DE102018112375A1

DE102018112375A1 - Process for the production of molded articles from ceramic material by means of slip casting and molded articles produced therewith

Info

Publication number: DE102018112375A1
Application number: DE102018112375.2A
Authority: DE
Inventors: Franz-Peter Eckes; Christian Kunert
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus keramischen Material mittels Schlickerguss. Mit dem Verfahren können Formkörper, beispielsweise aus Quarzglas, hergestellt werden.Das Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mittels Schlickerguss sieht dabei vor, zum Gießen der Schlickermasse in eine Gussform zu verwenden, wobei die Gussform zumindest in einem Teil des Kontaktbereichs mit der eingegossenen Schlickermasse ein Formmaterial umfasst, dessen Maximum in der Mikroporenverteilung bei höchstens 1 µm liegt.The present invention generally relates to a process for the production of shaped articles from ceramic material by means of slip casting. Molded articles, for example of quartz glass, can be produced by the method. The method for producing a molded article by means of slip casting provides for casting the slip mass into a casting mold, wherein the casting mold is a molding material at least in a part of the contact area with the cast-in slip mass whose maximum in the micro pore distribution is at most 1 μm.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus keramischen Material mittels Schlickerguss. Mit dem Verfahren können Formkörper, beispielsweise aus Quarzglas, hergestellt werden.The present invention generally relates to a process for the production of shaped articles from ceramic material by means of slip casting. The process can be used to produce shaped bodies, for example of quartz glass.

Formkörper aus keramischen Material haben in viele industrielle Fertigungsprozesse Einzug erhalten, beispielsweise Tiegel oder sonstige Behälter. Ein weit verbreitetes Herstellverfahren zur Erzeugung derartiger keramischer Formkörper ist der Schlickerguss.Shaped bodies of ceramic material have found their way into many industrial production processes, for example crucibles or other containers. A widely used production process for producing such ceramic shaped bodies is slip casting.

Hierbei wird eine keramische Schlickermasse hergestellt und in eine entsprechende Gussform eingebracht. Es erfolgt eine Entwässerung und Trocknung der Schlickermasse zu einem Vor-Körper, woraufhin sich ein Sintern des Vor-Körpers bei einer vorgegebenen Sintertemperatur anschließt, um einen gesinterten, festen und temperaturstabilen Formkörper zu erhalten. Ein keramisches Material kann beispielsweise gesintertes Quarzglas umfassen.In this case, a ceramic slip mass is produced and introduced into a corresponding casting mold. Dehydration and drying of the slurry mass to a pre-body, followed by sintering of the pre-body at a predetermined sintering temperature followed to obtain a sintered, solid and temperature-stable molded body. A ceramic material may, for example, comprise sintered quartz glass.

So werden beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2006 060 561 A1 Quarzglasbehälter genannt, welche mittels Schlickerguss aus Quarzglas hergestellt werden. Diese Quarzglasbehälter können beispielsweise im Bereich der Herstellung von polykristallinem Silizium für die Solarindustrie zum Einsatz kommen. Zum Herstellen des Vor-Körpers wird die Schlickermasse in eine entsprechend aufgebaute Gussform eingebracht.For example, in the document DE 10 2006 060 561 A1 Called quartz glass container, which are produced by slip casting of quartz glass. These quartz glass containers can be used, for example, in the production of polycrystalline silicon for the solar industry. To prepare the pre-body, the slip mass is introduced into a correspondingly constructed casting mold.

Typischerweise bestehen diese Gussformen aus Gips. Auch sind Gussformen aus Ton bekannt.Typically, these molds are made of gypsum. Also clay molds are known.

Das Schlickergießen in Gussformen aus Gips ist ein seit vielen Jahren anerkanntes Herstellverfahren. Gips bietet sich aus vielerlei Gründen an. Zum einen kann der Rohstoff zur Herstellung der Gipsformen vergleichsweise einfach und kostengünstig beschafft werden. Auch das Herstellen der Gipsformen in Formengießereien, teilweise mit Hilfe eines sogenannten Mutterstücks, ist bekannt. Die Gipsformen können kernlos, mit Kern oder auch aus mehreren Einzelteilen mit verschiedenen Teilungsebenen aufgebaut sein.Slip casting in gypsum molds has been a recognized manufacturing process for many years. Plaster offers itself for many reasons. On the one hand, the raw material for producing the plaster molds can be procured comparatively easily and inexpensively. Also, the production of plaster molds in mold foundries, sometimes with the help of a so-called mother piece is known. The plaster molds can be constructed coreless, with core or even of several individual parts with different graduation levels.

Wenn im Zuge des Schlickergießens die Schlickermasse in die Gussform aus Gips eingebracht wird, beginnt ein Prozess zu laufen, bei dem der Gips der Schlickermasse Wasseranteile entzieht, wodurch sich die mineralischen Bestandteile an der Gipsform ablagern, verdichten und zunehmend verfestigen. Dieser Prozess wird als Scherbenbildung bezeichnet. Die Gipsform ist daher vorher sorgfältig zu trocknen. Sobald genügend Wasseranteile entzogen sind und der Vor-Körper hinreichend stabil ist, kann der Vor-Körper aus der Gipsform entformt werden. Die Gipsform kann gereinigt, getrocknet und für weitere Gusszyklen zur Verfügung gestellt werden.When slip slurry is introduced into the plaster mold in the course of slip casting, a process begins in which the gypsum removes portions of water from the slip mass, thereby depositing, compacting and increasingly solidifying the mineral constituents on the plaster mold. This process is called shard formation. The plaster mold must therefore be carefully dried beforehand. As soon as enough water is removed and the pre-body is sufficiently stable, the pre-body can be removed from the plaster mold. The plaster mold can be cleaned, dried and made available for further casting cycles.

Das Schlickergießen mittels Gussformen aus Gips weist allerdings auch einige Nachteile auf.Slip casting using plaster molds, however, also has some disadvantages.

Zum einen unterliegt jede Gussform bei jedem Gießzyklus einem gewissen Verschleiß, beispielsweise durch Materialabtrag an der formgebenden Kontaktfläche der Gussform, so dass die Gussform früher oder später ausgetauscht werden muss, da andernfalls vorgesehene Toleranzen in den Abmessungen der gegossenen Formkörper nicht mehr eingehalten werden können.On the one hand, each casting mold is subject to a certain degree of wear during each casting cycle, for example due to removal of material from the shaping contact surface of the casting mold, so that the casting mold must be replaced sooner or later, otherwise tolerances in the dimensions of the cast molded bodies can no longer be maintained.

Das Herstellen einer Gussform aus Gips ist zeitintensiv, da die Erhärtungszeiten des Formengipses lang sind.
Dies führt insbesondere dann zu Problemen, wenn etwa kurzfristig Teile einer Gussform aus Gips, beispielsweise beim Aufbauen, aneinanderstoßen und zerbrechen, so dass diese Gussform nicht genutzt werden kann. Die Wiederbeschaffungszeiten liegen in der Regel bei mehreren Tagen, so das an einen kurzfristigen Ersatz nicht gedacht werden kann.Producing a mold from gypsum is time consuming, since the hardening times of the molding plaster are long.
This leads in particular to problems when parts of a casting mold made of gypsum, for example during construction, abut one another and break, for example, so that this casting mold can not be used. The replacement times are usually several days, so that can not be thought of a short-term replacement.

In diesem Zusammenhang ist auch die geringe mechanische Festigkeit von Gips zu sehen, welche die kurze Haltbarkeit der Formen bedingt. Gerade bei komplizierteren Gussformen, welche aus mehreren Teilformen bestehen, ist diese Gefahr sehr groß, da nach jedem Abguss die Gussformen auseinandergenommen, gereinigt und wieder zusammengesetzt werden müssen. Ein Aneinanderstoßen von Teilformen kann sehr rasch zum Abplatzen von Ecken oder Kanten oder sonstigen Beschädigungen führen, was eine weitere Verwendbarkeit der Gussform meistens ausschließt. Das Anfertigen von Ersatz für Teilformen ist ebenso schwierig, da häufig die gesamte Gussform mit all ihren Teilformen zueinander angepasst werden muss.In this context, the low mechanical strength of gypsum is seen, which requires the short shelf life of the molds. Especially with more complicated molds, which consist of several part shapes, this danger is very large, since after each casting the molds must be taken apart, cleaned and reassembled. A collision of part shapes can very quickly lead to chipping off of corners or edges or other damage, which usually precludes further usability of the casting mold. It is just as difficult to make a substitute for part molds because often the entire mold with all its part shapes has to be adapted to each other.

