DE3923655C2 - Verfahren zur Herstellung eines Trägers zum Brennen von Keramik - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Trägers zum Brennen von KeramikInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel
lung eines Trägers zum Brennen von Keramik.
Beim Brennen von Keramikgegenständen, wie z. B. Keramik
platten, werden diese in einem Brennofen auf Trägern an
geordnet, die mit Stützen zusammengebaut sind, um eine
Vielzahl von Trägerstufen zu bilden. Die Träger haben
beim Brennen die Aufgabe, den Keramikgegenstand vor Ver
unreinigung und Beschädigung zu schützen und sie dürfen
sich beim wiederholten Brennen weder verformen noch
brechen.
Es sind Träger mit diesen Funktionen bekannt, die eine
zwei- oder dreischichtige Struktur aufweisen, bestehend
aus einer oder zwei Oberflächenschicht-Zonen und einer
Hauptzone. Zur Herstellung dieser bekannten Art von
Zwei- oder Dreischichten-Trägern ist ein Verfahren be
kannt, bei welchem im Falle einer Zweischichten-Struktur
zwei verschiedene Arten von gemischtem Rohmaterial, wel
che die Oberflächenschicht-Zone und die Hauptzone bilden,
nacheinander in eine Form gefüllt werden. Im Falle einer
Dreischichten-Struktur wird zuerst das Rohmaterial für
eine Oberflächenschicht-Zone, dann das Rohmaterial für
die Hauptzone und schließlich das Rohmaterial für die
zweite Oberflächenschicht-Zone in die Form gefüllt.
Dieses Herstellungsverfahren ist kompliziert und von
geringem Wirkungsgrad. Über dies wird die Dicke jeder
Schicht in dem Zwei- oder Dreischichten-Träger bei dem
bekannten Herstellungsverfahren nicht gleichmäßig, weil
die gemischten Rohmaterialien für die Oberflächenschicht-Zone(n)
und das Rohmaterial für die Hauptzone während
des Formungsprozesses gleichzeitig geformt werden. Es be
steht die Gefahr, daß das gemischte Rohmaterial der Haupt
zone ungewollt an die Oberfläche gelangt. Aus diesem Grund
kann die Dicke jeder Oberflächenschicht-Zone nicht unter
einen bestimmten Wert (2 mm) verringert werden. Wenn die
Gesamtdicke des Trägers festgelegt ist und die Dicke der
Oberflächenschicht-Zone(n) nicht verringert werden kann,
ist es schwierig, eine ausreichende Dicke für die Haupt
zone festzulegen, was dann in Schwierigkeiten beim Erzie
len solcher physikalischer Eigenschaften, wie Temperatur
wechselbeständigkeit, Widerstand gegen Durchhang sowie
Hitzebeständigkeit, führt. Außerdem kann die Glätte der
erzeugten Oberfläche des Trägers unbefriedigend sein.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren zur Herstellung eines Trägers zum Brennen von
Keramik aufzuzeigen, welches in einfacher Weise die Her
stellung derartiger Träger mit reduzierter Dicke der
Oberflächenschicht-Zone, verbessertem Glättegrad ihrer
Oberfläche, verbesserter Temperaturwechsel- und Hitze
beständigkeit sowie verbesserten Widerstand gegen Durch
hang und die nicht mit den zu brennenden Gegenständen
reagieren, ermöglicht.
Dies wird nach der Erfindung durch folgende Schritte er
reicht:
- a) Herstellen von einer oder zwei getrockneten dünnen Platte(n) mit einer Dicke von etwa 0,5 bis 3 mm aus einer Zubereitung von feuerfestem gemischtem Rohma terial, das im wesentlichen aus zumindest einem der Bestandteile Aluminiumoxid, Mullit, Zirkoniumdioxid und Magnesiumoxid (Magnesia) besteht, als Oberflächen schicht-Zone(n) des Trägers,
- b) Füllen eines gemischten Rohmaterials aus feuerfestem Aluminiumoxid-Mullit-Material oder feuerfestem Silizium carbid-Material als Hauptzone des Trägers in eine Preß form oder auf eine in der Preßform angeordnete geformte dünne Platte,
- c) Setzen einer der geformten dünnen Platten über das gemischte Rohmaterial der Hauptzone, wobei dieser Ver fahrensschritt bei Fertigung eines Zweischicht-Trägers unterbleibt, falls beim vorhergehenden Verfahrensschritt b) bereits eine geformte dünne Platte in der Preßform angeordnet wurde,
- d) Formen der dünnen Platte(n) und des gemischten Roh materials der Hauptzone unter Druck zu einer Einheit, so daß die Dicke der Hauptzone 3 bis 20 mm beträgt,
- e) Trocknen und Brennen des Preßlings.
