WO2023152079A1

WO2023152079A1 - Gemisch und verfahren zur herstellung poröser formkörper aus keramik und poröse formkörper aus keramik

Info

Publication number: WO2023152079A1
Application number: PCT/EP2023/052795
Authority: WO
Inventors: Manfred Jaeckel
Original assignee: Manfred Jaeckel
Priority date: 2022-02-11
Filing date: 2023-02-06
Publication date: 2023-08-17
Also published as: DE102022103252A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gemisch und ein Verfahren zur Herstellung poröser Formkörper aus Keramik und poröse Formkörper aus Keramik.

Description

Gemisch und Verfahren zur Herstellung poröser Formkörper aus Keramik und poröse Formkörper aus Keramik

Der Formkörper umfasst ein Oxid und/oder Hydroxid eines metallischen Reinstoffs.

In der keramischen Industrie werden zur Herstellung von Aluminiumoxid-Keramiken sinterfähige feinteilige Aluminiumoxidpulver mit Teilchengrößen im Mikrometerbereich verwendet, um unter Verwendung von organischen Bindern z. B. durch Trockenpressen, Schlickerguss, Extrusion oder Spritzgießen zu Formkörpern zu gelangen, die durch einen Sinter- bzw. Brennvorgang zu dichten oder teilweise dichten Formkörpern verwandelt werden.

Eingesetzt werden überwiegend kalzinierte und gemahlene Aluminiumoxidpulver. Alle gängigen Pulvertypen unterscheiden sich hauptsächlich durch die chemische Reinheit, die Teilchengröße und die Sinteraktivität. Das Angebot geht über kostengünstige Pulver mit Teilchengrößen im Mikrometerbereich bis zu teuren Pulvern mit Teilchengrößen im Nanometerbereich für Bauteile hoher Reinheit und Festigkeit. Die Sintertemperaturen reichen von 1350 bis 1600°C, je nach Sinteraktivität der Pulverteilchen.

Klassische Verfahren des Nicht-Dichtsinterns werden bei Temperaturen unterhalb der eigentlichen Sintertemperatur durchgeführt, bei denen Sinterformkörper aus Aluminiumoxid mit einer theoretischen Dichte von nahezu 4 g/ml erzielt werden. Mit diesen Verfahren erreicht man keramische Sinterformkörper mit ca. 20 bis 30 Vol.-% Porosität, aber mit relativ geringer Festigkeit. Diese Verfahren werden überwiegend zur Herstellung von keramischen Folien im Dickenbereich um 1 mm als Substrate für die Elektronikindustrie und als Sinterunterlage in der Sintertechnik eingesetzt.

Die Thermoschockbeständigkeit dieser Sinterformkörper ist etwas besser als bei dicht gesinterten Aluminiumoxidfolien. Angestrebt werden jedoch bessere Thermoschockbeständigkeiten auch für komplexe Bauteile im Ofenbau und in der Sintertechnik.

Eine weiteres Verfahren besteht darin, so genannte Platzhalter in die keramische Matrix einzubauen. Diese Platzhalter sind vorwiegend organische Pulver, die beim thermischen Entbindern herausgebrannt werden, um später im gesinterten Teil je nach Volumenanteil geschlossene, bzw. offene Porosität zu erzeugen.

Die Verfahren des Stands der Technik können prinzipiell bei allen keramischen Werkstoffen angewendet werden, um mikroporöse Sinterformkörpern mit Porositäten von 20 bis 80 Vol.-% zu erreichen.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Gegenstände und Verfahren des Stands der Technik zu verbessern und insbesondere Gemische und Verfahren zur verbesserten Herstellung von optimierten porösen Keramiken bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Gemisch zur Herstellung eines porösen, insbesondere mikroporösen, Formkörpers aus Keramik, umfassend ein Oxid und/oder Hydroxid eines metallischen Reinstoffs.

Das Gemisch weist einen metallischen Reinstoff und einen nicht metallischen Reinstoff auf. Bei dem nicht metallischen Reinstoff kann es sich um ein Oxid und/oder um ein Hydroxid des genannten metallischen Reinstoffs und/oder um ein Oxid und/oder um ein Hydroxid eines anderen Reinstoffes, wie z.B. Zirkonoxid oder Yttriumoxid handeln.

