DE2328815A1

DE2328815A1 - Verfahren zur herstellung eines keramikkoerpers

Info

Publication number: DE2328815A1
Application number: DE19732328815
Authority: DE
Inventors: Bernd Houpert; Franz Josef Dr Rohr
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1973-06-06
Filing date: 1973-06-06
Publication date: 1975-01-09
Also published as: DE2328815B2; DE2328815C3

Description

BROWN, BOVERI* CIB .. . . ,_„,_. _Ί .„_

Aktiengesellschaft I-Kmmeim, aen 18. f-ici 1973

PAT-Dr.Sc/Ht Mp.-Nr. 577/73

Vorführen zur Herstellung eines Kerpmikkörpers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikkörpers mit mindestens zwei Schichten unterschiedlicher Porosität, wobei pulverförmiges Material unter Zusatz von Hilfsstoffen kaltverpreßt und anschließend bei erhöhten Temperaturen gesintert v/ird. Solche mehrschichtigen Keramikkörper v/erden insbesondere als nichtleitende oder durch Iletallisierung leitend gemachte Bauelemente, sowie als Festelektrolyten in der Elektrotechnik und Elektroni k benötigt.

Bisher Y/urdcn solche Keramikkörper hergestellt durch Teilimprägnierung eines vorgefertigten Körpers bestimmter Porosität oder durch nachträgliches Aufsinten einer relativ porösen Schicht auf einen vorgefertigten dichteren Keramikkörper.

Hauptnachteil dieser bekennten Verfahren ist die Notwendigkeit mindestens zweier Sintervorgänge. Ein v/eiterer Nachteil ist beim erstgenannten Verfahren die ungenaue Dimensionierung der durch Imprägnierung verdichteten Schicht. Das zweitgenannte Verfahren v/eist den Nachteil einer schlechten Haftung der nachträglich aufgebrachten Sinterschicht auf.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und einen Keramikkörper zu schaffen, der sich ohne großen Aufwand in einem Sintervorgang herstellen läßt und dessen Dincnsionierung und Formstabilität leicht

ren
zu realisleyist. Insbesondere soll auch die Herstellung von Körpern mit mehr als zwei Schichten verschiedener Dichte und KöErpern mit Oberflächenstrukturen ermöglicht v/erden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genennten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste Schicht durch Einbringen geeigneter Pulver in eine quasiisostatische Preßform durch Vorpressen stabilisiert wird, wonach-gegebenenfalls unter Ausnutzung des nach Entlastung der Preßform entstehenden Spaltes-mindestens eine v/eitere Schicht anderer Dichte in gleicher V/eise gebildet und stabilisiert v/ird, worauf der vorgepreßte Mehrschichtkörper unter erhöhten Druck verpreßt wird.

Als eine wesentliche Weiterbildung der Erfindung sei

betont, daß die unterschiedliche Porosität der Schichten ganz /Oder v/eitgehend
jcLurch einen unterschiedlichen Gehalt eines leichtverdampf- bzw. zersetzbaren Hilfsstoffes in Pulverform erzielt werden kann. Dafür haben sich als besonders vorteilhaft einige Amoniuinverbindungen erwiesen. Insbesondere empfehlen sich

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ohne Rückstand verdamp&are organische und anorganische Ammoniumsalze, wie Aramoniumchlorid und Ammoniumoxalat. Als ganz besonders vorteilhaft erwies sich unerwarteter-weise Ammoniumbicarbonat, das zwar als Porositätsbildner bei anderen Verfahren schon bekanntgeworden ist, das sich aber überraschenderweise als zugleich sehr wertvolles Preßhilfsmittel im Sinne eines Druckausgleiches und damit, einer gleichmäßigeren Verdichtung bewährt hat. In der Verwendung von Ammoniumbikarbonat zur Herstellung von Keramikkörpern mit Schichten unterschiedlicher Porosität wird ein eigenständiger Gedanke erblickt. Zur Erzeugung dichter Schichten empfehlen sich im allgemeinen 1 bis 10 Gew.-So, insbesondere 2-5 Gew.-5-0, zur Erzeugung poröser Schichten 10 bis 50 Gew.-% Ammoniumbikarbonat, wobei diese Gewichtsangaben je nach Art und Teilchengröße des Ausgangspulvers noch über die angegebenen Grenzen hinaus variiert v/erden können.

Zur Ausbildung von Keramikkörpern mit Oberflächenstruktur kann vorteilhafterweise eine zusätzliche Strukturmatrize in die quasi-isostatische Preßform eingelegt werden, z.B. ein Drahtgewebe zur Erzeugung eines Oberflächenrasters oder ein Spiralband aus Draht. Nach dem Vorpressen wird die eingelegte Zusatzmatritze entfernt, und es empfiehlt sich, zur Stabilisierung der eingeprägten Struktur diese mit einer pulverförmigen Schicht des Hilfsstoffes, z.B. Ammoniumbikarbonat, zu bedecken, worauf dann anschließend quasi-isostatisch unter erhöhtem Druck nachverdichtet werden kann, ohne die Struktur zu zerstören.

