DE69206645T2 - Suspensionzusammensetzung und daraus hergestellten gesinterten Teil - Google Patents

Suspensionzusammensetzung und daraus hergestellten gesinterten Teil

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Description

  • Diese Erfindung betrifft eine Zirkoniumdioxid enthaltende Aufschlämmungszusammensetzung und noch bevorzugter eine, auf Zirkoniumdioxid basierende Aufschlämmungszusammensetzung, die zu ungesinterten Blättern verformt werden kann, die eine verbesserte Flexibilität Bindemittelentfernbarkeit und Sinterbarkeit besitzen. Sie betrifft weiterhin aus einer derartigen Aufschlämmungszusammensetzung gebildete gesinterte blattförmige Zirkoniumdioxidteile mit verbesserter Kompaktheit, Gasbarriereneigenschaft und Oberflächenglätte.
  • Ein nach Stand der Technik gut bekanntes Verfahren zur Herstellung von gesinterten Zirkoniumdioxidteilen umfaßt die Herstellung von Blättern mittels einer Rakel. Nach diesem Verfahren werden gesinterte Zirkoniumdioxidteile hergestellt, indem eine Aufschlämmungszusammensetzung, umfassend Zirkoniumdioxidpulver, ein organisches Bindemittel und ein Lösungsmittel bereitgestellt wird, die Aufschlämmung in einer zuvor bestimmten Dicke mittels einer Rakel auf einen Trägerfilm aufgetragen wird, die Beschichtung durch Verdampfen des Lösungsmittels getrocknet wird, wobei sich die Beschichtung zu einem ungebrannten Blatt verfestigt, das ungebrannte Blatt durch Schneiden oder durch Stanzen zu Teilen der gewünschten Form verarbeitet wird und die Teile gebrannt werden. Bei diesem Verfahren ist entscheidend, daß die ungebrannten Blätter eine ausreichende Flexibilität und Festigkeit besitzen, um den Belastungen während der Verarbeitungsschritte wie beim Schneiden und Stanzen und der Handhabung, wie während des Aufrollens und des Auseinanderwickelns, standzuhalten. Zudem ist es wichtig, daß die durch das Entfernen des Bindemittels und das Brennen derartiger ungebrannter Blätter enthaltende Teile frei sind von Verwerfungen, Verbiegungen oder Rissen und einen minimalen Schrumpffaktor, hohe Dichte und Dimensionsstabilität aufweisen.
  • Aus Stand der Technik sind einige organische Bindemittel bekannt, die Zirkoniumdioxidpulver enthaltenden keramischen Formmassen Flexibilität verleihen und abgebrannt und gesintert werden können. Beispiele derartiger bekannter Bindemittel sind Acrylpolymere, Acrylpolymeremulsionen, Ethylenoxidpolymere, Hydroxyethylcellulose, Methylcellulose, Polyvinylalkohol, Isocyanate, Wachs-Gleitmittel, wässrige Urethane, Methacrylatsalze, Wachsemulsionen und Ethylen/Vinylacetat-Copolymeremulsionen.
  • Obwohl die Zusammensetzungen zur Herstellung von Blättern durch Einbringen dieser organischen Bindemittel, zusammen mit Lösungsmitteln, in das Zirkoniumdioxidpulver hergestellt wurden, war es sehr schwierig einen Mittelweg zwischen oben beschriebenen Anforderungen an Flexibilität, Bindemittelentfernung, Sinterbarkeit und Dimensionsstabilität zu finden. Insbesondere gilt, wenn Zusammensetzungen zur Herstellung von ungebrannten Blättern mit verbesserter Flexibilität speziell formuliert würden, wären Bindemittelentfernung und Sintervermögen schlecht. Würden speziell Zusammensetzungen zur Herstellung von ungesinterten Blättern mit verbesserter Dimensionsstabilität formuliert, so wäre die Flexibilität der Blätter vermindert. Darüber hinaus hängt der optimale Gehalt an Bindemittel größtenteils von der Art des Zirkoniumdioxidpulvers ab.
  • Zusammenfassend ergibt sich, daß zur Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzungen die Anforderungen erfüllen sollten, daß die daraus hergestellten ungebrannten Blätter eine einheitliche Dicke und geeignete Flexibilität und Zugfestigkeit aufweisen, und daß Teile die durch Bindemittelentfernung und Brennen solcher ungebrannter Blätter frei sind von Verwerfungen, Durchbiegungen oder Risse und einen minimalen Schrumpffaktor, eine hohe Dichte und Dimensionasstabilität besitzen.
