln von Materialabtragungen, welche bei einer Hartbearbeitung eines Werkstücks entstehen, und/oder zum Recyclen von Komponenten, die Siliziumnitrid und/oder Sialon aufweisen, bei welchem die Komponenten zerkleinert werden und/oder ein Trennen der Materialabtragungen von einer Flüssigkeit und ein Zerkleinern wenigstens eines Teils der Materialabtragungen erfolgt, wobei ein Ausglühen der Materialabtragungen und/oder der zerkleinerten Komponenten bei einer Temperatur zwischen 200°C und 600°C erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recyceln von Materialabtragungen, welche bei einer Hartbearbeitung eines Werkstücks entstehen, und/oder zum Recyclen von Komponenten, die Siliziumnitrid und/oder Sialon aufweisen.
  • Materialabtragungen, die bei einer Hartbearbeitung von Werkstücken anfallen, und Komponenten, die Siliziumnitrid und/oder Sialon aufweisen, werden aktuell nicht recycelt.
  • Die Druckschrift DE 37 44 692 C2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus Siliziumnitrid, wobei ein Vermischen eines Siliziumnitridpulvers mit einem Sinterhilfsmittel vorzugsweise durch die Verwendung einer Mühle erfolgt. Ferner offenbart die Druckschrift DE10 2013 218 450 B3 ein Verfahren zum Recycling von pulverförmigen Siliziumcarbid-Abfallprodukten.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere in einer effizienten Handhabung derartiger Materialabtragungen bzw. Komponenten. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
  • Es wird ein Verfahren zum Recyceln von Materialabtragungen, welche bei einer Hartbearbeitung eines Werkstücks entstehen, und/oder zum Recyclen von Komponenten, die Siliziumnitrid und/oder Sialon aufweisen, vorgeschlagen, bei welchem die Komponenten zerkleinert werden und/oder ein Trennen der Materialabtragungen von einer Flüssigkeit und ein Zerkleinern wenigstens eines Teils der Materialabtragungen erfolgt. Unter einem „Verfahren zum Recyceln von Materialabtragungen und/oder Komponenten“ soll insbesondere ein Verfahren verstanden werden, bei welchem zumindest aus den Materialabtragungen und/oder Komponenten ein Bauelement erzeugt wird, welches bei der Herstellung einer Vorrichtung verwendet werden kann und dabei Teil der Vorrichtung wird, und/oder bei dem zumindest aus den Materialabtragungen und/oder Komponenten ein Stoff erzeugt wird, mittels welchem ein derartiges Bauelement herstellbar ist. Erfindungsgemäß wird eine effiziente Handhabung der Materialabtragungen und/oder Komponenten und insbesondere eine sinnvolle Wiederverwendung der Materialabtragungen und/oder Komponenten unter Kosteneinsparung erreicht. Insbesondere können mittels der Materialabtragungen und/oder Komponenten wieder keramische Bauteile hergestellt werden. Insbesondere ist das Hartbearbeiten ein Schleifprozess.
  • Insbesondere können die Komponenten solche sein, die als Ausschuß deklariert worden sind oder in einer Anwendung bereits im Einsatz waren.
  • Vorzugsweise weisen die Materialabtragungen Siliziumnitrid und/oder Sialon auf. Mit Vorteil sind die Materialabtragungen von einer Komponente, die Sialon und/oder Siliziumnitrid aufweist. Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Komponente zerkleinert werden.
  • Es erfolgt ein Ausglühen der Materialabtragungen und/oder der zerkleinerten Komponenten, und zwar bei einer Temperatur zwischen 200°C und 600°C und besonders bevorzugt bei 400°C. Dadurch können organische Anteile entfernt werden.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass den zerkleinerten Komponenten und/oder den Materialabtragungen nachfolgend Sinteradditive und/oder Bindemittel hinzugefügt werden. Vorzugsweise wird hierbei, insbesondere in Abhänigkeit von dem betreffenden Werkstoff, Y2O3, Al2O3, MgO, Yb2O3, Dy2O3, CeO2,ZrO2, HfO2,Ta2O5, TiO2, TiN, AIN hinzugefügt, und zwar derart, dass der Endstoff 1 bis 30 Gewichts-% Y2O3, Dy2O3, MgO, Yb2O3, CeO2 und 1 bis 40 Gewichts-% Al2O3, 50-98 Gewichts- % Si3N4 und 0 bis 5 Gewichts-% HfO2,ZrO2,Ta2O5, TiO2, TiN, AIN aufweist.
