DE2328815C3

DE2328815C3 - Verfahren zur Herstellung eines Keramikkörpers mit mindestens zwei Schichten unterschiedlicher Porosität

Info

Publication number: DE2328815C3
Application number: DE19732328815
Authority: DE
Inventors: Franz Josef Dr. 6941 Abtsteinach Rohr
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1973-06-06
Filing date: 1973-06-06
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE2328815B2; DE2328815A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikkörpers mit mindestens zwei Schichten unterschiedlicher Porosität, bei dem die erste Schicht durch isostatisches Kaltverpressen eines pulverförmigen Materials unter Zusatz von porenbildenden Hilfsstoffen hergestellt wird und bei dem der fertige Preßling bei erhöhten Temperaturen gesintert wird.

Bisher wurden solche Keramikkörper hergestellt durch Teilimprägnierung eines vorgefertigten Körpers bestimmter Porosität oder durch nachträgliches Aufsintern einer relativ porösen Schicht auf einen beispielsweise nach dem isostatischen Preßverfahren vorgefertigten dichteren Keramikkörper.

Hauptnachteil dieser bekannten Verfahren ist die

Notwendigkeit mindestens zweier Sintervorgänge. Ein weiterer Nachteil ist beim erstgenannten Verfahren die ungenaue Dimensionierung der durch Imprägnierung verdichteten Schicht Das zweitgenannte Verfahren weist den Nachteil einer schlechten Haftung der nachträglich aufgebrachten Sinterschicht auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß sich ohne großen Aufwand mit einem Sintervorgang mehrschichtige Keramikkörper ausreichend genauer Dimensionierung und guter Formstabilität herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Schicht in der isostatischen Preßform durch Vorpressen stabilisiert wird, wonach mindestens eine weitere Schicht anderer Dichte in gleicher Weise gebildet und stabilisiert wird, worauf der vorgepreßte Mehrschichtkörper unter erhöhtem Druck isostatisch verpreßt wird.

Als eine wesentliche Weiterbildung der Erfindung sei betont, daß die unterschiedliche Porosität der Schichten ganz oder weitgehend durch einen unterschiedlichen Gehalt eines leicht verdampf- bzw. zersetzbaren Hilfsstoffes in Pulverform erzielt werden kann. Dafür haben sich als besonders vorteilhaft einige Ammoniumverbindungen erwiesen. Insbesondere empfehlen sich ohne Rückstand verdampfbare organische und anorganische Ammoniumsalze, wie Ammoniumchlorid und Ammoniumoxalat. Als ganz besonders vorteilhaft erwies sich Ammoniumbikarbonat, 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 Zur Erzeugung dichter Schichten empfehlen sich im allgemeinen 1 bis 10 Gew.%, insbesondere 2 bis 5 Gew.%, 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 werden können.

Zur Ausbildung von Keramikkörpern mit Oberflächenstruktur kann vorteilhafterweise eine zusätzliche Strukturmatrize in die isostatische Preßform eingelegt werden, z. B. ein Drahtgewebe zur Erzeugung eines Oberflächenrasters oder ein Spiralband aus Draht Nach dem Vorpressen wird die eingelegte Zusatzmatrize entfernt und es empfiehlt sich, zur Stabilisierung der eingeprägten Struktur diese mit einer pulverförmigen

W Schicht des Hilfsstoffes, z. B. Ammoniumbikarbonat, zu

bedecken, worauf dann anschließend isostatisch unter erhöhtem Druck nachverdichtet werden kann, ohne die

Struktur zu zerstören. Erfindungsgemäß werden beim Vorpressen verhält-

nismäßig geringe Drücke aufgewandt, die eigentliche Endpressung bei erhöhtem Druck, die normalerweise in derselben isostatischen Preßform erfolgen kann, liegt dann im allgemeinen bei etwa 1 bis 3 t/cm². Je nach dem Ausgangspulver wird sich ein 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 Falle von Ammoniumbikarbonat 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 isostatischem Pressen im Rahmen der Erfindung wird hier beispielsweise die Verwendung gummielastischer Hilfsmatrizen u.dgl. verstanden, die ihrerseits in eine übliche Metallpreßform eingepaßt sein können. Solche gummielastischen Preßformen können je nach Wunsch ausgebildet sein für die Herstellung flacher Scheiben, Voll- und Hohlzylinder, rohrförmiger und konischer Körper, Ringe sowie anderer verhältnismäßig einfach geformter Teile, wie sie insbesondere als Bauelemente oder Zwischenprodukte für die Elektronik benötigt werden.

Ein besonderes Anwendungsgebiet für nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte keramische

Körper sind Festelektrolyte für Brennstoffzellen und Hochtemperaturakkumulatoren auf der Basis von Zirkondioxid und Aluminiumoxid. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Herstellung vor. metallbeschichteten Keramikteilen für elektronische Kleinbauelemente. Hier wird häufig auf eine dichtgesinterte, die Stabilität gewährleistende Schicht eine poröse Schicht aufgebracht, die ihrerseits eine besonders gute und temperaturschockunempfindliche Haftung der aufzubringenden metallischen Kentaktschicht gewährleistet Schließlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf metallkeramische Verbundkörper ausdehnen.

Claims

Patentansprache:

1. Verfahren zur Herstellung eines Keramikkörpers mit mindestens zwei Schichten unterschiedlicher Porosität, bei iem die erste Schicht durch isostatisches Kaltverpressen eines pulverförmigen Materials unter Zusatz von porenbildenden Hilfsstoffen hergestellt wird und bei dem der fertige Preßling bei erhöhten Temperaturen gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht in der isostatischen Preßform durch Vorpressen stabilisiert wird, wonach mindestens eine weitere Schicht anderer Dichte in gleicher Weise gebildet und stabilisiert wird, worauf der vorgepreßte Mehrschichtkörper unter erhöhtem Druck isostatisch verpreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen des Pulvers für die zweite bzw. die weitere Schicht unter Ausnutzung des nach Entlastung der Preßform entstandenen Spaltes erfolgt

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

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsstoff Ammoniumverbindungen verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsstoff Ammoniumbikarbonat verwendet wird, wobei zur Erzeugung dichter Schichten höchstens 2 bis 10 Gew.% und zur Erzeugung poröser Schichten 10 bis 50 Gew.% dem Ausgangspulver zugemischt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Strukturmatrize aufgelegt und nach weiterem Vorpressen entfernt wird, worauf die strukturierte Oberfläche mit einer Schicht des Hilfsstoffes zur Stabilisierung bedeckt und anschließend isostatisch unter erhöhtem Druck verpreßt wird.

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

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