Keramikverarbeitung mit METHOCEL™

Über keramische Bindemittel

Bindemittel werden bei der „grünen“ Keramikverarbeitung verwendet, um die mechanische Gesamtfestigkeit vor dem Brennen zu erhöhen und sicherzustellen, dass alle Teile die Sinterphase erreichen. Die Verwendung eines Bindemittels in einem Keramiksystem verhindert, dass Keramikteile während verschiedener Produktionsmethoden brechen oder auseinanderfallen, bis die Teile zum Brennen bereit sind. Es gibt viele Arten von Keramikbindemitteln, aber wirksame Bindemittel müssen alle folgenden Standards erfüllen:

• Erhöht die mechanische Festigkeit
• Kein Anhaften der Keramikpaste an der Verarbeitungsausrüstung
• Effektives Ausbrennen mit geringem Aschegehalt beim Brennen
• Keine Beeinträchtigung der Glasur

Arten von Keramikbindemitteln

In der Keramikindustrie werden Dutzende verschiedener Bindemittel verwendet, die meisten können jedoch als anorganisch oder organisch kategorisiert werden.

Anorganische Bindemittel

Anorganische Bindemittel sind mineralbasiert, oft mit Silikatchemie. Diese Zusatzstoffe erhöhen die mechanische Festigkeit bei der Keramikverarbeitung bei extrem hohen Temperaturen. Gängige Materialien sind Natriumsilikat und Bentonit. Anorganische Bindemittel sind zwar relativ kostengünstig, können aber eine höhere Materialmenge erfordern, was zu potenziellen Viskositätsproblemen und Keramikfehlern während der Extrusion führen kann.

Organische Bindemittel

Organische Bindemittel sind alle nicht auf Mineral basierenden Polymermaterialien, die während des Trocknungsprozesses Wasserstoffbrücken mit Keramikpulverpartikeln bilden. Diese Bindemittel sind in der Regel teurer als anorganische, können jedoch häufig in kleineren Mengen verwendet werden und bieten bei der Keramikextrusion und -verarbeitung einige Vorteile, die ausschließlich organischen Materialien vorbehalten sind.

Das ideale Keramikbindemittel ist METHOCEL™

METHOCEL™ ist eine Produktlinie von IFF mit Methylcellulose- und Hydroxypropylmethylcellulosepulvern. Diese Pulver sind wirksame organische Bindemittel und Verarbeitungshilfsmittel bei der Herstellung von Hochleistungskeramiken. Diese Polymere sind wasserlöslich und unterscheiden sich von anderen organischen Bindemitteln durch eine dreidimensionale Gelstruktur, die sich bei hohen Temperaturen bildet. Diese Struktur verleiht den konsolidierten Pulverkompaktkeramikkomponenten (Grünkörper) während der Extrusion, beim Trocknen und während des Brennvorgangs zusätzliche Stabilität. Diese METHOCEL™-Struktur während der thermischen Gelierung verhindert außerdem die Migration des Bindemittels und verringert die Möglichkeit von Spannungsrissen und Blasen während des Sinterprozesses.

Verhinderung der Bindemittelmigration

Beim Trocknen von Keramikkörpern wandern viele organische Bindemittel zusammen mit dem verdunstenden Wassergehalt an die Oberfläche. Durch diesen Prozess kann sich eine „Haut“ bilden, die ein weiteres Trocknen verhindert und beim Brennen zu Problemen führt. Beim Brennen kann die ungleichmäßige Bindemittelverteilung zu Oberflächenfehlern wie Spannungsrissen und Kornwachstum führen, wenn das Material zu einem festen Zustand sintert.

METHOCEL™-Bindemittel bleiben aufgrund des dreidimensionalen Netzwerks, das während der thermischen Gelierung entsteht, während des Trocknungsprozesses fest und wandern nicht. Dadurch können Keramikkörper, die METHOCEL™ enthalten, gleichmäßiger gebrannt werden, ohne sich zu entbinden, und es ist weniger wahrscheinlich, dass Oberflächenfehler auftreten.

Verwendung von METHOCEL™ zur Verbesserung keramischer Prozesse

METHOCEL™ kann Keramikherstellungsprozesse vereinfachen und die Effizienz verbessern. Die oben beschriebene thermische Gelierungseigenschaft verbessert mehr als nur die Grünfestigkeit von Keramikkörpern. Wenn METHOCEL™ als Bindemittel hinzugefügt wird, ändert es bei Gelierungstemperaturen die Keramikmischung von adhäsiv zu kohäsiv.

Die Auswirkung der thermischen Gelierung auf die Grünfestigkeit

Die obige Grafik veranschaulicht den starken Anstieg der Grünfestigkeit bei Verwendung eines Drehmomentrheometers zur Messung der Viskosität einer Aluminiumoxid-Keramik-Mischung mit METHOCEL™ A4M, wenn diese über der thermischen Gelierungstemperatur gehalten wird.

Keramikmischung in einem Drehmoment-Rheometer

Diese Bilder zeigen eine Keramikmischung mit METHOCEL™, die in einem Drehmomentrheometer bei Temperaturen über und unter dem thermischen Gelpunkt beobachtet wurde. Wenn die Keramikmischung über dem thermischen Gelpunkt liegt, klebt sie nicht und kann sich bei der Keramikverarbeitung sauber von Metalloberflächen trennen. Diese Eigenschaft ist beim Spritzgießen und bei der Herstellung feiner Keramikextrusionen äußerst hilfreich.

METHOCEL™ Bindemittelvarianten

Die dynamische Viskosität, die thermische Gelierungstemperatur und die Gelfestigkeit einer Keramikmischung mit METHOCEL™ variieren je nach verwendeter Qualität und Konzentration.

Bei unterschiedlichen Konzentrationsstufen und Temperaturen kommt es aufgrund der thermischen Gelierung zu einem deutlichen Anstieg der Viskosität. Dieser Anstieg erleichtert es, die richtige Balance der Eigenschaften für Ihre spezielle Keramikanwendung zu erreichen.

Auswahl des richtigen METHOCEL™-Produkts

Die Auswahl einer METHOCEL™-Qualität für eine Keramikanwendung hängt von Ihren Verarbeitungsanforderungen und der Zusammensetzung der Keramikmischung ab.

Die folgende Tabelle listet Qualitäten als anwendungsbezogene Empfehlung auf.

Je nach Ihren Anforderungen können auch andere METHOCEL™-Qualitäten empfohlen werden.

Unsere Spezialisten helfen Ihnen gerne dabei, die richtige METHOCEL™-Qualität zu finden und Ihnen eine Probe zu besorgen. Klicken Sie unten, um Ihre Anwendung mit uns zu besprechen.