DE102021130349A1 - Process and device for the production of ceramics and ceramic product - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Keramiken mit Versetzungen und ein keramisches Produkt.The present invention relates to a method and an apparatus for producing ceramics with dislocations and a ceramic product.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Keramiken und ein keramisches Produkt.The present invention relates to a method and an apparatus for producing ceramics and a ceramic product.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Keramiken regelmäßig aus keramischem Pulver hergestellt werden, das dann durch Sintern verbunden wird. Beim Sintern wird die Temperatur erhöht, wodurch sich die Bestandteile des Pulvers zur fertigen Keramik verbinden. Das Pulver wird dazu typischerweise in Sinteröfen erwärmt, um die Keramik zu erhalten. Das gilt gleichermaßen auch für sogenannte Funktionskeramiken. Diese fallen in eine spezielle Klasse von keramischen Werkstoffen, welche spezielle technische Eigenschaften aufweisen.It is known from the prior art that ceramics are regularly produced from ceramic powder, which is then connected by sintering. During sintering, the temperature is increased, causing the components of the powder to combine to form the finished ceramic. The powder is typically heated in sintering furnaces to obtain the ceramic. This also applies to so-called functional ceramics. These fall into a special class of ceramic materials that have special technical properties.

Für die Herstellung von Keramik durch die Verdichtung von keramischem Pulver durch Sintern bei hohen Temperaturen sind besonders temperaturbeständige Öfen und ein großer Energieaufwand sowie lange Prozesszeiten notwendig. Öfen werden aus besonders temperaturbeständigen Materialien gebaut und mit viel Energieaufwand geheizt. Dabei erhitzt sich die Keramik im Innenraum des Ofens, wodurch der Sinterprozess durchgeführt wird. Auch die Temperaturbeständigkeit dieser Öfen ist jedoch begrenzt, so dass teilweise auf Sinterhilfen (beispielsweise bei Si3N4) zurückgegriffen werden muss, um die Sintertemperatur zu senken. Generell liegen die Prozesszeiten im Bereich von Stunden und es wird viel Energie benötigt.For the production of ceramics by compacting ceramic powder by sintering at high temperatures, particularly temperature-resistant furnaces and a large amount of energy as well as long process times are necessary. Furnaces are built from particularly temperature-resistant materials and are heated using a great deal of energy. The ceramic inside the furnace heats up and the sintering process is carried out. However, the temperature resistance of these furnaces is also limited, so that in some cases sintering aids (e.g. with Si 3 N 4 ) have to be used in order to lower the sintering temperature. In general, the process times are in the range of hours and a lot of energy is required.

Es besteht daher nach wie vor der Wunsch, Keramiken und deren Herstellung effizienter zu machen.There is therefore still a desire to make ceramics and their production more efficient.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden können, und die es insbesondere erlauben, effizientere Keramiken herzustellen. Es ist außerdem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Keramik anzugeben, die die Nachteile des Stands der Technik überwindet.It is therefore the object of the present invention to specify a method and a device with which the disadvantages of the prior art can be overcome and which in particular allow more efficient ceramics to be produced. It is also an object of the present invention to specify a ceramic that overcomes the disadvantages of the prior art.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Herstellung von Keramiken, das Verfahren aufweisend:

  • Einstrahlen von Licht auf ein keramisches Ausgangsmaterial, um dieses zumindest bereichsweise aufzuwärmen und dadurch ein keramisches Produkt zu erzeugen, wobei das Einstrahlen von Licht simultan, also gleichzeitig, auf einer Fläche von mindestens 0,1 mm2 und/oder auf mehr als 20% der Fläche des keramischen Ausgangsmaterials erfolgt und wobei die Leistungsdichte des eingestrahlten Lichtes weniger als 800 W/cm2 beträgt.
The object is achieved by the invention according to a first aspect in that a method for producing ceramics, the method comprising:
  • Radiation of light onto a ceramic starting material in order to heat it up at least in certain areas and thereby produce a ceramic product, with the radiation of light simultaneously, i.e. at the same time, on an area of at least 0.1 mm 2 and/or on more than 20% of the Surface of the ceramic starting material takes place and the power density of the incident light is less than 800 W / cm 2 .

vorgeschlagen wird.is suggested.

Das Einstrahlen von Licht kann beispielsweise simultan auf mehr als 20%, auf mindestens 35%, mindestens 50%, mindestens 65%, mindestens 80%, mindestens 90%, mindestens 95%, oder mindestens 99% der Fläche des keramischen Ausgangsmaterials erfolgen, insbesondere auf der gesamten Fläche.The irradiation of light can, for example, take place simultaneously on more than 20%, on at least 35%, at least 50%, at least 65%, at least 80%, at least 90%, at least 95%, or at least 99% of the surface of the ceramic starting material on the entire area.

Das Einstrahlen von Licht kann beispielsweise simultan auf einer Fläche von mindestens 0,1 mm2, mindestens 0,2 mm2, mindestens 0,5 mm2, mindestens 0,01 cm2, mindestens 0,02 cm2, mindestens 0,05 cm2, mindestens 0,1 cm2, mindestens 0,2 cm2, mindestens 0,5 cm2, oder mindestens 1,0 cm2 erfolgen, insbesondere auf mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens 80%, mindestens 90%, mindestens 95%, mindestens 98%, oder mindestens 99% der Fläche des keramischen Ausgangsmaterials, beispielsweise auf der gesamten Fläche.Light can be radiated in, for example, simultaneously on an area of at least 0.1 mm 2 , at least 0.2 mm 2 , at least 0.5 mm 2 , at least 0.01 cm 2 , at least 0.02 cm 2 , at least 0.05 cm 2 , at least 0.1 cm 2 , at least 0.2 cm 2 , at least 0.5 cm 2 , or at least 1.0 cm 2 , in particular at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90% , at least 95%, at least 98%, or at least 99% of the area of the ceramic starting material, for example over the entire area.

Das Einstrahlen von Licht erfolgt insbesondere für eine Zeit von wenigstens 0,1 Sekunden, wenigstens 0,5 Sekunden, wenigstens 1 Sekunde, vorzugsweise von wenigstens 5 Sekunden, vorzugsweise von wenigstens 20 Sekunden, und/oder maximal 10 Minuten, vorzugsweise maximal 8 Minuten, vorzugsweise maximal 5 Minuten, vorzugsweise maximal 3 Minuten, vorzugsweise maximal 1 Minute, vorzugsweise maximal 30 Sekunden, vorzugsweise maximal 10 Sekunden. Das Einstrahlen von Licht mit einer Leistungsdichte von weniger als 800 W/cm2 dient insbesondere dem Sintern des Volumenkörpers.The irradiation of light takes place in particular for a time of at least 0.1 seconds, at least 0.5 seconds, at least 1 second, preferably at least 5 seconds, preferably at least 20 seconds, and/or a maximum of 10 minutes, preferably a maximum of 8 minutes. preferably at most 5 minutes, preferably at most 3 minutes, preferably at most 1 minute, preferably at most 30 seconds, preferably at most 10 seconds. The irradiation of light with a power density of less than 800 W/cm 2 serves in particular to sinter the volume body.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zusätzlich zum oben beschrieben Einstrahlen von Licht auch einen weiteren Schritt des Einstrahlens von Licht mit höherer Leistungsdichte für deutlich kürzere Zeit auf das keramische Ausgangsmaterial umfassen, um dieses zumindest bereichsweise aufzuwärmen und dadurch ein keramisches Produkt zu erzeugen, wobei das Einstrahlen von Licht simultan, also gleichzeitig, auf mehr als 50% der Fläche des keramischen Ausgangsmaterials erfolgt und wobei die Leistungsdichte des eingestrahlten Lichtes mindestens 800 W/cm2 beträgt, beispielsweise mindestens 1000 W/cm2, mindestens 2000 W/cm2, mindestens 4000 W/cm2, mindestens 10000 W/cm2, mindestens 15000 W/cm2, mindestens 50000 W/cm2, oder mindestens 400000 W/cm2, bevorzugt höchstens 750.000 W/cm2, höchstens 20000 W/cm2, höchstens 8000 W/cm2, höchstens 10000 W/cm2, höchstens 7000 W/cm2, oder höchstens 5000 W/cm2.In addition to the irradiation of light described above, the method according to the invention can also include a further step of irradiating light with a higher power density for a significantly shorter time onto the ceramic starting material in order to heat it up at least in certain areas and thereby produce a ceramic product, the irradiation of light simultaneously, i.e. at the same time, on more than 50% of the surface of the ceramic starting material and the power density of the incident light is at least 800 W/cm 2 , for example at least 1000 W/cm 2 , at least 2000 W/cm 2 , at least 4000 W/cm cm 2 , at least 10000 W/cm 2 , at least 15000 W/cm 2 , at least 50000 W/cm 2 , or at least 400000 W/cm 2 , preferably at most 750,000 W/cm 2 , at most 20000 W/cm 2 , at most 8000 W /cm 2 , not more than 10000 W/cm 2 , at most 7000 W/cm 2 , or at most 5000 W/cm 2 .

Der weitere Schritt des Einstrahlens von Licht erfolgt insbesondere für deutlich kürzere Zeiten, beispielsweise für maximal 100 Millisekunden (ms), maximal 50 ms, maximal 40 ms, maximal 30 ms, maximal 25 ms, oder maximal 20 ms, und/oder wenigstens 0,5 ms, wenigstens 1 ms, wenigstens 2 ms, wenigstens 5 ms, oder wenigstens 10 ms. Das weitere Einstrahlen von Licht kann angesichts der kurzen Zeitdauer auch als Lichtblitz bezeichnet werden.The further step of irradiating light takes place in particular for significantly shorter times, for example for a maximum of 100 milliseconds (ms), a maximum of 50 ms, a maximum of 40 ms, a maximum of 30 ms, a maximum of 25 ms, or a maximum of 20 ms, and/or at least 0, 5 ms, at least 1 ms, at least 2 ms, at least 5 ms, or at least 10 ms. The further irradiation of light can also be referred to as a flash of light in view of the short duration.

Das Einstrahlen von Licht im weiteren Schritt kann beispielsweise simultan auf mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens 80%, mindestens 90%, mindestens 95%, mindestens 98%, oder mindestens 99% der Fläche des keramischen Ausgangsmaterials erfolgen, insbesondere auf der gesamten Fläche.The irradiation of light in the further step can, for example, take place simultaneously on at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, or at least 99% of the surface of the ceramic starting material, in particular over the entire area Surface.

Das Einstrahlen von Licht im weiteren Schritt kann beispielsweise simultan auf einer Fläche von mindestens 0,1 mm2, mindestens 0,2 mm2, mindestens 0,5 mm2, mindestens 0,01 cm2, mindestens 0,02 cm2, mindestens 0,05 cm2, mindestens 0,1 cm2, mindestens 0,2 cm2, mindestens 0,5 cm2, oder mindestens 1,0 cm2 erfolgen, insbesondere auf mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens 80%, mindestens 90%, mindestens 95%, mindestens 98%, oder mindestens 99% der Fläche des keramischen Ausgangsmaterials, beispielsweise auf der gesamten Fläche.The irradiation of light in the further step can, for example, be carried out simultaneously on an area of at least 0.1 mm 2 , at least 0.2 mm 2 , at least 0.5 mm 2 , at least 0.01 cm 2 , at least 0.02 cm 2 , at least 0.05 cm 2 , at least 0.1 cm 2 , at least 0.2 cm 2 , at least 0.5 cm 2 , or at least 1.0 cm 2 , in particular at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, or at least 99% of the area of the ceramic starting material, for example over the entire area.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird also vor oder nach, bevorzugt während des Sintervorgangs zusätzlich zu Beleuchtung für das Sintern des Volumenkörpers die Oberfläche für sehr kurze Zeit stärker bestrahlt. Beispielsweise mit einem Blitz aus einer Xe-Blitzlampe mit hoher Leistungsdichte (insbesondere mindestens 800 W/cm2, beispielsweise mindestens 1000 W/cm2, mindestens 1500 W/cm2, mindestens 2000 W/cm2, mindestens 2500 W/cm2, mindestens 3000 W/cm2, mindestens 3500 W/cm2, mindestens 4000 W/cm2, oder etwa 4350 W/cm2) für kurze Zeit (insbesondere maximal 50 ms, maximal 40 ms, maximal 30 ms, maximal 25 ms, oder maximal 10 ms, beispielsweise etwa 20 ms) kann die Oberfläche deutlich stärker erhitzt werden als das darunterliegende Volumenmaterial. Dadurch wird eine Schicht mit anderen Eigenschaften an der Oberfläche ausgebildet. Diese weist bevorzugt eine Textur auf und hat eine höhere Dichte und Korngröße als der Volumenkörper. Weiterhin kann diese Schicht genutzt werden um gerichtetes Kornwachstum im Volumenkörper zu erzeugen. Im englischen wird diese Art von Kontrolle über das Kornwachstum als „templated grain growth“ bezeichnet.In a preferred embodiment, the surface is therefore irradiated more intensely for a very short time before or after, preferably during the sintering process in addition to lighting for the sintering of the volume body. For example, with a flash from a Xe flash lamp with a high power density (in particular at least 800 W/cm 2 , for example at least 1000 W/cm 2 , at least 1500 W/cm 2 , at least 2000 W/cm 2 , at least 2500 W/cm 2 at least 3000 W/cm 2 , at least 3500 W/cm 2 , at least 4000 W/cm 2 , or about 4350 W/cm 2 ) for a short time (in particular a maximum of 50 ms, a maximum of 40 ms, a maximum of 30 ms, a maximum of 25 ms, or a maximum of 10 ms, for example about 20 ms), the surface can be heated to a significantly greater extent than the underlying volume material. As a result, a layer with different properties is formed on the surface. This preferably has a texture and has a higher density and grain size than the solid. Furthermore, this layer can be used to generate directional grain growth in the volume body. In English, this type of control over grain growth is referred to as "templated grain growth".

Bevorzugt wird eine thermische Fehlpassung oder Fehlpassung durch Schrumpfung zwischen der Schicht und dem Volumenkörper durch die Verwendung des Blitzes, während der Volumenkörper selbst bei hoher Temperatur ist, verringert, insbesondere verhindert wobei die Keramik Spannungen bei hohen Temperaturen besonders gut abbauen kann.Preferably, a thermal or shrinkage misfit between the layer and the bulk is reduced, particularly prevented, by the use of the flash while the bulk is itself at high temperature, with the ceramic being particularly good at relieving stress at high temperatures.

Durch den Einsatz von Licht zum Erwärmen des Pulvermaterials, können zum einen die Prozesszeit und der Energieverbrauch drastisch reduziert werden und zum anderen kann der Parameter der Heizrate sehr zuverlässig kontrolliert, insbesondere eingestellt und/oder aktiv geregelt, werden. So kann gezielt kontrolliert werden, wie schnell das Pulver an welcher Stelle aufgeheizt wird. Insbesondere kann eine Aufheizung simultan auf einer großen Fläche erfolgen und der Prozess als kontinuierliches Verfahren realisiert werden. Das keramische Material kann durch Beleuchtung besonders rasch aufgeheizt werden. Dabei kann an den bestrahlten Bereichen eine hohe Heizrate in dem keramischen Material erzielt werden. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht damit also insbesondere eine viel direktere Kontrolle der Leistungsdichte und damit der Temperatur in dem keramischen Material. Gleichzeitig ist das Verfahren überraschend viel einfacher durchzuführen als die konventionelle Herstellung von Keramiken. Gleichzeitig können Aspekte realisiert werden, die bei konventionellem Sintern unmöglich oder nur mit besonders großem Aufwand zu erreichen sind, insbesondere einer oder mehrere der folgenden Aspekte.

  • • Erzeugung eines Korngrößengradienten,
  • • Erzeugung einer Texturierung,
  • • Erzeugung einer verbesserten Temperaturbeständigkeit, insbesondere bei besonders hohen Temperaturen,
  • • Erzeugung homogener Materialeigenschaften,
  • • Reduktion der Prozesszeit,
  • • Genauere Kontrollierbarkeit des Prozesses, insbesondere Realisierung sehr schneller Profile,
  • • Energieersparnis, insbesondere im Kleinserienbereich, selbst bei der Herstellung dickerer Keramiken, und/oder
  • • Beschleunigung, Vergünstigung, Vereinfachung von Entwicklung, insbesondere von Kleinserien.
By using light to heat the powder material, on the one hand the process time and the energy consumption can be drastically reduced and on the other hand the parameters of the heating rate can be controlled very reliably, in particular adjusted and/or actively regulated. In this way, it is possible to specifically control how quickly the powder is heated up at which point. In particular, heating can take place simultaneously over a large area and the process can be implemented as a continuous process. The ceramic material can be heated particularly quickly by lighting. A high heating rate can be achieved in the ceramic material in the irradiated areas. The proposed method thus enables in particular a much more direct control of the power density and thus of the temperature in the ceramic material. At the same time, the process is surprisingly much easier to carry out than the conventional production of ceramics. At the same time, aspects can be realized that are impossible with conventional sintering or can only be achieved with great effort, in particular one or more of the following aspects.
  • • Generation of a grain size gradient,
  • • Creation of a texturing,
  • • Generation of improved temperature resistance, especially at particularly high temperatures,
  • • generation of homogeneous material properties,
  • • Reduction of the process time,
  • • More precise controllability of the process, in particular the realization of very fast profiles,
  • • Energy savings, especially in small series, even when producing thicker ceramics, and/or
  • • Acceleration, discounts, simplification of development, especially of small series.

Ein Korngrößengradient und/oder eine Texturierung lassen sich durch unterschiedliche Temperaturprofile an der Oberfläche und im Inneren der Keramik erzeugen. Beispielsweise kann das Verfahren ein zeitliches und/oder räumliches Leistungsdichtenprofil umfassen. Ein bevorzugtes zeitliches Leistungsdichtenprofil umfasst beispielsweise eine Leistungsdichte in einem Bereich von 800 W/cm2 bis 20.000 W/cm2, beispielsweise 4350 W/cm2 für einen Zeitraum von 0,2 bis 200 ms, beispielsweise 20 millisekunden, gefolgt von oder parallel zu einer weiteren Leistungsdichte in einem Bereich von 10 W/cm2 bis <800 W/cm2, beispielsweise 130 W/cm2 für einen Zeitraum von 1 Sekunde bis 2 Minuten, beispielsweise 10 Sekunden. Dadurch lässt sich ein keramisches Produkt erzeugen, das einen Korngrößengradienten und/oder eine Texturierung aufweist. Insbesondere ist es möglich, ein keramisches Produkt zu erhalten, das unter einer dicht gesinterten Oberflächenschicht ein poröses Volumen enthält. Durch die hohe erste Leistungsdichte kommt es zur Ausbildung der dicht gesinterten Oberflächenschicht. Aufgrund der Kürze der Zeit, mit der die erste Leistungsdichte zum Einsatz kommt, ist die dicht gesinterte Schicht auf eine dünne Oberflächenschicht beschränkt. Die Dicke der Oberflächenschicht kann beispielsweise in einem Bereich von 10 bis 20 µm liegen. Keramische Produkte mit dichter Oberflächenschicht und darunter liegendem porösen Volumen eignen sich besonders für den Einsatz in Brennstoffzellen. Korngröße und Textur wirken sich jeweils auf die funktionellen und mechanischen Eigenschaften aus wie z.B. die Leitfähigkeit und die Anfälligkeit gegenüber Rissen.A grain size gradient and/or texturing can be generated by different temperature profiles on the surface and inside the ceramic. For example, the method can include a temporal and/or spatial power density profile. A favorite temporal lei The power density profile comprises, for example, a power density in a range from 800 W/cm 2 to 20,000 W/cm 2 , for example 4350 W/cm 2 for a period of 0.2 to 200 ms, for example 20 milliseconds, followed by or in parallel with a further power density in a range from 10 W/cm 2 to <800 W/cm 2 , for example 130 W/cm 2 for a period of 1 second to 2 minutes, for example 10 seconds. This allows a ceramic product to be produced which has a grain size gradient and/or a texturing. In particular, it is possible to obtain a ceramic product containing a porous volume under a densely sintered surface layer. The high first power density leads to the formation of the densely sintered surface layer. Due to the short time with which the first power density is used, the densely sintered layer is limited to a thin surface layer. The thickness of the surface layer can be, for example, in a range from 10 to 20 μm. Ceramic products with a dense surface layer and a porous volume underneath are particularly suitable for use in fuel cells. Grain size and texture each affect the functional and mechanical properties such as conductivity and susceptibility to cracking.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zudem ein Sintern bei extrem hohen Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen in einem Bereich von 500 °C bis 3200 °C, da keine Limitation des Temperaturmaximums durch einen Ofen vorliegt. Dadurch können die hergestellten keramischen Produkte eine verbesserte Temperaturbeständigkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen von beispielsweise größer als 1400 °C erreichen. Die extrem hohen Prozesstemperaturen erlauben es auf Sinterhilfen zu verzichten und größere Körner zu generieren und damit eine bessere Kriechbeständigkeit zu erzielen. Je nach primären Diffusionspfad ist die Kriechrate proportional zu 1/Korngröße2 (Nabarro-Herring Kriechen) oder 1/Korgngröße3 (Coble Kriechen). Dadurch werden neue Einsatzgebiete für keramische Produkte erschlossen, in denen herkömmlich hergestellte Keramiken aufgrund ihrer geringeren Temperaturstabilität nur eingeschränkt eingesetzt werden können, beispielsweise kann durch die Verzehnfachung der Korngröße eine Verlängerung der Zeit bis zu welcher ein unerwünschtes Dehnungslevel nicht überschritten wird bei gleicher Temperatur und Spannung um einen Faktor 100 bis 1000 erhöht und damit der Einsatzzeitraum der Keramik um einen ähnlichen Betrag verlängert werden.The method according to the invention also enables sintering at extremely high temperatures, for example at temperatures in a range from 500° C. to 3200° C., since there is no limitation of the temperature maximum by a furnace. As a result, the ceramic products produced can achieve improved thermal stability, in particular at high temperatures of, for example, greater than 1400°C. The extremely high process temperatures make it possible to dispense with sintering aids and to generate larger grains and thus achieve better creep resistance. Depending on the primary diffusion path, the creep rate is proportional to 1/grain size 2 (Nabarro-Herring creep) or 1/grain size 3 (Coble creep). This opens up new areas of application for ceramic products in which conventionally manufactured ceramics can only be used to a limited extent due to their lower temperature stability increased by a factor of 100 to 1000, thus extending the service life of the ceramic by a similar amount.

Mit dem vorliegenden Verfahren wird im keramischen Ausgangsmaterial und/oder im keramischen Produkt insbesondere eine Temperatur von mindestens 1400°C, mindestens 1500°C, mindestens 1600°C, mindestens 1700°C, mindestens 1800°C, mindestens 1900°, oder mindestens 2000°C erreicht. Die Temperatur im keramischen Ausgangsmaterial und/oder dem keramischen Produkt kann beispielsweise in einem Bereich von 500°C bis 3200°C liegen, insbesondere in einem Bereich von 1000°C bis 3000°C, von 1200°C bis 2800°C, von 1400°C bis 2700°C, von 1500°C bis 2600°C, von 1600°C bis 2500°C, von 1700°C bis 2400°C, von 1800°C bis 2300°C, von 1900°C bis 2200°C, oder von 2000°C bis 2100°C.With the present method, a temperature of at least 1400 °C, at least 1500 °C, at least 1600 °C, at least 1700 °C, at least 1800 °C, at least 1900 °C, or at least 2000 °C is achieved in the ceramic starting material and/or in the ceramic product °C reached. The temperature in the ceramic starting material and/or the ceramic product can be, for example, in a range from 500° C. to 3200° C., in particular in a range from 1000° C. to 3000° C., from 1200° C. to 2800° C., from 1400 °C to 2700°C, from 1500°C to 2600°C, from 1600°C to 2500°C, from 1700°C to 2400°C, from 1800°C to 2300°C, from 1900°C to 2200° C, or from 2000°C to 2100°C.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Keramik während des Sintervorgangs auf mindestens 1800 °C oder noch deutlich höher, z.B. 2500 °C erhitzt. Dabei wird beispielsweise eine Isolierung aus Blähgraphit verwendet. Insbesondere kann eine solch extrem hohe Temperatur ohne großen technischen Aufwand an gewöhnlicher Atmosphäre erreicht werden. Dadurch können Materialien mit besonders grobem Ausgangspulver oder mit besonders hohen Sinter- und Schmelztemperatur hergestellt werden. Dies kann die Herstellung von Keramiken wie Beispielsweise Siliziumkarbid, Siliciumnitrid, Borcarbid, Bornitrid oder Magnesiumoxid beschleunigen, vergünstigen und vereinfachen.In a preferred embodiment, the ceramic is heated to at least 1800°C or even significantly higher, e.g. 2500°C, during the sintering process. In this case, insulation made of expandable graphite is used, for example. In particular, such an extremely high temperature can be reached in an ordinary atmosphere without great technical effort. As a result, materials can be produced with a particularly coarse starting powder or with particularly high sintering and melting temperatures. This can speed up, cheapen and simplify the production of ceramics such as silicon carbide, silicon nitride, boron carbide, boron nitride or magnesium oxide.

