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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING A CERAMIC MOULDED BODY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/137483
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a ceramic moulded body, comprising the following steps: a) producing a green body containing ceramic material, binding agents and an organic pore forming agent; b) heating the green body to a temperature higher than the sublimation and/or decomposition temperature of the pore forming agent; c) burning the green body to form a ceramic moulded body. According to the invention, the binding agent comprises polyglycols and fumaric acid.

Inventors:
CHRISTIANI, Siegbert (Elbvillenweg 2, Dresden, 01139, DE)
WENZEL, Christian (Leipziger Str. 117, Dresden, 01127, DE)
Application Number:
EP2017/052829
Publication Date:
August 17, 2017
Filing Date:
February 09, 2017
Export Citation:
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Assignee:
HERMES SCHLEIFKÖRPER GMBH (Lohrmannstrasse 21, Dresden, 01237, DE)
International Classes:
B24D3/00; B24D3/18; B24D3/34; B24D18/00; C04B35/111; C04B35/63; C04B35/634; C04B35/638; C04B38/06
Foreign References:
EP2540445A12013-01-02
EP2546212A12013-01-16
DE2247103A11974-04-04
US20100159805A12010-06-24
EP0122640A21984-10-24
Attorney, Agent or Firm:
GLAWE DELFS MOLL PARTNERSCHAFT MBB VON PATENT- UND RECHTSANWÄLTEN (Postfach 13 03 91, Hamburg, 20103, DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers, mit den Schritten: a) Herstellen eines Grünkörpers enthaltend Keramikmate¬ rial, Bindemittel und einen organischen Porenbildner; b) Erwärmen des Grünkörpers auf eine Temperatur über der Sublimations- und/oder Zersetzungstemperatur des Poren¬ bildners ; c) Brennen des Grünkörpers zu einem keramischen Formkör¬ per; dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel Polygly- kole und Fumarsäure umfasst.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyglykole Polyethylenglykole mit einer Molmasse von 100 bis 20.000, weiter vorzugsweise 200 bis 10.000, weiter vorzugsweise 250 bis 8000 sind..

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fumarsäure zusätzlich als Porenbildner eingesetzt werden .

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenbildner als Feststoff in wenigstens zwei unter¬ schiedlichen Partikelgrößenfraktionen eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die feinere Partikelgrößenfraktion eine Korngröße von 1- weiter vorzugsweise

Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Anteil des Porenbildners am Gesamt gewicht des Grünkörpers in Schritt a) des Anspruchs 1 zwi sehen 2 und 60 Gew.-%, vorzugsweise 2 und 50 Gew.-%, wei¬ ter vorzugsweise 10 und 50 Gew. -%, weiter vorzugsweise 10 und 30 Gew.-%, weiter vorzugsweise 15 und 20 Gew.-% liegt

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Erwärmen in Schritt b) des An¬ spruchs 1 mit einer Aufheizrate von 2 bis 80°C/h, Vorzugs weise 20 bis 60°C/h erfolgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass vor dem Erwärmen in Schritt b) des An¬ spruchs 1 zusätzlich ein Erwärmen auf eine Temperatur un¬ terhalb der Sublimationstemperatur des Porenbildners, vor zugsweise 40 bis 90°C, erfolgt und der Grünkörper bei die ser Temperatur vorzugsweise für 4 bis 48 h gehalten wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der keramische Formkörper ein Werkzeug aus gebundenem Schleifmittel ist.

Description:
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Formkörpers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ke ¬ ramischen Formkörpers, insbesondere eines porösen Werkzeugs aus gebundenem Schleifmittel.

Werkzeuge aus gebundenem Schleifmittel finden in der Technik umfangreich Verwendung zur Oberflächenbearbeitung. Solche Werkzeuge sind beispielsweise Schleifscheiben, Schleifseg ¬ mente, Schleifstäbe oder Honsteine.

Zur Herstellung eines solchen Werkzeugs wird ein Schleifmittel (beispielsweise Korund, Siliciumcarbid, Diamant oder CBN einer gewünschten Körnung) mit einem Bindemittel (insbesondere einem keramischen Bindemittel), ggf. Additiven und temporären Binde ¬ mitteln zu einer Mischung verarbeitet. Diese wird zu einem Grünkörper der gewünschten Form verpresst. Der Grünkörper wird anschließend bei geeigneten Temperaturen getrocknet, ggf. von Porenbildnern befreit und schließlich keramisch gebrannt.

