DE19605149A1 - High strength fired porous ceramic structure production - Google Patents

High strength fired porous ceramic structure production

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Abstract

Producing porous ceramic structures from ceramic powders and adjuvants by moulding to green bodies and then firing, comprising the addition of the ceramic powders, in addition to the adjuvants, of inorganic pore-formers consisting of bodies which, before firing, have a volume several times that of their actual constituent material and which, at the firing temperature, completely or partially melt and optionally react with the ceramic powders. Preferably, the pore-formers consist of alkaline earth metal, alkali metal and/or other metal oxides, nitrides or carbides (e.g. SiO2, Al2O3, MgO, CaO, Na2O, SiC or Si3N4) and/or metals, especially perlite.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung poröser keramischer Strukturen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for producing porous ceramic structures according to the preamble of claim 1.

Aus der EP 0 341 203 A1 und der DE 23 01 662 A1 sind Verfahren bekannt, wobei flexibles Schaummaterial aus Kunststoff als Porenbildner in einem wäßrigen keramischen Schlicker eingetaucht wird. Vor dem Eintauchen wird das Schaum­ material mit einem Adhäsiv und ggf. mit einem Beflockungsmittel behandelt, um die Adhäsion zwischen dem Schaummaterial und dem keramischen Schlicker zu fördern. So wird eine dicke keramische Beschichtung mit vollständiger Bedeckung gebildet. Die so gebildeten Grünkörper werden einem keramischen Brand ausgesetzt, wobei das organische Schaummaterial ausbrennen und sich verflüchtigen soll. Letzteres geschieht in Gasform.Methods are known from EP 0 341 203 A1 and DE 23 01 662 A1, wherein flexible foam material made of plastic as a pore former in an aqueous ceramic slip is immersed. Before dipping the foam treated with an adhesive and, if necessary, with a flocking agent to prevent the Adhesion between the foam material and the ceramic slip promote. This is how a thick ceramic coating with full coverage educated. The green bodies thus formed become a ceramic fire exposed, the organic foam material burning out and itself should evaporate. The latter happens in gas form.

Durch das bei derartigen Verfahren austretende Gas wird die Umwelt erheblich belastet.The gas escaping from such processes makes the environment significant charged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, poröse keramische Strukturen weitgehend ohne Verwendung von sich verflüchtigenden Porenbildnern oder anderen Stoffen herzustellen. Ferner ist beabsichtigt, keramische Strukturen herzustellen, die eine hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit aufweisen.The invention is based, largely porous ceramic structures the task without the use of volatilizing pore formers or other substances to manufacture. It is also intended to produce ceramic structures that have a have high strength and abrasion resistance.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Verwendung anorganischer Porenbildner in der Form von Körpern aus anorganischen Stoffen, die bei der Brandtemperatur ganz oder teilweise aufschmelzen und sich nicht in Gas verflüchtigen, bietet den Vorteil, daß die im Grünzustand, d. h. vor dem Brand, von den Körpern der Porenbildner eingenommenen Volumina beim Brand Porenräume bilden, die sich ggf. mit anderen Poren räumen vereinigen, ohne daß die Umwelt belastet wird. Die Porosität in den erzeugten keramischen Strukturen wird durch die Menge, Größe und Porosität der zugegebenen Porenbildner eingestellt. The object is achieved according to the invention by the characteristic features of claim 1 solved. The use of inorganic pore formers in the Form of bodies from inorganic substances, which at the fire temperature entirely or partially melt and do not evaporate in gas, has the advantage that the green state, d. H. before the fire, from the bodies of the pore formers Volumes taken up in the fire form pore spaces that may coincide with others Unite pores without harming the environment. The porosity in the Ceramic structures produced is determined by the amount, size and porosity of the added pore formers set.  

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.Advantageous developments of the invention are in the subclaims Procedure specified.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß gemahlenes keramisches Pulver z. B. ein Oxid aus Titan, Aluminium, Zirkonium, Silizium oder Magnesium oder eine Mischung aus mehreren dieser Stoffe ggf. in wäßriger Dispersion mit Zusätzen von Porenbildnern aufbereitet wird. Dabei werden sogenannte "Grünkörper", d. h. Strukturen im ungebrannten Zustand gebildet.The process according to the invention consists essentially in that ground ceramic powder z. B. an oxide of titanium, aluminum, zirconium, silicon or Magnesium or a mixture of several of these substances, if necessary in aqueous Dispersion with additives from pore formers is processed. In doing so so-called "green bodies", d. H. Structures formed in the unfired state.

