DE1232866B - Formbares keramisches Material mit organischen Bindemitteln - Google Patents
Formbares keramisches Material mit organischen BindemittelnInfo
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Description
EUTSCHES
PATENTAMT
Deutsche KL: 80 b-8/22
Nummer: 1232 866
Aktenzeichen: D 43936 VI b/80 b
Anmeldetag: 20. März 1964
Auslegetag: 19. Januar 1967
Die Erfindung betrifft ein formbares Material mit organischen Bindemitteln.
Es ist bekannt, keramische Gegenstände aus einem keramischen Material' herzustellen, das mit einem
thermoplastischen Bindemittel vermischt ist. Das Material wird dabei unter Druck, beispielsweise
durch Spritzgießen, geformt und dann gebrannt, wobei das BindemitteTgewöhnlich bei der Behandlung
des Gegenstandes im Brennofen ausgetrieben wird.
Die am 6.11.1952 bekanntgemachte deutsche Anmeldung
S10878 VIe/80b setzt zu einer formbaren
keramischen Masse als filmbildende organische Substanz Polyvinylalkohol zu. Um die rohen Preßlinge
am Austrocknen zu hindern und deren Nachbearbeitung zu erleichtern, kann zweckmäßigerweise noch
Glycerin oder Äthylenglykol zugesetzt werden.
Das »Bulletin Amer. Cer. Soc«, Vol. 23/1944, S. 427 bis 432, erwähnt Polyäthylenglykol unter
seiner Handelsbezeichnung »Carbowax« allein als Schmier-, Binde- oder Verarbeitungshilfsmittel für ao
keramische Massen.
In »Ceramic Age«, 1960, Heft 1, S. 39ff., und Heft 2, S. 25 ff., wird eine allgemeine Aufstellung
temporärer Binder für keramische Massen gegeben.
Bei Anwendung der bisher bekannten Bindemittel stellte es sich aber heraus, daß die Festigkeit des
Formmaterials abnimmt, wenn die Temperatur erhöht wird, wie das in den ersten Stadien des Brennens
geschieht. Als Folge ließen sich Verformungen oder sogar Risse und Brüche des Formkörpers feststellen.
Es wurden verschiedene Versuche zur Überwindung der Schwierigkeiten angestellt, indem ein Gemisch
von wärmehärtbaren und thermoplastischen Bindemitteln angewandt und das eine vor dem Brennen
des anderen durch Lösungsmittelextraktion entfernt wurde oder indem ein Gemisch von Bindemitteln
angewandt wurde, von denen das eine bei einer Temperatur unter dem Erweichungspunkt des
anderen flüchtig ist. Es konnte aber mit keinem der früheren Verfahren ein ganz befriedigendes Ergebnis
erzielt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Formmaterial, bei dem die den bisher bekannten Bindemitteln anhaftenden
Nachteile überwunden sind.
Das erfindungsgemäße formbare Material ist dadurch gekennzeichnet, daß eine keramische Masse mit
einem Bindemittel vermischt ist, das ein Polyäthylenglykol und ein oder mehrere Polyolefine enthält.
Die Menge an dem Polyäthylenglykol beigemischten Polyolefin ist innerhalb weiter Grenzen variabel.
Vorzugsweise sind jedoch 8 bis 30 Gewichtsteile Formbares keramisches Material mit
organischen Bindemitteln
organischen Bindemitteln
Anmelder:
Doulton & Co. Limited, London
Vertreter:
Dr. W. Müller-ΒοΓέ, Dipl.-Ing. H. Gralfs
und Dr. G. Manitz, Patentanwälte,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8
und Dr. G. Manitz, Patentanwälte,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8
Als Erfinder benannt:
Desmond Frank Bailey,
New Haw, Surrey (Großbritannien)
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 21. März 1963 (11 309),
vom !.Januar 1964
Großbritannien vom 21. März 1963 (11 309),
vom !.Januar 1964
Polyolefin in 100 Gewichtsteilen des Polyäthylenglykol-Polyolefin-Gemisches
enthalten.
Die Menge an Bindemittel, die der keramischen Zusammensetzung beigemischt werden soll, hängt
von den Eigenschaften des verwendeten keramischen Materials ab und läßt sich für jedes bestimmte Formmaterial
leicht festsetzen. Im allgemeinen liefert eine Bindemittelmenge zwischen 30 und 60% und für
manche Anwendungszwecke zwischen 36 und 38% des Gesamtvolumens an formbarem Material sehr
gute Resultate.
Eine sehr brauchbare Polyäthylenglykolsorte ist »Carbowax« 600O2, eine wachsartige Substanz mit
einem Molekulargewicht zwischen 6000 und 7500, die bei einer Temperatur zwischen 60 und 63° C
schmilzt. Ein geeignetes Polyolefin ist das unter dem Handelsnamen »Epolene« L ν vericaufte Polyäthylen.
