DE2328815C3

DE2328815C3 - Process for the production of a ceramic body with at least two layers of different porosity

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.The invention relates to a method for producing a ceramic body with at least two layers different porosity at which the first layer by isostatic cold pressing of a powdery material with the addition of pore-forming Auxiliary materials is produced and in which the finished compact is sintered at elevated temperatures.

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.So far, such ceramic bodies have been produced by partial impregnation of a prefabricated body certain porosity or by subsequent sintering of a relatively porous layer on one, for example denser ceramic body prefabricated by the isostatic pressing process.

The main disadvantage of this known method is that

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.Necessity of at least two sintering processes. Another disadvantage is the first-mentioned method imprecise dimensioning of the layer compacted by impregnation The second method mentioned has the disadvantage of poor adhesion of the subsequently applied sintered layer.

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.The present invention is based on the object of providing a method of the type mentioned at the beginning to be further developed in such a way that multi-layered materials can be formed with a single sintering process without great effort Ceramic body can be produced with sufficiently precise dimensions and good dimensional stability.

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.According to the invention, this object is achieved by that the first layer is stabilized in the isostatic mold by pre-pressing, after which at least another layer of a different density is formed and stabilized in the same way, whereupon the pre-pressed Multi-layer body is isostatically pressed under increased pressure.

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.As an essential development of the invention emphasizes that the different porosity of the layers entirely or largely due to a different content of an easily evaporable or decomposable Excipient can be achieved in powder form. Some ammonium compounds have proven to be particularly advantageous for this proven. In particular, organic and inorganic ones that can evaporate without residue are recommended Ammonium salts such as ammonium chloride and ammonium oxalate. As very particularly beneficial ammonium bicarbonate turned out to be, although it has already become known as a porosity former in other processes is, which surprisingly turns out to be at the same time a very valuable pressing aid in the sense of a Pressure equalization and thus a more even compression has proven to produce denser Layers generally recommend 1 to 10% by weight, in particular 2 to 5% by weight, for production porous layers 10 to 50 wt.% Ammonium bicarbonate, these weight specifications depending on the type and Particle size of the starting powder can still be varied beyond the specified limits.

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 pulverförmigenFor the formation of ceramic bodies with a surface structure an additional textured matrix can advantageously be inserted into the isostatic mold be e.g. B. a wire mesh to generate a surface grid or a spiral band of wire after After pre-pressing, the inserted additional die is removed and it is recommended to stabilize the embossed structure this with a powdery

W layer of the adjuvant, e.g. B. ammonium bicarbonate, too

bedecken, worauf dann anschließend isostatisch unter erhöhtem Druck nachverdichtet werden kann, ohne diecover, whereupon it can then be isostatically re-compacted under increased pressure without the

Destroying structure. According to the invention, the pre-pressing behaves

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.nism moderately low pressures applied, the actual final pressing at increased pressure, which can normally take place in the same isostatic mold, is then generally about 1 to 3 t / cm ² . Depending on the starting powder, a ratio of prepress pressure to increased pressure of about 1: 5 to 1:20 is recommended. The auxiliary material causing the porosity should generally be driven off under mild conditions before the actual sintering process. In the case of ammonium bicarbonate, temperatures between about 120 and 200 ^° C. are recommended. If dense layers are to be produced in which small additions of auxiliary substances are used, evaporation under reduced pressure may be recommended.

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.Under isostatic pressing within the scope of the invention, the use of rubber-elastic is here, for example Auxiliary matrices and the like understood, which in turn can be fitted into a conventional metal mold. Such rubber-elastic compression molds can be designed as required for the production of flat disks, solid and hollow cylinders, tubular and conical bodies, rings and other relatively simply shaped parts, such as those in particular as Components or intermediate products for electronics are required.

Ein besonderes Anwendungsgebiet für nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte keramischeA special field of application for ceramic produced by the method according to the invention

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.Solids are solid electrolytes for fuel cells and High-temperature accumulators based on zirconium dioxide and aluminum oxide. Another area of application is manufacturing ahead. metal-coated ceramic parts for small electronic components. Here, a porous layer is often applied to a densely sintered layer that ensures stability, which for its part is a particularly good and insensitive to temperature shock Finally, adhesion of the metallic Kentakt layer to be applied is ensured the method according to the invention can also be extended to metal-ceramic composite bodies.

Claims

Patent address:

1. Method of manufacturing a ceramic body with at least two layers of different porosity, with the first layer through Cold isostatic pressing of a powdery material with the addition of pore-forming auxiliaries is produced and in which the finished compact is sintered at elevated temperatures, characterized in that the first layer in the isostatic mold through Pre-pressing is stabilized, after which at least one further layer of different density in the same Way is formed and stabilized, whereupon the pre-pressed multilayer body under increased Pressure is isostatically pressed.

2. Process according to Claim 1, characterized in that the powder for the second or the further layer is introduced using the gap created after the pressure was removed from the mold

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the different porosity of the layers due to a different content of an easily evaporable or decomposable auxiliary substance is obtained in powder form.

4. The method according to claim 3, characterized in that ammonium compounds are used as the auxiliary be used.

5. The method according to claim 4, characterized in that ammonium bicarbonate as the auxiliary is used, with a maximum of 2 to 10 wt.% And for the production of dense layers Production of porous layers 10 to 50% by weight are mixed with the starting powder.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an additional Textured matrix is placed and removed after further pre-pressing, whereupon the structured Surface covered with a layer of the auxiliary substance for stabilization and then isostatic is pressed under increased pressure.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the ratio of Pre-compression to increased pressure is 1: 5 to 1:20.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the expulsion of the Auxiliary material takes place before the actual sintering process under negative pressure