WO2013001420A1 - Verfahren zur herstellung eines verbundmaterials - Google Patents

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WO2013001420A1
WO2013001420A1 PCT/IB2012/053128 IB2012053128W WO2013001420A1 WO 2013001420 A1 WO2013001420 A1 WO 2013001420A1 IB 2012053128 W IB2012053128 W IB 2012053128W WO 2013001420 A1 WO2013001420 A1 WO 2013001420A1
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WO
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suspension
composite material
matrix material
μηη
process step
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PCT/IB2012/053128
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English (en)
French (fr)
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Hippolyte Amaveda
Luis Alberto ANGUREL LAMBAN
Miguel Angel BUÑUEL MAGDALENA
Francisco Javier Ester Sola
Ingke MASTHOFF
Mario Mora Alfonso
Fernando Planas Layunta
Maria TOMAS GIMENO
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BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
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    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density

Definitions

  • the invention is based on a method for producing at least one
  • Matrix material and at least one fiber material-containing composite material in particular suitable for use as a hob plate, according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is in particular to provide a method for producing a composite material with a low energy consumption, can be dispensed with the use of heavy machinery.
  • the object is achieved by the features of claim 1, while advantageous embodiments and modifications of the invention can be taken from the dependent claims.
  • the invention is based on a method for producing at least one
  • Matrix material and at least one fiber material-containing composite material in particular suitable for use as a hob plate.
  • matrix material is to be understood as meaning a material which is intended to form a basic body for a body of the composite material and which is intended to receive the fiber material, in particular the matrix material is formed by a ceramic and / or forms chemical bonds
  • a “fiber material” is meant in particular a material which is present as a fiber and which is intended to be incorporated into a matrix material.
  • a material composition of matrix material and fiber material can overrule one another. It is proposed that the matrix material is obtained in at least one process step by gelation from a suspension.
  • a "gelation” is to be understood in particular as a coagulation of a suspended and / or dissolved substance, through which a gel, ie a three-dimensional matrix of a solid with pores, in which a liquid and / or a gas is contained, is formed and / or one
  • the suspension be formed in at least one process step to between 10% vol and 50% vol of a powder of a ceramic material, i. in particular, that in at least one method step a
  • Ceramic is to be understood in particular as meaning a material from which a ceramic material can be produced, preferably the ceramic material is formed from a material from the group of oxides, in particular from aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO ), Zirconia (ZrO 2 ), sodium oxide (Na 2 O), calcium oxide (CaO), potassium oxide (K 2 O), and particularly preferably silica (SiO 2 ).
  • the matrix material can also be formed from a mixture of materials, in particular from a mixture of materials containing the chemical elements silicon and aluminum,
  • the matrix material is formed from a ceramic material.
  • An indication of "x% vol" of a material is intended in In particular, it can be understood that a volume of the suspension is formed in a proportion of x% of the material.
  • a composite material can be obtained which has a high temperature resistance and a low thermal expansion coefficient.
  • the composite material is suitable for use as a cooktop plate by using a powder of a ceramic material.
  • the fiber material is also formed by a ceramic material.
  • other fibers of other materials For example, textile or metal fibers are used as fiber material.
  • the suspension can be treated with ultrasound in at least one method step and / or stirred for at least 30 minutes.
  • the powder has a particle size distribution with an x 90 value between 1 ⁇ m and 30 ⁇ m, advantageously between 5 ⁇ m and 20 ⁇ m, and preferably between 10 ⁇ m and 15 ⁇ m, ie in particular that a powder is used and / or produced is, which has a particle size distribution with an x 90 value between 1 ⁇ and 30 ⁇ , advantageously between 5 ⁇ and 20 ⁇ and preferably between 10 ⁇ and 15 ⁇ .
  • An "x 90 value" of a particle size distribution should in particular be understood to mean that a proportion of 90% of particles of the powder has a diameter of at most the x 90 value. It can thus be achieved a low viscosity of the suspension and a resulting simple shaping of the composite material.