Abhängig vom Einsatzzweck soll ein solches Werkzeug eine be ¬ stimmte Porosität, meist auch eine bestimmte Porenform, Poren ¬ größe und Porengrößeverteilung aufweisen. Es ist daher be ¬ kannt, der Mischung einen Porenbildner (meist Naphthalin) zu ¬ zusetzen, der im Grünkörper entsprechende Raumanteile ein ¬ nimmt. Der Porenbildner wird durch Verdampfen, Sublimieren o- der auch durch Verbrennen entfernt. Dies kann während der Auf- heizphase des Sintervorgangs oder in einem zeitlich vorgela ¬ gerten Verfahrensschritt bei niedrigeren Temperaturen erfol ¬ gen. Insbesondere Naphthalin kann bereits bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen entfernt werden, nämlich durch Sublima ¬ tion bei ca. 80°C. Weitere wichtige Vorteile des Naphthalins sind die gute Mischbarkeit mit anderen Rezepturkomponenten so ¬ wie die sehr geringe Rückfederung nach dem Pressen, wodurch Risse im Grünkörper vermieden werden. Schließlich wird das Entfernen bei einer relativ niedrigen Temperatur ermöglicht, bei der ohnehin der Schleifkörper getrocknet wird und andere Bestandteile der SchleifScheibenmischung, wie z. B. Bindungs ¬ komponenten, noch nicht aktiviert werden.

Nachteilig an Naphthalin als Porenbildner sind dessen toxische und umweltgefährdende Eigenschaften. Durch einen intensiven und typischen Eigengeruch belastet es die Fertigungsstätten sowie über die Abluft auch die nähere Umgebung. Die Aufwendun ¬ gen für Arbeits- Gesundheits- und Umweltschutz dominieren die entsprechenden Fertigungsschritte im Herstellungsprozess . Wei ¬ terhin vermag Naphthalin zusammen mit Luft explosionsfähige Gemische zu bilden. Dementsprechend sind aufwändige und kos ¬ tenintensive Sicherheitsvorkehrungen erforderlich.

Im Sinne einer Nachh .ltigkeit und Ressourcenemsparung wäre prinzipiell möglich, Naphthalin durch Resublimation aufzube- reiten und erneut zu verwenden. Dieses Verfahren ist jedoch unwirtschaftlich, so dass es üblicherweise einer Nachverbren nung zugeführt wird.

Aufgrund der gravierenden Nachteile des Naphthalins wurden zahlreiche Versuche unternommen, dieses durch alternative Po- renbildner zu ersetzen. Zum Einsatz kamen dabei beispielsweise Granulate von Nussschalen oder von Kunststoffen, Dextrin, Zel ¬ lulose, Kohle (Petrolkoks oder Aktivkohle) , Kakaopulver oder auch Wachse. Abgesehen vom Para-Dichlorbenzol , welches ähnli ¬ che - positive wie negative - Eigenschaften wie Naphthalin aufweist, weisen diese Alternativen, bezogen auf die unter ¬ schiedlichen Fertigungsschritte, erhebliche, zum Teil mehrere der nachfolgend aufgeführten Nachteile auf:

Stoffe bewirken eine Rückfederung nach der Formgebung. Die Grünlinge zeigen unmittelbar nach dem Ausstoßen aus dem

Formwerkzeug oder nach kurzer Zeit Risse

Poröse Porenbildner, z.B. Aktivkohle, entziehen der Masse Feuchtigkeit, so dass sich selbst bei einer kurzen Lager ¬ zeit der Mischungen deren Beschaffenheit verändert

- Stoffe enthalten Eisenverbindungen, die anorganische Rück ¬ stände als rotbraune, harte Flecken im gebrannten Schleif ¬ körper hinterlassen

Schmelzfähige Stoffe können zwar durch Verdampfung der flüssigen Phase (also nicht durch Sublimation) entfernt werden, jedoch sind hierzu deutlich höhere Temperaturen als

80°C erforderlich. Ähnlich wie beim Naphthalin können sich dadurch explosionsfähige Gemische bilden

Die Möglichkeit des Verdampfens von Stoffen im Brennofen erfordert meist eine verlängerte Haltezeit, welche die Produktivität der Brennanlage deutlich senken kann. Wei ¬ terhin können sich bei diesem Verfahren explosionsfähige Gemische bilden sowie Mischungskomponenten vorzeitig ak ¬ tiviert werden.

