DE2836316A1

DE2836316A1 - Verfahren zur herstellung von keramikteilen mittels elektrophorese

Info

Publication number: DE2836316A1
Application number: DE19782836316
Authority: DE
Inventors: Gerard Desplanches; Guy Kaltenbach
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1977-08-26
Filing date: 1978-08-18
Publication date: 1979-03-01
Also published as: BE869510A; NL7808850A; IT7826949A0; FR2401119A1; IT1098257B; FR2401119B1; JPS5446208A; GB2003183A; SE7808908L

Description

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VERFAHREN" ZUR HERSTELLUNG VON KERAMIK-TEILEN MITTELS ELEKTROPHORESE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur -Herstellung von Keramikteilen mittels Elektrophorese, bei dem zuerst eine Suspension mit dem Pulver des Keramikwerkstoffs in einer polaren Lösung hergestellt wird, dann auf einem Träger eine Keramikschicht durch Elektrophorese hergestellt wird, indem der Träger in die Suspension getaucht wird und diesem eine zur Polarität

des Pulvers umgekehrte Polarität verliehen wird, dann die erwird haltene Schicht getrocknet und isostatisch komprimiert^ worauf das so gewonnene Keramikteil nach Entformen vom Träger gesintert wird.

Die Erfindung wird vorteilhafterweise bei der Herstellung von Keramikteilen eingesetzt, die als Feststoff-Elektrolytrohre verwendet werden und z.B. aus Natrium-Beta-Aluminium oxyd bestehen. Solche Rohre braucht man für elektrochemische HochtemperaturzeIlen, beispielsweise des Schwefel-Natriumtyps.

Aus dem Zusatz Nr. 95 549 zur FR-PS 1 597 279 ist ein Verfahren zur Herstellung von dünnen Teilen aus Keramikmaterial mittels Elektrophorese bekannt, bei dem nach Ablagerung dieses Materials auf einem Träger oder geeigneten Dorn das Rohteil vor der anschließenden Sinterung einem isostatischen Druck ausgesetzt wird.

Zur Durchführung der Ablagerung bedient man sich der Elektrophorese, d.h., daß zunächst die Körner des sinterbaren Materials mit einer geeigneten Flüssigkeit behandelt werden,

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so daß sie sich elektrisch aufladen, daß dann die in Suspension gebrachten Körner auf den in diese Suspension getauchten Träger bzw. Dorn aufgebracht werden,, indem diesem Dorn die der Polarität der Körner entgegengesetzte Polarität durch Herstellung eines Potentialunterschieds zwischen Dorn und beispielsweise dem die Suspension enthaltenden Behälter verliehen wird.

Die Flüssigkeit besteht in dem bekannten Fall aus Nitromethan mit geringen Benzolsäurezusätzen oder auch aus einer Mischung von Azeton und Äthylalkohol mit geringen Nitrozellulosezusätzen .

Zunächst werden die Körner aus sinterbarem Material einer Nitromethanlösung zugesetzt, bevor nach Mischen die Benzolsäure hinzugefügt wird und erneut gemischt wird. Der Pofcentialunterschied zwischen Dorn und die Suspension enthaltendem Behälter liegt zwischen 30 und 500 V„ Die Porosität der abgelagerten Schicht kann entsprechend der Korngröße des sinterbaren Materials eingestellt werden.

Zur Erhöhung der Porosität der aufgebrachten Schicht können ihr auch porenerzeugende Verbindungen zugesetzt werden, die beim Sintern entweichen.

Zur Erhöhung der Festigkeit der abgelagerten Schicht kann ihr ein Binder zugesetzt werden. z.B. Diphenol-Polykarbonat oder Äthylzellulose, indem der Suspension der Körner des sinterbaren Materials eine Lösung dieses Binders in Chloroform mit

Diphenvl-Polvkarbonat) Ii-XU

2 bis 3 Gewichtsprozenten~foder !Tetrachlorkohlenstoff mit 2 bis

3 Gewichtsprozenten Äthylzellulose zugefügt wird.

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Nitromethan ist jedoch eine relativ teuere Flüssigkeit und ziemlich flüchtig und somit leicht toxisch, was dazu zwingt, die Räume, in denen sie verwendet wird, mit speziellen Lüftungseinrichtungen auszustatten. Im industriellen Fertigungsbereich fallen diese Nachteile besonders ins Gewicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß obige Nachteile entfallen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Eine geeignete Flüssigkeit muß bestimmte Eigenschaften hinsichtlich Viskosität, Siedepunkt, Dielektrizitätskonstante und Sättigungsdampfdruck besitzen, um eventuell im erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz zu kommen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende einzige Figur näher erläutert, die ein Elektrophoresebad zur Durchführung des Verfahrens zeigt.

