DE19605149C2

DE19605149C2 - Verfahren zur Herstellung poröser keramischer Formkörper, danach hergestellte Formkörper aus Titandioxid sowie deren Verwendungen

Info

Publication number: DE19605149C2
Application number: DE1996105149
Authority: DE
Inventors: Horst R Maier; Christos Aneziris; Ewald Pfaff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2016-02-14
Also published as: DE19605149A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung poröser keramischer Formkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, danach hergestellte Formkörper aus Titandioxid sowie Verwendungen der hergestellten Formkörper in Schalldämpfern für Verbrennungskraftmaschinen, als Isolierstoffe, Gusskerne oder dekorative Elemente.

Aus der EP 0 341 203 A1 und der DE 23 01 662 A1 sind Verfahren bekannt, wobei flexibles Schaummaterial aus Kunststoff als Porenbildner in einem wäßrigen kerami schen Schlicker eingetaucht wird. Vor dem Eintauchen wird das Schaummaterial mit einem Adhäsiv und ggf. mit einem Beflockungsmittel behandelt, um die Adhäsion zwischen dem Schaummaterial und dem keramischen Schlicker zu fördern. So wird eine dicke keramische Beschichtung mit vollständiger Bedeckung gebildet. Die so gebildeten Grünkörper werden einem keramischen Brand ausgesetzt, wobei das or ganische Schaummaterial ausbrennen und sich verflüchtigen soll. Letzteres ge schieht in Gasform.

Durch das bei derartigen Verfahren austretende Gas wird die Umwelt erheblich bela stet.

Im Anwendungsbereich tonmineralischer Baustoffe sind Verfahren benannt, wo auf organische Porenbildner verzichtet wird. Dazu werden den Tonmassen poröse Zu schlagstoffe wie Perlite, Blähton, Blähschiefer oder ähnliches beigemengt. In DE-OS 26 32 084 wird ein Verfahren zur Herstellung von Leichtziegeln aus Ton und minerali schen Schaumprodukten beschrieben. Die AT 395314 B befaßt sich mit einem Ver fahren zur Herstellung von leichten keramischen Formteilen aus Ton, bei dem der Zuschlagstoff Perlit vor dem Beimischen mit Wasser getränkt wurde, damit seine Struktur beim Formgebungsprozess nicht zerstört wird. Ein anderes Verfahren zur Verstärkung der porösen Granulate für die Formgebung wird in DD 231 338 A1 be schrieben, wo "feine Teilchen in nadeliger, stäbchenförmiger oder faseriger Gestalt zugesetzt werden". In der DE-AS 14 71 068 wird ein Verfahren zur Herstellung porö ser keramischer Akkustikplatten auf Tonbasis beschrieben. Erfindungsgemäß wer den dabei Granulate mit einer Tonschicht umhüllt, wobei die "üblichen Temperaturen zum Brennen keramischer Baustoffe von 1010°C bis 1260°C" herabgesetzt werden, so dass "bei Temperaturen zwischen etwa 788°C und 982°C gebrannt werden kann".

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, poröse oxidkeramische Formkörper weitgehend ohne Verwendung von sich verflüchtigenden Porenbildnern herzustellen. Ferner ist beabsichtigt, oxidkeramische Formkörper her zustellen, die eine hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit aufweisen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan spruchs 1 gelöst. Die Verwendung anorganischer Porenbildner in der Form von Kör pern, wie Hohlkugeln, die bei der Brandtemperatur ganz oder teilweise aufschmelzen und sich nicht in Gas verflüchtigen, bietet den Vorteil, daß die im Grünzustand (d. h. vor dem Brand) von den Körpern der Porenbildner eingenommenen Volumina beim Brand Porenräume bilden, die sich ggf. mit anderen Porenräumen vereinigen, ohne daß die Umwelt belastet wird. Die Porosität in den erzeugten keramischen Formkör pern wird durch die Menge, Größe und Porosität der zugegebenen Porenbildner ein gestellt. Die eingesetzten keramischen Pulver unterscheiden sich in ihren Eigen schaften wesentlich von üblichen Tonmassen der Baustoffindustrie, insbesondere hinsichtlich Schmelz- und Sintertemperatur sowie Feinheit und Reinheit.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren be steht darin, daß gemahlenes keramisches Pulver auf Basis eines Oxides von Titan, Aluminium, Zirkonium, Silizium oder Magnesium oder eine Mischung aus mehreren dieser Stoffe in wäßriger Dispersion mit Zusätzen von speziellen anorganischen Po renbildnern aufbereitet wird. Dabei werden sogenannte "Grünkörper", d. h. Formkör per im ungebrannten Zustand gebildet.

Zur Erzielung einer zusätzlichen Bindung der Grünkörper ist es auch möglich, diesen geringe Mengen eines oder mehrerer organischer Zusatzstoffe(s), z. B. Seife, zuzufügen. Weiterhin können zur Verbesserung der Makro- und Mikrostruktur und der späteren Verarbeitbarkeit der keramischen Formkörper allgemein bekannte anorga nische und/oder organische Additive, z. B. Grünbinder, wie Xanthan zugemischt wer den.