Das Verbrennen oder Zersetzen von Porenbildnern im Brenn- ofen kann zu einer derart intensiven Gasentwicklung füh ¬ ren, dass der noch nicht ausreichend feste Grünling wäh ¬ rend des Brandes gesprengt wird. Das Verbrennen von Porenbildnern bewirkt eine zusätzliche Wärmeentwicklung, welche eine lokale Abweichung von der Soll-Temperatur verursachen kann.

Insbesondere bei voluminösen Schleifkörpern kann lokal ein Mangel an Sauerstoff bestehen mit dem Ergebnis einer unvollständigen Verbrennung. Dadurch verbleiben im

Schleifkörper schwarze, kohlenstoffhaltige Reste, welche u. a. die Reinheit, Homogenität der Härte und die

Schleifleistungen des Schleifkörpers beeinträchtigen.

- Unabhängig von den Bedingungen des Trocknens und Brennens kann die Verwendung von unterschiedlichen Porenbildnern zu veränderten Eigenschaften des Endproduktes führen. So wiesen mit Naphthalin-Ersatzstoffen hergestellte Schleif ¬ körper zum Teil mangelhafte Schleifleistungen und herab- gesetzte mechanische Festigkeiten auf.

Stoffe lassen sich nicht homogen mit der restlichen Schleif ¬ körpermasse vermischen.

In EP 2 251 143 AI wird ein Verfahren offenbart, das Wachs als Porenbildner einsetzt und dieses nach Verflüssigung vor dem

Brennprozess mittels eines Absorptionsmittels entzieht. Damit werden viele der oben genannten Nachteile überwunden, jedoch ist keine vollständige Entfernung des Wachses aus dem Grünkör ¬ per möglich. Entsprechend reagieren die verbleibenden Restmen- gen während des Brennvorgangs exotherm und können ohne ent ¬ sprechende Vorkehrungen den Schleifkörper schädigen.

EP 2 540 445 AI offenbart die Verwendung von Oxalsäure als Po ¬ renbildner. Diese zersetzt sich beim Erwärmen des Grünkörpers in gasförmige Zersetzungsprodukte.

Bei der Herstellung eines Grünkörpers wird regelmäßig ein tem ¬ poräres Bindemittel eingesetzt. Dieses temporäre Bindemittel dient dazu, bei der Herstellung und Handhabung des Grünkörpers dessen strukturelle Integrität und Formtreue zu bewahren, bis diese durch das eigentliche Sintern zum keramischen Formkörper (und durch das keramische Bindemittel) gesichert ist.

Im Stand der Technik werden als temporäre Bindemittel bei ¬ spielsweise Dextrin/Wasser-Systeme eingesetzt. Dieses Binde- mittelsystem ist gesundheitlich unbedenklich und kann im Ver ¬ lauf des Brennprozesses gut entfernt (ausgebrannt) werden, je ¬ doch verändert sich die Festigkeit eines damit gebundenen Grünkörpers abhängig von Luftfeuchte/Wassergehalt , so dass die Lagerung eines mit diesem Bindemittels System hergestellten Grünkörpers bei nicht definierter Luftfeuchtigkeit beispiels ¬ weise zu Defekten (Trockenrissen) führen kann.

Ebenfalls im Stand der Technik ist Wachs als temporäres Binde ¬ mittel bekannt. Ein wesentlicher Nachteil von Wachs ist, dass beim Erwärmen/Ausbrennen zündfähige Gemische entstehen können, so dass aufwändige Schutzmaßnahmen zu treffen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, dass eine einfache und prozesstechnisch gut handhabbare Herstellung eines keramischen Formkörpers ermöglicht und die oben beschriebenen Nachteile der bekannten temporären Bindemittel vermeidet oder vermin ¬ dert . Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung ei ¬ nes keramischen Formkörpers, mit den Schritten: Herstellen eines Grünkörpers enthaltend Keramikmate ¬ rial, Bindemittel und einen organischen Porenbildner; b) Erwärmen des Grünkörpers auf eine Temperatur über der Sublimations- und/oder Zersetzungstemperatur des Poren ¬ bildners ; c) Brennen des Grünkörpers zu einem keramischen Formkör ¬ per .

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bindemittel Polygly ¬ kole und Fumarsäure als eine zur Veresterung mit den endstän ¬ digen Hydroxygruppen der Polyglykole fähige zweiwertige Car ¬ bonsäure umfasst.

Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Be ¬ griffe erläutert.

