DE809055C

DE809055C - Verfahren zum Herstellen von Koerpern aus piezoelektrischem, keramischem Material

Info

Publication number: DE809055C
Application number: DEP45580A
Authority: DE
Inventors: Charles Kenneth Gravley
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1948-06-12
Filing date: 1949-06-12
Publication date: 1951-07-23
Also published as: US2554327A

Description

Verfahren zum Herstellen von Körpern aus piezoelektrischem, keramischem Material Vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Körpern aus piezoelektrischem, keramischem :Material, d. h. von Körpern aus polykristallinischem Material, die elektrische Energie in mechanische umzuwandeln vermögen, oder umgekehrt. Solche piezoelektrische, keramische Materialien können z. B. auf der Basis von Erdalkalititanaten, wie Bariummetatitanat, zusammengesetzt sein.
Die fraglichen Körper können bei der Herstellung von Umformern Verwendung finden, die zur Ausbildung elektromechanischer Vorrichtungen, wie Tonabnehmer, Schreiber, Lautsprecher und Schalter, bestimmt sind.
Es ist dabei manchmal erwünscht, daß die Körper dünne Wände oder gekrümmte Oberflächen haben. Wird die Formgebung in solchen Fällen durch Pressen, Spritzen oder Gießen durchgeführt, so können die Körper sich beim Sintervorgang verzerren, oder es können dabei Risse oder Hohlräume in den Körpern entstehen. Außerdem ist es schwierig, solche Körper, wie Röhren ovalen Querschnitts und Röhren mit gekrümmten Achsen, unter Zuhilfenahme der erwähnten bekannten Formgebungsverfahren herzustellen. Es ist bereits bekannt, in solchen Fällen einen Kern zu verwenden, der nach dem Sintern oder während dieses Vorgangs beseitigt wird und auf den das keramische Material durch Eintauchen in eine Dispersion dieses Materials aufgebracht wird. Auf diese Weise ergibt sich jedoch nicht ein Körper mit gleichmäßiger Wandstärke.
Gemäß der Erfindung werden die erwähnten Nachteile bei der Herstellung von Körpern aus piezoelektrischem, keramischem Material dadurch behoben, daß auf einem Kern aus nicht hitzebeständigem Material ein Stoff angebracht wird, der den keramischen Rohstoff aus einer Dispersion zur Ausflockung zu bringen vermag, und daß dann der Kern mit einer solchen Dispersion in Berührung gebracht wird, so daß eine Schicht aus dem keramischen Rohstoff auf den Kern niedergeschlagen wird. Darauf wird erwärmt, so daß der nicht hitzebeständige Kern entfernt wird und ein zusammenhängender Körper aus piezoelektrischem, polykristallinischem, keramischem Material entsteht.
Unter nicht hitzebeständigem Material soll hier ein Material verstanden werden, das bei der Sinterung durch Verbrennen, Schmelzen, Verdampfen o. dgl. beseitigt werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an einem Beispiel näher erläutert.
Bei der Wahl eines geeigneten Materials für den Kern ist es von Bedeutung, inwieweit das Material in die erwünschte Form gebracht werden kann, ob es vollständig beim Sintern verschwindet, in welchem Maß ein flüssiges Flockungsmittel das Material benetzt und durchdringt und ob das Material in hinreichendem Maße formbeständig ist, wenn es mit dem flüssigen Flockungsmittel oder dem Dispersionsmittel in Berührung kommt. Obgleich Kerne aus thermoplastischem Material, wie Celluloseacetat, erfolgreich verwendbar sind, wird Papier bevorzugt.
Wenn ein langgestreckter, flacher Kern erwünscht ist, kann eine Schablone von der in Ansicht in Fig. i dargestellten Art verwendet «erden, die durch Stanzen aus einem Papierbogen 12 hergestellt werden kann. Der zwischen den Linien 13 und 14 liegende Teil des Bogens 12 umfaßt eine Anzahl von Streifen 16, 17, 18 usw., die durch öffnungen i9, 2o usw. getrennt sind und die als Kerne bei der Formgebung dienen können. Zur Herstellung von Körpern von einer Form, wie sie perspektivisch in Fig.4 dargestellt ist, kann der Abstand zwischen den Linien 13 und 14 etwa 65 mm, die Breite der Streifen 16, 17, 18 etwa 3 mm sein und der Papierbogen 12 eine Stärke von etwa 0,2 mm haben.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird eine Dispersion eines keramischen Rohstoffes in einem passenden Medium, z. B. Wasser, verwendet, in der eine kleine Menge Dispergiermittel gelöst ist.