Bei dem nicht metallischen Reinstoff kann es sich alternativ oder zusätzlich auch um SiC und/oder SiO2 handeln. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gemisch Aluminium als metallischen Reinstoff und SiC und/oder SiO2 als nicht metallischen Reinstoff aufweist. Die aus diesem Gemisch gebildeten Formkörper eignen sich hervorragend als Sinterunterlage.

Beispielsweise umfasst das Gemisch Aluminium als metallischen Reinstoff sowie Aluminium-Oxid und / oder Aluminium-Hydroxid. Alternativ oder zusätzlich kann das Gemisch Magnesium als metallischen Reinstoff sowie Magnesium-Oxid und / oder Magnesium-Hydroxid enthalten.

Denkbar ist ein Gemisch aus Aluminiumoxid- und/oder Aluminiumhydroxidpulver und Aluminiumpulver.

Vorteilhafterweise weist der poröse, vorzugsweise mikroporöse Formkörper aus Keramik eine offenzellige Struktur auf. Denkbar ist, dass der poröse, vorzugsweise mikroporöse Formkörper aus Alumini- umoxid-Keramik besteht.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Gemisch den metallischen oder nicht metallischen Reinstoff mit einem Gewichtsanteil von 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise von 20 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise von 25 bis 30 Gew.-%.

Denkbar ist, dass neben Aluminiumoxid und, oder Aluminiumhydroxid auch andere keramische Pulver oder Granulate verwendet werden, die in einer Matrix mit Aluminiumpulver oder -granulat als reaktive Komponente unter Bildung mit Luftsauerstoff eine feste Verbindung eingehen.

Dies sind z.B. Metalloxide, wie Magnesiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid, und/oder deren Hydroxide. Es entstehen dann keramische Mischkristalle, die alle mindestens den entsprechenden Anteil Aluminiumoxid besitzen, der der verwendeten Menge Aluminiumpulver durch vollständige Oxidation entspricht.

Denkbar ist auch, dass nichtoxidische Keramikpulver, wie Siliziumcarbid mit Aluminiumpulver unter Luftsauerstoff eine feste Verbindung eingehen, da sie auf der Oberfläche eine dünne Oxidschicht besitzen, die dann mit Aluminium und Luftsauerstoff eine dünne Mullitschicht als reaktiv gebildete feste Keramikbindung zum Siliziumcarbid hervorruft, die wiederum mit der übrigen, größeren Menge Aluminiumoxid ebenfalls eine feste Verbindung eingeht.

Bei einem derartigen Gemisch aus Aluminiumpulver mit feinteiligem Siliziumcar- bidpulver entsteht nach dem reaktiven Brennen bereits bei Temperaturen unterhalb 1300°C eine neuartige offenporige sehr feste Keramikstruktur. (Beispiel im Anhang) Es ist auch denkbar, dass anstatt von reinem Aluminiumpulver oder-granulat ein andres reaktives niedrigschmelzendes Metall wie beispielsweise Magnesium als Legierungskomponente mit Aluminium oder reines Magnesiumpulver oder -granulat verwendet wird. Denkbar ist, dass eine untere Grenze für den ersten und/ oder zweiten Reinstoff bspw. Aluminium, gibt, bei der noch ein gewünschtes Endprodukt mit akzeptablen Eigenschaften entsteht, insbesondere was die Festigkeit betrifft.

Denkbar ist, dass die Obergrenze des ersten und/ oder zweiten Reinstoff, bspw. Aluminium, sich nachträglich auf die erzeugte Porosität und Qualität der Formteile auswirkt. Um einen bestimmten Anteil des ersten und/oder zweiten Reinstoffs bspw. Aluminium, in der Flüssigphase in der umgebenden Struktur zu verteilen und zu oxidieren, benötigt man ein entsprechendes freies Volumen in der Pulver- oder Granulatmatrix, bspw. Aluminiumoxids, auch aufgrund der Verfügbarkeit des Luftsauerstoffs. Es wären dann deutlich höhere Brenntemperaturen für die vollständige Oxidation des bspw. Aluminiums notwendig.

Eine Methode der Beeinflussung der später im gebrannten Formteil erhaltenen Porosität oder auch der scheinbaren Dichte besteht darin, indem die Dichte im Grünteil durch unterschiedlichen Anteil an organischem Binder variiert wird. Man erhält dadurch einen beeinflussbaren freien Volumen-anteil, der später beim Brennen nicht mehr durch lineare Schwindung reduziert wird, sondern beim erfinderischen Verfahren durch das lineare geometrische Wachstum mehr als erhalten bleibt.

