DE2258285A1

DE2258285A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING CERAMIC PRODUCTS AND DIMENSIONS

Info

Publication number: DE2258285A1
Application number: DE19722258285
Authority: DE
Inventors: Vito D Elarde
Original assignee: Buckbee Mears Co
Current assignee: Buckbee Mears Co
Priority date: 1972-01-19
Filing date: 1972-11-29
Publication date: 1973-07-26
Also published as: JPS4879812A; BE791380A; IT972695B; NL7300570A; FR2168288A1; CA970140A; GB1397802A

Description

Patentanwalt Dipl.-Ing. Erich WeintraudPatent attorney Dipl.-Ing. Erich Weintraud

Frankfurt 1, Mainzer Landstr. 128-146, PostfachFrankfurt 1, Mainzer Landstr. 128-146, P.O. Box

Anm.: Buckbee-Mears Company, St. Paul, Minnesota USANote: Buckbee-Mears Company, St. Paul, Minnesota USA

Verfahren zum Herstellen von Keramikerzeugnissen undProcess for the manufacture of ceramic products and

-massen- masses

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Keramikerzeugnissen und Keramikmassen, die die während der Umformung am Keramikerzeugnis auftretende Schrumpfung unter Verwendung von feinstg'emahlener Tonerde und eines besonderen Flußmittels wesentlich vermindert, das augenscheinlich mit den Tonerdehydraten oder Aluminiumoxiden reagiert, um das Wiedernachwachsen des Keramikärtikels zu gewährleisten..The invention relates to a method for producing ceramic products and ceramic masses, which during The shrinkage that occurs on the ceramic product after forming using finely ground alumina and a special flux, which apparently with the alumina hydrates or aluminum oxides, is significantly reduced reacts to ensure the re-growth of the ceramic part.

Bei der Herstellung von Keramikerzeugnissen besteht heutzutage ein Problem, Keramikerzeugnisse von hoher Festigkeit aufgrund der durch die Verdichtung während des Brennvorganges hervorgerufenen Schrumpfung nur unter großen Schwierigkeiten mit genauea Endabmessungen erzeugenThere is a problem in the manufacture of ceramic products today, ceramic products of high strength due to the shrinkage caused by the compression during the firing process only below create great difficulty with accurate final dimensions

309830/0809'309830/0809 '

zu können. Bei sehr vielen Artikeln kann dieser Gehwund hingenommen werden; jedoch v/erden auch hochwiderstandsfähige Keramikerzeugnisse für elektrische und mechanische Pr'izisionsteile gebraucht, von denen eine hohe Genauigkeit in der Endabraessung gefordert wird. Einer der al3 Keramikwerkstoffe zur Herstellung von hochfesten Keramikerzeugnissen verwendeten Stoffe ist Tonerde. Obgleich jedoch die Tonerde eine hohe Festigkeit aufweist, ist es dennoch schwierig, aus Tonerde einen Präzisionsartikel zu fertigen, weil durch die übermäßige Porosität ein betrachtlicher Schwund auftritt. So ißt es nicht ungewöhnlich, daß sich z.B. bei einer Keramikmasse von hoher Aluminiumoxidkonzentrution während des Sinterns ein Schwund von 15 bis 2o % ergibt. Demzufolge wurden auch verschiedene Techniken und Zusammensetzungen verwendet, um die Endabmessung eines Keramikartikels in genauen Grenzen zu halten. Ein derartiges Verfahren wurde in der US-Patentschrift 3 5^9 393 offenbart.to be able to. This walking wound can be accepted with a large number of articles; however, highly resistant ceramic products are also needed for electrical and mechanical precision parts, of which a high degree of accuracy is required in the final dimensioning. One of al3 ceramic materials for the production of high-strength ceramic products materials used is clay. However, although the alumina has high strength, it is difficult to manufacture a precision article from alumina because of the considerable shrinkage caused by the excessive porosity. It is not uncommon, for example, for a ceramic mass with a high concentration of aluminum oxide to have a shrinkage of 15 to 20 % during sintering. Accordingly, various techniques and compositions have also been used to keep the final dimensions of a ceramic article within precise limits. Such a method has been disclosed in the US Patent 3 5 ^ 9 393rd