Mit dem Verfahren der Erfindung lassen sich keramische Produkte mit deutlich homogeneren Materialeigenschaften erzeugen, beispielsweise hinsichtlich der Korngröße, Phasenzusammensetzung, Porösität, Anzahl und Größe von Mikrorissen, oder Leitfähigkeit. Dies liegt zum einen an der thermischen Entkopplung des Grünkörpers durch eine Isolation gegenüber der Unterlage, beispielsweise durch das Schweben auf einer Gasmembran. Zum anderen bringt die simultane, flächige Beleuchtung den Vorteil mit sich, dass laterale Temperaturgradienten (wie sie beispielsweise beim Selektiven Lasersintern auftreten, bei dem nicht simultan auf einer Fläche beleuchtet wird, sondern stattdessen die Fläche Punkt für Punkt abgerastert wird) entfallen oder zumindest deutlich reduziert sind, wodurch die Materialeigenschaften und deren Homogenität verbessert werden.With the method of the invention, ceramic products can be produced with significantly more homogeneous material properties, for example with regard to grain size, phase composition, porosity, number and size of microcracks, or conductivity. On the one hand, this is due to the thermal decoupling of the green body by insulation from the substrate, for example by floating on a gas membrane. On the other hand, the simultaneous, area illumination has the advantage that lateral temperature gradients (such as those that occur in selective laser sintering, for example, in which an area is not illuminated simultaneously, but instead the area is scanned point by point) are eliminated or at least significantly reduced are, whereby the material properties and their homogeneity are improved.

Außerdem wird im Vergleich zum Selektiven Lasersintern die Prozesszeit radikal verkürzt, da mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung innerhalb von Sekunden ganze Bauteile auf einen Schlag gesintert werden kann. Durch die extreme Reduktion der Prozesszeit und die vereinfachte Handhabung kann Entwicklung deutlich schneller erfolgen. Insbesondere Kleinserien, wie beispielsweise bei der Herstellung von Sputter-Targets oder PLD-Targets (englisch: „Pulsed Laser Deposition (PLD)“), können vergünstigt und vereinfacht werden.In addition, the process time is radically reduced in comparison to selective laser sintering, since with the method of the present invention entire components can be sintered in one go within seconds. Due to the extreme reduction in process time and the simplified handling, development can take place much faster. In particular, small series, such as in the production of sputter targets or PLD targets (English: "Pulsed Laser Deposition (PLD)"), can be cheaper and simplified.

Die Verwendung von Licht anstelle eines Ofens kann mit einer Reduktion der Prozesszeit um den Faktor 1000 verbunden sein. Außerdem lässt sich eine Energieeinsparung von beispielsweise 20% bis 99% erreichen. Eine Energieeinsparung lässt sich in eine entsprechende CO2-Einsparung übertragen. Ein weiterer Vorteil ist, dass elektrischer Strom verwendet werden kann, der nachhaltig eingekauft werden kann. Gas/Öl sind nicht im großen Maßstab CO2 neutral erhältlich. Selbst dickere Keramiken, beispielsweise solche mit einer Dicke in einem Bereich von 0,1 mm bis 20 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 10 mm oder von >1 mm bis 5 mm, können innerhalb von Sekunden mit einer Energieersparnis von mindestens 90% hergestellt werden. Insbesondere kann eine Energieersparnis bei gleichzeitig verkürzter Lieferzeit erreicht werden.The use of light instead of an oven can come with a reduction in process time connected by a factor of 1000. In addition, an energy saving of, for example, 20% to 99% can be achieved. An energy saving can be translated into a corresponding CO 2 saving. Another advantage is that electric power can be used, which can be purchased sustainably. Gas/oil are not available on a large scale CO 2 neutral. Even thicker ceramics, for example those with a thickness in the range from 0.1 mm to 20 mm, in particular from 0.5 mm to 10 mm or from >1 mm to 5 mm, can be prepared within seconds with an energy saving of at least 90%. getting produced. In particular, an energy saving can be achieved with a simultaneously shortened delivery time.

Das keramische Ausgangsmaterial kann insbesondere eine Dicke von mindestens 0,001 mm, mindestens 0,01 mm, mindestens 0,1 mm, mindestens 0,5 mm, mindestens 1,0 mm oder mindestens 2,0 mm haben. Die Dicke liegt beispielsweise in einem Bereich von 0,1 bis 12,0 mm, insbesondere von 0,2 bis 10,0 mm, von 0,5 bis 8,0 mm, von 1,0 bis 5,0 mm, oder von 1,0 bis 4,0 mm.The ceramic starting material can in particular have a thickness of at least 0.001 mm, at least 0.01 mm, at least 0.1 mm, at least 0.5 mm, at least 1.0 mm or at least 2.0 mm. The thickness is, for example, in a range from 0.1 to 12.0 mm, in particular from 0.2 to 10.0 mm, from 0.5 to 8.0 mm, from 1.0 to 5.0 mm, or from 1.0 to 4.0mm.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das keramische Ausgangsmaterial auf eine mittlere Temperatur, beispielsweise 50% der Maximaltemperatur während des Sintervorgangs vorgeheizt. Dadurch wird die Temperaturspanne, um welche besonders schnell aufgeheizt werden muss, deutlich reduziert. Dadurch lässt sich eine größere Materialdicke erfolgreich bearbeiten und insbesondere homogene Materialeingeschalten erzeugen. Der Vorheizschritt kann auch mit niedrigeren Heizraten über längere Zeitspannen erfolgen als der eigentliche Sinterschritt. Weiterhin wird hier eine deutlich geringere Leistungsdichte als für das Sintern benötigt und es ist denkbar für den Vorheizschritt auch einen herkömmlichen Ofen zu verwenden oder den Schritt mit dem Ausbrennen von Bindermaterialien zu kombinieren.In a preferred embodiment, the ceramic starting material is preheated to an average temperature, for example 50% of the maximum temperature during the sintering process. This significantly reduces the temperature range by which heating has to be carried out particularly quickly. As a result, a larger material thickness can be successfully processed and, in particular, homogeneous material inserts can be produced. The preheating step can also take place at lower heating rates over longer periods of time than the actual sintering step. Furthermore, a significantly lower power density is required here than for sintering and it is conceivable to use a conventional furnace for the preheating step or to combine the step with the burning out of binder materials.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Abstrahlung von Wärme aus der Keramik durch geeignete Spiegel reduziert. Ein beispielsweise elliptisch oder parabolisch geformter Spiegel, welcher z.B. mit Gold beschichtet ist um insbesondere die abgestrahlte Infrarotstrahlung zu reflektieren, kann verwendet werden, um die emittierte Strahlung auf die entstehende Keramik zurückzuwerfen. Dies ermöglicht die Leistung zu reduzieren, welche benötigt wird, um die Temperatur aufrecht zu erhalten. Dadurch kann die Energieeffizienz bei langen Belichtungszeiten verbessert werden.In a preferred embodiment, the radiation of heat from the ceramic is reduced by suitable mirrors. A mirror, for example elliptical or parabolic, which is coated with gold, for example, in order to reflect the radiated infrared radiation in particular, can be used to throw the emitted radiation back onto the ceramic being produced. This allows reducing the power needed to maintain the temperature. This can improve energy efficiency with long exposure times.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird von mindestens zwei Seiten beleuchtet.In a preferred embodiment, at least two sides are illuminated.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden Materialdicken von 0,1 bis 12,0 mm, insbesondere von 0,2 bis 10,0 mm, von 0,5 bis 8,0 mm, von 1,0 bis 5,0 mm, oder von 2,0 bis 4,0 mm, beispielsweise etwa 4 mm behandelt. Dabei wird bevorzugt von zwei Seiten beleuchtet und ein Vorwärmschritt genutzt.In a particularly preferred embodiment, material thicknesses are from 0.1 to 12.0 mm, in particular from 0.2 to 10.0 mm, from 0.5 to 8.0 mm, from 1.0 to 5.0 mm, or from 2.0 to 4.0 mm, for example about 4 mm. It is preferably illuminated from two sides and a preheating step is used.

Das Verfahren ermöglicht es außerdem komplette Bauteile, beispielsweise Vielschichtkondensatoren, in einem Sinterprozess herzustellen.The process also makes it possible to produce complete components, such as multilayer capacitors, in a single sintering process.

Mit dem Verfahren der Erfindung lassen sich in einem weiteren Aspekt zumindest lokal Versetzungen erzeugen. Eine hohe Dichte solcher Versetzungen ist in Keramiken besonders wichtig für ihre Leistungsfähigkeit. Denn durch Versetzungen lassen sich funktionelle und mechanische Eigenschaften von Keramiken verbessern und/oder gezielt einstellen. Zu den Eigenschaften einer Keramik, die mit Versetzungen beeinflusst, insbesondere verbessert, werden können, zählen unter anderem die Folgenden:

  • • die Beständigkeit der Keramik gegen Risse;
  • • die Verformbarkeit der Keramik, insbesondere die Hochtemperaturverformbarkeit;
  • • die Bruchzähigkeit der Keramik;
  • • das Verschleißverhalten der Keramik;
  • • die katalytische Aktivität der Keramik;
  • • die elektro-optischen Eigenschaften der Keramik;
  • • die elektrische, ionische und/oder thermische Leitfähigkeit der Keramik; und
  • • ferroelektrische und/oder halbleitende Eigenschaften der Keramik.
In a further aspect, at least locally dislocations can be produced with the method of the invention. A high density of such dislocations in ceramics is particularly important for their performance. Dislocations allow the functional and mechanical properties of ceramics to be improved and/or specifically adjusted. The properties of a ceramic that can be influenced, in particular improved, with dislocations include the following:
  • • the resistance of ceramics to cracks;
  • • the deformability of the ceramic, in particular the high-temperature deformability;
  • • the fracture toughness of the ceramic;
  • • the wear behavior of the ceramic;
  • • the catalytic activity of the ceramic;
  • • the electro-optical properties of the ceramic;
  • • the electrical, ionic and/or thermal conductivity of the ceramic; and
  • • ferroelectric and/or semiconducting properties of the ceramic.

Aber auch sekundäre Eigenschaften von Keramiken, wie beispielsweise die Neigung zur Interdiffusion beim Ko-Sintern verschiedener Phasen in einem Schichtverbund (z. B. Kondensatoren, piezoelektrische Aktoren, Solarzellen, Festkörperbatterien, Brennstoffzellen und Elektrolysezellen) oder die Homogenität beim Abscheiden von metallischem Lithium (Lithiumdendritenwachstum) in neuartigen Batterien können durch Versetzungen beeinflusst, insbesondere verbessert, werden.But also secondary properties of ceramics, such as the tendency to interdiffuse when co-sintering different phases in a layered composite (e.g. capacitors, piezoelectric actuators, solar cells, solid-state batteries, fuel cells and electrolysis cells) or the homogeneity when depositing metallic lithium (lithium dendrite growth). ) in new batteries can be influenced, in particular improved, by dislocations.

Das Verfahren erlaubt es damit, Keramiken in Abhängigkeit ihres späteren Anwendungszweckes hinsichtlich der Anzahl und Dichte der eingebrachten Versetzungen zu beeinflussen und dadurch wiederum die Eigenschaften der Keramik, vor allem ihre funktionellen und mechanischen Eigenschaften, wie sie beispielsweise oben angeführt wurden, gezielt zu beeinflussen, insbesondere einzustellen und/oder zu verbessern.The process thus makes it possible to influence ceramics, depending on their later application, with regard to the number and density of the introduced dislocations and thereby in turn to influence the properties of the ceramic, especially its functional and mechanical properties, as they were mentioned above, for example, in a targeted manner discontinue and/or improve.

Weiterhin können Versetzungen chemische Dotierungen ersetzen und/oder ergänzen. Dadurch kann die Komplexität der Materialen reduziert werden, was für weniger komplexe Rohstofflieferketten sowie eine nachhaltigere und ökonomischere Herstellung ermöglicht. Gleichzeitig bietet dies auch Potential für ein leichteres Recycling.Furthermore, dislocations can replace and/or complement chemical doping. This can reduce the complexity of the materials, which allows for less complex raw material supply chains and more sustainable and economical production. At the same time, this also offers potential for easier recycling.

Weiterhin kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine gute mechanische Verformbarkeit der Keramik nach dem Sintern erzielt werden. Diese Eigenschaft kann für eine sekundäre Formgebung genutzt werden, welche eine plastische Verformbarkeit voraussetzt, insbesondere Biegen, Knicken, Tiefziehen, Schmieden und/oder Extrudieren.Furthermore, good mechanical deformability of the ceramic after sintering can be achieved with the proposed method. This property can be used for secondary shaping, which requires plastic deformability, in particular bending, buckling, deep-drawing, forging and/or extrusion.

Das vorgeschlagene Verfahren kann somit zu einer signifikanten Verbesserung der Eigenschaften bekannter Keramiken führen. Das Verfahren ist dabei mit einem vergleichsweise geringen technischen Aufwand realisierbar. Da das Verfahren nur geringe Anforderungen an die technischen Rahmenbedingungen stellt, kann es darüber hinaus besonders einfach in bestehende Fertigungsprozesse integriert werden. Da das Verfahren berührungslos arbeitet (es erfordert also vor allem auch keine Kontaktierung des Probenkörpers wie das „flash sintern“), kann dessen Implementierung besonders einfach erfolgen. Daher lassen sich auch bestehende Fertigungsvorgänge sehr einfach und kostengünstig nachrüsten, um dort das vorgeschlagene Verfahren einzusetzen. Die Lichtquelle kann dabei aus einer Vielzahl von selbst herkömmlichen Lichtquellen gewählt werden. Dadurch kann die Implementierung des Verfahrens besonders kostengünstig erfolgen. Auch kann das Verfahren für eine Vielzahl von verschiedenen Geometrien des Probenkörpers eingesetzt werden. Insbesondere sind Prozesse mit kontinuierlichem Materialtransport durch die beleuchtete Zone möglich. Damit ist das vorgeschlagene Verfahren für die Massenproduktion sehr gut geeignet.The proposed method can thus lead to a significant improvement in the properties of known ceramics. The method can be implemented with comparatively little technical effort. Since the process places only low demands on the technical framework, it can also be easily integrated into existing production processes. Since the method works contact-free (it does not require any contacting of the sample body like "flash sintering"), its implementation is particularly easy. Existing production processes can therefore also be retrofitted very easily and inexpensively in order to use the proposed method there. The light source can be selected from a large number of even conventional light sources. As a result, the method can be implemented in a particularly cost-effective manner. The method can also be used for a large number of different geometries of the specimen. In particular, processes with continuous material transport through the illuminated zone are possible. The proposed method is therefore very well suited for mass production.

Durch das Einstrahlen von Licht kann vorzugsweise ein kontrolliertes und/oder kontrollierbares Temperaturprofil innerhalb der Keramik eingestellt werden. Beispielsweise kann dies ein räumliches Temperaturprofil innerhalb der Keramik sein. Dadurch wiederum kann eine besonders gute und zuverlässige Kontrolle von Versetzungen mit sehr hoher Versetzungsdichte erreicht werden, was wiederum eine entsprechende Kontrolle von Eigenschaften der Keramik ermöglicht. Auch können optional Gradienten in bestimmten Eigenschaften der Keramik erzeugt werden, das heißt, die Werte der Eigenschaften ändern sich mit dem Ort graduell. Es ist auch möglich, mit Hilfe eines zeitlichen Leistungsdichteprofils der Bestrahlung keramische Produkte mit Eigenschaftsgradienten zu erzeugen. Beispielsweise lassen sich Produkte mit einer Oberflächenschicht hoher Dichte von beispielsweise größer als 90% oder größer als 95%, insbesondere ohne offene bzw. perkolierende Porosität, und einem darunter liegenden Volumen mit geringer Dichte mit perkolierender Porosität und somit einer Gasdurchlässigkeit herstellen. Solche Produkte sind beispielsweise für den Einsatz in Brennstoffzellen oder für die Wasserspaltung interessant. Die Oberflächenschicht ist aufgrund der hohen Dichte gasdicht, während das darunter liegende Volumen aufgrund seiner Porosität einen guten Reaktionsraum darstellt.By radiating in light, a controlled and/or controllable temperature profile can preferably be set within the ceramic. For example, this can be a spatial temperature profile within the ceramic. As a result, a particularly good and reliable control of dislocations with a very high dislocation density can be achieved, which in turn enables a corresponding control of the properties of the ceramic. Also, gradients can optionally be created in certain properties of the ceramic, that is, the values of the properties change gradually with location. It is also possible to produce ceramic products with property gradients using a time-dependent power density profile of the irradiation. For example, products with a high density surface layer of, for example, greater than 90% or greater than 95%, in particular without open or percolating porosity, and an underlying volume with low density with percolating porosity and thus gas permeability can be produced. Such products are of interest, for example, for use in fuel cells or for water splitting. The surface layer is gas-tight due to its high density, while the volume underneath represents a good reaction space due to its porosity.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es erstmalig möglich, Versetzungen mit einer ausreichenden Anzahl und einer Dichte in einer Keramik zu erzeugen, um die Eigenschaften der Keramik auch für anspruchsvolle Anwendungszwecke beeinflussen, insbesondere verbessern, zu können. Das Verfahren ermöglicht das Erzeugen von Versetzungen unter kontrollierten Bedingungen und ist damit auch reproduzierbar.With the proposed method it is possible for the first time to produce dislocations with a sufficient number and density in a ceramic in order to be able to influence, in particular improve, the properties of the ceramic even for demanding applications. The method enables dislocations to be generated under controlled conditions and is therefore also reproducible.

Das Verfahren funktioniert insbesondere bei kurzen Wellenlängen besonders gut. Es ist anderweitig bekannt, dass Additive für eine bessere Absorption bei langen Wellenlängen und für bessere Ergebnisse beim Selektiven Lasersintern sorgen. Es ist aber besser, keine teilweise nachteiligen Additive verwenden zu müssen. Überraschenderweise wird wesentlich mehr Energie absorbiert wird, wenn das Verfahren in Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird. Die Sauerstofffehlstellen wirken hier ähnlich zu einem absorbierenden Additiv. Bevorzugt wird das Verfahren in Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Bevorzugt ist das Verfahren frei von absorbierenden Additiven.The method works particularly well with short wavelengths in particular. It is otherwise known that additives provide better absorption at long wavelengths and better results in selective laser sintering. However, it is better not to have to use additives, some of which are disadvantageous. Surprisingly, significantly more energy is absorbed when the process is carried out in a nitrogen atmosphere. Here, the oxygen vacancies have a similar effect to an absorbing additive. The process is preferably carried out in a nitrogen atmosphere. The method is preferably free of absorbent additives.

Beispielsweise kann sichtbares Licht und/oder UV-Licht verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann auch Licht im infraroten Spektralbereich eingesetzt werden. Durch das Einstrahlen von Licht, beispielsweise im sichtbaren und/oder UV-bereich, kann das Temperaturprofil innerhalb der Keramik sehr genau kontrolliert, insbesondere gesteuert, werden. Durch die Wahl der passenden Wellenlänge, insbesondere durch die Wahl des Spektralbereichs (UV, VIS, IR), kann der Wirkungsgrad besonders zuverlässig eingestellt werden. Besonders bevorzugt wird blaues Laserlicht als durchgehende Welle (nicht gepulsed, Englisch: „continuous wave“) eingesetzt, insbesondere Laserlicht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 200 nm bis 700 nm, beispielsweise 300 nm bis 600 nm oder 400 nm bis 500 nm.For example, visible light and/or UV light can be used. Alternatively or additionally, light in the infrared spectral range can also be used. By radiating in light, for example in the visible and/or UV range, the temperature profile within the ceramic can be very precisely monitored, in particular controlled. By choosing the right wavelength, in particular by choosing the spectral range (UV, VIS, IR), the efficiency can be set particularly reliably. Blue laser light is particularly preferably used as a continuous wave (not pulsed, English: “continuous wave”), in particular laser light with a wavelength in a range from 200 nm to 700 nm, for example 300 nm to 600 nm or 400 nm to 500 nm.

Ein Laser mit einer Wellenlänge von beispielsweise 450 nm entspricht einer Photonenenergie von 2.7 eV. Wenn die Photonenenergie größer als die Bandlücke ist, dann absorbiert das Material das Licht zu fast 100 % Ansonsten ist es fast transparent (siehe Glas). Für die meisten Keramiken liegt die Bandlücke zwischen 2 und 5 eV. Für die meisten relevanten Oxide zwischen 2,7 und 3,8 eV. Jedoch fällt die Bandlücke mit der Temperatur ab und reduziert sich um ca. 1 eV bei 1200°C. Damit sind für die meisten Oxide ca. 2 eV ausreichend, um bei der maximalen Prozesstemperatur einen großen Wirkungsgrad zu erhalten.A laser with a wavelength of 450 nm, for example, corresponds to a photon energy of 2.7 eV. If the photon energy is greater than the band gap, then the material absorbs almost 100% of the light, otherwise it is almost transparent (see glass). For most ceramics lies the band gap between 2 and 5 eV. For most relevant oxides between 2.7 and 3.8 eV. However, the band gap decreases with temperature and is reduced by about 1 eV at 1200°C. This means that for most oxides, around 2 eV is sufficient to achieve high efficiency at the maximum process temperature.

Rote Laser mit 800 nm Wellenlänge (1,5 eV) sind nachteilig. Das Licht wird nicht effizient absorbiert, wodurch 10 bis 20 mal mehr Leistung benötigt wird. CO2 Laser mit 10000 nm Wellenlänge (0,15 eV) sind mit noch größeren Problemen der effektiven Absorption verbunden.Red lasers with a wavelength of 800 nm (1.5 eV) are disadvantageous. The light is not efficiently absorbed, requiring 10 to 20 times more power. CO 2 lasers with a wavelength of 10,000 nm (0.15 eV) have even greater problems with effective absorption.

Bevorzugt beträgt die Photonenenergie daher mindestens 2 eV und liegt insbesondere in einem Bereich von 2 eV bis 5 eV, beispielsweise von 2,5 eV bis 4,0 eV oder von 2,7 eV bis 3,8 eV.The photon energy is therefore preferably at least 2 eV and is in particular in a range from 2 eV to 5 eV, for example from 2.5 eV to 4.0 eV or from 2.7 eV to 3.8 eV.

Grundsätzlich wird dabei das einfallende Licht von der Keramik bzw. dem Grünkörper, insbesondere an oder nahe der Oberfläche, auf die das Licht einfällt, absorbiert, wobei das Innere des Materials auch durch Wärmeübertragung von der Oberfläche aufgeheizt werden kann. In einer besonders geeigneten Ausführungsform werden dünne Grünkörper verwendet wobei gezieltes Abschalten des Lichtes auch sehr große Kühlraten ermöglicht. Auch Schichtverbunde und Komposite können mit diesem Verfahren gesintert werden, insbesondere Festkörperbatterien, Aktuatoren, Kondensatoren und Brennstoffzellen.In principle, the incident light is absorbed by the ceramic or the green body, in particular at or near the surface onto which the light falls, with the interior of the material also being able to be heated by heat transfer from the surface. In a particularly suitable embodiment, thin green bodies are used, with targeted switching off of the light also enabling very high cooling rates. Layered composites and composites can also be sintered using this process, in particular solid-state batteries, actuators, capacitors and fuel cells.

