DE19508012A1

DE19508012A1 - Verfahren zur Trocknung eines Keramikpreßlings

Info

Publication number: DE19508012A1
Application number: DE19508012A
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Yoshida
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 1995-09-14
Also published as: JP2813127B2; US5513447A; JPH07246613A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Trocknung eines Keramikpreßlings, der einen gelierbaren Binder enthält.

Bislang sind gelierbare Binder bekannt gewesen, die eine Art von organischen Bindern sind und die einem Körper beigemischt werden, um die Fließbarkeit und Gießbarkeit durch die Übertragung von Elastizität auf den Körper zu verbessern, wenn der Körper angefertigt wird. Die gelierbaren Binder haben die Eigenschaft zu gelieren, wenn sie auf vorbestimmte Temperaturen oder darüber hinaus erwärmt werden. Ein gelierbarer Binder wird verwendet, um einem Preßling oder dergleichen, der einen für die Verformung durch Trockenschrumpfung einer dünnen Wand anfälligen Abschnitt aufweist, eine Strukturhalte- Eigenschaft zu verleihen. Ein Preßling wird durch Gießen eines Körpers mit einem derartigen gelierbaren Binder in einer gewünschten Struktur gehalten. Der Preßling wird im allgemeinen bei einem Trocknungsprozeß einer Heißlufttrocknung unterworfen, gefolgt vom nächsten Prozeß.

Jedoch hat die herkömmliche Heißlufttrocknung das Problem, Verformung durch Trockenschrumpfung zu verursachen, da die Verdampfung von Wasser im Preßling und die Gelierung eines gelierbaren Binders mit dem Aussetzen des Preßlings in trockener heißer Luft mit geringer Feuchtigkeit gleichzeitig einhergeht, und zwar in einem Zustand, bevor die Gelierung des gelierbaren Binders abgeschlossen ist, d. h. in einem Zustand, bei dem der Preßling immer noch für Verformung anfällig ist.

Da ferner bei der Heißlufttrocknung die den Preßling anströmende heiße Luft ausgerichtet ist, ist es schwer, den gesamten Preßling gleichmäßig zu trocknen, wodurch der Preßling für Trocknungsungleichmäßigkeiten anfällig ist, was einer der beträchtlichen Faktoren für Verformung ist, die einem Produkt bei einem Brennprozeß widerfahren.

Die vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung einer derartigen herkömmlicherweise auftretenden Situation geschaffen worden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Trocknungsverfahren zu schaffen, welches kaum eine Verformung eines einen gelierbaren Binder enthaltenden Keramikpreßlings durch Trockenschrumpfung oder durch Erzeugung von Trockenungleichmäßigkeit verursacht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Trocknung eines Keramikpreßlings geschaffen worden. Bei dem Verfahren wird ein, einen gelierbaren Binder enthaltender Keramikpreßling für eine vorbestimmte Zeitdauer in einem Zustand gehalten, bei dem die Feuchtigkeit bei 70% oder mehr und die Temperatur gleich oder größer als die Geliertemperatur des vorhergehend erwähnten Binders ist. Dann wird das Wasser im Keramikpreßling verdampft (nämlich der Keramikpreßling getrocknet).

Außerdem ist mit "ein gelierbarer Binder" der vorliegenden Erfindung ein organischer Binder bezeichnet, der die Eigenschaft hat, durch Erwärmen bei einer vorbestimmten Temperatur (Geliertemperatur) oder darüber zu gelieren.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erläuternde Ansicht, die die Geradlinigkeit eines Keramikkörpers zeigt;

Fig. 2(a), 2(b), 2(c) und 2(d) erklärende Ansichten eines Verfahrens zur Messung der Geradlinigkeit eines Keramikkörpers.

Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein einen gelierbaren Binder enthaltender Keramikpreßling bei einem Zustand gehalten, der eine Feuchtigkeit von 70% oder mehr, vorzugsweise 80% oder mehr, und eine Temperatur, die gleich oder größer als die Geliertemperatur ist, aufweist. Dadurch, daß ein feuchter Zustand hergestellt wird, so daß das Wasser nicht verdampfen kann, und dadurch, daß die Temperatur gleich oder größer als die Geliertemperatur ist, wird die Gelierung des gelierbaren Binders abgeschlossen, bevor das Wasser verdampft ist, so daß die Eigenschaft übertragen wird, die Struktur bis zu einem gewissen Maß aufrechtzuerhalten.

