Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel war die Substitution von organischen L\u00f6semitteln durch Wasser, bei der Herstellung keramischer Folien. Die entwickelten Folien auf w\u00e4ssriger Basis sollten hinsichtlich ihrer charakteristischen Eigenschaften vergleichbar mit den konventionell hergestellten Folien auf organischer Basis sein. Der Einsatz organischer L\u00f6semittel hat sich, in technischer Hinsicht, bei der Produktion von keramischen Folien jahrelang bew\u00e4hrt. Auf der anderen Seite belasten organische L\u00f6semittel Mensch und Umwelt. Dies war die Motivation zur Durchf\u00fchrung unseres Vorhabens.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1)\tAuswahl der keramischen Pulver und deren Charakterisierung
\n2)\tAuswahl der chemischen Hilfsstoffe
\n3)\tAufbau \/ Umbau der elektrischen Messtechnik
\n4)\tDispergier und Vertr\u00e4glichkeitsuntersuchungen
\n5)\tVerfahrenstechnische Erprobung der einzelnen Ans\u00e4tze
\n6)\tBewertung der Teilergebnisse, Planung des weiteren Vorgehens
\n7)\tOptimierung der chemischen Hilfsstoffe
\n8)\tOptimierung der Trocknung und Anpassung der technischen Anlagen
\n9)\tVorversuche Bildanalyse
\n10)\tBeurteilung der Gr\u00fcnfolien
\n11)\tTrocknung der Gr\u00fcnfolien
\n12)\tSinterung der Gr\u00fcnfolien und Charakterisierung der Ausbrennstoffe
\n13)\tOptimierung der Sinterung
\n14)\tBauteileigenschaften: elektrische und chemisch-physikalische Untersuchungen<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Projektes gelang die Herstellung rissfreier keramischer Folien auf w\u00e4ssriger Basis mit ansprechenden Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4ten.
\nAus \u00f6kologischen und \u00f6konomischen Gesichtspunkten war die Redispergierung der Gr\u00fcnfolien und die Wiedereinf\u00fchrung des Rezyklats in die Produktion eine Maxime des Projektes. Insbesondere bei der Realisierung komplexer Abmessungen fallen Stanzabf\u00e4lle in gro\u00dfen Mengen an.
\nAufgrund des hydrophilen Charakters der wasserl\u00f6slichen Binder, wurde eine gute Redispergierbarkeit erzielt. Allerdings reagierten diese Folien sensibel auf klimatische Ver\u00e4nderungen. Daraus ergaben sich Beeintr\u00e4chtigungen der Folieneigenschaften hinsichtlich Flexibilit\u00e4t, H\u00e4rte und Festigkeit. Das dadurch eingeschr\u00e4nkte Prozessfenster und Handling bedingt Schwierigkeiten bei der Umsetzung zur gro\u00dftechnischen Fertigung.
\nDer Einsatz von Dispersionsbindern auf w\u00e4ssriger Basis f\u00fchrte zu Gr\u00fcnfolien, die relativ unempfindlich gegen\u00fcber klimatischen Ver\u00e4nderungen sind. Die charakteristischen Folieneigenschaften sind insgesamt positiv zu beurteilen. Allerdings war eine vollst\u00e4ndige Redispergierung nicht m\u00f6glich.
\nSomit ergibt sich eine Ambivalenz zwischen vollst\u00e4ndiger Redispergierung und konstanten Folieneigenschaften. Eine effektive Aufbereitung des keramischen Schlickers ist aufgrund der Kompatibilit\u00e4t der Schlickerkomponenten und der daraus resultierenden niedrigen Viskosit\u00e4t unproblematisch.
\nDem entgegen stehen Schwierigkeiten bei der Entl\u00fcftung des w\u00e4ssrigen Schlickers. Die hohe Oberfl\u00e4chenspannung des Wassers beeintr\u00e4chtigte das Austreiben der Blasen.
