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Verfahren zum Herstellen flacher keramischer Körper Die Erfindung
bezieht sich auf die Herstellung flacher, insbesondere plattenförmiger keramischer
Körper mit einer Dicke von höchstens 1/2 mm durch Sintern eines Gemisches aus pulvrigen
Werkstoffen und aus einer Lösung eines plastischen Bindemittels.
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Es sind mehrere Verfahren zur Herstellung solcher dünner keramischer
Körper bekannt.
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Man kann z. B. eine Suspension der Ausgangsstoffe mit einem Bindemittel
auf einem polierten Träger ausgießen und die dünne Schicht nach Trocknen und Entfernen
des Trägers sintern.
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Gemäß einem anderen Verfahren wird eine derartige Suspension auf einen
verbrennbaren Träger, z. B. Papier, aufgebracht und das Ganze gesintert, wobei der
Träger verbrennt.
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Auch ist es bekannt, das keramische Ausgangsgemisch mit Papierbrei
zu verarbeiten und aus diesem Gemisch in der bei der Papierherstellung üblichen
Weise Bögen herzustellen. Diese Bögen werden gleichfalls gesintert, wobei das Papier
verbrennt.
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Nach a11 diesen bekannten Verfahren ist es jedoch nicht möglich, flache,
dünne Platten herzustellen. Beim Sintern verziehen sich die Platten stets mehr oder
weniger.
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Weiter ist noch ein Verfahren zum Herstellen dünner plattenförmiger
oxydischer Widerstände bekannt, bei dem das Verziehen verringert wird. Hierzu geht
man von pulverigen Werkstoffen mit einer bestimmten Verteilung der Teilchengröße
aus. Außerdem ist ein bestimmter Ablauf des Sinterverfahrens vorgeschrieben. Infolge
dieser Beschränkungen in der Wahl der Teilchengröße und dem Ablauf des Sintervorganges
ist die Anwendung dieses Verfahrens nicht immer möglich und außerdem sehr umständlich.
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Gemäß der Erfindung wird das erwünschte Ergebnis auf einfache Weise
erreicht.
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Hierzu bereitet man in der üblichen Weise ein Gemisch aus den pulvrigen
keramischen Werkstoffen und einer Lösung eines plastischen Bindemittels. Dann wird
eine Schicht dieses Gemisches auf einen flachen Träger aufgebracht, das Ganze bei
einer Temperatur, bei der das Lösungsmittel verdampft, getrocknet und die noch plastische
Schicht vom Träger entfernt. Gemäß der Erfindung legt man zwei Stück in dieser Weise
erzielter plattenförmiger Körper mit den Seiten, die bei der Bildung eine gleiche
Lage in bezug auf den Träger einnehmen, aufeinander, drückt diese Stücke ohne nennenswerte
Verformung aufeinander und sintert das Ganze.
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Als Träger kann z. B. eine Glasplatte oder eine polierte Metallplatte
Verwendung finden.
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Beim Zusammendrücken der Teilschichten wird z. B. eine Andruckrolle
verwendet. Hierdurch wird verhütet, daß Luft zwischen den Teilschichten eingeschlossen
wird. Weil die Oberflächen, die ursprünglich mit der Trägeroberfläche in Berührung
standen, die glattesten sind, legt man vorzugsweise diese Seiten bei der Herstellung
der aus den zwei Teilschichten bestehenden Körper aneinander an.
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Als Bindemittel können sämtliche bei den betreffenden keramischen
Erzeugnissen üblichen plastischen verbrennbaren Bindemittel Verwendung finden. Vorzugsweise
wählt man ein Bindemittel, wie Nitrocellulose oder Polymethylmetacrylat, das beim
Sintern ohne Rückstand verbrennt. Dies ist insbesondere wichtig, wenn die keramischen
Körper für elektrotechnische Verwendungen bestimmt sind.
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Ein sehr gutes Ergebnis wird erhalten, wenn als Bindemittel Polystyrol
verwendet wird, das vorzugsweise in Form einer Lösung zugesetzt wird, derart, daß
das Volumen des Polystyrols im Gemisch etwa gleich dem Volumen der trocknen keramischen
Werkstoffe ist. Um eine gute Plastizität zu erhalten, wird vorzugsweise ein Weichmacher,
wie Dioctylphthalat, zugesetzt.
