DE3120152C2 - Verfahren zur Herstellung von keramischen ovalen Besteckgriffen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von keramischen ovalen Besteckgriffen

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Abstract

Keramische Besteckgriffe aus Hartporzellan, Aluminium oxid, Siliziumcarbid und Titandioxid mit einer zentralen Bohrung zur Aufnahme des Heftes, wobei die Oberfläche des Besteckgriffes mit einem geprägten Relief versehen ist. Solche Besteckgriffe erhält man, indem man die keramischen Rohstoffe mit einem thermoplastischen Plastifizierungsmittel versetzt und zu Rohlingen bei 90 bis 150 ° C verformt. Diese Rohlinge erhalten dann mittels einer Prägevorrichtung das entsprechende Oberflächenprofil. Ein solches Verfahren ist besonders für ovale Besteckgriffe geeignet oder bei denen die zentrale Bohrung mit einem keramischen Schraubgewinde versehen werden soll.

Description

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Plastifizierungsmittel aus 20 bis 45 Gew.-96 Thermoplasten und 55 bis 80 Gew.-96 paraffinähnlichem Gleitmittel bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geprägte Oberfläche nach dem Brand poliert oder mit einer Deckschicht versehen wird..
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als keramische Masse Hartporzellan verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Massen 92 bis 99,5 Gew.-% Aluminiumoxid enthalten.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als keramische Masse mit Silicium infiltriertes Siliciumcarbid verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß keramische Massen auf der Basis von Titandioxid verwendet werden.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von keramischen ovalen Besteckgriffen mit einer zentralen Bohrung zur Aufnahme des Heftes, bei dem ein Gemisch aus keramischen Pulvern und einem thermoplastischen Binder zu einem Rohling geformt wird, in einem Vorbrand die organischen Bindemittel ausgeheizt werden und in einem nachfolgenden Sinterbrand die keramischen Besteckgriffe erhalten werden.
Keramische runde Besteckgriffe, zum Beispiel aus Hartporzellan, sind bekannt, wie aus der DE-GM 01 780 hervorgeht. Solche Besteckgriffe werden meist nach dem SchJickergießverfahren In Gipsform oder durch Strangziehen erzeugt. Häufig besteht aber aus gestalterischen Gründen der Wunsch, solche Besteckgriffe mit einem bestimmten Oberflächenprofil zu versehen. Im allgemeinen geschieht dies, indem man keramische Massen durch Pressen oder mittels Profilwalzen verformt. Solche Verfahren werden in der DE-PS 19 60 638 und in der DE-OS 24 32 031 beschrieben. Im letzteren Fall lassen sich aber nur zur Längsachse parallel verlaufende Profilierungen herstellen. Komplizierte Muster, wie z. B. punktförmlge Vertiefungen auf ovalen Grundkörpern können mit diesem Verfahren jedoch nur schwer oder gar nicht erzeugt werden, so daß man entweder das Gießverfahren oder das Spritzgießverfahren anwenden muß. Beide Verfahren haben jedoch Nachteile, so wird zum Beispiel die Anzahl der Glpsabformungen durch die relativ schnelle Abnutzung begrenzt, wodurch auch eine Verschlechterung der Oberflächen-Profllgenauigkeit eintritt. Beim Spritzgießverfahren ergeben sich sehr teure Stahlformen für die entsprechende Matrize.
Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art für die Herstellung von keramischen ovalen Besteckgriffen verfügbar zu machen, bei dem gleichzeitig durch eine einfache und wirtschaftliche Methode eine dekorative Oberfläche erzeugt wird.
Die Aufgabe wird durch die aufgeführten Merkmale im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches gelöst. Das Relief auf der Oberfläche des ungebrannten, ovalen Besteckgriffes wird dabei durch thermoplastisches Prägen erzeugt. Die Vorrichtungen hierfür sind von einfacher Art. Als Plastifizierungsmittel eignen sich ein Gemisch aus 20 bis 45 Gew.-% Thermoplasten und 55 bis 80 Gew.-96 paraffinähnlichen Gleitmitteln. Der ungeprägte Rohling kann nach dem Brand poliert oder glasiert werden bzw. teilweise oder ganz metallisiert werden. Aus Gründen der Festigkeit, der Farbe und des Dekors werden als keramische Werkstoffe Hartporzellan, insbesondere aber Aluminiumoxid, mit Silicium infiltriertes Siliciumcarbid und Titandioxid verwendet.
Ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung solcher dekorativen Oberflächen auf ovalen Besteckgriffen durch Prägen ergibt sich, indem man die keramischen Rohstoffe in Pulverform gut durchmischt und falls notwendig, trocknet. Anschließend werden 100 Gew.-96 der keramischen Masse in Pulverform mit 15 bis 25 Gew.-96 eines rückstandslos verbrennbaren thermoplastischen Plastifizierungsmittel versetzt, das 12 bis 18 Gew.-96 Binder und 3 bis 7 Gew.-96 Gleitmittel enthält. Es folgt die plastische Formgebung zu Rohlingen mit ovalem Querschnitt bei 90 bis 150° C mittels eines Extruders, wobei unter Berücksichtigung der werkstoff typischen Brennschwlndung die Querschnittsmaße und die Längsbohrung ausgelegt werden. Die Rohlinge werden dann in Abschnitte einer gewünschten Länge geschnitten und mittels einer Kunststoffmatrize bei 60 bis 80° C überprägt und unmittelbar danach entformt. Es bieten sich dann die üblichen Arbeitsvorgänge wie das Ausheizen des temporären Bindemittels bis ca. 300° C an; eventuell ist auch noch ein Entgraten der Rohlinge notwendig sowie das Brennen zwischen 1350 und 1550° C. Letzten Endes kann sich noch eine Oberflächen- bzw. Nachbearbeitung als notwendig erweisen.
Das Extrudieren und nachfolgende Überprägen erfordert für die pulverförmigen keramischen Rohstoffe ein Plastifizierungsmittel, das eine Reihe von Anforderungen genügen· muß, die in dieser Kombination von bisher bekannten Plastiflzierungsmitteln nicht erfüllt werden. Diese besonderen, durch das Plastifizierungsmittel bestimmten Eigenschaften der Masse sind Extrudierbar-
keit, Formstabilität und Festigkeit des Extrudats. Die plastischen Eigenschaften der Rohlinge sollen nach Zwischenlagerung für das Überprägen schnell wiederherzustellen sein. Das Plastifizierungsmittel darf auch kein Kleben in der Prägeform verursachen. Nach der endgültigen Formgebung sollen die plastiflzierenden Hilfsstoffe rückstandslos ausbrennbar sein, ohne daß am Formkörper Deformationen oder Risse auftreten.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Besteckgriffes geschieht durch die Verwendung von thermoplastischen Hilfsstoffen, die aus einem Gemisch von 20 bis 45 Gew.- % Thermoplast, wie zum Beispiel Polystyrol oder Polyvinylbutyral mit Weichmachern, und 55 bis 80 Gew.-96 Paraffin mit verschiedenen Wachsen und Ölen bestehen, wobei die erstgenannte Komponente die Funktion eines festigkeitssteigernden Bindemittels hat, während die zweite Komponentengruppe hauptsächlich die Extrudierbarkeit bewirkt und auf ein gutes Ausbrennverhalten abgestimmt 1st.
Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens gegenüber dem Gießverfahren in Gipsform bestehen in einer erheblichen Verschleißbeständigkeit des Formenmaterials. Dadurch werden mit einer Form sehr hohe Stückzahlen mit gleichbleibend hoher Abbildungsschärfe und Oberflächengüte erzielt. Auch kann die zentrale Bohrung zur Aufnahme des Heftes unabhängig vom Außenprofil, je nach Erfordernissen rund oder eckig mit beliebig wählbaren Durchmesser gestaltet werden, während mit dem Schlickergießverfahren im allgemeinen nur Formteile mit gleicher Wandstärke erhalten werden und der Hohlraum den Außenkonturen dabei sehr ähnlich ist.
Außerdem ergibt sich die Möglichkeit, die Innenkontur mit einem bestimmten Profil zu versehen, zum Beispiel mit einem Schraubgewinde. Dies ist insbesondere vorteilhaft für die Verbindung mit dem metallischen Teil des Besteckes.