Ein Grünkörper kann dabei beispielsweise die Keramik vor dem Sinterprozess bezeichnen, mithin das keramische Ausgangsmaterial. Der Begriff lässt dabei offen, ob es sich bei dem Ausgangsmaterial beispielsweise um eine Folie oder um ein gepresstes Pulver handelt und welche Geometrie es hat.A green body can, for example, designate the ceramic before the sintering process, and therefore the ceramic starting material. The term leaves open whether the starting material is, for example, a film or a pressed powder and what its geometry is.

In einer Ausführungsform weist das keramische Ausgangsmaterial eine folienartige Geometrie auf. Beispielsweise können adaptive (Laser-)Optiken eingesetzt werden und damit die eingebrachte Licht-Leistung präzise und schnell gesteuert werden. Somit können während der im Zuge des Sintervorgangs stattfindenden Verdichtung gleichzeitig Versetzungen in die Keramik eingebracht werden. Durch die so kontrollierbaren schnellen Heiz- und/oder Kühlraten können Versetzungen in einem hohen Maße in die Keramik eingebracht werden, was herkömmlicherweise etwa in einem Ofen aufgrund dessen thermischer Trägheit nicht möglich ist. Durch die Versetzungen können dann eine Vielzahl von funktionellen und mechanischen Eigenschaften der Keramik verbessert werden. Beispielsweise kann, insbesondere bei geringen Dicken der Keramik, etwa einer Dicke von weniger als 1 mm, durch Ausschalten der Bestrahlung die Kühlrate kontrolliert werden, insbesondere können dadurch auch sehr große Kühlraten erreicht werden. Das ist ein Designparameter, der herkömmlicherweise nicht verfügbar ist.In one embodiment, the ceramic starting material has a foil-like geometry. For example, adaptive (laser) optics can be used and the light output can be controlled precisely and quickly. Thus, dislocations can be introduced into the ceramic at the same time during the compaction taking place in the course of the sintering process. Due to the rapid heating and/or cooling rates that can be controlled in this way, dislocations can be introduced into the ceramic to a large extent, which is not usually possible in a furnace, for example, due to its thermal inertia. The dislocations can then improve a large number of functional and mechanical properties of the ceramic. For example, particularly in the case of small thicknesses of the ceramic, for example a thickness of less than 1 mm, the cooling rate can be controlled by switching off the irradiation; in particular, very high cooling rates can also be achieved as a result. This is a design parameter that is not traditionally available.

Eine hohe Kühlrate kann also vorzugsweise durch das Ausschalten der Lichtquelle und damit durch das Beenden der Zuführung von Wärmeleistung erreicht werden. Dies ermöglicht einen im Vergleich zu herkömmlichen Öfen schnelle Abkühlzeit. Da optional kein konventioneller Ofen verwendet wird, fällt die thermische Trägheit des Ofens weg. Dadurch macht die Keramik nahezu die gesamte thermische Trägheit aus. Entsprechend kann die thermische Trägheit besonders gering bei dünnen Keramiken sein. In Folge können schnelle und präzise Temperaturprofile gefahren werden.A high cooling rate can thus preferably be achieved by switching off the light source and thus by ending the supply of thermal power. This enables a fast cooling time compared to conventional ovens. Since no conventional oven is optionally used, the thermal inertia of the oven is eliminated. As a result, the ceramic accounts for almost all of the thermal inertia. Accordingly, the thermal inertia can be particularly low in the case of thin ceramics. As a result, fast and precise temperature profiles can be run.

Das Verfahren ist dabei besonders gut geeignet für das Sintern von Elektrolytschichten und/oder Schichtverbünden für Brennstoffzellen, von Elektrolysezellen und von Festkörperbatterien sowie von keramischen Sensoren.The method is particularly well suited for the sintering of electrolyte layers and/or layer composites for fuel cells, electrolytic cells and solid-state batteries as well as ceramic sensors.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann damit auf den Einsatz von Sinteröfen, welche herkömmlicherweise zum Erwärmen des Ausgangsmaterials verwendet werden, ganz oder zumindest teilweise verzichtet werden. Dies bringt eine Reihe gewichtiger Vorteile mit sich: Eine enorme Energiemenge lässt sich einsparen, da nicht mehr ganze Öfen aufgeheizt und wieder abgekühlt werden müssen. Das Einstrahlen von Licht ermöglicht ferner einen äußerst dynamischen Temperaturverlauf in der Keramik. Das träge Aufheiz- und Abkühl-Verhalten des Ofens kann überwunden werden. Im Gegensatz zu Heizbändern, Öfen oder Strom kann daher eine sehr effiziente Kontrolle der Temperatur der Keramik ausgeübt werden.With the proposed method, the use of sintering furnaces, which are conventionally used to heat the starting material, can be completely or at least partially dispensed with. This brings with it a number of important advantages: An enormous amount of energy can be saved, since entire furnaces no longer have to be heated up and cooled down again. The irradiation of light also enables an extremely dynamic temperature profile in the ceramic. The sluggish heating and cooling behavior of the furnace can be overcome. In contrast to heating bands, ovens or electricity, a very efficient control of the temperature of the ceramic can therefore be exercised.

In einer Ausführungsform wird vor Beginn der Lichteinstrahlung und/oder nach Ende der Lichteinstrahlung das keramische Material mittels eines Sinterofens oder auf andere Weise gesintert. Damit kann das vorgeschlagene Verfahren beispielsweise nur bei Bedarf an einer hohen Versetzungsdichte zugeschaltet werden.In one embodiment, the ceramic material is sintered by means of a sintering furnace or in some other way before the start of the light irradiation and/or after the end of the light irradiation. This means that the proposed method can only be switched on when a high dislocation density is required, for example.

Das vorgeschlagene Verfahren weist vorzugsweise folgende vorteilhafte Merkmale und Eigenschaften auf, die jeweils alleine, alle zusammen und/oder in beliebiger Kombination ausgenutzt werden können:

  • • Keramiken nahezu beliebiger Geometrien, vor allem quaderförmige Geometrien mit Dicken unter 1 mm oder auch mit Dicken von 1 mm bis 5 mm, lassen sich mit dem Verfahren sintern.
  • • Das Verfahren arbeitet berührungslos.
  • • Das Verfahren ist skalierbar.
  • • Das Verfahren kann besonders viel Fläche gleichzeitig behandeln.
  • • Das Verfahren ist das erste industriell skalierbare Herstellungsverfahren für Keramiken, wie keramische Membranen, welche ihre herausragenden Eigenschaften durch die erzeugten Versetzungen erhalten.
  • • Das Verfahren erreicht sehr kurze Prozesszeiten bei nur geringem technologischen Aufwand.
  • • Das Verfahren, insbesondere der mit diesem verbundene Sinterprozess, kann direkt in bestehende industrielle Foliengießanlagen integriert werden.
  • • Das Verfahren ermöglicht eine sehr hohe Anzahl und eine sehr hohe Dichte von Versetzungen.
  • • Das Verfahren ist auch für die Massenproduktion gut skalierbar und einfach umzusetzen (beispielsweise können gut verfügbare Leuchten verwendet werden).
  • • Die Prozessführung im Labormaßstab kann besonders ähnlich zur industriellen Prozessführung gestaltet werden, wodurch Weiterentwicklungen besonders schnell realisiert werden können und Qualitätskontrollen vereinfacht werden.
  • • Das Verfahren kann sogar in bestehenden Anlagen nachgerüstet werden, da nur wenig Technik notwendig ist.
  • • Das Verfahren kann als kontinuierlicher Prozess gestaltet werden.
  • • Es ist eine erhebliche Energieeinsparung bei der Herstellung möglich, da keine Öfen notwendig sind, die aufgeheizt und wieder abgekühlt werden müssen. Nur das Material selbst wird erwärmt.
  • • Das Verfahren ist gut reproduzierbar und kontrollierbar wodurch auch ungewünschte Nebeneffekte, wie eine Leitfähigkeitsänderung durch Punktdefekte im keramischen Material, vermieden werden, da sehr definierte Verfahrensparameter herrschen - im Gegensatz etwa zu der Situation beim Flash-Sintering. Dadurch wird das Verfahren in seiner Komplexität reduziert.
The proposed method preferably has the following advantageous features and properties, which can be used alone, all together and/or in any combination:
  • • Ceramics of almost any geometry, especially cuboid geometries with a thickness of less than 1 mm or with a thickness of 1 mm to 5 mm, can be sintered with the process.
  • • The process works without contact.
  • • The process is scalable.
  • • The process can treat a particularly large area at the same time.
  • • The process is the first industrially scalable manufacturing process for ceramics, such as ceramic membranes, which get their outstanding properties from the dislocations created.
  • • The method achieves very short process times with only little technological effort.
  • • The process, in particular the associated sintering process, can be integrated directly into existing industrial film casting systems.
  • • The process enables a very high number and a very high density of dislocations.
  • • The method is also easily scalable for mass production and easy to implement (for example, readily available lights can be used).
  • • Process control on a laboratory scale can be designed in a particularly similar way to industrial process control, which means that further developments can be implemented particularly quickly and quality controls are simplified.
  • • The process can even be retrofitted in existing plants, since little technology is required.
  • • The procedure can be designed as a continuous process.
  • • Significant energy savings are possible during production, since no ovens are required that have to be heated up and cooled down again. Only the material itself is heated.
  • • The process is easily reproducible and controllable, which also avoids undesirable side effects such as a change in conductivity due to point defects in the ceramic material, since very defined process parameters prevail - in contrast to the situation with flash sintering. This reduces the complexity of the method.

Das Verfahren kann dabei besonders gut für die Herstellung von Keramiken in einem oder mehreren der folgenden Bereiche eingesetzt werden: Brennstoffzellentechnik, Elektrolysezellen, Festkörperbatterien, Sensoren, Festkörperbatterien, Wasserstofftechnik, Solarzellen, Katalysetechnik, Kondensatoren und Aktuatoren.The method can be used particularly well for the production of ceramics in one or more of the following areas: fuel cell technology, electrolytic cells, solid-state batteries, sensors, solid-state batteries, hydrogen technology, solar cells, catalysis technology, capacitors and actuators.

Der Fachmann versteht dabei freilich, dass während des Einstrahlens des Lichts der Übergang von dem keramischen Ausgangsmaterial hin zu dem keramischen Produkt in Folge des Sintervorgangs fließend ist.Of course, the person skilled in the art understands that during the irradiation of the light, the transition from the ceramic starting material to the ceramic product is fluid as a result of the sintering process.

Die Erfindung ermöglicht es dabei vorzugsweise, die Temperatur derart einzustellen, insbesondere eine laterale Variation des Temperaturprofils zu minimieren, dass keine großen lokalen Gradienten im keramischen Ausgangsmaterial entstehen. Dadurch wird das gesinterte Material reißfester. Zusätzlich können optional die Übergänge zwischen beleuchteten und nicht beleuchteten Bereichen als Gradient gestaltet werden.The invention preferably makes it possible to set the temperature in such a way, in particular to minimize a lateral variation in the temperature profile, that no large local gradients arise in the ceramic starting material. This makes the sintered material more tear-resistant. In addition, the transitions between illuminated and non-illuminated areas can optionally be designed as a gradient.

In einer Ausführungsform wird gleichzeitig eine Fläche von 1 cm2 oder mehr, vorzugsweise von 250 cm2 oder mehr, und/oder von 2000 cm2 oder weniger, vorzugsweise von 100 cm2 oder weniger, des Materials beleuchtet.In one embodiment, an area of 1 cm 2 or more, preferably 250 cm 2 or more, and/or 2000 cm 2 or less, preferably 100 cm 2 or less, of the material is illuminated simultaneously.

Die mit dem Verfahren hergestellten Keramiken können aufgrund ihrer hohen Versetzungsdichte besonders leistungsfähig sein. Beispielsweise können mit dem Verfahren Funktionskeramiken hergestellt werden. Beim Einsatz von Funktionskeramiken besteht ein Interesse an möglichst leistungsfähigen Keramiken, da dies dem Gesamtsystem (etwa einer Batterie) zugutekommt.The ceramics produced using this process can be particularly efficient due to their high dislocation density. For example, functional ceramics can be produced with the method. When using functional ceramics, there is an interest in ceramics that are as efficient as possible, since this benefits the entire system (e.g. a battery).

Als Funktionskeramik wird dabei vorzugsweise eine Keramik mit besonderen funktionellen Eigenschaften, etwa hinsichtlich Kondensatoren, Sensoren oder Batteriemembranen, verstanden. Sie unterscheidet sich beispielsweise von der Strukturkeramik welche ihren Mehrwert durch ihre Struktur und mechanischen Eigenschaften definiert.A functional ceramic is preferably understood to mean a ceramic with special functional properties, for example with regard to capacitors, sensors or battery membranes. It differs, for example, from structural ceramics, which define their added value through their structure and mechanical properties.

Versetzungen sind dabei in einschlägiger Fachliteratur definiert, z.B. „Theory of dislocations“ 3rd edition Peter M. Anderson, John P. Hirth und Jens Lothe, Cambridge University Press". Versetzungen im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind vorzugsweise eindimensionale Kristalldefekte im Material, die vorzugsweise bei der Herstellung generiert werden können. Dislocations are defined in relevant specialist literature, e.g. "Theory of dislocations" 3rd edition Peter M. Anderson, John P. Hirth and Jens Lothe, Cambridge University Press". Dislocations within the meaning of the present application are preferably one-dimensional crystal defects in the material, which are preferably can be generated during production.

Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das bereichsweise Aufwärmen des keramischen Ausgangsmaterials mit einer Heizrate von (a) 1 K / s oder mehr, vorzugsweise von 10 K / s oder mehr, vorzugsweise von 100 K / s oder mehr, vorzugsweise von 1000 K / s oder mehr, (b) 10000 K/s oder weniger, vorzugsweise 5000 K/s oder weniger, vorzugsweise 1000 K/s oder weniger, und/oder (c) zwischen 10 und 5000 K/s, vorzugsweise zwischen 100 und 2000 K/s, vorzugsweise zwischen 100 und 1500 K/s, vorzugsweise zwischen 100 und 1000 K/s, erfolgt.Alternatively or additionally, it can also be provided that the ceramic starting material is heated in certain areas at a heating rate of (a) 1 K/s or more, preferably 10 K/s or more, preferably 100 K/s or more, preferably 1000 K/s or more, (b) 10000 K/s or less, preferably 5000 K/s or less, preferably 1000 K/s or less, and/or (c) between 10 and 5000 K/s, preferably between 100 and 2000 K/s, preferably between 100 and 1500 K/s, preferably between 100 and 1000 K/s.

Indem durch das Einstrahlen von Licht entsprechende Heizraten in dem keramischen Material erzielt werden, lassen sich eine hohe Anzahl und eine hohe Dichte von Versetzungen im keramischen Produkt realisieren.Appropriate heating rates in the ceramic material due to the irradiation of light are achieved, a high number and a high density of dislocations can be realized in the ceramic product.

Optional beträgt die Heizrate maximal 2500 K / s, vorzugsweise maximal 500 K / s, vorzugsweise maximal 150 K / s, vorzugsweise maximal 50 K / s, vorzugsweise maximal 50 K / s. Die Heizrate kann alternativ oder ergänzend auch 1 K/s oder mehr betragen.Optionally, the heating rate is a maximum of 2500 K/s, preferably a maximum of 500 K/s, preferably a maximum of 150 K/s, preferably a maximum of 50 K/s, preferably a maximum of 50 K/s. The heating rate can alternatively or additionally also be 1 K/s or be more.

Beispielsweise beträgt die Heizrate in einer Ausführungsform zwischen 1 K / s und 5000 K / s, vorzugsweise zwischen 50 K / s und 1000 K / s, vorzugsweise zwischen 50 K / s und 800 K / s, vorzugsweise zwischen 100 K / s und 600 K / s.For example, in one embodiment, the heating rate is between 1 K / s and 5000 K / s, preferably between 50 K / s and 1000 K / s, preferably between 50 K / s and 800 K / s, preferably between 100 K / s and 600 K/s.

Beispielsweise wird die Zieltemperatur in einer Ausführungsform mit einer Heizrate von mehr als 500 K / s in weniger als 5 Sekunden, bevorzugt in weniger als 1 Sekunde noch weiter bevorzugt in weniger als 0,1 Sekunden erreicht. Beispielsweise wird die Zieltemperatur innerhalb von weniger als 10 Sekunden bevorzugt von weniger als 5 Sekunden weiter bevorzugt von weniger als 2 Sekunden, noch weiter bevorzugt von weniger als 1 Sekunde mit einer Genauigkeit von +/- 20 K stabilisiert.For example, in one embodiment, the target temperature is reached with a heating rate of more than 500 K/s in less than 5 seconds, preferably in less than 1 second, even more preferably in less than 0.1 seconds. For example, the target temperature is stabilized within less than 10 seconds, preferably less than 5 seconds, more preferably less than 2 seconds, even more preferably less than 1 second, with an accuracy of +/- 20K.

Alternativ oder ergänzend beträgt die Kühlrate zwischen 25000 K / s und 50 K / s, vorzugsweise zwischen 1000 K/ s und 50 K / s. Die Kühlrate kann insbesondere auch dickenabhängig sein. Beispielsweise kann der Quotient aus der Kühlrate und der Materialdicke in einem Bereich zwischen 25000 K / (mm*s) und 10 K / (mm*s), vorzugsweise zwischen 1000 K/ (mm*s) und 50 K / (mm*s) liegen.As an alternative or in addition, the cooling rate is between 25000 K/s and 50 K/s, preferably between 1000 K/s and 50 K/s. The cooling rate can in particular also depend on the thickness. For example, the quotient of the cooling rate and the material thickness can be in a range between 25000 K/(mm*s) and 10 K/(mm*s), preferably between 1000 K/(mm*s) and 50 K/(mm*s ) lie.

Bei dem weiteren Einstrahlen von Licht mit größeren Leistungsdichten für sehr kurze Zeiten können noch deutlich höhere Heizraten auftreten, beispielsweise bis zu 5.000.000 K/s, bis zu 1.000.000 K/s, oder bis zu 500.000 K/s. Mit dem Lichtblitz kann beispielsweise eine dichte Schicht auf einem porösen Untergrund hergestellt werden.If light with greater power densities is further irradiated for very short times, significantly higher heating rates can occur, for example up to 5,000,000 K/s, up to 1,000,000 K/s, or up to 500,000 K/s. With the flash of light, for example, a dense layer can be produced on a porous substrate.

In einer Ausführungsform ist die Heizrate an der beleuchteten Oberfläche feststellbar. Durch Messen der Temperaturänderung an der beleuchteten Oberfläche kann dann die Heizrate kontrolliert werden. Dies kann bevorzugt kontaktlos durch ein geeignetes Pyrometer geschehen. Andere Methoden zur Temperaturmessung sind ebenfalls möglich, beispielsweise mittels Thermoelemente, resistive Temperatursensoren oder indirekte Messverfahren auf Basis der Eigenschaften des zu sinternden Materials. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Leistungsdichte während des Aufheizens höher gewählt als es anschließend notwendig ist um die Temperatur zu halten, um die Heizrate möglichst hoch und konstant zu gestalten. Dabei wird die Leistungsdichte bevorzugt während des Aufheizens erhöht um eine möglichst gleichmäßige Heizrate zu erzielen.In one embodiment, the heating rate is detectable at the illuminated surface. The heating rate can then be controlled by measuring the temperature change at the illuminated surface. This can preferably be done without contact using a suitable pyrometer. Other methods of temperature measurement are also possible, for example using thermocouples, resistive temperature sensors or indirect measurement methods based on the properties of the material to be sintered. In a preferred embodiment, the power density selected during heating is higher than is then necessary to maintain the temperature, in order to make the heating rate as high and constant as possible. The power density is preferably increased during heating in order to achieve a heating rate that is as uniform as possible.

Um die Heizrate zu kontrollieren, kann beispielsweise die Leistungsdichte des einfallenden Lichtes als Parameter direkt kontrolliert werden. Diese Kontrolle kann optional auch aufweisen, dass eine lokal und/oder zeitlich variierende Heizrate eingestellt wird. Der Parameter der Leistungsdichte ist auch messtechnisch gut zugänglich.In order to control the heating rate, the power density of the incident light, for example, can be directly controlled as a parameter. This control can optionally also include setting a heating rate that varies locally and/or over time. The power density parameter is also easily accessible by measurement.

Daher wird in einer Ausführungsform die Heizrate anhand der Leistungsdichte des einfallenden Lichtes kontrolliert. Optional beträgt die Leistungsdichte zwischen 2 W / cm2 und 750 W / cm2 bevorzugt zwischen 4 W / cm2 und 500 W / cm2 noch weiter bevorzugt zwischen 5 W / cm2 und 200 W / cm2, oder zwischen 10 und 150 W / cm2. Die Leistungsdichte beträgt weniger als 800 W / cm2, beispielsweise höchstens 750 W / cm2, höchstens 700 W / cm2, höchstens 650 W / cm2, höchstens 600 W / cm2, höchstens 550 W / cm2, höchstens 500 W / cm2, höchstens 450 W / cm2, höchstens 400 W / cm2, höchstens 350 W / cm2, höchstens 300 W / cm2, höchstens 250 W / cm2, höchstens 200 W / cm2, höchstens 150 W / cm2, höchstens 100 W / cm2, oder höchstens 75 W / cm2. Die Leistungsdichte kann beispielsweise mindestens 1 W / cm2, mindestens 2 W / cm2, mindestens 4 W / cm2, mindestens 5 W / cm2, mindestens 10 W / cm2, mindestens 20 W / cm2, mindestens 30 W / cm2, mindestens 40 W / cm2, mindestens 50 W / cm2, oder mindestens 60 W / cm2 betragen.Therefore, in one embodiment, the heating rate is controlled based on the power density of the incident light. Optionally, the power density is between 2 W/cm 2 and 750 W/cm 2 , preferably between 4 W/cm 2 and 500 W/cm 2 , even more preferably between 5 W/cm 2 and 200 W/cm 2 , or between 10 and 150 W/ cm2 . The power density is less than 800 W/cm 2 , for example not more than 750 W/cm 2 , not more than 700 W/cm 2 , not more than 650 W/cm 2 , not more than 600 W/cm 2 , not more than 550 W/cm 2 , not more than 500 W / cm 2 , not more than 450 W / cm 2 , not more than 400 W / cm 2 , not more than 350 W / cm 2 , not more than 300 W / cm 2 , not more than 250 W / cm 2 , not more than 200 W / cm 2 , not more than 150 W / cm 2 , not more than 100 W/cm 2 , or not more than 75 W/cm 2 . For example, the power density can be at least 1 W/cm 2 , at least 2 W/cm 2 , at least 4 W/cm 2 , at least 5 W/cm 2 , at least 10 W/cm 2 , at least 20 W/cm 2 , at least 30 W/cm cm 2 , at least 40 W/cm 2 , at least 50 W/cm 2 , or at least 60 W/cm 2 .

Für kurze Zeiten können auch deutlich höhere Leistungsdichten eingestrahlt werden, wie oben beschrieben (Lichtblitz).Significantly higher power densities can also be irradiated for short periods, as described above (flash of light).

Eine mathematische Betrachtung zeigt, dass die Maximaltemperatur der Keramik, insbesondere des Grünkörpers, ca. von der 4. Wurzel der Leistungsdichte abhängen kann, sobald sich eine Probentemperatur gemäß der Leistungsdichte des einfallenden Lichtes angepasst hat. Beispielsweise entspricht 5 W / cm2 ca. 750°C und 200 W / cm2 entspricht ca. 1750°C für einen exemplarischen keramischen Probenkörper, insbesondere Grünkörpers. Liegt die Leistungsdichte oberhalb der Leistungsdichte, welche für die aktuelle Temperatur benötigt wird, heizt sich die Keramik auf. Wird die Leistungsdichte reduziert, kühlt die Keramik ab. Bei hohen Temperaturen wird ein großer Teil der Leistungsdichte genutzt, um die von der Keramik abgestrahlte Wärmeenergie zu kompensieren.A mathematical consideration shows that the maximum temperature of the ceramic, in particular of the green body, can depend approximately on the 4th root of the power density as soon as a sample temperature has adjusted according to the power density of the incident light. For example, 5 W/cm 2 corresponds to approximately 750° C. and 200 W/cm 2 corresponds to approximately 1750° C. for an exemplary ceramic test body, in particular a green body. If the power density is above the power density required for the current temperature, the ceramic heats up. If the power density is reduced, the ceramic cools down. At high temperatures, a large part of the power density is used to compensate for the thermal energy radiated by the ceramic.