Denkbar ist, dass die Untergrenze des Aluminiumanteils in der Gegend von 20 Gew. %, und die Obergrenze in der Gegend von 40 Gew. % liegt.

Die Bestandteile des Gemisches liegen vorteilhafterweise in Pulverform und/oder als Granulat vor.

Denkbar ist, dass die Teilchengröße des ersten und/oder zweiten Reinstoffs, bspw. Aluminiums, 2 bis 15 Mikrometer, vorzugsweise 5 bis 10 Mikrometer, insbesondere weniger als 10 Mikrometer beträgt. Das Gemisch wird vorteilhafterweise in einem Verfahren zur Herstellung eines porösen, vorzugsweise mikroporösen Formkörpers aus Keramik mit folgenden Verfahrensschritten genutzt: a) Aufbereiten eines der obigen Gemische; b) Einarbeitung mindestens eines Bindemittels in das Gemisch zur Herstellung einer Formmasse; c) Formung eines Grünkörpers aus der Formmasse; d) Brennen des Grünkörpers.

Das Brennen des Formkörpers wird in einer denkbaren Ausführungsform durch Brennen des Grünkörpers in einem Ofen erreicht.

Brennen umfasst Sintern und kann vorzugsweise auch als Reaktionsbrennen bezeichnet werden.

Denkbar ist, dass die Formmasse fließfähig ist.

Mindestens ein Bindemittel ist vorzugsweise ein organischer Kunststoffbinder, insbesondere ein Thermoplast oder ein Duroplast, insbesondere Epoxidharz.

Die Einarbeitung mindestens eines Bindemittels in das Pulvergemisch zur Herstellung einer fließfähigen Formmasse erfolgt vorzugsweise durch Kneten, Extrudern o- der in einem Walzwerk.

Die Formung des Formkörpers erfolgt vorzugsweise durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere durch fused filament fabrication (FFF), Schlickerguss, Foliengießen, Spritzgießen, Extrudieren oder Trockenpressen. Formung des Formkörpers mit dem FFF-Filament 3D-Druck ist insbesondere für die Ofen- und Sintertechnik aufgrund niedriger Dichte, Hitze und Thermoschockbeständigkeit des Formkörpers vorteilhaft.

Denkbar ist, dass das Aluminiumoxid-Filament zur Herstellung von Sinterunterlagen für komplizierte metal injection moulding (MIM)-Teile, die nicht in einer Planlage gesintert werden können in additiven Fertigungsverfahren genutzt wird.

Insbesondere in der anfänglichen Testphase zur endgültige Festlegung der Teilegeometrie bei den Metallteilen, wo jeweils als Sinterunterlagen Prototypen kostengünstig und kurzfristig bereitzustellen sind, ist dies vorteilhaft.

Nach endgültiger Festlegung der Keramikgeometrie können dann für Großserien ausreichend, zahlreiche Sinterunterlagen nach dem Spritzgießverfahren bereitgestellt werden.

Die Dichte und die erforderliche Brenntemperatur stellen einen positiven Kostenfaktor dar.

Vor dem Brennen des Formkörpers erfolgt vorzugsweise ein chemisches und/oder thermisches Vorentbindern.

Das Brennen des Formkörpers erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 600 °C und 1300 °C, besonders bevorzugt zwischen 800 °C und 1300 °C, insbesondere zwischen 1200 °C und 1300 °C, vorzugsweise zwischen 1240 °C und 1280 °C, insbesondere bei 1250 °C oder 1275 °C.

Ein sehr entscheidender Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass nur niedrige Brenntemperaturen, wie beispielsweise in der Porzellanindustrie, in den erwähnten Temperaturbereichen erforderlich sind. Bekanntlich erreicht man beim Brennen von reinem Aluminiumhydroxid keine festen Formkörper aufgrund von fehlender Sinteraktivität, zumindest im Temperaturbereich des erfinderischen Verfahrens. Das gilt auch für die Hydroxide des Magnesiums, des Zirkoniums und Yttriums.

Dies gilt auch für nicht sinteraktive Aluminiumoxidpulver, schmelztechnisch hergestellte gemahlene Korundpulver oder Korundhohlkugeln. Für das genannte Verfahren ist die Partikelgröße der Aliminiuoxidteilchen auch weitgehend unwichtig. Das Aluminiumpulver sorgt über die Oxidationsreaktion stets für eine stabil feste Verbindung in der keramischen mikroporösen Struktur. Auch bei Hohlkugelkorund mit Par- tikeldurchmessern im Millimeterbereich erzielt man stabile mechanisch feste Verbindungen innerhalb des Formkörpers.

