DE4204867A1 - Thin ceramic discs mfr. - in which ceramic powder is placed at centre to allow gas escape during sintering - Google Patents

Thin ceramic discs mfr. - in which ceramic powder is placed at centre to allow gas escape during sintering

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Abstract

Prodn. of ceramic discs consists of lying a foil (2) on a flat ground ceramic substrate (1) inside a ceramic ring (4) whose height corresponds to the thickness of the foil plus the ceramic powder treated inside the ring. The powder contains organic solvent such as ethylalcohol or isopropanol and building agent such as polyvinylbutyral, polyethylene glycol and octylphthalate. The assembly is completed by a cover (5) and heated in a chamber or tunnel furnace with gas suction or replacement. USE/ADVANTAGE - Making solid electrolyte for a high temp. fuel cell. The ceramic disc has high strength, good flatness and high dimensional tolerance. Only one temperature cycle is required and the presence of the powder layer enables gases and vapour to escape and cracks and faults to be avoided. The foil can contract uniformly during sintering.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel­ lung von dünnen Keramikscheiben aus feinkörnigen Pulvern, die durch Zusatz organischer Lösungsmittel, z. B. Äthylalko­ hol, Isopropanol, und Bindemittel, z. B. Polyvinylbutyral, Polyäthylenglykol und Oktylphthalat, mit Hilfe eines Foli­ engießverfahrens zu ungesinterten, plastischen Folien vor­ gefertigt und anschließend durch thermische Behandlung zu festen gesinterten Keramikscheiben weiterverarbeitet wer­ den.The invention relates to a method of manufacture development of thin ceramic disks from fine-grained powders, which by adding organic solvents, e.g. B. ethyl alcohol hol, isopropanol, and binders, e.g. B. polyvinyl butyral, Polyethylene glycol and octyl phthalate, using a foil Engießververfahren to unsintered, plastic films manufactured and then by thermal treatment solid sintered ceramic disks processed the.

Die thermische Behandlung erfolgt bei bisher verwendeten Herstellverfahren in folgenden Arbeitsschritten: Trocknungsphase, d. h. Austreiben des Lösungsmittels beim Aufheizen bis ca. 300°C, Brennphase, d. h. Ausbrennen aller vorhandenen organischen Zusätze unter Bildung gasförmiger Verbrennungsprodukte beim Aufheizen bis ca. 1000°C und Sin­ terphase, wobei die Körner des Ausgangspulvers zu einer dichten keramischen Scheibe bei 1350°C bzw. 1550°C, je nach Ausgangsmaterial versintern. Während des Trocknens, Aus­ brennens und Sinterns schrumpft die Folie um bis zu 30% ih­ rer ursprünglichen Maße. Verläuft dieser Prozeß nicht homo­ gen, d. h. erfolgt das Trocknen, Ausbrennen und Sintern nicht vollkommen gleichmäßig bzw. zeit- und temperatur­ gleich über die gesamte Fläche der Folie, so entstehen Risse und Verwerfungen, welche die gesinterten Keramik­ scheiben für die weitere Verwendung unbrauchbar machen.The thermal treatment takes place in previously used Manufacturing process in the following steps: Drying phase, d. H. Expulsion of the solvent when Heating up to approx. 300 ° C, burning phase, d. H. Burnout all existing organic additives with formation of gaseous Combustion products when heating up to approx. 1000 ° C and Sin terphase, the grains of the starting powder to a dense ceramic disc at 1350 ° C or 1550 ° C, depending on Sinter the starting material. While drying, off  burning and sintering shrinks the film by up to 30% its original dimensions. If this process is not homo gen, d. H. drying, burning out and sintering take place not completely uniform or time and temperature immediately across the entire surface of the film Cracks and warps that affect the sintered ceramic Make discs unusable for further use.

Zur Lösung dieses Problems wurden bereits unterschiedliche Maßnahmen ergriffen, wie separates Trocknen und Ausbrennen zwischen porösen Keramikplatten und anschließend Dichtsin­ tern der Folien zwischen zwei planpolierten dichten Kera­ mikplatten oder Trocknen, Ausbrennen und Vorsintern der Fo­ lien zwischen porösen Keramikplatten und anschließendes Dicht- und Plansintern der Folien durch Heißpressen zwi­ schen polierten Keramikplatten. Diese Maßnahmen führten trotz des erhöhten technischen Aufwands und entsprechender Mehrkosten nicht zu der gewünschten Qualität der Keramik­ scheiben.Different solutions have already been used to solve this problem Measures taken, such as separate drying and burning out between porous ceramic plates and then sealant the foil between two flat polished dense kera microplates or drying, burning out and presintering the Fo lien between porous ceramic plates and subsequent Sealing and plan sintering of the foils by hot pressing between polished ceramic plates. These measures resulted despite the increased technical effort and corresponding No additional costs to the desired quality of the ceramic slices.

Aus der DE-OS 35 34 886 ist ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitrid-Keramik-Platten bekannt, bei dem zunächst in einem Sinterprozeß mehrere übereinan­ dergestapelte, aus Keramikpulver geformte Aluminiumplatten hergestellt werden. Damit die Aluminiumplatten während des Sinterprozesses nicht zusammenbacken ist zwischen den ein­ zelnen Platten jeweils eine sehr dünne, nicht weniger als 1 µm, typisch 1 bis 50 µm dicke Schicht eines Keramikpulvers angeordnet. Es entstehen Aluminiumnitridplatten, die Ver­ ziehungen und Welligkeiten aufweisen und eine zweite Tempe­ raturbehandlung erfordern, die als Korrekturbehandlung be­ zeichnet ist. Auch während dieser Korrekturbehandlung be­ finden sich die Aluminiumnitridplatten jeweils zwischen dünnen Schichten eines Keramikpulvers, um die einzelnen Platten zu separieren. Auf den Stapel von bis zu 20 Alumi­ niumplatten wird eine Abschlußplatte als Gewichtsbelastung gelegt. Die Gewichtsbelastung ist somit abhängig von der Position im Stapel. Bei Anwendung des Verfahrens zur Her­ stellung von Festelektrolyten zeigt sich, daß die nur als Trennmittel vorgesehene Schicht zu dünn ist, um eine Abfuhr von Gasen während des Sinterprozesses zu ermöglichen. Au­ ßerdem sind zwei Erwärmungsprozesse erforderlich.From DE-OS 35 34 886 a similar process for Manufacture of aluminum nitride ceramic plates known in which several are first overlapped in a sintering process stacked aluminum plates made of ceramic powder getting produced. So that the aluminum plates during the Sintering is not between the one individual plates each a very thin, no less than 1 µm, typically 1 to 50 µm thick layer of a ceramic powder arranged. There are aluminum nitride plates, the Ver Draws and ripples and a second temp rature treatment require that be as corrective treatment is drawing. Also during this corrective treatment the aluminum nitride plates are between each  thin layers of a ceramic powder to the individual Separate plates. On the stack of up to 20 Alumi nium plates becomes an end plate as a weight load placed. The weight load is therefore dependent on the Position in the stack. When using the method for Her Position of solid electrolytes shows that the only as Separating agent provided layer is too thin to be removed of gases during the sintering process. Au Two heating processes are also required.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbes­ sertes Verfahren zur Herstellung dünner Keramikscheiben ho­ her Qualität anzugeben.The invention is therefore based on the object, a verbes sertes process for the production of thin ceramic disks ho to specify quality.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von dünnen Keramikscheiben aus feinkörnigen Pulvern gelöst, die durch Zusatz organischer Lösungsmittel, z. B. Äthylalkohol, Isopropanol, und Bindemittel, z. B. Polyvinylbutyral, Poly­ äthylenglykol und Oktylphthalat, mit Hilfe eines Folien­ gießverfahrens zu ungesinterten, plastischen Folien vorge­ fertigt und anschließend durch thermische Behandlung zu fe­ sten gesinterten Keramikscheiben weiterverarbeitet werden, wobei das Verfahren nachstehende Schritte zur Weiterbehand­ lung der vorgefertigten plastischen Folien aufweist:This task is accomplished by a method of manufacturing thin ceramic disks made of fine-grained powders, the by adding organic solvents, e.g. B. ethyl alcohol, Isopropanol, and binders, e.g. B. polyvinyl butyral, poly ethylene glycol and octyl phthalate, using a film casting process to unsintered, plastic foils pre manufactures and then by thermal treatment to fe sintered ceramic disks are further processed, the method following steps for further treatment of the prefabricated plastic films has:

  • a) Auflegen wenigstens einer plastischen Folie auf eine plan geschliffene keramische Unterlage innerhalb ei­ nes Keramikrings, dessen Höhe mindestens der Summe der Dicke der Folie und einer Keramikpulverschicht entspricht, die anschließend durch Einfüllen von Ke­ ramikpulver in den durch den Keramikring begrenzten Raum hergestellt wird,a) placing at least one plastic film on one flat ground ceramic base within an egg ceramic ring, the height of which is at least the sum the thickness of the film and a ceramic powder layer corresponds, which then by filling Ke ceramic powder in the limited by the ceramic ring Space is made
  • b) Auflegen einer Keramikplatte auf den Keramikring als Abdeckung und b) placing a ceramic plate on the ceramic ring as Cover and  
  • c) Wärmebehandlung in einem Kammer- oder Tunnelofen mit Gasabsaugung bzw. Gasaustausch.c) heat treatment in a chamber or tunnel furnace Gas extraction or gas exchange.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung dünner Keramikscheiben mit hoher Festigkeit, guter Ebenheit der Oberflächen und hoher Maßgenauigkeit. Es ist nur ein einziger Temperaturzyklus erforderlich. Die erzielte Ver­ meidung von Fehlern, wie Risse, Verwerfungen oder Uneben­ heiten ist hauptsächlich auf die Abdeckung der plastischen Folien mit einem keramischen Pulver zurückzuführen, die ein ungehindertes Entweichen der beim Trocknen und Ausbrennen sich bildenden Gase oder Dämpfe, z. B. CO2 und H2O ermög­ licht. Die Pulverschicht sorgt für eine gleichmäßige Tempe­ raturverteilung und Gewichtsbelastung. Außerdem ermöglicht die Pulverschicht das gleichmäßige Gleiten der Folie wäh­ rend des Schrumpfens, so daß keine Risse oder Verwerfungen durch ungleiche Zug- oder Schubkräfte auftreten.The method according to the invention enables the production of thin ceramic disks with high strength, good flatness of the surfaces and high dimensional accuracy. Only one temperature cycle is required. The achieved avoidance of faults, such as cracks, warping or unevenness, is mainly due to the covering of the plastic films with a ceramic powder, which ensures an unhindered escape of the gases or vapors that form during drying and burning out, e.g. B. CO 2 and H 2 O enables light. The powder layer ensures an even temperature distribution and weight load. In addition, the powder layer enables the film to slide evenly during shrinking, so that no cracks or warps occur due to uneven tensile or shear forces.

Ausgestaltungen des Verfahrens sind in Patentansprüchen an­ gegeben.Refinements of the method are in the claims given.

Das Herstellverfahren wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Anordnung erläutert. Die Zeichnung zeigt eine plan geschliffene keramische Unterlage 1, auf der eine gegossene plastische Keramikfolie 2 aufgelegt ist. Die Folie 2 ist an der Oberseite und den Seitenflächen mit einer gleichmäßig dicken Keramikpulverschicht 3 abgedeckt, die durch einen Keramikring 4 eingefaßt ist. Auf dem Kera­ mikring 4 liegt eine etwa 8 bis 10 mm dicke Keramikplatte 5 als Abdeckung. Bei einer aus wirtschaftlichen Gründen be­ vorzugten Stapelanordnung, wie in der Zeichnung darge­ stellt, wirkt die Abdeckung zugleich als Unterlage für die darüber angeordnete Folie 2. Die obere Fläche des Keramikrings 4 ist grob gebrochen, so daß während des Sinterns aus der Folie austretende Gase oder Dämpfe entweichen können.The manufacturing process is explained below using the arrangement shown in the drawing. The drawing shows a flat ground ceramic base 1 , on which a cast plastic ceramic sheet 2 is placed. The film 2 is covered on the top and the side surfaces with a uniformly thick ceramic powder layer 3 , which is bordered by a ceramic ring 4 . On the Kera mikring 4 is an approximately 8 to 10 mm thick ceramic plate 5 as a cover. In a preferred stacking arrangement for economic reasons, as shown in the drawing, the cover also acts as a base for the film 2 arranged above it. The upper surface of the ceramic ring 4 is roughly broken, so that gases or vapors escaping from the film can escape during the sintering.

Zur Vorbereitung der Anordnung für den Sinterprozeß wird nach dem Auflegen der Folie 2 und des Keramikrings 4 der Raum innerhalb des Rings 4 vollständig mit Keramikpulver ausgefüllt, wobei eventuelle Überstände über den Ring 4 ab­ gestreift werden. Die Keramikpulverschicht 3 wird während des Sinterprozesses nicht durch die Abdeckplatte 5 bela­ stet, da die Folie 2 schrumpft. Die Folie 2 wird also al­ lein durch das Eigengewicht der Keramikpulverschicht 3 be­ lastet.To prepare the assembly for the sintering process of the film 2 and the ceramic ring 4 is completely filled in the space inside of the ring 4 with ceramic powder after hanging up, with any supernatants are slipped over the ring 4 from. The ceramic powder layer 3 is not loaded by the cover plate 5 during the sintering process, since the film 2 shrinks. The film 2 is so alone by the weight of the ceramic powder layer 3 be loaded.

Die Dicke der Pulverschicht hängt ab vom Schüttgewicht des Keramikpulvers und von der Dicke der darunterliegenden pla­ stischen Folie. Je dicker die Folie, um so höher die erfor­ derliche Pulverschicht bzw. das Schüttgewicht des Keramik­ pulvers. Bei Verwendung ein und desselben Keramikpulvers ist die Dicke der Pulverschicht der Foliendicke direkt pro­ portional. So erfordert z. B. eine Zirkonoxid-Folie von 0,1 mm Dicke eine 3 bis 4 mm hohe Pulverschicht aus Zir­ konoxid mit einer Korngröße bis 10 µm, eine Zirkono­ xid-Folie von 0,3 mm eine 9 bis 12 mm hohe Pulverschicht. Das typische spezifische Gewicht des Keramikpulvers liegt bei 6 g/cm3. Zur Vermeidung einer chemischen Wechselwirkung zwischen Folie und Unterlage bzw. Folie und Pulverschicht ist es zweckmäßig, deren Materialzusammensetzung einander anzupassen; d. h. für die Verarbeitung von Al2O3-Folien sollte als Unterlage eine Keramikplatte aus Al2O3 und in der Pulverschicht Al2O3-Pulver oder für ZrO2-Folien eine ZrO2-Unterlage sowie ZrO2-Pulver in der Pulverschicht ver­ wendet werden. The thickness of the powder layer depends on the bulk density of the ceramic powder and the thickness of the underlying plastic film. The thicker the film, the higher the required powder layer or the bulk density of the ceramic powder. When using the same ceramic powder, the thickness of the powder layer is directly proportional to the film thickness. So z. B. a zirconium oxide film of 0.1 mm thickness a 3 to 4 mm high powder layer of zirconium oxide with a grain size up to 10 microns, a zirconium oxide film of 0.3 mm a 9 to 12 mm high powder layer. The typical specific weight of the ceramic powder is 6 g / cm 3 . To avoid a chemical interaction between film and base or film and powder layer, it is advisable to adapt their material composition to one another; ie for the processing of Al 2 O 3 foils a ceramic plate made of Al 2 O 3 and in the powder layer Al 2 O 3 powder or for ZrO 2 foils a ZrO 2 underlay and ZrO 2 powder in the powder layer be used.

Die Wärmebehandlung der mit der Pulverschicht bedeckten Fo­ lien erfolgt in einem Kammer- oder Tunnelofen mit Gasabsau­ gung bzw. Gasaustausch. Trocknung, Ausbrennen und Sintern der Folien erfolgt durch zeitprogrammiertes Aufheizen von Raumtemperatur auf die Höchsttemperatur, d. h. Sintertempe­ ratur und entsprechende Abkühlung auf Raumtemperatur. Im Falle von ZrO2-Folien wird linear mit einer Erwärmungsrate von 1 Grad pro Minute von Raumtemperatur auf die Sintertem­ peratur von 1450°C aufgeheizt, eine Stunde bei der Sinter­ temperatur gehalten und dann mit 1 Grad pro Minute auf 1000°C abgekühlt und zwei Stunden bei 1000°C gehalten und schließlich mit 3 bis 5 Grad pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Temperatur-Zeitprogramm hängt ab von der Zu­ sammensetzung der Folien und deren Herstellungsparameter beim Foliengießen. Nach Abschluß der Wärmebehandlung werden die gesinterten Folien aus der Pulverschicht entnommen. Das Keramikpulver kann wie die Keramikunterlage für weitere Sinterungen von Folien beliebig oft wiederverwendet werden.The heat treatment of the foils covered with the powder layer takes place in a chamber or tunnel furnace with gas extraction or gas exchange. The foils are dried, burned out and sintered by time-programmed heating from room temperature to the maximum temperature, ie sintering temperature and corresponding cooling to room temperature. In the case of ZrO 2 foils, the temperature is raised linearly at a rate of 1 degree per minute from room temperature to the sintering temperature of 1450 ° C., held at the sintering temperature for one hour and then cooled to 1000 ° C. at 1 degree per minute and two Held at 1000 ° C for hours and finally cooled to room temperature at 3 to 5 degrees per minute. The temperature-time program depends on the composition of the foils and their manufacturing parameters when casting foils. After the heat treatment is complete, the sintered foils are removed from the powder layer. Like the ceramic base, the ceramic powder can be reused as often as required for further sintering of foils.