Durch die geringe mechanische Stabilität von Gips werden die Gussformen häufig sehr dickwandig ausgeführt. Dies erfordert etwa bei großen Gussformen den Einbau von Armierungen bzw. Stützgestellen in die Gussform. Dadurch kann es zu einer Kontamination des Gipses und schließlich der eingegossenen Schlickermasse durch Eisenverbindungen kommen, welche dann in den Vor-Körper und schließlich das Endprodukt gelangen können. In diesem Zusammenhang ist auch der unerwünschte Eintrag von Produkten aus einem Trennmittel, welches häufig im Kontaktbereich mit der Schlickermasse aufgetragen wird und welches ein Entformen unterstützt, zu sehen.Due to the low mechanical stability of gypsum, the molds are often made very thick-walled. This requires the installation of reinforcements or support frames in the casting mold, for example, for large casting molds. This can lead to a contamination of the gypsum and finally the cast slip mass by iron compounds, which can then get into the pre-body and finally the final product. In this context, the undesirable entry of products from a release agent, which is often applied in the contact area with the slip mass and which supports demolding, is also to be seen.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass der Scherbenbildungs- und Trocknungsprozess, also die Zeitdauer, die für den Wasserentzug zu veranschlagen ist, recht lang ist. Für größere Formkörper aus keramischen Material, welche durchaus ein Gewicht von 100 kg oder sogar 1.000 kg oder darüber hinaus haben können, sind hier mehrere Tage oder sogar mehrere Wochen vorzusehen, die für die Formungsprozesse erforderlich sind.
Eine Erwärmung zur Förderung der Trocknung ist ungünstig für die Gipsformen, sobald diese etwa 40°C oder mehr erreicht.Another disadvantage is that the shaving and drying process, So the period of time that is to be estimated for the dehydration, is quite long. For larger shaped bodies of ceramic material, which may well have a weight of 100 kg or even 1,000 kg or more, here are several days or even provide several weeks, which are required for the molding processes.
Heating to promote drying is unfavorable to the plaster molds as soon as it reaches about 40 ° C or more.

Schließlich ist es auch ungünstig, dass Formteile mit filigranen Konturen oder kleinen Radien kaum herstellbar sind.Finally, it is also unfavorable that molded parts with filigree contours or small radii are difficult to produce.

Wünschenswert wäre es demnach, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus keramischen Material zur Verfügung zu stellen, was zumindest einige dieser Nachteile vermindert oder bestenfalls gar nicht aufweist.It would therefore be desirable to provide a method for the production of moldings of ceramic material, which at least reduces some of these disadvantages or at best does not have.

Insbesondere soll ein solches Verfahren eine raschere Scherbenbildung und Trocknung von eingefüllter Schlickermasse ermöglichen, ohne dass die Stabilität und Qualität des erzeugten Vor-Körpers darunter leidet.In particular, such a method should allow for faster formation of shards and drying of filled slurry mass, without the stability and quality of the generated sub-body suffers.

Ferner soll die Haltbarkeit der Gussformen verbessert werden, so dass eine höhere Anzahl von Abgüssen mit einer einzigen Gussform möglich ist. Demnach soll also der Formenverschleiß reduziert werden durch eine bessere mechanische Festigkeit der Gussform.Furthermore, the durability of the molds should be improved, so that a higher number of casts with a single mold is possible. Thus, the mold wear is to be reduced by a better mechanical strength of the mold.

Schließlich soll auch einer Verunreinigung der hergestellten Formteile mit Fremdkomponenten aus der Gussform entgegengewirkt werden.Finally, contamination of the molded parts produced with foreign components from the casting mold should also be counteracted.

Dieser Probleme haben sich die Erfinder angenommen.These problems have been addressed by the inventors.

Überraschend einfach wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mittels Schlickerguss, eine Gussform sowie einen Formkörper nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.Surprisingly, this object is achieved by a method for producing a shaped article by means of slip casting, a casting mold and a shaped article according to one of the independent claims. Preferred embodiments and further developments of the invention are to be taken from the respective subclaims.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mittels Schlickerguss, umfassend die folgenden Schritte:

- Erstellen einer Schlickermasse
- Gießen der Schlickermasse in eine Gussform, wobei die Gussform zumindest in einem Teil des Kontaktbereichs mit der eingegossenen Schlickermasse ein Formmaterial umfasst, dessen Maximum in der Mikroporenverteilung bei höchstens 1 µm liegt,
- Trocknen der Schlickermasse zu einem Vor-Körper,
- Sintern des Vor-Körpers bei einer vorgegebenen Sintertemperatur zum Erhalt des Formkörpers,
- Abkühlen des gesinterten Formkörpers.

The invention accordingly provides a process for producing a shaped article by means of slip casting, comprising the following steps:

- Creating a slip mass
Pouring the slip mass into a casting mold, wherein the casting mold comprises a molding material whose maximum in the micro pore distribution is at most 1 μm, at least in a part of the contact area with the cast-in slip mass,
Drying the slip mass to a pre-body,
Sintering the pre-body at a predetermined sintering temperature to obtain the shaped body,
- Cooling of the sintered shaped body.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein mittels dieses Verfahrens gefertigter Formkörper.The invention further relates to a molded article produced by means of this method.

Völlig überraschend hat sich herausgestellt, dass eine nicht auf dem Material Gips basierende Gussform zumindest vergleichbare, wenn nicht bessere Ergebnisse in der Formgebung von keramischen Materialien ermöglicht.Quite surprisingly, it has been found that a non-gypsum based mold allows at least comparable, if not better, results in the shaping of ceramic materials.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Größe und die Verteilung der Poren in dem Formmaterial, zumindest im Kontaktbereich mit der einzubringenden Schlickermasse, von sehr großer Bedeutung in Bezug auf den Wasserentzug aus der Schlickermasse und damit auf die Zeit der Formgebung haben. Damit ist es nunmehr auch möglich, andere Formmaterialien als Gips in Erwägung zu ziehen, sofern die Mikroporenverteilung im Maximum unter einer Grenze von höchsten 1 µm bleibt.The inventors have found that the size and distribution of the pores in the molding material, at least in the contact area with the slurry mass to be introduced, are of great importance with respect to the removal of water from the slip mass and hence the time of molding. Thus, it is now also possible to consider other molding materials than gypsum, provided that the micro pore distribution remains at a maximum below a limit of 1 micron maximum.

Durch feinere Poren in dem Formmaterial lässt sich eine höhere Saugwirkung, also eine Beschleunigung des Wasserentzugs aus der in die Gussform eingegossenen Schlickermasse, erreichen. Ursächlich hierfür sind die kapillaren Saugkräfte des Formmaterials, welche mit abnehmendem Kapillardurchmesser, also kleineren Poren, zunehmen. Hierdurch kommt es, insbesondere im Vergleich zu Formmaterialien wie Gips oder auch Ton, zu einer besseren Entwässerungswirkung der erfindungsgemäßen Gussformen. Hierdurch kann die Durchlaufzeit, d.h. die Verweildauer der Gussformen mit eingegossener Schlickermasse, signifikant reduziert werden.By finer pores in the molding material can be a higher suction effect, ie an acceleration of dehydration from the cast into the mold slip mass, reach. The reason for this is the capillary suction forces of the molding material, which increase with decreasing capillary diameter, ie smaller pores. This leads to a better drainage effect of the casting molds according to the invention, in particular in comparison to mold materials such as gypsum or clay. This allows the cycle time, i. the residence time of the casting molds with cast-in slip mass is significantly reduced.