  • Mit Vorteil wird nachfolgend derjenige Stoff, welcher durch die bisherigen Verfahrensschritte erhalten wurde, in einer Reibungsmühle gemahlen, und zwar insbesondere mit Mahlkörpern von 3 mm Durchmesser für eine Stunde. Vorzugsweise haben die durch das Mahlen erhaltenen Partikel einen durchschnittlichen Durchmesser von ca. 0,3 bis 3µm. Vorzugsweise sind 50-60 Gewichts-% des Gesamtstoffs beim Mahlen in einem festen Aggregatzustand.
  • Vorzugsweise wird derjenige Stoff, der durch das Mahlen hergestellt wurde, getrocknet und anschließend gesiebt, und zwar insbesondere in einem Sieb mit 125 Mikrometer Maschenweite. Der genannte Stoff wird Schlicker genannt.
  • Außerdem wird vorgeschlagen, dass nachfolgend derjenige Stoff, der durch die Durchführung der bisherigen Verfahrensschritte erhalten wurde, granuliert wird, indem 0,5 Gewichts-% an Polysaccarid als Binder in einem Intensivmischer zugegeben wird , wobei dieser vorzugsweise einen Rührer aufweist, der sich dabei mit 30 m/s bewegt. Vorzugsweise ist nachfolgend der Feuchtigkeitsgehalt des entstehenden Granulats zwischen 22 und 24 % und die Korngröße des Granulats ist 0,2 bis 0,6 mm.
  • Mit Vorteil wird nachfolgend das Granulat bis zu einer Restfeuchtigkeit von 6-8% zum Pressformen getrocknet, welches insbesondere mit 90 MPa erfolgt.
  • Vorzugsweise hat der durch die bisherigen Verfahrensschritte entstandene Grünling eine Dichte von 50-60% derjenigen Dichte, welche ein gesintertes Bauteil, das durch den Grünling hergestellt wird, hat.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt ein Verfahren zum Recyceln von Komponenten aus Siliziumnitrid oder SiAlON-Werkstoffen die als Ausschuss deklariert werden oder bereits im Einsatz der jeweiligen Anwendung waren und von Materialabtragungen, welche bei der Hartbearbeitung eines Werkstücks entstehen, bei welchem ein grobes Zerkleinern bzw. Aufmahlen 1 der Komponenten und der Materialabtragungen erfolgt. Durch das Aufmahlen werden Agglomerate der Materialabtragungen aufgebrochen.
  • Die Materialabtragungen bestehen aus verunreinigtem Siliziumnitrid oder SiAlON und fallen bei der Endbearbeitung von Bauteilen, die aus Siliziumnitrid oder SiA-ION bestehen, an. Dazu wird das Abfallmaterial aus den Schleif- und Polierprozessen bei der Endbearbeitung der Bauteile gesammelt. Die Bauteile können Wälzkörper sein. Das Abfallmaterial sind die Materialabtragungen. Dieses Abfallmaterial ist mit organischen und anderen keramischen und metallischen Stoffen verunreinigt und enthält bereits Sinteradditive, und zwar je nach Ausgangswerkstoff Y2O3, Dy2O3, MgO, Yb2O3, CeO2 und Al2O3, die aus dem Herstellungsprozess derbearbeiteten Bauteile stammen.
  • Als weiterer Schritt wird ein Sieben 2 durchführt um eine einheitliche Korngrössenfraktion zu erhalten. Durch ein anschließendes Ausglühen 3 der Materialabtragungen bei 400°C werden organische Verunreinigungen abgetrennt. Danach werden unter Mahlung 4 in wässriger Lösung Sinteradditive hinzugefügt, und zwar wahlweise oder in Kombinationen je nach eingesetztem Recycling-Ausgangswerkstoff 0-15 6 Masse-% Y2O3, ZrO2, Dy2O3, MgO, Yb2O3 oder CeO2 und 0-10 Masse-% Al2O3.
