DE3730024A1 - Formen fuer das druckschlickergiessen zur herstellung von formteilen aus keramischen massen - Google Patents
Formen fuer das druckschlickergiessen zur herstellung von formteilen aus keramischen massenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Formen zur Herstellung keramischer
Formteile mittels des Druckschlickergießverfahrens, wobei fließfähige
Schlicker in offenporige Formen eingespritzt werden und die Formoberfläche
derart gestaltet ist, daß sich ohne Schwierigkeiten Schlicker mit
Teilchengrößen von 0,1 bis 2 µm Ausdehnung verarbeiten lassen.
Unter Schlicker versteht man in der keramischen Verfahrenstechnik
Aufschlämmungen der keramischen Pulver in Wasser oder organischen
Flüssigkeiten. Um gegenüber der Sedimentation stabile Schlicker zu
erhalten, setzt man oberflächenaktive Stoffe, wie organische Tenside oder
anorganische Polyphosphate in geringen Mengen zu. Gegebenenfalls wird das
Fließverhalten durch Zusätze weiterer Additive, wie in der Flüssigkeit
löslichen synthetischen oder natürlichen Polymeren, wie Polyacrylsaure,
Polyacrylamide oder Cellulosederivaten in gewünschter Weise eingestellt.
Man ist bestrebt, einen hohen Feststoffgehalt bei guter Fließfähigkeit
einzustellen.
In der Keramikindustrie ist es üblich, derartige Schlicker in Gipsformen
zu gießen, wobei nur der hydrostatische Druck wirkt. Aufgrund der
Saugwirkung über die Kapillarkräfte des Gips wird Wasser in den Gips
gesogen und das feste Formteil innerhalb der Form ausgebildet. Dieses
Verfahren ist sehr zeitaufwendig und umständlich, weil die Gipsformen nur
wenige Male oder gar nur einmal verwendet werden können und zum nächsten
Gebrauch zeitaufwendig getrocknet werden müssen. Insgesamt lassen sich mit
einer Gipsform nur wenige Abformungen durchführen.
Zur Serienfertigung von Geschirr- und Sanitärteilen wurde als neues
Verfahren der Druckschlickerguß vorgeschlagen. Dort wird die Gipsform
durch ein anderes Formmaterial, nämlich offenporiges Sintermetall oder
offenporigen Kunststoff ersetzt. Der Schlicker wird zunächst langsam in
die geschlossene Form gepumpt, wobei die Forminnenwand das keramische
Pulver zurückhält und das Suspensionsmittel die Form passiert. Wenn die
Forminnenwand mit einer Schicht aus keramischem Pulver belegt ist, wird
die Fördergeschwindigkeit erhöht und analog dem Filterkuchen in einer
Schichtfiltration das Formteil in der Form aufgebaut. Wegen des hohen
Filtrationsdrucks wird der Scherben in sehr viel kürzerer Zeit aufgebaut
als in einer Gipsform bei Normaldruck.
Wenn die Förderung des Schlickers zur Form zum Stillstand kommt, ist die
Form gefüllt. Der maximale Förderdruck beträgt 40-60 bar. Um die
notwendige Formschließkraft aufbringen zu können, wird die teilbare Form
in eine entsprechende apparative Vorrichtung eingebaut, die nicht Gegen
stand dieser Anmeldung ist.
Vor dem Ausformen wird der Druck weggenommen und an einer Formhälfte ein
Unterdruck angelegt, um den Formkörper an dieser Formhälfte zu halten.
Danach wird die Form geöffnet und nach Wegnahme des Unterdrucks der
Formling entnommen.
Zur Entfernung von Schlickerresten aus den Poren der Form und zur
Säuberung der Formoberfläche werden die Formhälften in Gegenrichtung mit
Wasser gespült.
Die für dieses Verfahren benötigten Formen lassen sich aus porösen
Sintermetallhalbzeugen herstellen. Aus wirtschaftlichen Gründen werden
Formen aus offenporigen Kunststoffen bevorzugt (DOS 31 34 679). Derartige
Kunststoffformen werden üblicherweise durch Schäumen von Reaktionsharzen
hergestellt. Diese Reaktionsharze enthalten Urethan und/oder Isocyanurat
und/oder Harnstoff-Bindungen und werden durch Schäumen der entsprechenden
Komponenten nach üblicher Polyurethantechnologie hergestellt.
Es handelt sich dabei um hochvernetzte offenporige Duromerschäume. Danach
lassen sich Formen mit Porenweiten größer als 10 µm erzeugen.
Formen mit derartigen Porenweiten erfüllen weitgehend die Anforderungen an
den Druckschlickerguß von Sanitär- und Geschirrteilen, weil die
keramischen Ausgangspulver für derartige Teile Korngrößen von mehr als
10 µm aufweisen.
Demgegenüber werden für die Herstellung strukturkeramischer Teile mit
hoher Temperaturbeständigkeit bei gleichzeitig hohen Festigkeiten auf der
Basis von Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid,
Mullit, Sialonen oder anderen Pulvern für strukturkeramische Teile
Ausgangspulver mit Korngrößen im Bereich von 0,1 µm bis 5 µm eingesetzt.
Für derartige Pulver genügen die Druckschlickergußformen nach dem Stand
der Technik nicht mehr. Es ist auch bisher noch nicht gelungen, mit der
Duromertechnologie reproduzierbare Formen herzustellen, deren offene Poren
Weiten unterhalb von 5 µm aufweisen.
Es war demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Druckschlickergußformen
bereitzustellen, die an der Forminnenseite Porenweiten unterhalb 5 µm,
vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 2 µm aufweisen, um die Druck
schlickergußverarbeitung von Schlickern mit Teilchengrößen von 0,1 bis
5 µm zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Form einen
Zweischichtenaufbau aufweist mit einem mechanisch stabilen offenporigen
Träger mit großen Porenweiten und einer dünnen offenporigen Trennschicht
geringer Porenweite auf der Forminnenseite. Dabei dient die gröberporige
Form im wesentlichen als Stützmaterial, während die Trennung von
keramischem Pulver und Flüssigkeit an der zusätzlich aufgebrachten dünnen
Trennschicht verläuft.
Als Trennschichten lassen sich handelsübliche synthetische Trennmembranen
einsetzen, die in den Bereichen der Mikro- und Ultrafiltration Anwendung
finden. Derartige Membranen haben Dicken bis zu 100 µm, bestehen aus
synthetischen Polymeren und werden nach verschiedenen Verfahren
hergestellt (s. Synthetische Membranen-Herstellung, Struktur und
Anwendung, Angew. Chem. 94 (1982) 670-695).
Membranen von Nuclepore-Typ mit Porenweiten von 0,5 bis 5 µm werden
hergestellt, indem man Filme aus Polycarbonat oder Polyestern mit schweren
Ionen bestrahlt und anschließend die durch den Teilchendurchgang
geschädigten Stellen ätzt. Dabei werden Poren mit besonders enger
Größenverteilung erhalten.
Nach einem weiteren Verfahren werden monoaxial gerechte Polymerfilme ein
zweites Mal senkrecht zur ursprünglichen Reckrichtung verstreckt, wobei
schlitzförmige bis elliptische Poren entstehen und Porenweiten von 0,05
bis 5 µm eingestellt werden können. Derartige Membranen sind
beispielsweise auf der Basis von Polyethylen, Polypropylen oder
Polytetrafluorethylen erhältlich (Celgard-, Goretex- oder Poreflon-Typ).
Weiterhin lassen sich Trennmembranen aus teilkristallinen Polymeren, wie
Polyethylen, Polypropylen oder Polyamiden herstellen, indem man die
Polymeren in einem organischen Lösungsmittel bei erhöhten Temperaturen
löst, die Lösung zu Folien ausrakelt und dann erkalten läßt. Beim Erkalten
kristallisiert das Polymere aus und hinterläßt eine offenporige Struktur,
die vom Lösungsmittel ausgefüllt wird. Nach Entfernen des Lösungsmittels
liegen Trennmembranen mit Porenweiten von 0,01 bis 2 µm vor.
Meistens werden synthetische Trennmembranen mit asymmetrischem Dicken
aufbau eingesetzt. Diese Membranen weisen eine feinporige Deckschicht, die
eigentliche Trennschicht mit Dicken von 0,2 bis 2 µm auf, an die sich eine
großporige Stützschicht mit 50 bis 500 µm Dicke anschließt.
Die Membranen werden nach dem Verfahren der Phaseninversion hergestellt.
Dabei löst man das Polymere in einem organischen Lösungsmittel, rakelt die
Lösung auf ein umlaufendes Transportband, läßt einen Teil des Lösungs
mittels verdampfen und leitet dann das Transportband in ein Bad mit
Nichtlösungsmittel, wobei das Polymere an der Oberfläche des Polymer/-
Lösungsmittel-Films beginnend koaguliert und in die feste Phase übergeht.
Als Folge der Polymerkoagulation, überlagert vom Austausch von Lösungs
mittel durch Fällungsmittel, entsteht die asymmetrische Membranstruktur.
Formen nach der Erfindung werden hergestellt, indem man die großporigen
Ausgangsformen mit Trennmembranen der gewünschten Porengrößen belegt.
Trockene Membranen aus hydrophoben Polymeren, wie Polycarbonat, Polyestern
oder Polyolefinen werden dazu soweit erhitzt bis sie entsprechend dehnbar
werden und mit einem Luftstrom gleicher Temperatur auf die Ausgangsform,
ebenfalls auf gleichem Temperaturniveau befindlich, angedrückt. Membranen
aus hydrophilen Polymeren, wie Polyamiden oder Cellulosederivaten werden
in feuchtem Zustand bei Raumtemperatur auf die Ausgangsform aufgebracht.
Nach einem bevorzugten Verfahren werden asymmetrische Membranen direkt auf
der Oberfläche der Ausgangsform erzeugt, womit die besten Haftungs
eigenschaften erzielt werden.
Dazu wird das Membranpolymere in einem wasserlöslichen organischen
Lösungsmittel, wie Aceton, Formamid oder Dimethylformamid oder
Lösungsmittelgemisch in einer Konzentration von 5 bis 35 Gew.-% gelöst,
die viskose Lösung im Vakuum entgast und auf die Oberfläche der Ausgangs
form aufgestrichen. Nach einer kurzen Verdunstungszeit wird die Form
oberfläche mit Wasser besprüht und dann ca. 10 Min. zur vollständigen
Strukturentwicklung in Wasser eingetaucht.
Die nach dem bevorzugten Verfahren hergestellten Trennschichten sind
derart gut im Trägermaterial verankert, daß sie Rückspülvorgänge ohne
Ablösung überstehen.
Durch die Wahl geeigneter Membranpolymerer sind die erfindungsgemäßen
Formen auch zur Formgebung mit Schlickern auf Basis organischer Lösungs
mittel geeignet. Trennschichten auf der Basis von Polysulfon, Polyether
sulfon, Polyetherimid oder Polyamiden sind stabil gegen aromatenfreie
aliphatische Kohlenwasserstoffe. Durch nachträgliche Vernetzung des
Membranpolymeren wird die Lösungsmittelbeständigkeit weiter erhöht. So
lassen sich beispielsweise Membranpolymere mit freien Amino- oder
Hydroxylgruppen durch Behandlung mit Formaldehyd oder Epichlorhydrin
vernetzen.
Die erfindungsgemäßen Formen dienen zur Herstellung von Formteilen aus
Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Mullit, Sialonen, Siliciumnitrid,
Siliciumcarbid, Titanborid, Borcarbid oder Bornitrid.
Claims (6)
1. Form zur Herstellung keramischer Formteile mittels Druckschlickerguß,
dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Zweischichtenaufbau aufweist mit
einem mechanisch stabilen offenporigen Träger mit großen Porenweiten
und einer dünneren offenporigen Trennschicht geringer Porenweite auf
der Forminnenseite.
2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne offen
porige Trennschicht mit geringer Porenweite aus Mikro- oder Ultra
filtrationstrennmembranen besteht.
3. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne offen
porige Trennschicht auf dem offenporigen Träger großer Porenweite nach
dem Phaseninversionsverfahren, d.h. Auftragen einer Polymerlösung und
Koagulation des Polymer/Lösungsmittelfilms durch Berührung mit einem
Nichtlösungsmittel, direkt erzeugt wird.
4. Form nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
offenporige Träger Porenweiten oberhalb 5 µm aufweist und die dünne
offenporige Trennschicht bei Dicken von 50 bis 1 000 µm Porenweiten
von 0,01 bis 2 µm aufweist.
5. Form nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
offenporige Träger aus einem organisch vernetzten Reaktionsharz
besteht.
6. Form nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
offenporige Träger durch Sintern von Metallpulver hergestellt wurde.
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- 1988-09-03 EP EP19880114422 patent/EP0306865A1/de not_active Withdrawn
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