Als keramische Rohstoffe kommen verschiedene Titanate in Betracht, besonders Bariummetatitanat oder Gemische aus Stoffen, die in dieses bei Erhitzung übergehen. Es kann z. B. eine Dispersion aus etwa 8o Gewichtsteilen Bariummetatitanat in etwa 20 Gewichtsteilen Wasser mit einem Zusatz von z. B. 1 Gewichtsteil eines geeigneten Dispergiermittels, wie naphtalensulfosaures Natrium, gebildet werden.
Auf der Schablone 12 wird das Flockungsmittel angebracht. Zu diesem Zweck wird die Schablone in eine wäßrige Lösung von Ammoniumpentaborat N H,1 B50" und Äthylalkohol eingetaucht. Der Alkohol dient dabei als Benetzungsmittel. Diese Lösung kann z. B. hergestellt werden, .indem eine gesättigte Lösung von Ammoniumpentaborat in Wasser mit Äthylalkohol in solchem Verhältnis gemischt wird, daß der Alkohol etwa ein Viertel bis die Hälfte des Volumens der ganzen Lösung bildet. Andere passende Flockungsmittel sind konzentrierte, wäßrige Lösungen von Ameisensäure oder Essigsäure, verdünnt mit Äthylalkohol oder mit Aceton. Auch sind z. B. Lösungen von etwa ioo/o Calciumchlorid oder Calciumnitrat in einem Gemisch von 8o Gewichtsprozent Aceton und 2o Gewichtsprozent Äthylalkohol verwendbar. Die Schablone 12 wird, wie dies in Fig. t dargestellt ist, unter Zuhilfenahme von Klammern 23 an einen Stab 22 gehängt und durch einen -Metallstab 24 auf- der unteren Seite flach gehalten. Die Schablone wird darauf in die Lösung des Flockungsmittels gebracht und in dieser gehalten, bis von der Lösung aus dem Papier ausgelöste Gasblasen nach der Oberfläche gekommen sind, was etwa 2 Minuten dauern kann. Wenn Papierschablonen verwendet werden, ist es erwünscht, diese darauf bei Zimmertemperatur während 5 bis io -Minuten an der Luft zu trocknen. Darauf wird die Schablone während etwa i -Minute in die Dispersion des keramischen Materials eingetaucht. Damit zuviel Bewegung und die Mitnahme von Gasblasen vermieden wird, läßt man die Schablone langsam in die Dispersion tauchen. Es ist erwünscht, die Dispersion vorsichtig zu rühren, was in einem besonderen Gefäß durchgeführt werden kann, durch das die Dispersion langsam umläuft. Da wesentliche Mengen keramischen Materials auf die Schablonen niedergeschlagen werden, ist es bei Dauerbetrieb erforderlich, daß der Dispersion neue --Mengen keramischen Materials zum Ersatz des verwendeten Materials einverleibt werden.
Die Schablone wird nach dem Niederschlagen einer Schicht von der erwünschten Stärke so langsam aus dem Tauchbehälter herausgezogen, daß nichtkoaguliertes Material in hinreichendem -Maße Gelegenheit hat, abzufließen, mit der Nfaßgabe aber, daß dies nicht so langsam erfolgt, daß sich auf dem unteren Teil der Schablone eine wesentlich stärkere Schicht absetzt. In der Praxis geht dies häufig darauf hinaus, daß das Herausziehen in etwa '/e bis 1/s der Zeit stattfindet, während der die Schablone eingetaucht war.
Wenn ein stärkeres Flockungsmittel verwendet wird, können selbstverständlich das Eintauchen in die Dispersion und das Herausziehen schneller durchgeführt werden. Das Flockungsmittel darf jedoch nicht eine so starke Wirkung haben, daß das Herausziehen so schnell durchgeführt werden müßte, daß Abfließen nichtkoagulierter Dispersion von der Schablone in hinreichendem Maße verhütet wird.
Darauf wird bei Zimmertemperatur an der Luft während i Stunde getrocknet, worauf während angenähert gleicher Zeit auf etwa So' C erwärmt wird.
