-
Verfahren zur Herstellung keramischer Erzeugnisse Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung keramischer Erzeugnisse, wie beispielsweise feuerfeste
Materialien, fein- und grobkeramische Produkte, elektro- und oxidkeramische Gegehstände.
-
bs ist bekannt, daß keramische Erzeugnisse nach der plastischen Formgebung,
dem Gießformverfahren, in Strangziehverfahren und durch Naßpressen plastischer tasse,
hergestellt werden können. Desweiteren kommt das Trockenpressen von keramischen,
plastischen rohstoffen in Granulatform sowohl auf der klassischen Trockenpreßbasis
als auch unter Anwendung der Erkenntnisse des isostatischen Pressens und des quasiisostatischen
Pressens zur anwendung. beim isostatischen Pressen wird der keramische Rohstoff
von einer abdichtenden Hülle umgeben, vornehmlich einer Gummiform, und dann in einen
mit einer Flüssigkeit gefüllten Hohlzylinder eingeführt, der von einem bruckstempel
verschlossen wird. Der Druckstempel überträgt einen Druck auf die Flüssigkeit und
damit von allen Seiten auf den zu pressenden keramischen Rohstoff. Beim quasiisostatischen
Pressen wird anstelle der Flüssigkeit und zugleich auca als abdichtende Hülle ein
Organogel oder Thermop@@st ver@endet. Diese Kunststoffe verhalten sich unter Druck
ähnlich einer Flüssigkeit hoher Viskosität und nehmen nach der Druckentlastung in
wesentlichen wieder ihre ursprüngliche Gestalt an, das heizt, der kunststoff dient
gleichzeitig als orm und als druckübertragendes Medium.
-
Bei der plastischen Formgebung, der Gießformgebung, dem @aßpressen
von plastischen lassen und den Strangziehen, beispielsweise von grobkeramischen
Erzeug@issen, wird das Phänomen der keramischen Plastizität und Verflüssigung keramischer
plastischer Rohstoffe ausgenutzt.
-
Da die Rohstoffe natürlich bedingte Schwankungen in den keramischen
Eigensc@aften besitzen, naben die keramische Plastizität und die keramische Verflüssigung
noch keine komplexe wissenschaftliche Durchdringung erfanren. Aus diesem Grunde
gibt es auch keine wissenschaftlich @egründete Technologie. Sie ist mit vielen Zufälligkeiten
und Sonwankungen behaftet, die eine perfekte Mechanisierung bzw. Autematisierung
verhindern. Bei der Gießformgebung ist die manuelle Tätigkeit vorherrschend. Sie
ist eine Technik geringer Arbeitsproduktivität. Einen guten Mechanisierungsgrad
hat die Plastische Formgebung erreicht, der allerdings mit nohem Grundnitte@-aufwand,
Materialeinsatz, Energie und Platzbedarf verbunden ist.
-
Zur weiteren Verarbeitung und zu einem brucharmen Transpork von, mittels
plastischer Formgebung, Gießformgebung. @a@-pressen plastischer Massen oder St@a@gzlehen
hergestellten keramischen Formlingen in den Nachfolgetachnologie@ müsseu diese zur
Erreichung einer Mindestfestigkeit getrocknet und oder verglünt werden. Die Trocknung
muß mit viel Enerige und einem hohen Zeit- bzw. platzbedarf sehr vorsichtig durchgeführt
werden, damit der Körper, ohne zu reißen, eine @@-grenzte Rohfestigkeit und Transportfänigkeit
erhalt. Die Rohfestigkeit ist eine entscheidende technologische Größe, die hauptsächlich
von den eingesetzten natärlichen plastischen Ronstoffen abhängt.
-
Die plastische Formgebung und das karamische Schlickergießen rufen
eine bevorzugte @usriontung der Teilchen h@@-vor. Diese Texturierung kann zu Span@ungen,
Deformation@@ und Rissen in keramischen Brand führen.