Erfindungsgemäß kann die Gussform daher zumindest in einem Teil des Kontaktbereichs mit der einzugießenden bzw. eingegossenen Schlickermasse ein Formmaterial umfassen, dessen Maximum in der Mikroporenverteilung bei höchstens 1 µm liegt. Dies bedeutet, dass die Gussform vorteilhaft zumindest in einem Teil des Kontaktbereichs mit der einzugießenden bzw. eingegossenen Schlickermasse, also zumindest einem Teil der formgebenden Flächen, mit einem derartigen feinporigen Formmaterial versehen sein kann.According to the invention, the casting mold can therefore comprise, at least in part of the contact region with the slip mass to be poured or cast in, a molding material whose maximum in the micro pore distribution is at most 1 μm. This means that the casting mold can advantageously be provided with such a fine-pored molding material at least in a part of the contact region with the slip mass to be poured or cast in, that is, at least part of the shaping surfaces.

Eine Mikroporenverteilung mit einem Maximum von höchstens 1 µm beschreibt das Vorhandensein von hinreichend kleinen Poren im Material, welche die höheren Kapillarkräfte in Bezug auf Wasser freisetzen.A micro pore distribution with a maximum of at most 1 μm describes the presence of sufficiently small pores in the material which release the higher capillary forces with respect to water.

Es hat sich gezeigt, dass ein noch kleineres Maximum in der Mikroporenverteilung diese Kapillarkräfte noch verstärken kann. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt daher das Maximum in der Mikroporenverteilung bei höchstens 0,5 µm, bevorzugt bei höchstens 0,4 µm und besonders bevorzugt bei höchstens 0,3 µm. Um überhaupt Kapillarkräfte freizusetzen, ist das grundsätzliche Vorhandensein von Mikroporen allerdings erforderlich. Eine vollständig geschlossene Oberfläche im Kontaktbereich würde keine Kapillarkräfte freisetzen können. It has been shown that an even smaller maximum in the micro pore distribution can reinforce these capillary forces. In a preferred embodiment, therefore, the maximum in the micro pore distribution is at most 0.5 μm, preferably at most 0.4 μm and particularly preferably at most 0.3 μm. To release capillary forces at all, however, the basic presence of micropores is required. A completely closed surface in the contact area would not be able to release capillary forces.

Daher wird für den feinporösen Kontaktbereich der erfindungsgemäßen Gussform ein Material verwendet, dessen offene Porosität im Bereich zwischen 4 und 30 %, bevorzugt zwischen 6 und 20 %, besonders bevorzugt zwischen 7 und 15 % liegt. Da sehr feine Mikroporen zwar zu einer Erhöhung der kapillaren Saugwirkung führen, gleichzeitig aber die Menge des abtransportierten Wassers stark einschränken, sollte das Maximum in der Mikroporenverteilung bei wenigstens 0,01 µm, bevorzugt bei wenigstens 0,03 µm und besonders bevorzugt bei wenigstens 0,05 µm liegen. Die Mikroporenverteilung kann in Anlehnung an die Norm DIN-EN 993-1 bestimmt werden.Therefore, a material whose open porosity is in the range between 4 and 30%, preferably between 6 and 20%, particularly preferably between 7 and 15%, is used for the finely porous contact region of the casting mold according to the invention. Although very fine micropores lead to an increase in the capillary suction effect, but at the same time severely limit the amount of water transported away, the maximum in the microporous distribution should be at least 0.01 μm, preferably at least 0.03 μm and particularly preferably at least 0, 05 microns are. The micro pore distribution can be determined according to the standard DIN-EN 993-1.

Von hoher Bedeutung ist auch eine möglichst konstante, gleichmäßige Verteilung der Poren hinsichtlich ihrer Größe und Anzahl über das Volumen des Formmaterials, insbesondere für die Herstellung von Formkörpern mit gleichbleibender Wanddicke.Also of great importance is the most constant, uniform distribution of the pores in terms of their size and number over the volume of the molding material, in particular for the production of moldings with a constant wall thickness.

Für die Herstellung von Formkörpern mit unterschiedlichen oder auch sehr stark schwankenden Wanddicken ist es von Vorteil, wenn das Gesamtvolumen der offenen Porosität gezielt variiert werden kann, und damit die Geschwindigkeit des Wasserentzugs an die entsprechende Wanddicke angepasst werden kann.For the production of moldings with different or very highly fluctuating wall thicknesses, it is advantageous if the total volume of the open porosity can be selectively varied, and thus the speed of dewatering can be adapted to the corresponding wall thickness.

Von Vorteil kann der gesamte Kontaktbereich der erfindungsgemäßen Gussform mit der eingegossenen Schlickermasse das erfindungsgemäße Formmaterial umfassen. Dies kann beispielsweise über eine entsprechende Auskleidung der Kontaktfläche mit dem Formmaterial oder ein Ersetzen der formgebenden Flächen mit dem Formmaterial umfassen. Bei einem Auskleiden der Kontaktfläche der Gussform ist auf eine hinreichende Dicke der Auskleidung zu achten, also auf eine hinreichende Ausdehnung in Richtung der Oberflächennormalen auf der formgebenden Fläche. Diese sollte wenigstens 1 cm betragen, bevorzugt 2 cm. Ist der gesamte Kontaktbereich der Gussform mit dem feinporigen Formmaterial versehen, so kann ein gleichmäßiger, homogener Wasserentzug erreicht werden.Advantageously, the entire contact region of the casting mold according to the invention with the cast slip mass may comprise the molding material according to the invention. This may include, for example, a corresponding lining of the contact surface with the molding material or a replacement of the molding surfaces with the molding material. When lining the contact surface of the casting mold, attention must be paid to a sufficient thickness of the lining, ie to a sufficient extent in the direction of the surface normal on the shaping surface. This should be at least 1 cm, preferably 2 cm. If the entire contact area of the casting mold is provided with the fine-pored molding material, a uniform, homogeneous removal of water can be achieved.

Selbstverständlich kann die Gussform auch vollständig aus dem Formmaterial gefertigt sein, was sich beispielsweise bei kleineren, weniger komplizierten Gussformen anbieten kann. Sofern die Gussform mehrteilig oder mit Kern ausgestattet ist, verhält es sich hier ebenso, d.h. vorteilhaft umfassen auch diese formgebenden Flächen das Formmaterial.Of course, the mold can also be made entirely from the molding material, which can be used, for example, in smaller, less complicated molds. If the mold is multi-part or core-equipped, it is the same here, i. Advantageously, these shaping surfaces also include the molding material.

In einer anderen Ausführungsform können nur ausgewählte Teile des Kontaktbereichs der erfindungsgemäßen Gussform mit der eingegossenen Schlickermasse das erfindungsgemäße Formmaterial umfassen. Die übrigen Teile des Kontaktbereichs können beispielsweise aus wasserundurchlässig und nichtporösen Materialien, beispielsweise Kunststoff, ausgeführt werden. Auf diese Weise kann der Wasserentzug in bestimmte Richtungen gelenkt werden, um beispielsweise bestimmte Bereiche des Vor-Körpers schneller zu trocknen als andere.In another embodiment, only selected parts of the contact region of the casting mold according to the invention with the cast slip mass may comprise the molding material according to the invention. The remaining parts of the contact region can be made, for example, of water-impermeable and non-porous materials, for example plastic. In this way, the dehydration can be directed in certain directions, for example, to dry certain areas of the sub-body faster than others.

Erfindungsgemäß kann das Formmaterial weitgehend oder vollständig frei von Gips, also von Calciumsulfat-Dihydrat, sein, d.h. für das Formmaterial wird weitgehend oder vollständig auf die Verwendung von Gips oder auch Tonmaterialien verzichtet.According to the invention, the molding material can be substantially or completely free of gypsum, ie of calcium sulphate dihydrate, i. For the molding material is largely or completely dispensed with the use of gypsum or clay materials.

Bei größeren, mehrteiligen Gussformen ist es aber möglich, etwa stützende Teile aus Gips oder Tonmaterialien vorzusehen, den Kontaktbereich zu der Schlickermasse dann aber mit dem Formmaterial auszustatten. Dies kann beispielsweise über Plattenzuschnitte aus dem Formmaterial erfolgen, welche dann eine Verkleidung der Kontaktfläche ausbilden können.For larger, multi-part molds, it is possible to provide about supportive parts of gypsum or clay materials, but then equip the contact area to the slip mass with the mold material. This can be done, for example, plate blanks from the mold material, which can then form a panel of the contact surface.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Formmaterial gesintertes Quarzglas umfassen. Gesintertes Quarzglas in unterschiedlichen Formaten kann beispielsweise unter der Bezeichnung „Quarzal“ von der Fa. Schott AG, Mainz, bezogen werden. Als Formmaterial eignen sich alle Sorten gesinterten Quarzglases mit maximalen Korngrößen bis 15 mm, solange die beschriebene Mikroporenverteilung vorliegt.In a particularly preferred embodiment, the molding material may comprise sintered quartz glass. Sintered quartz glass in different formats can be obtained, for example, under the name "Quarzal" from Schott AG, Mainz. As molding material, all types of sintered quartz glass with maximum grain sizes up to 15 mm, as long as the described micro pore distribution is present.