Zunächst wird gemahlenes Natrium-Beta-Aluminiumoxydpulver in einer polaren Lösung wie beispielsweise Methylpropylketon oder n-Pentanol suspendiert, wobei das Pulver eine spezifische Ober-

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fläche von etwa 1 m /g nach dem Zermahlen aufweist.

Der Aluminiumoxydanteil liegt zwischen 100 und 1000 g pro Liter Lösungsmittel. Für hohe Aluminiumoxydanteile kann vorteilhafterweise Monochlor-Essigsäure als Entflockungsmittel in einem Anteil von 1 bis 5 g Säure pro 1000 g Aluminiumoxyd zugesetzt werden.

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Dieser Arbeitsgang wird bei Umgebungstemperatur in einem Aluminiumoxydbrecher oder entsprechenden Gefäß durchgeführt.

Eine Variante besteht darin, vorgemahlenes Aluminiumoxydpulver in Trockenzustand zu verwenden, das eine spezifische

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Oberfläche von etwa 1 m /g besitzt. Dieses Pulver wird in der genannten Lösung durch einfaches Umrühren und in praktisch den gleichen Mengen wie oben suspendiert. In diesem Fall wird ebenfalls in den wie oben angegebenen Teilen Monochlor-Essigsäure zugesetzt.

In jedem Fall weist das Lösungsmittel bei Umgebungstemperatur die folgenden Kennzeichen auf :

Viskosität £ 2.10"³Pa.s (2 centipoise)

Siedepunkt ^. 60°C

12 £ relative Dielektrizitätskonstante -g 22

Sättigungsdampfdruck ^ 50 mm Hg.

Die Suspension 13 wird beispielsweise in einem Aluminiumbehälter 8 unter Dauerrührung gelagert, um eine Ablagerung der Körner zu vermeiden. Es kann ein von einem Motor 10 angetriebener magnetischer Rührer 9 oder ein geschlossener Strömungskreislauf verwendet werden. Anschließend wird die Elektrophoreseablagerung durchgeführt. Hierzu wird als Träger ein zylindrischer polarisierbarer Dorn 11, der mit Mitteln versehen ist, mit denen er in Rotation versetzt werden kann, in den Behälter getaucht und anschließend zwischen diesem Dorn und dem Metallbehälter mit der Suspension oder dem Bad ein bestimmter Potentialunterschied hergestellt, so daß es zur Ablagerung der Aluuiniumoxydkörner auf dem Dorn kommt. Dieser Potentialunterschied wird so

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gewählt, daß das elektrische Feld zwischen 250 und 650 V/cm liegt.

Der Dorn 11, auf dem die Ablagerung 12 erfolgt, wird in Bezug auf eine senkrecht stehende Hohlwelle 14 durch einen hier nicht dargestellten Mechanismus in Rotation versetzt.

Zur Erzeugung der Ablagerung der Aluminiumoxydkörner aus der Suspension 13 auf dem Dorn 11 wird zwischen dem Dorn und dem Behälter ein elektrisches Feld von etwa 300 V/cm über Anschlußimpedanzen 15 und 16 angelegt. Der Abstand zwischen der Außenfläche des Dorns 11, der einen Durchmesser von 8 mm besitzt, und der Innenwandung des Behälters 8 beträgt etwa 2 cm; unter diesen Bedingungen beträgt die Ablagerungszeit, d.h. die Dauer, während der das elektrische Feld angelegt ist, 5 see bis 1 min, womit nach den später erfolgenden isostatischen Druckbehandlungen und nach der Sinterung Rohre erhalten werden, deren Dicke zwischen etwa 200yum und 3 mm liegt.

Falls die Suspension durch Monochlor-Essigsäure entflockt wird, ist die Polarität der Aluminiumkörner negativ, was bedeutet, daß die Polarität des Dorns positiv sein muß.