Beim reaktiven Brennen der Grünkörper im Temperaturbereich um 1250° C tritt keine lineare Schwindung auf, sondern lineares Wachstum von wenigen Prozent. Erst beim Nachbrennen bei deutlich höheren Temperaturen über 1500°C tritt geringfügige Schwindung von wenigen Prozent ein.

Der durch eines der obigen Verfahren sehr einfach hergestellten mikroporösen Formkörper ist in vorteilhafter Weise ohne die Verwendung von Platzhaltern oder Treibmitteln herstellbar. Die mit diesem Prozess hergestellten Formkörper besitzen in vorteilhafter Weise nur wenig geometrische Veränderungen gegenüber den ursprünglichen Abmessungen. In der Summe handelt es sich um eine leichte Vergrößerung der Geometrie.

Der chemische und physikalische Vorgang zum Zustandekommen dieses völlig unerwarteten Effektes besteht wohl darin, dass nach dem Aufplatzen der Oxidschicht, welche die unzählig vielen Aluminiumpulverteilchen umgibt, das flüssige Aluminium sich in der porösen Struktur durch Kapillarwirkung ausbreitet und durch Oxidation der ausgebreiteten Aluminiumschmelze eine neuartige keramische Aluminiumoxidstruk- tur mit hoher Festigkeit entsteht. Diese Struktur hat Festigkeiten ähnlich wie sie bei konventionell mit Platzhaltern oder Treibmitteln hergestellten mikroporösen Formkör- pern durch Brennen bzw. Sintern im Temperaturbereich über 1500°C entstehen.

Der Vorteil der fehlenden Schwindung ermöglicht die Herstellung von großdimensio- nellen Bauteilen wie z.B. Platten, insbesondere auch Formkörper als Sinterunterlage, sog. Settings in der MIM und CIM Industrie.

Denkbar ist, dass eine lineare geometrische Vergrößerung des Grünkörpers beim Brennen unterhalb von 1300°C von 0,5% bis 6%, vorzugsweise von 0,5 bis 2,0% in horizontaler Richtung und 2,0% bis 7% in vertikaler Richtung eintritt.

Beim Nachbrennen bei Temperaturen über 1500°C tritt leichte Nachschwindung von ca. 1 .0 bis 3,0 % in Länge und Höhe gegenüber den Maßen nach dem Brennen bei Temperaturen unterhalb 1300°C ein.

Der Effekt der Bauteilvergrößerung nach dem Brennen keramischer Formteile ist völlig neu in der klassischen Keramik, wo Sinterschwindungswerte im zweistelligen % - Bereich üblich sind.

Denkbar ist, dass der poröse, vorzugsweise mikroporöse, auf eine Temperatur von 1300°C aufgeheizte Formkörper bei weiterem Aufheizen bis zu einer Temperatur von 1600°C nur noch zwischen 0,1 % und 1 ,5%, vorzugsweise zwischen 0,8 und 1 ,0% an Gewicht verliert.

Dies bedeutet in anderen Worten, dass bei einer Brenntemperatur von ca. 1300°C der metallische Reinstoff Aluminium nahezu vollständig oxidiert wurde.

Denkbar ist ein poröser Formkörper, der aus einem der genannten Gemische und/oder mit einem der genannten Verfahren herstellbar bzw. hergestellt ist und der Porositäten zwischen 40 und 60 Vol% vorzugsweise zwischen 45 und 55 Vol%, insbesondere 50 Vol% aufweist. Denkbar ist, dass der poröse, vorzugsweise mikroporöse Formkörper eine Platte vorzugsweise mit einer Dicke von 1 mm bis 12mm, vorzugsweise mit einer Dicke von 1 bis 6mm, insbesondere mit einer Dicke von 1 bis 4mm ist.

Die Technik des Foliengießens ist beispielsweise vorzugsweise für dünne Keramikfolien oder -platten mit Dicken von 0,5 bis 2mm sinnvoll.

In der MIM-Industrie werden große Mengen gesinterte Aluminiumoxidfolien in Dicken von 1 mm bis 2mm als direkte Unterlage für die zu sinternden MIM-Bauteile auf Molybdän ( Mo)- Blechen abgelegt, um das Ansintern der metallischen Formteile zu verhindern. Für diese Anwendung können auch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren mikroporösen Platten verwendet werden.

