DE19502891A1

DE19502891A1 - Preßmasse

Info

Publication number: DE19502891A1
Application number: DE1995102891
Authority: DE
Inventors: Friederike Dr Rer Nat Lindner; Uwe Laukant; Ulrich Dr Ing Eisele
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1996-08-01
Also published as: WO1996023743A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Preßmasse, insbesondere zum Herstellen von Formkörpern, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Es ist bekannt, keramische Pulver enthaltende Preß massen zu Formkörpern zu verpressen. Hierbei werden die keramischen Pulver üblicherweise mit einem Preß hilfsmittel vermischt und anschließend verpreßt. Das Preßhilfsmittel vermindert die Reibung zwischen den einzelnen Partikeln des keramischen Pulvers und er möglicht hierdurch Gleitbewegungen der Partikel an einander vorbei und Platzwechsel der Partikel unter einander, um so eine Verdichtung des Preßkörpers ohne eine Formänderung der einzelnen Partikel zu errei chen. Hierbei ist nachteilig, daß die Partikel des keramischen Pulvers innerhalb der Preßmasse zu Agglo merationen neigen, so daß es zu einer inhomogenen Verteilung der Partikel innerhalb der Preßmasse und damit innerhalb des Formkörpers kommt.

Weiterhin ist nachteilig, daß bei der Herstellung von Formkörpern durch Verpressen keramischer Pulver nur keramische Pulver mit einer relativ großen mittleren Teilchengröße verarbeitbar sind. Sollen die Formkör per nach dem Verpressen gesintert werden, sind hier durch relativ hohe Sintertemperaturen notwendig. Je kleiner die mittlere Teilchengröße der keramischen Pulver bei den bekannten Preßmassen ist, je größer ist die notwendige Verpreßkraft, so daß das Verpres sen nur sehr aufwendig mit speziellen Vorrichtungen durchführbar ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Preßmasse mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß ein einfaches und kostengünstiges Verpressen und gegebenenfalls Weiterverarbeiten eines Formkörpers aus dem keramischen Pulver möglich ist. Dadurch, daß das Preßhilfsmittel von einer organischen Umhüllung der einzelnen Partikel des keramischen Pulvers gebil det werden, wobei die organische Umhüllung an der Oberfläche des keramischen Pulvers chemisch gebunden ist, ist es vorteilhaft möglich, die Oberflächen der keramischen Partikel in ihren Eigenschaften zu verän dern. Indem die organische Umhüllung vorzugsweise von einer Oberflächenhydrophobierung gebildet wird, kommt es zu einer sterischen Stabilisierung der keramischen Pulverpartikel innerhalb der Preßmasse. Diese steri sche Stabilisierung führt zu einem geringen Teilchen abstand, der im wesentlichen durch die Raumerfüllung der Oberflächenhydrophobierung bestimmt wird. Die organische Umhüllung der einzelnen Partikel des keramischen Pulvers bildet ein ideal homogen verteiltes Preßhilfsmittel innerhalb der Preßmasse. Die mit der organischen Umhüllung versehenen keramischen Pulverpartikel sind gut in der Preßmasse dispergiert; eine Agglomeration wird verhindert. Sehr vorteilhaft ist, daß die organische Umhüllung gleichzeitig ein gegenseitiges Abgleiten der keramischen Pulverpartikel während des Verpressens ermöglicht, so daß ohne Zugabe eines weiteren zu sätzlichen Preßhilfsmittels ein Verpressen ohne For mänderung der Keramikpartikel möglich ist.

Mittels der erfindungsgemäßen Preßmasse lassen sich sehr vorteilhaft Preßkörper erzielen, die eine rela tiv hohe Gründichte (Feststoffdichte), beispielsweise von ca. 50% aufweisen. Diese hohe Gründichte inner halb des Preßlings ermöglicht es sehr vorteilhaft, eine Weiterverarbeitung der Preßkörper bei relativ niedrigen Sintertemperaturen durchzuführen. Aufgrund des hohen Feststoffanteils der Preßkörper besitzen diese einen entsprechend relativ kleinen Anteil an Preßhilfsmitteln (organische Umhüllung), die beim Sintern ausgebrannt werden müssen. Insgesamt lassen sich somit Werkstoffverbunde, beispielsweise Kera mik/Keramik und/oder Keramik/Metall unter Verwendung von aus der erfindungsgemäßen Preßmasse hergestellten Preßkörpern erzeugen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Preßmasse und