  • Process step are ground to obtain a particle size distribution of the powder with an x 90 value between 1 ⁇ and 30 ⁇ , advantageously between 5 ⁇ and 20 ⁇ and preferably between 10 ⁇ and 15 ⁇ .
  • suspension be at least partially separated from one
  • Stabilizer is formed, i. in particular, that a suspension is used or advantageously produced, which is at least partially formed by a stabilizer agent.
  • a “stabilizer agent” is to be understood in particular as meaning an agent which serves to stabilize a suspension.
  • Stabilizing a suspension should be understood to mean, in particular, that a suspended solid has a duration of at least 12 hours, preferably at least 24 hours and preferably flocculation, which can be associated with chemical reactions between particles of the suspended solid, without the deposition of the added powder particles takes place, at most 72 hours by flocculation
  • the stabilizer agent can achieve stabilization of a suspension, for example by electrostatic and / or steric hindrance.
  • a stabilizer means an emulsifier become.
  • an ammonium salt of a polyelectrolyte polyacrylate may be used as the stabilizer.
  • Such an ammonium salt is known, for example, under the trade name DURAMAX D3005.
  • a simple handling of the suspension can thus be achieved and, advantageously, a temporal separation between production of the suspension and gel formation can be achieved.
  • a destabilizer agent be added to the suspension in at least one process step. Under a “destabilizer agent” should
  • a destabilizer agent is to be understood as meaning a flocculant.
  • a destabilizer agent is to be understood as meaning a salt of at least one anion and at least one protonated molecule, preferably ammonium chloride.
  • gelation is initiated by the addition of the destabilizer.
  • the destabilizer agent is added in the form of an aqueous solution having a concentration of between 0.1 mol / l and 0.2 mol / l.
  • a choice of the concentration of the destabilizer agent can influence a rate of gel formation. It can thus be advantageously achieved a defined starting time for a gel formation and a fixed period of gel formation.
  • the gel formation has a duration of at least 5 minutes and / or a maximum of 36 hours. It can thus in particular a
  • drying may be carried out in at least one process step after molding in order to achieve a reduced liquid content in the gel.
  • the duration of gel formation can be determined by selecting a concentration of the destabilizer agent.
  • sintering be carried out in at least one process step.
  • a solid surface of the composite material having a high density can be obtained.
  • a surface coating for example with a glaze, and / or a Surface hardening can be performed to obtain a dense and solid surface.
  • a surface hardening can be effected by irradiation, for example with laser radiation, UV radiation and / or particle radiation.
  • the composite material is well suited for use as a cooktop panel.
  • a composite material which has been produced as described above.
  • a composite material having a density between 1.1 g / cm 3 and 1.8 g / cm 3 , advantageously between 1.3 g / cm 3 and 1.5 g / cm 3 is proposed.
  • 1 is a schematic block diagram of a flow of a
  • Fig. 2 shows an induction cooker with a hob plate, from the
  • FIG. 1 schematically shows a sequence of a method for producing a composite material 25 containing at least one matrix material 23 and at least one fiber material 21, in particular suitable for use as a hob plate, in which the matrix material 23 is produced by gel formation in at least one method step 20, 22 ,
  • a base solution 13 is prepared for a suspension 17, from which the matrix material 23 is produced.
  • the base solution 13 and the suspension 17 are partially formed by a stabilizer 1 1.
  • the base solution 13 comprises a solution of 30% percent silica, 0.3% sodium oxide and 69.7% of water and an ammonium salt of a polyelectrolyte polyacrylate as stabilizer 1 1.
  • the mass of the stabilizer 1 1 contained in the base solution 13 is from 0.5% to 1, 8% of the mass of one in a further process step 12 in dependence the particle size to the base solution 13 to be added powder 15 of a ceramic material.
  • the base solution 13 is pH-stabilized by addition of ammonia and has a pH between 9 and 10. After pH stabilization of the base solution 13 in the further process step 12 as a powder 15 a
  • Silica powder having a particle size distribution with an x 90 value of 13 ⁇ m is added to form suspension 17.