Gesintertes Quarzglas kann mittels Schlickergießen von amorpher Kieselsäure zu entsprechenden Formbauteilen geformt werden, wie es beispielsweise in der Druckschrift P. Schultz: „Schlickergießen von amorpher Kieselsäure von großformatigen und komplizierten Teilen“, Keramische Zeitschrift, 38. Jahrgang, Nr. 8, 1986 , beschrieben ist.Sintered quartz glass can be formed by slip casting of amorphous silica to form corresponding mold components, as described for example in the document P. Schultz: "Slip-casting of amorphous silica from large-sized and complex parts", Ceramic Journal, Volume 38, No. 8, 1986 , is described.

Unerwarteterweise hat sich gezeigt, dass ein derartiges gesintertes Quarzglas die gewünschte Mikroporenverteilung zeigt und daher in idealer Weise für die Formgebung keramischer Formkörper selbst genutzt werden kann.Unexpectedly, it has been found that such a sintered quartz glass shows the desired micro pore distribution and therefore can be used in an ideal way for the shaping of ceramic moldings themselves.

Von großem Vorteil ist hier weiterhin, dass keine Änderungen in Bezug auf die Verwendung der Schlickermasse erforderlich sind, etwa bei einem Wechsel von herkömmlichen Gussformen aus Gips zu einer erfindungsgemäßen Gussform mit der oben genannten Mikroporenverteilung und einer Verwendung von gesintertem Quarzglas im Kontaktbereich mit der Schlickermasse. Dies ist umso erstaunlicher, als dass die Schlickermasse und das Material der formgebenden Kontaktfläche in einer engen Wechselwirkung zueinander stehen. Von daher wäre zu erwarten gewesen, dass bei der Erstellung der Schlickermasse Änderungen erforderlich sein würden, etwa in Bezug auf die Viskosität oder die Rheologie des Schlickers.Of great advantage here is further that no changes in terms of the use of the slip mass are required, such as a Change from conventional molds made of gypsum to a mold according to the invention with the above-mentioned micro pore distribution and a use of sintered quartz glass in the contact area with the slip mass. This is all the more surprising as the slip mass and the material of the shaping contact surface are in close interaction with each other. Therefore, it would have been expected that changes would be required in the production of the slip mass, such as with respect to the viscosity or rheology of the slurry.

Das Verfahren bietet den weiteren großen Vorteil, dass es nicht zu einer unerwünschten Anreicherung von Verunreinigungen in dem Vor-Körper aufgrund von Diffusionsprozessen aus dem Formmaterial heraus in den Vor-Körper kommt. Der Grad der Verunreinigung ändert sich daher vorzugsweise nicht von der Schlickermasse zu dem Vor-Produkt, d.h. eine hochreine Schlickermasse führt zu einem hochreinen Vor-Produkt und dann letztendlich zu einem hochreinen keramischen Formkörper.The method offers the further great advantage that undesirable accumulation of impurities in the pre-body due to diffusion processes from the molding material into the pre-body does not occur. The degree of contamination therefore preferably does not change from the slip mass to the pre-product, i. a high-purity slip mass leads to a high-purity pre-product and then ultimately to a high-purity ceramic molded body.

Von daher kommt es auch nicht zu einer Anreicherung des geformten Vor-Körpers mit Calciumverbindungen im Vergleich zu der ursprünglichen Schlickermasse. Ebenso erfährt der erzeugte Vor-Körper auch keine Anreicherung mit Elementen aus der Armierung oder Stützkonstruktionen, etwa Eisenverbindungen, im Vergleich zu der Schlickermasse.Therefore, there is no accumulation of the formed pre-body with calcium compounds compared to the original slip mass. Similarly, the pre-body produced also undergoes no enrichment with elements of the reinforcement or support structures, such as iron compounds, in comparison to the slip mass.

Ein weiterer Vorteil ist in der höheren mechanischen Festigkeit von gesintertem Quarzglas als Formmaterial im Vergleich zu etwa Gips oder Ton zu sehen. Hierdurch kommt es zu weniger Verschleiß, selbst an filigranen Formendetails. Der Verschleiß kann bei der Handhabung der Formen entstehen oder beim Befüllen der Formen mit der abrasiven Schlickermasse. In beiden Fällen wirkt sich die höhere mechanische Festigkeit von gesintertem Quarzglas als Formenmaterial positiv aus. Dies führt zu einer deutlich größeren Formlebensdauer und einer längeren Haltbarkeit der Gussformen, wodurch sich die Wiederbeschaffungskosten verringern.Another advantage is seen in the higher mechanical strength of sintered silica as a molding material compared to, say, plaster or clay. This results in less wear, even on filigree shape details. The wear can occur when handling the molds or when filling the molds with the abrasive slip mass. In both cases, the higher mechanical strength of sintered quartz glass as a mold material has a positive effect. This leads to a significantly longer mold life and a longer durability of the molds, thereby reducing the replacement costs.

Auch sind größere Gussformen möglich, welche auch ohne Armierung oder Stützgestell eine hinreichende Stabilität aufweisen können. Auch ein modularer Aufbau mit häufigem Austausch von stark beanspruchten Gussformteilen ist möglich. Schließlich ist es auch möglich, Gussformteile mit filigranen Konturen, scharfen Kanten oder kleinen Radien herzustellen.Also, larger molds are possible, which may have a sufficient stability without armor or support frame. Also, a modular design with frequent replacement of heavy-duty moldings is possible. Finally, it is also possible to produce castings with filigree contours, sharp edges or small radii.

Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von gesintertem Quarzglas als Formmaterial ist in der höheren Scherbenbildungsrate im Vergleich zu Gipsformen zu sehen. Dies führt zu einer deutlichen Verkürzung der Prozesszeit bis zur Erzeugung des Vor-Körpers. Hierdurch lässt sich eine höhere Gießfrequenz pro Form erreichen, so dass gerade bei größeren Stückzahlen weniger Gussformen und damit weniger Investitionskosten und auch weniger Standfläche benötigt wird.Another advantage of using sintered quartz glass as a molding material is seen in the higher cullet rate compared to plaster molds. This leads to a significant shortening of the process time until the production of the pre-body. As a result, a higher casting frequency per form can be achieved, so that fewer casting molds and thus less investment costs and also less floor space are required, especially for larger quantities.

In diesem Zusammenhang ist auch von Vorteil, dass bei der Verwendung von gesintertem Quarzglas als Formmaterial auch eine Beschleunigung des Trocknens der Schlickermasse in der Gussform möglich ist. Typischerweise erfolgt diese Trocknung der Schlickermasse in einer Gussform aus Gips bei Raumtemperatur oder bei leicht erhöhter Temperatur, wobei eine Temperatur oberhalb von 40°C vermieden wird, da diese zu Schädigungen des Gipsmaterials führen.In this context, it is also advantageous that when using sintered quartz glass as a molding material, it is also possible to accelerate the drying of the slip mass in the casting mold. Typically, this drying of the slip mass takes place in a casting mold made of gypsum at room temperature or at slightly elevated temperature, wherein a temperature above 40 ° C is avoided, since these lead to damage of the gypsum material.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, die Scherbenbildung und Trocknung bei erhöhter Temperatur durchzuführen, um die Prozesszeit noch weiter zu reduzieren. Gerade ein Trocknen bei einer Temperatur von wenigstens 40°C, bevorzugt wenigstens 45°C und besonders bevorzugt wenigstens 50°C oder sogar darüber hinaus kann, insbesondere gegen Ende des Trocknungsprozesses, diesen nochmals deutlich verkürzen. Vorzugsweise wird die Gussform mit der Schlickermasse einer erhöhten Temperatur über eine Dauer von wenigstens 1 h, bevorzugt wenigstens 2 h und besonders bevorzugt wenigstens 3 h ausgesetzt.In a further development of the invention, it is therefore provided to carry out the body formation and drying at elevated temperature in order to further reduce the process time. Just a drying at a temperature of at least 40 ° C, preferably at least 45 ° C and more preferably at least 50 ° C or even beyond, especially at the end of the drying process, this again significantly shorten. Preferably, the mold with the slip mass is exposed to an elevated temperature for a period of at least 1 hour, preferably at least 2 hours and more preferably at least 3 hours.