Mit diesem Verfahren können sowohl Träger mit Zweischich
ten-Struktur als auch solche mit Dreischichten-Struktur in
rationaler Weise hergestellt werden. Man fertigt getrockne
te, dünne Platten, die als Oberflächenschicht-Zone des
Trägers verwendet werden, in einem separaten Arbeitsgang.
Eine dieser Platten wird in eine Preßform gelegt, die dann
mit dem gemischten Rohmaterial der Hauptzone gefüllt wird.
Wahlweise kann man über dieses Rohmaterial der Hauptzone
noch eine zweite vorgeformte und getrocknete dünne Platte
legen, wenn man einen Träger mit Dreischichten-Struktur
herstellen will. Das Rohmaterial der Hauptzone wird zusam
men mit der oder den in der Preßform befindlichen dünnen
Platten zu einer Einheit zusammengepreßt. Da die Preßform
nur einmal mit gemischtem Rohmaterial, nämlich dem der
Hauptzone, gefüllt werden muß, kann mit einer Preßform
ein wesentlich höherer Ausstoß an Trägern erreicht werden,
als dies mit dem eingangs beschriebenen bisherigen Verfah
ren der Fall war, bei dem die Preßform außer mit dem Roh
material für die Hauptzone auch zusätzlich ein- bis zweimal
mit dem Rohmaterial für die Oberflächenschicht-Zone gefüllt
werden mußte. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren getrockne
te, dünne Platten als Oberflächenschicht-Zone separat vor
geformt werden, kennen diese mit gleichmäßiger und gerin
ger Dicke sowie hoher Glattheit der Oberfläche, z. B. durch
Extrudieren und anschließendes Trocknen einfach herge
stellt werden. Man kann die Dicke der dünnen Platten auf
1 mm und weniger verringern, wodurch die Dicke der Haupt
zone bei vorgegebener Gesamtdicke des Trägers um so
großer wird. Dies führt dazu, daß der Träger verbesserte
Eigenschaften in bezug auf die Temperaturwechselbeständig
keit, die Hitzebeständigkeit, den Widerstand gegen Durch
hang und gegen allgemeine Verformung hat. Da durch Vor
formung der getrockneten dünnen Platten sichergestellt ist,
daß nur das Rohmaterial dieser Platten an der Oberfläche
des Trägers vorhanden ist und da außerdem ein hoher Grad
an Glattheit an der Oberfläche erreicht wird, wird sicher
gestellt, daß die zu brennenden Gegenstände nicht mit der
Trägeroberfläche reagieren.
Die DE 36 20 178 A1 nimmt die vorliegende Erfindung nicht
vorweg, noch legt sie diese nahe. Bei diesem Verfahren
wird nämlich die Hauptzone in Form eines keramischen
Schaumkörpers so erzeugt, daß ein Schaumstoffkörper aus
offenporigem Kunststoffschaum vorbereitet, mit einer Auf
schlämmung aus keramischem Material mindestens einmal
imprägniert, getrocknet und dann gebrannt wird. Eine Ober
flächenschicht-Zone (Fassungsschicht) wird dadurch gebil
det, daß vor und/oder nach dem Brennen der Hauptzone ein
keramischer Brei auf die Oberfläche der Hauptzone aufge
tragen und nach Trocknung gebrannt wird. Keine dieser
Verfahrensmaßnahmen entspricht den in dem vorliegenden
Patentanspruch angegebenen Verfahrensschritten.
