DE4341533A1

DE4341533A1 - Pressure casting of ceramic article with reduced filtration time or casting pressure

Info

Publication number: DE4341533A1
Application number: DE19934341533
Authority: DE
Inventors: Horst Guenter Dr Ing Krueger; Wolfgang Dipl Ing Steiner; Heiko Dr Ing Wittwer
Original assignee: KRUEGER HORST GUENTER DR ING H
Current assignee: KRUEGER HORST GUENTER DR ING H
Priority date: 1993-12-06
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 1995-06-08

Abstract

In the pressure casting of ceramic articles, electrodes are located in a conventional pressure casting mould and the slip is subjected simultaneously or sequentially to pressure and an electric field. Also claimed is an appts. for carrying out the above process, in which electrodes are integrally associated with the entire moulding surface or are fitted in preferred regions of the mould.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formgebung eines kerami schen Grünkörpers durch Druckguß und Einwirkung eines elektrischen Feldes zu schaffen.The invention has for its object a method and an apparatus for shaping a kerami to create the green body by die casting and exposure to an electric field.

Über eine Anwendung elektrischer Felder speziell beim Druckgießen bzw. in Druckgußwerkzeugen ist bis zum ge genwärtigen Zeitpunkt nichts bekannt.About an application of electric fields especially in die casting or in die casting tools is up to ge nothing known at the present time.

Bekannt sind jedoch Verfahren und Vorrichtungen zur Entwässerung keramischer Schlicker und Suspensionen un ter Zuhilfenahme elektrischer Felder.However, methods and devices for dewatering ceramic slurries and suspensions are known ter using electric fields.

So ist nach WP C 25 D/2426 637 eine Technologie zur Herstellung eines keramischen Masseblattes bekannt. Ebenfalls die Herstellung eines Masseblattes oder eines keramischen Formlings aus einer Suspension ist unter An wendung des Elektrophoreseverfahrens im Patent DE OS 26 17 998 beschrieben.According to WP C 25 D / 2426 637, a technology for producing a ceramic sheet is known. The production of a mass sheet or a ceramic blank from a suspension is also under An application of the electrophoresis method described in patent DE OS 26 17 998.

Nach DE OS 27 12 318 ist weiterhin bekannt, daß in einem mit Suspension gefüllten Behälter zwei als Anode ge schaltete Elektroden übereinander angeordnet sind und zwischen ihnen eine als Katode geschaltete Hilfselektrode einführbar ist. Die Abscheidung der Feststoffe erfolgt somit an beiden als Anode geschalteten Elektroden, die im wesentlichen die Form des zu bildenden Formkörpers aufweisen.According to DE OS 27 12 318 it is also known that two ge as an anode in a container filled with suspension switched electrodes are arranged one above the other and between them an auxiliary electrode connected as a cathode can be introduced. The solids are thus deposited on both electrodes connected as anode, which in the essentially have the shape of the molded body to be formed.

In DE 39 01 070 wird ebenfalls eine auf der Basis der Druckelektroosmose arbeitende Filtereinrichtung beschrieben, die jedoch Bestandteil einer Formgebungstaktstraße ist. Der erfindungsmäßige Schwerpunkt dieser Anmeldung liegt in der feuchte- und mengenspezifischen Versorgung einer Formgebungstaktstraße mit Massesträngen. In DE 32 34 054 wird ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten oder metallischen Formkörpern hoher Dichte durch elektrophoretisches Gießen beschrieben.DE 39 01 070 also describes a filter device based on pressure electroosmosis, which, however, is part of a shaping cycle line. The inventive focus of this application lies in the moisture and quantity-specific supply of a molding cycle line with mass strands. DE 32 34 054 describes a process for the production of refractory or metallic moldings of high density described by electrophoretic casting.

Aus US-PS 3718564 ist ein elektrophoretisches Schlickergießverfahren zur Herstellung von Töpferwaren bekannt, welches aus einer Kombination des Schlickergußverfahrens mit einer elektrophoretischen Behandlung besteht. US-PS 3882010 beschreibt eine weitere Variante des elektrophoretischen Gießens, in welcher insbesondere die Problematik der Gasabscheidung an der Abscheidungselektrode besprochen wird.From US-PS 3718564 an electrophoretic slip casting process for the production of pottery is known, which consists of a combination of the slip casting process with an electrophoretic treatment. US-PS 3882010 describes a further variant of electrophoretic casting, in which in particular the The problem of gas separation at the deposition electrode is discussed.

