DE3784131T2 - Verfahren zur herstellung einer monolitischen keramikstruktur mit einem inneren holhraum. - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer monolitischen keramikstruktur mit einem inneren holhraum.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine keramische Struktur mit einem inneren Hohlraum und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere betrifft die Erfindung eine monolithische Keramikstruktur mit einem Inneren Hohlraum, welcher mittels eines Verbindungsganges mit der Oberfläche verbunden ist und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
  • Herkömmlicherweise erfordern Materialien für Hochtemperaturanwendungen Überzüge, welche Kanäle zur Abkühlung einschließen. Diese Überzüge sind herkömmlicherweise aus Metall und müssen dünn und leicht sein. Aufgrund ihrer thermischen Ausdehnung und ihrem bekannten Zugang und Anwendungen, z.B. im Fall von durchsichtigen IR-Fenstern, treten Probleme auf. Versuche, durchsichtige, keramische Fenster zu isopressen und zu sintern, gefolgt vom mehrfachen Bohren und Abkühlen der keramischen Fenster, resultierte in einer begrenzten Lochgeometriefähigkeit.
  • Dünne laminierte, keramische Strukturen, welche kleine Löcher (0,1524 mm (0,006") zur Unterbringung von Drähten werden routinemäßig für die elektronische Industrie hergestellt. Diese mehrschichtigen Strukturen sind typischerweise 0,0254 mm (0,001") bis 1,27 mm (0,050") dick und werden in der Art eines Sandwiches laminiert, wobei metallische Leitungsschichten auf einige, wenn nicht auf alle, Schichten aufgebracht werden. Photoresist, Kohlenstoff oder andere Materialmuster können ebenfalls zwischen die keramische Schichten eingebracht werden und können ausgebrannt werden, um Lehrräume, Verzweigung etc. zu hinterlassen. Es können jedoch keine große Verzweigungen in dicken Schichten mittels dieses Verfahrens hergestellt werden, da die Lochintegrität während des Pressens verlorengeht und des weiteren Probleme beim Ausbrennen auftreten, welche häufig in einem Aufblättern der Schichten resultieren. Bis heute ist das Bandgießverfahren zur Herstellung keramischer Körper durch die Dicke und das Fehlen der Fähigkeit zur Dreidimensionalität begrenzt. Trockenpressen und Extrusion wurden als günstige für Dicken von größer als 1/8 von 25,4 mm (1 inch).
  • Der einschlägigste Stand der Technik, den der Anmelder kennt, ist die US-A-3,940,301. In dieser Veröffentlichung ist ein Verfahren zur Herstellung eines offenen zellförmigen Gegenstandes beschrieben, z.B. eines keramischen, offenen, zellförmigen Wärmetauschers, welcher aus einer Vielzahl von voneinander abliegenden Wänden aus relativ schwach gebundenem Material konstruiert, welches eine Vielzahl von länglichen Durchgängen durch dieses definiert, die mit einem sich zersetzenden Füllmaterial mit ausreichender Form und Festigkeit die Wände in ihrer vorbestimmten exakten Abstandsrelation zu halten und nach dem Verbinden der Wände zu einer einzigen Einheit, wird dieses Füllmaterial aus der Struktur entfernt, um die Durchgänge zwischen den Wänden wieder herzustellen.
  • Aus der US-A-4,6l0,74l ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Vorrichtung bekannt, umfassend einen Schritt des Dazwischenstellens eines Einsatzstückes, welches im wesentlichen aus einem sich verflüchtigenden Material und einem Hohlraum besteht, welcher während der Überlagerung von Rohbögen aus festen Elektrolytkörpern und Elektroden in eine ungebrannte, laminare Struktur gebildet wird, so daß das Einsatzstück den ungebrannten Schichten einige Elektroden gegenüber angeordnet ist und das Verfahren umfaßt des weiteren einen Schritt des Cobrennens der ungebrannten laminaren Struktur, in welche das Einsatzstück eingebracht ist, um so zu bewirken, daß das Einsatzstück durch Sublimation verschwindet. Diese Einsatzstücke verhindern, daß Bereiche der festen Elektrolytkörper stranggepreßt werden oder in den Hohlraum geschoben werden, während die Anordnung von Rohbögen aus festem Elektrolyt in die ungebrannte, laminare Struktur verdichtet werden.