Der Scherbenbildungs- und Trocknungsprozess ist beendet, wenn ein bestimmter Festigkeitszustand des Vor-Körpers erreicht ist. Hiernach erfolgt das Entformen, also die Entnahme des Vor-Körpers aus der Gussform. Die Gussform kann anschließend gereinigt und getrocknet werden. Hieran schließt sich das dem Fachmann bekannte Sintern des Vor-Körpers bei einer vorgegebenen Sintertemperatur und das Abkühlen des gesinterten Formkörpers auf Raumtemperatur an. Der auf diese Weise erzeugte Formkörper aus keramischen Material kann nachfolgend weiter bearbeitet werden.The cullet forming and drying process is completed when a certain strength state of the forebody is reached. After that, the demolding, so the removal of the pre-body from the mold. The mold can then be cleaned and dried. This is followed by the sintering of the pre-body known to the person skilled in the art at a predetermined sintering temperature and the cooling of the sintered shaped body to room temperature. The shaped body of ceramic material produced in this way can subsequently be further processed.

Weiterhin überraschend hat sich gezeigt, dass bei der Verwendung von gesintertem Quarzglas als Formmaterial auf den Einsatz von sonst üblichen Trennmittel im Bereich der formgebenden Kontaktflächen weitgehend oder vollständig verzichtet werden kann, was zum einen Vorbereitungszeit in der Fertigung einspart, zum anderen aber auch dazu führt, dass der Vor-Körper keine Verunreinigung aus dem Trennmittel, häufig eine Graphit-Suspension, erfährt.Furthermore, it has surprisingly been found that with the use of sintered quartz glass as a molding material, the use of otherwise customary release agents in the area of the shaping contact surfaces can be largely or completely dispensed with, which on the one hand saves preparation time in production, but on the other hand leads to that the pre-body does not experience contamination from the release agent, often a graphite suspension.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann allgemein für Schlickermassen eingesetzt werden, welche ein mineralisches Grundmaterial mit Zusatz von Wasser umfassen.The process according to the invention can generally be used for slip masses which comprise a mineral base material with the addition of water.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Schlickermasse Quarzglas in Form von im wesentlichen amorphen SiO₂-Körnern mit Zusatz von Wasser umfassen. In a preferred embodiment, the slip mass may comprise quartz glass in the form of substantially amorphous SiO ₂ grains with the addition of water.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Gussform zur Formgebung eines keramischen Formkörpers mittels Schlickerguss, wobei die Gussform zumindest in einem Teil des Kontaktbereichs mit der eingegossenen Schlickermasse ein Formmaterial umfasst, dessen Maximum in der Mikroporenverteilung bei höchstens 1 µm liegt.The present invention further relates to a casting mold for shaping a ceramic molded body by means of slip casting, wherein the casting mold comprises a molding material whose maximum in the micro pore distribution is at most 1 μm, at least in a part of the contact area with the cast-in slip mass.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Maximum in der Mikroporenverteilung des Formmaterials der Gussform bei höchstens 0,5 µm, bevorzugt bei höchstens 0,4 µm und besonders bevorzugt bei höchstens 0,3 µm.In a preferred embodiment, the maximum in the micro pore distribution of the molding material of the casting mold is at most 0.5 μm, preferably at most 0.4 μm and particularly preferably at most 0.3 μm.

Vorzugsweise umfasst das Formmaterial den gesamten Kontaktbereich der Gussform mit der einzugießenden Schlickermasse.Preferably, the molding material comprises the entire contact area of the casting mold with the slip mass to be introduced.

Von Vorteil ist das Formmaterial weitgehend oder vollständig frei von Calciumsulfat-Dihydrat oder Calciumverbindungen.Advantageously, the molding material is largely or completely free of calcium sulfate dihydrate or calcium compounds.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Formmaterial der Gussform gesintertes Quarzglas. Eine derartige Gussform, insbesondere eine Gussform umfassend oder bestehend aus gesintertem Quarzglas, kann ebenfalls mittels Schlickergussverfahren hergestellt werden.In a particularly preferred embodiment, the mold material of the casting mold comprises sintered quartz glass. Such a casting mold, in particular a casting mold comprising or consisting of sintered quartz glass, can likewise be produced by means of slip casting.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung einer Gussform wie vorstehend beschrieben zur Herstellung eines keramischen Formkörpers. Der keramische Formkörper kann dabei gesintertes Quarzglas umfassen oder daraus bestehen.In a further aspect, the invention relates to the use of a mold as described above for producing a ceramic shaped body. The ceramic molded body may comprise or consist of sintered quartz glass.

Schließlich betrifft die Erfindung einen Formkörper, umfassend ein keramisches Material, welcher mittels Schlickerguss mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.
Vorzugsweise kommt hierbei eine Gussform wie vorstehend beschrieben zum Einsatz.Finally, the invention relates to a shaped body comprising a ceramic material which is produced by means of slip casting with the method according to the invention described above.
Preferably, a mold is used as described above.

Der auf diese Weise erzeugte Formkörper zeichnet sich dadurch aus, dass er nur geringe Verunreinigungen mit Calcium- und/oder Eisenverbindungen aufweist. Dies betrifft auch die Außenflächen des Formkörpers, insbesondere diejenigen Außenflächen, welche während der Formgebung in direktem Kontakt mit der Gussform stehen. Demnach gehen die Verunreinigungen in dem Material des Formkörpers vorzugsweise nicht über diejenigen hinaus, welche bereits in der ursprünglichen Schlickermasse enthalten waren.The shaped body produced in this way is characterized by the fact that it has only minor contamination with calcium and / or iron compounds. This also applies to the outer surfaces of the shaped body, in particular those outer surfaces which are in direct contact with the casting mold during shaping. Accordingly, the impurities in the material of the molded article preferably do not go beyond those already contained in the original slurry mass.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemäß erzeugter Formkörper somit einen oberflächennahen Bereich, welcher insbesondere diejenigen Flächen umfasst, die während der Formgebung in direktem Kontakt mit der Gussform stehen, bei denen gegenüber dem Grundmaterial des Formkörpers keine Anreicherung mit Verunreinigungen, insbesondere mit Calcium- und/oder Eisenverbindungen, vorliegt. Dieser oberflächennahe Bereich reicht insbesondere bis zu einer Tiefe von einigen Millimetern, ausgehend von der Oberfläche, in den Formkörper hinein.In a preferred embodiment, a shaped body produced according to the invention thus comprises a region close to the surface, which in particular comprises those surfaces which are in direct contact with the casting mold during shaping, in which case there is no enrichment with impurities, in particular with calcium and / or with respect to the base material of the shaped body. or iron compounds. This near-surface region extends in particular to a depth of a few millimeters, starting from the surface into the molded body.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist daher der Anteil der Verunreinigungen, insbesondere mit Calcium- und/oder Eisenverbindungen, in einem oberflächennahen Bereich bis zu einer Tiefe von wenigstens 2 mm, bevorzugt wenigstens 4 mm und besonders bevorzugt von wenigstens 6 mm oder von 10 mm gleich dem Anteil der Verunreinigungen in der verwendeten Schlickermasse.In a particularly preferred embodiment, therefore, the proportion of impurities, in particular with calcium and / or iron compounds, in a near-surface region to a depth of at least 2 mm, preferably at least 4 mm and more preferably at least 6 mm or 10 mm the proportion of impurities in the slip mass used.

Der Formkörper, insbesondere der Formkörper aus gesintertem Quarzglas, kann verschiedenste geometrische Formen aufweisen und rein beispielhaft als Block oder Platte, als gebogene Platte oder Unterlage, als Behälter oder als Rolle oder Walze ausgebildet sein.The shaped body, in particular the shaped body made of sintered quartz glass, can have a very wide variety of geometric shapes and can be embodied purely by way of example as a block or plate, as a curved plate or underlay, as a container or as a roll or roller.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.The invention will be described in more detail below with reference to preferred embodiments and with reference to the accompanying figures.