Die DE 35 20 484 C2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen
von Leichtmetallen mit eingegossenem Gleitstück aus Kera
mik nach dem Druckgießverfahren. Es sollen mit diesem Ver
fahren insbesondere Schwinghebel für Brennkraftmaschinen
hergestellt werden. Gemäß diesem Verfahren wird das Keramik
teil in etwa auf die Temperatur der Leichtmetallschmelze
erwärmt, in die Druckgießform eingelegt und mit der Metall
schmelze unter Druck umgossen. Das auf diese Weise gebil
dete Bauteil wäre als Träger zum Brennen von Keramik
überhaupt nicht geeignet, denn das Brennen von Keramik
erfolgt je nach Werkstoffart bei Temperaturen zwischen
900 und 2000°C. Aluminium hat hingegen eine Schmelztem
peratur von etwa 660°C. Würde man ein nach diesem bekann
ten Verfahren hergestelltes Bauteil als Träger beim Bren
nen von Keramik verwenden, dann würde dieses Bauteil im
Brennofen schmelzen. Das in der DE 35 20 484 C2 beschrie
bene Verfahren wäre zur Herstellung eines Trägers zum
Brennen von Keramik auch nicht geeignet. Zur Herstellung
einer Haupt- und Trägerschicht für einen Träger zum Bren
nen von Keramik verwendet man nämlich Aluminiumoxid,
Siliziumcarbid, Zirkoniumoxid und ähnliche feuerfeste Mate
rialien, die sich nicht ohne weiteres auf Schmelztempera
tur erwärmen und in eine Druckgießform unter Druck ein
spritzen lassen. Das Druckgießen ist ein spezielles Form
gebungs- und Fertigungsverfahren zur Herstellung von weit
gehend verwendungsfertigen, oft verwickelten, dünnwandi
gen, sehr maßgenauen Gußstücken mit recht guter Oberflä
chenbeschaffenheit aus NE-Metall-Gußwerkstoffen in größe
ren und sehr großen Stückzahlen (vgl. Lueger "Lexikon
der Technik", 4. Auflage, Band 8, Seiten 143-145). Das
Druckgießverfahren wäre für die Verarbeitung von feuer
festen Massen ungeeignet, denn einerseits lassen sich
feuerfeste Massen nicht einfach auf Schmelztemperatur
bringen und andererseits werden feuerfeste Massen als
Knetmassen in verhältnismäßig kompaktem Zustand und
nicht in dünnflüssiger Form verarbeitet. Außerdem wird
beim Druckgießen die Druckgießform geschlossen, bevor das
geschmolzene Metall unter Druck in die Form eingefüllt
wird. Dies setzt ebenfalls voraus, daß das einzufüllende
Metall verhältnismäßig dünnflüssig ist. Im Gegensatz dazu
wird gemäß einem Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen
Verfahrens die vorgeformte dünne Platte über oder unter
ein gemischtes Rohmaterial als Hauptzone des Trägers ge
setzt, das in eine Preßform gefüllt wird. Anschließend
werden die dünne Platte und das gemischte Rohmaterial
unter Druck zu einer Einheit gepreßt. Im Gegensatz zum
Druckgießen wird also beim erfindungsgemäßen Verfahren
das verhältnismäßig kompakte Rohmaterial, aus welchem die
Hauptzone besteht, zuerst in die Preßform gebracht und
dann mit der dünnen Platte verpreßt. Es ist weder ein
Schmelzen des Rohmaterials erforderlich noch braucht die
ses dünnflüssig zu sein. Das Pressen ist ein ganz anderer
Vorgang als das Druckgießen.
Wie bereits oben dargelegt wurde, ist das
Druckgießen nämlich ausschließlich für die Verarbeitung
von Nichteisenmetallen geeignet und vorgesehen. Nichteisen
metalle sind jedoch als Bestandteil eines Trägers zum
Brennen von Keramik vollig ungeeignet.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungs
beispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a-1c jeweils eine perspektivische Ansicht unter
schiedlicher Ausführungsformen eines Zwei
schichten-Trägers,
Fig. 2 ist eine Ansicht in Perspektive eines Drei
schichten-Trägers gemäß der vorliegenden
Erfindung und
Fig. 3 ist ein Schaubild eines Druckform-Verfahrens
zum Formen des Zweischichten-Trägers gemäß
der vorliegenden Erfindung.
Jeder der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Träger hat
eine Oberflächenschicht-Zone, die im voraus als eine ge
trocknete dünne Platte durch z. B. Extrudieren gebildet
wird, und eine Hauptzone 2, die aus einem gemischten und
in eine Preßform gefüllten Rohmaterial zusammen mit der
in die Preßform gesetzten Platte 1 geformt wird.
Die Platte 1 wird im voraus aus einem Rohmaterial, das
aus einem der Bestandteile Aluminiumoxid, Mullit,
Zirkoniumdioxid und Magnesiumoxid oder einer Kombination
von zwei oder mehr dieser Materialien zubereitet ist,
durch Extrudieren zu einer Dicke von 0,5 bis 3 mm geformt.