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Erfindungsgemäß v/erden beim Vorpressen verhältnismäßig geringe Drücke aufgewcndt, die eigentliche Endpressung bed erhöhtemDruck, die normalerweise in derselben quasiisostatischen Preßform erfolgen kann, liegt dann im sllgemeinen bei etwa 1 bis 3 t/cm . Je nach dem Ausgrngspulver

»ein
wird sich¹ Verhältnis von Vorpreßdruck zu erhöhtem Druck von etwa 1 : 5 bis 1 : 20 empfehlen. Der die Porosität verursachende Hilfsstoff sollte im allgemeinen bei milden Bedingungen vor dem eigentlichen Sinterprozeß ausgetrieben werden. Im Felle von Amoniumbikarbonat empfehlen sich Temperaturen zwischen etwa 120 und 200⁰C. Soweit dichte Schichten erzeugt werden sollen, bei denen man mit geringen Zusätzen an Hilfsstoff arbeitet, empfiehlt sich gegebenenfalls ein Abdampfen bei Unterdruck.

Unter quasi-isostatischem Pressen im Rahmen der Erfindung wird hier die Verwendung gummielastischer Hilfsmatritzen u. dgl verstanden, die ihrerseits wiederum in eine übliche Metallpreßform eingepaßt sein können. Solche gummielcstischen Preßformen können je nach Wunsch ausgebildet sein für die Herstellung flacher Scheiben Voll- und Hohlzylinder, rohrförmige und konische Körper, Ringe sowie andere verhältnismäßig einfach geformte Teile, wie sie insbesondere als Baufür

elemente oder Zwischenprodukte^ die Elektronik benötigt v/erden.

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Ein besonderes Anwendungsgebiet für nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte keramische Körper sind Festelektrolyte für Brennstoffzellen und Hochtemperaturakkumulatoren auf Basis von Zirkondioxyd und Aluminiumoxyd. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Herstellung von metallbeschichteten Kiramikteilen für elektronische Kleinbauelemente. Hier wird häufig auf eine dichtgesinterte, die Stabilität gewährleistende Schicht eine porösere Schicht aufgebracht, die ihrerseits eine besonders gute und temperaturschock-unempfLndliche Haftung der.aufzubringenden metallischen Kontaktschicht gewährleistet.

Schließlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf metallkeramische Verbundkörper ausdehnen.

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Claims

rc öen 10. Mai 1973 PAT-Dr. Gc/ί it Mp.-Nr. 577/75 Patentansprüche

1.^erfahren zur Herstellung eines Keramikkörpers mit mindestens zv/ei Schichten unterschiedlicher Porosität, wobei pulverförmiges Material unter Zusatz von Hiifsstoffen kaltverpreßt und anschließend bei erhöhten Temperaturen gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Schicht durch Einbringen geeigneter Pulver in eine quasiisostatische Preßform durch Vorpressen stabilisiert wird, wonach, gegebenenfalls unter Ausnutzung des nach Entlastung der Preßform entstehenden Spaltes, mindestens eine weitere Schicht anderer Dichte in gleicher Weise gebildet und stabilisiert wird, worauf der vorgepreßte Mehrschichtkörper.unter erhöhtem Druck verpreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Porosität der Schichten durch einen unterschiedlichen Gehalt eines leichtverdampf- bzw. zersetzbaren Hilfsstoffes in Pulverform erzielt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsstoff Amoniumverbindungen verwendet werden.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
als Hilfsstoff Amoniumbikorbonat benutzt wird, wobei zur Erzeugung dichter Schichten höchstens 2 bis 10

bis

zur Erzeugung poröser Schichten 10*50 Gew.-$S dem Ausgangspulver zugemischt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis h , dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung einer bestimmten Oberflächenstruktur auf die Pulverschichten eine zusätzliche Strukturmatrize aufgelegt wird und nach Vorpreßen entfernt v/ird, worauf die strukturierte Oberfläche mit einer Schicht des Hilfsstoffes zur Stabilisierung bedeckt und anschließend v/iederum quasi-isostetisch unter erhöhtem
Druck verpreßt v/ird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Vorpreßdruck und
erhöhtem Druck bei 1 : 5 bis 1 : 20 liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennheichnet, daß das Austreiben des Hilfsstoffes vor dem eigentlichen Sinterprozeß bei Unterdruck erfolgt.

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