  • Insbesondere die obengenannten bekannten Dokumente lehren nicht, daß ein unterstützendes Medium nach dem Aufbauen hinzugefügt wird und sie lehren des weiteren nicht, daß die Hohlräume in der geschichteten Struktur gefüllt werden, nachdem die Bögen aufeinandergeschichtet wurden.
  • Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen und weitere Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Die Figuren zeigen:
  • Fig.1 eine vergrößerte Ansicht, welche einzelne zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Schichtstruktur verwendeten einzelnen Keramikbögen darstellt.
  • Fig.2 eine perspektivische Ansicht der aufeinandergestapelten einzelnen keramischen Bögen und einen in diesen enthaltenen, über Verbindungswege mit der Oberfläche der Schichtstruktur verbundenen Hohlraum gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Fig.3 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 2 dargestellten Schichtstruktur, wobei der darin enthaltene Hohlraum und die Verbindungswege mit einem Trägermedium gemäß der vorliegenden Erfindung gefüllt sind.
  • Fig.4 eine Perspektivische Ansicht der in Fig. 3 dargestellten Schichtstruktur, nachdem das Trägermedium aus dem in der Schichtstruktur enthaltenen Hohlraum und den den Hohlraum mit der Oberflächen verbindenden Verbindungsgänge gemäß der vorliegenden Erfindung entfernt wurde.
  • Fig.5 eine Perspektivische Ansicht einer durchsichtigen, monolithischen Struktur, geformt aus der in Fig. 4 dargestellten Schichtstruktur mittels des Schritts des Sinterns gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen und andere und weitere Gegenstände, Vorteile und Fähigkeiten dieser zu erkennen, wird Bezug auf die folgende Beschreibung und die angefügten Ansprüche zusammen mit den obenbeschriebenen Zeichnungen genommen.
  • Im folgenden wird im größeren Detail Bezug auf die Zeichnungen genommen. In Fig. 1 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer Schichtstruktur 10 dargestellt, welche einzelne Bögen aus keramischem Material 20, 21, 22 veranschaulicht, die hergestellt wurden, indem ein großer Bogen aus keramischen Material, wie Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Yttriumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Siliciumnitrid und Magnesiumaluminat oder deren Kombinationen, das in einzelne Bögen 20, 21 und 22 geschnitten wurde. Vorherbestimmte einzelne Bögen wurden gelocht oder ausgeschnitten, um Öffnungen 23 und 24 der jeweils einzelnen Bögen 20 und 21 zu bilden. Die einzelnen Bögen wurden in einer vorherbestimmten Ordnung aufeinandergestapelt, um eine Schichtstruktur 10, wie in Fig. 2 veranschaulicht, zu bilden. Die einzelnen Öffnungen 23, welche als rechteckig geformte Löcher ausgebildet sind, enthaltene Bögen bilden den in Fig. 2 dargestellten Hohlraum 30 und die einzelnen als runde Löcher ausgebildeten Öffnungen 24 enthaltenen Bögen bilden die Verbindungsgänge 40, welche den Hohlraum 30 mit der Oberfläche 50 der Schichtstruktur 10 verbinden. In Fig. 3 wurden der Hohlraum 30 und die Verbindungsgänge 40 der Schichtstruktur 10 mit einem Trägermedium 60 aufgefüllt, z.B. einem Paraffinwachs mit einem Schmelzpunkt von 60 ºC, durch das Erwämen des Paraffinwachses oberhalb seines Schmelzpunktes und Einfüllen des Wachses in die Verbindungsgänge 40 unter Verwendung einer hypodermischen Nadel, so daß der Hohlraum 30 und die Verbindungsgänge 40 aufgefüllt wurden. Das Trägermedium 60 kühlt anschließend ab und verfestigt sich. Die Schichtstruktur 10, in welcher das Trägermedium 60 den Hohlraum 30 und die Verbindungsgänge 40 vollständig ausfüllt, wird anschließend gepreßt, um diese Schichtstruktur 10 mit einer Rohfestigkeit zu bilden. Die während des Pressens erreichte Temperatur ist 60 ºC.