Besonders bei großen Abmessungen der Formprodukte ist es manchmal erwünscht, dem formbaren
Material einJTrenn- oder Gleitmittel zuzusetzen. Als
Beispiel seien JTritolvlphosphat oder Glycerinmonostearat genannL_Tritolylphosphat
erwies sich besonlers brauchbar für dicke, schwere Formbestandteile,
und Glycerinmonostearat war besser geeignet bei dünnen Formteilen, beispielsweise mit Abmessungen
von 0,8 bis 1,6 mm.
Unter den für die praktische Durchführung der Erfindung besonders brauchbaren Zusammensetzungen
sind solche zu nennen, die in überwiegendem Anteil Tonerde enthalten (mit oder ohne Flußmittel);
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ferner Ton, Quarz und ein Flußmittel; Speckstein Teststäbe von 6,4 cm Länge und 0,64 cm Breite
oder Talkum in überwiegender Menge; Wollastonit werden wie im Beispiel 1 spritzgegossen. Beim Erin
überwiegender Menge; Zirkonsilikat, Kieselerde hitzen zur Entfernung des Bindemittels zeigt sich
oder Gemische dieser Stoffe; magnetische Ferrite, die keine Verformung, und die Ränder und Ecken bleictwa
der Formel MO · Fe2O3 oder MO ■ 6 Fe2O3 ent- 5 ben scharf und umrissen wie vor dem Erhitzen,
sprechen, wobei M ein zweiwertiges Metall oder ein Nach Entfernung des Bindemittels kann das SiIi-Gemisch
zweiwertiger Metalle ist, und noch andere cium durch übliche Verfahren in Siliciumnitrid umoxydischc
Keramikstoffe. gewandelt werden.
Das Gemisch des Polyolefins mitPolyäthylenglykol Beisniel ^
bildet ein Bindemittel mit einem hohen Fließpunkt io
und hoher Thixotropic, die eine Verformung beim Spritzguß eines Zirkon-Kieselerde-Körpers
Erhitzen des formbaren Materials zur Entfernung des Das Gemisch wird wie im Beispiel 1 aus den fol-
Bindemittels verhindert. genden Bestandteilen hergestellt:
Während der Vermischung der Bestandteile des
Bindemittels mit dem keramischen Gemisch bei er- i5 Zirkonsilikat (75 μ Maschenweite) .. 820 g
höhtcr Temperatur werden die Bindemittel flüssig Geschmolzene Kieselerde
und verteilen sich gleichmäßig durch das Material (75 μ Maschenweite) 205 g
hindurch. Dabei erhält man eine zusammenhängende »Carbowax« 6000 103 g
teigförmige Masse, die leicht geformt werden kann. »EDoIene« LV «!
Bei Zimmertemperatur liegt das Gemisch in Granu- 3o „ . , , S
latform vor. Tntolylphosphat 5 g
Die Formung kann mittels jedes gebräuchlichen Das Gemisch wurde zu 10 cm langen, 2,5 cm
Verfahrens erfolgen, z. B. durch ein Spritzgußverfah- breiten und 0,32 cm dicken Stäben spritzgegossen,
rcn. Ein bevorzugter Temperaturbereich für das For- Tjjese wurden bei 1280° C gebrannt und lieferten die
mungsvcrfahren liegt bei 85 bis 150° C. Im allgemei- a5 angestrebte poröse Masse mit den folgenden Eigen-
nen sollte die Temperatur der Form, in die das Ma- schäften:
tcrial eingespritzt wird, nicht merklich über der Tem-
tcrial eingespritzt wird, nicht merklich über der Tem-
peratur der Umgebung liegen, um ein Festkleben zu Zerreißmodul 17,0 kg/cm
verhindern. Dichte 2,52 g/cm
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Bei- 30 Wahrnehmbare Porosität 34%
spiele erläutert. Lineare Kontraktion beim Brennen 0,7%
BeisPiel 1 Beispiel 4
Spritzguß eines Tonerdekörpers Fließpunkt oder Streckgrenze
Die folgenden Mengen geschmolzener Tonerde 35 Stücke von 10 cm Länge, 2,5 cm Breite und
werden in einen mit Heizmantel versehenen Disper- o,32 cm Dicke wurden aus den beiden unten auf-
sionsmischer mit etwa 1,11 Inhalt eingebracht: geführten Gemischen spritzgegossen:
»Aloxite« Qualität 220 A 529 g Volumteile
»Aloxite« Qualität 600 227 g 40 Gemisch a:
Heizmantel und Heizung werden eingeschaltet, und Zirkonsilikat (75 μ Maschenweite) .... 45
bei Erreichen einer Temperatur von etwa 12O0C Geschmolzene Kieselerde
wird folgendes Bindemittel zugesetzt: (75 μ Maschenweite) 23
»Carbowax« 6000 135 g 45 »Carbowax« 6000 32
»Epolene« LV 9 g Gemisch b:
Nach einigen Minuten Durchmischung wird der Zirkonsilikat (75 μ Maschenweite) .... 45
heiße Teig dem Mischer entnommen, zum Abkühlen Geschmolzene Kieselerde
gebracht und in kleine Stücke zerbrochen. Teststück- (75 μ Maschenweite) 23
chen von 6,4 cm Länge und 0,64 cm Breite wurden 50 »Carbowax« 6000 23,5
aus diesem Gemisch bei einem Druck von 1100kg/ ,Cnnien« tv r's
cm2 und einer Zylindertemperatur von 150° C spritz-
gegossen. Die Teststücke wurden dann zur Entfer- Die aus diesen Gemischen hergestellten Stücke
nung des Bindemittels schlagartig auf 600° C erhitzt. wurden senkrecht auf die 10 · 0,32-cm-Schmalseite
Es wurde keine Verformung der Teststücke beob- 55 gestellt und bei 1280° C gebrannt,
achtet, und die Ecken und Kanten blieben ebenso Während des Schmelzens des Bindemittels vor
scharf und ausgeprägt wie vor dem Erhitzen. Die dem Verflüchtigen fielen die aus Gemisch a herge-
gcformten Teststücke sinterten beim Brennen bei stellten Stücke schlagartig zu einer formlosen Masse
1450° C zu einer kompakten Masse. zusammen, die aus Gemisch b hergestellten Stücke
Beispiel 2 6o nmge8en verformten sich nicht meßbar.
Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte sind
Spritzguß von Silicium unter anderem von besonderem Nutzen zur Formung
Ein Silicium-Spritzgußgemisch wird wie im Bei- elektrischer Isolierkörper, Halbleiter, Kerne für
spiel 1 aus den folgenden Bestandteilen hergestellt: Metallgußwaren, die durch chemische oder mecha-
_... . . ,_„ -, . .x N „-_ 65 nische Mittel entfernt werden können, Töpferwaren
Siliciumpulver (53 μ Maschenweite) 365 g und poröse keramische produkte.
»Carbowax« 6000 89 g Gegenüber den bekannten Bindern oder Binder-
»Epolene« LV 44 g systemen hat das erfindungsgemäße System, d. h.
Polyäthylenglykol+Polyäthylen oder einem anderen Polyolefin, einen überraschenden und nicht vorhersehbaren
Vorteil. Dieser beruht im wesentlichen auf dem Verhalten des Bindersystems bei Erwärmung
auf etwa über 120° C. Sowohl Polyäthylenglykol als auch Polyäthylen schmelzen bei diesen Temperaturen
zu einer beweglichen Flüssigkeit. Wird daher eines dieser Polymere allein als Binder für eine keramische
Masse verwendet, so läuft dieses bei den erwähnten Temperaturen aus der Form oder aus dem Kern heraus.
Die polymere Schmelze nimmt dabei keramische Teilchen mit sich und verursacht eine höchst unerwünschte
Deformierung der Preßkörper. Es war daher durchaus überraschend, daß die erfindungsgemäße
Kombination von Polyäthylenglykol und Polyäthylen diese Nachteile nicht in sich birgt, d. h.
daß dieses Bindersystem nicht dazu neigt, bei den erwähnten Temperaturen aus der Formmasse auszufließen.
Dieser überraschende Effekt ist besonders deutlich bei den Versuchen des Beispiels 4 zu erkennen.
Während die Formstücke der nur mit »Carbowax« 6000 allein gebundenen Gemische bei höheren
Temperaturen schlagartig zu einer formlosen Masse zusammenfielen, war dies bei der erfindungsgemäßen
Kombination von »Carbowax« und »Epolene« nicht der Fall.
Claims (6)
1. Formbares keramisches Material mit organischen Bindemitteln,dadurch gekennzeich-
net, daß eine keramische Masse mit einem Bindemittel vermischt ist, das ein Polyäthylenglykol
und ein oder mehrere Polyolefine enthält.
2. Formbares Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bindemittel
8 bis 30 Gewichtsteile Polyolefin auf 100 Gewichtsteile Polyäthylenglykol vorliegen.
3. Formbares Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Menge an Bindemitteln 30 bis 60% in Volumteilen des formbaren Materials beträgt.
4. Formbares Material nach einem der vorhergehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polyäthylenglykol ein Molekulargewicht zwischen 6000 und 7500 hat und bei einer Temperatur
zwischen 60 und 63° C schmilzt.
5. Formbares Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Trenn- oder Gleitmittel beigemischt ist.
6. Formbares Material nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel Tritolylphosphat
oder Glycerinmonostearat ist.
a. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung S10878 VIb/80b
(bekanntgemacht am 6.11.1952);
(bekanntgemacht am 6.11.1952);
Bulletin Amer. Cer. Soc, Vol. 23/1944, S. 427 bis 432;
»Ceramic Age«, 1960, H. 1, S. 39, H. 2, S. 25 ff.
»Ceramic Age«, 1960, H. 1, S. 39, H. 2, S. 25 ff.
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