-
Beim Trockenpressen von keramischen Erzeugnissen aus einem preßfähigen
Granulat im Stahlmatrizenverfahren sind diese mängel weitestgehend zu beseitigen.
Der nachteil besteht jedoch in einem komplizierten, konturengerechten Dosieren des
Preßgranulates in der Preßform zur Erreichung einer gleichmäßigen Packungsdichte
des Preßlings. Dieses Vordosieren ird mit Dosierschablonen durchgeführt und ist
mit langen Anpassungs- und Umrüstungszeiten verbunden, die einen erhöhten Laschinenaufwand
nach sich ziehen und zu einer geringen froduktivität bei der Herstellung von komplizierten,
profilierten Artikeln führen.
-
Das klassische isostatische Preßverfahren gestattet es, aus einem
preßfähigen Granulat keramische Erzeugnisse mit geringer Feuchte, hoher und gleichmäßiger
Packungsdichte und hoher Rohfestigkeit herzustellen. ach diesem Verfahren können
kompliziert gestaltete Formkorper mit einem großen Längen-Durchmesser-Verhältnis
hergestellt werden. Nachteilig wirkt sich hier die umstänaliche Dosiermöglichkeit
des Granulats in die Gummiform, die schlechte automatisierbarkeit durch die ;otwenuigkeit
der Einführung der Preßform in den Druckbehälter, die hohen Preßdrücke, die relativ
langen Taktzeiten durch den Druckaufbau, die Haltezeit und die Druckentlastung,
die langen Entformungszeiten der Guzniform und die Tätigkeit der Hydraulik auf die
Produktivität des Verfahren aus.
-
Das quasi-isostatische Pressen ermöglicht weitestgehend den Einsatz
tratitioneller Trockenpressen auf der Säulen- bzw.
-
Drehtischbasis. Das Verfahren ist damit automatisierungsfreundlicher.
Die bisher bekannten Druckübertragungsmedien erfordern jedoch auf Grund ihrer Verflüssigung
unter Druck hohe Abdichtungs-Maßnahmen im Preß'erkzeug.
-
Die Taktzeiten können auf Grund der langsamen Rückverformung bei Druckentlastung
nicht ausreichend verkürzt werden.
-
Thermoplaste haben außerdem eine ungenügende Abriebfestigkeit und
einen relativ großen Rückverformungsrest (15 - 20 %), der einer Konturen- bzw. Formenstabilität
diametral entgegenwirkt.
-
Zweck der erfindung ist es, die bei der Formgebung von keramischen
Erzeugnissen bisher unvermeidbaren Schwankungen, Zufälligkeiten, maschinen- und
werkstoffseitigen Kompromisse auszuschalten und für die Formgebung eine sichere
wissenschaftlich begründete Technologie von hoher Produktivität bei geringem Grundmittelaufwand,
sowie Platz- und Energiebedarf zu schaffen und es dabei gleichzeitig zu ermöglichen,
Rohstoffe und Ausgangsmaterialien in solchen Qualitäten und Quantitäten einzusetzen,
die bei herkömmlichen Techniken schwer oder nicht anwendbar ain.d.
-
Der Erfindung liegt die Aufga@e zugrunde, keramische Erzeugnisse mittels
einer Preßtechnologie und nachfolgender Wärmebehandlung herzustellen, Erfindungsgemäß
wird bei der Formgebung keramischer Erzeugnisse auf der Grundlage der quasi-isostatischen
Preßtechnologie mindestens ein Preßstempel aus elastomerem Material, vorzugsweise
Polyurethan-Elastomer, eingesetzt oder mit einem Elastomerteil bestückt. Das Elastomer
verleiht dem Formling Profil und verteilt den druck während des Preßvorganges gleichmäßig
auf den Formling. Zum Einsatz kommen Polyurethan-Elastomere, aus denen die Teile
für die Preßstempel oder die Preßstempel kalt- oder heiß gehärtet hergestellt werden
und die eine Härte zwischen Shore A 300 bis 1000 aufweisen.