Die Zeichnungen zeigen:

1 schematisch den Aufbau einer Gussform im Querschnitt,
2 einen Formkörper in einer Draufsicht, welcher mittels der Gussform aus 1 geformt wurde, und
3 die Mikroporenverteilung ausgewählter Werkstoffe.

The drawings show:

1 schematically the structure of a mold in cross section,
2 a shaped body in a plan view, which by means of the mold 1 was shaped, and
3 the micro pore distribution of selected materials.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments

Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen um der Klarheit willen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Teile in oder an diesen Ausführungsformen. Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung sind die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht immer maßstabsgerecht gezeichnet.In the following detailed description of preferred embodiments, for the sake of clarity, like reference numerals designate substantially similar parts in or on these embodiments. For better clarity of the invention, however, the preferred embodiments shown in the figures are not always drawn to scale.

1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Gussform 10 im Querschnitt. Die Gussform 10 ist einteilig ausgebildet. Es sind selbstverständlich auch mehrteilige Gussformen möglich, beispielsweise mit einem Kern, um Formkörper herstellen zu können, welche als Behälter ausgebildet sind. Im Beispiel ist die Gussform 10 mit einer Schlickermasse 20 aufgefüllt. 1 schematically shows the structure of a mold according to the invention 10 in cross section. The mold 10 is formed in one piece. Of course, also multi-part molds are possible, for example, with a core in order to produce moldings which are designed as containers. In the example is the mold 10 with a slip mass 20 refilled.

Die Gussform 10 wird zur Formgebung eines keramischen Formkörpers mittels Schlickerguss verwendet. Der Schlickerguss ist ein Gießverfahren zum Formen eines Vor-Körpers mit einer gewissen Festigkeit, welcher auch Grünkörper oder Grünling genannt wird. Der Vor-Körper wird anschließend gesintert, um den festen Formkörper zu erhalten.The mold 10 is used for shaping a ceramic molding by slip casting. The slip casting is a casting method for molding a pre-body having a certain strength, which is also called green body or green body. The pre-body is then sintered to obtain the solid shaped body.

Ohne Beschränkung auf das abgebildete Ausführungsbeispiel ist die Gussform 10 vollständig aus dem erfindungsgemäßen Formmaterial hergestellt, also monolithisch aufgebaut. Im Beispiel ist die Gussform 10 vollständig aus gesintertem Quarzglas hergestellt. Die Gussform 10 weist ein Maximum in der Mikroporenverteilung auf, welches bei höchstens 1 µm liegt.Without limitation to the illustrated embodiment, the mold is 10 completely made of the molding material according to the invention, that is constructed monolithically. In the example is the mold 10 completely made of sintered quartz glass. The mold 10 has a maximum in the micro pore distribution, which is at most 1 micron.

Das gesinterte Quarzglas umfasst im Beispiel das Material mit der Bezeichnung „Quarzal“ und ist von der Fa. Schott AG, Mainz, erhältlich. Grundsätzlich können auch Quarzglasmaterialien anderer Hersteller geeignet sein, sofern die geforderte Mikroporenverteilung gegeben ist.The sintered quartz glass in the example comprises the material called "Quarzal" and is available from Schott AG, Mainz. Basically, quartz glass materials of other manufacturers may be suitable, provided that the required micro pore distribution is given.

Dies bedeutet, dass im Kontaktbereich 11, also der formgebenden Fläche der Gussform 10 mit der eingegossenen Schlickermasse 20, das erfindungsgemäße Formmaterial vorliegt, dessen Maximum in der Mikroporenverteilung bei höchstens 1 µm liegt. Demnach bestehen die Wände und der Boden der Gussform 10 aus dem erfindungsgemäßen Formmaterial.This means that in the contact area 11 , ie the forming surface of the mold 10 with the poured slip mass 20 , The molding material according to the invention is present, the maximum in the micro pore distribution is at most 1 micron. Accordingly, the walls and the bottom of the mold 10 from the molding material according to the invention.

Eine Mikroporenverteilung mit einem Maximum von höchstens 1 µm beschreibt das Vorliegen von hinreichend kleinen Poren, welche die höheren Kapillarkräfte in Bezug auf Wasser freisetzen und damit den Trocknungsprozess der Schlickermasse unterstützen. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Maximum in der Mikroporenverteilung noch geringer, insbesondere bei höchstens 0,5 µm, bevorzugt bei höchstens 0,4 µm und besonders bevorzugt bei höchstens 0,3 µm.A micro pore distribution with a maximum of at most 1 μm describes the presence of sufficiently small pores, which release the higher capillary forces with respect to water and thus support the drying process of the slip mass. In a preferred embodiment, the maximum in the micro pore distribution is even lower, in particular at most 0.5 .mu.m, preferably at most 0.4 .mu.m and particularly preferably at most 0.3 microns.

Die offene Porosität des Formmaterials im Kontaktbereich 11 liegt ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel bei etwa 12 %. Als geeignet wird ein Bereich zwischen 4 % und 30 %, bevorzugt zwischen 6 % und 20 %, besonders bevorzugt zwischen 7 % und 15 % angesehen.The open porosity of the molding material in the contact area 11 is without limitation to the embodiment at about 12%. A range between 4% and 30%, preferably between 6% and 20%, particularly preferably between 7% and 15% is considered suitable.

Im abgebildeten Beispiel umfasst das Formmaterial den gesamten Kontaktbereich 11. Es ist aber auch möglich, die Gussform aus einem anderen Material herzustellen und lediglich im Kontaktbereich 11 mit dem erfindungsgemäßen Formmaterial auszukleiden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die formgebenden Seitenflächen der Gussform 10 mit beispielsweise plattenförmigen Formmaterial ausgekleidet werden.In the example shown, the molding material covers the entire contact area 11 , But it is also possible to produce the mold from a different material and only in the contact area 11 To line with the molding material according to the invention. This can be done, for example, that the shaping side surfaces of the mold 10 be lined with, for example, plate-shaped mold material.

Im abgebildeten Beispiel ist die Gussform 10 vollständig ohne Gips- und/oder Tonmaterialien gefertigt. Auf diese Weise ist die Gussform frei von Calciumsulfat-Dihydrat. Die Gussform 10 kommt ferner ohne Armierungen und Stützkonstruktionen aus, so dass sie auch frei von Eisenverbindungen ist.In the example shown is the mold 10 completely made without gypsum and / or clay materials. In this way, the mold is free of calcium sulfate dihydrate. The mold 10 also comes without reinforcements and support structures, so that it is also free of iron compounds.

Die Gussform 10, umfassend gesintertes Quarzglas, wird ebenfalls mittels Schlickergussverfahren hergestellt. Verschiedene Zusammensetzungen für die Erzeugung einer hierzu geeigneten Schlickermasse sind möglich. Es hat sich gezeigt, dass das Maximum der Mikroporenverteilung abhängig ist von Korngrößenverteilung der in die Schlickermasse eingehenden SiO₂-Körner. Von Bedeutung ist daher ein hinreichender Feinkornanteil des in die Zusammensetzung eingehenden Materials. Eine mögliche Zusammensetzung weist beispielsweise einen Feinkornanteil mit einer Korngröße von bis zu 0,3 mm, vorzugsweise bis zu 0,2 mm, in einem Umfang von etwa 30 % bis 70 % und einen weiteren Feinkornanteil mit einer Korngröße in einem Bereich von 0,3 mm bis 1,0 mm in einem Umfang von etwa 3 % bis 10 % auf. Zur Erzeugung des Schlickers wird ferner Wasser zugesetzt.The mold 10 comprising sintered quartz glass is also prepared by slip casting. Various compositions for the production of a suitable slip mass are possible. It has been shown that the maximum of the micro pore distribution is dependent on the particle size distribution of the SiO ₂ grains entering the slip mass. Of importance, therefore, is a sufficient fine grain content of incoming material in the composition. One possible composition comprises, for example, a fine grain fraction having a grain size of up to 0.3 mm, preferably up to 0.2 mm, in an amount of about 30% to 70% and another fine grain fraction having a grain size in a range of 0.3 mm to 1.0 mm in an amount of about 3% to 10%. Water is also added to produce the slurry.