Fig. 2 in einem Diagramm die Abhängigkeit der Feststoffdichte von einem axialen Preßdruck.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstel lung durch eine allgemein mit 10 bezeichnete Preß masse. Die Preßmasse 10 weist ein keramisches Pulver 12 auf, das aus einzelnen Partikeln 14 besteht. Das keramische Pulver 12 ist hier lediglich bereichsweise angedeutet, um zu verdeutlichen, daß dieses aus einer Vielzahl einzelner Partikel 14 besteht. Die Partikel 14 sind nicht an eine besondere Formgebung gebunden, so können diese beispielsweise rund, oval, kantig usw. sein. Eine mittlere Teilchengröße der Partikel 14 beträgt beispielsweise zwischen 10 und 500 Nanometer, wobei bei dem konkreten Ausführungsbei spiel von einer Teilchengröße von 20 Nanometer ausge gangen wird. Jedes der Partikel 14 weist die or ganische Umhüllung 16 auf. Die organische Umhüllung 16 besteht aus einer Oberflächenhydrophobierung der Partikel 12, die beispielsweise aus chemisch aufreagierten organischen Verbindungen besteht. Die Umhüllung 16 besitzt nach außen stehende CH₃-Gruppen, so daß eine vollständige Hydrophobierung der Ober fläche der Partikel 14 erreicht ist. Für die Hydro phobierung können beispielsweise gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder unverzweigte Fettsäuren mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen oder eine Mischung daraus verwendet werden. Infolge der Hydrophobierung (organische Umhüllung 16) der Oberfläche der Partikel 14 ergibt sich eine sterische Stabilisierung des ke ramischen Pulvers 12, wodurch Agglomerationen in der Preßmasse 10 verhindert werden. Durch die Umhüllung jedes einzelnen Pulverteilchens ist eine homogene Verteilung von Organik (organische Umhüllung) und Feststoff (Pulver) immer gewährleistet.

Die erhaltene Preßmasse 10 wird anschließend kalt axial oder isostatisch gepreßt. Während dieser Ver pressung, die mittels einer geeigneten Vorrichtung bei für die keramische Verfahrenstechnik üblichen Drücken von beispielsweise 50 bis 500 MPa erfolgt, wirkt die organische Umhüllung 16 als Preßhilfs mittel, das heißt, die Umhüllung 16 ermöglicht ein gegenseitiges Abgleiten der Partikel 14 unter der Druckkraft aneinander. Da die organische Umhüllung 16 fest mit der Oberfläche des Pulvers 12 verbunden ist, wird sie während des Preßvorganges nicht in die Zwickel zwischen den Pulverteilchen abgeschert, wo sie ihre gleitende Wirkung nicht entfalten könnte.

Während des Preßvorgangs wirkt die organische Umhüllung 16 weiterhin als Dispergiermittel, so daß während des Pressens eine Agglomeration der Partikel 14 vermieden wird. Nach Abschluß des Preßvorgangs besitzt der entstandene Preßkörper eine Fest stoffdichte (Gründichte) von ca. 40 bis 60 Vol.-%.

In der Fig. 2 ist anhand eines Diagrammes die Abhängigkeit der Gründichte GD von einem axialen Preßdruck P verdeutlicht. Ausgegangen wird hier von einem keramischen Pulver mit einer Primärteilchen größe von 20 nm und einer spezifischen Oberfläche von 50 m²/g. Der erzielte Preßkörper kann ein Formkörper jeder beliebigen geometrischen Gestalt sein. Beispielsweise lassen sich keramische Bauelemente für elektronische Meßsonden erzielen.

Der erhaltene Preßkörper kann nun in einem weiteren, hier nicht näher zu betrachtenden Sintervorgang ge sintert werden, wobei eine Verdichtung der Partikel 12 innerhalb des Preßkörpers stattfindet. Durch die hohe Gründichte von bis zu 60 Vol.-% ist die Sinterung mit relativ niederen Sintertemperaturen durchführbar.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das darge stellte Ausführungsbeispiel. Insgesamt ist entschei dend, daß durch eine einfach herstellbare organische Umhüllung, beispielsweise eine Oberflächenhydropho bierung, der Partikel 14 des keramischen Pulvers 12 Preßmassen erzielbar sind, die eine homogene Ver teilung der Partikel 14 sowohl in der Preßmasse 10 als auch in dem daraus hergestellten Preßkörper er möglichen. Die als Preßhilfsmittel wirkende orga nische Umhüllung 14 verhindert einerseits eine Agglo meration und gewährleistet andererseits eine hohe Feststoffdichte des Preßkörpers.

Claims

1. Preßmasse, insbesondere zum Herstellen von Form körpern, mit einem keramischen Pulver und einem Preß hilfsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Preß hilfsmittel von einer organischen Umhüllung (16) der einzelnen Partikel (14) des keramischen Pulvers (12) gebildet wird.

2. Preßmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Umhüllung (16) an der Oberfläche des keramischen Pulvers (12) chemisch gebunden ist.

3. Preßmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (14) eine Oberflächenhydrophobierung aufweisen.

4. Preßmasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenhydrophobierung außenstehende CH₃- Gruppen aufweist.

5. Preßmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenhydropho bierung aus einer gesättigten oder ungesättigten, verzweigten oder unverzweigten Fettsäure mit 6 bis 30 Kohlenstoff-Atomen oder einer Mischung davon besteht.

6. Preßmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (14) eine mittlere Teilchengröße im Nano- und Submikrometerbe reich besitzen.

7. Preßmasse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Teilchengröße kleiner 500 Nanometer, insbesondere kleiner 100 Nanometer, ist.