DE2012304B2 - Verfahren zum Herstellen farbiger keramischer Werkstücke - Google Patents

Verfahren zum Herstellen farbiger keramischer Werkstücke

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Description

Gemäß dem bekannten Verfahren zum Herstellen farbiger keramischer Werkstücke werden keramische Ausgangsmaterialien, beispielsweise Kaolin, Ton, Tonerde, Erdalkalikarbonate, Feldspat, Sand u. dgl. mit Schwermetalloxiden versetzt und dem weiteren üblichen Herstellungsgang für keramische Erzeugnisse, nämlich der Masseaufbereitung, der Formgebung, dem Brand und eventuellen Glasieren unterworfen. Ein besonderer Nachteil dieses Verfahrens ist, daß alle anderen keramischen Massen, die mit den gleichen Fertigungseinrichtungen in Kontakt kommen, verunreinigt werden. Auch sind nur bei größeren Ansätzen die üblichen Einrichtungen geeignet und die erforderlichen Aufwendungen wirtschaftlich tragbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, farbige keramische Werkstoffe unter Beibehaltung der übrigen Arbeitsgänge wie Masseaufbereitung und Formgebungsverfahren herzustellen ohne Verunreinigung der Fertigungseinrichtungen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach der Masseaufbereitung und Formgebung die durch einen Glühbrand in stark porösen Zustand übergeführten Formkörper in eine Lösung von mindestens einer löslichen, farbigen, anorganischen Metallverbindung getaucht werden, die gegebenenfalls erhitzt wird. Nach dem Tränken und Trocknen erfolgt der Brand wie bei ungefärbter Keramik.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist lediglich während des Brennvorganges eine Beeinträchtigung anderer keramischer Werkstücke möglich, die sich jedoch durch Verwendung von Brennkapseln oder getrennten Bränden beheben läßt. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft für farbige keramische Werkstücke
mit exsrem niedrige! Lichtdurchlässigkeit.
Der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche GlUhbrand wird vorzugsweise bei eienr Temperatur von 8ü() bis 1400° C "> durchgeführt. Geeignet sind auch Formteile, die im Rahmen der Fertigung bereits in direktem Anschluß an die Formgebung einer Verglühung unterworfen wurden. Eine solche Behandlung ist beispielsweise bei kleinen Bauteilen, wie sie für die moderne Elektro-
H) niktechnik benötigt werden, üblich, um den Teilen für die Behandlung vor dem Brennen eine größere Stabilität zu verleihen.
Nach dem Glühbrand, der nur geringe Kosten verursacht, ist der Formkörper im Gegensatz zu den frisch
ι > gepreßten Teilen stark porös. Als besonders vorteilhaft hat sich eine offene Porosität von 30-50% erwiesen.
Durch die Zusätze nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Sintertemperatur des keramischen
->« Erzeugnisses herabgesetzt. Dies kann auch durch lösliche Zusätze erreicht werden, die den Farbton nicht beeinflussen.
Beim Tauchen der porösen Teile in die Lösung der farbigen Metallverbindung können die Formkörper
2~) oberflächlich, insbesondere aber auch in ihrer gesamten Masse mit der Lösung der Metallverbindung, insbesondere der Schwermetallsalzlösung, getränkt und damit gefärbt werden. Die Ausfärbung ist homogen und von gleichmäßiger Farbtiefe. Zur Verstärkung der
jo Wirkung kann die Lösung der Metallverbindungen, insbesondere die Schwermetallsalzlösung erhitzt werden, und es kann auch Vakuum angewendet werden. Wenn erforderlich, kann die Tränkung auch unter längerem Sieden der Lösung durchgeführt werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Keramiken in praktisch allen Farbtönen, insbesondere auch in Tiefschwarz herstellbar. Mit den verfügbaren und im Handel erhältlichen löslichen anorganischen Metallverbindungen sind praktisch alle Farbtöne
to herstellbar. Meist werden anorganische Schwermetalloxide und lösliche Verbindungen der Metalle der Nebengruppen des Periodischen Systems der Elemente, insbesondere der IV. bis VIII. Nebengruppe, eingesetzt. Bevorzugt dienen handelsübliche Salze von Kobalt, Chrom, Mangan, Eisen und Titan in wäßriger Lösung.