Die Gussform 10 wird zur Herstellung eines Formkörpers mittels Schlickerguss verwendet, umfassend die folgenden Schritte:

- Erstellen einer Schlickermasse
- Gießen der Schlickermasse in die erfindungsgemäße Gussform 10, wobei die Gussform zumindest im Kontaktbereich mit der eingegossenen Schlickermasse ein Formmaterial umfasst, dessen Maximum in der Mikroporenverteilung bei höchstens 1 µm liegt und einer offenen Porosität von mindestens 4 % liegt,
- Trocknen der Schlickermasse zu einem Vor-Körper,
- Sintern des Vor-Körpers bei einer vorgegebenen Sintertemperatur zum Erhalt des Formkörpers,
- Abkühlen des gesinterten Formkörpers.

The mold 10 is used for the production of a molded article by means of slip casting, comprising the following steps:

- Creating a slip mass
- pouring the slip mass into the casting mold according to the invention 10 wherein the mold, at least in the contact area with the cast-in slip mass, comprises a molding material whose maximum in the micro pore distribution is at most 1 μm and has an open porosity of at least 4%,
Drying the slip mass to a pre-body,
Sintering the pre-body at a predetermined sintering temperature to obtain the shaped body,
- Cooling of the sintered shaped body.

Durch die feinere Porenstruktur in dem Formmaterial lässt sich eine höhere Saugwirkung, also eine Beschleunigung des Wasserentzugs aus der in die Gussform 10 eingegossenen Schlickermasse erreichen. Ursächlich hierfür sind die kapillaren Saugkräfte des Formmaterials, welche mit abnehmendem Kapillardurchmesser, also kleineren Poren, zunehmen. Hierdurch kommt es, insbesondere im Vergleich zu Formmaterialien wie Gips oder auch Ton, zu einer besseren Entwässerungswirkung der erfindungsgemäßen Gussformen.Due to the finer pore structure in the molding material can be a higher suction effect, so an acceleration of dehydration from the in the mold 10 reach ingested slip mass. The reason for this is the capillary suction forces of the molding material, which increase with decreasing capillary diameter, ie smaller pores. This is what happens, especially in comparison to Moldings such as gypsum or clay, to a better drainage effect of the molds of the invention.

Es werden keine besonderen Anforderungen, die über die üblichen für die Erstellung der Schlickermasse hinausgehen, gestellt. Dies bedeutet, dass bekannte Schlickermassen verwendet werden können. Insbesondere in Bezug auf die Viskosität oder die Rheologie des Schlickers werden keine geänderten Anforderungen durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Gussform 10 gestellt, so dass prinzipiell jede Schlickermasse, welche bisher in Gussformen aus Gips oder Ton gegossen wurde, auch für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann. Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Gussform 10 ist es nicht erforderlich, die Kontaktflächen mit einem Trennmittel, wie es bei Verwendung von Formen aus Gips oder Ton notwendig ist, zu versehen.There are no special requirements that go beyond the usual for the production of sludge mass, provided. This means that known slip masses can be used. In particular, with respect to the viscosity or the rheology of the slip no changed requirements by the use of the casting mold according to the invention 10 In principle, any slip mass which has hitherto been cast in casting molds made of gypsum or clay can also be used for the process according to the invention. When using a mold according to the invention 10 it is not necessary to provide the contact surfaces with a release agent, as is necessary when using molds made of plaster or clay.

Der Eintrag von Verunreinigungen aus der Gussform 10 aufgrund von Diffusionsprozessen aus dem Formmaterial in den Vor-Körper während des Trocknens kann wirksam unterbunden werden. Dies kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn die Gussform 10 aus gesintertem Quarzglas gefertigt ist und die Schlickermasse amorphe Kieselsäure umfasst. Der Grad der Verunreinigung ändert sich daher nicht von der Schlickermasse zu dem Vor-Produkt, d.h. es können Vor-Körper und damit auch Formkörper nach dem Sintern mit sehr hoher Reinheit erzeugt werden. Die Materialqualität des Formkörpers hängt damit im Wesentlichen von der Materialqualität und Reinheit der in die Schlickermasse eingehenden Rohstoffe ab.The entry of impurities from the mold 10 due to diffusion processes from the molding material into the pre-body during drying can be effectively prevented. This is especially true when the mold 10 is made of sintered quartz glass and the slip mass comprises amorphous silica. The degree of contamination therefore does not change from the slip mass to the pre-product, ie pre-bodies and thus also shaped bodies can be produced after sintering with very high purity. The material quality of the molded article thus depends essentially on the material quality and purity of the incoming raw materials in the slip mass.

Durch die höhere Scherbenbildungsrate kann der Wasserentzug aus der Schlickermasse deutlich beschleunigt werden, was sich in einer deutlichen Verkürzung der Prozesszeit zur Erzeugung des Vor-Körpers zeigt. Um die Prozesszeit noch weiter zu verkürzen, wird die Gussform 10 mit der eingegossenen Schlickermasse 20 einer erhöhten Temperatur ausgesetzt. Vorzugsweise liegt diese oberhalb der Raumtemperatur.Due to the higher cullet formation rate, the removal of water from the slip mass can be significantly accelerated, which results in a significant shortening of the process time for producing the pre-body. To further shorten the process time, the casting mold becomes 10 with the poured slip mass 20 exposed to an elevated temperature. Preferably, this is above room temperature.

In einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Trocknen bei einer Temperatur von wenigstens 40°C, bevorzugt wenigstens 45°C und besonders bevorzugt wenigstens 50°C oder sogar darüber hinaus. Um ein gutes Durchtrocknen zu erreichen, wird die Gussform 10 dieser erhöhten Temperatur über eine längere Zeit ausgesetzt. In einem Ausführungsbeispiel wird daher die Gussform 10 mit der Schlickermasse 20 einer erhöhten Temperatur über eine Dauer von wenigstens 1 h, bevorzugt wenigstens 2 h und besonders bevorzugt wenigstens 3 h ausgesetzt.In one embodiment, the drying is carried out at a temperature of at least 40 ° C, preferably at least 45 ° C and more preferably at least 50 ° C or even more. To achieve a good through-drying, the mold becomes 10 exposed to this elevated temperature for a long time. In one embodiment, therefore, the mold will 10 with the slip mass 20 an elevated temperature over a period of at least 1 h, preferably at least 2 h, and more preferably exposed for at least 3 h.

Der Trocknungsprozess ist beendet, wenn der Schlickermasse 20 eine hinreichend große Menge an Wasseranteilen entzogen wurde. Die mineralischen Bestandteile der Schlickermasse lagern sich dadurch an der Gussform 10 ab, verdichten und verfestigen sich zunehmend. Sobald sich ein bestimmter Festigkeitszustand des Vor-Körpers einstellt, kann das Entformen erfolgen, also die Entnahme des Vor-Körpers aus der Gussform 10. Vor dem Sintern kann der teilweise noch feuchte Vor-Körper, wenn erforderlich, noch nachgearbeitet werden.The drying process is finished when the slurry mass 20 a sufficiently large amount of water was removed. The mineral constituents of the slip mass are thereby deposited on the casting mold 10 abate, condense and solidify increasingly. As soon as a certain strength state of the pre-body sets in, demolding can take place, ie the removal of the pre-body from the casting mold 10 , Before sintering, the partially still wet Vor-body, if necessary, can still be refinished.

Erfindungsgemäß kann auch ein Hohlkörper als Vor-Körper erzeugt werden mittels Hohlguss-Verfahren. Hierbei ist zu beachten, dass die Schlickermasse weniger lange in der Gussform 10 verbleibt. Sofern der Vor-Körper zu einem Anteil einen bestimmten Festigkeitszustand erreicht hat, in anderen Worten nach der Ausbildung einer vorbestimmten Scherbendicke, wird die übrige, noch flüssige Schlickermasse ausgegossenen und der in der Gussform 10 verbleibende Scherben trocknet dann weiter bis zum Erreichen der zum Entformen erforderlichen Festigkeit.According to the invention, a hollow body can also be produced as a pre-body by means of a hollow casting method. It should be noted that the slip mass is less long in the mold 10 remains. If the pre-body has reached a certain strength state in one share, in other words after the formation of a predetermined shearing thickness, the remaining, still liquid slip mass is poured out and that in the casting mold 10 remaining fragments then continue to dry until they reach the strength required for demoulding.