  • Obwohl zur Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzungen nach Stand der Technik derart formuliert waren, um einen oder mehrere Faktoren wie Flexibilität, Bindemittelentfernung und Sinterbarkeit und der zuvor beschriebenen Dimensionsstabilität von ungebrannten Blättern zu verbessern, war es sehr schwierig einen guten Mittelweg zwischen diesen Faktoren zu finden, sobald herkömmliche Arten von Zirkoniumdioxidpulver verwendet wurden. Einige Faktoren wurden vollständig, die restlichen jedoch nur in begrenzten Maßen verbessert. Man erhielt keine befriedigend gesinterten Teile.
  • Patentabstracts of Japan, Band 013, Nr. 556 (JP-A-1 230 466) offenbaren einen gesinterten blattförmigen Zirkoniumdioxid-Presskörper, worin ein Zirkoniumdioxidpulver verwendet wird, das 2 bis 5 Mol-% Y&sub2;O&sub3;, MgO oder CaO enthält, eine mittlere Teilchengröße von 0,2 bis 0,5 µm aufweist und eine spezifische Oberfläche von 12 bis 25 m²/g aufweist. Aus dem Zirkoniumdioxidpulver erhält man einen Sclicker, indem man es mit einem Bindemittel, Weichmacher, Lösungsmittel und Dispersionsmittel vermengt.
  • Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine für die Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung zur Herstellung von ungebrannten Blättern mit verbesserter Flexibilität, Bindemittelentfernbarkeit, Sinterbarkeit und Dimensionsstabilität bereitzustellen.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gesintertes Zirkoniumdioxidteil mit verbesserter Kompaktheit, Gasbarriereeigenschaft und Oberflächenglätte bereitzustellen.
  • Um diese und andere Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine zur Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung bereit, die Zirkoniumdioxidpulver, ein organisches Bindemittel und ein Lösungsmittel umfaßt. Das Zirkoniumdioxidpulver enthält 2 bis 10 Mol-% Yttriumoxid in Form einer festen Lösung und weist eine gemäß der BET-Methode gemessene spezifische Oberfläche von 5-10 m²/g und einen Wert für die mittlere Teilchengröße multipliziert mit der spezifischen Oberfläche von bis zu 3 µm m²/g auf. Das organische Bindemittel ist in einer Menge von 16-30 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Zirkoniumdioxidpulver vorhanden.
  • Durch Verformen einer wie oben beschriebenen Aufschlämmungszusammensetzung zu einem ungebrannten Blatt und Brennen des ungebrannten Blattes wird ein gesintertes Zirkoniumdioxidteil herstellt.
  • Die zur Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung enthält Zirkoniumdioxidpulver. Im allgemeinen können keine gesinterten Teile von hoher Dichte aus Zirkoniumdioxidpulver mit einer relativ großen mittleren Teilchengröße gebildet werden, da ein derartig grobes Pulver weniger zum Sintern geeignet ist. Deshalb wird eine kleinere mittlere Teilchengröße bevorzugt, der aber eine Grenze gesetzt ist. Eine BET-spezifische Oberfläche von 10 m²/g sollte nicht überschritten werden. Zirkoniumdioxidpulver mit einem BET-Wert größer als 10 m²/g erfordert einen unerwünscht höheren Gehalt an Bindemittel, so daß die Zusammensetzung während des Brennens einer erhöhten Deformation durch Schrumpfen unterliegt. Je mehr sich Zirkoniumdioxidteilchen von der Kugelform unterscheiden und je mehr Teilchen agglomerieren, so nimmt die Verflechtung der Teilchen zu und erschwert die Erhöhung der Zirkoniumdioxidkonzentration.
