DE19854258A1 - Pressure casting tool for shaping ceramics has coating on inner surface of tool forming mold volume that maintains pores open and hence filtration characteristics of tool - Google Patents
Pressure casting tool for shaping ceramics has coating on inner surface of tool forming mold volume that maintains pores open and hence filtration characteristics of toolInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Druckgußwerkzeuges für die Formgebung von Keramik, bei dem die dem Schlicker zugewandte Innenkontur des Werkzeuges mit einer Beschichtung versehen wird, die bei Beibehaltung der Filtratdurchlässigkeit des Werkzeuges auch den Aufbau eines elektrischen Feldes im Gießraum ermöglicht.The invention relates to the manufacture of a die casting tool for the Shaping ceramic, in which the inner contour facing the slip of the tool is provided with a coating that is retained the filtrate permeability of the tool also the construction of an electrical Field in the casting room.
In der keramischen Technik hat sich das Druckgußverfahren als Formgebungverfahren für die Herstellung von Geschirr- und Sanitärerzeugnissen durchgesetzt. Die Voraussetzungen hierfür waren insbesondere die Erfindungen, die die Entwicklung von Druckgußwerkzeugen zum Inhalt hatten.In ceramic technology, the die casting process has proven to be Shaping process for the manufacture of tableware and Sanitary products enforced. The prerequisites for this were especially the inventions related to the development of die casting tools content.
So werden in dem Schweizer Patent Nr. 448529 und in dem deutschen Patent Nr. 19 28 026 Verfahren zur Herstellung von feinporösen Kunststoffen beschrieben.So in the Swiss patent No. 448529 and in the German patent No. 19 28 026 Process for the production of fine porous plastics described.
Die Patentschriften DE 21 63 669 C2 und DE 31 34 679 A1 beinhalten die Herstellung von Formen für die Erzeugung von keramischen Gegenständen durch Druckguß.The patents DE 21 63 669 C2 and DE 31 34 679 A1 contain the Manufacture of molds for the production of ceramic objects by die casting.
Trotz der erfolgreichen Entwicklung ergeben sich Nachteile, die insbesondere in der geringen Anwendungsbreite der Druckgußwerkzeuge zum Ausdruck kommen, denn gegenwärtig können auf Grund der relativ großen Poren nur tonmineralhaltige feinkeramische Schlicker und relativ grobkörnige Massen der Technischen Keramik verarbeitet werden. Die Verarbeitung feinteiliger Massen der Technischen Keramik führt dazu, daß die Teilchen in die Porenkanäle eindringen und diese zusetzen.Despite the successful development, there are disadvantages, in particular expressed in the small range of applications of die casting tools come because at present due to the relatively large pores only clay-mineral-containing fine-ceramic slips and relatively coarse-grained masses of Technical ceramics are processed. Processing fine-particle masses Technical ceramics causes the particles to enter the pore channels penetrate and clog them.
In einer weiteren Patentschrift DE 43 41 533 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers beschrieben, bei dem in einem für den Druckguß üblichen Formwerkzeug Elektroden angeordnet sind und der Schlicker gleichzeitig oder zeitlich versetzt einem Druck und einem elektrischen Feld ausgesetzt wird. Dieses Verfahren zielt insbesondere darauf ab, die Entwässerung elektrokinetisch zu beschleunigen.Another patent DE 43 41 533 A1 describes a method for Manufacture of a ceramic molded body described in which in a for the usual die-casting mold electrodes are arranged and the Slurry at the same time or at different times from a pressure and an electrical Field is exposed. This process aims in particular to: Accelerate drainage electrokinetically.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine offenporige Beschichtung auf die den Gießraum begrenzende Oberfläche des Druckgußwerkzeuges aufzubringen, mit der die Porengröße der Oberfläche definiert verringert wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Beschichtung so zu gestalten, daß sie den Aufbau eines elektrischen Feldes im Gießraum ermöglicht.The aim of the present invention is an open pore Coating on the surface of the Die casting tool to apply with the pore size of the surface defined is reduced. Another object of the invention is that To design coating so that they build up an electric field in the Casting room allows.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Beschichtung auf einem Druckgußwerkzeug aus porösem Kunststoff vorgenommen wird, wobei physikalische, chemische oder elektrochemische Verfahren der Oberflächentechnik zur Anwendung kommen. Die Porosität der aufgetragenen Schicht wird dabei so ausgebildet, daß die Porengröße an der Oberfläche des Werkzeuges geringer als im Innern ist. Die Verringerung der Porengröße bei gleichzeitiger Beibehaltung der Filtratdurchlässigkeit ermöglicht es, den Druckguß auch für feinteilige Suspensionen einzusetzen, deren Partikel bei Verwendung unbeschichteter Werkzeuge in die Porenkanäle eindringen und diese zusetzen würden. Durch die Offenporigkeit wird auch die bewährte Technik der Scherbenablösung mittels Druckluftstoß nicht eingeschränkt.According to the invention the object is achieved in that the coating on a die casting tool made of porous plastic, wherein physical, chemical or electrochemical processes of Surface technology are used. The porosity of the applied Layer is formed so that the pore size on the surface of the Tool is less than inside. The reduction in pore size while maintaining the permeability to filtrate allows the Die casting can also be used for finely divided suspensions, the particles of which Use uncoated tools to penetrate into the pore channels and would clog them. The open porosity also makes it the tried and tested Shard detachment technique with compressed air blast is not restricted.