Zur Erzielung einer zusätzlichen Bindung der Grünkörper ist es auch möglich, diesen geringe Mengen eines oder mehrerer organischer Zuschlagstoffe(s), z. B. Seife, zuzufügen. Weiterhin können zur Verbesserung der Makro- und Mikrostruktur und der späteren Verarbeitbarkeit der keramischen Strukturen allgemein bekannte anorganische und/oder organische Additive, z. B. Grünbinder mit Xanthanstrukturen zugemischt werden.In order to achieve an additional binding of the green bodies, it is also possible to achieve this small amounts of one or more organic additives (s), e.g. B. soap, inflict. Furthermore, to improve the macro and micro structure and the later processability of the ceramic structures is generally known inorganic and / or organic additives, e.g. B. green binder with xanthan structures be added.

Die Porenbildner sind geformte oder natürliche poröse oder hohle Körper. Sie bestehen aus anorganischem Werkstoff auf der Basis von Oxiden, Nitriden, Karbiden aus Erdalkalimetalle, Alkalimetallen und/oder Metallen, z. B. Al₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, SiC, Si₃N₄ oder aus Metallen und ggf. auch aus Mischungen daraus, z. B. in der Form von Hohlkugeln, insbesondere Glashohlkugeln, Blähton, Perlit oder dgl., die beim nachfolgenden Brand ganz oder teilweise aufschmelzen ohne ein Abgas zu bilden. Dabei können diese Stoffe auch chemisch mit dem keramischen Pulver reagieren.The pore formers are shaped or natural porous or hollow bodies. she consist of inorganic material based on oxides, nitrides, carbides from alkaline earth metals, alkali metals and / or metals, e.g. B. Al₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, SiC, Si₃N₄ or from metals and possibly also from mixtures thereof, e.g. B. in in the form of hollow spheres, in particular hollow glass spheres, expanded clay, pearlite or the like, which melt completely or partially in the subsequent fire without an exhaust gas form. These substances can also be chemically mixed with the ceramic powder react.

Die Porenbildner sollen im ungebrannten Zustand ein Mehrfaches an Volumen aufweisen gegenüber dem Volumen der Werkstoffe der Porenbildner nach dem Brand.In the unfired state, the pore formers are said to have a multiple volume have compared to the volume of the materials of the pore formers Fire.

Durch die Auswahl der Porenbildner nach Größe, Menge und/oder Porosität läßt sich in vielen Fällen die Porosität und Festigkeit der zu erstellenden keramischen Strukturen bestimmen.The selection of the pore formers according to size, quantity and / or porosity allows in many cases the porosity and strength of the ceramic to be created Determine structures.

Im wesentlichen bestimmen die Teilchengröße und die Porosität (Feinporen oder auch große Hohlräume) der Porenbildner den Porendurchmesser in den entstehenden keramischen Strukturen im Mikrometer- bis Zentimeterbereich.Essentially determine the particle size and the porosity (fine pores or also large voids) of the pore formers in the pore diameter emerging ceramic structures in the micrometer to centimeter range.

Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens näher erläutert.The invention is based on an embodiment of the invention process explained in more detail.

Es werden 60% (Gew. %) handelsüblichen, feinkörnigen Titanoxidpulvers (TiO₂) mit 20% Wasser vermischt und als oxidische Mischung einige Minuten lang homogenisiert. Dieser Mischung werden 12,5% eines anorganischen Porenbildners, nämlich handelsübliches Perlit 0.5% Xanthan und 7,0% Seife als organisches Zuschlag- und Bindemittel zugegeben. There are 60% (wt.%) Commercial, fine-grained titanium oxide powder (TiO₂) with 20% water mixed and as an oxidic mixture for a few minutes homogenized. This mixture contains 12.5% of an inorganic pore former, namely commercial perlite 0.5% xanthan and 7.0% soap as organic Additive and binder added.  

Mit einer besonderen Vorrichtung wird diese Mischung mindestens 1 Stunde lang homogenisiert, dann in Aluminiumformen gegossen und getrocknet. Der auf diese Weise gebildete Grünkörper wird anschließend bei Temperaturen von über 1450°C in einem keramischen Ofen gebrannt. Dabei schmelzen die Werkstoffe des anorganischen Porenbildners (Perlit) auf, und es ergeben sich nach dem Brand keramische Strukturen mit 65-70% Gesamtporosität, die eine Kaltdruckfestigkeit nach DIN 51067 von mehr als 8,5 N/mm² aufweisen. Diese Festigkeitswerte entsprechen mehr als 300% derjenigen bisher bekannter Produkte vergleichbarer Porosität.With a special device, this mixture is at least 1 hour homogenized, then poured into aluminum molds and dried. The one on this Green bodies formed in this way are then at temperatures of over 1450 ° C. burned in a ceramic oven. The materials of the inorganic pore formers (perlite), and it results after the fire ceramic structures with 65-70% total porosity, which is a cold compressive strength according to DIN 51067 of more than 8.5 N / mm². These strength values correspond to more than 300% of those of previously known products more comparable Porosity.