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Gegenstände mit großem Flächeninhalt werden zur Verhütung des Auftretens
von Schrumpfrissen unter Verwendung vorgesinterten Materials hergestellt.
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Aus den noch nicht gesinterten, aus den zwei Teilschichten bestehenden
plattenförmigen Körpern
lassen sich leicht Gegenstände der gewünschten
Gestalt und Abmessungen schneiden oder z. B. stanzen, ohne daß sie sich beim Sintern
verziehen. Erforderlichenfalls erfolgt dies bei etwas erhöhter Temperatur.
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Erfindungsgemäß ' hergestellte Körper weisen den Vorteil auf, daß
sie bei Biegung eine größere Zugfestigkeit als die entsprechenden Produkte aufweisen,
die durch Pressen oder Spritzen und gegebenfalls Abschleifen hergestellt sind. Außerdem
weisen die Produkte eine hohe Durchschlagspannung auf.
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So haben z. B. die elektrischen Materialien auf der Grundlage von
Bariumtitanat, die durch Pressen oder Spritzen und nachfolgendes Abschleifen einer
dickeren Platte hergestellt sind, eine Zugfestigkeit, die, bei Dreipunktbelastung
gemessen, etwa 8 kg/mm2 beträgt, während solche Elemente, wenn sie gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt sind, eine Zugfestigkeit von 13 bis 15 kg/mm2 erreichen. Ein
100 1 dickes Kondensatorelement auf der Grundlage von Bariumtitanat wies eine Durchschlagspannung
von etwa 1500 V auf.
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Gemäß der Erfindung gefertigte Gegenstände eignen sich insbesondere
zur Herstellung unter anderem von Kondensatoren geringer Abmessungen, wie diese
z. B. in Mikroverstärkern Verwendung finden, piezoelektrischen Elementen, Gedächtniskernen
elektronischer Rechenmaschinen aus keramischen Ferromagnetika, Isolierplatten, wie
diese in Elektronenröhren Verwendung finden, und keramischen Gegenständen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1 Äquimolekulare Bariumkarbonat- und Titandioxydmengen werden in einer
Kugelmühle gemischt und gemahlen. Das erhaltene Pulver wird auf eine Temperatur
von etwa 1250°C erhitzt, wobei sich Bariumtitanat bildet; dies wird erneut gemahlen
und gesiebt zum Erhalten eines Pulvers mit einer Teilchengröße von weniger als 20
#L. Dann wird ein Gemisch aus 140 g dieses Bariumtitanatpulvers, 25 g Polystyrol,
200 ml Trichloräthylen und 8 ml Dioctylphthalat dadurch hergestellt, daß diese Bestandteile
5 Stunden lang in einer Kugelmühle gemischt werden. Man kann auch vorher eine Lösung
des Polystyrols und des Dioxylphthalats im Trichloräthylen herstellen. Mit Hilfe
eines Behälters, in dessen Unterseite ein einstellbarer Schlitz gebracht ist, wird
dieses Gemisch auf Glasplatten ausgestrichen, indem der Behälter mit konstanter
Geschwindigkeit über die Platten bewegt wird. Die Schichtdicke ist mit Hilfe des
einstellbaren Schlitzes regelbar. Die auf den Trägern ausgestrichenen Schichten
werden bei Zimmertemperatur getrocknet, wobei das Trichloräthylen praktisch nicht
verdampft. Die Ränder dieser getrockneten Schichten werden mit einem scharfen Messer
weggeschnitten. Nach Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 70° C werden
die Schichten rasch in kaltem Wasser abgekühlt, so daß sie sich leicht von den Trägern
entfernen lassen. Die erhaltenen plattenförmigen Körper werden erneut auf eine Temperatur
von etwa 70° C erhitzt und dann paarweise mit den ursprüng-]ich mit der Glasoberfläche
in Berührung stehenden Seiten mittels einer Andruckrolle vorsichtig gegeneinandergedrückt,
so daß sich keine merkliche Verformung ergibt.
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Aus den erhaltenen Körpern werden Platten mit den verlangten Formen
und Abmessungen geschnitten oder gestanzt. Erforderlichenfalls werden die Körper
vor dieser Bearbeitung etwas erwärmt.
