WO2001044139A2

WO2001044139A2 - Verfahren zur herstellung von keramischen bauteilen

Info

Publication number: WO2001044139A2
Application number: PCT/EP2000/012827
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Burger; Gundula Kiefer; Helmut Ziegelbauer
Original assignee: Ceramtec Ag; Ziegelbauer, Brigitte
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2001-06-21
Also published as: AU1864301A; WO2001044139A3; DE10062810A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung keramischer Bauteile, bei dem dem giessfähigen, wässrigen Schlicker Harnstoff und Urease zugesetzt wird, dieser Schlicker in eine der Form und der Oberflächenstruktur des herzustellenden keramischen Bauteils entsprechende Form gegossen wird, der Grünkörper nach der Koagulation entformt, getrocknet und gesintert wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von keramischen Bauteilen

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Bauteilen.

Für die Herstellung von keramischen Bauteilen mit komplizierten Oberflächen- Strukturen wird heute in der Regel das Schlickergussverfahren eingesetzt. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß nur dünnwandige Hohlkörper mit homogener Struktur gegossen werden können. Mit zunehmender Wandstärke lassen sich hoch zuverlässige Bauteile nach diesem Verfahren nicht mehr herstellen. Die Oberflächengüte keramischer Bauteile hängt in entscheidendem Masse von der Oberflächenqualität der für die Formgebung verwendeten Formen ab. Für das Schlickergussverfahren werden in der Regel Gipsformen verwendet, die im allgemeinen mehr oder weniger große Poren aufweisen. Die Gipsformen entziehen der Suspension das Wasser und verfestigt sie dadurch. Je nach Porengröße und Porenmenge ist daher die Oberflächengüte des keramischen Bauteils zu erwarten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren bereitzustellen, das die Nachteile der im Stand der Technik bekannten Verfahren nicht aufweist.

Gelöst wurde die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorzugsweise Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Überraschenderweise gelang es durch die Anwendung des sogenannten DCC- Verfahrens insbesondere keramische Bauteile mit komplexen Oberflächenstrukturen herzustellen.

Beim erfindungsgemäß eingesetzten DCC-Verfahren, die Abkürzung steht für Direct Coagulation Casting, wird der keramischen Suspension aus Keramikpulver und Wasser zunächst Harnstoff zugesetzt. Anschließend wird das Enzym Urease zugegeben, bevor sie in eine Form gegeben wird. Das Enzym Urease bewirkt dann, dass der in der Suspension enthaltene Harnstoff in Kohlensäure und Ammoniak gespalten wird. Die ursprünglich saure Suspension wird dadurch alkalisch bis zu einem pH-Wert von neun. Dort erreicht sie ihren Null-Ladungspunkt und wird stabil. Der besondere Vorteil besteht darin, dass diese Reaktion bereits bei Raumtemperatur abläuft. Ein weiterer Vorteil im Vergleich zu den anderen bekannten Verfahren besteht darin, dass die Koagulation an verschiedenen Stellen im Bauteil simultan startet. Das

BESTΔTIGUNGSKOPIE Ergebnis ist ein völlig homogener Körper ohne Mikrofehler, der lediglich getrocknet und anschließend gesintert wird. Ein Ausbrennen wie bei dem Spritzgussverfahren ist ebensowenig nötig wie eine im Schlickergussverfahren nötige Entwässerung. Da das DCC-Verfahren auch den Einsatz von sogenanntem Nanopulver mit einem Körnchendurchmesser von einem zehntausendstel Millimeter und kleiner ermöglicht, lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäß eingesetzten DCC-Verfahrens auch feinste Strukturen in der Oberfläche des keramischen Bauteils realisieren. Weitere Einzelheiten zum DCC-Verfahren sind in der WO 94/02429 und in der WO 94/24064 offenbart, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht beispielsweise vor, dass eine keramische Ausgangsmischung, mit einem Feststoffgehalt von beispielsweise über 50 Vol-%, in einer wässrigen Suspension gemahlen wird. Der pH-Wert der Mischung wird dabei auf 4 bis 4,5 eingestellt. Nach der Mahlung wird Harnstoff und eine Menge des Enzyms Urease hinzugefügt, die geeignet ist, den Harnstoff abzubauen, bevor diese Suspension („scharfer" Schlicker) in eine Form, die die entsprechende Oberflächenstruktur aufweist, abgegossen wird. Durch die enzymkatalysierte Harnstoffzersetzung verschiebt sich der pH-Wert der Suspension nach 9, wobei die Suspension koaguliert. Der so hergestellte Grünkörper wird nach der Entformung getrocknet und gesintert. Der Sinterprozeß kann drucklos erfolgen, aber auch das Vorsintern, gefolgt von anschließender heißisostatischer Nachverdichtung, ist möglich.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es überraschenderweise, selbst Körper mit komplexen Oberflächen, beispielsweise Zähne, Münzen, Figuren, archäologische Funde usw. detailgetreu abzubilden. Dies wird erfindungsgemäß möglich durch die Wahl eines geeigneten Formenmaterials, mit dem die komplexen Oberflächen der Vorlagen detailgetreu abgebildet werden können. Als erfindungsgemäß geeignetes Formenmaterial kann fast jedes Material eingesetzt werden, mit dem die Form und die Oberflächenstrukturen der Vorlagen abgebildet werden können. So können beispielsweise Formen aus Kunststoff, Metall, Gummi, Holz usw. eingesetzt werden. Für die Herstellung keramischer Bauteile mit besonders hoher Oberflächengüte, d. h. Oberflächen, die keine beispielsweise durch Poren aufweisende Formen hervorgerufene Fehler aufweisen, sind insbesondere Materialien bevorzugt, die Formen mit porenfreier Oberfläche ergeben. Als solche sind erfindungsgemäß Materialien aus Kunststoff geeignet. Besonders die für die Herstellung von Bauteilen mit höchster Präzision verwendeten Materialien sind erfindungsgemäß bevorzugt. Beispielhaft genannt seien die im Dentalbereich eingesetzten Materialien, wie beispielsweise Silikon-Elastomere, Vinylpolysiloxan- Abformmassen oder Polyetherabformwerkstoffe, die von Dentalzulieferfirmen, wie z. B. Fa. ESPE, hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Verwendung von Materialien beschränkt, die für Hochleistungskeramiken eingesetzt werden, sondern kann insbesondere auch mit den in der Dentalprothetik eingesetzten keramischen Materialien eingesetzt werden.

Aufgrund der im erfindungsgemäß eingesetzten DCC-Verfahren ablaufenden homogenen Koagulation ergeben sich keine Begrenzungen hinsichtlich Dickeunterschieden im keramischen Bauteil; die Zuverlässigkeit der Keramik bleibt auch dabei erhalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung keramischer Bauteile, dadurch gekennzeichnet, dass dem giessfähigen, wässrigen Schlicker Harnstoff und Urease zugesetzt wird, dieser Schlicker in eine der Form und der Oberflächenstruktur des herzustellenden keramischen Bauteils entsprechende Form gegossen wird, der

Grünkörper nach der Koagulation entformt, getrocknet und gesintert wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Form aus Kunststoff, Metall, Gummi oder Holz besteht.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Form eine porenfreie Oberfläche aufweist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Form Silikon-Elastomere, Vinylpolysiloxan-Abformmassen oder Polyetherabformwerkstoffe eingesetzt wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterprozeß drucklos erfolgt.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünkörper vorgesintert und anschließend heißisostatisch nachverdichtet wird.

7. Verwendung des DCC-Verfahrens zur Herstellung keramischer Bauteile mit komplexen Oberflächen.