Schließlich sei darauf hingewiesen, daß das beschriebene Prägeverfahren sich insbesondere gut für die Automation eignet; das Werkzeug wird dabei mit manuellen oder automatischen Preßvorrichtungen betätigt. Dieses to Prinzip kann auch vorteilhaft auf Mehrfachformen übertragen werden.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung die eine perspektivische Darstellung der Prägevorrichtung mit dem keramischen Rohling zeigt, im einzelnen beschrieben.
Die in der Zeichnung dargestellte Prägeform, bestehend aus dem Oberteil 4 und dem Unterteil 5, ist aus Epoxidharz mit beliebig strukturierter, aber nicht hinterschntttener Oberfläche hergestellt. Der Durchmesser des keramischen Rohlings 1 ist dabei um etwa 1% größer als die gewünschte Grünabmessung des geprägten Teils. Die auf Länge geschnittenen Rohlinge werden dann mit Hilfe einer Achse 3, die ein geringes Spiel in der zentralen Bohrung 6 des keramischen Rohlings 1 aufweist, in einem Trockenschrank vorgewärmt. Dieser Vorgang dauert ca. 2 Stunden. Der vorgewärmte Rohling wird dann in die Prägeform 4, 5 eingelegt und mit Hilfe eines Preßstempels wird das Profil 2 der Besteckgriffe geprägt und mittels der Metallachse 3 aus der Form 4, 5 entnommen. Die Achse 3 darf erst nach dem Erkalten des .keramischen Rohlings entfernt werden.
Der ovale Besteckgriff wird durch das eingangs beschriebene Verfahren erhalten, indem die keramischen Rohstoffe auf Silikat-, Oxid- und Carbidbasis mit entsprechenden Zusätzen in einer Trommelmühle gemischt und anschließend getrocknet werden. Die Aufbereitung der extrudier- und prägbaren keramischen Masse geschieht in einem heizbaren Knetmischer, in dem der anorganische Teil des Versatzes mit den zur Schmelze gebrachten organischen Komponenten bei der Schmelztemperatur der Plastifizierungsmittel intensiv miteinander vermischt werden. Die so erhaltene, abgekühlte Masse ist thermoplastisch extrudierfähig, d. h. sie kann mit beheizbaren Strangpressen zu Rohlingen mit dem gewünschten Querschnittsprofil gezogen werden.
Das Prägen der stranggezogenen, auf eine bestimmte Länge geschnittenen Rohlinge erfolgt nach deren Vorerwärmung auf 60 bis 8O0C, wodurch der plastische Zustand in einem für das Prägen ausreichenden Maße wiederhergestellt wird. Zur Erhaltung des Innenprofils bzw. zur Erzeugung eines bestimmten Innenprofils beim Prägen, z. B. eines Gewindes, wird zuvor eine entsprechende Achse in die zentrale Bohrung des Rohlings eingelegt und nach dem Prägen und Erkalten wieder entfernt.
Bevor die geformten Teile dem Sinterbrand zugeführt werden, erfolgt noch ein langsamer, auf die Schmelz-, Verdampfungs- und Zersetzungspunkte der einzelnen organischen Komponenten abgestimmter Ausheizbrand bis ca. 300° C. Die weiteren Arbeitsgänge nach dem Sintern, wie zum Beispiel Schneiden, Polieren, Metallisieren usw. sind konventioneller Art und bedürfen keiner weiteren Beschreibung.