Die Begriffe „keramischer Formkörper", „Werkzeug aus gebunde ¬ nem Schleifmittel", „Schleifmittel", „Bindemittel" sowie „Grünkörper" werden in der vorliegenden Anmeldung so verwen ¬ det, wie sie dem Fachmann aus dem Stand der Technik geläufig sind .

Bei Keramikmaterial handelt es sich um ein anorganisches Mate ¬ rial, das als solches im Sinterprozess unverändert bleibt.

Beispielsweise kann es sich um Schleifkorn handeln.

Der Begriff Bindemittel umfasst sowohl keramisches Bindemittel zur Herstellung der Keramikbindung während des Sinterprozesses als auch temporäres Bindemittel. Temporäre Bindemittel dienen zum einen der Herstellung bzw. Sicherung der Formstabilität im Zuge der Herstellung, Lagerung und Bewegung des Grünkörpers und zum anderen der Sicherung der strukturellen Integrität im Zuge des Aufheizens zum Entfernen des Porenbildners.

Kern der Erfindung ist es, dass das Bindemittel Polyglykole, bevorzugt Polyethylenglykole (PEG) , sowie Fumarsäure als eine mit den endständigen Hydroxygruppen der Polyglykole reaktions ¬ fähige zweiwertige Carbonsäure umfasst.

Die Erfindung hat erkannt, dass überraschenderweise Polygly- kole, bevorzugt Polyethylenglykole, mit Fumarsäure ein vor ¬ teilhaftes temporäres Bindemittelsystem bilden.

Ein die Erfindung nicht beschränkender Erklärungsversuch für dieses überraschende vorteilhafte Verhalten ist es, dass die endständigen OH-Gruppen der Polyethylenglykole mit den Car- boxylgruppen unter Esterbildung reagieren und so ein temporä ¬ res Bindemittelsystem bilden. Die Bindung (Veresterung) von Säure und Polyethylenglykolen erfolgt bevorzugt bei einer Tem ¬ peratur, die unterhalb der Sublimationstemperatur des verwen- deten Porenbildners liegt. Fumarsäure verestert mit Polyethyl ¬ englykolen bei etwa 165 °C, dies liegt deutlich unterhalb der Sublimationstemperatur von 180 bis 200 °C. Eine ausreichende Veresterung von Fumarsäure kann erfindungsgemäß auch bei nied ¬ rigeren Temperaturen, z.B. etwa 90°C, erreicht werden. Dies erfordert aber, die Temperatur länger zu halten.

Eine solche Veresterung findet insbesondere mit niedermoleku ¬ laren, flüssigen PEG beispielsweise im Molekulargewichtsbe ¬ reich 300 bis 600 statt. Das so ab etwa 165 °C gebildete tem- poräre Bindemittelsystem dient insbesondere der Stabilisierung des Grünkörpers im Zuge des nachfolgenden Entfernens des Po ¬ renbildners . Davon zu unterscheiden ist ein noch eine Stufe vorgelagertes temporäres Bindemittelsystem, das bereits im Zuge der Herstel ¬ lung, Lagerung und Bewegung des Grünkörpers vor dem ersten Aufheizen zur Sicherung der gewünschten Formstabilität und Handhabbarkeit dient. Für diese initialen Bindemittel können im Stand der Technik bekannte temporäre Bindemittelsysteme verwendet werden, die bspw. ebenfalls PEG umfassen. Dabei kom ¬ men bevorzugt höhermolekulare, feste PEG wie beispielsweise PEG 6000 zur Anwendung.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Fumarsäure weist eine Zerset ¬ zungstemperatur bzw. Sublimationstemperatur auf, die oberhalb der Reaktionstemperatur mit den Polyethylenglykolen liegt, da ¬ mit die Reaktion zum erfindungsgemäßen Bindemittelsystem stattfinden kann. Somit wäre beispielsweise Oxalsäure erfin ¬ dungsgemäß nicht verwendbar, da sich diese ab etwa 150 °C zer ¬ setzt, was unterhalb der Reaktionstemperatur mit Polyethyl ¬ englykolen liegt. Die Erfindung hat erkannt, dass dieses Bindemittelsystem die

Herstellung fester, lagerstabiler und von der Feuchtigkeit bei der Lagerung unabhängiger Grünkörper ermöglicht. Das Bindemit ¬ telsystem kann rückstandsfrei und ohne Bildung zündfähiger Gasgemische oder unerwünschter Verbrennungsrückstände (schwar- zer Kerne) ausgebrannt werden. Das System ist bis zur Entbin- derung stabil und zeigt beispielsweise vorher kein unerwünsch ¬ tes Aufschmelzen oder Aufkochen.