  • Suspension 17 is 35% vol formed by the powder 15.
  • the resulting suspension 17 is by means of the stabilizer 1 1 through
  • suspension 17 in a subsequent optional process step 14, a mixture formed therefrom and from the base solution 13 in a mill, for example a ball mill with zirconia balls with a diameter of 1 cm, for 2.5 hours at 300 rev / min a x 90 value of the silica powder of 10 ⁇ is milled.
  • a mill for example a ball mill with zirconia balls with a diameter of 1 cm, for 2.5 hours at 300 rev / min a x 90 value of the silica powder of 10 ⁇ is milled.
  • Process step 16 treated the suspension 17 in an ultrasonic bath at 300 W for a period of 3 minutes.
  • an initial coalescence of silica powder in the suspension 17 can be eliminated by the first substep.
  • the suspension 17 is stirred for 4 hours in a stirrer.
  • Process step 20 filled into a molding in silicone molds.
  • the gelation results after a period of 20 minutes in a dimensionally stable griddle plate form of the matrix material 23.
  • silicone molds to make the ceramic parts, we have used silicone molds, and the
  • silica fibers which are used as fibrous material 21 for the., Beesmittel, such as silicone grease, etc., to avoid that the parts adhere to the mold, which is an advantage since pollution sources are avoided
  • Composite material 25 serve.
  • the fibers are completely impregnated with the suspension 17, whereby a firm connection between fiber material 21 and matrix material 23 is produced during gel formation.
  • the concentration of the destabilizing agent 19 is dimensioned so that a complete impregnation of the fibers is achieved before the matrix material 23 reaches a dimensionally stable state.
  • drying is carried out in a further method step 22.
  • the drying continues the gelation and completes it.
  • the drying is carried out in an oven at a temperature of 60 ° C in a period of 24 h. In this case, further water is removed from the matrix material 23, which leads to an increase in density of the matrix material 23.
  • the matrix material 23 has a density of 1.33 g / cm 3 .
  • a sintering is performed.
  • the sintering takes place at a temperature of 900 ° C for a period of 2-6 hours, in which heating is carried out at a rate of 1 ° C / min. And cooling (1 ° C / min
  • the composite material but one could expect the composite material to be at a higher rate, e.g. 5 ° C / min, which would greatly reduce the sintering step).
  • Sintering will be an increased density of the matrix material 23 of 1.45 g / cm 3 and in particular a solid surface with a high density of the form of the Matrix material 23 achieved.
  • a solid surface with a high density of the form of the Matrix material 23 achieved.
  • an increase in density can be
  • an additional optional step 26 may further include an additional optional step 26
  • FIG. 1 An induction cooker 28 with a cooktop panel 30 made from the composite material 25 produced by the method described above with a density of 1.45 g / cm 3 is shown in FIG.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines zumindest ein Matrixmaterial (23) und zumindest ein Fasermaterial (21) enthaltenden Verbundmaterials (25), insbesondere geeignet für eine Verwendung als Kochfeldplatte (30). Um Maschinerie und Energie einzusparen, wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt (20, 22) das Matrixmaterial (23) durch eine Gelbildung aus einer Suspension (17) hergestellt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines zumindest ein
Matrixmaterial und zumindest ein Fasermaterial enthaltenden Verbundmaterials, insbesondere geeignet für eine Verwendung als Kochfeldplatte, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Verfahren zur Herstellung eines zumindest ein Matrixmaterial und zumindest ein Fasermaterial enthaltenden Verbundmaterials, insbesondere geeignet für eine