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Dann werden die Platten gesintert. Hierbei wird die Temperatur in
etwa einer Stunde auf 600° gesteigert, wobei das Bindemittel und der Weichmacher
Gelegenheit haben, völlig zu verdampfen. Dann wird die Temperatur allmählich auf
die Sintertemperatur (etwa 1300° C) gesteigert, wobei am Ende des Sintervorganges
ein geringer Sauerstoffstrom durch den Ofen hindurchgeleitet wird. Beispiel 2 In.
der im Beispiel 1 beschriebenen Weise wird ein Gemisch aus 140 g Bariumtitanatpulver,
2,8g Zinkoxyd, 45 g Polymethylmetacrylat (40o/oige Lösung in, Xylol), 6 g einer
Lösung von Nitrocellulose in Butylacetat, 10 g Methyläthylketon und 6 g Trikresylphosphat
hergestellt. Dieses Gemisch wird 18 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen.
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Aus diesem Gemisch werden in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise
Platten hergestellt. Beispiel 3 Es wird ein Gemisch der nachfolgenden Zusammensetzung
hergestellt: 140 g Bariumtitanatpulver, 25 g Celluloseacetobutyrat, 8 g Diamyltartrat,
200 ml Trichloräthylen, und aus diesem Gemisch werden in der im Beispiel 1 geschilderten
Weise Platten hergestellt. Mit Rücksicht auf die Entflammbarkeit wird während der
Verdampfung des Bindemittels aus den getrockneten Platten bis zu etwa 500° C Stickstoff
durch den Sinterofen hindurchgeleitet. Oberhalb dieser Temperatur wird das Sintern
vollendet, während Luft oder Sauerstoff durch den Ofen hindurchgeleitet wird. Beispiel
4 Ein Gemisch aus 64 Gewichtsprozent Ton oder Kaolin, 18 Gewichtsprozent Kalifeldspat
und 18 Gewichtsprozent Quarz wird auf 1300° C erhitzt und dann gemahlen. Danach
wird ein Gemisch der nachfolgenden Zusammen -setzeng hergestellt: 60 g des erhaltenen
Pulvers, 25 g Polystyrol, 200 ml Trichloräthylen und 8 ml Dioctylphthalat.
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In der im Beispiel 1 beschriebenen Weise ergeben sich aus diesem Gemisch
völlig flache Porzellanplatten.
Beispiel 5 Bleititanat-Zirkonatpulver
mit der Zusammensetzung (Pb"" Sro,o5) (T'0,46 Zro,s4) 0s wird in der bekannten Weise
dadurch hergestellt, daß die Oxyde von Blei, Titan, Zirkon und Strontium gemischt,
auf eine Temperatur von 850° C erhitzt und gemahlen werden. Es werden 0,2 Gewichtsprozent
Wismutoxyd als Sintermittel zugesetzt und dann ein Gemisch der nachfolgenden Zusammensetzung
hergestellt: 190 g Bleititanat-Zirkonatpulver, 25 g Polystyrol, 200 ml Trichloräthylen,
8 ml Dioctylphthalat.
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Dieses Gemisch wird für die Herstellung von Platten in der im Beispiel
1 beschriebenen Weise durch Sintern auf eine Temperatur von etwa 1300° C
verwendet.
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Beispiel 6 Ein Gemisch aus 125 g Manganzinkferritpulver, 25 g Polystyrol,
200 ml Trichloräthylen, 8 ml Dioctylphthalat wird in der im Beispiel 1 beschriebenen
Weise zu Platten verarbeitet. Die Sintertemperatur ist etwa 1300° C.
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Beispiel 7 Zur Herstellung eines keramischen Widerstandes mit negativem
Temperaturkoeffizienten wird das folgende Gemisch hergestellt und 16 Stunden lang
gemahlen: 2000 g Fe20s, 102 g T'02, 50 Cu,0.
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100 g dieses gesinterten und. dann. erneut gemahlenen Gemisches werden
zusammen mit 10 g Nitrocellulose, 50 ml Äthylacetat, 50 ml Butylacetat und 1 ml
Dibutylphthalat 20 Stunden lang in einer Kugelmühle gemischt. Von diesem Gemisch
werden Schichten ausgestrichen und in der im Beispiel 1 geschilderten Weise je zwei
dieser Schichten aufeinandergedrückt.
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Beim Wegbrennen des Bindemittels wird Stickstoff durch den Ofen hindurchgeleitet,
während von einer Temperatur von 600° C an bis zur Sintertemperatur von 1200° C
in einer Luftatmosphäre gesintert wird.