\nAufgrund des geringen Dampfdrucks gestaltet sich auch die Trocknung auf konventionelle Art (Strahlung, Konvektion) schwierig. Die Diffusion vom Folieninneren zur Oberfl\u00e4che war sehr zeitintensiv. Ausgehend von der schnelleren Trocknung an der Oberfl\u00e4che kommt es zu einer schichtweisen, inhomogenen Trocknung. Diese Inhomogenit\u00e4ten erzeugen Spannungen in der Folie. Die bereits getrocknete Oberfl\u00e4che ger\u00e4t dadurch unter Zugspannungen, Trocknungsrisse sind die Folge.
\nEine vielversprechende Alternative stellt die Mikrowellentrocknung dar. Durch sie besteht die M\u00f6glichkeit Trocknungszeiten zu realisieren, die im Bereich der organischen Systeme liegen k\u00f6nnen.
\nVoraussetzung daf\u00fcr ist allerdings ein homogenes Mikrowellenfeld und eine Peripherie, die den Anspr\u00fcchen der Folientrocknung gen\u00fcgt. Durch eigene Versuche konnte die prinzipielle Eignung der Mikrowel-lentechnik zur Trocknung von Gr\u00fcnfolien auf w\u00e4ssriger Basis gezeigt werden. Allerdings sind auf dem Markt noch keine kommerziellen Anlagen speziell zur Folientrocknung verf\u00fcgbar. Auch zur Adaption an bestehende Gie\u00dfb\u00e4nder muss noch Entwicklungsarbeit geleistet werden.
\nBei der Sinterung haben sich eingesetzte Standardprogramme als geeignet erwiesen. Die abgeschlossenen Schwindungsvorg\u00e4nge sprechen f\u00fcr eine ausreichende Temperatur und Haltezeit.
\nMit den wasserl\u00f6slichen Bindern wurden teilweise theoretische Dichten um 99% erreicht. Mit den Dispersionsbindern lagen die Dichten im Bereich von 98%. Es besteht aber offensichtlich eine Diskrepanz zwi-schen, den mittels Auftriebsmethode, ermittelten Dichtewerten und den Aufnahmen mit dem Rasterelektronenmikroskop. Die REM-Aufnahmen zeigen Porosit\u00e4ten, die theoretische Dichten von 98% und 99% unwahrscheinlich erscheinen lassen.
\nAusreichende Sinterdichten >99,5% werden f\u00fcr entsprechende Applikationen im Bereich der Elektrotechnik, Brennstoffzellentechnik und Sensorik gefordert.Trotz der niedrigen Dichten wurden an den, auf w\u00e4ssriger Basis gefertigten, Substraten Leitf\u00e4higkeiten von 14 S\/m gemessen. Allerdings besteht noch erheblicher Optimierungsbedarf gegen\u00fcber den Standardsubstraten an denen 16 S\/m gemessen wurden (Messungen bei 1000\u00b0C).<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Vortrag im Rahmen der DKG-Tagung vom 08.-10.10.2001 in Bayreuth.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen des Projektes konnten gro\u00dfe Fortschritte hinsichtlich der Substitution organischer L\u00f6semittel durch Wasser erreicht werden. Insbesondere gelang die Realisierung rissfreier Gr\u00fcnfolien mit anspre-chenden Oberfl\u00e4cheneigenschaften. Die niedrigeren erzielten Leitf\u00e4higkeits- und Dichtewerte der Substrate verglichen mit dem Standardmaterial wirken sich, aufgrund der Anwendungen, bei Folien aus Zirkonoxid nachteilig aus. Hier muss noch Entwicklungsarbeit geleistet werden bevor der gro\u00dftechnische Einsatz realisiert werden kann. Allerdings besteht bei Massen mit anderen Anforderungsprofilen, wie Porzellan und por\u00f6sen Keramiken, die M\u00f6glichkeit einer gro\u00dftechnischen Produktion auf w\u00e4ssriger Basis. Die Umstellung auf w\u00e4ssrige Systeme wurde bereits teilweise realisiert und zuk\u00fcnftig, bei entsprechenden Produkten, weiter vorangetrieben.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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