Die Porenbildner sind geformte oder natürliche poröse oder hohle Körper auf Basis von Perlit, Blähton, Glashohlkugeln, Metallhohlkugeln oder eine Mischung davon oder Mischungen aus Al₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, SiC, Si₃N₄, die beim nachfolgenden Brand bei Temperaturen zwischen 1450°C und 1650°C ganz oder teilweise auf schmelzen. Dabei können diese Stoffe auch chemisch mit dem keramischen Pulver reagieren.

Durch die Auswahl der Porenbildner nach Größe, Menge und/oder Porosität läßt sich in vielen Fällen die Porosität und Festigkeit der zu erstellenden keramischen Form körper bestimmen.

Im wesentlichen bestimmen die Teilchengröße und die Porosität (Feinporen oder auch große Hohlräume) der Porenbildner den Porendurchmesser in den entstehen den keramischen Formkörpern im Mikrometer- bis Zentimeterbereich.

Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä ßen Verfahrens näher erläutert.

Es werden 60 Gew.-% handelsüblichen, feinkörnigen Titandioxidpulvers (TiO₂) mit 20 Gew.-% Wasser vermischt und einige Minuten lang homogenisiert. Dieser Mischung werden 12,5 Gew.-% eines anorganischen Porenbildners, nämlich handelsübliches Perlit, 0,5 Gew.-% Xanthan und 7,0 Gew.-% Seife zugegeben.

Mit einer besonderen Vorrichtung wird diese Mischung mindestens 1 Stunde lang homogenisiert, dann in Aluminiumformen gegossen und getrocknet. Der auf diese Weise gebildete Grünkörper wird anschließend bei Temperaturen von über 1450°C in einem keramischen Ofen gebrannt. Dabei schmelzen die Werkstoffe des anorga nischen Porenbildners (Perlit) auf, und es ergeben sich nach dem Brand keramische Formkörper mit 65-70 Vol.-% Gesamtporosität, die eine Kaltdruckfestigkeit nach DIN 51067 von mehr als 8,5 N/mm² aufweisen. Diese Festigkeitswerte entsprechen mehr als 300% derjenigen bisher bekannter Produkte vergleichbarer Porosität.

Die Grünkörper der herzustellenden keramischen Formkörper können auch vor dem Brennen auf nicht brennbare Unterlagen gelegt oder in Hohlräume nicht brennbarer Formkörper eingebracht und dann gebrannt werden.

Die hohe Abriebfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten keramischen Form körper kann zwar wegen fehlender genormter Prüfverfahren nicht bestimmt werden, liegt jedoch deutlich höher, als bei bekannten, vergleichbaren Produkten, bei denen schon durch normales Behandeln ein Abrieb erzeugt wird.

Die erzeugten keramische Formkörper können mittels üblicher oder Diamant be stückter Werkzeuge fast beliebig genau bearbeitet werden, wobei der Oberflächen zerrüttung der Formkörper eine besondere Bedeutung zukommt.

Die erfindungsgemäß hergestellten keramischen Formkörper eignen sich als nicht brennbare Isolierstoffe für den Wärme-, Kälte- und Schallschutz, in Schalldämpfern für Verbrennungskraftmaschinen, als Prozeßhilfskörper, z. B. als Gußkerne, oder als dekorative Elemente.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung poröser, keramischer Formkörper aus gemahlenen, keramischen Pulvern und anorganischen Porenbildnern in Form von porösen Kugeln, die in einem keramischen Formgebungsverfahren zu einem Formkör per mit ausreichender Grünfestigkeit geformt und in einem nachfolgenden Brand gebrannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass einer wässerigen Dispersion aus Titandioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Siliziumdioxid oder Magnesiumoxid oder eine Mischung davon als Porenbildner Perlit, Blähton, Glashohlkugeln, Metallhohlkugeln oder eine Mischung davon oder Mischungen aus Al₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, SiC, Si₃N₄ zugemischt wird, mit organischen Zusatzstoffen und Additiven daraus ein Grünkörper geformt wird, der getrocknet und dann bei Temperaturen von 1450°C bis 1650°C ge brannt wird, wobei die Porenbildner ganz oder teilweise aufschmelzen und ggf. mit dem keramischen Pulver chemisch reagieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzstoff Seife zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Additiv Xanthan zugefügt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass
eine Mischung aus 60 Gew.-% Titandioxid,
20 Gew.-% Wasser,
12,5 Gew.-% Perlit,
7,0 Gew.-% Seife und
0,5 Gew.-% Xanthan
verwendet wird, die bei einer Temperatur von über 1450°C gebrannt wird.

5. Poröser keramischer Formkörper aus Titandioxid, hergestellt nach dem Verfah ren nach Anspruch 4, mit einer Gesamtporosität von 65-70 Vol.-% und einer Kaltdruckfestigkeit nach DIN 51067 von mehr als 8,5 N/mm².

6. Verwendung der nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 her gestellten porösen, keramischen Formkörper als nicht brennbare Isolierstoffe für den Wärme-, Kälte- und Schallschutz.

7. Verwendung der nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 her gestellten porösen, keramischen Formkörper in Schalldämpfern für Verbren nungskraftmaschinen.

8. Verwendung der nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 her gestellten porösen, keramischen Formkörper als Gusskerne.

9. Verwendung der nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 her gestellten porösen, keramischen Formkörper als dekorative Elemente.