-
Verfahren zur Herstellung keramischer Formkörper Es ist bekannt, unplastische
keramische Massen nach dem für Kunststoffe üblichen Spritzgußverfahren zu verformen.
Die Spritzmasse enthält dabei in der Regel etwa 85 °/o unplastische keramische Rohstoffe,
der Rest besteht aus Thermoplasten, Gleitmitteln und Ölen. Als Thermoplaste kommen
z. B. Äthylcellulose, Schellack, Phenol-Formaldehyd- bzw. Harnstoff Formaldehyd,Harze,
Polystyrol in Frage. Als Gleitmittel können Stearinsäure, Aluminiumstearat, Weichasphalt,
Butylstearat, Diäthylphthalat, verschiedene Wachse, hydrierte Harze, modifizierte
Alkydharze, Trikresylphosphat usw. verwendet werden. Als Öle seien beispielsweise
Holzteeröl, Glycerin, Ölsäure, trocknende Öle genannt. Von den Zuschlagstoffen macht
der Anteil an Thermoplasten etwa die Hälfte aus, während der Ölanteil bis zu einem
Drittel betragen kann. Der Rest besteht aus dem Gleitmittel. Es wurde vorgeschlagen,
die einzelnen Komponenten so abzustimmen, daß nach dem Spritzvorgang eine gewisse
Aushärtung eintritt, damit bei der Lagerung und beim Brennen der Spritzlinge keine
Deformationen eintreten. Die Aushärtung muß jedoch so träge sein, daß die Spritzmasse
keine Veränderung erfährt, solange sie im Spritzzylinder der Spritzgußmaschine verweilt.
-
Nach den bereits bekannten Verfahren wird die Spritzmasse in der Regel
wie folgt aufbereitet: Der keramische Anteil wird zunächst gemahlen, bis die angestrebte
Feinheit erreicht ist. Danach werden die Harze und die Gleitmittel zugesetzt und
in den Versatz eingearbeitet. Das so gewonnene Pulver wird anschließend in einen
beheizten Kneter gebracht, in dem die Masse durch Zugabe der Öle und weiterer temporärer
Anteigmittel, wie z. B. Wasser, Aceton oder Alkohole, verflüssigt wird. Die Anmachmittel
verdampfen im Kneter, die Masse bleibt aber durch laufende Zufuhr von Wärmeflüssig.
Sie wird in diesem Zustand so lange geknetet, bis sie glatt fließt. Die Temperatur
im Kneter muß dabei so gewählt werden, daß noch keine Aushärtung der Spritzmasse
eintritt. Schließlich wird außerhalb des Kneters abgekühlt und sodann zu einem Spritzgranulat
zerkleinert.
-
Ein Nachteil dieser bekannten Verfahren ist, daß zur Plastifizierung
der unplastischen Keramikmasse mehrere und verschiedenartige Zuschlagstoffe erforderlich
sind und die Aufbereitung aufwendig und zeitraubend ist. Ein weiterer Nachteil bei
aushärtbaren Spritzmassen ist, daß einmal verarbeitetes und ausgehärtetes Material
nicht mehr verwendet werden kann.
-
Es wurde nun gefunden, daß es vorteilhaft ist, für die Herstellung
thermoplastisch geformter keramischer Formkörper Spritzmassen zu verwenden, die
aus 75 bis 95 Gewichtsprozent einer trockenen, pulverförmigen keramischen Grundmasse
und 5 bis 25 Gewichtsprozent eines Polyolefinwachspulvers bestehen.
-
Zwar ist- die Verwendung von Wachsen in Form von wäßrigen Emulsionen
bzw. Suspensionen zum Anteigen keramischer Pulver bereits beschrieben worden (z.
B. »Ceramic Age«, 1960, S. 25 bis 32, und »Bulletin of the American Ceramik Society«,
1944, S.427 bis 423), jedoch sind solche Massen nicht thermoplastisch formbar. Sie
werden vielmehr im allgemeinen durch Kaltverpressen verformt, wobei der Wachsanteil
als Gleit- und Bindemittel dient. Auf diese Weise erhaltene Formkörper müssen zudem
vor dem Brennen noch einer Trocknung unterworfen werden, wogegen die aus den erfindungsgemäßen
Spritzmassen erhaltenen Formkörper, da sie keine Feuchtigkeit enthalten, unmittelbar
nach dem Verlassen des Formautomaten in die Brennstufe eingefahren werden können.
-
Als keramische Massen, die gegebenenfalls übliche anorganische, vorzugsweise
oxydische Farbstoffe enthalten, können hochfeuerfeste Oxyde, wie Aluminiumoxyd,
Zirkonoxyd oder Berylliumoxyd, oder auch hochfeuerfeste Carbide, Nitride, Boride,
Sulfide, Silikate oder Zirkonate oder auch metallkeramische Gemische verwendet werden.
-
Unter Polyolefinwachsen sollen Wachse mit Molekulargewichten zwischen
1000 und 10000, vorzugsweise 2000 und 6000, verstanden werden, welche durch Polymerisation
von Monomeren und Comonomeren, z. B. Äthylen, Propylen, Butylen bzw. Äthylen-Vinylacetat,
vorzugsweise aber aus Äthylen erhältlich sind. Der Anteil der Polyolefinwachse an
der Gesamtmischung beträgt 5 bis 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise aber 8 bis 15
Gewichtsprozent.
In manchen Fällen kann es auch von Vorteil sein,
10 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 25 bis 35 Gewichtsprozent der Polyolefinwachse
durch Esterwachse zu ersetzen, weil dann das Ausbrennen des Fluß- und Bindemittels
innerhalb eines breiteren Temperaturbereiches vorgenommen werden kann.