Kurz gesagt, besteht die Erfindung in der Entdeckung, daß bestimmte Zusammensetzungen aus superfein gemahlener Tonerde und einem Glassatzflußmittel während des Brennens beim Keramikerzeugnis eine steuerbare 7/iederzunahrae des Volumens hervorrufen, so daß die Verwendung von hochfester, feinr.tgemahlener Tonerde für derartige Artikel {rogeben ist, an die hohe Präziaionsanforderungen gestellt werden.In short, the invention consists in the discovery that certain compositions are made from superfine ground Alumina and a glass flux during the firing of the ceramic product a controllable 7 / iederzunahrae of the volume, so that the use of high-strength, finely ground alumina for such Article is given to the high precision requirements be asked.

309830/0809309830/0809

285285

In dem "bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein formbares Gemisch aus pulverisierten Keramik-In the "preferred embodiment of the invention a malleable mixture of powdered ceramic

bestandteilen mit einem geeigneten Bindemittel gebildet, so daß das Gemisch geformt oder sonstwie nach der gleichen Art wie Kunststoff gepreßt oder gestaltet werden kann, iüs fällt jedoch jegliche Mischung des Bindemittels und Keramikpulvers in den Kahraen der Erfindung, und der größte Teil das Formstoffes kann hierbei pulverförmig oder zu Körnern pelletisiert sein. Die beiden wesentlichen Ingredienzien der Erfindung sind ein Flußmittel und feinstgemahlene Tonerde, die Teilchen von ca. 2 Mikrometer oder weniger aufweist. Der erfindungsgemäße Anteil der feinstgemahlenen Tonerde reicht von 21 bis 55 Gewichtsprozent und hat zu zufriedenstellenden Ergebnissen geführt. Der feinstgemahlenen Tonerde wurde ein Schmelz- oder Glassatzflußmittel zugegeben, das unter dem Warenzeichen 63o Flux im Handel von der Firma 0. Hommel Co. erhältlich ist. Normalerweise werden 27 bis 4-1 Gewichtsprozent des Flußmittels der feinstgemahlenen Tonerde beigegeben. Innerhalb beider Bereiche dürfte die optimale Zusammensetzung bei annähernd 5o Gewichtsprozent feinstgemahlene Tonerde und bei 4o Gewichtsprozent 63o Flux liegen. Obgleich die genaue Zusammensetzung des Flußmittels Flux 63o nicht bekannt ist, gibt die Firma' O. Hommel Go. die chemischen Bestandteile wie folgt an:components formed with a suitable binder, so that the mixture can be shaped or otherwise pressed or shaped in the same way as plastic can, however, any mixture of the binder falls and ceramic powder in the kahraen of invention, and most of the molding material can be in powder form or pelletized into grains. The two essential ingredients of the invention are a flux and micronized alumina having particles of about 2 microns or less. The inventive The proportion of finely ground alumina ranges from 21 to 55 percent by weight and gives satisfactory results guided. A melting or glassware flux was added to the finely ground alumina the trademark 63o Flux is commercially available from 0. Hommel Co. Usually 27 to 4-1 percent by weight of the flux is added to the finely ground alumina. Within both areas, the optimal composition at approximately 50 percent by weight finely ground clay and at 4o weight percent 63o Flux lie. Although the exact composition of the flux Flux 63o is not known, the company gives' O. Hommel Go. the chemical components as follows:

30S830/080930S830 / 0809

κ₂οκ ₂ ο 3,143.14 SrOSrO Na₂ONa ₂ O 1,811.81 Al₂OAl ₂ O CaOCaO 11,o611, o6 B₂O₃ B ₂ O ₃ MgOMgO o,59o, 59 SiO₂ SiO ₂ BaOBaO o,29o, 29