  • Dies läßt vermuten, daß man das zur Herstellung von Blättern geeigneteste Zirkoniumdioxidpulver durch Festlegen des besten Gleichgewichts aus spezifischer Oberfläche, durchschnittlicher Teilchengröße und geometrischer Form der Teilchen erhält. Es hat sich gezeigt, daß ein solches Gleichgewicht durch einen Wert für die mittlere Teilchengröße multipliziert mit einer BET-spezifischen Oberfläche, das hierin später einfach als "Produkt" bezichnet wird, dargestellt wird. Das für die Herstellung von Blättern am besten geeignete Zirkoniumdioxidpulver besitzt eine gemäß der BET-Methode gemessene spezifische Oberfläche von 5-10 m²/g und ein Produkt (mittlere Teilchengröße multipliziert mit der spezifischen Oberfläche) von bis zu 3 µm m²/g. Die hierin angewandte durchschnittliche Teilchengröße wird durch eine Zentrifugal-Sedimentations-Methode ermittelt. Vorausgesetzt, diese Zirkoniumdioxidteilchen haben eine echt kugelige Gestalt, so ergeben diese Teilchen ein Produkt von 1 µm m²/g. Nähert sich das Produkt dem Wert 1 µm m²/g an, so nehmen die Zirkoniumdioxidteilchen eine echte kugelige Form an und sind weniger agglomeriert. Deshalb sollte das Produkt weniger als 3 µm m²/g betragen.
  • Gemäß bevorzugteren Ausführungsformen haben die Zirkoniumdioxidteilchen eine mittlere Teilchengröße von 0,05 bis 0,5 µm, insbesondere von 0,1 bis 0,4 µm. Bevorzugter sollte das Produkt von 1 bis 3 µm m²/g, besonders von 1 bis 2,5 µm m²/g reichen.
  • Das Zirkoniumdioxidpulver enthält 2 bis 10 Mol-%, vorzugsweise 2 bis 8 Mol-% Yttriumoxid in Form einer festen Lösung. Weniger als 2 Mol-% des zur Herstellung einer festen Lösung verwendeten Yttriumoxids führt zu Nachteilen wie Verminderung der Festigkeit und instabiler thermischer Ausdehnung, während Zirkoniumdioxidpulver mit mehr als 10 Mol-% Yttriumoxid zu relativ schwach gesinterten Teilen mit niedriger Hochtemperatur-Leitfähigkeit führt, das bei der Anwendung als fester Elektrolyt zu einem Leistungsverlust führt.
  • Zirkoniumdioxidpulver der oben beschriebenen Art kann nach den Verfahren, wie sie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 43286/1986 und in der japanischen Patentananmeldung Kokai (JP-A) Nr. 97134/1986 und Nr. 185821/1988 und im U.S. Patent Nr. 4,873,064 beschrieben werden, hergestellt werden. Zum Färben gesinterter Teile können, falls gewünscht, die herkömmlich für derartige Ziele verwendeten Metallsalze in das Zirkoniumdioxidpulver eingebracht werden.
  • Die hierin verwendeten organischen Bindemittel sind wasserlösliche Bindemittel, die üblicherweise bei der Herstellung von Blättern aus Keramik verwendet werden, wie Acrylpolymere, Acrylpolymeremulsionen, Ethylenoxidpolymere, Hydroxyethylcellulose, Methylcellulose, Polyvinylalkohol, Isocyanate, Wachs-Gleitmittel, wäßrige Urethane, Methacrylatsalze, Wachsemulsionen und Ethylen/Vinylacetat-Copolymeremulsionen.
  • Das organische Bindemittel wird vorzugsweise in derartigen Mengen mit dem Zirkoniumdioxidpulver vermengt, daß 18 bis 23 Gew.-Teile, noch bevorzugter 19 bis 22 Gew.-Teile der als Feststoffe berechneten Bindemittels, pro 100 Gew.-Teile Zirkoniumdioxidpulver vorhanden sind. Mehr als 30 Teile Bindemittel würden zu einem unerwünscht hohen linearen Schrumpffaktor beim Brennen führen. Weniger als 16 Teile Bindemittel würden zu ungebrannten Blättern mit zu geringer Flexibilität und Festigkeit führen, um sich der Rißbildung zu widerstehen, so daß sie schwer zu handhaben sind.