  • Das, wie in Fig. 3 veranschaulicht, in der Schichtstruktur 10 enthaltene Trägermedium 60 wird dadurch entfernt, daß die Schichtstruktur oberhalb des Schmelzpunktes des Trägermediums 16 erwärmt (vorgebrannt) wird und daß der Hohlraum 30 und die Verbindungsgänge 40 durch Schwerkraft entleert werden, um eine Schichtstruktur 10 ohne Trägermedium 60, wie in Fig. 4 veranschaulicht, zu bilden. Die in Fig. 4 dargestellte Schichtstruktur 10 wird anschließend bei einer Temperatur gesintert, welche ausreichend ist, eine durchsichtige, monolithische Struktur 10 zu bilden mit einer Oberfläche 50, einem Hohlraum 30, welcher über Verbindungsgange mit der Oberfläche 50 verbunden ist.
  • 1. Ein großer keramischer Bogen von ungefähr 25,4 um (1 mil) bis ungefähr 2500 um (100 mils) Dicke wird aus einem keramischen Pulver mit geeigneten Bindemitteln
  • und/oder Weichmachern und Verdünnern gebildet. Der große keramische Bogen wird getrocknet, und einzelne Bögen werden aus dem großen Bogen geschnitten.
  • 2. Die einzelnen Bögen werden geschnitten oder gelocht, um Öffnungen, wie Löcher, Kanäle oder andere Geometrien, an vorherbestimmten Plätzen der einzelnen keramischen Bögen zu bilden.
  • In dem Fall, daß schräge oder verwinkelte Verbindungsgänge erfordert sind, z.B Düsen, wird eine Schablone unter Verwendung eines Mikrometers bewegt, um die Bögen auszurichten und ein keramischer Bogen wird dann gelocht, um die erforderlichen Löcher zu bilden, anschließend wird der nächste keramische Bogen gelocht, nachdem das Mikrometer/die Schablone entsprechend bewegt wurde. Auf diese Weise können Öffnungen, z.B. Löcher, mit hoher Präzision angeordnet werden.
  • 3. Die gelochten, keramischen Bögen werden aufeinandergestapelt und ausgerichtet, um eine Schichtstruktur von ungefähr 12,7 mm (0,5") zu bilden und werden fest zwischen zwei Schablonen eingeklemmt, welche evakuiert werden können, wenn erwünscht.
  • 4. Ein Trägermedium, wie Paraffinwachs, wird erhitzt und als Flüssigkeit in die Löcher eingeführt, z.B. über eine hypodermische Nadel, und verfestigt sich anschließend. Die Öffnungen sind vollständig mit dem Trägermedium gefüllt, welches die geometrische Form während des uni- und/oder isostatischen Pressens unterstützt. Das Trägermediummaterial muß sich mit dem System vertragen, es muß fest sein und darf sich nicht bei den erwünschten Preßtemperaturen erweichen und muß des weiteren einen Schmelzpunkt mit einer Temperatur, die etwas höher als die Preßtemperatur ist, haben. Das Trägermedium darf keinen Rückstand während der Ausbrennprozedur bilden. Ein Beispiel eines solchen Trägermediums ist ein Paraffinwachs mit einem Schmelzpunkt von 60 ºC. Das Trägermedium ist jedoch nicht nur auf ein Paraffinwachs begrenzt. Es kann jedes Material mit niedrigem Schmelzpunkt sein, das sich den verschiedenen Formen anpassen kann und einfach nach dem Pressen entfernt werden kann und welches sich mit dem keramischen Pulver verträgt, d.h., Woodsmetall kann verwendet werden, wenn die Verunreinigung durch das Metall nicht so ein problem wäre.