Wenn die Feuchtigkeit geringer als 70% ist, so schreitet das Trocknen vor der Gelierung eines gelierbaren Binders fort, so daß der Preßling für Verformung anfällig ist.

Wenn außerdem der Keramikpreßling bei einem Zustand hoher Feuchtigkeit bei 70% oder mehr für lange Zeitdauer gehalten wird, so ist ein gelierbarer Binder anfällig für Entmischung. Daher wird der Keramikpreßling vorzugsweise für 1 Stunde oder weniger bei einer Feuchtigkeit von 70% oder mehr gehalten.

Anschließend wird der Keramikpreßling getrocknet. Die Feuchtigkeit wird vorzugsweise auf 30% oder weniger, insbesondere auf 20% oder weniger verringert, so daß Wasser leicht verdampft. Zu diesem Zeitpunkt hat der gelierbare Binder im Preßling die Gelierung bereits abgeschlossen, so daß ein Verformungswiderstand bis zu einem gewissen Maß vorhanden ist, wodurch der Preßling nicht anfällig für Verformung entsprechend der Trockenschrumpfung ist.

Außerdem besteht der Grund, die Feuchtigkeit bei höchstens 30% festzulegen, darin, daß der Zustand bei einer Feuchtigkeit von über 30% Zeit für die Trocknung des Preßlings einnimmt.

Die Temperaturen nach der Verringerung der Feuchtigkeit müssen lediglich zur Trocknung des Preßlings angepaßt sein, wobei es nicht notwendig ist, mit Temperaturen vor der Verringerung der Feuchtigkeit übereinzustimmen.

Da ferner, wegen der Trocknung bei einem Zustand, bei dem die Feuchtigkeit eingestellt wird, die vorliegende Erfindung ein gleichmäßiges Trocknen des gesamten Preßlings im Vergleich zum Trocknen durch Heißlufttrocknung oder dergleichen ergibt, ist innerhalb des Preßlings kaum eine Trocknungsungleichmäßigkeit vorhanden. Daher wird ein mittels dem Verfahren der vorliegenden Erfindung getrockneter Preßling bei dem Brennprozeß kaum verformt, was sich aus der Trocknungsungleichmäßigkeit ergibt.

Obwohl die Struktur eines Keramikpreßlings als Gegenstand eines Trocknungsverfahrens der vorliegenden Erfindung nicht erörtert wird, ist das Verfahren beispielsweise auf einen rohrförmigen Preßling geeignet anwendbar, bei welchem die Steuerung der Verformung bislang schwierig war, oder auf einen Preßling anwendbar, der einen relativ dünnen Abschnitt hat, wie etwa auf eine Bienenwaben- Struktur. Ein Material für einen Keramikpreßling ist ebenso nicht näher erörtert. Jedoch ist Si₃N₄ als Material geeignet.

Daher ist die vorliegende Erfindung als Verfahren zum Trocknen eines Keramikelements sehr hilfreich, bei dem ein rohrförmiger Aufbau mit hoher Präzision erforderlich ist und das aus Si₃N₄ angefertigt ist, und zwar beispielsweise ein Wärmeübertragungsrohr der Mantel- und Rohr-Bauart eines Wärmetauschers, welcher derzeit als Element für eine keramische Gasturbine entwickelt wird.

In Keramikpreßlingen enthaltene gelierbare Binder als Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind:
Methylzellulose, Hydroxypropylmethlyzellulose, Hydroxyethylmethylzellulose, etc. Unter diesen ist Methylzellulose höchst beliebt. Die Geliertemperaturen dieser gelierbaren Binder schwanken entsprechend den Macharten von 50 bis 80°C. Die Geliertemperatur von Methylzellulose liegt beispielsweise bei 55°C. Ein Gemisch aus einer Vielzahl von gelierbaren Bindern ist ebenso anwendbar.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Beispiele ausführlicher beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung in keinem Falle auf diese Beispiele beschränkt.