Verwendung als Kochfeldplatte, bekannt, bei denen das Verbundmaterial durch einen Pressprozess aus dem Matrixmaterial und dem Fasermaterial erhalten wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials mit einem geringen Energieaufwand bereitzustellen, bei dem auf eine Verwendung schwerer Maschinerie verzichtet werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines zumindest ein
Matrixmaterial und zumindest ein Fasermaterial enthaltenden Verbundmaterials, insbesondere geeignet für eine Verwendung als Kochfeldplatte. Unter einem
„Matrixmaterial" soll insbesondere ein Material verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, einen Grundkörper für einen Körper aus dem Verbundmaterial zu bilden, und das dazu vorgesehen ist, das Fasermaterial aufzunehmen. Insbesondere ist das Matrixmaterial von einer Keramik gebildet und/oder bildet chemische Bindungen mit dem Fasermaterial aus. Unter einem„Fasermaterial" soll insbesondere ein Material verstanden werden, welches als Faser vorliegt und das dazu vorgesehen ist, in ein Matrixmaterial eingearbeitet zu werden. Insbesondere kann eine Materialzusammensetzung von Matrixmaterial und Fasermaterial miteinander überstimmen. Es wird vorgeschlagen, dass das Matrixmaterial in zumindest einem Verfahrensschritt durch eine Gelbildung aus einer Suspension erhalten wird. Unter einer„Gelbildung" soll insbesondere eine Koagulation eines suspendierten und/oder gelösten Stoffs verstanden werden, durch die ein Gel, d. h. eine dreidimensionale Matrix eines Feststoffs mit Poren, in denen eine Flüssigkeit und/oder ein Gas enthalten ist, entsteht und/oder eine
Veränderung eines Flüssigkeits- und/oder Gasanteils, welcher in den Poren enthalten ist. Durch eine Gelbildung kann insbesondere auf eine Verwendung schwerer Maschinerie zu einer Pressung verzichtet werden, wodurch vorteilhaft Energie gespart werden kann.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Suspension in zumindest einem Verfahrensschritt zu zwischen 10%Vol und 50%Vol von einem Pulver aus einem keramischen Material gebildet ist, d.h. insbesondere, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine
Suspension verwendet und besonders vorteilhaft hergestellt wird, die zu zwischen 10%Vol und 50%Vol von einem Pulver aus einem keramischen Material gebildet ist. Unter einem„keramischen" Material soll insbesondere ein Material verstanden werden, aus welchem ein keramischer Werkstoff hergestellt werden kann, vorzugsweise ist das keramische Material von einem Material aus der Stoffgruppe der Oxide gebildet, insbesondere von Aluminiumoxid (Al203), Magnesiumoxid (MgO), Zirkoniumdioxid (Zr02), Natriumoxid (Na20), Kalziumoxid (CaO), Kaliumoxid (K20) und besonders vorzugsweise von Siliziumdioxid (Si02). Insbesondere kann amorphes Siliziumdioxid verwendet werden, grundsätzlich sind jedoch auch andere Modifikationen von Siliziumdioxid möglich, beispielsweise Quarz. Grundsätzlich kann das Matrixmaterial auch aus einer Mischung von Materialien gebildet sein, insbesondere aus einer Mischung von Materialien, die die chemischen Elemente Silizium und Aluminium enthalten. Insbesondere ist nach der Herstellung des Verbundmaterials das Matrixmaterial von einem keramischen Material gebildet. Unter einer Angabe von„x%Vol" eines Materials soll insbesondere verstanden werden, dass ein Volumen der Suspension zu einem Anteil von x% von dem Material gebildet ist. Es kann insbesondere ein Verbundmaterial erhalten werden, welches eine hohe Temperaturbeständigkeit und einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Insbesondere ist das Verbundmaterial durch eine Verwendung eines Pulvers aus einem keramischen Material für eine Verwendung als Kochfeld platte geeignet.