  • 5. Die Struktur wird zusammen mit dem Trägermedium gepreßt (z.B. zwischen erwärmten Platten) und anschließend in einem evakuierten Behälter isogepreßt, um die Probe schließlich zu verfestigen.
  • 6. Die Struktur wird von den isostatischen Druckbehälter entfernt und in einem Vorheiz- oder Ausbrennofen auf geeignete Ofenbestückungen plaziert, z.B. Al&sub2;O&sub3; mit einer flachen Form oder einer gewölbten Form oder jede Form, die von der Endgeometrie des Erzeugnisses erfordert wird. Wenn große Mengen an Trägermedium in den Öffnungen, wie Hohlräume, Verbindungsgänge, Verteilungen, verwendet werden, wird die Struktur in einer geeigneten Position vorgeheizt, so daß das geschmolzene Trägermaterial aus der Struktur auslaufen kann.
  • 7. Herkömmliche Sinter- und Glühzyklen resultieren in einer durchsichtigen monolithischen Struktur, welche präzise geometrische Hohlräume und Verbindungswege enthält, durch welche ein Kühlmittel fließen kann.
  • Beispiel 1
  • Eine Pulverzusammensetzung von ungefähr 100 g eines mit Lanthanoxid dottierten Yttriumpulvers wurde für 6 h in Methanol kugelgemahlen. Das kugelgemahlene Material wurde anschließend getrocknet, und größe Stücke wurden mittels Mörtel und Pistel zerbrochen. Dieses Material wurde anschließend mit einer Bindemittelzusammensetzung von 100 g 73216 TAM-CERAM (TAM Ceramic Inc. of Niagara Falls, N.Y. Warenzeichen)-Bindemittel, 7 g Ethylenglykol 200 und 10 g 76990 TAM-CERAM-Verdünner vermischt. Diese Mischung wurde anschließend für 16 h kugelgemahlen. Die kugelgemahlene Mischung wurde anschließend dadurch in einen Bogen geformt, daß die Mischung auf einer Glasplatte mittels einer Doktor-Blade verteilt wurde, um einen großen Bogen mit einer vorherbestimmten Dicke, z.B. 10 mils, zu bilden. Der große Bogen wurde in einzelne Bögen geschnitten, und Löcher wurden an vorherbestimmten Stellen in ein Drittel der Bögen gelocht und Kanäle wurde an vorherbestimmten Positionen in einem weiteren Drittel der Bögen geschnitten. Anschließend wurden alle Bögen aufeinandergestapelt und ausgerichtet, um eine Schichtstruktur mit ungefähr 45 Schichten einzelner keramischer Bögen zu bilden. Die einzelnen Schichten wurden so ausgerichtet, daß in einer vorherbestimmten Geometrie Hohlräume und Verbindungswege von dem Hohlraum zu der Oberfläche gebildet wurden. Anschließend wurde die Struktur in eine Einspannvorrichtung plaziert und leicht festgeklemmt. Ein Paraffinwachs wurde erhitzt, um dieses zu verflüssigen und anschließend in die Verbindungsgänge und den Hohlraum innerhalb der Schichtstruktur mittels einer hypodermischen Nadel eingeführt, um die Verbindungsgänge und den Hohlraum vollständig aufzufüllen, und verfestigte sich anschließend. Das verfestigte Wachs unterstützt den Hohlraum und die Verbindungsgänge während des Pressens und verhindert jede Zerstörung der Position und Geometrie. Die Struktur wurde anschließend gepreßt bei ungefähr 17792 N (4000 lbs.) RAM-Kraft. Anschließend folgte ein isostatisches Pressen bei ungefähr 51,7 MPa (7,5 kpsi). Die gepreßte Struktur wurde anschließend bei einem vorbestimmten Brennprofil vorgebrannt, um das Paraffinwachs zu verflüssigen, so daß das Wachs aus den Hohlräumen und den Verbindungsgängen der Schichtstruktur laufen konnte und um das Bindemittel und andere organische Materialien aus der gepreßten Struktur zu entfernen. Die folgenden Vorbrennprofile wurden verwendet: Temperatur Geschwindigkeit Zeit gehalten bei 1200 ºC
  • kühl bei einer Oberflächengeschwindigkeit von 20 ºC 2 h
  • Das obige Vorbrennprofil ermöglicht das vollständige Entfernen des Paraffinwachses und die Verfestigung der Schichtstruktur vor dem Sintern. Die vorgebrannte Struktur wird anschließend bei einer Temperatur von ungefähr 2150 ºC für 1 1/2 h gebrannt, gefolgt von einem Glühen von 1950 ºC für 1 1/2 h, um eine durchsichtige monolithische Struktur mit dem vorherbestimmten Hohlraum und Verbindungsgängen zu bilden.