Dabei wird die Leistungsdichte insbesondere mit einer guten zeitlichen Auflösung kontrolliert, wodurch sehr genau definierte Leistungsdichtenprofile bzw. Temperaturprofile ermöglicht werden. Beispielsweise kann mit einer sehr hohen Leistungsdichte die Keramik erwärmt werden, welche dann schnell auf einen niedrigeren Wert angepasst wird, welcher der aktuellen Temperatur entspricht. Dadurch kann die Keramik sehr schnell erhitzt werden wobei die Maximaltemperatur schnell und insbesondre sehr präzise erreicht wird. Dadurch kann beispielsweise die Zeit, in welcher die Temperatur von 90% auf 100% der Zieltemperatur gesteigert wird im Vergleich zu herkömmlichen Methoden, wie einem gewöhnlichen Ofen, deutlich reduziert, insbesondere minimiert, werden und gleichzeitig kann ein Überschreiten der Zieltemperatur verhindert werden. Durch die technische Kontrolle der Leistungsdichte werden somit nahezu beliebige Temperaturprofile insbesondere mit schnellen Temperaturwechseln ermöglicht. Weiterhin erlaubt die lokale (und/oder zeitliche) Variation des Temperaturprofils lokal variierende Eigenschaften und Versetzungsdichten in dem keramischen Material einzustellen. Dem Anwender wird somit eine deutliche freiere Gestaltung des Temperaturprofils ermöglicht. So sind auch komplexe Temperaturprofile vorzugsweise möglich.In this case, the power density is controlled in particular with a good temporal resolution, as a result of which very precisely defined power density profiles or temperature profiles are made possible. at For example, with a very high power density, the ceramic can be heated, which is then quickly adjusted to a lower value that corresponds to the current temperature. As a result, the ceramic can be heated very quickly, with the maximum temperature being reached quickly and, in particular, very precisely. As a result, for example, the time in which the temperature is increased from 90% to 100% of the target temperature can be significantly reduced, in particular minimized, compared to conventional methods such as a conventional oven, and at the same time the target temperature can be prevented from being exceeded. The technical control of the power density thus enables almost any temperature profile, in particular with rapid temperature changes. Furthermore, the local (and/or temporal) variation of the temperature profile allows locally varying properties and dislocation densities to be set in the ceramic material. This enables the user to design the temperature profile much more freely. In this way, complex temperature profiles are preferably also possible.

Die Leistungsdichte kann vorzugsweise mit besonders geringer zeitlicher Verzögerung an und ausgeschaltet oder beliebig dosiert werden. Die erreichbaren Schaltgeschwindigkeiten sind dabei durch die Leuchten und die verwendete Optik bestimmt und können z.B. 1 Sekunde oder weniger, vorzugsweise 1 Millisekunde oder weniger betragen. „Schaltgeschwindigkeit“ bedeutet dabei vorzugsweise die Zeit, die benötigt wird, um die Beleuchtung ein- und wieder auszuschalten. Alternativ oder ergänzend kann das Schalten auch durch die Optik geregelt werden, während die Lampe beispielsweise durchgehend leuchtet.The power density can preferably be switched on and off with a particularly short time delay, or it can be dosed as desired. The switching speeds that can be achieved are determined by the lights and the optics used and can be, for example, 1 second or less, preferably 1 millisecond or less. "Switching speed" preferably means the time required to switch the lighting on and off again. Alternatively or in addition, the switching can also be controlled by the optics, while the lamp shines continuously, for example.

Optional beträgt die Änderung der Leistungsdichte zwischen 1%/s und 100000%/s bevorzugt von 100 %/s und 10000 %/s. Insbesondere sind diese Änderungsraten im Bereich von 50% bis 100% bevorzugt von 75% bis 100% weiter bevorzugt von 90% bis 100% der Sintertemperatur erreichbar.Optionally, the change in power density is between 1%/s and 100,000%/s, preferably from 100%/s and 10,000%/s. In particular, these rates of change can be achieved in the range from 50% to 100%, preferably from 75% to 100%, more preferably from 90% to 100% of the sintering temperature.

Optional kann die Leistungsdichte in weniger als 10 s, bevorzugt in weniger als 1 s, bevorzugt von weniger als 10 ms um mehr als 80% reduziert werden und bevorzugt vollständig ausgeschaltet werden.Optionally, the power density can be reduced by more than 80% in less than 10 s, preferably in less than 1 s, preferably less than 10 ms, and preferably switched off completely.

Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das, insbesondere bereichsweise, Aufwärmen des keramischen Ausgangsmaterials durch das Einstrahlen von Licht für einen Zeitraum von (a) wenigstens 0,25 Sekunden, vorzugsweise von wenigstens 3 Sekunden, vorzugsweise von wenigstens 20 Sekunden, und/oder (b) maximal 10 Minuten, vorzugsweise maximal 8 Minuten, vorzugsweise maximal 5 Minuten, vorzugsweise maximal 3 Minuten, vorzugsweise maximal 1 Minute, vorzugsweise maximal 30 Sekunden, vorzugsweise maximal 10 Sekunden, vorzugsweise maximal 5 Sekunden, vorzugsweise maximal 3 Sekunden, vorzugsweise maximal 1 Sekunde, erfolgt.Alternatively or additionally, it can also be provided that the ceramic starting material is heated, in particular in certain areas, by irradiating light for a period of (a) at least 0.25 seconds, preferably at least 3 seconds, preferably at least 20 seconds, and/ or (b) a maximum of 10 minutes, preferably a maximum of 8 minutes, preferably a maximum of 5 minutes, preferably a maximum of 3 minutes, preferably a maximum of 1 minute, preferably a maximum of 30 seconds, preferably a maximum of 10 seconds, preferably a maximum of 5 seconds, preferably a maximum of 3 seconds, preferably a maximum 1 second, done.

Aufgrund des geringen Zeitraums eignet sich das Verfahren auch besonders gut für Großproduktionen.Due to the short period of time, the process is also particularly suitable for large-scale production.

Optional beträgt der Zeitraum maximal 10 Minuten, vorzugsweise maximal 1 Minute, vorzugsweise maximal 10 Sekunden,Optionally, the period is a maximum of 10 minutes, preferably a maximum of 1 minute, preferably a maximum of 10 seconds,

Beispielsweise beträgt der Zeitraum in einer Ausführungsform zwischen 0,1 Sekunde und 10 Minuten, vorzugsweise zwischen 1 Sekunde und 1 Minute, vorzugsweise zwischen 2 Sekunden und 30 Sekunden.For example, in one embodiment, the period of time is between 0.1 second and 10 minutes, preferably between 1 second and 1 minute, preferably between 2 seconds and 30 seconds.

Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass die lokal erzeugten Versetzungen eine Dichte von 105 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 106 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 107 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 108 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 109 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 1010 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 1011 / cm2, aufweisen.Alternatively or additionally, it can also be provided that the locally generated dislocations have a density of 10 5 /cm 2 or more, preferably 10 6 /cm 2 or more, preferably 10 7 /cm 2 or more, preferably 10 8 /cm 2 or more, preferably 10 9 /cm 2 or more, preferably 10 10 /cm 2 or more, preferably 10 11 /cm 2 .

Das Verfahren ist nicht nur besonders einfach zu implementieren, sondern lässt auch entsprechend hohe Versetzungsdichten zu.The method is not only particularly easy to implement, but also allows correspondingly high dislocation densities.

Beispielsweise handelt es sich bei den angegebenen Versetzungsdichten um solche, die lokal erzeugt werden. Anders ausgedrückt: Beispielsweise handelt es sich bei den angegebenen Versetzungsdichten um Versetzungsdichten, denen die zumindest lokal erzeugten Versetzungen genügen.For example, the dislocation densities given are those that are generated locally. In other words: For example, the dislocation densities given are dislocation densities that are sufficient for the at least locally generated dislocations.

Dies kann bedeuten, dass durch das Einstrahlen von Licht und das Aufwärmen des Materials großräumiger Versetzungen entstehen als die zumindest lokal erzeugten Versetzungen, wobei die großräumiger erzeugten Versetzungen nicht alle den angegebenen Versetzungsdichten genügen und damit nicht zu den lokal erzeugten Versetzungen zählen. Beispielsweise können um die lokal erzeugten Versetzungen (mit entsprechenden Versetzungsdichten) weitere Versetzungen bestehen, die aber eine geringere Dichte aufweisen.This can mean that the irradiation of light and the heating of the material result in larger-scale dislocations than the at least locally generated dislocations, with the larger-scale dislocations not all satisfying the specified dislocation densities and therefore not counting among the locally generated dislocations. For example, further dislocations can exist around the locally generated dislocations (with corresponding dislocation densities), but they have a lower density.

Beispielsweise beziehen sich die Versetzungsdichten auf eine Fläche von 1 µm2, 1cm2 oder 1 m2 der Keramik. Bei größeren Flächen, kann die Dichte beispielsweise an zehn repräsentativen Orten stichprobenartig lokal getestet werden.For example, the dislocation densities relate to an area of 1 µm 2 , 1 cm 2 or 1 m 2 of the ceramic. For larger areas, the density can be tested locally at ten representative locations, for example.

Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass
sich die lokal erzeugten Versetzungen innerhalb des durch das Licht erwärmten Bereichs des keramischen Materials befinden;

  1. (i) die Leistungsdichte des eingestrahlten Lichtes (a) zwischen 1 W/cm2 und 750 W/cm2, weiter bevorzugt zwischen 5 W/cm2 und 150 W/cm2 liegt, und/oder (b) einen definierten oder definierbaren Zielwert mit einer Genauigkeit von besser als 10%, besser als 5%, besser als 2% oder besser als 1% in weniger als 5 Sekunden, bevorzugt in weniger als 2 Sekunden, weiter bevorzugt in weniger als 1 Sekunde, weiter bevorzugt in weniger als 0,5 Sekunden, weiter bevorzugt in weniger als 0,1 Sekunde, erreicht und danach stabilisiert wird;
  2. (ii) und/oder
  3. (iii) die Leistungsdichte und/oder das Temperaturprofil frei gestaltet werden kann bzw. können.
Alternatively or additionally, it can also be provided that
the locally generated dislocations are within the area of the ceramic material heated by the light;
  1. (i) the power density of the incident light is (a) between 1 W/cm 2 and 750 W/cm 2 , more preferably between 5 W/cm 2 and 150 W/cm 2 , and/or (b) a defined or definable one Target value with an accuracy of better than 10%, better than 5%, better than 2% or better than 1% in less than 5 seconds, preferably in less than 2 seconds, more preferably in less than 1 second, more preferably in less than 0.5 seconds, more preferably less than 0.1 second, and thereafter stabilized;
  2. (ii) and/or
  3. (iii) the power density and/or the temperature profile can be designed freely.

Folglich muss also nicht der gesamte durch das Licht erwärmte Bereich des keramischen Materials Versetzungen aufweisen. Und/oder erweist auch Bereiche mit Versetzungen auf, die nicht den an die lokal erzeugten gestellten Bedingungen genügen.Consequently, the entire area of the ceramic material heated by the light does not have to have dislocations. And/or also shows areas with dislocations that do not meet the conditions imposed on the locally generated ones.

Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das keramische Ausgangsmaterial zumindest einen keramischen Schichtverbund, zumindest ein keramisches Kompositmaterial und/oder zumindest ein keramisches Pulver aufweist, und/oder in Form einer Folie, eines Endlosbands, eines, vorzugsweise quaderförmigen oder runden, Presslings und/oder als Festkörper bereitgestellt wird.Alternatively or additionally, it can also be provided that the ceramic starting material has at least one ceramic layered composite, at least one ceramic composite material and/or at least one ceramic powder, and/or in the form of a foil, an endless strip, a preferably cuboid or round compact and /or is provided as a solid.

Das keramische Ausgangsmaterial lässt sich besonders gut und sicher handhaben, indem es als Pressling oder als Festkörper bereitgestellt wird.The ceramic starting material can be handled particularly well and safely by being provided as a compact or as a solid.

Ein Pressling kann beispielsweise zu einem Keramikkörper gepresstes pulverförmiges keramische Material aufweisen oder darstellen.A compact can, for example, comprise or represent ceramic material in powder form pressed to form a ceramic body.

Ein Grünkörper im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann ein Rohling vor der Sinterung aus keramischem Pulver sein, welcher beispielsweise über Pressverfahren hergestellt wird. Ein Grünkörper im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann auch ein Rohling vor der Sinterung sein, der mittels Flüssigkeitsbasierter Verfahren wie Schlickerguß hergestellt wird. Ein Grünkörper im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann auch ein Rohling vor der Sinterung sein, der mittels gegossener Folien hergestellt wird.A green body within the meaning of the present application can be a blank made of ceramic powder before sintering, which is produced, for example, by means of pressing processes. A green body within the meaning of the present application can also be a blank before sintering, which is produced by means of liquid-based methods such as slip casting. A green body within the meaning of the present application can also be a blank before sintering, which is produced using cast foils.

In einer Ausführungsform wird das keramische Ausgangsmaterial in Form eines Endlosbandes bereitgestellt und/oder relativ zu der Lichtquelle bewegt. Dadurch können selbst große Flächen schnell und ökomomisch, mithin schnell und günstig, bearbeitet, insbesondere gesintert, werden.In one embodiment, the ceramic starting material is provided in the form of an endless belt and/or moved relative to the light source. As a result, even large areas can be processed, in particular sintered, quickly and economically, and therefore quickly and cheaply.

Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass

  1. (i) die Dicke des keramischen Ausgangsmaterial zwischen 0,00005 mm und 15,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,001 mm und 10,0 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 5 mm vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 4,0 mm, beträgt;
  2. (ii) das keramische Ausgangsmaterial SrTiO3, und/oder TiO2 als Material aufweist oder daraus besteht und/oder wobei das keramische Produkt eine keramische Membran aufweist oder darstellt; und/oder
  3. (iii) das keramische Ausgangsmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweist:
    1. (a) Ein beliebiges keramisches Material, insbesondere ein nichtmetallischanorganisches Material mit kristallinem Aufbau;
    2. (b) Eine Keramik mit Perowskitstruktur, Spinellstruktur, Zinkblendestruktur, Wurzitstruktur, Natriumchloridstruktur, oder Fluoridstruktur;
    3. (c) Eine Keramik auf Basis von Bariumtitanat, Bariumzirkonat, Blei-Zirkonat-Titanat, Titanoxid, Siliziumkarbid, Siliciumnitrid, Borcarbid, Bornitrid, Zirkondiborid, Nickeloxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Strontiumtitanat, Magnesiumoxid, Lithium-Lanthan-Titanat, Lithium-Lanthan-Zirkonat, Lithium-Lanthan-Tantalat, Lithium-Cobalt-Oxid, Lithium-Mangan-Oxid, Lithium-Nickel-Mangan-Oxid und/oder Aluminiumoxid, jeweils mit beliebigen Dotierungszusätzen und/oder Sinteradditiven sowie Mischungen aus mehreren diesen Materialien;
    4. (d) Ein beliebiges Metall; oder/und
    5. (e) Ein oder mehrere Materialien aus der Gruppe aufweisend: Silber, Lithium, Palladium, Platin, Gold, Nickel, Titan, Aluminium, Kupfer, Eisen, Niob, Chrom, Vanadium, Iridium, Tantal, Osmium, Rhenium, Molybdän, Wolfram, Magnesium oder eine Legierung aus mehreren dieser Metalle.
    6. (f) Ein beliebiges nichtmetallisches anorganisches Material, welches überwiegend keine kristalline Struktur aufweist und welches mit Hilfe eines Sinterprozesses seine Form erhält.
    7. (g) Silikatfasern, Borosilikatglas und Tetraborsilizid.
Alternatively or additionally, it can also be provided that
  1. (i) the thickness of the ceramic starting material is between 0.00005 mm and 15.0 mm, preferably between 0.001 mm and 10.0 mm, preferably between 0.1 mm and 5 mm, preferably between 0.5 mm and 4.0 mm ;
  2. (ii) the ceramic starting material comprises or consists of SrTiO 3 and/or TiO 2 as material and/or wherein the ceramic product comprises or is a ceramic membrane; and or
  3. (iii) the ceramic starting material comprises one or more of the following materials:
    1. (a) Any ceramic material, especially a non-metallic inorganic material with a crystalline structure;
    2. (b) A ceramics having a perovskite structure, a spinel structure, a zincblende structure, a wurzite structure, a sodium chloride structure, or a fluoride structure;
    3. (c) A ceramic based on barium titanate, barium zirconate, lead zirconate titanate, titanium oxide, silicon carbide, silicon nitride, boron carbide, boron nitride, zirconium diboride, nickel oxide, zinc oxide, zirconium oxide, strontium titanate, magnesium oxide, lithium lanthanum titanate, lithium lanthanum zirconate, lithium lanthanum tantalate, lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel manganese oxide and/or aluminum oxide, each with any doping additives and/or sintering additives and mixtures of several of these materials;
    4. (d) any metal; or and
    5. (e) One or more materials from the group comprising: silver, lithium, palladium, platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, iron, niobium, chromium, vanadium, iridium, tantalum, osmium, rhenium, molybdenum, tungsten, Magnesium or an alloy of several of these metals.
    6. (f) Any non-metallic inorganic material which is predominantly non-crystalline in structure and which is shaped by a sintering process.
    7. (g) Silicate fibers, borosilicate glass and tetraboron silicide.

Mit dem Verfahren der Erfindung können Sintervorgänge bei hohen Temperaturen in nichtmetallisch-anorganischen Werkstoffen durchgeführt werden. Dies ist auch möglich, wenn eine kristalline Struktur in überwiegend nicht vorhanden ist. Beispielsweise kann können damit Keramik- oder Glasfasern zu einem festen und hoch porösen Block versintert werden. Ein Beispiel ist der Verbund aus hochporöser verbackener Glasfaser mit einer dichten Deckschicht, welche als Hitzeschutzkachel für den Wiedereintritt in die Atmosphäre von Raumfahrtzeugen zum Einsatz kommen. Diese Bauteile sind beispielsweise vom Spaceshuttle bekannt und kommen auch bei neuen und zukünftigen Raumfahrzeugen zum Einsatz wie z.B. dem Starhip von SpaceX. Mit der Beleuchtung als Wärmeübertragungsmedium kann das Ausgangsmaterial besonders schnell und energiesparend hergestellt werden. Weiterhin können die Deckschicht und der Volumenkörper unterschiedlich aufgeheizt werden. Zusätzlich ist die Herstellungstemperatur nicht durch einen Ofen begrenzt wodurch diese höher gewählt werden kann. Dadurch kann die Materialauswahl verbessert werden wodurch höhere Einsatztemperaturen ermöglicht werden.With the method of the invention, sintering operations at high temperatures in non-metal metallic-inorganic materials are carried out. This is also possible when a crystalline structure is predominantly absent. For example, ceramic or glass fibers can be sintered into a solid and highly porous block. One example is the composite of highly porous bonded fiberglass with a dense top layer, which is used as a heat protection tile for spacecraft re-entering the atmosphere. These components are known from the space shuttle, for example, and will also be used in new and future spacecraft, such as the SpaceX Starhip. With lighting as the heat transfer medium, the starting material can be produced particularly quickly and in an energy-saving manner. Furthermore, the cover layer and the volume body can be heated differently. In addition, the production temperature is not limited by an oven, which means that it can be set higher. As a result, the choice of material can be improved, which enables higher operating temperatures.

Keramiken mit bevorzugten Dicken sind für übliche Anwendungen relevant. Keramiken mit bevorzugten Dicken lassen sich mit einfachen und gut verfügbaren Leuchten sintern und dabei eine hohe Versetzungsdichte erreichen. Denn die Erwärmung des keramischen Materials durch das eingesetzte Licht kann dann besonders gut kontrolliert werden. Es ist folglich bevorzugt, dass das Verfahren zum Herstellen dünner Keramiken eingesetzt wird.Ceramics with preferred thicknesses are relevant for common applications. Ceramics with preferred thicknesses can be sintered with simple and readily available lamps and a high dislocation density can be achieved. Because the heating of the ceramic material by the light used can then be controlled particularly well. It is therefore preferable that the method is used for manufacturing thin ceramics.

Der Fachmann weiß, dass sich die Dicke der fertigen Keramik von der des keramischen Ausgangsmaterials unterscheiden kann. Beispielsweise findet eine Dickenreduktion um beispielsweise 40 % während des Sintervorgangs statt.Those skilled in the art know that the thickness of the finished ceramic may differ from that of the ceramic starting material. For example, a reduction in thickness of, for example, 40% takes place during the sintering process.

In einer Ausführungsform beträgt die Dicke des keramischen Ausgangsmaterials vorzugsweise 20 mm oder weniger, 5 mm oder weniger, vorzugsweise von 2 mm oder weniger, vorzugsweise 1,0 mm oder weniger, vorzugsweise von 0,1 mm oder weniger, vorzugsweise 0,02 mm oder weniger, vorzugsweise von 0,01 mm oder weniger, vorzugsweise von 0,005 mm oder weniger. Optional beträgt die Dicke 0,0002 mm oder mehr, vorzugsweise 0,002 mm oder mehr, vorzugsweise 0,01 mm oder mehr, vorzugsweise 0,05 mm oder mehr, vorzugsweise 0,1 mm oder mehr, beispielsweise 0,2 mm oder mehr, 0,5 mm oder mehr, oder 1,0 mm oder mehr. Beispielsweise kann die Keramik eine Dicke aufweisen von zwischen 0,001 mm und 5 mm, insbesondere von zwischen 0,01 mm und 2 mm.In one embodiment, the thickness of the ceramic starting material is preferably 20 mm or less, 5 mm or less, preferably 2 mm or less, preferably 1.0 mm or less, preferably 0.1 mm or less, preferably 0.02 mm or less less, preferably 0.01 mm or less, preferably 0.005 mm or less. Optionally, the thickness is 0.0002 mm or more, preferably 0.002 mm or more, preferably 0.01 mm or more, preferably 0.05 mm or more, preferably 0.1 mm or more, for example 0.2 mm or more, 0 .5 mm or more, or 1.0 mm or more. For example, the ceramic can have a thickness of between 0.001 mm and 5 mm, in particular between 0.01 mm and 2 mm.

In einer Ausführungsform kann das keramische Produkt eine Membrane, insbesondere eine dünne Membrane, aufweisen. Diese Membrane, insbesondere dünne Membrane, kann vorzugsweise die vorstehend genannten Dicken aufweisen.In one embodiment, the ceramic product can have a membrane, in particular a thin membrane. This membrane, in particular thin membranes, can preferably have the thicknesses mentioned above.

Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass durch das Licht wenigstens eine Oberfläche, insbesondere Seitenfläche, vorzugsweise Hauptseitenfläche, des keramischen Ausgangsmaterials, vorzugsweise vollständig oder teilweise, ausgeleuchtet wird.Alternatively or additionally, it can also be provided that at least one surface, in particular a side surface, preferably the main side surface, of the ceramic starting material is illuminated, preferably completely or partially, by the light.

Durch das vollständige Ausleuchten kann das keramische Material sogar in einem Arbeitsgang vollständig erwärmt und dadurch in Gänze bearbeitet, insbesondere gesintert und/oder mit Versetzungen versehen, werden.As a result of the complete illumination, the ceramic material can even be completely heated in one operation and thereby processed in its entirety, in particular sintered and/or provided with dislocations.

Als Hauptseitenfläche ist vorzugsweise die flächenmäßig größte Seitenfläche des keramischen Ausgangsmaterials, wie insbesondere eines Presslings oder Festkörpers, zu verstehen.The main side surface is preferably to be understood as meaning the side surface of the ceramic starting material with the largest surface area, such as in particular a compact or solid body.

Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass

  1. (i) das Licht parallel und/oder sequentiell, insbesondere unter relativer, vorzugsweise kontinuierlicher, Verschiebung des keramischen Materials relativ zu dem einfallenden Licht, auf mehrere Bereiche, insbesondere Oberflächenbereiche, des keramischen Ausgangsmaterials eingestrahlt wird, um dadurch parallel bzw. sequentiell an mehreren lokalen Orten Versetzungen im keramischen Produkt zu erzeugen;
  2. (ii) die durch die Bestrahlung in einer aufgeheizten Zone eine definierte Geometrie, insbesondere mit einer großen Fläche, erzeugt wird, welche quadratisch ist oder vom Anwender in ihrer Form frei wählbar ausgestaltet werden kann;
  3. (iii) die Bestrahlung mit einer Verzögerung von weniger als 10 Sekunden bevorzugt in weniger als 1 Sekunde, weiter bevorzugt in weniger als 0,1 Sekunde, bevorzugt von weniger als 0,01 Sekunde weiter bevorzugt von weniger als 1 Millisekunde, noch weiter bevorzugt von weniger als 0,1 Millisekunde um mehr als 90% reduziert werden kann, und/oder wobei durch das Abschalten der Bestrahlung eine Abkühlrate von mehr als 10 K/s, weiter bevorzugt von mehr als 50 K/s, noch weiter bevorzugt von mehr als 200K/s erreicht wird; und/oder
  4. (iv) das Temperaturprofil lokal oder/und zeitlich variierend kontrolliert werden kann.
Alternatively or additionally, it can also be provided that
  1. (i) the light is irradiated in parallel and/or sequentially, in particular with a relative, preferably continuous, displacement of the ceramic material relative to the incident light, onto a number of areas, in particular surface areas, of the ceramic starting material, in order thereby to places to create dislocations in the ceramic product;
  2. (ii) a defined geometry, in particular with a large area, is generated by the irradiation in a heated zone, which is square or whose shape can be configured freely by the user;
  3. (iii) irradiation with a delay of less than 10 seconds, preferably less than 1 second, more preferably less than 0.1 second, preferably less than 0.01 second, more preferably less than 1 millisecond, even more preferably of less than 0.1 millisecond can be reduced by more than 90%, and/or wherein switching off the irradiation results in a cooling rate of more than 10 K/s, more preferably more than 50 K/s, even more preferably more than 200K/s is reached; and or
  4. (iv) the temperature profile can be controlled locally and/or as it varies over time.

Wenn das Einstrahlen parallel erfolgt, können beispielsweise mehrere Lichtquellen eingesetzt werden. Somit können auch große Flächen zügig bearbeitet, insbesondere erwärmt, werden und/oder hohe Heizraten selbst über eine große Fläche und/oder den darunter liegenden Volumenbereichen erreicht werden.If the irradiation takes place in parallel, several light sources can be used, for example. Large areas can thus also be quickly processed, in particular heated, and/or high heating rates even over a large area and/or which can be reached in the underlying volume areas.

Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das Einstrahlen derart erfolgt, dass das im keramischen Material erzeugte Temperaturprofil lokal variiert, um Temepraturgradienten und/oder Muster von Versetzungsdichten zu erhalten. Beispielsweise kann dazu eine lokale Leistungsdichtenvariation durchgeführt werden.Alternatively or additionally, it can also be provided that the irradiation takes place in such a way that the temperature profile generated in the ceramic material varies locally in order to obtain temperature gradients and/or patterns of dislocation densities. For example, a local power density variation can be carried out for this purpose.

Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass das Licht

  1. (i) Wellenlängen im sichtbaren Wellenlängenbereich oder im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere im UV-Bereich oder im sichtbaren Bereich, aufweist, vorzugsweise ausschließlich solche aufweist,
  2. (ii) Von zumindest einer Lichtquelle, insbesondere aufweisend zumindest eine Leuchtdiode, zumindest eine Xe-Blitzlampe, zumindest einen Laser, zumindest eine UV-Lampe, zumindest einen Mitteldruck-UV-Strahler und/oder zumindest eine Metalldampflampe, zumindest eine Halogenlampe, zumindest einen Infrarotstrahler, ausgestrahlt wird,
  3. (iii) von einer Optik auf das keramische Ausgangsmaterial gelenkt und/oder, vorzugsweise auf den aufzuwärmenden Bereich, fokussiert wird, und/oder
  4. (iv) das keramische Ausgangsmaterial an der Oberfläche und/oder innerhalb eines an die Oberfläche angrenzenden Volumenbereichs erwärmt.
Alternatively or additionally, it can also be provided that the light
  1. (i) has wavelengths in the visible wavelength range or in the non-visible wavelength range, in particular in the UV range or in the visible range, preferably has only those
  2. (ii) From at least one light source, in particular having at least one light-emitting diode, at least one Xe flash lamp, at least one laser, at least one UV lamp, at least one medium-pressure UV lamp and/or at least one metal vapor lamp, at least one halogen lamp, at least one infrared emitter, is emitted,
  3. (iii) is directed by an optic onto the ceramic starting material and/or, preferably onto the area to be heated, is focused, and/or
  4. (iv) heating the ceramic starting material at the surface and/or within a volume region adjacent to the surface.

Wenn das Licht von mehreren Lichtquellen eingestrahlt wird, kann jede Lichtquelle vorzugsweise ein individueller Typ von Lichtquelle sein.When the light is irradiated from multiple light sources, each light source may preferably be an individual type of light source.

Indem das Licht von außen eingestrahlt wird und auf eine Oberfläche des keramischen Ausgangsmaterials auftrifft, erwärmt sich auch ein an die Oberfläche angrenzender Volumenbereich sehr zuverlässig.Because the light is radiated in from outside and impinges on a surface of the ceramic starting material, a volume area adjoining the surface also heats up very reliably.

Das Licht kann dabei, insbesondere bei einer flächigen Keramik, von oben, von unten und von beiden Seiten eingestrahlt werden. Alternativ kann das Licht nur von einer Seite eingestrahlt werden. Dabei kann die Seite, von welcher kein Licht eingestrahlt wird offen oder abgedeckt sein oder mit einem Spiegel versehen werden. Eine Ausführung in horizontaler oder vertikaler Ausrichtung ist möglich, sowie beliebige Winkel.In this case, the light can be radiated in from above, from below and from both sides, particularly in the case of a flat ceramic. Alternatively, the light can only be irradiated from one side. The side from which no light is radiated can be open or covered or provided with a mirror. A design in horizontal or vertical orientation is possible, as well as any angle.

Eine Lichtquelle weist vorzugsweise auf: eine oder mehrere Leuchtdioden, einen oder mehrere Laser (insbesondere mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 200 nm bis 700 nm, beispielsweise 300 nm bis 600 nm oder 400 nm bis 500 nm), eine oder mehrere Xe-Blitzlampen (insbesondere im quasikontinuierlichen Multipulsbetrieb), eine oder eine oder mehrere UV Lampen, insbesondere eine oder mehrere Mitteldruck-UV-Strahler und/oder eine oder mehrere Metalldampflampen oder eine oder mehrere Halogenlampen oder Infrarotstrahler.A light source preferably has: one or more light-emitting diodes, one or more lasers (in particular with a wavelength in a range from 200 nm to 700 nm, for example 300 nm to 600 nm or 400 nm to 500 nm), one or more Xe flash lamps (in particular in quasi-continuous multi-pulse operation), one or more UV lamps, in particular one or more medium-pressure UV lamps and/or one or more metal vapor lamps or one or more halogen lamps or infrared lamps.

Die Erfindung kann mit einem Laser als Lichtquelle realisiert werden. Beispielsweise kann ein Laser auch zusätzlich und/oder gleichzeitig zu einer anderen Lichtquelle eingesetzt werden, um Muster mit Nuancen herstellen zu können.The invention can be implemented using a laser as the light source. For example, a laser can also be used in addition to and/or simultaneously with another light source in order to be able to produce patterns with nuances.

Allerdings ist ein Vorteil eines Lasers, dass er Licht stark bündeln kann, worauf Laserlichtquellen typischerweise optimiert sind. Dies reduziert jedoch die Fläche, welche gleichzeitig bearbeitet werden kann. Daher sollten die Laserstrahlen zum Einsatz in dieser Erfindung vorzugsweise zunächst aufgeweitet werden. Dabei kommt vorzugsweise ein Diodenlaser, vorzugsweise aus mehreren Dioden, insbesondere Diodenstapeln, mit homogener Intensitätsverteilung zum Einsatz.However, an advantage of a laser is that it can focus light strongly, which is what laser light sources are typically optimized for. However, this reduces the area that can be processed at the same time. Therefore, the laser beams for use in this invention should preferably be expanded first. A diode laser, preferably made up of a plurality of diodes, in particular diode stacks, with a homogeneous intensity distribution is preferably used here.

Denn mit der vorliegenden Erfindung können große Flächenbereiche gleichzeitig und nahezu homogen bestrahlt werden. Dadurch können große Flächen schnell und ökomimisch bearbeitet werden. Insbesondere ist es so möglich, ein Endlosband schnell und günstig zu bearbeiten.Because with the present invention, large surface areas can be irradiated simultaneously and almost homogeneously. This means that large areas can be processed quickly and economically. In particular, it is possible in this way to process an endless strip quickly and inexpensively.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung, insbesondere (i) zur Herstellung von Keramiken (mit oder ohne Versetzungen), (ii) zum Ausführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder (iii) die dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen, die Vorrichtung aufweisend

  • - zumindest eine Aufnahme zum Aufnehmen eines keramischen Ausgangsmaterial und
  • - zumindest eine Lichtquelle zum Einstrahlen von Licht auf das in der Aufnahme aufgenommene oder aufnehmbare keramische Ausgangsmaterial,

wobei vorzugsweise die Vorrichtung dazu eingerichtet ist das Licht auf das keramische Ausgangsmaterial einzustrahlen, um dieses zumindest bereichsweise aufzuwärmen und dadurch ein keramisches Produkt zu erzeugen und wobei die Aufnahme eine Isolierung aufweist
vorgeschlagen wird.The object is achieved by the invention according to a second aspect in that a device, in particular (i) for producing ceramics (with or without dislocations), (ii) for carrying out the method according to the first aspect of the invention and/or (iii ) which is set up to carry out the method according to the first aspect of the invention, comprising the device
  • - At least one receptacle for receiving a ceramic starting material and
  • - at least one light source for radiating light onto the ceramic starting material that is or can be received in the receptacle,

wherein the device is preferably set up to radiate the light onto the ceramic starting material in order to heat it up at least in regions and thereby produce a ceramic product, and wherein the receptacle has insulation
is suggested.

Die Isolierung sollte selbst gegenüber der Beleuchtung für die nötige Prozesszeit ausreichend stabil sein.The insulation should be sufficiently stable even against the illumination for the necessary process time.

Die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung kann bei 1400°C beispielsweise weniger als 400 W/(m*K) betragen, höchstens 50 W/(m*K), höchstens 20 W/(m*K), höchstens 10 W/(m*K), höchstens 5 W/(m*K), höchstens 2 W/(m*K), höchstens 1 W/(m*K), höchstens 0,5 W/(m*K), oder höchstens 0,25 W/(m*K). Die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung kann beispielsweise mindestens 0,01 W/(m*K), mindestens 0,05 W/(m*K), mindestens 0,1 W/(m*K), oder mindestens 0,2 W/(m*K) betragen.For example, the thermal conductivity of the insulation at 1400°C can be less than 400 W/(m*K), at most 50 W/(m*K), at most 20 W/(m*K), at most 10 W/(m*K). ), not more than 5 W/(m*K), not more than 2 W/(m*K), not more than 1 W/(m*K), not more than 0.5 W/(m*K), or not more than 0.25 W /(m * K). The thermal conductivity of the insulation can be, for example, at least 0.01 W/(m*K), at least 0.05 W/(m*K), at least 0.1 W/(m*K), or at least 0.2 W/( m*K).

Die Dichte der Isolierung kann beispielsweise in einem Bereich von 0,05 bis 0,25 g/cm3 liegen, insbesondere in einem Bereich von 0,10 bis 0,15 g/cm3, beispielsweise bei etwa 0,12 g/cm3.The density of the insulation can be, for example, in a range from 0.05 to 0.25 g/cm 3 , in particular in a range from 0.10 to 0.15 g/cm 3 , for example around 0.12 g/cm 3 .

Die Isolierung lässt bei einer Temperatur von 1400°C bevorzugt höchstens 50 W/cm2, höchstens 15 W/cm2, oder höchstens 5 W/cm2 Wärmefluss aus dem keramischen Ausgangsmaterial und/oder dem keramischen Produkt zu.At a temperature of 1400° C., the insulation preferably allows a maximum of 50 W/cm 2 , a maximum of 15 W/cm 2 , or a maximum of 5 W/cm 2 heat flow from the ceramic starting material and/or the ceramic product.

Bei einer Ausführung in der Schwerelosigkeit ist keine Unterlage und damit keine Isolierung notwendig.When performed in zero gravity, no pad and therefore no insulation is required.

Als Isolierung kann beispielsweise Keramikwolle oder Blähgraphit (englisch: „expandable graphite“) eingesetzt werden. Blähgraphit ist besonders bevorzugt da dieser weniger mit der Keramik reagiert als Keramische Wolle. Die Isolierung sorgt für eine besonders homogen Temperaturverteilung, die wiederum mit besonders homogenen Materialeigenschaften verbunden ist. Außerdem ermöglicht die Isolierung die Durchführung des Verfahrens bei vergleichsweise niedrigen Leistungsdichten, da ein ungewollter Energieverlust vermieden oder zumindest drastisch reduziert werden kann. Dass gerade Blähgraphit besonders gut geeignet ist, ist überraschend. Für eine herkömmliche Sinterung im Ofen ist Blähgraphit nicht geeignet, da er vollständig verbrennen würde. Den kurzen Sinterzeiten und verhältnismäßig niedrigen Leistungsdichten der vorliegenden Erfindung hält Blähgraphit jedoch hervorragend stand. Als isolierende Unterlage kann auch ein Gasfilm dienen auf dem die Keramik schwebt. Die Abgeführte Wärmemenge durch die Unterlage ist eine dynamische Größe, wenn sich die Temperatur ändert. Im Fall, dass eine Zieltemperatur für viele Sekunden gehalten wird, könnte eine 1 cm Dicke Kupferunterlage mit einer Wärmeleitfähigkeit von 400 W/mK ca 6000 W/cm2 abführen. Im Gegensatz dazu könnte eine Keramikwolle mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,4 W/mK nur 6,4 W/cm2 abführen. Es wird klar, dass der Wärmefluss durch die Isolation nur einen Bruchteil der Beleuchtungsleistungsdichte beträgt während eine metallische Unterlage ein Vielfaches an ungewünschtem Wärmefluss erlaubt.Ceramic wool or expandable graphite, for example, can be used as insulation. Expandable graphite is particularly preferred because it reacts less with the ceramic than ceramic wool. The insulation ensures a particularly homogeneous temperature distribution, which in turn is associated with particularly homogeneous material properties. In addition, the insulation enables the method to be carried out at comparatively low power densities, since an unwanted loss of energy can be avoided or at least drastically reduced. It is surprising that expandable graphite is particularly well suited. Expandable graphite is not suitable for conventional sintering in the furnace as it would burn up completely. However, expandable graphite withstands the short sintering times and relatively low power densities of the present invention excellently. A gas film on which the ceramic floats can also serve as an insulating base. The amount of heat dissipated by the substrate is a dynamic quantity as the temperature changes. In case a target temperature is held for many seconds, a 1 cm thick copper pad with a thermal conductivity of 400 W/mK could dissipate about 6000 W/cm 2 . In contrast, a ceramic wool with a thermal conductivity of 0.4 W/mK could only dissipate 6.4 W/cm 2 . It becomes clear that the heat flow through the insulation is only a fraction of the lighting power density, while a metallic substrate allows many times the undesired heat flow.

Zur weiteren Verbesserung der Energieeffizienz, insbesondere bei längeren Belichtungen, kann die emittierte Wärmestrahlung der Keramik während des Sinterns mit einem Spiegelsystem auf die Keramik zurückgeworfen werden. Dazu kann beispielsweise ein parabol oder elliptisch geformter und/oder mit Gold beschichteter Spiegel eingesetzt werden.To further improve the energy efficiency, especially with longer exposures, the thermal radiation emitted by the ceramic can be reflected back onto the ceramic during sintering using a mirror system. For this purpose, for example, a parabolically or elliptically shaped and/or gold-coated mirror can be used.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Keramiken mit hoher Versetzungsdichte herzustellen. Insbesondere ist es damit möglich, Keramiken mit Versetzungen herzustellen, indem das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung damit ausgeführt wird.With the device according to the invention it is possible to produce ceramics with a high dislocation density. In particular, it is possible to produce ceramics with dislocations by carrying out the method according to the first aspect of the invention therewith.

Für die Vorrichtung gelten daher die gleichen Vorteile und die gleichen Einsatzgebiete, wie sie vorstehend auch in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung beschrieben wurden.The same advantages and the same areas of use therefore apply to the device as were also described above in relation to the first aspect of the invention.

Die Vorrichtung kann in einer Ausführungsform mehrere Lichtquellen aufweisen. Wenn die Vorrichtung mehrere Lichtquellen aufweist, kann jede Lichtquelle vorzugsweise ein individueller Typ von Lichtquelle sein.In one embodiment, the device can have a plurality of light sources. If the device comprises multiple light sources, each light source can preferably be an individual type of light source.

Beispielsweise kann mit mehreren Lichtquellen die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung beschriebene Ausleuchtung eines, etwa in Form eines Presslings bereitgestellten, und in der Aufnahme aufgenommenen oder aufnehmbaren keramischen Ausgangsmaterials, durchgeführt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung auch eine Optik aufweisen. Damit kann die Beleuchtung des Materials eingestellt werden. Die Optik kann Linsen, Spiegel und/oder dergleichen mehr aufweisen.For example, the illumination described in relation to the first aspect of the invention, for example in the form of a compact, and received or can be received in the receptacle can be carried out with a plurality of light sources. Alternatively or additionally, the device can also have an optical system. This allows the lighting of the material to be adjusted. The optics can have lenses, mirrors and/or the like.

Die Vorrichtung kann alternativ oder ergänzend auch Kontrollmittel aufweisen, die es ermöglichen, die Heizrate der Aufwärmung, den Zeitraum des Einstrahlens, und/oder den beleuchteten Bereich zu ermitteln und das Einstrahlen des Lichts, insbesondere hinsichtlich der Heizrate, des Zeitraums und/oder des beleuchteten Bereichs, entsprechend zu kontrollieren, insbesondere zu regeln und/oder zu steuern.Alternatively or additionally, the device can also have control means that make it possible to determine the heating rate of the heating, the irradiation period and/or the illuminated area and the irradiation of the light, in particular with regard to the heating rate, the period of time and/or the illuminated area area to control accordingly, in particular to regulate and/or control.

In einer besonders bevorzugten Ausführung wird das Verfahren durch eine besonders flexible Vorrichtung realisiert. Die kleine Größe vergleichbar mit etwa einem Schuhkarton und die Möglichkeit die Vorrichtung mit einem gewöhnlichen Steckdosenanschluss zu betreiben (230 V, 16A in Deutschland) ermöglicht den kostengünstigen Einsatz z.B. auf dem Tisch, in Dentallaboren, Kleinkustwerstätten oder in Handschuhboxen, welche in Laboren für luftempfindliche Materialien eingesetzt werden.In a particularly preferred embodiment, the method is implemented using a particularly flexible device. The small size, comparable to a shoe box, and the possibility of operating the device with a normal socket connection (230 V, 16A in Germany) enables cost-effective use, for example on the table, in dental laboratories, small workshops or in glove boxes used in laboratories for air-sensitive materials.

Innerhalb einer Umhausung welche die Umgebung vor dem verwendeten Licht schützt ist als zentraler Bestandteil ein Stapel von Leuchtdioden angebracht. Diese beleuchten das Keramische Produkt, welches auf einer wechselbaren Isolierung positioniert wird. Diese kann einfach herausgenommen werden, was beispielsweise durch eine Ausziehbare Schublade ermöglicht wird.A stack of light-emitting diodes is attached as a central component within a housing that protects the environment from the light used. These illuminate the ceramic product, which is positioned on a changeable insulation. This can be easily removed, which is made possible, for example, by a pull-out drawer.

Die Leuchtdioden emittieren bevorzugt UV Licht, bevorzugt mit 375 nm oder 450 nm Wellenlänge. Die Leuchtdioden sind dabei an eine wassergekühlte thermische Senke angeschlossen wobei das emittierte Licht mit Mikrolinsen und Linsen gebündelt werden kann um die Leistungsdichte zu verbessern. Sie sind bevorzugt über der Keramik angeordnet und können alternativ oder ergänzend in anderen Winkeln angebracht sein.The light-emitting diodes preferably emit UV light, preferably with a wavelength of 375 nm or 450 nm. The light-emitting diodes are connected to a water-cooled thermal sink, whereby the emitted light can be bundled with microlenses and lenses in order to improve the power density. They are preferably arranged above the ceramic and can alternatively or additionally be attached at other angles.

Die Temperatur wird dabei durch ein geeignetes Pyrometer ausgelesen wobei bevorzugt eine aktiver Regelkreis zwischen Pyrometerdaten und Leistungsdichte vorhanden ist.The temperature is read out by a suitable pyrometer, with an active control circuit preferably being present between the pyrometer data and the power density.

Die Stromversorgung, Regelung und Kühlung der Leuchtdioden kann in der gleichen Umhausung untergebracht sein oder alternativ in einer separaten Box installiert sein wobei eine Verbindung durch Kabel und Schläuche vorhanden ist.The power supply, control and cooling of the light-emitting diodes can be accommodated in the same housing or alternatively installed in a separate box with a connection through cables and hoses.

Die Spitzenlast der Stromversorgung kann durch einen geeigneten Energiezwischenspeicher deutlich reduziert werden. Für eine Leistungsdichte von 50 W/cm2 auf einer Fläche von 80 cm2 wird eine Leistung von mindestens 4 kW benötigt. Dies übersteigt die Maximalleistung einer gewöhnlichen Steckdose. Ein Energiezwischenspeicher kann beispielsweise 8 kW für 30 Sekunden bereitstellen und dann über wenige Minuten mit deutlich geringerer Leistung wieder geladen werden. Hier kann beispielsweise eine gewöhnliche Autostarterbatterie zum Einsatz kommen, die mehrere Beleuchtungen zulässt bevor sie geladen werden muss.The peak load of the power supply can be significantly reduced by using a suitable intermediate energy store. A power of at least 4 kW is required for a power density of 50 W/cm 2 on an area of 80 cm 2 . This exceeds the maximum power of an ordinary socket. For example, an energy storage device can provide 8 kW for 30 seconds and then be recharged over a few minutes with significantly less power. Here, for example, an ordinary car starter battery can be used, which allows several lights before it has to be charged.

Der Bearbeitungsraum ist bevorzugt so gestaltet, dass die Unterlage durch andere Vorrichtungen ausgewechselt werden kann. Beispielsweise ist es möglich eine Unterlage mit Isolierung ein einer gasdichten Kammer einzusetzen. Diese kann auf der Oberseite durch eine Quarzglasfenster das Licht einstrahlen lassen, jedoch die Atmosphäre gezielt kontrollieren, beispielsweise mit einem kontinuierlichen Gasfluss mit einem Gas wie z.B. Luft, Sauerstoff, Argon, Stickstoff oder Formiergas. Eine Quarzglasscheibe schützt auch die Vorrichtung vor Verunreinigung.The processing space is preferably designed in such a way that the base can be replaced by other devices. For example, it is possible to use a pad with insulation in a gas-tight chamber. This can let the light shine in through a quartz glass window on the upper side, but can specifically control the atmosphere, for example with a continuous gas flow with a gas such as air, oxygen, argon, nitrogen or forming gas. A fused silica disk also protects the device from contamination.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß einem dritten Aspekt dadurch gelöst, dass ein keramisches Produkt, insbesondere hergestellt und/oder herstellbar mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder mit der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, das insbesondere eine zumindest partiell gesinterte Mikrostruktur aufweist vorgeschlagen wird.The object is achieved by the invention according to a third aspect in that a ceramic product, in particular manufactured and / or manufacturable with the method according to the first aspect of the invention and / or with the device according to the second aspect of the invention, which in particular has at least partially sintered microstructure is proposed.