Nachfolgend schließen sich das Sintern des Vor-Körpers bei einer vorgegebenen Sintertemperatur und das Abkühlen des gesinterten Formkörpers auf Raumtemperatur an. Der auf diese Weise erzeugte Formkörper aus keramischen Material kann nachfolgend weiterbearbeitet werden. In 2 ist rein beispielhaft ein Formkörper 30 in einer Draufsicht gezeigt, welcher mittels der Gussform 10 geformt wurde.Subsequently, the sintering of the pre-body at a predetermined sintering temperature and the cooling of the sintered shaped body close to room temperature. The shaped body of ceramic material produced in this way can be further processed below. In 2 is purely exemplary of a shaped body 30 shown in a plan view, which by means of the mold 10 was formed.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Schlickermasse Quarzglas in Form von im wesentlichen amorphen SiO₂-Körnern mit Zusatz von Wasser. Die Reinheit, also der Anteil von SiO₂ an dem Ausgangsmaterial, ist dabei sehr hoch und liegt typischerweise bei wenigstens 99%, besser 99,5%. Eine mögliche Schlickermasse kann beispielsweise wie folgt zusammengesetzt sein:

38 Gew.-% der Körnung 0,3-1 mm
7 Gew.-% der Körnung 0-0,3 mm
39 Gew.-% der Körnung <50 µm
16 Gew.-% der Körnung <10 µm

In a particularly preferred embodiment, the slip mass comprises quartz glass in the form of substantially amorphous SiO ₂ grains with the addition of water. The purity, ie the proportion of SiO ₂ in the starting material, is very high and is typically at least 99%, better 99.5%. A possible slip mass may for example be composed as follows:

38% by weight of the grain size 0.3-1 mm
7 wt .-% of the grain 0-0.3 mm
39% by weight of the granulation <50 μm
16 wt .-% of the grain size <10 microns

Der Wassergehalt des Schlickers bezogen auf den Anteil des Glasanteils beträgt ca. 10 %. The water content of the slip based on the proportion of glass content is about 10%.

3 verdeutlicht die Mikroporenverteilung ausgewählter Werkstoffe. Hierbei wurden Messungen zur Bestimmung der Porenvolumenverteilung durch Quecksilberintrusion in Übereinstimmung mit DIN 66 133 durchgeführt. 3 illustrates the micro pore distribution of selected materials. Measurements were taken to determine the pore volume distribution by mercury intrusion in accordance with DIN 66 133.

Den Messungen zugrunde gelegt wurden verschiedene erfindungsgemäße Formmaterialien auf der Basis von gesintertem Quarzglas, wobei sich diese in der Korngrößenverteilung unterscheiden.The measurements were based on various inventive molding materials based on sintered quartz glass, these differing in the particle size distribution.

Die Messungen zeigen, dass die erfindungsgemäßen Formmaterialien auf der Basis von gesintertem Quarzglas ein Maximum der Mikroporenverteilung aufweisen, welche bei einem Porendurchmesser von weniger als 1 µm liegen. Bei den meisten analysierten Formmaterialien auf der Basis von gesintertem Quarzglas liegt das Maximum der Mikroporenverteilung sogar bei weniger als 0,5 µm, zum Teil bei weniger als 0,4 und bei einem weiteren Teil bei weniger als 0,3 µm.The measurements show that the sintered quartz glass-based molding materials according to the invention have a maximum of the microporous distribution, which are at a pore diameter of less than 1 μm. For most sintered silica based mold materials analyzed, the maximum of the micropore distribution is even less than 0.5 μm, sometimes less than 0.4 μm and in some other parts less than 0.3 μm.

Im Vergleich dazu wurde ein Formmaterial auf der Basis von Gips analysiert. Hier zeigt die Messung der Mikroporenverteilung eine signifikant gröbere Mikroporenverteilung, das Maximum der Mikroporenverteilung liegt bei deutlich über 1 µm, etwa bei 2 µm oder sogar darüber.In comparison, a mold material based on gypsum was analyzed. Here, the measurement of the micro pore distribution shows a significantly coarser micro pore distribution, the maximum of the micro pore distribution is well over 1 micron, about 2 microns or even more.

Da die kapillaren Saugkräfte mit abnehmendem Kapillardurchmesser zunehmen, erklärt dies die bessere Entwässerungswirkung von Gussformen aus gesintertem Quarzglas als Formmaterial im Vergleich zu Gussformen aus Gips.As the capillary suction increases with decreasing capillary diameter, this explains the better dewatering effect of sintered silica molds as a mold material compared to gypsum molds.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006060561 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

P. Schultz: "Slip-casting of amorphous silica from large-sized and complex parts", Ceramic Journal, Volume 38, No. 8, 1986 [0038]

Claims

Process for producing a shaped article by means of slip casting, comprising the following steps: - Creating a slip mass Pouring the slip mass into a casting mold, wherein the casting mold comprises a molding material whose maximum in the micro pore distribution is at most 1 μm at least in a part of the contact area with the cast-in slip mass, Drying the slip mass to a pre-body, Sintering the pre-body at a predetermined sintering temperature to obtain the shaped body, - Cooling of the sintered shaped body.

A method for producing a shaped article according to Claim 1 , characterized in that the molding material comprises the entire contact area with the cast slip mass.

Process for producing a shaped body according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum in the microporous distribution of the molding material is at most 0.5 μm, preferably at most 0.4 μm and particularly preferably at most 0.3 μm.

A process for producing a shaped article according to any one of the preceding claims, characterized in that the open porosity of the molding material in a range between 4% and 30%, preferably between 6% and 20%, particularly preferably between 7% and 15%.

A process for producing a shaped article according to any one of the preceding claims, characterized in that the molding material is substantially or completely free of calcium sulfate dihydrate.

Process for producing a shaped body according to one of the preceding claims, characterized in that the molding material comprises sintered quartz glass.

Process for producing a shaped article according to one of the preceding claims, characterized in that the pre-body produced does not undergo enrichment with impurities compared to the original slip mass, preferably no enrichment with calcium or iron compounds.

A process for producing a shaped article according to any one of the preceding claims, characterized in that the body formation and drying at elevated temperature of at least 40 ° C, preferably at least 45 ° C and more preferably at least 50 ° C.

A process for producing a shaped article according to any one of the preceding claims, characterized in that the mold is exposed to the elevated temperature for a period of at least 1 h, preferably at least 2 h and more preferably at least 3 h.

A method for producing a shaped article according to any one of the preceding claims, characterized in that the contact surface of the mold is free of release agent when sludge mass is filled.

A process for producing a shaped article according to any one of the preceding claims, characterized in that the slip mass comprises a mineral base material with the addition of water.

Process for producing a shaped article according to one of the preceding claims, characterized in that the slip mass comprises quartz glass in the form of substantially amorphous SiO ₂ grains and water.

Mold for shaping a ceramic molded body by means of slip casting, wherein the mold comprises a molding material at least in a part of the contact region with the slip mass to be introduced, the maximum of which in the micro pore distribution is at most 1 μm.

Mold according to the preceding claim, characterized in that the molding material comprises the entire contact area with the slip mass to be poured in.

Mold according to one of the two preceding claims, characterized in that the maximum in the micro pore distribution is at most 0.5 μm, preferably at most 0.4 μm and particularly preferably at most 0.3 μm.

Mold according to one of the three preceding claims, characterized in that the molding material is substantially or completely free of calcium sulfate dihydrate.

Casting mold according to one of the four preceding claims, characterized in that the molding material comprises sintered quartz glass.

Use of a mold according to one of the preceding Claims 13 to 17 for producing a ceramic shaped body, in particular for producing a shaped body comprising or consisting of sintered quartz glass.

Shaped body comprising a ceramic material, in particular comprising or consisting of sintered quartz glass, manufactured or preparable by a method according to any one of the preceding Claims 1 to 11 in particular using a mold according to one of the preceding Claims 13 to 17 ,

Shaped body according to the preceding claim, characterized in that the contamination with calcium and / or iron compounds, in particular on its outer surfaces, does not exceed that contamination of the original slip mass.