Die Grünkörper der herzustellenden keramischen Strukturen können auch vor dem Brennen auf nichtbrennbare Unterlagen gelegt oder in Hohlräume nichtbrennbarer Strukturen eingebracht und dann gebrannt werden.The green bodies of the ceramic structures to be produced can also be placed in front of the Burn placed on non-combustible supports or in non-combustible cavities Structures are introduced and then burned.

Die hohe Abriebfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten keramischen Strukturen kann zwar wegen fehlender genormter Prüfverfahren nicht bestimmt werden, liegt jedoch deutlich höher, als bei bekannten, vergleichbaren Produkten, bei denen schon durch normales Behandeln ein Abrieb erzeugt wird.The high abrasion resistance of the ceramic manufactured according to the invention Structures cannot be determined due to the lack of standardized test procedures is, however, significantly higher than with known, comparable products, in which abrasion is generated by normal treatment.

Die erzeugte keramische Strukturen können mittels üblicher oder diamantbestückter Werkzeuge fast beliebig genau spanabhebend bearbeitet werden, wobei der Oberflächenzerrüttung der Strukturen eine besondere Bedeutung zukommt.The ceramic structures produced can be made using conventional or diamond-tipped ones Tools can be machined with almost any precision, the Surface disruption of the structures is of particular importance.

Die erfindungsgemäß hergestellten keramischen Strukturen eignen sich als nichtbrennbare Isolierstoffe für den Wärme-, Kälte- und Schallschutz, als Filter z. B. in Schalldämpfern für Verbrennungskraftmaschinen, als Prozeßhilfsstrukturen, z. B. als Gußkerne, oder als dekorative Elemente.The ceramic structures produced according to the invention are suitable as non-combustible insulating materials for heat, cold and sound insulation, as a filter z. B. in silencers for internal combustion engines, as process auxiliary structures, e.g. B. as cast cores, or as decorative elements.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung poröser, keramischer Strukturen aus keramischen Pulvern und Zuschlagstoffen, die in einem keramischen Formgebungsverfah­ ren zu einer Struktur mit ausreichender Grünfestigkeit geformt und in einem nachfolgenden Brand gebrannt werden dadurch gekennzeichnet, daß außer den Zuschlagstoffen sogenannte anorganische Porenbildner den keramischen Pulvern zugefügt werden, wobei die Porenbildner aus Körpern bestehen, deren Volumen vor dem Brennen ein Mehrfaches des Volumens des für die Körper verwendeten Werkstoffes beträgt und daß die Brenntemperatur so gewählt wird, daß die Porenbildner vollständig oder teilweise aufschmelzen und ggf. mit den keramischen Pulvern reagie­ ren.1. A process for the production of porous, ceramic structures from ceramic powders and additives, which are formed in a ceramic forming process to form a structure with sufficient green strength and burned in a subsequent fire, characterized in that so-called inorganic pore formers are added to the ceramic powders in addition to the additives , wherein the pore formers consist of bodies, the volume before firing is a multiple of the volume of the material used for the body and that the firing temperature is selected so that the pore formers melt completely or partially and, if necessary, react with the ceramic powders. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Porenbildner verwendet werden, die aus Oxiden, Nitriden oder Karbiden aus Erdalkalime­ tallen, Alkalimetallen und/oder Metallen z. B. SiO₂, Al₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, SiC, Si₃N₄ oder aus Metallen und ggf. Mischungen dieser Stoffe bestehen.2. The method according to claim 1, characterized in that pore formers are used, which are made of oxides, nitrides or carbides from alkaline earths tallen, alkali metals and / or metals z. B. SiO₂, Al₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, SiC, Si₃N₄ or made of metals and possibly mixtures of these substances. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als keramische Pulvermischung auch eine handelsübliche Feuerbeton- oder Feuerzement-Mischung verwendet wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that that a commercially available refractory concrete or fire cement mixture is used. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine keramische Pulvermischung aus Titandioxid, Wasser mit organischen Bin­ demitteln, z. B. Seife, Xanthanstrukturen und Additiven als Zuschlagstoffen und Perlitgranulat von definierter Größe als Porenbildner verwendet werden. und daß der Brand bei einer Temperatur von 1450-1650°C erfolgt. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a ceramic powder mixture of titanium dioxide, water with organic bin detain, e.g. B. soap, xanthan structures and additives as additives and pearlite granules of a defined size can be used as pore formers. and that the fire takes place at a temperature of 1450-1650 ° C.   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Rohmaterial gebildete Grünkörper auf vorhandene Strukturen aufgebracht oder in solche Strukturen eingefüllt und dann gebrannt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the green body formed from the raw material on existing structures applied or filled into such structures and then fired.
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