Aus US-PS 4121987 ist ebenfalls ein elektrophoretisches Gießverfahren bekannt, bei dessen Ausführung mit ins gesamt leitfähigen Formen gearbeitet wird, wobei die Porengröße der ausschlaggebende kritische Parameter ist. Die britische Anmeldung GB 2003183A ist auf ein elektrophoretisches Gießverfahren zur Herstellung von Kera mikgegenständen gerichtet, bei dem an den Schlicker mit Hilfe eines Metallbehälters, in welchem sich eine als Dorn ausgebildete Metallelektrode befindet und ein elektrisches Feld angelegt wird, um insbesondere Rohre her zustellen.From US-PS 4121987 an electrophoretic casting process is also known, in its execution with ins overall conductive forms is worked, with the pore size is the crucial critical parameter. British application GB 2003183A is based on an electrophoretic casting process for the manufacture of Kera mik objects directed at the slip with the help of a metal container in which a Thorn trained metal electrode is located and an electric field is applied, in particular pipes deliver.

Aus US-PS 2765512 ergibt sich das Einfrieren des Gießlings zur Erleichterung des Ausformens. Die Patentanmeldung DE 39 32 037 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers durch nasse Formgebung über eine elektrophoretische Formgebung. Die Abscheidung erfolgt hierbei auf der In nenseite einer Hohlelektrode, die nach dem Trocknungsvorgang zerstört wird, um den Grünkörper zu entformen. Der Formkörper besteht hierbei aus Kohlenstoff bzw. einem niedrigschmelzenden Metall.From US-PS 2765512 results in the freezing of the casting to facilitate molding. Patent application DE 39 32 037 relates to a method for producing a ceramic molded body through wet shaping via electrophoretic shaping. The separation takes place on the In side of a hollow electrode, which is destroyed after the drying process to demold the green body. The molded body consists of carbon or a low-melting metal.

Bei allen genannten Verfahren handelt es sich um elektrophoretische Schlickergießverfahren ohne zusätzlichen äußeren Druck bzw. um Verfahren zur elektroosmotischen Entwässerung mit Druckbeaufschlagung jedoch ohne eine unmittelbare Formgebung.All of the processes mentioned are electrophoretic slip casting processes without additional ones external pressure or to processes for electroosmotic drainage with pressurization but without an immediate shape.

Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, die Homogenität und das Handling spritzgegossener keramischer Grün körper bei gleichzeitiger Filtrationszeitverkürzung oder Reduzierung des Gießdruckes zu verbessern. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem für den Druckguß üblichen Formwerkzeug Elek troden angeordnet werden und der Schlicker gleichzeitig oder zeitlich versetzt einem Druck und einem elektri schen Feld ausgesetzt wird. Mit dieser Kombination elektrokinetischer Wirkprinzipien und mechanischer Filtra tion wird erreicht, daß die Feuchte des Formlings partiell und integral gesteuert werden kann.The aim of this invention is to ensure the homogeneity and handling of injection molded ceramic greens body while reducing the filtration time or reducing the casting pressure. According to the invention the object is achieved in that in a die for die casting Elek be arranged and the slip at the same time or at different times from a pressure and an electri field is exposed. With this combination of electrokinetic principles and mechanical Filtra tion is achieved that the moisture of the molding can be controlled partially and integrally.

Bei einem Formling mit konstanter Scherbendicke werden vorzugsweise großflächige Elektroden gewählt, die eine über das gesamte Formwerkzeug gleichmäßige Feldeinwirkung ermöglichen.In the case of a molding with a constant body thickness, electrodes of large area are preferably chosen, one Allow uniform field action over the entire mold.