-
Durch den hohen Vernetzungsgrad dieser Elastomere kann das üerausquetschen
des Elastomers aus dem Preßwerkzeug vermieden werden. außerdem gestatten der hohe
Vernetzungsgrad der breite Bereich der Variabilität der Härte des Naterials sowie
der geringe Rückverformungsrest von ca.
-
2 - 4 % eine hohe Stoßelastizität, eine optimale Druckverteilung,
eine hohe Verschleißfestigkeit und eine gute Formen-und Nor.turenstabilität. Diese
Vorzüge ermöglichen en Einsatz von traditionellen Trockenpressen mit hohen Taktzeiten
ulld günstiger Ökonomie.
-
Die nach diesem Verfahren vorformten keramischen Erzeugnisse können
dann entweder einem Erstbrand unterzogen, glasiert und dann glattgebrannt oder vorgetrocknet,
glasiert und sofort glattgebrannt bzw. auch direkt ohne Glasiervorgang entweder
sofort oder mit Vorbrand oder mit Vortrocknung gesintert werden.
-
Die Erfindung soll nachstehend an vier Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden.
-
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: den 1: den Schnitt durch die
Preßform einer 16C-t-Presse mit Elastomerteil und Sprühgranulat zur Herstellung
eines Porzellantellers itic. 2: den Schnitt durch die Preßform einer 320-t-Presse
und Sprühgranulat zur herstellung einer 3-teiligen Menageplatte aus Porzellan Fig.
3: den Schnitt durch die Preßform einer 63-t-Presse und einem ff-Naterial zur Herstellung
eines ringförmigen Brennhilfsmittels mit Füßen.
-
Beispiel 1 Zur Herstellung eines Porzellantellers von 17 cin Durchmesser
in der Preßform einer 160-t-Presse nach Pig. 1 wird mit Hilfe des Füllschiebers
in den Matrizenrahmen (2) eine genau dosierte Masse von 160 g Porzellansprühgranulat
(3) von 6 ,o Feuchtigkeit dosiert. Als Preßunterstempel (5) wird ein auf eine Stahlplatte
mit Befestigung aufgeklebtes, heißgehärtetes Elastomerteil (4) aus Polyurethan mit
nachstehenden Eigenschaftswerten Shore Härte A 800 (TGL 14 365) Weiterreißfestigkeit
50 kp/cm (DIN 53 515) Stoßelastizität 30 % (TGL 24 415) Abrieb 60 mm3 (TGL 24 924)
benutzt.
-
Der Preßoberstempel (1) ist aus Stahl und wird auf 60 °C aufgeheizt.
Nach dem Füllvorgang erfolgt, wie beim Trockenpressen üblich, das Vorpressen des
Granulats it einem Vordruck von 200 kp/cm2. Der Hauptdruck beläuft sich dann auf
600 kp/cm2. Der gepreßte Teller hat eine konstante Pakcungsdichte von 180 + 0,06
g/cm3 in allen Bereichen des Scherbenquerschnittes und im keramischen Brand ein
gutes Standvermögen.
-
Beispiel 2 Zur Herstellung eines Porzellantellers von 17 cm ser in
einer 160-t-Presse wird mit Hilfe des Fülls@@iebere in den Matrizenrahmen (2) eine
genau dosierte Masse von 160 g Porzellansprühgrandlat (3) von 4 @ Feuchtigkeit d@-siert.
Als Preßunterstempel (5) wird ein auf eine Stahlplatte mit Befestigung aufgeklebtes,
kaltgehärtetes Elasto merteil (4) aus Polyurethan mit nachstehenden Eigenschafte@
@ore
Härte A 600 (TGL 14 365) Weiterreißfestigkeit 4,5 kp/cm (DIN 53 515) Stoßelastizität
49 Vo (TGL 24 415) Abrieb 350 mm3 (TGL 24 924) benutzt.
-
Der weitere Verfahrensablauf una die Gütewerte entsprechen dem Beispiel
1.
