DE4120953A1

DE4120953A1 - Verfahren zur herstellung technischer keramischer formteile nach dem giessverfahren

Info

Publication number: DE4120953A1
Application number: DE19914120953
Authority: DE
Inventors: Patric Dipl Ing Stieling
Original assignee: STIELING PATRIC DIPL ING FH
Current assignee: STIELING PATRIC DIPL ING FH
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1992-01-16

Description

Die Erfindung betrifft den Gegenstand der Patentansprüche.

Es ist bekannt, daß Formteile nach verschiedenen Produktions techniken hergestellt werden können. Für die in den Patentansprüchen genannten keramische Formteile kommen beson ders das Preßverfahren und das Schlickergußverfahren in Frage. Technologische Grenzen sind dem Preßverfahren dadurch gesetzt, daß besonders bei der Produktion keramischer Formteile, die als Einheit gefertigt werden müssen, aber gleichzeitig verschiedene Wandstärken besitzen, eine homogene Verdichtung nicht erreicht werden kann.

Texturen sind unvermeidbar. Für verschiedene Formteile schwie riger Geometrie ist das Preßverfahren nicht einsetzbar. Der Schlicker- bzw. Druckguß, wie in den Patentansprüchen genannt, ermöglicht über ein seit langem erprobtes Herstel lungsverfahren, ein einfaches Fertigen kompliziertes Formstücke in Serie.

Es kommt hierbei zu einer Qualitätssteigerung, da besonders die bei anderen Herstellungsverfahren auftretenden Texturen vermie den werden.

Jedoch ist weiterhin bekannt, daß bisher das Preßverfahren nicht durch das Gießverfahren gleichwertig ersetzbar war, da üblicherweise verwendbare Schlicker einen hohen Anteil an flüs sigem Medium von über 30% enthalten, welches beim Trocknen des frischen Formlings einen hohen Anteil an Porosität erzeugt. Dies bedeutet bei mechanischer oder chemischer Beanspruchung dieser keramischer Formteile einen unerwünschten hohen Ver schleiß.

Auch wenn diese Eigenschaften bei einzelnen Anwendungsgebieten akzeptiert werden können, bzw. sogar erwünscht sind, so ist doch ein weiteres Problem dadurch gegeben, daß die in den Patentansprüchen genannten Gießstoffe anorganischer Basis ein unplastisches Verhalten ausweisen. D. h. eine für ein problemlo ses Ausformen aus den Formen notwendige leichte Trockenschwin dung verbunden mit einem leichten Ablösen des Formlings von der Formenwand, ist nicht feststellbar, so daß der empfindliche Formling auf Grund seiner üblicherweise geringen Grünbruchfe stigkeit, beim Ausformen zerstört wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, keramische Formteile über das Gießverfahren herzustellen, die mindestens die glei chen physikalischen Eigenschaften besitzen, wie die nach dem Preßverfahren hergestellten Formteile, bzw. eine bessere Quali tät aufweisen.

Ein unkompliziertes Ausformen des empfindlichen Grünlings soll ermöglicht werden.

Es wurde nun überraschender Weise gefunden, daß diese Aufgaben dadurch gelöst werden, daß besondere Kombinationen an organi schen Verflüssigungs-, Stell- und Bindemitteln mit geeigneten Körnungsvariationen, insbesondere durch die Verwendung eines feinsten Mehles mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 1,5 µm, mit einem verhältnismäßig geringem Anteil an flüs sigem Medium verwendet werden, ohne den sonst üblichen Zusatz von Sinteradditiven zum Erreichen der geforderten physikali schen Eigenschaften.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Kombination aus einem Verflüssigungsmittel, auf Basis eines synthetischen Polyelektrolytes, einem Stellmittel, auf Basis eines modifi zierten Polysaccharides und einem Bindemittel auf Basis einer PVA-Copolymerisat - Zubereitung verwendet.

Diese Kombination wird unter Verwendung von Wasser als flüs siges Medium mit einer geeigneten Kombination verschiedener Rohstoffkörnungen vermischt und als Schlicker, wie in den Patentansprüchen genannt, verwendet.

Der Anteil an flüssigem Medium liegt bevorzugt unter 15% bezo gen auf die Feststoffeinwaage bei Verwendung zweier Rohstoff körnungen, die in einem Verhältnis von 1 : 1, besonders bevor zugt in einem Verhältnis 1 : 2 stehen.

Als Rohstoffkörnungen kommen in dieser Ausführungsform zwei verschiedene Mehle mit unterschiedlichen durchschnittlichen Korndurchmessern zum Einsatz.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die o. g. Mehle in Kombination mit weiteren Rohstoffkörnungen, mit durchschnittli chen Korndurchmessern von 0,2 mm bzw. 0,9 mm in verschiedenen Verhältnissen zueinander, verwendet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bei der Herstellung besonders komplizierter Formstücke die Versendung von Trenn hilfsmitteln notwendig.

Hierbei wird die Formenwandung teilweise oder ganz mit diesen Mitteln behandelt, wobei als Trennhilfsmittel artverwandte feinste Mehle oder bzw. und besonders bevorzugt eine Alginatlö sung, deren Konzentration unter 2% liegen muß, verwendet wer den.