Bei unterschiedlichen Scherbendicken werden die Elektroden vorzugsweise dort angeordnet, wo die größere Scherbendicke zu realisieren ist. Für Geschirrporzellan kann das beispielsweise der Fuß einer ovalen Platte sein, bei dem auf Grund der größeren Scherbendicke die Entwässerung nachläuft und einen Feuchtegradienten zu ande ren Scherbenpartien verursacht.With different body thicknesses, the electrodes are preferably arranged where the larger ones Body thickness is to be realized. For chinaware, for example, this can be the base of an oval plate, in which, due to the greater body thickness, drainage continues and a moisture gradient changes broken fragments.

Für die Herstellung dünnwandiger Erzeugnisse, z. B. Durchbruchporzellan, wird die Einwirkung des elektrischen Feldes mit dem Ziel genutzt, eine geringere Restfeuchte im Scherben zu erreichen. Hierdurch ist beim Ablösevor gang eine erhöhte Filtrataufnahme möglich, wodurch die Stabilität des Scherbens und damit das Handling verbes sert werden. Durch das Zuschalten eines elektrischen Feldes wird das Druckgießen von schwerfiltrierbaren Massen erleichtert; denn die Nutzung elektrokinetischer Wirkprinzipien kann grundsätzlich auch mit dem Ziel der Filtrati onszeitverkürzung und/oder der Reduzierung des Gießdruckes erfolgen.For the production of thin-walled products, e.g. B. breakthrough porcelain, the impact of electrical Field used with the aim of achieving a lower residual moisture in the cullet. This is before the transfer increased filtrate absorption possible, which improves the stability of the body and thus the handling be tested. By switching on an electric field, the die casting of difficult to filter masses facilitated; because the use of electrokinetic principles of action can fundamentally also with the aim of Filtrati shortening the on time and / or reducing the casting pressure.

Allen Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam ist der Vorteil, daß sich unter dem Einfluß des elektrischen Feldes die Partikeln zu einem homogenen Scherben mit hoher Packungsdichte ordnen. Die verbesserte Homogeni tät des Scherbens führt folgerichtig zu einer Reduzierung des Roh- und Brennbruches. All embodiments of the invention have in common the advantage that under the influence of electrical Field arrange the particles into a homogeneous body with a high packing density. The improved homogeneity The action of the shard consequently leads to a reduction in raw and burning fragments.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Schlicker einer Gleich-, Wechsel- oder Impulsspan nung ausgesetzt wird, das bedeutet, daß Elektrophorese, Elektroosmose und ohmsche Erwärmung des Schlickers ausgenutzt werden.Another feature of the invention is that the slip of a DC, AC or pulse chip Exposure is suspended, which means that electrophoresis, electro-osmosis and ohmic heating of the slip be exploited.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird das Ablösen des Scherbens vom Formwerkzeug durch Zuschal ten des elektrischen Feldes unterstützt.According to another feature of the invention, the detachment of the body from the mold by means of shuttering supported the electrical field.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß die Elektroden als Siebgewebe, Drähte oder kompakte Elektroden aus Metall, Kohlenstoff, SiC oder anderen elektrisch leitfähigen Materialien durch Eingie ßen oder Anbringen in einem für den Druckguß üblichen Formwerkzeug positioniert werden.The device for performing the method is that the electrodes as a screen, wires or compact electrodes made of metal, carbon, SiC or other electrically conductive materials by injection Eat or be positioned in a mold commonly used for die casting.

Die Elektroden können als Siebgewebe großflächig der gesamten Formgebungsfläche zugeordnet oder auch in an derer Ausführung in bevorzugten Bezirken des Formgebungswerkzeuges angeordnet sein.The electrodes can be assigned to the entire shaping surface over a large area or as a screen fabric whose execution can be arranged in preferred areas of the shaping tool.

Damit bei großflächiger Auslegung ein homogenes elektrisches Feld einwirken kann, werden die sich gegenüber liegenden Elektroden so angeordnet, daß das Elektrodendesign mit dem Design des Formlings korreliert.So that a homogeneous electric field can act on a large-scale design, they are opposed lying electrodes arranged so that the electrode design correlates with the design of the molding.

Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung zweier Ausführungs beispiele, in denen auf die schematischen Zeichnungen Bezug genommen wird.Features and details of the invention result from the following description of two embodiments examples in which reference is made to the schematic drawings.