  • Beispiel 2
  • Ein keramischer Bogen wurde durch das Mahlen von 145 g Lanthanoxid dotierten Yttriumoxidpulver mit 114 g von 173216 TAM-CERAM-Bindemittel und 15 g #76990 TAM-CERAM-Verdünner für 16 h gemahlen. Der resultierende Schlicker wurde dadurch entlüftet, daß es für 1 1/2 h stehengelassen wurde. Anschließend wurde es in einem großen Bogen auf einer Glasplatte mit einer Doktor-Blade geformt. Nach dem Trocknen wurde der keramische Bogen in Kreise von 0,35 mm (0,012") Dicke und einem äußeren Durchmesser von 101,6 mm (4") geschnitten. 30 solcher Schichten wurden aufeinandergelegt und zwischen zwei Uhrengläser gepreßt. Eine Klemme wurde an den Uhrgläser befestigt, und die gespannte Schichtstruktur wurde bei 75 ºC 1 h lang getrocknet. Die getrocknete, gewölbte Schichtstruktur wurde aus den zusammengeklemmten Uhrgläsern entfernt und auf dem Oberteil einer gewölbten Form aus Aluminium gesetzt. Ein Gummioberteil wurde auf die Schichtstruktur gestellt und eine Aluminiumummantelung wurde verwendet, um die Form zu verschließen. Der Aufbau wurde bei 17792 N (4000 lbs.) RAM-Kraft auf einer uniaxialen Presse gepreßt. Die resultierende, gepreßte, gewölbte Schichtstruktur wurde bei dem gleichen Profil wie in Beispiel 1 vorgebrannt. Dieses Vorbrennen entfernt das übriggebliebene Trägermedium, sofern vorhanden. Die gewölbte Schichtstruktur (dome) war intakt ohne ein Zeichen eines Aufblättern nach dem Vorbrennschritt oder dem Sinterschritt. Nach dem Sintern war jedoch eine Kante des Doms gewölbt und zeigte, daß eine unterstützende Ofenausrüstung während des Sinterschrittes notwendig ist.