Denkbar ist auch der Einsatz von mikroporösen Platten, die eine Aluminiumoxid/Sili- ziumcarbid -Bindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit hoher Biegefestigkeit besitzen.

Denkbar ist auch der Einsatz derartiger Platten als direkten Ersatz für die teuren Mo- Bleche incl. der Al-oxid Abdeckfolien.

Die obigen Gemische ergeben, unabhängig von der Formgebung, seien es die bekannten Verfahren wie Schlickerguß, Foliengießen, Spritzgießen, Extrudieren oder Trockenpressen nach Austreiben des jeweiligen Bindersystems, z.B. chemisch und thermisch, oder nur thermisch, nach dem Brennen stets die erwähnten Produkteigenschaften.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elements in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente. Weiterhin können alle hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung miteinander kombiniert oder voneinander isoliert beansprucht werden.

Die hierin genannten Zahlenwerde sind vorzugsweise mit einer Allgemeintoleranz von plusminus 0,5% des Nennwertes versehen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Für die ersten zwei Ausführungsbeispiele wurden in einem Mischer 46g Aluminiumpulver mit einer Teilchengröße kleiner als 20 Mikrometer und 35g Aluminiumhydroxidpulver mit einer Teilchengröße kleiner als 10 Mikrometer und 80g Alumini- umoxidpulver mit einer Teilchengröße kleiner als 10 Mikrometer trocken homogen vermischt. Diese Pulvermischung bildet die Basis für die folgenden Ausführungsbeispiele.

Erstes Ausführungsbeispiel:

Das erste Ausführungsbeispiel betrifft die Herstellung einer Paste unter Verwendung von Ethanol und Epoxydharz.

Es wurden 100 g der obigen Pulvermischung mit 9 g Epoxidharz, incl. Härter mit 25g Ethanol als Verflüssiger vermengt, um zu einer homogenen Paste zu gelangen.

Diese Paste wurde in eine Form eingebracht und bei 50°C 2 Stunden lang gelagert, so dass das Epoxydharz aushärtete und trotz des Ethanols ein gut handhabbares Formteil entstand.

Das Formteil wurde zwecks Entfernung des Ethanols zunächst 2 Stunden bei 75°C getempert und danach zur vollständigen Verdampfung des Ethanols und zur vollständigen Vernetzung des Epoxydharzes 1 Stunde bei 140°C erhitzt. Danach erfolgte nach der Entformung des Formteils die Entfernung des Epoxidharzes durch Pyrolyse bei Temperaturen von 600°C in Luft. Danach das Brennen bei Temperaturen bis 1250°C mit 2 Stunden Haltezeit.

Der so entstandene Formkörper zeigte ein geringes geometrisches Wachstum, war rein weiß und hatte ein Raumgewicht von 1 ,8 g/ml

Zweites Ausführungsbeispiel:

Das zweite Ausführungsbeispiel betrifft die thermoplastische Aufbereitung und Thermoplastische Formgebung.

Herstellung eines 3D gedruckten Al-Oxid-Formkörpers

Fertigungsschritt a)

27,5 Gewichtsteile Aluminiumpulver mit einer Teilchengröße von 10 bis 20 Mikron und 72,5 Gewichtsteile nicht sinterfähiges Al-Oxid Pulver mit einer Teilchengröße von ca. 5 Mikron werde mit 26,0 Gewichtsteilen Bindersystem, bestehend aus Polymer, Weichmacher, Netz- und Gleitmittel, zunächst bei Raumtemperatur trocken gemischt und anschließend in einem Knetaggregat bei 135°C über eine Zeit von ca. 45 min. geknetet, bis eine homogene plastische Masse vorliegt. Diese Masse wurde durch Abkühlen verfestigt, aus dem Kneter ausgetragen und zu einem Granulat mit einer Teilchengröße von 0,5 bis 2,5mm vermahlen.

Fertigungsschritt b)

Das Granulat wird mit einem Einschneckenextruder plastiziert und über eine Düse mit 3,0 mm Lochdurchmesser zu einem Filament von ca. 2,85mm Durchmesser ausgetragen und auf einem Transportband kontinuierlich mit Luft gekühlt und auf einer Spule aufgewickelt. Fertigungsschritt c)

Mit einem 3 D Filamentdrucker wurde das Filament zu Formteilen , wie Biegestäben oder anders geformten Geometrien verarbeitet.