  • Zur Herstellung einer Aufschlämmung kann das Zirkoniumdioxidpulver nach irgendeinem gewünschten herkömmlichen Mahlverfahren, vozugsweise durch gutes Vermahlen in einer Kugelmühle während 2 bis 5 Tagen oder länger, mit dem organischen Bindemittel vermengt werden. Ein bevorzugteres Verfahren besteht darin, das Zirkoniumdioxidpulver mit Hilfe eines Entflockungsmittels in einem Lösungsmittel vollständig dispergiert wird und die Dispersion dann mit dem organischen Bindemittel vermengt wird, um eine für die Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung herzustellen. Die Viskosität der Aufschlämmungszusammensetzung kann, falls notwendig, eingestellt werden. Das bevorzugte Lösungsmittel ist Wasser. Beispiele für die hierin verwendeten geeigneten Entflockungsmittels sind Acryloligopolymere, wie Ammoniumpolyacrylat und Ammoniumacrylat/Acrylatester-Copolymere. Der Gehalt des Entflockungsmittels in der Mischung bewegt sich gewöhnlich im Bereich von 1 Gew.-Teil oder weniger, vorzugsweise von 0,05 bis 0,5 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile Zirkoniumdioxidpulver, obwohl der Gehalt die minimal zulässige Menge sein sollte, welche die Dispersion sicherstellt.
  • Zusätzlich kann ein Weichmacher zu dem Gemisch aus dem Zirkoniumdioxidpulver und dem organischen Bindemittel eingebracht werden, um die Eigenschaften der daraus erhaltenen ungesinterten Blätter zu verbessern. Verwendbare Weichmacher schließen Butylbenzylphtalat, Dioctylphtalat, Dinonylphtalat, Dibutylphtalat, Ethyltoluolsulfamid, Glycerin, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tri-N-butylphosphat, Diethanolamin, Triethanolamin, Benzin- Öl-Gemisch und Polyole ein. Die Menge des Weichmaches kann in dem Bereich von weniger als 3 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Zirkoniumdioxidpulver liegen. Wenn die Aufschlämmung schäumbar ist, kann ein Entschäumungsmittel, wie etwa Wachs, nichtionische Silicontenside und Alkohole, verwendet werden.
  • Die so gebildete Aufschlämmungszusammensetzung enthält unmittelbar vor dem Beschichten zur Herstellung von Blättern Zirkoniumdioxidpulver in einer Konzentration von mindestens von 55 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 70 Gew.-%, noch bevorzugter von 60 bis 70 Gew.-%.
  • Die so erhaltene, für die Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung wird in herkömmlicher Weise im Vakuum entlüftet und zu einem Blatt verformt, das durch Stanzen oder Schneiden in Teile mit der gewünschten Form verarbeitet wird und dann dem Bindemittelentfernungs-Schritt und dem Brennen unterworfen wird.
  • Blätter werden typischerweise nach einem Rakel-Verfahren hergestellt. Die Aufschlämmungszusammensetzung wird auf ein Trägergewebe aufgetragen das sich mit einer Geschwindigkeit von 0,01 bis 1 m/min relativ zu einer Rakel bewegt, wobei die Rakel in einem der gewünschten Blattdicke entsprechenden Abstand von 0,01 bis 3 mm von dem Trägerfilm angeordnet ist. An diesem Punkt sollte die Aufschlämmung vorzugsweise eine Viskosität von 3 bis 20 Pa s (3,000 bis 20,000 Centipoise), insbesonders von 10 bis 15 Pa s (10,000 bis 15,000 Centipoise) betragen, da eine Aufschlämmung mit zu niedriger Viskosität das Entstehen einer konstanten Fließmenge und somit das Herstellen eines ungebrannten Blattes mit einheitlicher Dicke beeinträchtigt. Dann wird das Blatt typischerweise getrocknet, indem man heiße Luft bei einer Temperatur von etwa 50 bis 200ºC während oder nach der Blattherstellung autbläst.
  • Dann wird das Blatt durch Schneiden mit einer Schneidevorrichtung oder durch Stanzen mit einem Stempel zu Teilen mit der gewünschten Form verarbeitet.
  • Die verformten Teile werden dann zum Abbrennen des Bindemittels vorbehandelt. Vorzugsweise werden sie von mit einer Geschwindigkeit von etwa 6 bis 60ºC/Stunde Raumtemperatur auf etwa 500ºC erhitzt, wobei das Bindemittel sich zersetzt und sich verflüchtigt.