Das keramische Produkt kann insbesondere eine gesinterte Mikrostruktur aufweisen. Das keramische Produkt kann beispielsweise eine partiell gesinterte Mikrostruktur oder eine vollständig gesinterte Mikrostruktur aufweisen.In particular, the ceramic product can have a sintered microstructure. For example, the ceramic product may have a partially sintered microstructure or a fully sintered microstructure.

Das keramische Produkt kann beispielsweise zumindest lokal Versetzungen mit einer Dichte von 105 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 106 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 107 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 108 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 109 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 1010 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 1011 / cm2, aufweisen.The ceramic product can, for example, at least locally, have dislocations with a density of 10 5 /cm 2 or more, preferably 10 6 /cm 2 or more, preferably 10 7 /cm 2 or more, preferably 10 8 /cm 2 or more preferably 10 9 /cm 2 or more, preferably 10 10 /cm 2 or more, preferably 10 11 /cm 2 .

Ein keramisches Produkt, das eine solch hohe Versetzungsdichte aufweist, kann erstmalig überhaupt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Die lokale Versetzungsdichte beträgt vorzugsweise 109 / cm2 oder mehr, insbesondere 1010 / cm2 oder mehr.A ceramic product that has such a high dislocation density can be produced for the first time ever using a method according to the invention. The local dislocation density is preferably 10 9 /cm 2 or more, particularly 10 10 /cm 2 or more.

Für das keramische Produkt gelten daher die gleichen Vorteile und die gleichen Einsatzgebiete, wie sie vorstehend auch in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung beschrieben wurden.The same advantages and the same areas of use therefore apply to the ceramic product as were also described above in relation to the first aspect of the invention.

Beispielsweise kann das keramische Produkt in Form einer Membrane, insbesondere einer dünnen Membrane, vorliegen. Eingesetzt als dünne Membrane werden Funktionskeramiken beispielsweise in Brennstoffzellen, Elektrolysezellen, Sensoren, Festkörperbatterien, Gastrennmembranen, Aktuatoren und Kondensatoren. Insbesondere können diese Dünnen Membranen als Vielschichten gestapelt sein und auch Lagen wie metallische Elektroden enthalten.For example, the ceramic product can be in the form of a membrane, particularly a thin membrane. Functional ceramics are used as thin membranes in fuel cells, electrolytic cells, sensors, solid-state batteries, gas separation membranes, actuators and capacitors, for example. In particular, these thin membranes can be stacked as multilayers and can also contain layers such as metallic electrodes.

Das erfindungsgemäße Produkt kann vorzugsweise verwendet werden in Brennstoffzellen, Elektrolysezellen, Sensoren und/oder Festkörperbatterien.The product according to the invention can preferably be used in fuel cells, electrolytic cells, sensors and/or solid-state batteries.

Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass

  1. (i) die Dicke des keramischen Produkts zwischen 0,00005 mm und 20 mm beträgt, wobei das keramische Produkt eine keramische Membran aufweist oder darstellt und/oder wobei das keramische Produkt SrTiO3, und/oder TiO2 als Material aufweist oder daraus besteht; und/oder
  2. (ii) das keramische Produkt eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweist:
    1. (a) Ein beliebiges keramisches Material, insbesondere ein nichtmetallischanorganisches Material mit kristallinem Aufbau;
    2. (b) Eine Keramik mit Perowskitstruktur, Spinellstruktur, Zinkblendestruktur, Wurzitstruktur, Natriumchloridstruktur, oder Fluoridstruktur;
    3. (c) Eine Keramik auf Basis von Bariumtitanat, Bariumzirkonat, Blei-Zirkonat-Titanat, Titanoxid, Siliziumkarbid, Siliciumnitrid, Borcarbid, Bornitrid, Zirkondiborid, Nickeloxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Strontiumtitanat, Magnesiumoxid, Lithium-Lanthan-Titanat, Lithium-Lanthan-Zirkonat, Lithium-Lanthan-Tantalat, Lithium-Cobalt-Oxid, Lithium-Mangan-Oxid, Lithium-Nickel-Mangan-Oxid und/oder Aluminiumoxid, jeweils mit beliebigen Dotierungszusätzen und/oder Sinteradditiven sowie Mischungen aus mehreren diesen Materialien;
    4. (d) Ein beliebiges Metall; oder/und
    5. (e) Ein oder mehrere Materialien aus der Gruppe aufweisend: Silber, Lithium, Palladium, Platin, Gold, Nickel, Titan, Aluminium, Kupfer, Eisen, Niob, Chrom, Vanadium, Iridium, Tantal, Osmium, Rhenium, Molybdän, Wolfram, Magnesium oder eine Legierung aus mehreren dieser Metalle.
    6. (f) Ein beliebiges nichtmetallisches anorganisches Material, welches überwiegend keine kristalline Struktur aufweist und welches mit Hilfe eines Sinterprozesses seine Form erhält.
    7. (g) Silikatfasern, Borosilikatglas und Borsilizid.
Alternatively or additionally, it can also be provided that
  1. (i) the thickness of the ceramic product is between 0.00005mm and 20mm, wherein the ceramic product comprises or is a ceramic membrane and/or wherein the ceramic product comprises or consists of SrTiO 3 , and/or TiO 2 as material consists; and or
  2. (ii) the ceramic product comprises one or more of the following materials:
    1. (a) Any ceramic material, especially a non-metallic inorganic material with a crystalline structure;
    2. (b) A ceramics having a perovskite structure, a spinel structure, a zincblende structure, a wurzite structure, a sodium chloride structure, or a fluoride structure;
    3. (c) A ceramic based on barium titanate, barium zirconate, lead zirconate titanate, titanium oxide, silicon carbide, silicon nitride, boron carbide, boron nitride, zirconium diboride, nickel oxide, zinc oxide, zirconium oxide, strontium titanate, magnesium oxide, lithium lanthanum titanate, lithium lanthanum zirconate, lithium lanthanum tantalate, lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel manganese oxide and/or aluminum oxide, each with any doping additives and/or sintering additives and mixtures of several of these materials;
    4. (d) any metal; or and
    5. (e) One or more materials from the group comprising: silver, lithium, palladium, platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, iron, niobium, chromium, vanadium, iridium, tantalum, osmium, rhenium, molybdenum, tungsten, Magnesium or an alloy of several of these metals.
    6. (f) Any non-metallic inorganic material which is predominantly non-crystalline in structure and which is shaped by a sintering process.
    7. (g) Silicate fibers, borosilicate glass and boron silicide.

Keramiken mit bevorzugten Dicken sind für übliche Anwendungen relevant.Ceramics with preferred thicknesses are relevant for common applications.

In einer Ausführungsform beträgt die Dicke des keramischen Ausgangsmaterials vorzugsweise 20 mm oder weniger, vorzugsweise von 10 mm oder weniger, vorzugsweise von 5 mm oder weniger, vorzugsweise 2 mm oder weniger, vorzugsweise von 1 mm oder weniger, vorzugsweise von 0,5 mm oder weniger, vorzugsweise 0,05 mm oder weniger. Optional beträgt die Dicke 0,001 mm oder mehr, vorzugsweise 0,005 mm oder mehr, vorzugsweise 0,01 mm oder mehr, vorzugsweise 0,05 mm oder mehr, vorzugsweise 0,1 mm oder mehr. Beispielsweise kann die Keramik eine Dicke aufweisen von zwischen 0,001 mm und 20 mm, insbesondere von zwischen 0,005 mm und 15 mm, von 0,1 bis 10,0 mm, von 0,2 bis 8,0 mm, von 0,5 bis 6,0 mm, oder von 1,0 bis 5,0 mm, beispielsweise von 2,0 bis 4,0 mm.In one embodiment, the thickness of the ceramic starting material is preferably 20 mm or less, preferably 10 mm or less, preferably 5 mm or less, preferably 2 mm or less, preferably 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less , preferably 0.05 mm or less. Optionally, the thickness is 0.001 mm or more, preferably 0.005 mm or more, preferably 0.01 mm or more, preferably 0.05 mm or more, preferably 0.1 mm or more. For example, the ceramic can have a thickness of between 0.001 mm and 20 mm, in particular between 0.005 mm and 15 mm, from 0.1 to 10.0 mm, from 0.2 to 8.0 mm, from 0.5 to 6 .0 mm, or from 1.0 to 5.0 mm, for example from 2.0 to 4.0 mm.

In einer Ausführungsform kann das keramische Produkt eine Membrane, insbesondere eine dünne Membrane, aufweisen. Diese Membrane, insbesondere dünne Membrane, kann vorzugsweise die vorstehend genannten Dicken aufweisen.In one embodiment, the ceramic product can have a membrane, in particular a thin membrane. This membrane, in particular thin membranes, can preferably have the thicknesses mentioned above.

Das keramische Produkt kann insbesondere einen Korngrößengradienten, eine Texturierung, eine hohe Temperaturbeständigkeit und/oder besonders homogene Materialeigenschaften aufweisen.The ceramic product can in particular have a grain size gradient, texturing, high temperature resistance and/or particularly homogeneous material properties.

Die Korngröße kann sich beispielsweise um mehr als einen Faktor drei in weniger als 50 µm, bevorzugt von mehr als einen Faktor fünf in weniger als 20 µm, bevorzugst von mehr als einen Faktor 15 in weniger als 10 µm, in einer Richtung ändern und gleichzeitig um weniger als einen Faktor zwei in einer orthogonalen Richtung variieren. Bevorzugt kann sich die Korngröße graduell, insbesondere wie in 4, oder Stufenartig, insbesondere wie in 7, ändern. Bevorzugt überschreitet der Unterschied in der Korngröße einen Faktor 1000 nicht.The grain size can, for example, change in one direction by more than a factor of three to less than 50 μm, preferably by more than a factor of five to less than 20 μm, preferably by more than a factor of 15 to less than 10 μm, and at the same time by vary less than a factor of two in an orthogonal direction. The grain size can preferably change gradually, in particular as in 4 , or stepped, especially as in 7 , change. The difference in grain size preferably does not exceed a factor of 1000.

Die Porosität kann beispielsweise in weniger als 5 µm von kleiner als 5%, insbesondere keiner offenen Porösität, zu größer als 15%, insbesondere zu offener, perkolierender Porosität übergehen.For example, the porosity can change in less than 5 μm from less than 5%, in particular no open porosity, to greater than 15%, in particular open, percolating porosity.

Die Texturierung kann so signifikant sein, dass mehr als 15% der Körner mit einer Abweichung von weniger als 15°, bevorzugt mehr als 20% der Körner mit einer Abweichung von weniger als 10° von einer Vorzugsachse ausgerichtet sind.The texturing can be so significant that more than 15% of the grains are aligned with a deviation of less than 15°, preferably more than 20% of the grains with a deviation of less than 10° from a preferred axis.

Das keramische Produkt der Erfindung kann auch ein Schichtverbund sein, insbesondere ein Schichtverbund mit mehreren Lagen.The ceramic product of the invention may also be a laminate, particularly a multi-layer laminate.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Schichtverbund umfassend oder bestehend aus dem keramischen Produkt der Erfindung.The present invention also relates to a layered composite comprising or consisting of the ceramic product of the invention.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Kondensator umfassend oder bestehend aus dem keramischen Produkt der Erfindung.The present invention also relates to a capacitor comprising or consisting of the ceramic product of the invention.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Festkörperbatterie umfassend oder bestehend aus dem keramischen Produkt der Erfindung.The present invention also relates to a solid state battery comprising or consisting of the ceramic product of the invention.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des keramischen Produkts der Erfindung als oder in einem Kondensator oder einer Festkörperbatterie.The present invention also relates to the use of the ceramic product of the invention as or in a capacitor or solid state battery.

VersucheTry

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine sehr hohe Dichte von Versetzungen. Zur Einordnung wurden die folgenden Versuche mit den jeweils angegebenen Ergebnissen durch die Erfinder durchgeführt: (1.) Einfaches Sintern einer Keramiktasse führte zu einer Versetzungsdichte von bis zu 105/cm2. (2.) Mechanische Verformung führte zu einer Versetzungsdichte von bis zu 108/cm2. (3.) Flash-Sintern führte zu einer Versetzungsdichte von bis zu 1010/cm2. (4.) Das vorgeschlagene Verfahren kann Versetzungsdichten mit Größenordnungen von sogar größer als oder gleich 1010/cm2 erreichen. Die Versetzungsdichte kann durch Optimierung des Temperaturprofils verbessert werden.The method according to the invention enables a very high density of dislocations. To classify the following experiments with each results given by the inventors: (1.) Simple sintering of a ceramic cup led to a dislocation density of up to 10 5 /cm 2 . (2.) Mechanical deformation led to a dislocation density of up to 10 8 /cm 2 . (3.) Flash sintering resulted in a dislocation density of up to 10 10 /cm 2 . (4.) The proposed method can achieve dislocation densities of the order of even greater than or equal to 10 10 /cm 2 . The dislocation density can be improved by optimizing the temperature profile.

Figurenlistecharacter list

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen erläutert werden.Further features and advantages of the invention result from the following description, in which preferred embodiments of the invention are explained with the aid of schematic drawings.

Dabei zeigen:

  • 1 eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung in einer Seitenansicht;
  • 2 ein keramisches Material, das in der Vorrichtung der 1 verwendet wird;
  • 3 eine weitere Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
  • 4 eine lichtmikroskopische Aufnahme eines keramischen Produkts mit einem Korngrößengradienten;
  • 5, 6, 7 eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines keramischen Produkts mit Texturierung und sprunghaftem Dichtegradient;
  • 8 Darstellung der Quantifizierung der Texturierung;
  • 9 eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines keramischen Produkts hergestellt aus zwei keramischen Ausgangsmaterialien;
  • 10 eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Vielschichtkondensators hergestellt mit dem Verfahren der Erfindung;
  • 11, 12 Temperatur-Zeit-Kurven der Herstellung eines keramischen Produkts mit dem Verfahren der Erfindung.
  • 13 eine weitere Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
show:
  • 1 a device according to the second aspect of the invention in a side view;
  • 2 a ceramic material used in the device of 1 is used;
  • 3 another device according to the second aspect of the invention in a perspective view;
  • 4 an optical micrograph of a ceramic product with a grain size gradient;
  • 5 , 6 , 7 an electron micrograph of a ceramic product with texturing and an abrupt density gradient;
  • 8th representation of quantification of texturing;
  • 9 an electron micrograph of a ceramic product made from two ceramic starting materials;
  • 10 an electron micrograph of a multilayer capacitor made by the method of the invention;
  • 11 , 12 Temperature-time curves of the production of a ceramic product with the method of the invention.
  • 13 another device according to the second aspect of the invention in a perspective view;

Beispieleexamples

Beispiel 1: Grünkörper aus gepresstem SrTiO3 PulverExample 1: Green body made from pressed SrTiO 3 powder

Ein scheibenförmiger Grünkörper aus SrTiO3 Pulver mit 99,99% Reinheit wird mit einer Dicke von 1 mm und einem Durchmesser von 6,4 mm bei einem Druck von 700 MPa gepresst. Die Ausgangspartikelgröße des Pulvers beträgt ca. 400 nm. Der Grünkörper wird anschließend von einer Seite, bevorzugt von oben, beleuchtet. Auf der Unterseite liegt der Grünkörper auf einer dünnen, beispielsweise 1 cm bis 2 cm dicken, Schicht sehr poröser Aluminiumoxidwolle oder alternativ auf einer 1 cm oder 2 cm dicken Schicht aus Blähgrafit mit einer Dichte von ca. 0,12 g/cm3..A disc-shaped green body made of SrTiO 3 powder with 99.99% purity is pressed with a thickness of 1 mm and a diameter of 6.4 mm at a pressure of 700 MPa. The initial particle size of the powder is approximately 400 nm. The green body is then illuminated from one side, preferably from above. On the underside, the green body lies on a thin layer of very porous aluminum oxide wool, for example 1 cm to 2 cm thick, or alternatively on a 1 cm or 2 cm thick layer of expandable graphite with a density of approx. 0.12 g/cm 3 ..

Mit der Beleuchtung wird der Grünkörper mit einer Heizrate von 100 K/s bis 500 K/s auf die oder nahe unter oder über die Sintertemperatur, 1875 °C, erhitzt und 25 Sekunden lang auf dieser Temperaturgehalten. Dabei wird die Sintertemperatur bevorzugt um weniger als 15 °C unter- oder überschritten. Weiterhin wird die Sintertemperatur nach dem Aufheizen bevorzugt in weniger als 6 Sekunden stabilisiert. Danach wird die Beleuchtung abgeschaltet und der Grünkörper wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Abkühlung von der Sintertemperatur auf weniger als 1000 °C erfolgt dabei in weniger als 3 Sekunden. Für die Beleuchtung wird bevorzugt ein Diodenlaserstapel mit 450 nm Wellenlänge, Xe-Blitzlampe, Halogenlampe,UV-Mitteldrucklampe oder Infrarotlampe verwendet. Bei der Sintertemperatur beträgt die Leistungsdichte bevorzugt 170 W/cm2 bei der Verwendung eines Diodenlaserstapels mit 450 nm Wellenlänge.With the illumination, the green body is heated at a heating rate of 100 K/s to 500 K/s to or near below or above the sintering temperature, 1875°C, and held at this temperature for 25 seconds. In this case, the sintering temperature is preferably exceeded or fallen short of by less than 15.degree. Furthermore, after heating, the sintering temperature is preferably stabilized in less than 6 seconds. The lighting is then switched off and the green body is cooled back down to room temperature. The cooling from the sintering temperature to less than 1000 °C takes less than 3 seconds. A diode laser stack with a wavelength of 450 nm, Xe flash lamp, halogen lamp, UV medium-pressure lamp or infrared lamp is preferably used for the illumination. At the sintering temperature, the power density is preferably 170 W/cm 2 when using a 450 nm wavelength diode laser stack.

Die Versetzungsdichte kann bevorzugt mit der Dunkelfeld-Transmissionselelektronenmikroskopie oder dem Electron channelling contrast imaging (ECCI) überprüft werden.The dislocation density can preferably be checked with dark-field transmission electron microscopy or electron channeling contrast imaging (ECCI).

Beispiel 2:Example 2:

Eine Folie aus dem Material BaTiO3 wird durch Foliengießen hergestellt. Dabei beträgt die durchschnittliche Partikelgröße weniger als oder gleich 250 nm. Das Bindemittel wird zunächst ausgebrannt. Temperaturprofile, welche Temperaturen deutlich unterhalb der Sintertemperatur benötigen, und oftmals Zeiten im Bereich von Minuten bis Stunden benötigen, sind aus dem Stand der Technik zum entsprechenden Bindemittel bekannt. Dieser Schritt kann, alternativ zu einem konventionellen Ofen, optional auch mit Hilfe der Bestrahlung durchgeführt werden, wobei die Leistungsdichte gering, beispielsweise um 80 % geringer, zu wählen ist. Sobald das Bindemittel ausgebrannt ist, wird die Folie mittels Beleuchtung zur Sintertemperatur erhitzt.A foil made of the material BaTiO 3 is produced by foil casting. The average particle size is less than or equal to 250 nm. The binder is first burned out. Temperature profiles which require temperatures well below the sintering temperature and often require times in the range from minutes to hours are known from the prior art for the corresponding binder. As an alternative to a conventional oven, this step can optionally also be carried out with the aid of irradiation, in which case the power density should be selected to be low, for example 80% lower. As soon as the binder has burned out, the foil is heated to the sintering temperature using lighting.

Währen der Beleuchtung kann die Folie beispielsweise auf einem dünnen Gasfilm über einer reflektierenden Oberfläche schweben oder alternativ auf einer 1 cm dicken Schicht Blähgraphit liegen und von oben beleuchtet werden. Alternativ kann sie senkrecht hängen und von zwei Seiten bestrahlt werden, wobei die Leistungsdichte dann von beiden Seiten aufzubringen ist. Die laterale Ausmessung ist dabei nur beschränkt durch die Größe der Lichtquelle. Insbesondere kann die Folie gegenüber der Lichtquelle oder die Lichtquelle gegenüber der Folie bewegt werden. Dadurch kann das Temperaturprofil, bzw. die Leistungsdichte zusätzlich durch das Bewegungsprofil eingestellt werden. Bevorzugt ermöglicht die relative Bewegung von Folie und Lichtquelle die Bearbeitung eines kontinuierlichen Bandes.During illumination, the foil can, for example, float on a thin film of gas over a reflective surface, or alternatively lie on a 1 cm thick layer of expandable graphite and be illuminated from above. Alternatively, it can hang vertically and be irradiated from two sides, with the power density then having to be applied from both sides. The lateral measurement is only limited by the size of the light source. In particular, the foil can be moved relative to the light source or the light source can be moved relative to the foil. As a result, the temperature profile or the power density can also be adjusted by the movement profile. Preferably, the relative movement of the film and light source enables a continuous strip to be processed.

Die Folie wird durch die Bestrahlung mit 400 K/s auf die oder nahe unter oder über die Sintertemperatur 1150 °C bis 1550 °C erhitzt und für 30 Sekunden auf dieser Temperatur gehalten. Dabei wird die Sintertemperatur bevorzugt um weniger als 15 °C unter- oder überschritten. Weiterhin wird die Sintertemperatur nach dem Aufheizen bevorzugt in weniger als 6 Sekunden, beispielsweise in weniger als 2 Sekunden stabilisiert. Danach wird die Beleuchtung abgeschaltet und der Grünkörper wieder auf Raumtemperatur abkühlt. Die Abkühlung von der Sintertemperatur auf weniger als 900 °C erfolgt dabei in weniger als 3 Sekunden. Für die Beleuchtung wird bevorzugt ein Diodenlaserstapel mit 450 nm Wellenlänge, Xe-Blitzlampe, UV-Mitteldrucklampe, Halogenlampe, oder Infrarotlampe verwendet. Bei der Sintertemperatur beträgt die Leistungsdichte bevorzugt ca. 92 W/cm2 bei der Verwendung eines Diodenlaserstapels mit 450 nm Wellenlänge.The foil is heated to or near below or above the sintering temperature of 1150° C. to 1550° C. by the irradiation at 400 K/s and is kept at this temperature for 30 seconds. In this case, the sintering temperature is preferably exceeded or fallen short of by less than 15.degree. Furthermore, after heating, the sintering temperature is preferably stabilized in less than 6 seconds, for example in less than 2 seconds. The lighting is then switched off and the green body is cooled back down to room temperature. The cooling from the sintering temperature to less than 900 °C takes less than 3 seconds. A diode laser stack with a wavelength of 450 nm, Xe flash lamp, UV medium-pressure lamp, halogen lamp or infrared lamp is preferably used for the illumination. At the sintering temperature, the power density is preferably about 92 W/cm 2 when using a diode laser stack with a wavelength of 450 nm.

Beispiel 3:Example 3:

Durch lateral unterschiedliche thermische Kontaktierung zur Unterlage wurde ein Korngrößengradient erzeugt. Dabei war die Bestrahlung homogen. Alternativ kann auch der thermische Kontakt zur Unterlage homogen sein und die Strahlung variieren bzw. es kann sowohl die thermische Kontaktierung als auch die Bestrahlung variieren.A grain size gradient was created by laterally varying thermal contact with the substrate. The irradiation was homogeneous. Alternatively, the thermal contact with the substrate can also be homogeneous and the radiation can vary, or both the thermal contact and the radiation can vary.

Es wurde ein Grünkörper aus 99,99% reinem TiO2 mit einer Dicke von etwa 150 µm gepresst. Dieser wurde auf eine Kupferunterlage gelegt wobei Kontakt nur an einem kleinen Punkt bzw. kleinen Punkten bestand. Dadurch wurden diese Bereiche gekühlt wobei bei den freischwebenden Bereichen deutlich weniger Wärmeabfuhr stattfand. In diesen Bereichen ist die Korngröße deutlich größer mit Gradienten zu den kälteren Bereichen. Die Beleuchtung wurde mit einem Diodenlaserstapel mit 450 nm Wellenlänge mit 200 W/cm2 für 10 s durchgeführt.A green body made of 99.99% pure TiO 2 with a thickness of about 150 μm was pressed. This was placed on a copper base with contact only at a small point or small points. As a result, these areas were cooled, with significantly less heat dissipation taking place in the free-floating areas. In these areas, the grain size is significantly larger with gradients towards the colder areas. Illumination was performed with a 450 nm wavelength diode laser stack at 200 W/cm 2 for 10 s.