Fertigungsschritt d)

Die gedruckten Biegestäbe mit Abmessungen von 60x6x6 mm wurden anschließend in 43°C warmem Aceton chemisch vorentbindert, und die sogenannten Bräunlinge wurden vom restlichen Binder pyrolytisch befreit.

Im vorliegenden Beispiel wurden die Formteile direkt in einem Sinterzyklus bis 1550°C und einer Haltezeit von 2 h gebrannt. Es Wurden folgende Veränderungen gegenüber den Grünteilen gemessen:

Ergebnis:

Dichte: 2,08

Längsschwindung: 1 ,2 %

Breitenschwindung:2,6%

Höhenwachstum: 0,8%

Biegefestigkeit: 22-25 MPa

Drittes Ausführungsbeispiel:

Das dritte Ausführungsbeispiel betrifft die Herstellung eines spritzgegossenen Al- Oxid Formkörpers:

Fertigungsschritt a) Ein Gemisch aus 25,0 TI Aluminiumpulver mit einer Teilchengröße von 10 bis 20 Mikron und 75,0 TI nicht sinterfähiges Al-Oxidpulver mit einer Teilchengröße von ca. 5 Mikron wurden mit 19,0 TI eines organischen Bindersystems, bestehend aus Polymer, Weichmacher und Netz-Gleitmittel in einem Knetaggregat bei 135°C plastiziert, abgekühlt und zu einem Granulat vermahlen.

Fertigungsschritt b)

Auf einer Kunststoff-Spritzgießmaschine worden Ronden und Zugstäbe gespritzt, anschließend chemisch vorentbindert und die Braunteile pyrolytisch vom Restbinder bei 600°C im Luftofen oxidativ befreit, und anschließend bei 1275°C unter Luftatmosphäre mit 1 h Haltezeit gebrannt.

Ergebnisse:

Ronde:

Durchmesser grün: 75,7 mm

Durchmesser gebrannt: 78,5 mm (Wachstum: 3,55%)

Rondendicke, grün: 3,17 mm

Rondendicke, gebrannt: 4,25 mm (Wachstum: 6,6%)

Dichte: 2,20

Zugstab:

Zugstab Länge, grün: 169,0 mm

Zugstab Länge gebrannt: 175,0 mm (Wachstum: 3,40%)

Zugstabbreite, grün: 19,96 mm

Zugstab breite, gebrannt: 20,85 mm (Wachstum: 4,2 %)

Zugstabdicke, grün: 3,94 mm

Zugstabdicke, gebrannt: 4,4mm (Wachstum:8,3%)

Die spritzgegossenen Formkörper wurden nicht bei 1550 °C nachgebrannt.

Viertes Ausführungsbeispiel: Das vierte Ausführungsbeispiel betrifft die Herstellung einer thermoplastisch gepressten ca. 3,5mm dicken Platte mit der Pulverkombination AI/ SiC

Fertigungsschritt a)

Ein Gemisch aus 37 g Aluminiumpulver mit einer Teilchengröße von 10 bis 20 Mikron und 112 g Siliciumcarbidpulver mit einer Teilchengröße von ca. 1 Mikron wurde mit 41 g eines organischen Binders, bestehend aus Polymer, Weichmacher, Netz- und Gleitmittel, trocken vorgemischt und in einem Knetaggregat bei 135°C plastiziert und homogenisiert. Die Knetdauer betrug ca. 60 min. Nach dem Abkühlen auf ca. 100°C wurde die Masse in Form von ca. 75 g schweren Massekugeln entnommen, in einem Wärmeschrank bei 120°C gelagert, und nach Beendigung der Masseentnahme wurde die gesamte Masse thermoplastisch bei Temperaturen von 120°C zwischen vorgeheizten Al-Platten und zwischen beidseitig aufgelegten Trennpapieren innerhalb eines 4 mm dicken Rahmens zu einer Platte verpresst und unter Druck abgekühlt.

Fertigungsschritt b)

Nach der Entformung wurde die Platte auf ein rechteckiges Maß gesägt und in 43°C warmem Aceton vorentbindert und anschließend der restliche Binderanteil pyrolytisch bis 600°C entbindert und bei 1275°C mit einer Haltezeit von 1 h gebrannt.

