DE1151209B - Verfahren zum Herstellen flacher keramischer Koerper - Google Patents

Description

• 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.
• Es sind mehrere Verfahren zur Herstellung solcher dünner keramischer Körper bekannt.
• 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.
• Gemäß einem anderen Verfahren wird eine derartige Suspension auf einen verbrennbaren Träger, z. B. Papier, aufgebracht und das Ganze gesintert, wobei der Träger verbrennt.
• 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.
• Nach a11 diesen bekannten Verfahren ist es jedoch nicht möglich, flache, dünne Platten herzustellen. Beim Sintern verziehen sich die Platten stets mehr oder weniger.
• 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.
• Gemäß der Erfindung wird das erwünschte Ergebnis auf einfache Weise erreicht.
• 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.
• Als Träger kann z. B. eine Glasplatte oder eine polierte Metallplatte Verwendung finden.
• 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.
• 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.
• 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.
• Gegenstände mit großem Flächeninhalt werden zur Verhütung des Auftretens von Schrumpfrissen unter Verwendung vorgesinterten Materials hergestellt.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Aus den erhaltenen Körpern werden Platten mit den verlangten Formen und Abmessungen geschnitten oder gestanzt. Erforderlichenfalls werden die Körper vor dieser Bearbeitung etwas erwärmt.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung flacher, insbesondere plattenförmiger keramischer Körper mit einer Dicke von höchstens 1/z mm durch Sintern eines Gemisches aus Ausgangsstoffen und einer Lösung eines plastischen verbrennbaren Bindemittels, bei dem man eine Schicht des Gemisches auf einen flachen Träger aufbringt, das Ganze bei einer Temperatur trocknet, bei der das Lösungsmittel verdampft, und die noch plastische Schicht vom Träger entfernt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf diese Weise erhaltene Schichten mit den Seiten, die bei der Formung in bezug auf den Träger gleiche Lagen einnehmen, aufeinandergelegt, ohne nennenswerte Verformung gegeneinandergedrückt und dann zu einem einheitlichen Körper gesintert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ursprünglich mit der Oberfläche des Trägers in Berührung stehenden Oberflächen der Schichten gegeneinandergelegt werden.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bindemittel Verwendung findet, das beim Sintern ohne Rückstand verdampft oder verbrennt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel eine Polystyrollösung Verwendung findet, der vorzugsweise ein Weichmacher zugesetzt ist.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem aus zwei Teilschichten bestehenden plattenförmigen plastischen Körper vor dem Sintervorgang Körper der gewünschten Form und Abmessungen gestanzt oder geschnitten werden. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 569163.