4 zeigt ein entsprechend erzeugtes keramisches Produkt mit einem Korngrößengradienten. 4 shows a correspondingly produced ceramic product with a grain size gradient.

Beispiel 4:Example 4:

Durch unterschiedliche Temperaturprofile an der Oberfläche und im Inneren der Keramik wurden ein Korngrößengradient und eine Texturierung erzeugt. Es wurde ein Grünkörper aus 99,99% reinem TiO2 mit einer Dicke von etwa 150 µm gepresst. Die unterschiedlichen Temperaturprofile wurden durch ein zeitliches Leistungsdichtenprofil mit einer ersten Leistungsdichte in einem Bereich von 4350 W/cm2 für einen Zeitraum von 20 ms, gefolgt von einer zweiten Leistungsdichte in einem Bereich von 100 W/cm2 für einen Zeitraum von 10 s erzeugt. Im ersten Beleuchtungsschritt war keine Isolierung notwendig, da die Temperatur nur die Oberfläche aber nicht das Volumen erreicht hat. Im zweiten Beleuchtungsschritt wurde eine etwa 2 cm Dicke Schicht aus Blähgraphit mit einer Dichte von etwa 0,12 g/cm3 als isolierende Unterlage verwendet.A grain size gradient and texturing were created by different temperature profiles on the surface and inside the ceramic. A green body made of 99.99% pure TiO 2 with a thickness of about 150 μm was pressed. The different temperature profiles were generated by a temporal power density profile with a first power density in a range of 4350 W/cm 2 for a period of 20 ms, followed by a second power density in a range of 100 W/cm 2 for a period of 10 s. In the first lighting step, no insulation was necessary because the temperature only reached the surface but not the volume. In the second illumination step, an approximately 2 cm thick layer of expandable graphite with a density of approximately 0.12 g/cm 3 was used as the insulating substrate.

In diesem Beispiel entsteht, wie in 5, 6 und 7 gezeigt, eine quasi vollständig dichte Schicht an der Oberfläche mit einer Dicke von etwa 20 µm und einer Korngröße von etwa 15 µm sowie eine darunter liegende, dickere Schicht mit deutlich kleineren Körnern und sehr großer Porosität. Dabei ist in 7, welche eine Bruchfläche nach dem ersten Behandlungsschritt zeigt, zu erkennen, dass ein großer Teil der Körner sich durch die gesamte Dicke der Schicht erstreckt. Weiterhin weisen die Körner in dieser Schicht eine Vorzugsorientierung welche als Texturierung bezeichnet wird auf. Diese Texturierung wurde mittels Elektronenbeugung, englisch „electron backscatter diffraction“ für mehr als 5000 Körner bestimmt und ist in 8 dargestellt und quantifiziert. Alternativ kann die Quantifizierung durch eine Wahrscheinlichkeit einer bestimmten Orientierungsbereiches angegeben werden, der hier ein 16% Wahrscheinlichkeit für eine Orientierung mit weniger als 15° Abweichung von der 100 Achse bestimmt wurde.In this example, as in 5 , 6 and 7 shown, a virtually completely dense layer on the surface with a thickness of about 20 µm and a grain size of about 15 µm and a thicker layer underneath with significantly smaller grains and very high porosity. where is in 7 , showing a fracture surface after the first treatment step, to see that a large part of the grains extends through the entire thickness of the layer. Furthermore, the grains in this layer have a preferred orientation which is referred to as texturing. This texturing was determined using electron diffraction for more than 5000 grains and is in 8th presented and quantified. Alternatively, the quantification can be given by a probability of a certain orientation range, which was determined here as a 16% probability for an orientation with less than 15° deviation from the 100 axis.

Weiterhin entstand durch den zweiten Beleuchtungsschritt unter der dichten Schicht eine poröse Schicht über die gesamte restliche Dicke. Diese zeichnet sich bevorzugt durch eine offene Porosität aus die gasdurchlässig ist wobei die Schicht mechanische Integrität aufweist.Furthermore, the second illumination step created a porous layer under the dense layer over the entire remaining thickness. This is preferably characterized by an open porosity which is gas-permeable, with the layer having mechanical integrity.

Ein besonders Merkmal ist, dass diese Kombination einer dichten und einer porösen Schicht aus einer zuvor vollständig homogenen Grünkörper gefertigt werden kann. Weiterhin kann der kurze und intensive Beleuchtungsschritt, hier der erste Schritt, während des längeren und weniger Intensiven Beleuchtungsschrittes durchgeführt werden wodurch die Gesamtprozessierung in einem Zug und beispielsweise in 10 Sekunden oder weniger erfolgen kann.A special feature is that this combination of a dense and a porous layer can be manufactured from a previously completely homogeneous green body. Furthermore, the short and intense illumination step, here the first step, can be performed during the longer and less intense illumination step whereby the overall processing can be done in one go, for example in 10 seconds or less.

Beispiel 5:Example 5:

Mit dem Verfahren der Erfindung wurden zwei keramische Ausgangsmaterialien, TiO2 und BaTiO3, die in zwei Schichten gemeinsam als Pulver gepresst wurden, zu einem keramischen Produkt zusammengesintert. Es wurde eine scharfe Grenzfläche erhalten. Die 9 zeigt ein entsprechend erzeugtes keramisches Produkt.With the method of the invention, two ceramic starting materials, TiO 2 and BaTiO 3 , which were pressed together as a powder in two layers, were sintered together into a ceramic product. A sharp interface was obtained. the 9 shows a correspondingly produced ceramic product.

Beispiel 6:Example 6:

Es wurde ein Vielschichtkondensator mit dem Verfahren der Erfindung hergestellt (siehe 10). Der Vielschichtkondensator besteht auf der Keramik BaTiO3 und dünnen lagen aus Platinelektroden. Die Lagen aus BaTiO3 wurden mittels Foliengießen hergestellt wobei die Platinelektroden mittels Siebdruck (englisch: „screen printing“) hergestellt wurden. Die Bindermaterialien, welche für das Foliengießen benötigt werden wurden in einem Konventionellen Ofen bei mittlerer Temperatur ausgebrannt. Anschließend wurde das Rohbauteil auf eine etwa 2 cm dicke Isolierung aus Blähgrahit gelegt und von oben beleuchtet. Die Leistungsdichte betrug 47 W/cm2 für 5 Sekunden gefolgt von 75 W/cm2 für 20 Sekunden gefolgt von 47 W/cm2 für weitere 10 Sekunden.A multilayer capacitor was manufactured by the method of the invention (see 10 ). The multilayer capacitor consists of ceramic BaTiO 3 and thin layers of platinum electrodes. The layers of BaTiO 3 were produced by means of tape casting, with the platinum electrodes being produced by means of screen printing. The binder materials required for tape casting were burned out in a conventional oven at medium temperature. The raw component was then placed on an approximately 2 cm thick insulation made of expanded graphite and illuminated from above. The power density was 47 W/cm 2 for 5 seconds followed by 75 W/cm 2 for 20 seconds followed by 47 W/cm 2 for another 10 seconds.

10 zeigt einen polierten Querschnitt durch die Bauteildicke. 10 shows a polished cross-section through the component thickness.

Beispiel 7:Example 7:

Das Beispiel 7 betrifft verschiedene Temperatur-Zeit-Verläufe der Herstellung eines keramischen Produkts mit dem Verfahren der Erfindung.Example 7 relates to various temperature-time histories of the manufacture of a ceramic product using the method of the invention.

In 11 ist die Temperaturabhängigkeit der Absorption des eingestrahlten Lichts gezeigt. Bei hohen Temperaturen kommt es zu einer verstärkten Absorption längerer Wellenlängen. Der zeitliche Verlauf der Temperatur zeigt, dass es zunächst bei einer Temperatur von etwa 800°C annähernd zur Ausbildung eines Temperaturplateaus mit einer deutlichen Verlangsamung des Temperaturanstiegs kommt. Sobald ein Kipppunkt oberhalb von 800°C erreicht wurde, kam es zu einem massiven Temperaturanstieg auf nahezu 1600°C. Bei Temperaturen unterhalb des Kipppunkts ist die Absorption des Lichts durch das Material verhältnismäßig gering. Oberhalb von 800°C wird das eingestrahlte Licht deutlich besser absorbiert. Dieses Beispiel wurde an 1 mm dickem gepressten Pulver aus lithium ionen leitender Li6,4La3Zr1,4Ta0,6O12 Keramik durchgeführt.In 11 shows the temperature dependence of the absorption of the incident light. At high temperatures, there is increased absorption of longer wavelengths. The course of the temperature over time shows that initially at a temperature of around 800°C a temperature plateau almost forms with a significant slowdown in the temperature rise. As soon as a tipping point above 800°C was reached, the temperature rose massively to almost 1600°C. At temperatures below the tipping point, the absorption of light by the material is relatively low. Above 800°C, the incident light is absorbed significantly better. This example was performed on 1 mm thick pressed powder of lithium ion conductive Li 6.4 La 3 Zr 1.4 Ta 0.6 O 12 ceramic.

12 zeigt hingegen den Temperatur-Zeit-Verlauf einer Probe ohne nennenswerte Temperaturabhängigkeit der Absorption des eingestrahlten Lichts. Diese Temperaturkurve wurde im Experiment in Beispiel 1 aufgezeichnet. 12 On the other hand, shows the temperature-time profile of a sample without any appreciable temperature dependence of the absorption of the incident light. This temperature curve was recorded in the experiment in Example 1.

Detaillierte Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures

1 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. 1 Figure 1 shows a device 1 according to the second aspect of the invention.

Die Vorrichtung 1 weist eine Aufnahme 3 auf, die ein pulverförmiges keramisches Ausgangsmaterial 5 aufnimmt. Vorliegend ist die Aufnahme 3 eine Unterlage, auf der das keramische Material 5 aufliegt. Das keramische Material 5 ist ein quaderförmiger oder folienartiger Grünkörper.The device 1 has a receptacle 3 which accommodates a powdery ceramic starting material 5 . In the present case, the receptacle 3 is a base on which the ceramic material 5 rests. The ceramic material 5 is a cuboid or foil-like green body.

Die Vorrichtung 1 weist außerdem eine Lichtquelle 7 auf. Die Lichtquelle 7 ist eine Halogenlampe, die Licht im Infraroten Wellenlängenbereich aussendet.The device 1 also has a light source 7 . The light source 7 is a halogen lamp that emits light in the infrared wavelength range.

Die Vorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen.The device 1 is set up to carry out the method according to the first aspect of the invention.

Dazu wird Licht 9 der Lichtquelle 7 auf einen Oberflächenbereich 11a des keramischen Materials 5 eingestrahlt. Das Material des Oberflächenbereichs 11a und dem darunter liegenden Volumenbereich wird dadurch erwärmt und gesintert. Die Erwärmung erfolgt dabei so schnell, das heißt, mit einer so hohen Heizrate, dass dort lokal eine hohe Dichte von Versetzungen in dem keramischen Produkt, dass nach dem Sintern erhalten wird, erzeugt werden kann. Die lokal erzeugten Versetzungen bestehen also in dem erwärmten Bereich.For this purpose, light 9 from the light source 7 is radiated onto a surface area 11a of the ceramic material 5 . The material of the surface area 11a and the underlying volume area is thereby heated and sintered. The heating takes place so quickly, that is, at such a high heating rate, that a high density of dislocations can be generated locally in the ceramic product that is obtained after sintering. The locally generated dislocations therefore exist in the heated area.

Anschließend wird die Lichteinstrahlung verändert, so dass das Licht 9 der Lichtquelle 7 auf einen Oberflächenbereich 11b des keramischen Materials 5 eingestrahlt wird und ganz entsprechend auch dort das keramische Material 5 gesintert und eine hohe Versetzungsdichte erzeugt wird. Das Verändern der Lichteinstrahlung erfolgt beispielsweise mittels einer in 1 nicht dargestellten Kontroll- und Steuereinheit, die einen oder mehrere Sensoren, wie Temperatursensoren und optische Sensoren, aufweisen kann.The incident light is then changed so that the light 9 from the light source 7 is incident on a surface region 11b of the ceramic material 5 and the ceramic material 5 is sintered there as well and a high dislocation density is generated. The light irradiation is changed, for example, by means of an in 1 control and control unit, not shown, which may have one or more sensors, such as temperature sensors and optical sensors.

Anschließend kann das keramische Material 5 in Form des dann hergestellten keramischen Produkts entnommen werden.The ceramic material 5 can then be removed in the form of the ceramic product then produced.

2 zeigt eine Aufsicht auf das von der (in 2 nicht dargestellten) Aufnahme 3 aufgenommene keramische Material 5. Die beiden Oberflächenbereiche 11a und 11b sind darin eingezeichnet, wobei sie zur besseren Erkennbarkeit beabstandet von dem Rand des Presslings 5 dargestellt sind. Das keramische Material 5 wird also sequentiell erst im Oberflächenbereich 11a und dann im Bereich 11b durch Lichteinstrahlung erwärmt (genauer gesagt natürlich vor allem der darunter liegenden Volumenbereich des Materials). 2 shows a top view of the (in 2 ceramic material 5 accommodated in receptacle 3 (not shown). The two surface areas 11a and 11b are shown therein, spaced apart for better visibility from the edge of the compact 5 are shown. The ceramic material 5 is thus sequentially first heated in the surface area 11a and then in the area 11b by light irradiation (to be more precise, of course, above all the underlying volume area of the material).

Während vorliegend die Lichteinstrahlung dabei sozusagen von dem Oberflächenbereich 11a zu dem Oberflächenbereich 11b übergeht, sind auch andere Realisierungen möglich. While in the present case the incident light passes, so to speak, from the surface area 11a to the surface area 11b, other implementations are also possible.

Beispielsweise könnten auf die Oberflächenbereich 11a und 11b gleichzeitig Licht eingestrahlt werden. Sei es, indem eine zweite Lichtquelle eingesetzt wird, oder dass das Licht der Lichtquelle 7 aufgeweitet wird.For example, light could be radiated onto the surface areas 11a and 11b at the same time. Either by using a second light source or by expanding the light from the light source 7 .

Beispielsweise könnte der Grünkörper 5 auch relativ zu dem Lichtkegel 9 kontinuierlich bewegt werden. Dann könnte der Grünkörper 5 relativ betrachtet in den Lichtkegel 9 hineinbewegt werden und damit nach einer gewissen Zeit im Oberflächenbereich 11a ausgeleuchtet sein. Während die relative Bewegung anhält, könnte der Grünkörper 5 nach einer gewissen Zeit im Oberflächenbereich 11b ausgeleuchtet sein und anschließend könnte der Grünkörper 5 wieder relativ betrachtet aus dem Lichtkegel 9 herausbewegt werden.For example, the green body 5 could also be moved continuously relative to the light cone 9 . Then the green body 5 could, viewed relatively, be moved into the light cone 9 and thus be illuminated in the surface area 11a after a certain time. While the relative movement continues, the green body 5 could be illuminated after a certain time in the surface area 11b and then the green body 5 could be moved out of the light cone 9 again when viewed relatively.

3 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, bei welcher ein keramisches Material 5 in Folienform relativ zur Beleuchtung bewegt wird. Insbesondere kann das keramische Material 5 in Form eines Endlosbandes verwendet werden, wobei das keramische Material 5 auch ein Schichtverbund sein kann. 3 Figure 1 shows an embodiment of a device according to the second aspect of the invention, in which a ceramic material 5 in foil form is moved relative to the illumination. In particular, the ceramic material 5 can be used in the form of an endless belt, in which case the ceramic material 5 can also be a layered composite.

Auf einer oder zwei Seiten können Lichtquellen 13 gleicher oder (wie in 3 vorgesehen) verschiedener Art installiert sein. Das Licht wird durch für die jeweilige Lichtquelle 13 geeignete Optiken 15 auf das keramische Material 5 gelenkt. Dabei sind in 3 der Strahlengang 17 sowie die beleuchtete Zone 19 schematisch skizziert.On one or two sides, light sources 13 of the same or (as in 3 provided) of different types installed. The light is directed onto the ceramic material 5 by optics 15 suitable for the respective light source 13 . are in 3 the beam path 17 and the illuminated zone 19 are schematically outlined.

Das Temperaturprofil wird dabei durch die Ausformung der jeweils beleuchteten Zone 19, die zeitliche Variation der Intensität und durch die relative Bewegung des Strahlengangs 17 bzw. der Lichtquelle 13 und dem keramischen Material individuell kontrolliert. Weiterhin kann das Temperaturprofil durch den Einsatz von mehreren beleuchteten Zonen, welche auch überlappend eingesetzt werden können, optimiert werden.The temperature profile is controlled individually by the shape of the respectively illuminated zone 19, the temporal variation of the intensity and by the relative movement of the beam path 17 or the light source 13 and the ceramic material. Furthermore, the temperature profile can be optimized by using several illuminated zones, which can also be used overlapping.

4 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines keramischen Produkts mit einem Korngrößengradienten. Auf der linken Seite sind große Korngrößen mit einem Durchmesser im Bereich von 100 µm zu erkennen. Auf der rechten Seite sind deutlich kleinere Korngrößen zu erkennen. Der Skalenbalken beträgt ca. 250 µm. 4 shows an electron micrograph of a ceramic product with a grain size gradient. Large grain sizes with a diameter in the range of 100 µm can be seen on the left-hand side. Significantly smaller grain sizes can be seen on the right-hand side. The scale bar is approx. 250 µm.

Die 5 und 6 zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen eines keramischen Produkts mit einem stufenartigen Dichtegradienten. Unter einer dichten Oberflächenschicht befindet sich ein poröses Volumen. Der Skalenbalken beträgt 100 µm in 5 und 50 µm in 6.the 5 and 6 show electron micrographs of a ceramic product with a stepwise density gradient. Underneath a dense surface layer is a porous volume. The scale bar is 100 µm in 5 and 50 µm in 6 .

7 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines keramischen Produkts bei welchem nur die Oberfläche behandelt wurde welches eine Vorstufe zum Keramischen Produkt in 5 und 6 darstellt. Es ist eine Bruchfläche gezeigt. Hier wird deutlich, dass die Körner der dichten Schicht sich durch die gesamte Schichtdicke erstrecken. 7 shows an electron micrograph of a ceramic product in which only the surface has been treated, which is a precursor to the ceramic product in 5 and 6 represents. A fracture surface is shown. Here it becomes clear that the grains of the dense layer extend through the entire layer thickness.

8 zeigt eine Quantifizierung der Textur von Titandioxid, welches auch in 5 und 6 dargestellt ist. Es wird die Wahrscheinlichkeit dargestellt mit welcher die Kristallstruktur der Körner in einer bestimmten Richtung orientiert ist. In Zentrum des Kreises liegt die 100 Richtung. An den Rändern des Kreises ist die Orientierung 90° verschieden von der 100 Richtung wobei zwei orthogonale Richtungen A1 und A2 eingezeichnet sind. Die Schwarzen Linien grenzen jeweils Bereiche ab in welchen eine gewisse Orientierungswahrscheinlichkeit vorliegt. Die Linien stehen jeweils für Zahlenwerte von vielfachen einer statistischen Wahrscheinlichkeit (Englisch: „times random“). Von Außen nach innen betragen die Werte für die Linien 0,71; 1; 1,41; 2; 2,83 und 4. 8th shows a quantification of the texture of titanium dioxide, which is also used in 5 and 6 is shown. The probability with which the crystal structure of the grains is oriented in a certain direction is shown. In the center of the circle is the 100 direction. At the edges of the circle, the orientation is 90° different from the 100° direction, with two orthogonal directions A1 and A2 being drawn in. The black lines delimit areas in which there is a certain orientation probability. The lines each represent numerical values of multiples of a statistical probability (English: "times random"). From outside to inside, the values for the lines are 0.71; 1; 1.41; 2; 2.83 and 4.

9 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines keramischen Produkts hergestellt aus zwei keramischen Ausgangsmaterialien. Eine scharfe Abgrenzung ist erkennbar. Der Skalenbalken beträgt 5 µm. 9 shows an electron micrograph of a ceramic product made from two ceramic starting materials. A sharp demarcation can be seen. The scale bar is 5 µm.

10 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Vielschichtkondensators hergestellt mit dem Verfahren der Erfindung. Zwischen keramischen Anteilen sind metallische Leiterstrukturen zu erkennen. Der Skalenbalken beträgt 200 µm. 10 shows an electron micrograph of a multilayer capacitor manufactured with the method of the invention. Metallic conductor structures can be seen between the ceramic parts. The scale bar is 200 µm.

Die 11 und 12 zeigen Temperatur-Zeit-Kurven der Herstellung eines keramischen Produkts mit dem Verfahren der Erfindung. Mit der zur Messung der Temperatur verwendeten Anordnung bestehend aus einem Pyrometer für den Temperaurbereich von 500 °C bis 3000 °C konnten keine Temperaturen unterhalb von 500°C detektiert werden. In den Kurven ist daher für Temperaturen von ≤ 500°C stets ein Wert von 500°C gezeigt.the 11 and 12 show temperature-time curves of the production of a ceramic product with the method of the invention. With the arrangement used to measure the temperature, consisting of a pyrometer for the temperature range from 500 °C to 3000 °C, no temperatures below 500 °C could be detected. A value of 500°C is therefore always shown in the curves for temperatures of ≤ 500°C.

Die in der vorangehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.Those disclosed in the foregoing description, claims and drawings th features can be essential for the invention in its various embodiments both individually and in any combination.

13 zeigt eine Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. 13 Figure 12 shows a device according to the second aspect of the invention.

Die Vorrichtung weist eine Stromversorgung, einen Energiezwischenspeicher, Regelungstechnik und eine Wasserkühlung auf, welche in einer Umhausung 21 untergebracht werden können. Diese kann mit Kabeln und Schläuchen an eine weiteren lichtabschirmenden Umhausung 25 angeschlossen sein in welcher sich Leuchtdioden und das Keramische Material befinden.The device has a power supply, an intermediate energy store, control technology and water cooling, which can be accommodated in a housing 21 . This can be connected with cables and hoses to another light-shielding housing 25 in which light-emitting diodes and the ceramic material are located.

Die Leuchtdioden 27 sind möglichst dicht angeordnet und zusätzlich zur Stromversorgung mit einer wassergekühlten thermischen Senke verbunden. Die Anordnung der Leuchtdioden 27 ist über einer Vorrichtung zum einfachen Wechseln des keramischen Materials 29 angebracht. Diese besteht aus einer wechselbaren Isolierung 31 auf welcher das keramische Material 33 aufgelegt werden kann.The light-emitting diodes 27 are arranged as densely as possible and, in addition to the power supply, are connected to a water-cooled thermal sink. The arrangement of the light-emitting diodes 27 is fitted over a device for easy changing of the ceramic material 29 . This consists of an exchangeable insulation 31 on which the ceramic material 33 can be placed.

Die Umhausung 25 kann über eine Kühlung 35 durch beispielsweise einen Ventilator verfügen. Weiterhin kann die Vorrichtung über ein Pyrometer 37 verfügen, welches die Temperatur der Oberfläche der Keramik auslesen kann.The housing 25 can have a cooling system 35 by a fan, for example. Furthermore, the device can have a pyrometer 37 which can read the temperature of the surface of the ceramic.