Die erfindungsgemäße Beschichtung nach der Elektrophoresetechnik bietet den Vorteil, daß die Form des Trägers oder Dorns beliebig sein kann, so daß auch Teile erzielt werden können, deren Form anders sein kann als die einer Platte oder eines Rohrs.

Es muß dann noch die isostatische Kompression der so erhaltenen Beschichtung sowie eine geeignete Sinterung durchgeführt werden. Dann erhält man ein Endprodukt, das direkt eingesetzt werden kann.

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Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele für Suspensionen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben :

Beispiel 1 Methyl-Propyl-Keton t 1000 cm

Monochlor-Essigsäure 1,25 g

Beta-Aluminiumoxydpulver 500 g

Mahlen des Pulvers im Aluminiumoxydbehälter s 8 Stunden Beschichtungszeit ; 15 Sekunden

Elektrisches Feld : 250 V/cm

Dicke der Beschichtung vor isostatischer Kompression : 2 mm Dicke des gesinterten Rohrs : 0,85 mm

Beispiel 2 n-Pentanol : lOOO cm

Monochlor-Essigsäure 1,25 g

Beta-Aluminiumoxydpulver 500 g

Mahlen des Aluminiumoxyds im Aluminiumoxydbehälter : 16 Stunden Beschichtungszeit : 1 Minute

Elektrisches Feld : 400 V/cm

Beschichtungsdicke vor isostatischer Kompression s 3 mm Dicke des gesinterten Rohrs : 1,3 mm.

Das hier verwendete Natrium-Aluminiumoxyd liegt in Beta"-form vor.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit Werkstücke aus alkalischem Beta-Aluminiumoxyd hoher Qualität einfach und kostengünstig hergestellt werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung auch auf Teile aus anderen Keramikstoffen als Natrium-Beta-Aluminiumoxyd

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anwendbar, wobei die Bäder der jeweiligen Keramikpulverart angepaßt werden müssen.

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Leerseite

Claims

Fo ίο 985 D 1*· Aug. 1978

COMPAGNIE GENEPJttiE D'ELECTRIGITE S .Λ , 54, rue La Boetie, 75382 PARIS CEDEX 08 Frankreich

VERFÄHREN ZUR HERSTELLUNG VON KERAMIKTEILEN MITTELS ELEKTROPHORESE

PATENTANSPRÜCHE

j,. - Verfahren zur Herstellung von Keramikteilen mittels Elektrophorese, bei dem zuerst eine Suspension mit dem Pulver des Keramikwerkstoffs in einer polaren Lösung hergestellt wird, dann auf einem Träger eine Keramikschicht durch Elektrophorese hergestellt wird, indem der Träger in die Suspension getaucht wird und diesem eine zur Polarität des Pulvers umgekehrte Polarität verliehen wird, dann die erhaltene Schicht getrocknet

wird

und isostatisch komprimiert^*worauf das so gewonnene Keramikteil nach Entformen vom Träger gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel eine Viskosität von höchstens 2.10 Pa.s (2 centipoise), eine Siedetemperatur von mindestens 60 C, eine relative Dielektrizitätskonstante zwischen 12 und 22 und einen Sättigungsdampfdruck von höchstens 50 mm Quecksilbersäule bei Umgebungstemperatur aufweist.

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2 - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Methyl-Propylketon oder n-Pentanol ist und daß das Keramikpulver

2 eine spezifische Oberfläche von etwa 1 m /g aufweist und im Lösungsmittel gemahlen wird.

3 - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Methyl-Propylketon oder n-Pentanol ist und daß das Keramik-pulver

2 eine spezifische Oberfläche von 1 m /g aufweist und vor der Herstellung der Suspension gemahlen wird.

4 - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikpulver in Anteilen von 100 bis 1000 g/l Lösungsmittel eingesetzt wird.

5 - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß darüber hinaus der Suspension Monochlor-Essigsäure in einem Gewichtsanteil von 1 bis 5 g pro 1000 g Keramikpulver zugesetzt wird.

6 - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß der Potentialunterschied so gewählt wird, daß das elektrische Feld zwischen 250 und 650 V/cm beträgt.

7 - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Keramikmaterial um Natrium-Beta-Aluminiumoxyd handelt.

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