Ergebnis:

Das Gewicht der grünen Platte betrug: 70,05g

Die Maße der grünen Platte betrugen: Länge: 110,07mm, Breite: 85,4 mm, Dicke: 3,40 mm

Das Gewicht der gebrannten Platte betrug: 76,24 g Die Maße der gebrannten Platte betrugen: Länge: 112,6 mm, Breite: 86,8 mm, Dicke: 3,70 mm Das lineare Wachstum betrug: Länge: 1 ,60%, Breite: 1 ,60%, Dicke: 8,0%

Die Dichte betrug: 2,10

Auf einer Kunststoff-Spritzgußmaschine werden aus dem Granulat Ronden und Zugstäbe gespritzt, anschließend chemisch vorentbindert und die dadurch entstehenden Braunteile pyrolytisch vom Restpolymer bei 600 °C im Luftofen oxidativ befreit und anschließend bei 1270°C unter Luftatmosphäre gebrannt.

Vor und nach dem Brennen bei 1270 °C mit einer Stunde Haltezeit weisen die Formteile folgende Eigenschaften auf:

Der Rondendurchmesser vor dem Brennen beträgt 75,7 mm. Der Rondendurchmesser nach dem Brennen beträgt 78,5 mm, was einem Wachstum von 3,55 % entspricht.

Die Rondendicke vor dem Brennen beträgt 3,17 mm. Die Rondendicke nach dem Brennen beträgt 4,25 mm, was einem Wachstum von 6,6 % entspricht.

Die Rondendichte nach dem Brennen beträgt 2,20 g/cm³

Die Zugstablänge vor dem Brennen beträgt 169,0 mm. Die Zugstablänge nach dem Brennen beträgt 175,0 mm, was einem Wachstum von 3,40 % entspricht.

Die Zugstabbreite vor dem Brennen beträgt 19,96 mm. Die Zugstabbreite nach dem Brennen beträgt 20,85 mm, was einem Wachstum von 4,2 % entspricht.

Die Zugstabhöhe vor dem Brennen beträgt 3,94 mm. Die Zugstabhöhe nach dem Brennen beträgt 4,4 mm, was einem Wachstum von 8,3 % entspricht. Die spritzgegossenen Formkörper werden nur bei 1270 °C gebrannt.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.

Weiterhin können alle hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombiniert oder voneinander isoliert beansprucht werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der Figuren, in welchen gleiche oder ähnliche Bauteile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Hierbei zeigen:

Fig. 1 : REM-Aufnahmen von gesägten Flächen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formkörpers.

Fig. 2: eine REM-Aufnahme einer gebrannten Fläche einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formkörpers.

In den Figuren sind jeweils REM-Aufnahmen von Flächen eines bei 1250°C gebrannten erfindungsgemäßen Formkörpers bzw. einer Pulverstruktur zu sehen. Die REM- Aufnahmen sind durch ein Rasterelektronenmikroskop (REM) angefertigt worden.

In Figur 1 sind die Paneele 1A und 1 B, in Figur 2 ist ein Paneel dargestellt, wobei jedes Paneel eine Aufnahme mit einer bestimmten Einstellung des REM zeigt. Die Einstellungen des REM sind in den Paneelen im unteren Band dargestellt. Aus den Figuren geht deutlich hervor, dass die ehemaligen Aluminiumpartikel durch Entweichen des Aluminiums als Flüssigschmelze und Verteilung in der umgebenden Matrix reagiert haben und quasi als reaktive Komponente in der Matrix zu Aluminiumoxid geworden sind und letztlich die gesamte feste poröse Aluminiumoxid-Struktur erzeugen. Zurück bleiben die Aluminiumoxidschalen der ehemaligen Aluminiumteilchen.

Fig. 2 vermittelt ein Bild bezüglich der Offenporösität.

Die Darstellungen der gesägten Flächen in Figur 1 zeigen anschaulich größere, zerbrochene Aluminiumhohlkugeln bzw. kugelschalenartige Strukturen 1 , die aus einer ehemaligen Aluminium Vollkugel entstanden sind und den überwiegenden Anteil Aluminium als Flüssigkeit verloren haben.

Es sind auch noch weitere Hohlkügelchen bzw. kugelartige Strukturen 2 in den Figuren zu sehen, deren zerbrochene Stelle nicht zu sehen ist, und die kleiner sind.