  • Ein Brennen erfolgt entweder unmittelbar nach dem Entfernen des Bindemittels oder später. Im allgemeinen wird bei einer Temperatur von etwa 1,300 bis 1,600ºC, vorzugsweise von etwa 1,350 bis 1,500ºC während etwa 0,2 bis 10 Stunden, vorzugsweise etwa 1 bis 4 Stunden gebrannt, wenngleich die Brenntemperatur und die Brennzeit vom Bindemittelgehalt abhängt. Zum Brennen können herkömmliche Brennstützen verwendet werden, wobei Brennstützen aus porösem Aluminiumoxid bevorzugt werden. Ein ungebranntes Blatt kann, falls gewünscht, zwischen den Stützsegmenten eingelegt werden. Die Brennatmosphäre kann Luft sein, während eine Inertgasatmosphäre aus Stickstoff, Helium, Argon oder dergleichen annehmbar ist.
  • Auf diese Weise wird eine Aufschlämmungszusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung zu einem ungebrannten Blatt verformt und dann zu einem gesinterten Zirkoniumdioxidteil gebrannt. Die Aufschlämmungszusammensetzung und das gesinterte Teil haben folgende Vorteile.
  • Da die Aufschlämmungszusammensetzung einen relativ niedrigen Bindemittelgehalt aufweist ist der mit dem Brennen eines ungebrannten Blattes zu einem gesinterten Teil verbundene Schrumpffaktor niedrig genug, um die Dimensionsstabilität des Endteils zu verbessern. Da die Aufschlämmung eine relativ hohe Konzentration an Zirkoniumdioxidteilchen enthält, ist der mit dem Trocknen eines ungebrannten Blattes verbundene Schrumpffaktor niedrig, so daß das Blatt durch das Trocknen weniger verworfen wird und das gesinterte Teil im wesentlichen frei ist von Verwölbungen, Verwerfungen und Rißbildung. Diese Vorteile werden bedeutender, sobald die Blattoberfläche vergrößert oder die Blattdicke reduziert wird.
  • Das durch Brennen der Zusammensetzung nach der Blattherstellung und der durch Entfernung des Bindemittels gebildete gesinterte Teil besitzt eine verfestigte Struktur, eine verbesserte Dimensionsgenauigkeit, die auf einen geringen Schrumpffaktor beim Brennen zurückzuführen ist und eine hohe, sich der theoretischen Dichte annähernden gesinterte Dichte, von beispielsweise mindestens 98,5% der theoretischen Dichte. Das Teil erscheint weiß und transparent und weist eine glatte Oberfläche und hervorragenden Glanz auf. Das Teil besitzt hohe, auf seine Dichte zurüchzuführende mechanische Festigkeit. Wird es als Elektrolytmembran in Festoxid-Brennstoffzellen verwendet, so weist das Teil, bezogen auf die elektromotorische Kraft oder dergleichen, aufgrund ihrer Gasbarriereneigenschaft die theoretische Leistung auf.
  • Die blattförmigen gesinterten Teile finden, durch Ausnützung ihrer Eigenschaft als Festelektrolyt, eine Vielzahl von Anwendungen als mehanische oder elektronische Bauteile in Maschinen und in elektronischen Vorrichtungen, als fünktionelle Bauteile in Sensoren und Brennstoffzellen und als Konsumgüter wie etwa Rasierapparate.
    • Beispiel
  • Die nachstehend angeführten Beispiele der vorliegenden Erfindung dienen ihrer Erläuterung und nicht ihrer Beschränkung.
    • Beispiele 1 bis 8 & Vergleichsbeispiele 1 bis 5
  • Eine, zur Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung wurde aus den folgenden Ausgangsmaterialien hergestellt, zu einem ungesinterten Blatt verformt und dann, nach den folgenden Verfahren, zu einem gesinterten Teil gebrannt.
    • Ausgangsmaterialien Zirkoniumdioxidpulver
  • Es ist anzumerken, daß die mittlere Teilchengröße mittels einer Zentrifugal- Sedimentations-Methode ermittelt wurde und das "Produkt" einen Wert für der mittleren Teilchengröße multipliziert mit der spezifischen BET- Oberfläche entspricht.
  • (A1) Zirkoniumdioxidpulver enthaltend 3 Mol-% Y&sub2;O&sub3; mit einem Wert für die mittlere Teilchengröße vo 0,2 µm, einer spezifische BET-Oberfläche von 9 m²/g und einem Produkt von 1,8 µm m²/g (hergestellt nach dem Verfahren der JP-A 185821/1988).
  • (A2) Zirkoniumdioxidpulver enthaltend 3 Mol-% Y&sub2;O&sub3; mit einem Wert für die mittlere Teilchengröße von 0,33 µm, einer spezifischen BET Oberfläche von 6,5 m²/g und einem Produkt von 2,15 µm m²/g (hergestellt nach dem Verfahren der JP-A 97134/1988).
