DE19928225B4

DE19928225B4 - Verfahren zur Herstellung von Mehrlagen-Hybriden

Info

Publication number: DE19928225B4
Application number: DE19928225A
Authority: DE
Inventors: Thilo Acker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-06-19
Filing date: 1999-06-19
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2019-06-20
Also published as: DE19928225A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erhöhung der Gaspermeabilität von Keramikkörpern, insbesondere von keramischen Setterplatten, vorgeschlagen, wobei die Porosität des Keramikkörpers durch Behandlung mit einer chemischen Reaktionslösung oder einem Reaktionsgas erhöht wird. Als Reaktionslösung eignen sich bevorzugt verdünnte Flußsäure, eine Mischung aus NH¶4¶F und HF oder eine KOH-Lösung. Als Reaktionsgas eignet sich ein Gas, das Chlorgas enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellungen Mehrelag n-Hybriden mittels keramischer Setterplatten.

Aus DE 43 09 005 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Mehrlagen-Hybriden aus Stapeln von keramischen Grünkörperfolien bekannt. Das Zusammenpressen der Grünkörperfolien beim Sintern und Entbindern erfolgt dabei über keramische Setterplatten (Hilfsbrandplatten), um eine möglichst geringe Schrumpfung und Wölbung innerhalb der Grünkörperfolien zu gewährleisten.

Dabei werden die organischen Hilfstoffe in Form von Bindern oder Sinteradditive in den Grünkörperfolien während des Entbinderns und/oder Sinterns unter axialem Druck in einer Heißpresse weitgehend pyrolisiert und entweichen als organische, gasförmige Ausheizprodukte zumindest weitgehend durch Diffusion durch die keramischen Setterplatten.

Weiter ist aus JP-03075286 A bekannt, beim Ätzen einer keramischen Platte in einer Ätzlösung gleichzeitig eine Ultraschallbehandlung durchzuführen, Dadurch wird gemäß der Schrift gewährleistet, dass ständig frische Ätzlösung der zu behandelnden Platte zugeführt wird. Zudem wird die Ätzrate erhöht.

Schließlich wird in DE-19754513 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrostruktur beschrieben, wobei die Mikrostruktur durch elektrochemische Ätzung in einem Säurebad verändert wird, so dass eine nicht selektive gas- und/oder flüssigkeitsdurchlässige Partikelbarriere gebildet wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung von Mehrlagen-Hybriden unter Verwendung von keramischen Setterplatten, deren Porosität bei einer Vorbehandlung gezielt erhöht wurde.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß damit in einfacher Weise die Gaspermeabilität von Keramikkörpern erhöht werden kann. Dies gilt besonders für bereits fertig gesinterte Keramikkörper, die beispielsweise als Setterplatten beim Entbindern und/oder Sintern von Mehrlagen-Hybriden aus Stapeln von keramischen Grünkörperfolien eingesetzt werden sollen.

Dabei wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft einerseits die erforderliche Zeit zum Sintern bzw. Entbindern der Mehrlagen-Hybriden aus mehreren keramischen Grünkörperfolien deutlich verkürzt und andererseits die Sinterqualität deutlich verbessert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So läßt sich die erzielte Porosität der Keramikkörper in sehr einfacher Weise über die Temperatur, die Konzentration und die Zeitdauer der Behandlung mit der chemischen Reaktionslösung oder dem Reaktionsgas definiert einstellen. Besonders vorteilhaft ist weiter, wenn die Behandlung mit der Reaktionslösung mit einer simultanen Ultraschallbehandlung kombiniert wird.

Als Behandlungsverfahren eignet sich besonders vorteilhaft das Eintauchen des Keramikkörpers in die Reaktionslösung bei gleichzeitiger Ultraschallbehandlung bei Raumtemperatur. Die Reaktionslösung besteht weiter vorteilhaft aus verdünnter Flußsäure, einer Mischung aus NH₄F und HF oder einer KOH-Lösung.