Insbesondere ist das Fasermaterial ebenfalls von einem keramischen Material gebildet. Grundsätzlich können jedoch auch andere Fasern aus anderen Materialien, beispielsweise Textil- oder Metallfasern, als Fasermaterial verwendet werden. Ferner kann insbesondere zu einer Homogenisierung die Suspension in zumindest einem Verfahrensschritt mit Ultraschall behandelt und/oder zumindest 30 Minuten gerührt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Pulver eine Partikelgroßenverteilung mit einem x90- Wert zwischen 1 μηη und 30 μηη, vorteilhaft zwischen 5 μηη und 20 μηη und bevorzugt zwischen 10 μηη und 15 μηη aufweist, d.h. insbesondere, dass ein Pulver verwendet und/oder hergestellt wird, das eine Partikelgroßenverteilung mit einem x90-Wert zwischen 1 μηη und 30 μηη, vorteilhaft zwischen 5 μηη und 20 μηη und bevorzugt zwischen 10 μηη und 15 μηη aufweist. Unter einem " x90-Wert" einer Partikelgroßenverteilung soll insbesondere verstanden werden, dass ein Anteil von 90% von Partikeln des Pulvers einen Durchmesser von maximal dem x90-Wert aufweist. Es kann somit eine niedrige Viskosität der Suspension und eine daraus resultierende einfache Formgebung des Verbundmaterials erreicht werden. Insbesondere kann die Suspension in einem
Verfahrensschritt gemahlen werden, um eine Partikelgroßenverteilung des Pulvers mit einem x90-Wert zwischen 1 μηη und 30 μηη, vorteilhaft zwischen 5 μηη und 20 μηη und bevorzugt zwischen 10 μηη und 15 μηη zu erhalten.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Suspension zumindest teilweise von einem
Stabilisatormittel gebildet ist, d.h. insbesondere, dass eine Suspension verwendet oder vorteilhaft hergestellt wird, die zumindest teilweise von einem Stabilisatormittel gebildet ist. Unter einem„Stabilisatormittel" soll insbesondere ein Mittel verstanden werden, das dazu dient, eine Suspension zu stabilisieren. Unter„Stabilisieren" einer Suspension soll insbesondere verstanden werden, dass ein suspendierter Feststoff über einen Zeitraum von zumindest 12 Stunden, vorteilhaft zumindest 24 Stunden und vorzugsweise zumindest 72 Stunden durch Flockung, welche mit chemischen Reaktionen zwischen Teilchen des suspendierten Feststoffs verbunden sein kann, ohne dass die Ablagerung der zugesetzten Pulverpartikel stattfindet, maximal eine Änderung seiner
Partikelgroßenverteilung auf einen x90-Wert, der maximal 10 Prozent, vorteilhaft maximal 5 Prozent und vorzugsweise maximal 1 Prozent höher ist als der x90-Wert des Pulvers bei Herstellung der Suspension, erfährt. Das Stabilisatormittel kann eine Stabilisierung einer Suspension beispielweise durch eine elektrostatische und/oder sterische Hinderung erreichen. Insbesondere soll unter einem Stabilisatormittel ein Emulgator verstanden werden. Insbesondere kann als Stabilisatormittel ein Ammoniumsalz eines polyelektrolytischen Polyacrylats verwendet werden. Ein solches Ammoniumsalz ist beispielsweise unter dem Handelsnamen DURAMAX D3005 bekannt. Es kann insbesondere somit eine einfache Handhabung der Suspension erreicht werden und vorteilhaft eine zeitliche Trennung zwischen einer Herstellung der Suspension und der Gelbildung erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der Suspension ein Destabilisatormittel zugesetzt wird. Unter einem„Destabilisatormittel" soll