  • (A3) Zirkoniumdioxidpulver enthaltend 8 Mol-% Y&sub2;O&sub3; mit einem Wert für die mittlere Teilchengröße von 0,22 µm, einer spezifischen BET- Oberfläche von 8,7 m²/g und einem Produkt von 1,91 µm m²/g (hergestellt nach dem Verfahren der JP-A 185821/1988).
  • (A4) Zirkoniumdioxidpulver enthaltend 3 Mol-% Y&sub2;O&sub3; mit einem Wert für die mittlere Teilchengröße von 0,24 µm, einer spezifischen BET- Oberfläche von 17,4 m²/g und einem Produkt von 4,18 µm m²/g.
  • (A5) Zirkoniumdioxidpulver enthaltend 3 Mol-% Y&sub2;O&sub3; mit einem Wert für die mittlere Teilchengröße von 0,63 µm, einer spezifischen BET- Oberfläche von 5,5 m²/g und einem Produkt von 3,5 µm m²/g.
    • Entflockungsmittel
  • Ammoniumpolycarboxylat: 40 Gew.-% (Feststoffgehalt)
    • Bindemittel
  • Wasserlösliches Acrylharz: 40 Gew.-% (Feststoffgehalt)
    • Lösungsmittel
  • Destilliertes Wasser
    • Herstellung einer zur Herstellung von Blättern geeigneten Aufschlämmungszusammensetzung
  • Unter Verwendung von 100 Gew.-Teilen eines jeden Zirkoniumdioxidpulvers (siehe Tabelle 1), des Entflockungsmittels und destillierten Wassers, erhält man eine Dispersion von 80 Gew.-% an Feststoff-Konzentration. Das organisches Bindemittel wirde in einer Menge in die Dispersion eingebracht, wie sie in der Tabelle 1 angegeben ist. Das Gemisch wird 3 Tage in einer Kugelmühle, die mit einem Zirkoniumdioxid-Mahlmedium beschickt ist, gemahlen. Ein Entschäumer wurde in einer Menge von 0,03 Gew.-Teilen zusammen mit dem organischen Bindemittel in einer Menge von 0,07 Gew.- Teilen am Ende des Mahlvorganges eingebracht. Dabei wurde eine für die Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung gebildet, die mittels eines Vakuumentlüfters entlüftet und deren Viskosität eingestellt wurde. In Tabelle 1 sind die Konzentration I an Zirkoniumdioxid und die Viskosität I der Aufschlämmung vor der Viskositätseinstellung und die Konzentration II an Zirkoniumdioxid und die Viskosität II der Aufschlämmung nach der Viskositätseinstellung angegeben. Tabelle 1 Aufschlämmungszusammensetzung Bewertung der Aufschlämmung Bindemittel (Gewichtsteile) Konzentration Viskosität Beispiel Vergleichsbeispiel
    • Herstellung des ungebrannten Blattes
  • Die Aufschlämmung wurde mittels einer herkömmlichen Appliziervorrichtung mit Rakel auf einen Trägerfilm aufgetragen. Das Trägergewebe wurde mit einer Geschwindigkeit von 10m/Stunde zugeführt. Wie es Tabelle 2 zeigt, wurde der Abstand zwischen der Rakel und dem Trägergewebe in Übereinstimmung mit der gewünschten Dicke eines schließlich gesinterten Blattes eingestellt. Die Beschichtung wurde durch Erhitzen mit Heißluft, mit einer Geschwindigkeit von 2ºC/min. auf etwa 100ºC, unter Bildung eines ungebrannten Blattes getrocknet.
    • Sintervorgang
  • Das ungebrannte Blatt wurde in ein Teil von vorbestimmter Größe geschnitten. Man setzte es auf eine Brennstütze und brennt es während 2 Stunden in einem elektrischen Ofen bei der in Tabelle 2 angegebenen Temperatur unter Bildung eines gesinderten Teiles.
  • Die Gasbarriereeigenschaft des gesinterten Teiles wurde durch Anbringen von Elektroden und Ermitteln der Spannung eines offenen Stromkreises unter Variation des Sauerstoffpartialdrucks bewertet. Die Bewertung des Teils als Gasbarriereeigenschaft aufweisend (positiv) erfolgt dann, wenn die theoretische Spannung beobachtet wird.