Die Herstellung der keramischen Formteile wird vorteilhaft so durchgeführt, daß das flüssige Medium mit den verschiedenen Additiven mit Hilfe eines Quirls genügend gemischt wird. Anschließend erfolgt schrittweise die Zugabe der verschiedenen Rohstoffe unterschiedlicher Körnungen, welche mit dem flüssigen Medium und den Additiven zu einem Schlicker aufbereitet wird. Ein Absetzen des Schlickers läßt sich in einem Zeitraum von zwanzig Stunden optisch nicht nachweisen.

Anschließend erfolgt die Formgebung in gegebenenfalls vorbehan delte Formen, wonach sich eine Standzeit zur Bildung des gewünschten Scherbens anschließt.

Beispielsweise beträgt die Standzeit bei einer zu bildenden Scherbendicke von etwa 30 mm unter vier Stunden, unter Verwen dung des Schlickergusses in Gipsformen als bevorzugtes Formge bungsverfahren.

Die Art eines eventuell verwendeten Trennhilfsmittels und die Art und Weise seiner Anwendung bei der Vorbehandlung der For menwandungen hat einen wesentlichen Einfluß auf die Dauer der benötigten Standzeit.

Nach Erlangen der gewünschten Scherbendicke und einer ausrei chenden Grünbruchfestigkeit, welche durch die Zugabemenge an Additiven zu beeinflussen ist, wird der Formling ausgeformt. Durch die Verwendung spezieller Additive, bevorzugt durch die Verwendung langkettiger Bindemittel, wie oben beschrieben, hat sich der Formling bereits minimal von der Formenwandung gelöst, so daß ein zerstörungsfreies Ausformen möglich ist.

Es schließt sich eine Trockenzeit an, die je nach Größe des Formteiles und Scherbendicke und einer damit verbundenen Trock nungsempfindlichkeit, verschieden ist.

Bei einem anschließenden Brand bei bevorzugt über 1500°C mit einer Haltezeit von nicht weniger als drei Stunden, wird dem Formling mittels keramischer Bindung eine hohe Festigkeit ver liehen.

Auf Grund des Einsatzes der vorher genannten Additive und der besonderen Rohstoffkörnungen mit einem sehr geringen durch schnittlichen Korndurchmesser, weist der Scherben eine unwahr scheinlich glatte Oberfläche auf, die gegenüber den nach dem Preßverfahren hergestellten Formteilen weniger Unebenheiten besitzt, so daß eine Nachbehandlung der Oberflächen nur für einzelne besondere Anwendungsgebiete notwendig ist. Mikroskopische Untersuchungen weisen ein homogenes Gefüge an allen Stellen des Scherbens auf.

Auf Grund dieses besonderen Herstellungsverfahrens wurde beispielsweise bei der Verwendung von Zirkonsilikat als Gieß stoff, eine Kaltbiegefestigkeit von über 50 N/mm², wobei ver gleichbare Werte, die beim Preßverfahren erreicht werden, etwa 10 N/mm² niedriger liegen.

Mit den nach diesem beschriebenen Verfahren hergestellten gebrannten Formstücken wird mit einer erreichten theoretischen Dichte von 86% die bisher beim Preßverfahren erreichte theore tische Dichte von maximal 80% überschritten.

So wird mit diesem Verfahren eine wesentliche Qualitätsverbes serung erreicht.

Claims

1. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung technischer keramischer Formteile durch Einsatz eines Schlickers aus Zirkonsilikat verschiedener Körnungen, einem flüssigem Medium, geeigneten Verflüssigungs-, Stell- und Bindemitteln organischer Basis, Verformung zu keramischen Formteilen mittels Schlickerguß und Brennen bei geeigneten Temperaturen, um eine keramische Bindung zu erhalten. Gemäß der Erfindung wird ein Schlicker verwendet, der zwischen 0,05 Gew% und 4,0 Gew% an Stellmittel, Bindemittel oder Verflüssigungsmittel oder eine geeignete Kombination aus zwei oder drei dieser aufgezählten Additive erhält, um eine problemlose Formgebung in saugenden oder nichtsaugenden porösen Formen zu ermöglichen. Es wird eine Variation verschiedener Rohstoffkörnungen verwendet, wobei die einzelnen Korngrößen zwischen 0 mm und 2 mm liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Formgebungsverfahren der Druckguß unter Verwendung poröser Formenwerkstoffe jeglicher Art dient.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Anspruch 1 genannte Rohstoff teilweise oder ganz durch Zirkonoxid ersetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Rohstoffe teilweise oder ganz durch weitere nicht näher bezeichnete oxidische oder nichtoxidische Rohstoffe ersetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Medium Wasser oder bzw. und eine mögliche chemische Verbindung aus der Auswahl der chemischen Elemte C, O, H verwendet wird und daß die Zugabemenge dieser flüssigen Medien als Gesamtheit zwischen 4% und 20%, bezogen auf die Feststoffeinwaage, liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Trennhilfsmittel organischer oder anorganischer chemischer Grundlage verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alginat als Trennhilfsmittel verwendet wird, welches sowohl in den Schlicker eingearbeitet sein kann als auch als Lösung verwendet werden kann.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Freilaufdüsen oder Freilaufdüsenhalter hergestellt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Düsen jeder geometrischen Form hergestellt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß medizinisch - technische Formteile hergestellt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Rohre jedes Querschnittes und jeder geometrischen Form hergestellt werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß dünnwandige Teile mit einer Dicke weniger als 3 mm hergestellt werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß keramische Ringe jeder Form hergestellt werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß keramische Formteile für den Motorenbau hergestellt werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß kugelförmige keramische Formteile hergestellt werden.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Ziehkonen hergestellt werden.