  • Basierend auf dem vorhergehenden Beispiel wurde eine Form entwickelt, um die Notwendigkeit von Uhrgläsern zu eliminieren. Öffnungen, wie Kanäle und/oder Löcher, können in die einzelnen Bögen an vorherbestimmten Stellen gelocht werden, um einen Hohlraum und Verbindungsgänge in dem Endprodukt zur Verfügung zu stellen. Die einzelnen Bögen können aufeinandergestapelt werden und ausgerichtet werden, um Verbindungsgänge und einen Hohlraum an vorherbestimmten Orten zur Verfügung zu stellen und in eine metallische Form gestellt werden. Ein Trägermedium, wie Paraffinwachs kann als eine heiße Flüssigkeit in die vorherbestimmten Verbindungsgänge und den Hohlraum injiziert werden, um diese komplett zu füllen. Anschließend kühlt das Wachs ab und bildet einen Festkörper. Die aufeinandergestapelten Bögen bilden eine gewölbte Schichtstruktur in der metallischen Form und wird anschließend bei 17792 N (4000 lbs.) RAM-Kraft auf einer uniaxialen Presse gepreßt oder sie können isostatisch gepreßt werden. Dann die gepreßte, gewölbte Schichtstruktur aus der Form entfernt werden und bei den gleichen Temperaturen und Zeiten wie in dem Profil aus Beispiel 1 vorgebrannt werden, um das Trägermedium, wie in Beispiel 1 diskutiert, zu entfernen. Eine Tassenform aus Molybdän und gesintertem Yttriumoxidteilchen (0,25 mm) wird verwendet, um die gewölbte Schichtstruktur während des Sinterns zu halten und verhindert den Kollaps des Doms. Andere Formen und Ofenausrüstungen können für andere Geometrien hergestellt werden. Es wird der gleiche Sinterzyklus bezüglich der Temperaturen und Zeiten wie in Beispiel 1 verwendet. Die fertiggestellte, monolithische Lanthanoxid dotierte Yttriumoxidstruktur weist eine gewölbte Form mit Verbindungswegen und einem Hohlraum, um das Abkühlen zu vereinfachen und ist bis infrarot durchsichtig.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung einer monolitischen Keramikstruktur mit einem inneren Hohlraum und Verbindungsgängen, wobei eine Schichtstruktur (10) gebildet wird, mit einer Oberfläche (15) und einem in dieser enthaltenen Hohlraum (30), durch das Stapeln einzelner Schichten (20, 21, 22) eines keramischen Materials mit Löchern (23, 24) an vorherbestimmten Stellen in diesen Schichten; diese einzelnen Schichten werden in einer vorherbestimmten Abfolge gestapelt, um eine Schichtstruktur (10) mit Verbindungsgängen (40) und einem Hohlraum (30) in dieser zu bilden; diese durch das Stapeln der einzelnen Schichten gebildete Schichtstruktur weist diese Oberfläche (50) und diesen Hohlraum (30) auf, welcher mit dieser Oberfläche durch diesen Verbindungsgang (40) verbunden ist und wobei ein zeitweise verwendetes Trägermedium (60) in diesem Hohlraum und diesem Verbindungsgang vorgesehen ist, gekennzeichnet durch
Auffüllen dieses in der Schichtstruktur enthaltenen Hohlraumes und dieses Verbindungsganges mit einem Trägermedium (60) mit einem Schmelzpunkt, welcher höher ist als eine während eines nachfolgenden Preßschrittes erzielte Preßtemperatur;
ausreichendes Pressen des resultierenden Erzeugnisses, um eine Schichtstruktur zu bilden, und anschließend entfernen dieses Trägermediums (60) aus diesem Hohlraum und diesem Verbindungsgang des Erzeugnisses; und
Sintern des resultierendes Erzeugnisses, um eine keramische, monolithische Struktur zu erzielen mit einem inneren Hohlraum und in diesem enthaltenen Verbindungsgänge, wobei diese Verbindungsgänge (40) diesen Hohlraum mit dieser Oberfläche (50) dieser monolithischen Struktur (10) verbinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die einzelnen Schichten (20, 21, 22) durch die nachfolgenden Schritte gebildet werden:
Schritt 1 - Ansetzen eines keramischen Pulvers mit geeigneten Bindemittel, Weichmachen und Verdünnen;
Schritt 2 - Bilden einer großen Schicht aus dem Erzeugnis aus Schritt 1;
Schritt 3 - Bilden einzelner Schichten aus dieser großen Schritt aus Schritt 2 und
Schritt 4 - Ausbilden von Löchern in vorherbestimmten einzelnen Schichten.
3. Verfahren zur Herstellung einer keramischen, monolithischen Struktur nach Anspruch 1, wobei dieses keramische Material aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Lathanoxid, Yttriumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxinitrid, Siliciumnitrid, Magnesiumaluminat und deren Kombinationen, ausgewählt wird.
4. Verfahren zur Herstellung einer keramischen, monolithischen Struktur nach Anspruch 1, wobei dieses Trägermedium ein Paraffinwachs umfaßt.