insbesondere ein Mittel verstanden werden, das dazu dient, eine Stabilisierung einer Suspension durch ein Stabilisatormittel aufzuheben. Insbesondere soll unter einem Destabilisatormittel ein Flockungsmittel verstanden werden. Insbesondere soll unter einem Destabilisatormittel ein Salz aus zumindest einem Anion und zumindest einem protonierten Molekül, vorzugsweise Ammoniumchlorid, verstanden werden. Insbesondere wird durch Zusatz des Destabilisatormittels die Gelbildung eingeleitet. Vorzugsweise wird das Destabilisatormittel in Form einer wässrigen Lösung mit einer Konzentration zwischen 0, 1 mol/l und 0,2 mol/l zugesetzt. Insbesondere kann über eine Wahl der Konzentration des Destabilisatormittels eine Geschwindigkeit der Gelbildung beeinflusst werden. Es kann somit vorteilhaft ein definierter Startzeitpunkt für eine Gelbildung und eine feste Zeitdauer für die Gelbildung erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Gelbildung eine Zeitdauer von zumindest 5 Minuten und/oder von maximal 36 Stunden aufweist. Es kann somit insbesondere eine
ausreichend lange Zeit zu einer Formgebung und/oder eine hinreichend kurze Zeit für eine weitere Verarbeitung erreicht werden. Insbesondere kann in zumindest einem Verfahrensschritt nach der Formgebung eine Trocknung durchgeführt werden, um einen verringerten Flüssigkeitsanteil im Gel zu erreichen. Insbesondere kann über eine Wahl einer Konzentration des Destabilisatormittels die Zeitdauer der Gelbildung festgelegt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Sinterung durchgeführt wird. Es kann insbesondere eine feste Oberfläche des Verbundmaterials mit einer hohen Dichte erhalten werden. Grundsätzlich kann auch anstatt einer Sinterung eine Oberflächenbeschichtung, beispielsweise mit einer Glasur, und/oder eine Oberflächenhärtung durchgeführt werden, um eine dichte und feste Oberfläche zu erhalten. Insbesondere kann eine Oberflächenhärtung durch eine Bestrahlung, beispielsweise mit Laserstrahlung, UV-Strahlung und/oder Partikelstrahlung, erfolgen. Insbesondere ist durch die feste Oberfläche mit hoher Dichte das Verbundmaterial für die Verwendung als Kochfeldplatte gut geeignet.
Ferner wird ein Verbundmaterial vorgeschlagen, das wie oben beschrieben hergestellt wurde. Insbesondere wird ein Verbundmaterial mit einer Dichte zwischen 1 ,1 g/cm3 und 1 ,8 g/cm3, vorteilhaft zwischen 1 ,3 g/cm3 und 1 ,5 g/cm3 vorgeschlagen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Ablaufs eines
Verfahrens zur Herstellung eines Verbundmaterials und
Fig. 2 einen Induktionsherd mit einer Kochfeldplatte, die aus dem
Verbundmaterial hergestellt ist.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines zumindest ein Matrixmaterial 23 und zumindest ein Fasermaterial 21 enthaltenden Verbundmaterials 25, insbesondere geeignet für eine Verwendung als Kochfeldplatte, bei dem in zumindest einem Verfahrensschritt 20, 22 das Matrixmaterial 23 durch eine Gelbildung hergestellt wird.
In einem ersten Verfahrensschritt 10 des Verfahrens wird für eine Suspension 17, aus der das Matrixmaterial 23 hergestellt wird, eine Basislösung 13 angesetzt. Die Basislösung 13 und die Suspension 17 sind teilweise von einem Stabilisatormittel 1 1 gebildet. Die Basislösung 13 umfasst eine Lösung aus 30% Prozent Silika, 0,3% Natriumoxid und 69,7% Wasser sowie ein Ammoniumsalz eines polyelektrolytischen Polyacrylats als Stabilisatormittel 1 1. Die in der Basislösung 13 enthaltene Masse des Stabilisatormittels 1 1 beträgt von 0,5% bis 1 ,8% von der Masse eines in einem weiteren Verfahrensschritt 12 in Abhängigkeit von der Partikelgröße zu der Basislösung 13 zuzugebenden Pulvers 15 aus einem keramischen Material. Die Basislösung 13 wird durch Zugabe von Ammoniak pH-stabilisiert und weist einen pH-Wert zwischen 9 und 10 auf. Nach pH-Stabilisierung wird der Basislösung 13 in dem weiteren Verfahrensschritt 12 als Pulver 15 ein
Siliziumdioxid-Pulver, das eine Partikelgrößenverteilung mit einem x90-Wert von 13 μηη (vorzugsweise 10 Mikrons stattdessen andeuten, wie es bei den neuen Mahlbedingungen gesehen wurde) aufweist, zugesetzt, wodurch die Suspension 17 entsteht. Die
Suspension 17 ist zu 35 %Vol von dem Pulver 15 gebildet.