Zur Sicherung eines genügenden Zusammenhangs und einer genügenden Haftung der Schicht kann . eine Dispersion verwendet werden, die ein Bindemittel z. 13. auf der Basis von Polyvinylalkohol enthält. Andere Beispiele von Bindemitteln sind Gummiarabikum und Latex.
Fig. 2 zeigt im Querschnitt zwei Streifen 17, 18 von der in Fig. 1 dargestellten Art, auf die eine gemäß der Erfindung niedergeschlagene Schicht 31 aufgebracht ist. Dieselben Streifen sind im Schnitt in Fig. 3 mit einer Schicht keramischen Rohstoffes 32 dargestellt, wie diese auf bekannte Weise ohne Anwendung eines F lockttngsmittels erzeugt wird. 17s ist ersichtlich, daß, wenn auch der Schicht 32 an bestimmten Stellen eine erhebliche Stärke erteilt worden ist, z.13. durch aufeinanderfolgende Eintauchungen und Trocknungen, die Schicht an den lZändern der Streifen besonders dünn ist. Eine solche Ungleichmäßigkeit hinsichtlich der Stärke, die auch die auf diese Weise hergestellten gesinterten Produkte aufweisen, ist bei den im vorliegenden Fall beabsichtigten Anwendungen nicht zuliissig. Außerdem reicht bei der Erfindung eine einzige Dispersionstauchung zur Erzeugung verhältnismäßig starker Schichten bereits aus.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das erwünschte Endprodukt eine Anzahl langgestreckter Hohlkörper, die vorzugsweise einzeln erhitzt werden. Mit Rücksicht darauf wird die Schablone in die Dispersion und gegebenenfalls auch in das Flockungsmittel nur bis zur Linie 13 der Fig. r eingetaucht. lach Trocknen kann der Teil oberhalb der Linie 13 auf einfache Weise abgeschnitten werden. Der Teil unterhalb der Linie 1.4 kann auch abgeschnitten werden, und zwar mit erforderlicher Sorgfalt zur Verhütung von Beschädigung, z. B. durch Sägen oder Schleifen. Auch ist es möglich, die beiden Teile auf die für den Teil unterhalb der Linie 1:1 angegebene Weise ztt beseitigen.
Die einzeln überzogenen Kerne 16, 17, 18 usw. werden darauf gesintert, wobei der nicht hitzebeständige Kern verschwindet. Auf diese Weise ergeben sich langgestreckte Hohlkörper, wie sie mit 3.1 in Fig. .4 bezeichnet. sind, die zwei einander gegenüberliegende Wände 35 und 36 mit verhältnismäßig breiter und flacher Form und eine nahezu gleichmäßige Wandstärke von z. B. '/a mm haben.
In Abhängigkeit von der Form des verwendeten Kerns oder der Schablone können verschieden gestaltete piezoelektrische keramische Körper hergestellt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Verfahren zur Herstellung von Körpern aus piezoelektrischem, keramischem Material durch Aufbringen einer Schicht keramischen Rohstoffes aus einer Dispersion desselben auf einem Kern aus nicht hitzebeständigem Material und Sintern, wobei der Kern beseitigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kern ein Stoff aufgebracht wird, der den keramischen Rohstoff aus einer Dispersion desselben zur Ausflockung zu bringen vermag, und daß darauf der Kern mit einer solchen Dispersion in Berührung gebracht wird, so daß eine Schicht des keramischen Rohstoffes auf den Kern niedergeschlagen wird, worauf getrocknet und gesintert wird.
2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anbringen des Stoffes mit Flockwirkung aus einer Lösung ein Benetzungsmittel verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion des keramischen Rohstoffes ein Bindemittel enthält.
4. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungen auf einer Schablone durchgeführt werden, die aus mehreren Teilen besteht, die als Kern für die zu sinternden Körper dienen können.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone nach Auftragen der Schicht keramischen Materials in einen Kern enthaltende Teile zerlegt wird und diese Teile gesintert werden.