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Der Keramikspritzgussprozess

Vom Pulver zum Feedstock (Auswahl/ Aufbereitung/ Compoundierung)

Entsprechend den Funktionsanforderungen an das fertige Bauteil wird das keramische Pulver ausgewählt. Durch Mischen von verschiedenen Keramikpulvern ist es darüber hinaus möglich das materialspezifische Eigenschaftsprofil zu ändern und an die Applikation auszurichten. Das keramische Pulver oder Pulvergemisch wird dann mit wachs- oder thermoplastbasierenden Komponenten (Bindersysteme) gemischt, homogenisiert und granuliert. Dieser Feedstock ist mittels Bindersystem plastifizierbar und folglich in einer Spritzgießmaschine verwendbar. Die notwendige Massetemperatur wird durch das Bindersystem bestimmt.

Spritzgießen

Der plastifizierte Feedstock wird unter Druck in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt. Im Keramikspritzgießwerkzeug geht der Werkstoff durch Abkühlung wieder in den festen Zustand über und wird nach dem Öffnen des Keramikspritzgießwerkzeuges als Fertigteil entnommen. Der Hohlraum (Kavität) des Keramikspritzgießwerkzeuges bestimmt dabei die Form und die Oberflächenstruktur des fertigen Teiles. Mittels entsprechender Werkzeugtechnik können dabei 3-dimensionale Geometrien in einem Prozessschritt abgebildet werden.

Entbindung

Das Ziel der Entbindung ist ein vollständiges Herauslösen des organischen Binders ohne Beeinflussung von der Bauteilgeometrie und der chemischer Reinheit des Werkstoffs. Je nach Feedstock sind verschiedene Entbindungsstrategien erforderlich.

  • Thermisch
  • Katalytisch
  • Lösemittel

Sintern

Die entbundene Teile werden bei der werkstoffspezifischen Temperatur (z.B.: Al2O3 –ca. 1.650°C; ZrO2 ca. 1.400°C) gesintert. Dabei wachsen die keramischen Körner zusammen, schließen die durch das Entbunden entstandenen Poren und bilden ein geschlossenes, dichtes Gefüge. Der dabei auftretende Schwund (materialabhängig zwischen 16 -28%) wird im Vorfeld in die Werkzeugkonstruktion berücksichtigt. Eine angepasste Temperaturführung und geeignete Sinterunterlagen oder auch Sinterhilfsmittel bestimmen eine hohe Maßhaltigkeit und Bauteilqualität.

Mechanische Bearbeitung (Option)

Idealerweise werden die Bauteile „as fired“ verwendet. Jedoch kann ausfunktionellen (z.B. Oberfläche poliert; extreme Kantenschärfe ...) oder maßlichen Gründen eine mechanische Nacharbeit erforderlich sein. Grundsätzlich sind alle mechanischen Bearbeitungsmethoden wie Flach-oder Rundschleifen, Gleitschleifen, Bohren, Läppen, Honen... möglich.

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