-
Beispiel 3 Zur herstellung einer 3-teiligen Menageplatte aus Porzellan
in der Preßform einer 320-t-Presse nach Fig. 2 wird mit Hilfe des Füllschiebers
in den Matrizenrahmen (2) von 200 x 300 mm eine genau dosierte Masse von 500 g Porzellansprühgranulat
(3) von 4 Vo Feuchtigkeit dosiert. Als Preßunterstempel (5) wird ein auf eine Stahlplatte
mit Befestigung aufgeklebtes, heißgehärtetes Elastomerteil (4) aus Polyurethan mit
nachstehenden Eigenschaftswerten Shore Härte A 850 (TGL 14 365) ieiterreißfestigkeit
50 kp/cm (DIN 53 515) Stoßelastizität 30 Y'o' (TGL 24 415) Abrieb 65 mm3 (TGL 24
924) benutzt.
-
Der Preßoberstempel ist wegen der starken Profilierung des Pormlings
ebenfalls aus einem elastischen Material.
-
Verwendet wurde ein heißgehärtetes Polyurethan-Elastomer mit folgenden
Eigenschaftswerten: Shore Härte A 600 (TGL 14 365) Weiterreißfestigkeit 15 kp/cm
(DIN 53 515) Abrieb 60 mm3 (TGL 24 924) Stoßelastizität 35 % (TGL 24 415)
Nach
dem Füllvorgang erfolgt das Verpressen des Granulates mit -einem Vordruck von 200
kp/cm2, dem ein Hauptdruck von 600 kp/cm2 folgte. Die gepreßte Platte hat eine konstante
Packungadichte von 180 # 0,05 g/cm3 in allen Bereichen des Scherbenquerschnittes.
-
Beispiel 4 Zur Herstellung eines Brennhilfsmittels in einer Preßform
einer 63-t-Presse nach Fig. 3, welches als Unterlage zum Glattbrennen von Porzellantassen
im Schnellbrandofen dient, wird mit Hilfe eines FUllschiebers in den Eatrizenrahmen
(2) eine genau dosierte Masse ff-Eaterial (6) von 4 % Feuchtigkeit und der Zusammensetzung
von 80 % Siliciumkarbid 20 % Ton Haselbach 4 % Sulfitablauge eingegeben, Der Preßunterstempel
(5) wird mit einem kaltgehärteten Elastomerteil (4) aus Polyurethan mit nachstehenden
Eigenschaften Shore Härte A 800 (TGL 14 365) Weiterreißfestigkeit 50 kp/cm (DIN
53 515) Stoßelastizität 30 Vo (TGL 24 415) Abrieb 60 mm3 (TGL 24 924) belegt.
-
Der Preßoberstempel (1) besteht aus Stahl und wird auf 60 °C aufgeheizt.
Das Verpressen des ff-Materials (6) erfolgt mit einer Preßkraft von 200 kp/cm2.
-
Das gepreßte Brennhilfsmittel mit einem Durchmesser von 100 mm hat
eine konstante Packungsdichte über dem Quersc1tnitt einschließlich des Fußes und
eine gute Haltbarkeit während des Schnellbrandes.
-
Das Elastomerteil (4) der Fig. 3 weist radiale keilförmige Vertiefungen
auf, in denen die Füße des ringförmigen Brnnhilfsmittels beim Pressen erzeugt werden
Beim Pressen eines solchen keramiachen Ringes bringt das Elastomerteil (4) nicht
nur den Vorteil der Möglichkeit des quasi-isostatischen Pressens, sondern auch den
des Volumenrückganges bei der Druckentlastung. Diese sehr geringe Volumenänderung
ist ausreichend, um den keramischen Ring ohne Haftschwierigkeiten vom Kern (7) des
Elastomerteiles (4) abzunehmen.