BezugszeichenlisteReference List

11
Vorrichtungcontraption
33
Aufnahmerecording
55
Keramisches Materialceramic material
77
Lichtquellelight source
99
Lichtlight
11a, 11b11a, 11b
Oberflächenbereichsurface area
1313
Lichtquellelight source
1515
Optikoptics
1717
Strahlengangbeam path
1919
Beleuchtete ZoneIlluminated zone
2121
Umhausung für Stromversorgung, Energiezwischenspeicher, Regelungstechnik und Wasserkühlung.Enclosure for power supply, intermediate energy storage, control technology and water cooling.
2323
Verbindung für Kabel und SchläucheConnection for cables and hoses
2525
Lichtabschirmende UmhausungLight shielding enclosure
2727
Anordnung von Leuchtdioden mit wassergekühlter thermischer SenkeArray of light-emitting diodes with water-cooled thermal sink
2929
Vorrichtung zum einfachen Wechseln des Keramischen Materials und IsolierungDevice for easy changing of the ceramic material and insulation
3131
Wechselbare IsolierungChangeable insulation
3333
Keramisches Materialceramic material
3535
Kühlungcooling
3737
Pyrometerpyrometer

Claims (19)

Verfahren zur Herstellung von Keramiken, das Verfahren aufweisend: Einstrahlen von Licht auf ein keramisches Ausgangsmaterial, um dieses zumindest bereichsweise aufzuwärmen und dadurch ein keramisches Produkt zu erzeugen, wobei das Einstrahlen von Licht gleichzeitig auf einer Fläche von mindestens 0,1 mm2 und/oder auf mehr als 20% der Fläche des keramischen Ausgangsmaterials erfolgt, und wobei die Leistungsdichte des eingestrahlten Lichtes weniger als 800 W/cm2 beträgt.Process for the production of ceramics, the process comprising: irradiation of light onto a ceramic starting material in order to heat it up at least in regions and thereby produce a ceramic product, the irradiation of light being simultaneously applied to an area of at least 0.1 mm 2 and/or takes place on more than 20% of the surface of the ceramic starting material, and the power density of the incident light is less than 800 W/cm 2 . Verfahren nach Anspruch 1, wobei das bereichsweise Aufwärmen des keramischen Ausgangsmaterials mit einer Heizrate von (a) 1 K / s oder mehr, vorzugsweise von 10 K / s oder mehr, vorzugsweise von 100 K / s oder mehr, vorzugsweise von 1000 K / s oder mehr, (b) 10000 K/s oder weniger, vorzugsweise 5000 K/s oder weniger, vorzugsweise 1000 K/s oder weniger, und/oder (c) zwischen 10 und 5000 K/s, vorzugsweise zwischen 100 und 2000 K/s, vorzugsweise zwischen 100 und 1500 K/s, vorzugsweise zwischen 100 und 1000 K/s, erfolgt.procedure after claim 1 , wherein the area-wise heating of the ceramic starting material with a heating rate of (a) 1 K / s or more, preferably 10 K / s or more, preferably 100 K / s or more, preferably 1000 K / s or more, ( b) 10000 K/s or less, preferably 5000 K/s or less, preferably 1000 K/s or less, and/or (c) between 10 and 5000 K/s, preferably between 100 and 2000 K/s, preferably between 100 and 1500 K/s, preferably between 100 and 1000 K/s. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das, insbesondere bereichsweise, Aufwärmen des keramischen Ausgangsmaterials durch das Einstrahlen von Licht für einen Zeitraum von (a) wenigstens 0,1 Sekunden, wenigstens 0,5 Sekunden, wenigstens 1 Sekunde, vorzugsweise von wenigstens 5 Sekunden, vorzugsweise von wenigstens 20 Sekunden, und/oder (b) maximal 10 Minuten, vorzugsweise maximal 8 Minuten, vorzugsweise maximal 5 Minuten, vorzugsweise maximal 3 Minuten, vorzugsweise maximal 1 Minute, vorzugsweise maximal 30 Sekunden, vorzugsweise maximal 10 Sekunden, vorzugsweise maximal 5 Sekunden, vorzugsweise maximal 3 Sekunden, vorzugsweise maximal 1 Sekunde, erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the, in particular regionally, heating of the ceramic starting material by irradiating light for a period of (a) at least 0.1 seconds, at least 0.5 seconds, at least 1 second, preferably at least 5 seconds , preferably at least 20 seconds, and/or (b) a maximum of 10 minutes, preferably a maximum of 8 minutes, preferably a maximum of 5 minutes, preferably a maximum of 3 minutes, preferably a maximum of 1 minute, preferably a maximum of 30 seconds, preferably a maximum of 10 seconds, preferably a maximum of 5 seconds, preferably a maximum of 3 seconds, preferably a maximum of 1 second. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei lokal Versetzungen mit einer Dichte von 105 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 106 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 107 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 108 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 109 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 1010 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 1011 / cm2, erzeugt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein locally dislocations with a density of 10 5 / cm 2 or more, preferably 10 6 / cm 2 or more, preferably 10 7 / cm 2 or more, preferably 10 8 / cm 2 or more, preferably 10 9 /cm 2 or more, preferably 10 10 /cm 2 or more, preferably 10 11 /cm 2 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, (i) wobei sich die lokal erzeugten Versetzungen innerhalb des durch das Licht erwärmten Bereichs des keramischen Materials befinden; (ii) wobei die Leistungsdichte des eingestrahlten Lichtes (a) zwischen 1 W/cm2 und 750 W/cm2, weiter bevorzugt zwischen 25 W/cm2 und 175 W/cm2 liegt, und/oder (b) einen definierten oder definierbaren Zielwert mit einer Genauigkeit von besser als 5% in weniger als 5 Sekunden, bevorzugt von besser als 2% in weniger als 2 Sekunden, weiter bevorzugt besser als 1 % in weniger als 0,5 Sekunden, erreicht und danach stabilisiert wird; und/oder (iii) wobei die Leistungsdichte und/oder das Temperaturprofil frei gestaltet werden kann bzw. können.A method according to any one of the preceding claims, (i) wherein the locally generated dislocations are within the region of the ceramic material heated by the light; (ii) where the power density of the incident light is (a) between 1 W/cm 2 and 750 W/cm 2 , more preferably between 25 W/cm 2 and 175 W/cm 2 , and/or (b) a defined or definable target value is reached with an accuracy of better than 5% in less than 5 seconds, preferably better than 2% in less than 2 seconds, more preferably better than 1% in less than 0.5 seconds, and is then stabilized; and/or (iii) wherein the power density and/or the temperature profile can be designed freely. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das keramische Ausgangsmaterial zumindest einen keramischen Schichtverbund, zumindest ein keramisches Kompositmaterial und/oder zumindest ein keramisches Pulver aufweist, und/oder in Form einer Folie, eines Endlosbands, eines, vorzugsweise quaderförmigen, Presslings und/oder als Festkörper bereitgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the ceramic starting material has at least one ceramic layered composite, at least one ceramic composite material and/or at least one ceramic powder, and/or in the form of a film, an endless strip, a preferably cuboid compact and/or as a Solid is provided. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, (i) wobei die Dicke des keramischen Ausgangsmaterial zwischen 0,00005 mm und 20 mm, vorzugsweise zwischen 0,001 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 4,0 mm beträgt; (ii) wobei das keramische Ausgangsmaterial SrTiO3, und/oder TiO2 als Material aufweist oder daraus besteht und/oder wobei das keramische Produkt eine keramische Membran aufweist oder darstellt; und/oder (iii) wobei das keramische Ausgangsmaterial eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweist: (a) Ein beliebiges keramisches Material, insbesondere ein nichtmetallischanorganisches Material mit kristallinem Aufbau; (b) Eine Keramik mit Perowskitstruktur, Spinellstruktur, Zinkblendestruktur, Wurzitstruktur, Natriumchloridstruktur, oder Fluoridstruktur; (c) Eine Keramik auf Basis von Bariumtitanat, Bariumzirkonat, Blei-Zirkonat-Titanat, Titanoxid, Siliziumkarbid, Siliciumnitrid, Borcarbid, Bornitrid, Zirkondiborid, Nickeloxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Strontiumtitanat, Magnesiumoxid, Lithium-Lanthan-Titanat, Lithium-Lanthan-Zirkonat, Lithium-Lanthan-Tantalat, Lithium-Cobalt-Oxid, Lithium-Mangan-Oxid, Lithium-Nickel-Mangan-Oxid und/oder Aluminiumoxid, jeweils mit beliebigen Dotierungszusätzen und/oder Sinteradditiven sowie Mischungen aus mehreren diesen Materialien; (d) Ein beliebiges Metall; oder/und (e) Ein oder mehrere Materialien aus der Gruppe aufweisend: Silber, Lithium, Palladium, Platin, Gold, Nickel, Titan, Aluminium, Kupfer, Eisen, Niob, Chrom, Vanadium, Iridium, Tantal, Osmium, Rhenium, Molybdän, Wolfram, Magnesium oder eine Legierung aus mehreren dieser Metalle. (f) Ein beliebiges nichtmetallisches anorganisches Material, welches überwiegend keine kristalline Struktur aufweist und welches mit Hilfe eines Sinterprozesses seine Form erhält. (g) Ein oder mehrere Materialien aus der Gruppe aufweisen: Silikatfasern, Borosilikatglas und Borsilizid.Method according to any one of the preceding claims, (i) wherein the thickness of the ceramic starting material is between 0.00005 mm and 20 mm, preferably between 0.001 mm and 10 mm, preferably between 0.1 mm and 5 mm, preferably between 0.5 mm and is 4.0mm; (ii) wherein the ceramic starting material comprises or consists of SrTiO 3 and/or TiO 2 as material and/or wherein the ceramic product comprises or is a ceramic membrane; and/or (iii) wherein the ceramic starting material comprises one or more of the following materials: (a) any ceramic material, in particular a non-metallic inorganic material with a crystalline structure; (b) A ceramics having a perovskite structure, a spinel structure, a zincblende structure, a wurzite structure, a sodium chloride structure, or a fluoride structure; (c) A ceramic based on barium titanate, barium zirconate, lead zirconate titanate, titanium oxide, silicon carbide, silicon nitride, boron carbide, boron nitride, zirconium diboride, nickel oxide, zinc oxide, zirconium oxide, strontium titanate, magnesium oxide, lithium lanthanum titanate, lithium lanthanum zirconate, lithium lanthanum tantalate, lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel manganese oxide and/or aluminum oxide, each with any doping additives and/or sintering additives and mixtures of several of these materials; (d) any metal; or/and (e) one or more materials from the group comprising: silver, lithium, palladium, platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, iron, niobium, chromium, vanadium, iridium, tantalum, osmium, rhenium, molybdenum , tungsten, magnesium or an alloy of several of these metals. (f) Any non-metallic inorganic material which is predominantly non-crystalline in structure and which is shaped by a sintering process. (g) One or more materials from the group: silicate fibers, borosilicate glass and boron silicide. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch das Licht wenigstens eine Oberfläche, insbesondere Seitenfläche, vorzugsweise Hauptseitenfläche, des keramischen Ausgangsmaterials, vorzugsweise vollständig oder teilweise, ausgeleuchtet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein at least one surface, in particular a side surface, preferably a main side surface, of the ceramic starting material is illuminated, preferably completely or partially, by the light. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, (i) wobei das Licht parallel und/oder sequentiell, insbesondere unter relativer, vorzugsweise kontinuierlicher, Verschiebung des keramischen Materials relativ zu dem einfallenden Licht, auf mehrere Bereiche, insbesondere Oberflächenbereiche, des keramischen Ausgangsmaterials eingestrahlt wird, um dadurch parallel bzw. sequentiell an mehreren lokalen Orten Versetzungen im keramischen Produkt zu erzeugen; (ii) wobei die durch die Bestrahlung in einer aufgeheizten Zone eine definierte Geometrie, insbesondere mit einer großen Fläche, erzeugt wird, welche quadratisch ist oder vom Anwender in ihrer Form frei wählbar ausgestaltet werden kann; (iii) wobei die Bestrahlung mit einer Verzögerung von weniger als 10 Sekunden bevorzugt in weniger als 1 Sekunde, weiter bevorzugt in weniger als 0,1 Sekunde, bevorzugt von weniger als 0,01 Sekunde, weiter bevorzugt von weniger als 1 Millisekunde, noch weiter bevorzugt von weniger als 0,1 Millisekunde um mehr als 90% reduziert wird, und/oder wobei durch das Abschalten der Bestrahlung eine Abkühlrate von mehr als 10 K/s, weiter bevorzugt von mehr als 50 K/s, noch weiter bevorzugt von mehr als 200K/s erreicht wird; und/oder (iv) wobei das Temperaturprofil lokal oder/und zeitlich variierend kontrolliert werden kann.Method according to one of the preceding claims, (i) the light being radiated in parallel and/or sequentially, in particular with a relative, preferably continuous, displacement of the ceramic material relative to the incident light, onto a number of areas, in particular surface areas, of the ceramic starting material, in order thereby to local places to generate dislocations in the ceramic product; (ii) the irradiation in a heated zone generating a defined geometry, in particular with a large area, which is square or whose shape can be designed by the user to be freely selectable; (iii) wherein the irradiation continues with a delay of less than 10 seconds, preferably less than 1 second, more preferably less than 0.1 second, preferably less than 0.01 second, more preferably less than 1 millisecond preferably less than 0.1 millisecond is reduced by more than 90%, and/or wherein switching off the irradiation results in a cooling rate of more than 10 K/s, more preferably more than 50 K/s, even more preferably more than 200K/s is reached; and or (iv) the temperature profile being able to be controlled locally and/or in a time-varying manner. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Licht (i) Wellenlängen im sichtbaren Wellenlängenbereich oder im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere im UV-Bereich oder sichtbaren Bereich, aufweist, vorzugsweise ausschließlich solche aufweist, (ii) Wellenlängen im Bereich von 200 bis 700 nm aufweist, vorzugsweise ausschließlich solche aufweist, (iii) Von zumindest einer Lichtquelle, insbesondere aufweisend zumindest eine Leuchtdiode, zumindest einen Laser, Xe-Blitzlampe, zumindest eine Halogenlampen, zumindest eine UV-Lampe, zumindest einen Mitteldruck-UV-Strahler und/oder zumindest eine Metalldampflampe, zumindest einen Infrarotstrahler, ausgestrahlt wird, (iv) von einer Optik auf das keramische Ausgangsmaterial gelenkt und/oder, vorzugsweise auf den aufzuwärmenden Bereich, fokussiert wird, und/oder (v) das keramische Ausgangsmaterial an der Oberfläche und/oder innerhalb eines an die Oberfläche angrenzenden Volumenbereichs erwärmt.Method according to one of the preceding claims, wherein the light (i) has wavelengths in the visible wavelength range or in the non-visible wavelength range, in particular in the UV range or the visible range, preferably exclusively has such, (ii) wavelengths in the range from 200 to 700 nm has, preferably exclusively has such, (iii) At least one light source, in particular having at least one light-emitting diode, at least one laser, Xe flash lamp, at least one halogen lamp, at least one UV lamp, at least one medium-pressure UV lamp and/or at least a metal vapor lamp, at least one infrared emitter, is emitted, (iv) is directed by an optic onto the ceramic starting material and/or is focused, preferably onto the area to be heated, and/or (v) the ceramic starting material on the surface and/or inside of a volume adjacent to the surface is heated. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im keramischen Ausgangsmaterial und/oder im keramischen Produkt eine Temperatur von mindestens 1800°C erreicht wird.Process according to one of the preceding claims, in which a temperature of at least 1800°C is reached in the ceramic starting material and/or in the ceramic product. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zusätzlich ein weiteres Einstrahlen von Licht umfasst, wobei das weitere Einstrahlen von Licht mit einer Leistungsdichte von mindestens 1500 W/cm2 und einer Zeitdauer von maximal 50 ms erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the method additionally comprises a further irradiation of light, wherein the further irradiation of light takes place with a power density of at least 1500 W/cm 2 and a maximum duration of 50 ms. Vorrichtung, insbesondere (i) zur Herstellung von Keramiken (mit oder ohne Versetzungen), (ii) zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder (iii) die dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen, die Vorrichtung aufweisend - zumindest eine Aufnahme zum Aufnehmen eines keramischen Ausgangsmaterial und - zumindest eine Lichtquelle zum Einstrahlen von Licht auf das in der Aufnahme aufgenommene oder aufnehmbare keramische Ausgangsmaterial, wobei vorzugsweise die Vorrichtung dazu eingerichtet ist das Licht auf das keramische Ausgangsmaterial einzustrahlen, um dieses zumindest bereichsweise aufzuwärmen und dadurch ein keramisches Produkt zu erzeugen, und wobei die Aufnahme eine Isolierung aufweist.Device, in particular (i) for the production of ceramics (with or without dislocations), (ii) for carrying out the method according to one of Claims 1 until 12 and/or (iii) which is set up to carry out the method according to any one of Claims 1 until 12 the device having - at least one receptacle for receiving a ceramic starting material and - at least one light source for radiating light onto the ceramic starting material received or that can be accommodated in the receptacle, with the device preferably being set up to radiate the light onto the ceramic starting material in order to heat this at least in regions and thereby to produce a ceramic product, and wherein the receptacle has insulation. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Wärmeleitfähigkeit der Isolierung bei 1400°C höchstens 10 W/(m*K) beträgt.device after Claim 13 , whereby the thermal conductivity of the insulation at 1400°C is at most 10 W/(m*K). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14, a. bei der Leichtdioden auf einer thermischen Senke montiert und optional mit Mikrolinsen und/oder Linsen versehen sind, insbesondere um ein Keramisches Material in einer handlichen Umhausung zu beleuchten, welche die Umgebung vor dem verwendeten Licht schützt, b. bei welcher die Lichtleistung mindestens 5 W/cm2 erreichen kann, c. bei welcher der Bearbeitungsraum modular gestaltet ist und/oder über eine wechselbare Isolierung verfügt und/oder die Temperatur durch ein Pyrometer ausgelesen werden kann und/oder die Lichtquellen durch eine Quarzglasscheibe vom keramischen Material getrennt sind, d. wobei ein Energiezwischenspeicher Lichtleistungen von größer 3 kW ermöglicht obwohl die elektrische Anschlussleistung kleiner als 3,6 kW beträgt, und/oder e. wobei ergänzend oder alternativ zur Anordnung von Leuchtdioden ein Laserdiodenstapel zum Einsatz kommt.Device according to one of Claims 13 and 14 , a. in which light-emitting diodes are mounted on a thermal sink and optionally provided with microlenses and/or lenses, in particular to illuminate a ceramic material in a handy housing that protects the surroundings from the light used, b. at which the light output can reach at least 5 W/cm 2 , c. in which the processing room is modular and/or has replaceable insulation and/or the temperature can be read using a pyrometer and/or the light sources are separated from the ceramic material by a quartz glass pane, d. whereby an intermediate energy store enables light outputs of more than 3 kW although the electrical connected load is less than 3.6 kW, and/or e. a laser diode stack being used in addition or as an alternative to the arrangement of light-emitting diodes. Keramisches Produkt, insbesondere hergestellt und/oder herstellbar mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder mit der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15.Ceramic product, in particular manufactured and/or producible using the method according to one of Claims 1 until 12 and/or with the device according to one of Claims 13 until 15 . Keramisches Produkt nach Anspruch 16, (i) wobei die Dicke des keramischen Produkts zwischen 0,0005 mm und 20 mm beträgt, wobei das keramische Produkt eine keramische Membran aufweist oder darstellt und/oder wobei das keramische Produkt SrTiO3, und/oder TiO2 als Material aufweist oder daraus besteht; (ii) wobei das keramische Produkt eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweist: (a) Ein beliebiges keramisches Material, insbesondere ein nichtmetallischanorganisches Material mit kristallinem Aufbau; (b) Eine Keramik mit Perowskitstruktur, Spinellstruktur, Zinkblendestruktur, Wurzitstruktur, Natriumchloridstruktur, oder Fluoridstruktur; (c) Eine Keramik auf Basis von Bariumtitanat, Bariumzirkonat, Blei-Zirkonat-Titanat, Titanoxid, Siliziumkarbid, Siliciumnitrid, Borcarbid, Bornitrid, Zirkondiborid, Nickeloxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Strontiumtitanat, Magnesiumoxid, Lithium-Lanthan-Titanat, Lithium-Lanthan-Zirkonat, Lithium-Lanthan-Tantalat, Lithium-Cobalt-Oxid, Lithium-Mangan-Oxid, Lithium-Nickel-Mangan-Oxid und/oder Aluminiumoxid, jeweils mit beliebigen Dotierungszusätzen und/oder Sinteradditiven sowie Mischungen aus mehreren diesen Materialien; (d) Ein beliebiges Metall; oder/und (e) Ein oder mehrere Materialien aus der Gruppe aufweisend: Silber, Lithium, Palladium, Platin, Gold, Nickel, Titan, Aluminium, Kupfer, Eisen, Niob, Chrom, Vanadium, Iridium, Tantal, Osmium, Rhenium, Molybdän, Wolfram, Magnesium oder eine Legierung aus mehreren dieser Metalle; (f) Ein beliebiges nichtmetallisches anorganisches Material, welches überwiegend keine kristalline Struktur aufweist und welches mit Hilfe eines Sinterprozesses seine Form erhält. (g) Silikatfasern, Borosilikatglas und Borsilizid. (iii) wobei das keramische Produkt zumindest lokal Versetzungen mit einer Dichte von 105 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 106 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 107 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 108 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 109 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 1010 / cm2 oder mehr, vorzugsweise von 1011 / cm2, aufweist; und/oder (iv) wobei das keramische Produkt einen Korngrößengradienten, eine Texturierung, eine hohe Temperaturbeständigkeit, oder/und homogene Materialeigenschaften aufweist.Ceramic product after Claim 16 , (i) wherein the thickness of the ceramic product is between 0.0005 mm and 20 mm, wherein the ceramic product comprises or is a ceramic membrane and/or wherein the ceramic product comprises or consists of SrTiO 3 , and/or TiO 2 as material consists; (ii) the ceramic product comprising one or more of the following materials: (a) any ceramic material, particularly a non-metallic inorganic material of crystalline structure; (b) A ceramics having a perovskite structure, a spinel structure, a zincblende structure, a wurzite structure, a sodium chloride structure, or a fluoride structure; (c) A ceramic based on barium titanate, barium zirconate, lead zirconate titanate, titanium oxide, silicon carbide, silicon nitride, boron carbide, boron nitride, zirconium diboride, nickel oxide, zinc oxide, zirconium oxide, strontium titanate, magnesium oxide, lithium lanthanum titanate, lithium lanthanum zirconate, lithium lanthanum tantalate, lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel manganese oxide and/or aluminum oxide, each with any doping additives and/or sintering additives and mixtures of several of these materials; (d) any metal; or/and (e) one or more materials from the group comprising: silver, lithium, palladium, platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, iron, niobium, chromium, vanadium, iridium, tantalum, osmium, rhenium, molybdenum , tungsten, magnesium or an alloy of several of these metals; (f) Any non-metallic inorganic material which is predominantly non-crystalline in structure and which is shaped by a sintering process. (g) Silicate fibers, borosilicate glass and boron silicide. (iii) the ceramic product having at least locally dislocations with a density of 10 5 /cm 2 or more, preferably 10 6 /cm 2 or more preferably 10 7 /cm 2 or more, preferably 10 8 /cm 2 or more, preferably 10 9 /cm 2 or more, preferably 10 10 /cm 2 or more, preferably 10 11 /cm 2 ; and/or (iv) the ceramic product having a grain size gradient, texturing, high temperature resistance and/or homogeneous material properties. Keramisches Produkt nach einem der Ansprüche 16 und 17, a. wobei sich die Korngröße um mehr als einen Faktor fünf in weniger als 50 µm in einer Richtung ändert und wobei die Korngröße um weniger als einen Faktor zwei einer orthogonalen Richtung variiert, b. wobei die Porosität in weniger als 5 µm von kleiner als 5%, insbesondere keiner offenen Porösität, zu größer als 15%, insbesondere mit offener, perkolierender Porosität übergeht, und/oder c. wobei mehr als 15% der Körner mit einer Abweichung von weniger als 15° von einer Vorzugsachse ausgerichtet sind.Ceramic product according to one of Claims 16 and 17 , a. wherein the grain size varies by more than a factor of five in less than 50 µm in one direction and wherein the grain size varies by less than a factor of two in an orthogonal direction, b. wherein the porosity in less than 5 µm changes from less than 5%, in particular no open porosity, to greater than 15%, in particular with open, percolating porosity, and/or c. with more than 15% of the grains being oriented with a deviation of less than 15° from a preferential axis. Keramisches Produkt nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Produkt ein Schichtverbund mit mehreren Lagen darstellt.Ceramic product according to one of Claims 16 until 18 , whereby the product represents a layered composite with several layers.
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