0,590.59

5,125.12

9,129.12

6o,286o, 28

Während es bisher noch nicht klar ist, wie 63o Flux und die feinstgemahlene Tonerde miteinander reagieren, um die Volumenzunahme zu bewirken, noch feststeht, was für Oxide im Flußmittel erforderlich sind, hat sich doch herausgestellt, daß bei Verwendung von Tafeltonerde oder normaler Tonerde das Phänomen des wiedernachwachsens, d.h. der wieder eintretenden Volumenzunahme nicht auftritt. Gleichermaßen kommt kein V/iedernachwachsen zustande, wenn Zirkoneilikat oder andere Keramikpulver verwendet werden. Auch v/eisen andere erhältliche Flußmittel dieses Phänomen nicht auf, wenn sie mit feinstgemahlener Tonerde verwendet werden. Zusätzlich zur feinstgemahlenen Tonerde und dem Glassatzflußmittel werden erfindungsgemäß noch geringere Mengen von thermoplastischen Harzen wie Silikon- oder Hienolharze verwendet. Wie aus den nachstehenden Angaben zu entnehmen ist, führt die Verwendung eines Silikonharzes in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung allein zum wieder einsetzenden Volumenzuwachs.While it's not yet clear how 63o Flux and the finely ground alumina react with each other to cause the increase in volume, yet it is clear what for Oxides are required in the flux, it has been found that when using table clay or normal clay the phenomenon of regrowth, i.e. the re-occurring increase in volume does not occur. Likewise, no regrowth occurs if zirconia or other ceramic powders are used. There are also other fluxes available this phenomenon does not occur when used with finely ground clay. In addition to the finest ground According to the invention, even smaller amounts of thermoplastic clay and the glass ware flux are used Resins such as silicone or hienol resins are used. As can be seen from the following information, leads the use of a silicone resin in the composition according to the invention solely for re-establishing Increase in volume.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sind einige typische Teotorgebnisse tabellarisch mit unterschiedlichen 303830/0809 For a better understanding of the invention, some typical tee results are tabulated with different 303830/0809

Zusammensetzungen aufgeführt, bei denen die dem Bindestrich vqrangtehenden Ziffern die jeweiligen Gewicb.tsprosEente angeben. In «jedem Einzelfall wies der geformte Prüfkörper eine Länge von 5»o8 cm auf, wobei die Endabmeesung, wenn nicht anders angegeben, nach dem Sintern bei einer Temperatur von annähernd 12oo° G genommen wurdeCompositions are listed in which the numbers preceding the hyphen indicate the respective weight. In each individual case, the molded test specimen had a length of 5-08 cm, the final dimension, unless otherwise stated, being taken after sintering at a temperature of approximately 1200 ° G

3241 3242 3243 32443241 3242 3243 3244

15—6o1q15-6o1q 15-601815-6018 I5-60I8I5-60I8 15-601815-6018 55—Al555-Al5 6O-A156O-A15 54-AI554-AI5 70-AI570-AI5 ^5-63o^ 5-63o 5o—63ο5o-63ο 25-63025-630 20-63020-630 2-G.S,2-G.S, O' /"* O
£-—Lr* ö#O '/ "* O
£ -—Lr * ö # 2-G.S.2-G.S. 2-CS.2-CS. 2—Ii # G·2 — Ii # G · 2-L, G,2-L, G, 2—L.O,2-L.O, 2-1,,G.2-1,, G.

Endabmessung 4.983 cm 4,98o cm 4,958 cm 4,937 cmFinal dimension 4983 cm 4.98o cm 4.958 cm 4.937 cm

•• 3115 ·3115 12-60I8
3-751
50TAI5
4o^63o
2-G, S.
1-L,C.12-60I8
3-751
50TAI5
4o ^ 63o
2-G, S.
1-L, C. EndabmessungFinal dimension 14-R64
4Q-152
2-G.S.
2-L.G,14-R64
4Q-152
2-GS
2-LG, 5.036 cm5,036 cm 5,031 cm5.031 cm 31853185 31843184 14-R64
4o-63o
4q^A15
2-C,S,
2-L,G.14-R64
4o-63o
4q ^ A15
2-C, S,
2-L, G. EndabmessungFinal dimension 14-H6414-H64 4,935 cm4.935 cm 2-G.S,
2-Ii.G*2-GS,
2-Ii.G * 31883188 4,795 cm4.795 cm I4-60I8I4-60I8 2-G,S.2-G, S. EndabmeeeungFinal approval 4,767 c,4,767 c,

309830/0809309830/0809

3ooo 27o93ooo 27o9

14-R64 14-R64 I00-AI5 80-15214-R64 14-R64 I00-AI5 80-152

2-rC.S. 1-G.S.2-rC.S. 1-G.S.

1-H. Wachs1-H. wax

Endabmessung (12oo° G)Final dimension (12oo ° G)

4,942 cm 4.992 cm Endabmeasung (148o° C)4.942 cm 4.992 cm final dimensions (148o ° C)

4.693 cm 4.7o4 cm4.693 cm 4.7o4 cm

Die in den Formeln der verschiedenen ZuEammensetaungen verwendeten Symbole stellen folgende Stoffe dar:The ones in the formulas of the various combinations The symbols used represent the following substances:

- Bestandteil nach der eingangs angegebenen Zusammensetzung. Er ist ein plassatzartiges Flußmittel, das im Handel von der Firma 0. Hommel Co., Pittsburg/Pennsylvanien, USA, bezogen werden kann.- Component according to the composition specified at the beginning. It is a place-like flux that is commercially available from the company 0. Hommel Co., Pittsburg / Pennsylvania, USA, can be obtained.

L.C. - Bestandteil aus Bleikarbonat (PbCOx), erhältlich von National Lead Cp. TAM Division, New York/N.Y., USA. är dient als Katalysator für das Silikonharz R 64.LC - Lead Carbonate (PbCOx) component available from National Lead Cp. TAM Division, New York / NY, USA. är serves as a catalyst for the silicone resin R 64.

CS. - Bestandteil ist Kalziumstearat CaCC^oHxcOp)^» das im Handel von der Los Angeles Chemical Co,, South Gate/Calif., USA, bezogen werden kann. Dieser Zusatz unterstützt den Fluß und verhindert, d«ü 4er lerainikartikel in der Form haftenbleibt. 309830/0109 CS. - The component is calcium stearate CaCC ^ oHxcOp) ^ »which can be obtained commercially from the Los Angeles Chemical Co., South Gate / Calif., USA. This addition supports the flow and prevents the lerainic article from sticking in the form . 309830/0109

H. Wachs ist ein ¹¹G"-Type Puderwach§■*und kann von der American Hoechst Corporation of Mountainside, New/ Jersey, USA. bezogen werden. Es 'kann jedoch ein beliebiges Naturwachs tierischer, pflanzlicher oder mineralischer Herkunft gleichermaßen wie synthetische vVachse verwendet werden.H. Wax is an ¹¹ G "type powder wax * and can be obtained from the American Hoechst Corporation of Mountainside, New / Jersey, USA. Any natural wax of animal, vegetable or mineral origin as well as synthetic waxes can be used be used.

Die thermoplastischen Harze können erfindungsgemäß entweder ein Phenol- oder ein Silikolharz sein. Im Handel erhältlich sind zwei Silikonherze , und zwar R 64 von der Union Garbide Corp. und 6o18 von der Dow Corning.The thermoplastic resins can be used in the present invention be either a phenolic or a silicone resin. Two silicone hearts are available in stores , namely R 64 from Union Garbide Corp. and 6o18 from Dow Corning.

Die feinstgemahlene Tonerde (Al₂O,) kann von der Aluminium Company (1-52) bezogen werden.The finely ground alumina (Al ₂ O,) can be obtained from the Aluminum Company (1-52).

ist ein Phenolharz, das im Handel von der Monsanto Corporation bezogen werden kann.is a phenolic resin commercially available from Monsanto Corporation.

Für die Veranschaulichung des Phänomens des wiedereinsetzenden Volumenzuwachses, das sich durch die Zusammenstellung von 63o Flux und der feinstgemahlenen Tonerde einstellte, wurden typische Beispiele, Formeln oder Zusammensetzungen gewähl.t,, die durch vierstellige Ziffern gekennzeichnet ßind. Somit zeigen die Formeln 3241, 3242, 3243, 3244 un;d 3291. abnehmende Wirkung des FlußmittelsFor the illustration of the phenomenon of the recurrent increase in volume, which is caused by the composition of 63o Flux and the finest ground clay set, were typical examples, formulas or compositions selected, which are identified by four-digit numbers. Thus, the formulas 3241, 3242, 3243, 3244 and 3291. Decreasing effect of the flux

309830/0809309830/0809

63o im Verhältnis zur feinstgemahlenen Tonerde. Von diesen einzelnen Formeln zeigen 324-3 und 3244, wenn überhaupt, nur geringfügige Nachwuchstendenz, was sich aus den Endabmessungen ergibt, die innerhalb von 2 % der Endabmessung liegen, wobei die Formel 3291 bei o,9 % der Bildabmessung lag.63o in relation to finely ground clay. Of these individual formulas, 324-3 and 3244 show little, if any, offspring tendency, which results from the final dimensions being within 2% of the final dimension, with Formula 3291 being 0.9% of the image dimension.

Die Formeln 3115 und 3185 stellen typische Beispiele felnetgemahlener Tonerde (A 15 und 152) in Kombination mit dem Flußmittel 63o dar. Es hat sich bei diesen Zusammensetzungen herausgestellt, daß sich ein allmähliches Anwachsen des Erzeugnisses einstellte, wenn das Gemisch bei fortwährend ansteigenden Temperaturen gebrannt wurde. Die Fcrmel 3115 wurde bis auf 123o G und die Formel 3185 nur bis zu einer Temperatur von 1o35° C angeheizt.Formulas 3115 and 3185 are typical examples fluffy alumina (A 15 and 152) in combination with the flux 63o. It has proven itself with these compositions found that there was a gradual growth of the product when the Mixture was fired at continuously increasing temperatures. The formula 3115 was down to 123o G and the formula 3185 only up to a temperature of 1035 ° C fueled.

Zur Darlegung der Wirkungsweise der feinstgemahlenen Tonerde gegenüber Tafeltonerde oder grober Tonerde wurden die Probeformeln 3184 und 3188 in der Zusammenstellung von Tafeltonerde und Flußmittel 63o präpariert, die dann beide bei einer Temperatur von 982° G und darüber gebrannt wurden, jedoch keine Nachwuchserscheinungen zeigten.To demonstrate the mode of action of the finely ground clay compared to table clay or coarse clay were the sample formulas 3184 and 3188 in the compilation prepared by table clay and flux 63o, the then both were fired at a temperature of 982 ° G and above, but no offspring showed.

Ein weiterer Aepekt der Erfindung ergab sich bei den Formeln 3ooo und 2?o9, die feinstgemahlene TonerdeAnother Aepekt of the invention resulted in the Formulas 3ooo and 2? O9, the finely ground clay

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A15 und 152 enthielten, wenn diese bei einer Temperatur von 12o5° C und 148o° C gebrannt wurden. Bei diesen Brenntemperaturen stellte sich eine geringfügige Abnahme in der Gesamtabmessung des JSrzeugnisses ein, was andeutet, daß die optimale Brenntemperatur bei ungefähr 12o5° C liegt.A15 and 152 contained when these at a temperature between 12o5 ° C and 148o ° C. With these Firing temperatures there was a slight decrease in the overall dimensions of the product indicates that the optimum firing temperature is around 125 ° C.

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Claims

PATENT CLAIMS

1. Process for the manufacture of precision products made of ceramics, characterized by mixing about 21 to 55 percent by weight of finely ground clay with about 27 to 41 percent by weight a flux containing potassium oxide, sodium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, barium oxide, Contains strontium oxide, aluminum oxide, boron oxide and silicon oxide, and a complementary remainder of one in heat hardening resin and a solvent and by sintering the mixture at a temperature of approximately 12o5 ° C.

2. The method according to claim 1, characterized in that the mixture is about 5o weight percent finely ground Has alumina and about 40 percent by weight of the flux.

3 · The mixture created according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the in, '/ poor curing resin a Silicone resin is.

4. Gemioch according to claim 3, characterized in that the finely ground alumina particles are less than 2 micrometers lying mean through-meter.

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