Die entstandene Suspension 17 ist mittels des Stabilisatormittels 1 1 durch
elektrostatische und sterische Hinderung stabilisiert, wodurch eine Ausflockung und/oder Sedimentation des Siliziumdioxids verhindert wird. Grundsätzlich ist es möglich,
Siliziumdioxid-Pulver mit einem höheren x90-Wert als 13 μηη zur Herstellung der
Suspension 17 zu verwenden, indem in einem folgenden optionalen Verfahrensschritt 14 ein daraus und aus der Basislösung 13 entstandenes Gemisch in einer Mühle, beispielsweise einer Kugelmühle mit Zirkoniumdioxid-Kugeln mit einem Durchmesser von 1 cm, 2,5 Stunden lang bei 300 U/min auf einen x90-Wert des Siliziumdioxid-Pulvers von 10 μηη gemahlen wird.
In einem folgenden Verfahrensschritt 16 wird eine Homogenisierung und Durchmischung der Suspension 17 durchgeführt. Hierbei wird in einem ersten Teilschritt des
Verfahrensschritts 16 die Suspension 17 in einem Ultraschallbad bei 300 W für eine Dauer von 3 Minuten behandelt. Durch den ersten Teilschritt kann insbesondere eine anfängliche Zusammenklumpung von Siliziumdioxid-Pulver in der Suspension 17 beseitigt werden. In einem zweiten Teilschritt des Verfahrensschritts 16 wird die Suspension 17 für eine Dauer von 4 Stunden in einem Rührgerät durchgerührt.
Die Gelbildung wird eingeleitet, indem in einem weiteren Verfahrensschritt 18 der
Suspension 17 ein Destabilisatormittel 19 hinzugesetzt wird. Als Destabilisatormittel 19 wird eine wässrige Lösung von Ammoniumchlorid mit einer Konzentration je nach
Partikelgröße von 0,100 bis 0, 125 mol/l verwendet. Nach einem Zusatz des Ammoniumchlorids setzt die Gelbildung ein. Ammoniumchlorid unterdrückt die
elektrostatische und sterische Hinderung durch das Stabilisatormittel 1 1 , wodurch
Siliziumdioxid-Moleküle in einer Kondensationsreaktion unter Abspaltung eines
Wassermoleküls und unter Ausbildung von Siloxanbindungen polymerisieren. Durch polymerisiertes Siliziumdioxid wird eine dreidimensionale Matrix eines Gels aufgebaut. Die Suspension 17 mit dem Destabilisatormittel 19 wird in einem weiteren
Verfahrensschritt 20 zu einer Formgebung in Silikonformen eingefüllt. Die Gelbildung resultiert nach einer Zeitdauer von 20 Minuten in einer formstabilen Kochfeldplattenform des Matrixmaterials 23. In den mit Mylar beschichteten Aluminiumformen (um die keramischen Teile herzustellen, haben wir Silikonformen verwendet, und um die
Kompositen herzustellen, Aluminiumformen mit Mylar. Es ist nicht notwendig, ein
Beizmittel, wie Silikonfett, usw., zu verwenden, um zu vermeiden, dass die Teile an der Form anhaften, was einen Vorteil bedeutet, da Umweltverschmutzungsquellen vermieden werden) befinden sich zudem Silikafasern, welche als Fasermaterial 21 für das
Verbundmaterial 25 dienen. Die Fasern werden vollständig mit der Suspension 17 getränkt, wodurch bei der Gelbildung eine feste Verbindung zwischen Fasermaterial 21 und Matrixmaterial 23 hergestellt wird. Die Konzentration des Destabilisatormittels 19 ist so bemessen, dass eine vollständige Tränkung der Fasern erreicht wird, bevor das Matrixmaterial 23 einen formstabilen Zustand erreicht.