  • Danach erfolgt ein Granulieren 5 vorzugsweise in einem Intensivmischer, wobei zuvor dem gemahlenen Pulver ein temporäres Bindemittel hinzugefügt wird. Im ersten Schritt des Granulierens werden die hinzugegebenen Materialien homogenisiert und anschließend mit Hinzugabe von Wasser granuliert. Hierbei herrscht eine durchschnittliche Feuchte von 23% vor, um eine Granulierung durchzuführen. Außerdem erfolgt ein hoher Energieeintrag mit einer Wirblergeschwindigkeit von 30 m/s, um das Granulieren zu erreichen.
  • Die chemische Grundlage des Bindemittels ist eine Polyvinylalkoholzubereitung. Das Bindemittel ist wassermischbar und hat folgende Eigenschaften: Dichte (20 °C): ca. 1,08 g/cm3, pH-Wert: ca. 6, Viskosität (20 °C): ca. 1300 mPas, Glührückstand: max. 0,5 %. Die Zugabemenge liegt zwischen 1,0 und 3,0 %, bezogen auf den Feststoffgehalt der Masse.
  • Da bei der Granulierung eine Feuchte von ca. 23% herrscht und eine Pressfeuchte des Granulats von 3,8% verwendet wird, muss das Granulat vor einer Pressformgebung trocknen. Dies erfolgt bei 110°C.
  • Vor der Hinzugabe des Bindemittels und nach der Hinzugabe der Sinteradditive wird ein Mahlprozess in einer Rührwerkskugelmühle durchgeführt. Alternativ kann dieser auch weggelassen werden.
  • Mittels der Pressformgebung 6 wird zunächst ein Grünkörper geformt, nachfolgend findet ein Sintern 7 des Grünkörpers statt und es wird ein Bauelement hergestellt. Das Bauelement kann ein Wälzkörper für ein Wälzlager sein. Die Pressformgebung 6 kann insbesondere eine axiale oder eine isostatische sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Aufmahlen
    2
    Sieben
    3
    Ausglühen
    4
    Mahlung
    5
    Granulieren
    6
    Pressformgebung
    7
    Sintern

Claims (10)

  1. Verfahren zum Recyceln von Materialabtragungen, welche bei einer Hartbearbeitung eines Werkstücks entstehen, und/oder zum Recyclen von Komponenten, die Siliziumnitrid und/oder Sialon aufweisen, bei welchem die Komponenten zerkleinert werden und/oder ein Trennen der Materialabtragungen von einer Flüssigkeit und ein Zerkleinern wenigstens eines Teils der Materialabtragungen erfolgt, wobei ein Ausglühen der Materialabtragungen und/oder der zerkleinerten Komponenten bei einer Temperatur zwischen 200°C und 600°C erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Mahlen erfolgt und/oder den zerkleinerten Komponenten und/oder den Materialabtragungen Sinteradditive und/oder Bindemittel hinzugefügt werden.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zerkleinerten Komponenten und/oder die Materialabtragungen zusammen mit den Sinteradditiven und dem Bindemittel granuliert werden.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenigstens die zerkleinerten Komponenten und/oder zumindest die Materialabtragungen gemahlen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Sinteradditive Y2O3, MgO, Yb2O3, Dy2O3, CeO2, ZrO2, HfO2, Ta2O5, TiO2, TiN, AINund/oder Al2O3 aufweisen.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei aus demjenigen Granulat, das bei einem Granulieren der zerkleinerten Komponenten und/oder der Materialabtragungen zusammen mit den Sinteradditiven und/oder dem Bindemittel entstanden ist, ein Grünkörper geformt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Grünkörper gesintert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die zerkleinerten Komponenten und/oder die Materialabtragungen Siliziumnitrid und/oder Sialon aufweisen.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, ferner umfassend: Herstellen eines Bauelements, das zumindest teilweise das Granulat umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bauelement ein Lagerelement, beispielsweise ein Wälzkörper ist.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102013218450B3 (de) 2013-09-14 2014-06-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Recycling von pulverförmigen Siliciumcarbid-Abfallprodukten

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