Keramische Umformtechniken - Ceramic forming techniques

Keramische Formgebungstechniken sind Formen der Keramikformung , die verwendet werden, um alles von Geschirr wie Teekannen bis hin zu Ingenieurkeramik wie Computerteilen herzustellen . Töpfertechniken umfassen die Töpferscheibe , Schlickerguss und viele andere.

Verfahren zum Formen von Pulvern keramischer Rohstoffe in komplexe Formen sind in vielen Bereichen der Technik wünschenswert. Solche Verfahren sind zum Beispiel erforderlich, um fortschrittliche Hochtemperatur-Strukturteile wie Wärmekraftmaschinenkomponenten, Rekuperatoren und dergleichen aus Pulvern keramischer Rohmaterialien herzustellen. Typische Teile, die mit diesem Produktionsvorgang hergestellt werden, umfassen Laufräder aus Edelstahl, Bronze, komplexe Schneidwerkzeuge, Kunststoffformwerkzeuge und andere. Typische verwendete Materialien sind: Holz, Metall, Wasser, Gips, Epoxid und STLs, Siliziumdioxid und Zirkonoxid.

Dieser Produktionsvorgang ist bekannt, um Werkzeuge mit Dimensionsstabilität, Oberflächenqualität, Dichte und Gleichmäßigkeit zu versehen. Beim Schlickergussverfahren weist das Gussteil beispielsweise eine hohe Rohstoffkonzentration mit wenig Zusatz auf, dies verbessert die Gleichmäßigkeit. Aber auch die Gipsform entzieht dem gegossenen Schlicker Wasser, um das Gussstück an der Formoberfläche zu verdichten und zu formen. Dies bildet eine dichte Besetzung.

Schlickerguss

Es gibt viele Umformtechniken zur Herstellung von Keramik, aber ein Beispiel ist das Schlickergießen . Hier wird Schlicker oder flüssiger Ton in eine Gipsform gegossen. Das Wasser im Schlicker wird in die Wände der Gipsform gezogen und hinterlässt eine innere Schicht aus festem Ton, der schnell aushärtet. Nach dem Trocknen kann der feste Ton dann auch entfernt werden. Der beim Schlickergießen verwendete Schlicker wird oft mit einer Substanz verflüssigt, die den Bedarf an zusätzlichem Wasser zum Erweichen des Schlickers verringert (es sei denn, es werden Haarrisse gewünscht); dies verhindert eine übermäßige Schrumpfung, die auftritt, wenn ein viel Wasser enthaltendes Stück trocknet; Ein anderer Ansatz besteht darin, Gegenstände langsam zu trocknen.

Schlickergussverfahren bieten eine überlegene Oberflächenqualität, Dichte und Gleichmäßigkeit beim Gießen von hochreinen keramischen Rohstoffen gegenüber anderen keramischen Gusstechniken, wie dem hydraulischen Gießen, da das Gussteil eine höhere Konzentration an keramischen Rohstoffen mit geringen Zusätzen aufweist. Ein Schlicker ist eine Suspension von feinem Rohstoffpulver in einer Flüssigkeit wie Wasser oder Alkohol mit geringen Mengen an Sekundärstoffen wie Dispergiermitteln, Tensiden und Bindemitteln. Keramikschlickergusstechniken verwenden einen Gipsblock oder eine Kolbenform. Die Gipsform entzieht dem gegossenen Schlicker Wasser, um das Gussstück an der Formoberfläche zu verdichten und zu formen. Dies bildet einen dichten Guss, der schädliche Luftspalte entfernt und die Schrumpfung beim abschließenden Sinterprozess minimiert.

Additive Fertigung

Für die Herstellung komplexer Formen in kleinen Stückzahlen stellt die additive Fertigung (AM) einen effektiven Ansatz dar und ist Gegenstand intensiver Forschung und Entwicklung. Im Gegensatz zur additiven Fertigung polymerer Werkstoffe bleibt der Anwendungsbereich der AM von Keramiken aufgrund von Herausforderungen in der Materialbearbeitung sehr begrenzt. Kommerziell erhältliche Ausrüstung für die AM von Keramiken beruht meist auf dem schichtweisen Sintern von Pulvern und ist selten kostengünstig. Die Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Keramikartikeln bedeuten jedoch, dass AM-Techniken in Situationen attraktiv sein können, in denen die Produktionsmengen zu gering sind, um Formen für Schlickergussverfahren praktikabel herzustellen . Insbesondere die additive Herstellung von Keramiken aus präkeramischen Polymeren unter Verwendung von Techniken wie Stereolithographie mit anschließender Pyrolyse zu polymerbasierten Keramiken stellt einen neuen Ansatz dar, um die Herausforderung additiv gefertigter Keramiken anzugehen.

Keramikschalenguss

Keramische Schalengusstechniken unter Verwendung von Siliziumdioxid, Zirkondioxid und anderen feuerfesten Materialien werden derzeit von der Metallteileindustrie für den „Nettoguss“ verwendet, um Präzisionsschalenformen für den Guss von geschmolzenem Metall zu bilden. Die Technik beinhaltet ein sukzessives Nasstauchen und Trockenpulverbeschichtung oder Stuck, um die Formschalenschicht aufzubauen. Das Schalengussverfahren ist im Allgemeinen für seine Dimensionsstabilität bekannt und wird in vielen Netzgussverfahren für die Luft- und Raumfahrt und andere Industrien beim Gießen von geschmolzenem Metall verwendet. Automatisierte Anlagen verwenden mehrere Wachsmuster auf Bäumen, große Schlammmischer und fluidische Pulverbetten für das automatisierte Tauchen.