Im Anschluss an die Formgebung wird in einem weiteren Verfahrensschritt 22 eine Trocknung durchgeführt. Die Trocknung führt die Gelbildung fort und schließt sie ab. Die Trocknung wird in einem Ofen bei einer Temperatur von 60°C in einer Zeitdauer von 24 h durchgeführt. Hierbei wird dem Matrixmaterial 23 weiteres Wasser entzogen, was zu einer Erhöhung einer Dichte des Matrixmaterials 23 führt. Grundsätzlich sind andere
Temperaturen und/oder Zeitdauern für die Trocknung möglich. Nach der Trocknung weist das Matrixmaterial 23 eine Dichte von 1 ,33 g/cm3 auf.
In einem folgenden Verfahrensschritt 24 wird eine Sinterung durchgeführt. Die Sinterung findet bei einer Temperatur von 900 °C über einen Zeitraum von 2 - 6 Stunden statt, in dem mit einer Rate von 1 °C/min geheizt und abgekühlt wird (1 ° C/min für den
keramischen Werkstoff, aber man könnte für das Verbundmaterial bei einer höheren Rate, z.B. 5° C/min, arbeiten, was den Sinterschritt stark reduzieren würde). Durch die
Sinterung werden eine erhöhte Dichte des Matrixmaterials 23 von 1 ,45 g/cm3 und insbesondere eine feste Oberfläche mit einer hohen Dichte der Form aus dem Matrixmaterial 23 erreicht. Zu einer Erhöhung der Dichte kann zusätzlich ein
Pressvorgang eingesetzt werden. Im Anschluss an die oder während der Sinterung kann ferner in einem zusätzlichen optionalen Verfahrensschritt 26 eine zusätzliche
Oberflächenbehandlung, beispielsweise eine Glasur oder eine Aushärtung mittels einer Bestrahlung durch UV-Licht stattfinden.
Ein Induktionsherd 28 mit einer Kochfeldplatte 30 aus dem nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Verbundmaterial 25 mit einer Dichte von 1 ,45 g/cm3 ist in Fig. 2 dargestellt.
Bezugszeichen
10 Verfahrensschritt
1 1 Stabilisatormittel
12 Verfahrensschritt
13 Basislösung
14 optionaler Verfahrensschritt
15 Pulver
16 Verfahrensschritt
17 Suspension
18 Verfahrensschritt
19 Destabilisatormittel
20 Verfahrensschritt
21 Fasermaterial
22 Verfahrensschritt
23 Matrixmaterial
24 Verfahrensschritt
25 Verbundmaterial
26 optionaler Verfahrensschritt
28 Induktionsherd
30 Kochfeld platte

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines zumindest ein Matrixmaterial (23) und zumindest ein Fasermaterial (21 ) enthaltenden Verbundmaterials (25), insbesondere geeignet für eine Verwendung als Kochfeldplatte (30), dadurch
gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt (20, 22) das Matrixmaterial (23) durch eine Gelbildung aus einer Suspension (17) hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension (17) in zumindest einem Verfahrensschritt (12, 14, 16) zwischen 10 %Vol und 50 %Vol von einem Pulver (15) aus einem keramischen Material gebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver (15) eine Partikelgrößenverteilung mit einem x90-Wert zwischen 1 μηη und 30 μηη aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Suspension (17) zumindest teilweise von einem Stabilisatormittel (1 1 ) gebildet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Suspension (17) in zumindest einem
Verfahrensschritt (10, 12, 14, 16) einen pH-Wert von zumindest 8 aufweist.
6. Verfahren zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in
zumindest einem Verfahrensschritt (18) der Suspension (17) ein
Destabilisatormittel (19) zugesetzt wird.
7. Verfahren zumindest nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gelbildung eine Zeitdauer von zumindest 5 Minuten und/oder von maximal 36 Stunden aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt (24) eine Sinterung durchgeführt wird.
9. Verbundmaterial, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der
vorhergehenden Ansprüche.
10. Verbundmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das
Matrixmaterial (23) eine Dichte zwischen 1 , 1 g/cm3 und 1 ,8 g/cm3 aufweist.
1 1. Kochfeldplatte aus einem Verbundmaterial (25) zumindest nach Anspruch 9.
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