Die Herstellung der Griffe wird nun anhand von Beispielen beschrieben:
Beispiel 1
Der Werkstoff für den Besteckgriff besteht aus 92 Gew.-% Aluminiumoxid. Mit je 2,2 Gew.-% Speckstein, Wollastonit, Kaolin und 1,4 Gew.-% Zirkon werden die keramischen Rohstoffe in einer Kugelmühle auf eine mittlere Korngröße von 2 bis 6μηι gemahlen. Nach dem Trocknen durch Abpressen oder Sprühtrocknen wird dieses Pulver in einem heizbaren Knetmischer mit organischen Hilfsstoffen mit folgender Zusammensetzung gemischt:
81,3 Gew.-96 Al2O3-Masse (92%ig)
5,7 Gew.-% Polyvinylbutyral
5,7 Gew.-96 Ölsäure
1,6 Gew.-96 Dioctylphthalat
2,0 Gew.-% Cumaron-Harz
2,85 Gew.-% Paraffin 60/62
0,85 Gew.-96 Hartwachs
Das Mischen beginnt bei 1300C, nach einer Stunde wird die Temperatur auf 100° C gesenkt, nach 2 Stunden auf ca. 25° C. Die anfangs teigige Mischung wird bei Erniedrigung der Temperatur allmählich fest und krümelig. Sie ist dann fertig zum Extrudieren, die Strangziehmaschine wird hierzu auf eine Temperatur von 90 bis 100° C eingestellt. Die extrudierten Rohlinge sind prägbar nach Wiedererwärmung auf 60 bis 75° C. Die Formteile werden vor der Sinterung bei 15500C und einer Haltezeit von 3 Stunden langsam mit 2° C/Std. bis 300° C ausgeheizt. ■
Beispiel 2
Der Werkstoff für den Besteckgriff ist mit Silicium infiltriertes Siliciumcarbid, wobei 66,7 Gew.-% SiC mit einer mittleren Korngröße von 9 um als auch 6,4 Gew.-96 Graphit mit einer mittleren Korngröße 3 μπι und 6,4 Gew.-96 Phenolformaldehyd-Harz, das in Trlchloräthylen gelöst ist, in einem Knetmischer zu einer zähen Paste homogenisiert werden. Der Mischung werden anschlle-
ßend folgende Plastifizierungskomponenten hinzugefügt: auf 130° C verdampft und abgesäugt. Der weitere Misch-
6,25 Gew.-9 6,25 Gew.-9 1,75 Gew.-9 2,20 Gew.-9 3,10 Gew.-9 0,95 Gew.-9
Polyvinylbutyral
Ölsäure
Dioctylphthalat
Cumaron-Harz
Paraffin 60/62
Hartwachs.
Das Lösungsmittel wird nun durch Erhitzen der Masse und Formgebungsgang verläuft wie im Beispiel 1. Nach dem Ausheizen des Plastifizierungsmittels schließt sich ein Verkokungsprozeß bei 1000° C und 5 Std. Haltezeit an, wobei das Phenolharz tarbonisiert wird. Der Formkörper besteht danach aus 13 Gew.-9ö Kohlenstoff und 87 Gew.-% Siliciumcarbid. Durch Umsetzung mit Silicium bei 1600° C und 1 Torr entsteht ein Sinterkörper, der zu 84 Gew.-% aus SiC und 16 Gew.-96 Silicium besteht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von keramischen ovalen Besteckgriffen mit einer zentralen Bohrung zur Aufnahme des Heftes, bei dem ein Gemisch aus keramischen Pulvern und einem thermoplastischen Binder zu einem Rohling geformt wird, in einem Vorbrand die organischen Bindemittel ausgeheizt werden und in einem nachfolgenden Sinterbrand die keramischen Besteckgriffe erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die keramischen Rohstoffe gemischt und getrocknet werden,
b) die 100 Gew.-% der keramischen Masse mit 15 bis 25 Gew.-% eines thermoplastischen Plastifizierungsmlttel-Gemisches aus 12 bis 18 Gew.-96 Binder und 3 bis 7 Gew.-% Gleitmittel versetzt werden,
c) die plastische Formgebung zu Rohlingen bei einer Temperatur von 90 bis 1500C durchgeführt wird,
d) das Überprägen der keramischen Rohlinge zu einem Oberflächenprofil mittels einer Prägevorrichtung bei einer Temperatur von 60 bis 80°C erfolgt,
e) das Ausheizen des Bindemittelanteils bei einer Temperatur bis 300° C geschieht und
0 das Brennen bei einer Temperatur zwischen 1350 bis 155O°C je nach Werkstoff mit eventueller Nachbearbeitung der Besteckgriffe erfolgt.
15
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