-
Unter Esterwachsen werden durch Veresterung von Chromsäureoxydaten
des Rohmontanwachses erhältliche Wachsgemische oder auch natürliche Esterwachse,
z. B. Carnaubawachs oder Bienenwachs, verstanden.
-
Die Herstellung der Spritzmasse erfolgt bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren auf sehr einfache Weise durch trockenes Homogenisieren der feinstgemahlenen
keramischen Anteile mit dem ebenfalls pulverförmigen Wachs in einem Mischer. Die
pulverförmige Spritzmasse kann dann ohne vorhergehende Granulierung auf einer Spritzgußmaschine
bei etwa 120°C verarbeitet werden. Bei dieser Temperatur wird die Masse durch das
schmelzende Wachs fließfähig und damit spritzfähig. Der in der Form wieder erstarrende
Wachsanteil verfestigt den Spritzling, welcher sofort entnommen und ohne Trocknung
oder Aushärtung gebrannt werden kann. Der Brennprozeß wird dann temperaturmäßig
so gesteuert, daß beim Erweichen der Zusätze keine Deformationen der Spritzlinge
unter dem Einfluß des Eigengewichtes eintreten. Hierzu hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, daß die Aufheizgeschwindigkeit 1 bis 3'C, vorzugsweise 1 ° C pro Minute
beträgt. Nach der Vorbrennperiode kann ab 560 bis 600°C der Temperaturanstieg beschleunigt
werden, bis die jeweils erwünschte Brenntemperatur erreicht ist.
-
Das Verfahren eignet sich ganz allgemein zur Herstellung thermoplastisch
geformter keramischer Formkörper. Insbesondere kommt es aber für die Herstellung
komplizierter Formkörper von hoher Maßgenauigkeit in Betracht, beispielsweise für
Zündkerzen, Isolatoren, Mahlkugeln sowie Bauteilen für die Elektro- und Wärmetechnik.
-
Die Verwendung von Polyolefinwachs als Fluß-und Bindemittel bei der
thermoplastischen Verformung unplastischer keramischer Massen hat gegenüber den
bisher bekannten Verfahren den Vorteil, daß Keramikmasse und Wachs pulverförmig
trocken gemischt werden können, wodurch eine wesentliche Vereinfachung der Aufbereitung
erreicht wird.
-
Als weiterer Vorteil ergibt sich bei der Verarbeitung der nach dem
beanspruchten Verfahren hergestellten Spritzmassen die bisher nicht erreichte hohe
Geschwindigkeit in der Spritzfolge. Da Polyolefinwachse sehr gute Gleiteigenschaften
besitzen, sind nur relativ niedrige Spritzdrücke erforderlich. Außerdem wird der
bei Verarbeitung der bekannten keramischen Spritzgußmassen verursachte oft recht
erhebliche Abrieb des Spritzzylinders, der Angußkanäle und der Formen bei Einsatz
der erfindungsgemäßenMischungen wesentlich vermindert. Da Polyolefinwachs im Gegensatz
zu Thermoplasten gleichzeitig als Trennmittel wirkt, vollzieht sich die Entformung
sehr leicht. Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, daß anfallendes Bruchmaterial
beliebig oft wieder in den Prozeß zurückgeführt und erneut verspritzt werden kann.
Beispiel 1 86,0 Gewichtsteile Aluminiumoxyd und 14,0 Gewichtsteile eines Polyäthylenwachses
mit Molekular-Rewicht 2000 und der Dichte 0,92 wurden im kalten Zustand trocken
gemischt. Sämtliche Ausgangskomponenten waren feinst gemahlen. Die so aufbereitete
Masse wurde in einer Spritzgußmaschine bei 120°C in Formen gespritzt. Der in der
Spritzgußmaschine verflüssigte Wachszusatz erstarrte in der Form sofort wieder unter
Verfestigung der gesamten Masse: Die ausgeworfenen Formlinge konnten ohne jedenTrockenvorgang
sofort gebrannt werden. Der Brennprozeß wurde in der Vorbrennperiode bis 600°C so
geführt, daß die Aufheizgeschwindigkeit 3°C pro Minute betrug. In diesem Temperaturbereich
wurde der Sauerstoffanteil der Ofenatmosphäre so geregelt, daß das in den Formkörpern
enthaltene Wachs verbrannte. Der sich anschließende Garbrand der Formlinge erfolgte
nach der in der Keramik üblichen Methode. Beispiel 2 88,0 Gewichtsteile Berylliumoxyd,
8,0 Gewichtsteile eines Polyäthylenwachses mit Molekulargewicht 2000 und der Dichte
0,92 und 4,0 Gewichtsteile eines Esterwachses (Fließ-/Tropfpunkt 80/81, Säurezahl
18, Verseifungszahl l47), hergestellt durch Veresterung eines durch Chromsäureoxydation
des Rohmontanwachses erhaltenen Wachssäuregemisches, wurden im kalten Zustand trocken
gemischt. Sämtliche Ausgangskomponenten waren feinst gemahlen.
-
Die so aufbereitete Masse wurde in einer Spritzgußmaschine bei 120°C
in Formen gespritzt. Der in der Spritzgußmaschine verflüssigte Wachszusatz erstarrte
in der Form sofort wieder unter Verfestigung der gesamten Masse.
-
Die ausgeworfenen Formlinge konnten ohne jeden Trockenvorgang sofort
gebrannt werden. Der Brennprozeß wurde in der Vorbrennperiode bis 600°C so geführt,
daß die Aufheizgeschwindigkeit 1 ° C pro Minute betrug. In diesem Temperaturbereich
wurde der Sauerstoffanteil der Ofenatmosphäre so geregelt, daß das in den Formkörpern
enthaltene Wachs verbrannte. Der sich anschließende Garbrand der Formlinge erfolgte
nach den in der Keramik üblichen Methoden.