Fig. 1 zeigt den Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckgußwerkzeug mit ganzflächiger Elektrodenauslegung und Fig. 1 shows the section through an inventive die casting tool with full-surface electrode design and

Fig. 2 die dazugehörige Werkzeughälfte von Fig. 1. Fig. 2 shows the associated tool half of Fig. 1,.

Fig. 3 zeigt die Möglichkeit einer partiellen Anordnung von Elektroden im Druckgußwerkzeug. Fig. 3 shows the possibility of a partial arrangement of electrodes in the die casting tool.

Das in Fig. 1 dargestellte Druckgußwerkzeug besteht aus zwei Werkzeughälften 1 und 2, die zwischen sich einen Filtrationsraum begrenzen, der der gewünschten Artikelgeometrie entspricht. Die Werkzeughälften 1 und 2 sind auf Aufspannplatten 4 und 5 befestigt über die zum Beispiel auch die Medienzufuhr (Wasser, Vakuum, Druckluft) und -abfuhr (Filtrat) erfolgen kann. Die Außenflächen 6 und 7 des offenporigen Werkzeuges sind durch geeignete Überzüge druckdicht versiegelt. In den Werkzeughälften 1 und 2 sind die Elektroden 8 und 9 eingebettet und über die Leitungen 10 und 11 mit einer Spannungsquelle verbunden.The die casting tool shown in FIG. 1 consists of two tool halves 1 and 2 , which delimit a filtration space between them which corresponds to the desired article geometry. The tool halves 1 and 2 are fastened on clamping plates 4 and 5 via which, for example, the media supply (water, vacuum, compressed air) and removal (filtrate) can also take place. The outer surfaces 6 and 7 of the open-pore tool are sealed pressure-tight by suitable coatings. The electrodes 8 and 9 are embedded in the tool halves 1 and 2 and connected to a voltage source via the lines 10 and 11 .

Die Elektroden bestehen vorzugsweise aus Edelstahldrahtgewebe mit einer Maschenweite von 0,5 bis 5 mm und Drahtstärken von 0,1 bis 1,5 mm. Der Abstand der Elektroden zur Werkzeugoberfläche/Filterfläche beträgt 1,0 bis 20,00 mm.The electrodes are preferably made of stainless steel wire mesh with a mesh size of 0.5 to 5 mm and Wire thicknesses from 0.1 to 1.5 mm. The distance between the electrodes and the tool surface / filter surface is 1.0 to 20.00 mm.

Fig. 2 zeigt die Werkzeughälfte 1 mit der Schlickerzuleitung 12. Des weiteren ist die flächige Anordnung der Elektrode 8 dargestellt. Fig. 2 shows the mold half 1 with the Schlickerzuleitung 12th Furthermore, the flat arrangement of the electrode 8 is shown.

Fig. 3 zeigt eine andere Werkzeughälfte mit der Elektrode 13. Mit einer derartigen Anordnung kann zum Beispiel gezielt eine Beschleunigung der Scherbenbildung im Fußbereich 14 des Artikels, d. h. im Bereich der größten Scherbendicke, erreicht werden. Fig. 3 shows another tool half with the electrode 13. Such an arrangement can be used, for example, to specifically accelerate the formation of cullet in the foot region 14 of the article, ie in the region of the greatest cullet thickness.

Claims

1. A method for producing a ceramic molded body by die casting, characterized in that electrodes are arranged in a mold which is customary for die casting and the slip is exposed to a pressure and an electric field at the same time or at different times.

2. The method according to claim 1, characterized in that the residual moisture and with the aid of the electric field the moisture distribution in the molding can be controlled.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the electrical field action by DC, AC or pulse voltage is realized.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the detachment of the body from the mold is supported by switching on the electric field.

5. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 4, characterized in that the electrical which are integrally assigned to the entire shaping surface or in preferred areas of the shaping are attached.

6. The device according to claim 5, characterized in that the electrode design with the design of the shape lings correlated.

7. Apparatus according to claim 5 and 6, characterized in that the electrodes as a screen fabric, wires or compact electrodes positioned by pouring or attaching during the manufacture of the mold the.