WO1994002293A1

WO1994002293A1 - Verfahren zum strukturieren von keramischen grünkörpern

Info

Publication number: WO1994002293A1
Application number: PCT/EP1993/001634
Authority: WO
Inventors: Jürgen Böttcher; Rudolf Ganz; Jürgen Heinrich; Rüdiger Herrmann; Axel Reinhold; Matthias Simmerl; Heinrich Schelter
Original assignee: Hoechst Ceramtec Aktiengesellschaft; Schelter, Sibylle
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1994-02-03

Abstract

Bei dem Verfahren zum Strukturieren von keramischen Grünkörpern durch Schneiden, werden die Grünkörper mit einem Flüssigkeitsstrahl mit einer Düsenaustrittsgeschwindigkeit von 300 bis 1400 m/s und einem Strahldurchmesser von 0,04 bis 0,3 mm geschnitten.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Strukturieren von keramischen Grünkörpern.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strukturieren von keramischen Grünkörpern durch Schneiden.

Es ist bekannt, keramische Grünkörper aus Folien, Platten, Schlickergießteilen, Spritzgußteilen, Extrudaten, statisch gepreßten Teilen und der gleichen durch Scheiden wie Sägen, Fräsen, Bohren, Drehen, Lasern und Stanzen zu strukturieren. Nachteilig bei diesen Schneidverfahren ist einerseits die mechanische Belastung der Schnittkante, die zur Krümelbildung führt und andererseits ihre thermische Belastung beim Schneiden mit Lasern, wo es zum Abbrannt von organischen Komponenten in der Grünmasse kommt.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Grünkörper mit einem Flüssigkeitsstrahl mit einer Düsenaustrittsgeschwindigkeit von 300 bis 1400 m/s, vorzugsweise von 800 bis 1200 m/s und einen Strahldurchmesser von 0,04 bis 0,3 mm, vorzugsweise von 0,05 bis 0,15 mm geschnitten werden.

Die Schnittgeschwindigkeit kann zwischen 0,1 und 20 m/min, vorzugsweise zwischen 6 und 14 m/min gewählt werden.

Der Weg des Flüssigkeitεstrahls kann programmgesteuert sein und die Flüssigkeit pulverförmigen Feststoff enthalten. Als Flüssigkeit eignet sich unter anderem Wasser, Öl, Lösemittel, Lösemittelgemische oder Polymere enthaltende Flüssikgeiten. Die Vorteile des Verfahrens sind im wesentlichen in der Qualität der Schnittkante (glatt, winkeltreu) zu sehen. Es lassen sich feine Strukturen hinunter bis zu 1 mm Stegbreite in Materialien von mehr als 5 mm dicke schneiden. Es können Materialdicken bis zu 20 mm, bei Zusatz von pulverförmigem Feststoff (Abrasivschneiden) bis zu 100 mm geschnitten werden. Durch CNC-Steuerung des Weges des Flüssigkeitsstrahls in Verbindung mit CAD-Systemen können komplizierte Schneidgeometrien hergestellt werden. Nach dem Verfahren können aus band- oder plattenförmigem Material Körper von einfacher oder komplizierter Geometrie wie z. B. Substrate für die Mikroelektronik aus Al₂0₃, AIN oder Cordierit, Brenner-Konstruktionen mit einer Vielzahl von Durchbrüchen aus silicatkeramischen oder nichtoxidischen Keramik-Werkstoffen, Dichtscheiben aus oxidischen oder carbidischen Keramik-Werkstoffen sowie piezoelektrische Komponenten aus piezokeramischen Werkstoffen in kreisrunder, rechteckiger oder komplizierter Geometrie geschnitten werden. Diese Körper können auch Ausnehmungen beliebiger Kontur aufweisen. Derartig geschnittene Grünkörper ohne bzw. mit Ausnehmenungen beliebiger Kontur können für den Aufbau von Leitungsrohren, Heiz- und Kühlstäben, Düsen, Brennerplatten für Heizgeräte, Wärmetauscher jeglicher Art, Katalysatorträger, Dichtscheiben, Gehäuse für die Mikroelektronik, Aktuatoren und andere Multilayer verwendet werden. Darüber hinaus können aber mit diesem Verfahren auch keramische Bauteile geschnitten werden, die nicht eben sind und die nicht eine konstante Wandstärke aufweisen. Dies können sowohl einteilige, als auch zusammenlaminierte mehrteilige keramische Grünkörper sein, die evtl. auch an einem Bauteil in unterschiedlichem Abstand zur Düse geschnitten werden. Unter den einteiligen Komponenten lassen sich z. B. Rohre, schlickergegossene Bauteile komplizierter Geometrie wie z. B. Grillkohle-Imitationen und Preßkörper komplizierter Geometrie in unterschiedlichem Abstand zur Düse schneiden.

Es ist sowohl ein Schnitt von mehreren Lagen gleichzeitig übereinander an einem ein- oder mehrteiligen Bauteil,, als auch an einem Stapel von Bauteilen möglich. Solange die Schnittkanten-Qualität und die präzise Lage der Schnittkanten nicht zu hohen Anforderungen unterliegt, kann die Summe der gleichzeitig geschnittenen Wandstärken auch über 10 mm, in Einzelfällen sogar über 40 mm liegen. Der unterschiedliche Abstand von der Düse zur zu schneidenden Keramik kann ohne weiteres um mehr als 30 mm an einem Bauteil variieren. Der Gesamtabstand von der Düse bis zu einer dünnen Wandstärke wird in der Regel kleiner als 40 mm sein. Bei größeren Abständen empfiehlt sich die vertikale Bewegung der Düse.