Beispiel 1

Zu 1000 g Siliziumnitridpulver werden 10 g Y₂O₃, 10 g MgO, 5 g ZrO₂ als Sinterhilfsstoffe, 1 g Polyvinylalkohol als organischer Binder und 1000 g Wasser beigefügt. Diese wurden für 4 Stunden von einer Reibungsvorrichtung unter Verwendung von Siliziumnitridkugeln mit einem Durchmesser von 5 mm gemahlen und vermischt. Das erhaltene Gemisch wurde mittels einem Düsentrockner getrocknet und granuliert, so daß ein Pulvergemisch erhalten wurde. Dem Pulvergemisch wurden 50 g Methylzellulose (herkömmliches Produkt mit der Bezeichnung SM-400 von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. mit einer Geliertemperatur von 55°C) als gelierbarer Binder und ein Schmiermittel beigemischt, so daß ein Material zur Erzeugung eines rohrförmigen Preßlings durch Extrusionsformen erhalten wurde.

Der erhaltene Preßling wurde für 1 Stunde bei einem Zustand mit einer Feuchtigkeit von 70% und einer Temperatur von 80°C gehalten, so daß der Binder gelierte. Anschließend wurde die Feuchtigkeit zusammen mit einem Anheben der Temperatur auf 85°C auf 30% abgesenkt, so daß der Preßling für 7 Stunden einer Trocknung ausgesetzt war. Nach der Trocknung wurde der Preßling für 5 Stunden bei 500°C kalziniert, um den Binder zu entfernen und weiter für 1 Stunde bei 1650°C gebrannt, um einen zylindrischen Körper mit einem Außendurchmesser von 8 mm, einem Innendurchmesser von 6 mm und einer Länge von 600 mm zu erhalten.

Die Kreisförmigkeit und Geradlinigkeit des zylindrischen Körpers wurde gemessen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 1 gezeigt sind.

Beispiel 2

Ein auf gleiche Weise wie beim Beispiel 1 hergestellter Preßling wurde für 1 Stunde bei einem Zustand mit einer Feuchtigkeit von 80% und einer Temperatur von 80°C gehalten, so daß der Binder gelierte. Anschließend wurde die Feuchtigkeit zusammen mit der Anhebung der Temperatur auf 85°C auf 30% abgesenkt, so daß der Preßling für 7 Stunden einer Trocknung ausgesetzt war. Nach dem Trocknen wurde der Preßling auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 kalziniert und gebrannt, so daß ein zylindrischer Körper mit einem Außendurchmesser von 8 mm einem Innendurchmesser von 6 mm und einer Länge von 600 mm erhalten wurde.

Beispiel 3

Ein auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellter Preßling wurde für 1 Stunde bei einem Zustand mit einer Feuchtigkeit von 70% und einer Temperatur von 80°C gehalten, so daß der Binder gelierte. Anschließend wurde die Feuchtigkeit zusammen mit dem Anheben der Temperatur auf 85°C auf 20% abgesenkt, so daß der Preßling für 7 Stunden einem Trocknen ausgesetzt war. Nach dem Trocknen wurde der Preßling auf gleiche Weise wie beim Beispiel 1 kalziniert und gebrannt, so daß ein zylindrischer Körper mit einem Außendurchmesser von 8 mm, einem Innendurchmesser von 6 mm und einer Länge von 600 mm erhalten wurde.

Beispiel 4

Ein auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellter Preßling wurde für 1 Stunde unter einem Zustand mit einer Feuchtigkeit von 70% und einer Temperatur von 80°C gehalten, so daß der Binder gelierte. Anschließend wurde die Feuchtigkeit zusammen mit dem Absenken der Temperatur auf Zimmertemperatur auf 40% abgesenkt, so daß der Preßling für 48 Stunden einem Trocknen ausgesetzt war. Nach dem Trocknen wurde der Preßling auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 kalziniert und gefeuert, so daß ein zylindrischer Körper mit einem Außendurchmesser von 8 mm, einem Innendurchmesser von 6 mm und einer Länge von 600 mm erhalten wurde.