Vorzugsweise können also in dem erfindungsgemäßen Formkörper bzw. in der Keramikstruktur die Überbleibsel der metallischen Vollkugeln nachgewiesen werden.

Claims

Patentansprüche . Gemisch zur Herstellung eines porösen, vorzugsweise mikroporösen, Formkörpers aus Keramik, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch einen metallischen Reinstoff und einen nicht metallischen Reinstoff umfasst, wobei der metallische Reinstoff Aluminium und/oder Magnesium ist und wobei der nicht metallische Reinstoff ein Oxid und/oder ein Hydroxid eines oder beider der genannten metallischen Reinstoffe und/oder eines anderen metallischen Reinstoffs und/oder Siliziumcarbid und/oder Siliziumdioxid ist. . Gemisch nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch den metallischen Reinstoff mit einem Gewichtsanteil von 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise von 20 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise von 25 bis 30 Gew.-% umfasst. Gemisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Reinstoffe Aluminium und/oder Magnesium sind und das Gemisch weiterhin ein Oxid und/oder Hydroxid des Aluminiums und/oder des Magnesiums aufweist. Gemisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch Aluminium als metallischen Reinstoff und Silziumcarbid und/oder Siliziumdioxid als nicht metallischen Reinstoff enthält. Gemisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht metallische Reinstoff außer Siliziumdioxid keine Oxide und/oder keine Hydroxide enthält. Gemisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Bestandteile des Gemisches in Pulverform und/oder als Granulat vorliegen. Verfahren zur Herstellung eines porösen, vorzugsweise mikroporösen Formkörpers aus Keramik mit folgenden Verfahrensschritten: a) Aufbereiten eines Gemisches nach einem der vorhergehenden Ansprüche; b) Einarbeitung mindestens eines Bindemittels in das Gemisch zur Herstellung einer Formmasse; c) Formung eines Grünkörpers aus der Formmasse; d) Brennen des Grünkörpers. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bindemittel ein organischer Kunststoffbinder, insbesondere ein Thermoplast oder ein Duroplast, insbesondere Epoxidharz ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einarbeitung mindestens eines Bindemittels in das Gemisch zur Herstellung einer Formmasse durch Kneten, Extrudern oder in einem Walzwerk erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Formung des Formkörpers durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere durch fused filament fabrication (FFF), Schlickerguss, Foliengießen, Spritzgießen, Extrudieren oder Trockenpressen erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Brennen des Formkörpers ein chemisches und/oder thermisches Vor- entbindern erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Brennen des Formkörpers bei Temperaturen zwischen 600 °C und 1300 °C, besonders bevorzugt zwischen 800 °C und 1300 °C, insbesondere zwischen 1200 °C und 1300 °C, vorzugsweise zwischen 1240 °C und 1280 °C, insbesondere bei 1250 °C oder 1275 °C erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse, vorzugsweise mikroporöse gebrannte Formkörper größer ist als der ungebrannte Grünkörper. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse, vorzugsweise mikroporöse, auf eine Temperatur von 1300 °C aufgeheizte Formkörper bei weiterem Aufheizen bis zu einer Temperatur von 1600 °C zwischen 0,1 % und 1 ,5 %, vorzugsweise zwischen 0,5 % und 1 ,2 %, vorzugsweise zwischen 0,8 % und 1 % an Gewicht verliert. Poröser, vorzugsweise mikroporöser Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Gemisch nach den Ansprüchen 1 bis 6 besteht oder dieses umfasst und/oder mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14 hergestellt ist und dass er Porositäten zwischen 40 und 60 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 45 und 55 Vol.-%, insbesondere mit 50 Vol.-% aufweist. Poröser, vorzugsweise mikroporöser Formkörper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse, vorzugsweise mikroporöse Formkörper eine Platte vorzugsweise mit einer Dicke von 1 mm bis 6 mm, vorzugsweise mit einer Dicke von 1 mm bis 2 mm, vorzugsweise mit einer Dicke von 1 ,5 mm bis 2,5 mm, insbesondere mit einer Dicke von 2 mm bis 3 mm ist. Verwendung eines porösen, vorzugsweise mikroporösen Formkörpers nach einem der Ansprüche 15 bis 16 als Sinterunterlage in der Pulvermetallurgie, insbesondere beim Metal Injection Moulding (MIM) und/oder im Ofenbau. Sinterunterlage umfassend oder bestehend aus einem Formkörper gemäß einem der Ansprüche 15 oder 16.