  • In der Tabelle 2 werden auch die Bewertungsergebnisse des ungebrannten Blattes und des gesinterten Teils angegeben.
  • Es ist selbstverständlich, daß auch Beispiele, die außerhalb des numerischen Grenzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen, in Tabelle 1 und 2 als Vergleichsbeispiele 1 bis 5 gezeigt werden. Tabelle 2 ungebranntes Blatt Brennen Bewertung des gesinterten Teils Flexibilität Größe (mm x mm) Dicke (µm) lineare Schrumpfung (%) Reißen oder Verwölben Gasbarriere Dichte Beispiel Vergleichsbeispiel ungebranntes Blatt konnte nicht bearbeitet werden (Rißbildung)

Claims (15)

1. Für die Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung umfassend Zirkoniumdioxidpulver, ein organisches Bindemittel und ein Lösungsmittel,
worin das Zirkoniumdioxidpulver 2 bis 10 Mol-% Yttriumoxid in Form einer festen Lösung enthält und eine gemäß der BET-Methode gemessene spezifische Oberfläche von 5- 10 m²/g und einen Wert für die mittlere Teilchengröße multipliziert mit der spezifischen Oberfläche von bis zu 3 µm m²/g aufweist;
wobei das organische Bindemittel in einer Menge von 16 - 30 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Zirkoniumdioxidpulver vorhanden ist.
2. Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Zirkoniumdioxidpulver einen Wert für die mittlere Teilchengröße multipliziert mit der spezifischen Oberfläche von 1 bis 3 µm m²/g aufweist.
3. Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Zirkoniumdioxidpulver eine mittlere Teilchengröße von 0,05 bis 0,5 µm besitzt.
4. Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Lösungsmittel in einer solchen Menge vorhanden ist, daß die Zusammensetzung eine Viskosität von 3 bis 20 Pa s (3.000 bis 20.000 Centipoise) aufweist.
5. Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 3, worin das Zirkoniumdioxidpulver eine mittlere Teilchengröße von 0,1 bis 0,4 µm besitzt.
6. Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 2, worin das Zirkoniumdioxidpulver einen Wert für die mittlere Teilchengröße multipliziert mit der spezifischen Oberfläche von 1 bis 2,5 µm m²/g besitzt.
7. Für die Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Zirkoniumdioxidpulver 2 bis 8 Mol-% Yttriumoxid enthält.
8. Für die Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 1, worin das organische Bindemittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Acrylpolymeren, Acrylpolymeremulsionen, Ethylenoxidpolymeren, Hydroxyethylcellulose, Methylcellulose, Polyvinylalkohol, Isocyanaten, Wachs-Gleitmitteln, wäßrigen Urethanen, Methacrylatsalzen, Wachsemulsionen und Ethylen/Vinylacetat-Copolymeremulsionen besteht.
9. Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 1, worin 18 bis 23 Gew.-Teile des organischen Bindemittels vorhanden sind.
10. Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 9, worin 19 bis 22 Gew.-Teile des organischen Bindemittels vorhanden sind.
11. Für die Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Lösungsmittel Wasser ist.
12. Für die Herstellung von Blättern geeignete Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 1, welche zusätzlich ein Ausflockungsmittel ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ammoniumpolyacrylat und Ammoniumacrylat-Acrylatester-Copolymeren besteht, in einer Menge von einem Gew.-Teil oder weniger enthält.
13. Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 1, welche zusätzlich einen Weichmacher ausgewählt aus der Gruppe, die aus Butylbenzylphthalat, Dioctylphthalat, Dinonylphthalat, Dibutylphthalat, Ethyltoluolsulfamid, Glycerin, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tri-N-butylphosphat, Diethanolamin, Triethanolamin, einem Benzin-Öl-Gemisch und Polyolen besteht, in einer Menge von weniger als drei Gew.- Teilen Weichmacher pro 100 Gew.-Teile des Zirkoniumdioxidpulvers enthält.
14. Aufschlämmungszusammensetzung nach Anspruch 4, worin die Viskosität der Zusammensetzung 10 bis 15 Pa s (10.000 bis 15.000 cps) beträgt.
15. Blattförmiges gesintertes Zirkoniumdioxidteil hergestellt durch Verformen der Aufschlämmungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zu einem grünen Blatt und Brennen des grünen Blatts.
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