Vergleichsbeispiel 1

Ein auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellter Preßling wurde für 10 Stunden einem Heißlufttrocknen bei 110°C unterworfen. Nach dem Trocknen wurde der Preßling auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 kalziniert und gebrannt, so daß ein zylindrischer Körper mit einem Außendurchmesser von 8 mm, einem Innendurchmesser von 6 mm und einer Länge von 600 mm erhalten wurde.

Vergleichsbeispiel 2

Ein auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellter Preßling wurde für 1 Stunde bei einem Zustand mit einer Feuchtigkeit von 60% und einer Temperatur von 80°C gehalten, so daß der Binder gelierte. Anschließend wurde die Feuchtigkeit zusammen mit dem Anheben der Temperatur auf 85°C auf 30% abgesenkt, so daß der Preßling für 7 Stunden einem Trocknen ausgesetzt war. Nach dem Trocknen wurde der Preßling auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 kalziniert und gebrannt, so daß ein zylindrischer Körper mit einem Außendurchmesser von 8 mm, einem Innendurchmesser von 6 mm und einer Länge von 600 mm erhalten wurde.

Vergleichsbeispiel 3

Ein auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellter Preßling wurde für 1 Stunde bei einem Zustand mit einer Feuchtigkeit von 60% und einer Temperatur von 80°C gehalten, so daß der Binder gelierte. Anschließend wurde die Feuchtigkeit zusammen mit dem Anheben der Temperatur auf 85°C auf 40% abgesenkt, so daß der Preßling für 7 Stunden einem Trocknen ausgesetzt war. Nach dem Trocknen wurde der Preßling auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 kalziniert und gebrannt, so daß ein zylindrischer Körper mit einem Außendurchmesser von 8 mm, einem Innendurchmesser von 6 mm und einer Länge von 600 mm erhalten wurde.

Vergleichsbeispiel 4

Ein auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellter Preßling wurde für 1 Stunde bei einem Zustand mit einer Feuchtigkeit von 70% und einer Temperatur von 80°C gehalten, so daß der Binder gelierte. Anschließend wurde die Feuchtigkeit zusammen mit dem Anheben der Temperatur auf 85°C auf 30% abgesenkt, so daß der Preßling für 7 Stunden einem Trocknen ausgesetzt war. Nach dem Trocknen wurde der Preßling auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 kalziniert und gebrannt, so daß ein zylindrischer Körper mit einem von 8 mm, einem Innendurchmesser von 6 mm und einer Länge von 600 mm erhalten wurde.

Tabelle 1

Die Messungen der Kreisförmigkeit und Geradlinigkeit wurden in folgender Weise durchgeführt.

(Kreisförmigkeit)

Eine Kontour des zu messenden zylindrischen Körpers wurde mit konzentrischen Kreisen verschiedener Größen verglichen. Die Kreisförmigkeit wurde aus den Größen von zwei Kreisen mit der Kontour des dazwischenliegenden zylindrischen Körpers erhalten. Ein Kontour-Projektor wurde zum Projizieren der Kontour des zylindrischen Körpers verwendet.

(Geradlinigkeit)

Die Geradlinigkeit wird mit einem Grad Δ einer Formänderung eines Keramikkörpers nach dem Sintern gemäß Fig. 1 bezeichnet. Insbesondere lag gemäß den Fig. 2(a), 2(b), 2(c) und 2(d) der Keramikkörper 1 auf Auflagern 5 zwischen einem Aussendeabschnitt 3 und einem Empfangsabschnitt 4 von durch schrägen Linien gezeigten Laserstrahlen 2. Der Keramikkörper 1 wurde auf den Auflagern 5 gedreht. Es wurden die Abstände D und d vom Boden der Laserstrahlen 2 zum Keramikkörper 1 in der Position erhalten, bei der der verformte Abschnitt des Keramikkörpers 1 jeweils am höchsten (Position A) und am niedrigsten (Position B) war. Die Geradlinigkeit wurde mit der unten gezeigten Formel erhalten.