Technische Keramik

Bei der Umformung technischer keramischer Werkstoffe aus trockenen Pulvern, die für die Verarbeitung vorbereitet wurden, hängt das Verfahren zum Umformen in die erforderliche Form von der Methode der Materialvorbereitung und der Größe und Form des umzuformenden Teils ab. Materialien, die für die Trockenpulverformung vorbereitet werden, werden am häufigsten durch "Trocken"-Pressen in mechanischen oder hydraulischen Pulverpressen geformt, die für die erforderliche Kraft und Pulverfülltiefe ausgewählt werden. Trockenes Pulver wird automatisch in den unflexiblen Stahl- oder Wolframkarbideinsatz in der Matrize ausgetragen und die Stempel verdichten das Pulver dann zur Form der Matrize. Wenn das Teil groß sein soll und keine geeignete Druckübertragung für eine gleichmäßige Pressdichte aufweisen soll, kann isostatisches Pressen verwendet werden. Beim isostatischen Pressen nimmt das Pulver die Form einer flexiblen Membran an, die als Form fungiert und die Form und Größe des gepressten Pulvers bildet. Isostatische Pressen können entweder automatische Hochgeschwindigkeitspressen mit hoher Leistung für Teile wie Keramikisolatoren für Zündkerzen oder Sandstrahldüsen sein, oder langsamer arbeitende "Nassbeutel"-Pressen, die viel manueller im Betrieb sind, aber besonders für große bearbeitbare Rohlinge geeignet sind oder Rohlinge, die in sekundären Arbeitsgängen geschnitten oder anderweitig in die endgültige Form gebracht werden.

Werden Teile aus technischer Keramik benötigt, bei denen das Verhältnis von Länge zu Durchmesser sehr groß ist, kann Extrusion verwendet werden. Es gibt zwei Typen von Keramikextrudern, von denen einer der Kolbentyp ist, bei dem eine hydraulische Kraft einen Stößel drückt, der wiederum die Keramik durch den beladenen Materialzylinder zu und durch die Düse drückt, die das Extrudat bildet. Der zweite Extrudertyp ist ein Schnecken- oder Schneckentyp, bei dem sich eine Schnecke dreht und das Material zu und durch die Matrize drückt, die das Teil wieder formt. Bei beiden Extrusionsarten muss das Rohmaterial plastifiziert werden, um das Fließen des Materials im Prozess zu ermöglichen und zu induzieren.

Komplexe technische Keramikteile werden häufig im Spritzgussverfahren oder im „Heißwachsguss“ geformt. Beide basieren auf wärmeempfindlichen Weichmachern, um den Materialfluss in eine Düse zu ermöglichen. Das Teil wird dann schnell abgekühlt, um es aus der Matrize zu entfernen. Das Keramikspritzgießen ähnelt dem Kunststoffspritzgießen, bei dem verschiedene Polymere zum Plastifizieren verwendet werden. Beim Heißwachsformen wird weitgehend Paraffinwachs verwendet .

Andere Techniken

Es gibt auch verschiedene traditionelle Techniken des Handbauens , wie Kneifen , weiche Platten , harte Platten und Coil-Konstruktion .

Andere Techniken beinhalten das Einfädeln von tierischen oder künstlichen Wollfasern durch Paperclay- Schlicker, um Materialschichten aufzubauen. Das Ergebnis kann über Formen gewickelt oder geschnitten, getrocknet und später mit flüssigem und weichem Paperclay verbunden werden.

Beim Formen sehr dünner Platten aus keramischem Material wird üblicherweise "Bandguss" verwendet. Dabei wird der Schlicker (der ein polymeres "Bindemittel" enthält, um ihm Festigkeit zu verleihen) auf ein sich bewegendes Trägerband gegossen und dann unter einer stationären " Rakel " geführt, um die Dicke einzustellen. Anschließend wird der Laufschlicker luftgetrocknet und das so entstandene "Band" vom Trägerband abgezogen, in rechteckige Formen geschnitten und weiterverarbeitet. Es können bis zu 100 Tape-Schichten im Wechsel mit leitfähigen Metallpulverschichten gestapelt werden. Diese werden dann gesintert ("gebrannt"), um das Polymer zu entfernen und so "Mehrschicht"-Kondensatoren, Sensoren usw. herzustellen. Laut DW Richerson von der American Ceramic Society werden täglich mehr als eine Milliarde solcher Kondensatoren hergestellt. (Ungefähr 100 sind in einem typischen Mobiltelefon und ungefähr tausend in einem typischen Auto.)

Gelguss ist eine weitere Technik zur Herstellung von Ingenieurkeramik.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Knacken und Verziehen" . marjoceramics.com . Abgerufen 2021-06-03 .
  2. ^ Wanget al. Additive Manufacturing of Ceramics from Preceramic Polymers : A Versatile Stereolithographic Approach Assisted by Thiol-Ene Click Chemistry, Additive Manufacturing 2019 Band 27 Seiten 80 -90