Für schräg liegende Bohrungen und Kanten bzw. für konvexe Bearbeitungsflächen empfiehtl sich eine dreidimensional frei bewegliche Düse, die z. B. über einen 5-Achsen-Roboter ausgerichtet werden kann. Konkave Bearbeitungsfiächen lassen sich nur bei dickwandigen Bauteilen von mehr als 20 oder 40 mm Dicke, je nach Strahlwiderstand und bei höherer Relativgeschwindigkeit zwischen Bauteilposition und seitlicher Strahlbewegung erzeugen. Diese Flächen sind jedoch hierbei nur sehr gering durchgebogen. Diese Form entsteht hauptsächlich durch die Aufweitung des Schneidstrahls bei größeren, zu schneidenden Wandstärken. Hierbei wird der Strahl beim forschreitenden Eindringen sukzessive in einer Richtung abgedrängt und endet in der Tiefe mit stärker unebenen Endflächen.

Beispiel für das Wasserstrahlschneiden ohne Zusatzstoffe einer grünen SiC-Keramik je nach Wandstärke; diese Parameter können in weiten Grenzen je nach der Bindefestigkeit der Partikel im Grünkörper variieren, wobei die Härte der anorganischen Pulverpartikel nur einen untergeordneten Einfluß auf die Schneidparameter ausübt.

Wandstärke: 1 - 6 mm 10 mm

Düsenaustrittsgeschwindigkeit: 1000 m/s 1000 ms

Strahldurchmesser an der Düse: 0,05 - 0,1 mm 0,06 - 0,1 mm

Schnittgeschwindigkeit: 10 m/min 7 m/min.

Mit dem Flύssigkeitsstahischneiden ist es möglich, mit geeigneten Vorrichtungen wie z. B neigbaren Tischen oder mehrachsig bewegbaren Handling-Einrichtungen nicht nur Schnitte senkrecht zu einer Basisfläche vorzunehmen, sondern nahezu beliebig geneigte Schnitte sowie in mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen auch Fasen und Verrundungen an Bauteilkanten anzubringen. Die u. U. empfindlichen Schnittkanten verheilen bei dem nachfolgenden Brennprozeß.

Darüber hinaus ist es von besonderem Vorteil, extrudierte Stränge von grüner Keramik mit Flüssigkeitsstrahl abzulängen. Derartige Stränge werden in Serie üblicherweise im lederharten Zustand mit einer Vielzahl von teuren Sägeblättern, speziellen Rasierklingen oder ähnlichen Schneidwerkzeugen abgelängt, deren Verzug leicht zu Toleranzabweichungen bzw. zum Ersatz durch neue Schneidwerkzeuge führt. Die engen Toleranzen von häufig nur plus minus 0,05 mm oder weniger können nicht mehr ohne besondere Aufwendungen bei allen Teilen eingehalten werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Flüssigkeitsstrahldüse proportional zur Geschwindigkeit des Stranges mitzuführen. Derartige Stränge, die einen Durchmesser von etwa 0,8 bis 10 mm aufweisen und in Abständen von ca. 1 bis 80 mm abgelängt werden, dienen nach dem Brand als Widerstandsträgerkörper zur Herstellung von unterschiedlichsten Widerständen, wie z. B. Kohlemasse-, Draht-, Metallschicht-, Melf- oder Chipwiderständen und werden in Großserie in Milliarden Stück hergestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Strukturieren von keramischen Grünkörpern durch Schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Grünkörper mit einem Flüssigkeitsstrahl mit einer Düsenaustrittsgeschwindigkeit von 300 bis 1400 m/s, vorzugsweise zwischen 600 bis 1200 m/s und einem Strahldurchmesser von 0,04 bis 0,3 mm, vorzugsweise zwischen 0,05 bis 0,15 mm geschnitten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittgeschwindigkeit zwischen 0 bis 20 m/min, vorzugsweise zwischen 6 und 14 m/min gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Weg des Flüssigkeitsstrahls programmgesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrahl puiverförmigen Feststoff und/oder organische Flüssigkeiten enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß band- oder plattenförmige Grünkörper geschnitten werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein- oder mehrteilige Grünkörper beliebiger Geometrie oder Stapel von Grünkörpern geschnitten werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß keramische Grünkörper mit unterschiedlichem Abstand zur Düse geschnitten werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch senkrechtes Verfahren oder/und Verkippen der Düse ohne zusätzliche senkrechte Bewegung des Bauteils geschnitten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch senkrechtes Verfahren oder/und Verkippen der Düse schräg oder senkrecht zur ursprünglichen Strahlrichtung liegende Bohrungen, Ausnehmungen oder/und Schnittkanten erzeugt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verkippen der Düse konvexe. Bearbeitungsflächen erzeugt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dickwandigen Grünkörpern schwach konkave Bearbeitungsflächen erzeugt werden.