Vorteilhafte Molekulargewichtsbereiche für die Polyethylengly- kole sind 100 bis 20.000, weiter vorzugsweise 200 bis 10.000, weiter vorzugsweise 250 bis 8000. PEG im Molekulargewichtsbe ¬ reich bis 600 sind typischerweise flüssig. Ein bevorzugter Be ¬ reich solcher flüssiger PEG ist 300 bis 600. Erfindungsgemäß können als Porenbildner alle aus dem Stand der Technik bekannten Porenbildner eingesetzt werden. Jedoch ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, wenn die als Bestandteil des erfindungsgemäßen Bindemittelsystems ein ¬ gesetzte Fumarsäure zusätzlich als Porenbildner eingesetzt wird . Bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Fumarsäure bzw. der Porenbildner somit eine Doppel ¬ funktion ausüben. Im ersten Schritt wird er Bestandteil eines temporären Bindemittels durch Reaktion (Veresterung) mit Poly- glykolen bzw. Polyethylenglykolen. Im zweiten Schritt (bei hö- herer Temperatur) sublimiert der Rest des Porenbildners und wird so aus dem Grünkörper entfernt. Bei einer noch höheren Temperatur während des Sinterns wird dann das temporäre Binde ¬ mittelsystem ausgebrannt. Damit der Porenbildner diese Doppelfunktion ausüben kann, muss er in einem hinreichenden stöchiometrischen Überschuss relativ zu den Polyethylenglykolen zugegeben werden. Der im ersten Schritt nicht mit den Polyethylenglykolen reagierte Anteil verbleibt dann als Porenbildner im Grünkörper.

Die Bindung (Veresterung) von Säure und Polyethylenglykolen erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur, die unterhalb der Sub ¬ limationstemperatur des verwendeten Porenbildners liegt. Bei ¬ spielsweise verestert Fumarsäure mit Polyethylenglykolen bei etwa 165 °C, dies liegt deutlich unterhalb der Sublimations ¬ temperatur von 180 bis 200 °C. Dies bedeutet, dass bei einer Erwärmung des Grünkörpers zur Entfernung des Porenbildners dieser ohne Zersetzung subli- miert . Dies hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik, der beispielsweise Oxalsäure verwendet.

Oxalsäure beginnt bei etwa 100 °C zu sublimieren, eine Zerset ¬ zung erfolgt ab etwa 150 bis 160 °C. Will man Oxalsäure als Porenbildner praktisch vollständig durch Sublimation ohne Zer ¬ setzung entfernen, muss in dem Grünkörper im gesamten Volumen einerseits die Temperatur von etwa 100 °C überschritten wer ¬ den, andererseits darf sie an keiner Stelle den Bereich von etwa 150 °C überschreiten. Dies bedeutet, dass nur eine sehr langsame Aufheizung stattfinden darf und ein Bereich von etwa 120 bis 130 °C über einen längeren Zeitraum von beispielsweise etwa 24 h gehalten werden muss.

Erfolgt das Aufheizen schneller, kann es aufgrund der geomet ¬ rischen Gestaltung des Ofens oder des Formkörpers oder auf ¬ grund sonstiger Ungleichmäßigkeiten beim Aufheizvorgang dazu kommen, dass die Zersetzungstemperatur von etwa 150 bis 160 °C bereits lokal überschritten wird und es statt zu einer Subli ¬ mation zu einer Zersetzung der Oxalsäure unter Bildung hoher Gasvolumina kommt. Auch unabhängig von der Geschwindigkeit des Aufheizvorgangs kann es in einem Ofen zu lokalen Temperaturinhomogenitäten kommen, die dazu führen, dass in Teilbereichen des Grünkörpers bereits die Zersetzungstemperatur überschritten wird. Beim Entweichen des im Zuge des Zersetzens erheblichen Volumens kann es zu unerwünschter Rissbildung im Grünkörper kommen.

Bei Sublimation entweichen wesentlich geringere Gasvolumina unter leichter zu kontrollierenden Bedingungen, so dass eine solche Rissbildung vermieden werden kann. Dies ermöglicht die Herstellung eines Grünkörpers mit definierter Porosität ohne Beeinträchtigung der strukturellen Integrität. Die erfindungs ¬ gemäß vorgesehene Verwendung eines Porenbildners stellt si ