DE69000632T2

DE69000632T2 - Verfahren zur herstellung von keramischen formstuecken.

Info

Publication number: DE69000632T2
Application number: DE9090302601T
Authority: DE
Inventors: Jyunichi Doi; Shigeru Hanzawa; Mitsugu Suzuki; Akihiro Tsuji
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2010-03-13
Also published as: JPH0547375B2; US5139718A; EP0391547A1; EP0391547B1; DE69000632D1; JPH02238905A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer Erzeugnisse, und sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen mit einer zylindrischen Außenfläche, wie z.B. eine durchsichtige Röhre aus Tonerde zur Verwendung in einer elektrischen Hochspannungs-Entladungslampe und ein ventil zur Verwendung in Kraftfahrzeugteilen.
Bei einem verfahren zur Herstellung keramischer Erzeugnisse mit der Form eines Zylinders oder einer Säule wird körniges Pulver durch isostatisches pressen, wie z.B. hydrostatisches Pressen, geformt, um einen Rohkörper zu erhalten, und eine Außenseite des Rohkörpers wird vor dem Sintern geschliffen, um die Oberfläche zu glätten. Bei einem Schleifverfahren des Rohkörpers wird die Außenseite desselben im allgemeinen mit einer Feile oder einem Rad geschliffen, an dessen Umfang ein Schleifmaterial angeordnet ist. Durch Schleifen der Außenseite des Rohkörpers mit der Feile oder dem Rad kann ein Enderzeugnis mit gleichförmiger Dicke und glatter Außenseite erhalten werden. Insbesondere bei einem Verfahren zur Herstellung einer durchsichtigen Tonerderöhre zur Verwendung in einer elektrischen Hochspannungs-Entladungslampe ist es erforderlich, die Außenseite des Rohkörpers glatt auszubilden, um eine Tonerderöhre als Enderzeugnis zu erhalten, die eine bestimmte Lichtdurchlässigkeit aufweist. Zu diesem Zweck wurde das Schleifen mit der Feile oder dem Rad im allgemeinen zur Endbearbeitung des Rohkörpers der Tonerderöhre durchgeführt.
Die Fig. 1A und 1B sind Längs- und Querschnitte, die einen Rohkörper 1 der durchsichtigen Tonerderöhre zeigen, die eine zylindrische Form hat. Gemäß dem bekannten Schleifverfahren zum Schleifen der Außenseite des Rohkörpers 1, um eine hohe Rundheit des zylindrischen Körpers und eine gleichförmige Dicke zu erzielen, wird die Außenseite 1a des Rohkörpers 1 mit der Feile oder dem Rad in einem solchen Maß geschliffen, daß eine an der Außenseite gebildete Unebenheit vollständig beseitigt ist. D.h., die Außenseite des Rohkörpers 1 sollte nicht nur bis zu dem minimalen Außendurchmesser des zylindrischen Körpers abgeschliffen werden, sondern auch bis zu der in den Fi.g 1A und 1B mit dem Bezugszeichen D2 bezeichneten Linie unter Berücksichtigung eines Schleifrandes.
Eine solche hohe Rundheit und Gleichförmigkeit der Dicke ist aber für die Herstellung eines Erzeugnisses, wie z.B. die durchsichtige Tonerderöhre für eine elektrische Hochspannungs- Entladungslampe nicht erforderlich. Wenn bei derartigen Röhren eine ausreichende Durchsichtigkeit erzielt wird, dann spielt die Rundheit des Körpers und die Gleichförmigkeit der Dicke für den Gebrauchszweck der Röhre keine Rolle. Es ist daher nur eine Glattheit der Außenseite 1a des Rohkörpers 1 für die Endbearbeitung des Rohkörpers erforderlich. Wenn die Außenseite des Erzeugnisses, wie z.B. die durchsichtige Tonerderöhre zur Verwendung in der elektrischen Hochspannungs-Entladungslampe, mit der Feile oder dem Rad geschliffen wird, dann würde der Grad der Materialausnutzung des Erzeugnisses herabgesetzt werden. Wenn das Erzeugnis aus einem spröden Material, wie z.B. Keramik, hergestellt ist, dann würde das Schleifen mit der Feile oder dem Rad darüberhinaus Sprünge an der Außenseite 1a des Rohkörpers 1 verursachen, und der geformte Körper 1 würde vor oder nach dem Sintern brechen. Das Ausgangsmaterial für die durchsichtige Tonerderöhre ist so teuer, daß das Problem des Brechens bei der Herstellung der durchsichtigen Tonerderöhre sehr schwerwiegend war.
Mit der vorliegenden Erfindung sollen diese Nachteile überwunden werden, und es wird beispielsweise ein Verfahren geschaffen, bei dem die Außenseite des Erzeugnisses mit einem Polierteil poliert wird, um die erforderliche Glätte zu erzielen. Gemäß der Erfindung wird der Grad der Materialausnutzung des Ausgangsmaterials für das Erzeugnis nicht herabgesetzt, sondern es kann ein Erzeugnis erhalten werden, dessen Außenseite die gleiche Glattheit hat, wie das nach dem bekannten Verfahren geschliffene Erzeugnis.
Mit der vorliegenden Erfindung wird insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Erzeugnisses geschaffen, umfassend:
isostatisches Pressen eines Körpers aus gekörntem Pulver zur Erzielung eines geformten Rohkörpers, der an seiner Außenseite eine Unebenheit hat;
Polieren der unebenen Außenseite, um diese zu glätten, ohne die Unebenheit zu beseitigen, und
Sintern des Rohkörpers, um das Erzeugnis zu erhalten.
Um die Außenseite des Rohkörpers ohne Berücksichtigung der darauf befindlichen Unebenheit glatt zu machen, kann es ausreichend sein, nur eine äußere Oberflächenschicht des Rohkörpers zu beseitigen. Demzufolge wird bei der vorliegenden Erfindung nur wenig von der äußeren Oberflächenschicht des Rohkörpers durch Schleifen mit einem nicht-gewebten Textilerzeugnis oder einem Bürstenrad beseitigt, das eine der Unebenheit folgende Kontur hat, anstelle eines Schleifens mit der Feile oder dem Rad, das eine hohe Steifigkeit hat. Demzufolge ist es möglich, eine glatte Außenseite des Rohkörpers zu erzielen, ohne den Grad der Ausnutzung des Ausgangsmaterials zu schmälern.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die die äußere Oberflächenschicht des Rohkörpers 1 in einem größeren Maßstab zeigt. Die äußere Oberflächenschicht des Rohkörpers 1 wird von einer körnigen Teilchenschicht 11 gebildet. Die körnige Teilchenschicht 11 ist auf einer verdichteten Teilchenschicht 12 ausgebildet, wie in Fig. 2 gezeigt. Die die körnige Teilchenschicht 11 bildenden Teilchen werden mit Hilfe eines Sprühtrockners gekörnt. Die Dicke der körnigen Teilchenschicht 11 beträgt ungefähr 50-100 um. Um eine Glattheit an der Außenseite des Rohkörpers 1 zu erzielen, ist es ausreichend, die auf der verdichteten Schicht 12 gebildete körnige Teilchenschicht 11 nur längs der Unebenheit der Außenseite des Rohkörpers 1 zu beseitigen. Es ist zu beachten, daß es nicht notwendig ist, alle auf der verdichteten Schicht 12 gebildeten körnigen Teilchen 11 zu beseitigen, sondern es sollten ungefähr 10-30 um der Teilchen beseitigt werden, um die glatte Außenseite zu erzielen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren braucht ein Rand zum Schleifen der Außenseite des Rohkörpers nicht in Betracht gezogen zu werden, und es ist möglich, die Form des Rohkörpers ähnlich der Form des Endproduktes auszubilden. Demzufolge wird der Ausnutzungsgrad des Ausgangsmaterials beträchtlich gesteigert.
Fig. 1A und 1B sind Längs- und Querschnitte eines zylindrischen Rohres;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der äußeren Oberflächenschicht des in den Fig. 1A und 1B gezeigten zylindrischen Rohres;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer spitzenlosen Schleifmaschine, bei der die vorliegende Erfindung angewendet wird; und
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Ventils.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer spitzenlosen Schleifmaschine, mit der eine Außenseite eines zylinderförmigen Erzeugnisses unter Anwendung der vorliegenden Erfindung poliert wird. In Fig. 3 ist mit dem Bezugszeichen 31 ein zu schleifender Rohkörper bezeichnet, 32 ist ein Stützteil zum Abstützen des Rohkörpers 31, 33 ist ein Polierrad zum Polieren der Außenseite des geformten Körpers 31 und 34 ist ein einstellbares Rad zum Andrücken des Rohkörpers 31 gegen das Polierrad 33.

Beispiel 1

Zu 100 Gewichtsprozent Tonerde mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,3 um wird 0,1 Gewichtsprozent Magnesiumoxid (MgO) als Sinterunterstützung hinzugefügt. Sodann werden die Tonerde und das Magnesiumoxid mit einem Bindemittel für eine Stunde in einem Mischmahlwerk vermischt. Das erhaltene Gemisch wird mit einem Spühtrockner granuliert, um ein gekörntes Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser vom 80 um zu erhalten. Das erhaltene gekörnte Pulver wird mit einer Gummiform, die eine Dicke von 5 mm und einen Kern aufweist, unter einem Druck von 2.000 kg/cm² hydrostatisch gepreßt, um einen zylindrischen Rohkörper 31 zu erhalten. Der geformte Körper 31 wird auf dem Stützteil 32 angeordnet, und seine Außenseite wird poliert, indem das Polierrad 33 unter der Einstellung des einstellbaren Rades 34 verdreht wird.
Ein Poliervorgang ergibt sich aus folgendem.
Das Polierrad 33 umfaßt einen runden Körper 33a aus einer Aluminiumlegierung und ein Polierteil 33b aus Nylon (Scotch Bright - Warenzeichen) mit einer Dicke von 5 mm. Das Polierteil 33b ist um den Umfang des runden Körpers 33a herum angeordnet. Das Polieren wird unter der Bedingung durchgeführt, daß die Drehzahl des Polierrades 33 1.200 U/min, die Umfangsgeschwindigkeit des Polierades 33 940 m/min., die Vorschubgeschwindigkeit des geformten Körpers 31 40 mm/sec beträgt und der Abstand zwischen dem Polierrad 33 und dem einstellbaren Rad 34 auf 5-20 mm eingestellt ist. Nach dem Polieren wird der geformte Körper vorläufig in Luft gesintert und sodann endgültig bei einer Temperatur von 1.900ºC in einer zersetzten Ammoniakatmosphäre von 70-80 Aq gesintert, um das Enderzeugnis zu erhalten.
Das auf diese Weise erhaltene lichtdurchlässige Tonerderohr, ein Vergleichstonerderohr, das nicht poliert wurde, und ein herkömmliches Tonerderohr, dessen Außenseite mit einer Feile geschliffen wurde, werden bereitgestellt, und eine lineare Lichtdurchlässigkeit, eine Durchlässigkeit für weißes Licht und eine maximale Oberflächenrauhheit dieser Tonerderohre wurde gemessen. Die Meßergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Lineare Durchlässigkeit (%) Totale Lichtdurchlässigkeit (%) Max. Oberflächenrauhheit Rmax (um) vorliegende Erfindung herkömmliches Beispiel Vergleichsbeispiel
Das in Tabelle 1 angegebene Ergebnis belegt, daß die lineare Durchsichtigkeit, die gesamte Lichtdurchlässigkeit und die Glätte des gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Tonerderohres die gleichen sind wie bei dem herkömmlichen Beispiel eines Rohres, dessen Außenseite mit der Feile geschliffen wurde.

Beispiel 2

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Ventils 35, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Zehn Kilogramm eines Ausgangsmaterials aus 93 Gewichtsprozent Siliziumnitridpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 um, 4 Gewichtsprozent Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) und 3 Gewichtsprozent Y&sub2;O&sub3; wurden zubereitet. Das Ausgangsmaterial wurde in einer Mischmahlmühle der Naßbauart eine Stunde mit 15 kg Wasser vermischt, um einen Schlick zu erhalten. Der erhaltene Schlick wurde mit 3 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol vermischt, und der Schlick wurde sodann mit einem Sprühtrockner granuliert, um körnige Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 60 um zu erhalten. Die auf diese Weise erhaltenen körnigen Teilchen wurden mittels einer Gummiform mit einer Dicke von 5 mm bei einem Druck von 2.000 kg/cm² hydrostatisch gepreßt, um einen Rohkörper zu bilden. Die Außenseite des Rohkörpers wurde mit dem Polierrad 33 unter den gleichen Bedingungen wie bei dem ersten Beispiel poliert. Sodann wurde der Körperrohling vorläufig in Luft fünf Stunden bei einer Temperatur von 500ºC gesintert, um den in dem Rohkörper enthaltenen Polyvinylalkohol zu beseitigen. Sodann wurde der vorläufig gesinterte Körper bei einer Temperatur von 1.800ºC in einer Stickstoffatmosphäre von 20 atm eine Stunde entgültig gesintert, um ein Ventil 35 als Enderzeugnis zu erhalten.
Das Ventil, dessen Oberfläche entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren poliert wurde, ein Vergleichsventil, das ohne Schleifen gesintert wurde und ein herkömmliches Ventil, dessen Oberseite mit einer Feile geschliffen wurde, werden bereitgestellt, und die maximale Oberflächenrauhheit der betreffenden Ventile wird miteinander verglichen. Das Vergleichsergebnis ist in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Maximale Oberflächenrauhheit Rmax (um) vorliegende Erfindung herkömmliches Beispiel Vergleichsbeispiel
Tabelle 2 belegt, daß das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Ventil die gleiche Glattheit hat wie das herkömmliche Ventil
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise bei einer Universalmaschine zur Herstellung einer zylindrischen Form, beispielsweise eine Zylinderschleifmaschine usw., angewendet wird, dann kann der Verwertungsgrad des Ausgangsmaterials beträchtlich gesteigert werden. Ferner ist es möglich die Entstehung eines Sprungs an der Oberfläche des Erzeugnisses zu verhindern und die Produktion kann damit gesteigert werden. Wenn eine von der Art des zu schleifenden Werkstücks abhängige Flüssigkeit auf das Polierrad 33 getropft wird, dann wird die Oberfläche des Endproduktes noch glatter.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Erzeugnisses, umfassend:

isostatisches Pressen eines Körpers aus gekörntem Pulver zur Erzielung eines geformten Rohkörpers (1), der an seiner Außenseite (1a) eine Unebenheit hat;

Polieren der unebenen Außenseite (1a), um diese zu glätten, ohne die Unebenheit zu beseitigen, und

Sintern des Rohkörpers (1), um das Erzeugnis zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Außenseite (1a) vor dem Polieren nicht geschliffen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch das Polieren 10 bis 30 um von der unebenen Außenseite (1a) beseitigt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Außenseite (1a) eine äußere körnige Schicht (11) und eine innere verdichtete Schicht (12) hat und wobei durch das Polieren die körnige Schicht (11) geglättet, aber nicht vollständig abgetragen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polieren mit einem Polierteil (33) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Polierteil (33) ein nicht-gewebtes Nylon-Textilerzeugnis ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Polierteil (33) aus einem Rad besteht, dessen Umfang mit Nylonborsten versehen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei während des Polierschrittes ein Befeuchtungsmittel zwischen das Polierteil (33) und den Rohkörper (1) eingebracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rohkörper (1) zylindrisch ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erzeugnis eine durchsichtige Lampenröhre aus Tonerde ist.