Die Hauptzone 2 wird aus einem gemischten Rohmaterial wie
ein feuerfestes Aluminiumoxid-Mullit-Material oder ein
feuerfestes Siliziumcarbid-Material hergestellt. Nach
der Herstellung beträgt die Dicke der Hauptzone 2
3 bis 20 mm oder vorzugsweise 7 bis 10 mm.
Beispiele von Verfahren zur Herstellung des Trägers gemäß
der vorliegenden Erfindung werden unten beschrieben.
Eine Zubereitung von feuerfestem Material, bestehend aus
einem der Bestandteile Aluminiumoxid, Mullit, Zirkoniumdioxid
und Magnesiumoxid oder aus einer Kombination von zwei oder
mehr dieser Materialien, oder spezieller eine Zubereitung von
Material, das aus hochfeuerfestem Aluminiumoxid-Material ausge
wählt ist (Alo Super 995, Produkt der Tokyp Kokyu Rozai Co.,
Ltd.), feuerfesten Aluminiumoxid-Mullit-Materialien (Alo
Super KE derselben Firma), elektrisch geschmolzenem feuer
festem Mullit-Material (Mullo Super 301 derselben Firma),
feuerfestem Zirkoniumdioxid-Material (Zirko Super derselben
Firma) oder feuerfestem Magnesiumoxid-Material (Mag Super
derselben Firma), wird als eine Zubereitung zum Formen der
Oberflächenschicht-Zone gebildet und mit einem Plastifizie
rungsmittel und Wasser in einem vorbestimmten Verhältnis ge
mischt. Das so zubereitete Rohmaterial wird in einer Misch
trommel dreimal durchgeknetet. Das geknetete ge
mischte Rohmaterial wird von einem Extruder verarbeitet, um
eine dünne Platte mit einer Breite von 150 bis 300 mm und
einer Dicke von 0,5 bis 2,0 mm zu bilden, die durch Passie
ren eines Durchlauftrockners getrocknet wird. Die getrock
nete dünne Platte wird in vorbestimmte Abmessungen geschnit
ten (z. B. 280×130 mm oder 255×255 mm).
Eine Zubereitung von einem der Bestandteile aus feuerfesten
Aluminiumoxid-Mullit-Materialien (Alo Super KE, Produkt
der Tokyo Kokyu Rozei Co., Ltd.), feuerfesten Silizium
carbid-Materialien (Silikat gebunden an feuerfesten
Siliziumcarbid-Materialien) (Neo Super derselben Firma)
wird als ein gemischtes Rohmaterial zum Formen einer
Hauptzone gebildet und mit einem Plastifizierungsmittel
und Wasser in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt.
Das so zubereitete gemischte Rohmaterial wird auf eine
Siebmaschenweite von 2 mm fein gemahlen.
Es wird eine hydraulische Presse verwendet, wie sie in
Fig. 3 dargestellt ist. Die dünne Platte 1 für die Ober
flächenschicht-Zone, die im Verfahrensschritt (1) gebildet
wurde, wird auf einen unteren Stempel 3 einer Preßform
gesetzt. Als nächstes wird das gemischte Rohmaterial für
die Hauptzone 2, wie sie im Verfahrensschritt (2) zube
reitet wurde, in die Preßform gefüllt, in welche die dünne
Platte 1 gesetzt worden ist. Diese Materialien werden in
der hydraulischen Presse von einem oberen Stempel 4 mit
einem Druck von 981 bis 1471 bar zusammengedrückt, um
einen Zweischichten-Trägerpreßling mit einer Größe von
beispielsweise 260×130×10 mm zu formen. Eine Bezugs
nummer 5 in Fig. 3 bezeichnet ein Gehäuse der Preßform.
Der Preßling wird unter folgenden Bedingungen getrocknet:
60°C; 6 Stunden
100°C; 12 Stunden
60°C; 6 Stunden
100°C; 12 Stunden
Der Preßling wird unter folgenden Bedingungen gebrannt:
Maximale Temperatur: 1300°C bis 1800°C
Haltezeit: 5 bis 15 Stunden
Gesamtbrenndauer: 40 bis 70 Stunden
Maximale Temperatur: 1300°C bis 1800°C
Haltezeit: 5 bis 15 Stunden
Gesamtbrenndauer: 40 bis 70 Stunden
Ein Zweischicht-Träger, wie einer von ihnen in den Fig.