Eine an sich bekannte, kommerziell erhältliche keramische Setterplatte (Hilfsbrandplatte), die beispielsweise im wesentlichen aus keramischem SiC besteht und eine Größe von ca. 200 mm × 200 mm bei einer Dicke von 3 mm bis 11 mm hat, wird bei Raumtemperatur über eine Zeit von 30 min in eine chemische Reaktionslösung aus 50%-iger Flußsäure (HF) als Ätzmedium eingetaucht. Während des Eintauchens wird die chemische Reaktionslösung dabei gleichzeitig einer Ultraschallbehandlung unterzogen.
Nach Abschluß der Behandlung wird die keramische Platte aus der Reaktionslösung entfernt und bei Bedarf anschließend in einem Wasserbad unter Ultraschallbehandlung zur Entfernung von Rückständen der Reaktionslösung gespült.
Nach Abschluß dieses Verfahrens wurde eine Erhöhung der Gaspermeabilität der keramischen Platte (Dicke: 11 mm) von ca. 50 % gemessen. Die Temperatur während der Behandlung der keramischen Platte beträgt bevorzugt 10°C bis 40°C, insbesondere Raumtemperatur. Die Konzentration der HF-Lösung liegt bevorzugt zwischen 35 % und 65 %, ganz besonders bevorzugt bei 50 %. Typische Zeiten für die Behandlungsdauer liegen bei ca. 10 min bis 90 min. Generell sind jedoch auch Temperaturen bis unterhalb des Siedepunktes der Reaktionslösung sowie höhere oder niedrigere Konzentrationen der Reaktionslösung bzw. eine höhere oder niedrigere Behandlungsdauer prinzipiell möglich, um gezielt eine gewünschte Porosität einzustellen.
Alternativ zu der verwendeten HF-Lösung eignet sich als chemische Behandlungslösung weiter eine Mischung von NH₄F mit HF. Diese Mischung wird beispielsweise in einem Verhältnis von 10:1 bis 3:1, bevorzugt 5:1 hergestellt.
Daneben kann als chemische Behandlungslösung auch eine 20%-ige bis 40%-ige, bevorzugt 30%-ige kochende KOH-Lösung eingesetzt werden, wobei die Behandlungsdauer dann beispielsweise 20 min bis 2 h, insbesondere 1 h beträgt. Nach der Behandlung mit der KOH-Lösung erfolgt zusätzlich eine bevorzugt ca. 10 minütige Nachbehandlung mit einer HF-Lösung oder einer Lösung mit einer Mischung von HF und NH₄F unter gleichzeitigem Einsatz von Ultraschall analog den vorstehenden Ausführungen.
Alternativ zu der Behandlung der Keramikkörper oder der keramischen Setterplatten mit chemischen Reaktionslösungen zur Erhöhung der Porosität eignet sich weiterhin auch eine Behandlung mit einem Reaktionsgas. Dazu werden die keramischen Setterplatten beispielsweise bei Temperaturen von 600°C bis 700°C in einem gasdichten Muffelofen einer chlorgashaltigen Gasatmosphäre als Reaktionsgas ausgesetzt. In diesem Fall beträgt die Behandlungsdauer je nach zu erreichender Porosität und Chlorkonzentration typischerweise ca. 10 min bis 1 h. Der Einsatz von Chlorgas hat den Vorteil, daß die entstehenden Reaktionsprodukte, insbesondere SiCl₄ und HCl, dann gasförmig entweichen. Die Konzentration des Chlorgases kann dabei im Einzelfall durch Zusatz eines Träger- oder Inertgases wie Stickstoff oder Argon eingestellt werden.
Die erläuterten Verfahren eignen sich im übrigen nicht nur zur Behandlung von keramischen Platten, sondern allgemein zur Erhöhung der Gaspermeabilität von Keramikkörpern, die beispielsweise im wesentlichen aus SiC, SiN, TiC, TiN, ZrO₂, Al₂O3 oder BN bestehen.
Zur Einstellung definierter Porositäten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind im Einzelfall, je nach Zusammensetzung des Keramikkörpers, vom Fachmann dazu einfache orientierende Vorversuche zur Ermittlung der jeweils geeigneten Verfahrensparameter vorzunehmen. Dabei führt eine Erhöhung der Konzentration der Reaktionslösung oder des Reaktionsgases, der Behandlungsdauer und der Behandlungstemperatur tendenziell zu einer Erhöhung der erzielten Porosität.
Die chemische Behandlungslösung kann im übrigen auch auf den Keramikkörper aufgesprüht werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Mehrlagen-Hybriden mit den Schritten – Bereitstellen von keramischen Setterplatten, die mit den folgenden Schritten vorbehandelt wurden: a) Behandlung mit einer 20–40% KOH Lösung b) Nachbehandlung mit einer HF-Lösung einer Konzentration von 35–65% oder einer Lösung aus einer Mischung von HF und NH₄F – Sintern und/oder Entbindern der Mehrlagen-Hybride mit Hilfe der Setterplatten unter axialem Druck in einer Heißpresse.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der keramischen Setterplatten mit der HF-Lösung oder der Lösung aus einer Mischung von HF und NH₄F mit einer gleichzeitigen Ultraschallbehandlung kombiniert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Behandlung und/oder die Temperatur der HF-Lösung oder der Lösung aus einer Mischung von HF und NH₄F verändert wird.