Geeignete keramische Materialien sind Ton und Kaolin, beispielsweise Kaolinit, AI2O3-2SiO2-2H2O und Montmorillonit Al2O3-4SiO2-H2O, Tonerde Al2O3, Erdalkalikarbonate oder -oxide und Feldspat. Die Formgebung kann aus entweder einer feucht plastischen Masse, beispielsweise durch Abdrehen, Feuchtpressen, Naßpressen oder durch Trockenpressen erfolgen, auch Gießen unter Verwendung von Gießformen sowie Hubelbearbeitung kann durchgeführt werden, vor allen Dingen kann die Formgebung auch durch Strangpressen erfolgt sein.
Durch dieses neue Einarbeitungsverfahren von Farbstoff in keramische Werkstoffe ist lediglich wäh-
bo rend des Brennvorganges eine Beeinträchtigung anderer keramischer Werkstücke möglich. Dies läßt sich jedoch, falls erforderlich, leicht beheben durch getrennte Brände oder durch Verwendung von Brennkapseln.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können die verschiedensten gefärbten keramischen Bauteile, insbesondere kleine Bauteile für die Elektroniktechnik hergestellt werden, vor allem Gehäuse für inte-
grierte Schaltungen. Auch schwarze Gehäusedeckel für Flachgehäuse mit äußerst niedriger Lichtdurchlässigkeit sind einwandfrei herstellbar, wodurch oft erst der praktische Einsatz möglich ist.
Die nachstehenden Beispiele sollen die Erfindung > näher erläutern.
Beispiel 1
Aluminiumoxidkeramik mit 97,5% AI2O3 vorgeglüht bei 1000° C wurde in eine wäßrige Lösung ge- i<) taucht, die auf 10Ü ml Wasser
6,6 g Eisenchlorid
0,4 g Chromsäureanhydrid
7,6 g Kobaltacetat und
4.8 g Mangannitrat r> enthält. Nach dem Trocknen bei 110° C wurde der Formkörper bei 1800° C in oxydierender bzw. neutraler Atmosphäre gebrannt. Die schwarz gefärbten Körper zeichneten sich durch eine hohe Festigkeit aus.
Beispiel 2
Aluminiumoxidkeramik mit 97,5% Al2O3 vorgeglüht bei 1000 ° C wurde in eine Lösung getaucht, die auf 100 ml Wasser
5.9 g Eisenchlorid
20 0,4 g Chromsäureanhydrid
8,1 g Kobaltacetat
4,9 g Mangannitrat
1,1 g Titanylsulfat
enthält. Nach dem Trocknen wurde der Formkörper gebrannt. Die schwarz gefärbten Körper zeichneten sich dadurch aus, daß infolge des Titangehaltes bei einem nachfolgenden Brand in reduzierender Atmosphäre bei 850° C die Schwarzfärbung noch verstärkt wurde.
Beispiel 3
Porzellan wurde bei 800° C verglüht und in eine 15%ige Kobaltnitratlösung getaucht. Nach dem Brand bei 1350° C zeichnete sich diese Keramik durch intensiven Blaufarbton aus.
Beispiel 4
Steatit wurde bei 900° C verglüht und in eine Lösung getaucht, die auf 100 ml Wasser 13,5 g Eisenchlorid
2,5 g Chromsäureanhydrid
7,3 g Kobaltnitrat
enthält. Nach dem Brand bei 1300° C zeichneten sich die Körper durch eine grünbraune Färbung aus.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen farbiger keramischer Werkstücke, insbesondere elektrischer Bauteile, aus keramischem Ausgangsmaterial durch Masseaufbereitung, Formgebung, Trocknung, Anfärben mit anorganischen Metallverbindungen und Brennen, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Masseaufbereitung und Formgebung die durch einen Glühbrand in stark porösen Zustand übergeführten Formkörper in eine Lösung von mindestens einer löslichen, farbigen, anorganischen Metallverbindung getaucht werden, die gegebenenfalls erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühbrand bei einer zwischen 800 und 1400° C liegenden Temperatur durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung längere Zeit bis zum Siedepunkt erhitzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchen im Vakuum durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß lösliche Verbindungen der Metalle der Nebengruppen des Periodischen Systems der Elemente, insbesondere der IV. bis VIII. Nebengruppe, verwendet werden.
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