Das Verfahren ermöglicht aufgrund der Pulverabdeckung sowohl die Sinterung relativ großflächiger Folien als auch die Sinterung vieler kleiner Folien unter einer großflächi­ gen Pulverschicht (Massenfertigung in großen Sinteröfen) bei gleichzeitig hoher Qualität der gesinterten Keramik­ scheiben hinsichtlich ihrer Planizität. Außerdem kann die Anordnung mehrfach übereinander gestapelt werden, um eine gute Nutzung des Ofenraums zu erzielen.The process enables due to the powder coverage both the sintering of relatively large-area foils as well the sintering of many small foils under a large area layer of powder (mass production in large sintering furnaces) with high quality of the sintered ceramic discs in terms of their planicity. In addition, the Arrangement can be stacked several times on top of one another to achieve good use of the furnace space.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von dünnen Keramikschei­ ben aus feinkörnigen Pulvern, die durch Zusatz organischer Lösungsmittel, z. B. Äthylalkohol, Isopropanol, und Binde­ mittel, z. B. Polyvinylbutyral, Polyäthylenglykol und Ok­ tylphthalat, mit Hilfe eines Foliengießverfahrens zu unge­ sinterten, plastischen Folien vorgefertigt und anschließend durch thermische Behandlung zu festen gesinterten Keramik­ scheiben weiterverarbeitet werden, gekennzeichnet durch nachstehende Schritte zur Weiterbehandlung der vorgefertig­ ten plastischen Folien:
  • a) Auflegen wenigstens einer plastischen Folie (2) auf eine plan geschliffene keramische Unterlage (1) in­ nerhalb eines Keramikrings (4), dessen Höhe minde­ stens der Summe der Dicke der Folie (2) und einer Ke­ ramikpulverschicht (3) entspricht, die anschließend durch Einfüllen von Keramikpulver in den durch den Keramikring (4) begrenzten Raum hergestellt wird,
  • b) Auflegen einer Keramikplatte (5) auf den Keramikring (4) als Abdeckung und
  • c) Wärmebehandlung in einem Kammer- oder Tunnelofen mit Gasabsaugung bzw. Gasaustausch.
1. Process for the production of thin ceramic wafers ben from fine-grained powders, which by adding organic solvents, for. B. ethyl alcohol, isopropanol, and binder medium, for. B. polyvinyl butyral, polyethylene glycol and octyl phthalate, prefabricated with the aid of a film casting process to unsintered, plastic films and then further processed by thermal treatment to form solid sintered ceramic discs, characterized by the following steps for further treatment of the prefabricated plastic films:
  • a) placing at least one plastic film ( 2 ) on a flat ground ceramic base ( 1 ) within a ceramic ring ( 4 ), the height of which corresponds at least to the sum of the thickness of the film ( 2 ) and a ceramic powder layer ( 3 ) which is then produced by filling ceramic powder into the space delimited by the ceramic ring ( 4 ),
  • b) placing a ceramic plate ( 5 ) on the ceramic ring ( 4 ) as a cover and
  • c) heat treatment in a chamber or tunnel furnace with gas extraction or gas exchange.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine plastische Folie (2) mit einer Dicke von 0,07 bis 1 mm verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a plastic film ( 2 ) with a thickness of 0.07 to 1 mm is used. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke der keramischen Pulverschicht (3) etwa das 30- bis 40fache der Dicke der plastischen Folie (2) beträgt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the ceramic powder layer ( 3 ) is approximately 30 to 40 times the thickness of the plastic film ( 2 ). 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Unterlage (1), die plastische Folie (2) und die keramische Pulverschicht (3) aus einem einheitlichen Material bestehen, also z. B. alle Komponenten aus Al2O3 oder ZrO2.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the ceramic base ( 1 ), the plastic film ( 2 ) and the ceramic powder layer ( 3 ) consist of a uniform material, that is, for. B. all components made of Al 2 O 3 or ZrO 2 . 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Pulvers der keramischen Pulverschicht (3) bis zu 10 µm beträgt.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the grain size of the powder of the ceramic powder layer ( 3 ) is up to 10 microns. 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Ausgangsmate­ rials für die plastische Folie (2) im Bereich von 0,1 bis 1 µm liegt.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the grain size of the starting material for the plastic film ( 2 ) is in the range of 0.1 to 1 µm. 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenlänge oder der Durch­ messer der plastischen Folie (2) im Bereich von 10 bis 150 mm liegt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the edge length or the diameter of the plastic film ( 2 ) is in the range of 10 to 150 mm. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung ein Trock­ nen, Ausbrennen und Sintern der plastischen Folie (2) durch zeitprogrammiertes Aufheizen von Raumtemperatur auf Sinter­ temperatur und anschließendes Abkühlen auf Raumtemperatur ist, wobei das Temperatur-Zeitprogramm von der Zusammenset­ zung der plastischen Folie (2) und den Herstellparametern beim Foliengießen abhängt. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat treatment is a drying, burning out and sintering of the plastic film ( 2 ) by time-programmed heating from room temperature to sintering temperature and subsequent cooling to room temperature, the temperature-time program of Composition of the plastic film ( 2 ) and the manufacturing parameters depends on the film casting. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von plastischen Folien (2) aus Zirkono­ xid das Temperatur-Zeitprogramm die Wärmebehandlung so steuert, daß linear mit einer Erwärmungsrate von 1 Grad pro Minute von Raumtemperatur auf eine Sintertemperatur von etwa 1450°C aufgeheizt wird, diese Temperatur etwa 1 Stunde lang gehalten wird, dann mit einer Abkühlrate von 1 Grad pro Minute auf etwa 1000°C abgekühlt und diese Temperatur etwa 2 Stunden lang gehalten wird, ehe schließlich mit ei­ ner Rate von 3 bis 5 Grad pro Minute auf Raumtemperatur ab­ gekühlt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that when using plastic films ( 2 ) made of zirconium oxide, the temperature-time program controls the heat treatment so that linear with a heating rate of 1 degree per minute from room temperature to a sintering temperature of about 1450 ° C is heated, this temperature is held for about 1 hour, then cooled at a rate of 1 degree per minute to about 1000 ° C and this temperature is held for about 2 hours before finally at a rate of 3 to 5 degrees per minute Minute is cooled to room temperature. 10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von mit einer Ke­ ramikpulverschicht (3) abgedeckten Folien (2) mehrfach übereinandergestapelt wird, wobei jeweils eine Abdeckung zugleich als Unterlage für die darüber angeordnete Folie verwendet ist und die als Abdeckung oder Unterlage wirken­ den Keramikplatten (1, 5) sich durch Keramikringe (4) gegen­ einander abstützen.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the arrangement of with a ceramic powder layer ( 3 ) covered films ( 2 ) is stacked several times, wherein a cover is also used as a base for the film arranged above and the cover the ceramic plates ( 1, 5 ) are supported against each other by ceramic rings ( 4 ). 11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikplatten (1, 5) etwa 8 bis 10 mm dick sind.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the ceramic plates ( 1, 5 ) are approximately 8 to 10 mm thick.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19710187A1 (en) * 1996-03-13 1997-09-18 Sumitomo Metal Smi Electronics Flat surfaced ceramic multilayer substrate production
CN114988854A (en) * 2022-07-19 2022-09-02 华中科技大学 Alumina ceramic substrate and preparation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3534886A1 (en) * 1984-09-30 1986-04-03 Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM NITRIDE CERAMIC PLATES

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3534886A1 (en) * 1984-09-30 1986-04-03 Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM NITRIDE CERAMIC PLATES

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19710187A1 (en) * 1996-03-13 1997-09-18 Sumitomo Metal Smi Electronics Flat surfaced ceramic multilayer substrate production
US6042667A (en) * 1996-03-13 2000-03-28 Sumotomo Metal Electronics Devices, Inc. Method of fabricating ceramic multilayer substrate
DE19710187B4 (en) * 1996-03-13 2004-11-18 Murata Mfg. Co., Ltd., Nagaokakyo Method of manufacturing a multilayer ceramic substrate
CN114988854A (en) * 2022-07-19 2022-09-02 华中科技大学 Alumina ceramic substrate and preparation method thereof
CN114988854B (en) * 2022-07-19 2023-06-16 华中科技大学 Alumina ceramic substrate and preparation method thereof

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