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die aufgetragene Schicht elektrisch nichtleitend oder auch leitfähig ist. Durch das Aufbringen elektrisch leitfähiger Schichten besteht die Möglichkeit, das Werkzeug nicht nur nach dem Prinzip der Druckfiltration arbeiten zu lassen, sondern dieses mit einer elektrokinetischen Entwässerung in Form von Elektroosmose und Elektrophorese zu verbinden. Das für die elektrokinetische Entwässerung benötigte elektrische Feld im Gießraum wird durch die Anordnung isolierender Übergänge gewährleistet, die im einfachsten Falle unbeschichtete Bereiche, bspw. die Schließflächen des Werkzeuges, sein können.Another feature of the invention is that the applied Layer is electrically non-conductive or also conductive. By applying electrically conductive layers, it is possible that the tool is not only to work according to the principle of pressure filtration, but with this electrokinetic drainage in the form of electroosmosis and Connect electrophoresis. That for electrokinetic drainage The electrical field required in the casting room is made more insulating by the arrangement Transitions guaranteed, in the simplest case uncoated areas, For example, the closing surfaces of the tool can be.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Werkzeug so gestaltet ist, daß es entweder nach dem Prinzip der einseitigen oder dem der doppelseitigen Filtration arbeitet.Another feature of the invention is that the tool is designed that it either on the principle of one-sided or that of double-sided Filtration works.
Während bei der doppelseitigen Filtration beide Elektroden mit der offenporigen Beschichtung versehen sind, wird bei der einseitigen Filtration eine Elektrode als filtratundurchlässige Elektrode ausgebildet. Bei der letzteren Methode wird nur der beschichtete Bereich des Werkzeuges für die Filtration genutzt. Als Gegenelektrode kommt ein elektrisch leitfähiges monolithisches Material zum Einsatz. Je nach Geometrie des Erzeugnisses kann dieses zur Abformung des Scherbens dienen oder beim späteren Sintern, als sogenannte Opferelektrode, rückstandsfrei verbrannt werden.While in double-sided filtration both electrodes with the open-pore coating is used for one-sided filtration an electrode is formed as an electrode impermeable to filtrate. With the latter Method is only the coated area of the tool for filtration used. The counter electrode is an electrically conductive monolithic Material used. Depending on the geometry of the product, it can be used for Impression taking of the body or during later sintering, so-called Sacrificial electrode, burned without residue.
Während die Beschichtung vorzugsweise als metallische Schicht, metall keramische Dispersionsschicht oder Kohlenstoffschicht ausgeführt wird, kommen als monolithische Materialien Kohlenstoffprodukte, mit Kohlenstoff beschichtete oder kohlenstoffhaltige Materialien zum Einsatz.While the coating is preferably a metallic layer, metal ceramic dispersion layer or carbon layer is carried out, come as carbon monolithic materials, with carbon coated or carbon-containing materials.
Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben such aus der nachstehenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, in denen auf die schematischen Zeichnungen Bezug genommen wird.Features and details of the invention will be apparent from the following Description of two embodiments, in which the schematic Drawings are referenced.
Fig. 1 zeigt den Schnitt eines beschichteten Werkzeuges für einen plattenförmigen Körper bei doppelseitiger Filtration mit offenporiger Beschichtung. In diesem Beispiel ist der gesamte Gießraum metallisiert. Fig. 1 shows the section of a coated tool for a plate-shaped body in double-sided filtration with open-pore coating. In this example, the entire casting room is metallized.
Die Beschichtung erfolgt in der Weise, daß zunächst der poröse Kunststoff, in der Regel Polymethylmethacrylat, einer Vorbehandlung unterzogen und danach mit Edelmetallkeimen aktiviert wird. Auf die aktivierte Oberfläche wird durch chemisches Galvanisieren eine 1 bis 10 µm dicke Nickelschicht abgeschieden, die selbst offenporig ist und die Filtratdurchlässigkeit des Werkzeugs nicht beeinträchtigt. Zur weiteren Verringerung der Porengröße und zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften kann auf die chemische Metallisierung eine weitere Nickelschicht durch elektrolytisches Galvanisieren aufgetragen werden. Mit dieser Ausführung ist es möglich, Formlinge aus feinteiligen Suspensionen herzustellen und die unerwünschte Nebenerscheinung, nämlich das Eindringen von Partikeln in die Porenkanäle und das Verstopfen derselben, zu umgehen.The coating is carried out in such a way that the porous plastic, in usually polymethyl methacrylate, subjected to a pretreatment and afterwards is activated with precious metal seeds. The surface is activated by chemical electroplating deposited a 1 to 10 µm thick nickel layer, which is itself open-pored and the filtrate permeability of the tool is not impaired. To further reduce the pore size and Improving the surface properties can be due to the chemical Metallization of another nickel layer by electrolytic electroplating be applied. With this design, it is possible to make moldings to produce finely divided suspensions and the undesirable A by-product, namely the penetration of particles into the pore channels and avoid clogging them.
Für den Fall, daß das Werkzeug auch für eine elektrokinetisch unterstützte Formgebung eingesetzt werden soll, wird die Beschichtung 1 und 2 so ausgeführt, daß diese beim Schließen der beiden Werkzeughälften 3 und 4 keinen elektrischen Kontakt miteinander bekommen. Durch Kontaktieren der metallisierten Flächen und Verschalten mit einer Gleichspannungsquelle wird in dem mit Schlicker gefüllten Gießraum 5 ein elektrisches Feld aufgebaut.In the event that the tool is also to be used for electrokinetically assisted shaping, the coating 1 and 2 is carried out in such a way that when the two tool halves 3 and 4 are closed they do not get any electrical contact with one another. By contacting the metallized surfaces and interconnecting them with a DC voltage source, an electric field is built up in the casting space 5 filled with slip.
Auf Grund der dann ablaufenden elektrochemischen Prozesse im Gießraum, insbesondere wegen der Elektrodenpassivierung, empfiehlt es sich, wenigstens eine Elektrode mit einer Edelmetallschicht zu versehen oder nach Ausführungsbeispiel Fig. 2 zu arbeiten.Because of the electrochemical processes then taking place in the casting chamber, in particular because of the electrode passivation, it is advisable to provide at least one electrode with a noble metal layer or to work according to the embodiment in FIG. 2.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung für den elektrokinetisch unterstützten Druckguß mit offenporiger Beschichtung und monolithischer Elektrode. Fig. 2 shows an arrangement for electrokinetically assisted die casting with open-pore coating and monolithic electrode.
Die Kompliziertheit der Form kann es erforderlich machen, daß Formlinge im Kerngußverfahren hergestellt werden müssen. Außer den Werkzeughälften 3 und 4 wird dann, wie Fig. 2 zeigt, ein Kohlenstoffkern 1 positioniert.The complexity of the mold may require that molded articles have to be produced using the core casting process. In addition to the tool halves 3 and 4 , a carbon core 1 is then positioned, as shown in FIG. 2.
Die Kontaktierung der Beschichtung und des Kernes erfolgt in vorteilhafter Weise von oben bzw. unten über die Schließflächen des Werkzeuges in Form einer Metallisierungsschicht.The contacting of the coating and the core takes place in an advantageous manner Form from above or below over the closing surfaces of the tool a metallization layer.
Der Formgebungsprozeß wird dann in der Weise ablaufen, daß zunächst ein Scherben durch Druckfiltration auf der beschichteten offenporigen Oberfläche 2 vorgebildet wird. Nach dem Zuschalten des elektrischen Feldes entsteht auch auf dem als Anode arbeitenden Kohlenstoffkern infolge Elektrophorese ein Scherben.The shaping process will then proceed in such a way that first a shard is pre-formed on the coated open-pore surface 2 by pressure filtration. After switching on the electric field, a shard also arises on the carbon core working as an anode due to electrophoresis.
Bei einem ausgewogenen Druck- und Stromdichteverhältnis im Gießraum 5 wächst dieser mit dem durch Druckfiltration gebildeten Scherben zusammen, so daß ein nach innen gerichteter Feuchtegradient entsteht.With a balanced pressure and current density ratio in the casting chamber 5 , this grows together with the cullet formed by pressure filtration, so that an inward moisture gradient is created.
Die über die offenporige Beschichtung ablaufende Filtration wird durch die Einwirkung des elektrischen Feldes elektroosmotisch unterstützt.The filtration that takes place over the open-pore coating is carried out by the Effect of the electrical field supported electroosmotically.
Das Ausformen des Gießkörpers erfolgt durch Auseinanderfahren des Werkzeuges. Der Kohlenstoffkern wird je nach Gestaltung des Bauteiles entweder gezogen oder bei vorhandenen Hinterschneidungen, wie in Fig. 2 zu sehen, beim späteren Sintern als Opferelektrode verbrannt.The casting body is shaped by moving the tool apart. Depending on the design of the component, the carbon core is either drawn or, if there are undercuts, as shown in FIG. 2, burned as the sacrificial electrode during subsequent sintering.
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