1a bis 1c dargestellt ist, wird auf diese Weise erhalten.
Das feuerfeste Material für die Platte 1 und das feuer
feste Material für die Hauptzone 2 kennen frei als eine
der möglichen Kombinationen der oben erwähnten Materialien
entsprechend dem Material und der Gestalt des Gegenstandes,
der gebrannt werden soll, sowie anderen geforderten Bedin
gungen gewählt werden. Wenn ein feuerfestes Aluminiumoxid-
Mullit-Material verwendet wird, um das feuerfeste Material
sowohl für die Platte 1 als auch für die Hauptzone 2 zu
bilden, ist es vorzuziehen, für das feuerfeste Material
der Platte 1 eine kleinere Korngröße festzulegen als für
das feuerfeste Material der Hauptzone 2.
Zweischichten-Träger wurden durch das oben beschriebene
Verfahren in sieben Arbeitsstunden am Tag hergestellt.
Als ein Ergebnis war die Anzahl der durch eine einzige
Presse geformten Träger 500/Tag, während die Anzahl der
Träger, die durch das übliche Verfahren hergestellt wur
den, in welchen eine Rohmaterialfüllung zweimal durchge
führt wurde, 100/Tag war. Die Verbesserung im Arbeits
wirkungsgrad war bemerkenswert.
Das gemischte Rohmaterial für getrocknete dünne Platten
und eine Hauptzone werden auf dieselbe Art wie in Bei
spiel 1 erhalten. Eine so erhaltene Platte 1 wird auf den
unteren Stempel 3 der in Fig. 3 dargestellten hydrauli
schen Presse gesetzt, das Rohmaterial der Hauptzone 2
wird über die Platte 1 gefüllt, und eine weitere Platte
wird auf das eingefüllte Rohmaterial der Hauptzone 2 ge
setzt. Diese Materialien werden von der hydraulischen
Presse mit dem Stempel 4 bei einem Druck von 981 bis
1471 bar zusammengepreßt, um einen Dreischichten-Träger
preßling mit einer Größe von beispielsweise
260×130×10 mm zu formen.
Dieser Preßling wird in der gleichen Weise wie im Bei
spiel 1 getrocknet und gebrannt, um einen solchen Drei
schichten-Träger zu formen, wie er in Fig. 2 dargestellt
ist.
Dreischichten-Träger wurden durch das oben beschriebene
Verfahren in sieben Arbeitsstunden am Tag hergestellt.
Als ein Ergebnis war die Anzahl der durch eine einzige
Presse geformten Träger 400/Tag, während die Anzahl der
Träger, die durch das übliche Verfahren hergestellt wur
den, bei welchen ein dreimaliges Einfüllen mit gemisch
tem Rohmaterial durchgeführt wurde, nur 50/Tag betrug.
Die Verbesserung im Arbeitswirkungsgrad war bemerkens
wert.
Claims (1)
- Verfahren zur Herstellung eines Trägers zum Brennen von Keramik, gekennzeichnet durch die Schritte:
- a) Herstellen von einer oder zwei getrockneten dünnen Platte(n) (1) mit einer Dicke von etwa 0,5 bis 3 mm aus einer Zubereitung von feuerfestem gemischtem Rohmaterial, das im wesentlichen aus zumindest einem der Bestandteile Aluminiumoxid, Mullit, Zirkonium dioxid und Magnesiumoxid (Magnesia) besteht, als Oberflächenschicht-Zone(n) des Trägers,
- b) Füllen eines gemischten Rohmaterials aus feuerfestem Aluminiumoxid-Mullit-Material oder feuerfestem Siliziumcarbid-Material als Hauptzone (2) des Trägers in eine Preßform oder auf eine in der Preßform ange ordnete geformte dünne Platte (1),
- c) Setzen einer der geformten dünnen Platten (1) über das gemischte Rohmaterial der Hauptzone (2), wobei dieser Verfahrensschritt bei Fertigung eines Zwei schicht-Trägers unterbleibt, falls beim vorhergehen den Verfahrensschritt b) bereits eine geformte dünne Platte in der Preßform angeordnet wurde,
- d) Formen der dünnen Platte(n) (1) und des gemischten Rohmaterials der Hauptzone (2) unter Druck zu einer Einheit, so daß die Dicke der Hauptzone 3 bis 20 mm beträgt,
- e) Trocknen und Brennen des Preßlings.
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