5. Verfahren zur Herstellung einer keramischen, monolithischen Struktur nach Anspruch 1, wobei dieses Pressen ein Unipressen gefolgt von Isopressen umfaßt.
6. Verfahren zur Herstellung einer keramischen, monolithischen Struktur nach Anspruch 1, wobei diese Öffnungen Löcher und Kanäle umfassen.
7. Verfahren zur Herstellung einer keramischen, monolithischen Struktur nach Anspruch 1, wobei dieses Pressen dieser mit einem Trägermedium (60) gefüllten Schichtstruktur isostatisches Pressen umfaßt.
8. Verfahren zur Herstellung einer keramischen, monolithischen Struktur nach Anspruch 1, wobei dieses Entfernen im Schritt 4 das Vorbrennen des Erzeugnisses aus Schritt 3 bei einer Temperatur umfaßt, welche ausreichend ist, dieses in diesem enthaltene Trägermedium zu entfernen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei diese einzelnen Schichten in solch einer Weise gestapelt werden, daß diese Öffnungen ausgerichtet sind, um eine Schichtstruktur mit in dieser enthaltenen Hohlraum und Verbindungsgänge zu bilden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die gestapelten Schichten zwischen Auflagerplatten eingeklemmt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei, bevor das Produkt aus Schritt 10 gesintert wird, das Produkt vorgesintert wird bei einer Temperatur, welche ausreichend ist, das Trägermedium, welches im Schritt 2 eingeführt wurde, zu entfernen.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3906268A1 (de) * 1989-02-28 1990-08-30 Anton Stigler Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines mehrheitlich aus keramischen materialien bestehenden profils
DE4026044A1 (de) * 1990-08-17 1992-02-20 Pfister Gmbh Keramische hohlkoerper und verfahren zu deren herstellung
EP0412930A1 (de) * 1989-08-08 1991-02-13 Alusuisse-Lonza Services Ag Verfahren zur Herstellung eines keramischen Schaumkörpers
JPH03123010A (ja) * 1989-10-05 1991-05-24 Murata Mfg Co Ltd 積層電子部品の製造方法
JPH0790358B2 (ja) * 1990-03-17 1995-10-04 東芝セラミックス株式会社 連続鋳造用ノズルの成形方法
JP2500138B2 (ja) * 1991-12-02 1996-05-29 日本碍子株式会社 細孔付セラミックスの製造方法
WO1994002294A1 (de) * 1992-07-15 1994-02-03 Hoechst Ceramtec Aktiengesellschaft Verfahren zum aufbauen strukturierter keramischer grünkörper
DE102013106396A1 (de) * 2013-06-19 2014-12-24 Elringklinger Ag Verfahren zum Herstellen eines keramischen Abschirmteils sowie keramisches Abschirmteil
CN112776122B (zh) * 2020-10-22 2022-09-20 中国电子科技集团公司第五十五研究所 基于多层陶瓷工艺同轴双面盲腔成型方法
CN113727528B (zh) * 2021-09-03 2022-10-25 中国振华集团云科电子有限公司 一种薄壁连襟多级台阶腔体htcc电路板及其制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3422173A (en) * 1965-11-15 1969-01-14 Gen Motors Corp Method of fabricating ferrite bodies
US4353957A (en) * 1973-09-24 1982-10-12 Tam Ceramics Inc. Ceramic matrices for electronic devices and process for forming same
US3940301A (en) * 1974-08-01 1976-02-24 Caterpillar Tractor Co. Method of manufacturing an open cellular article
JPS60135756A (ja) * 1983-12-24 1985-07-19 Ngk Insulators Ltd 電気化学的セルの製造方法
US4766671A (en) * 1985-10-29 1988-08-30 Nec Corporation Method of manufacturing ceramic electronic device
US4737208A (en) * 1986-09-29 1988-04-12 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Method of fabricating multilayer structures with nonplanar surfaces

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EP0265777A2 (de) 1988-05-04

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