Geradlinigkeit: Δ = (D-d)/2

Beim Vergleichsbeispiel 1 wurde ein herkömmliches Heißlufttrocknen angewendet. Beim Vergleichsbeispiel 2 gelierte der Binder in einem Zustand mit einer Feuchtigkeit von weniger als 70%. Das Vergleichsbeispiel 3 hatte einen Zustand kurzer Trocknungsdauer trotz relativ hoher Feuchtigkeit von über 30%. Beim Vergleichsbeispiel 4 überschritt die Zeitdauer zum Halten des Preßlings bei einem Zustand hoher Feuchte für die Gelierung 1 Stunde. Gemäß Tabelle 1 hatte jeder der zylindrischen Körper aus den Beispielen 1 bis 4 weniger Verformung und eine hervorragende Strukturgenauigkeit im Vergleich mit den Preßlingen aus den Vergleichsbeispielen 1 bis 4. Des weiteren wurde die Absonderung des Binders durch Beobachtung des zylindrischen Körpers aus Vergleichsbeispiel 4 ermittelt.

Gemäß einem Trocknungsverfahren der vorliegenden Erfindung geliert nach Vorbeschreibung der gelierbare Binder bevor das Wasser in einem Preßling verdampft ist, wodurch sich der Preßling entsprechend der Trockenschrumpfung kaum verformt. Ferner ergibt das Verfahren der vorliegenden Erfindung, verglichen mit der herkömmlichen Heißlufttrocknung, ein gleichmäßiges Trocknen des Preßlings. Daher verursacht die Verwendung des durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Preßlings während des Brennprozesses kaum eine aus einer Trocknungsungleichmäßigkeit resultierende Verformung, wobei ein gebrannter Körper mit hervorragender Strukturgenauigkeit erhalten wird.

Das Verfahren zur Trocknung eines Keramikpreßlings weist folgendes auf: Halten eines Keramikpreßlings, der einen gelierbaren Binder enthält, in einem Zustand mit einer Feuchtigkeit von 70% oder darüber und einer Temperatur, die gleich oder größer als die Geliertemperatur des gelierbaren Binders ist, und zwar für eine vorbestimmte Zeitdauer; und Verdampfen von Wasser im Keramikpreßling. Gemäß dem Trocknungsverfahren geliert der gelierbare Binder bevor das Wasser in einem Preßling verdampft ist, wodurch sich der Preßling bei der Trockenschrumpfung kaum verformt. Ferner ergibt das Trocknungsverfahren ein gleichmäßiges Trocknen des Preßlings im Vergleich mit dem herkömmlichen Heißlufttrocknen. Daher bewirkt die Verwendung des durch das Trocknungsverfahren hergestellten Preßlings beim Brennprozeß kaum Verformung, welche aus einer Trocknungsungleichmäßigkeit resultiert, wobei ein gebrannter Körper mit hervorragender Strukturgenauigkeit erhalten wird.

Claims

1. Verfahren zur Trocknung eines Keramikpreßlings, mit:
Halten eines, einen gelierbaren Binder enthaltenden Keramikpreßlings in einem Zustand mit einer Feuchtigkeit von 70% oder mehr und einer Temperatur, die gleich oder größer als die Geliertemperatur des gelierbaren Binders ist, und zwar für eine vorbestimmte Zeitdauer; und
Trocknen des Keramikpreßlings.

2. Verfahren zur Trocknung eines Keramikpreßlings nach Anspruch 1, wobei der Keramikpreßling in einem Zustand mit einer Feuchtigkeit von 30% oder weniger getrocknet wird.

3. Verfahren zur Trocknung eine Keramikpreßlings nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Keramikpreßling eine rohrförmige Form hat.

4. Verfahren zur Trocknung eines Keramikpreßlings nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Keramikmaterial des Keramikpreßlings Si₃N₄ aufweist.

5. Verfahren zur Trocknung eines Keramikpreßlings nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Keramikpreßling für 1 Stunde oder weniger im Zustand mit einer Feuchtigkeit von 70% gehalten wird.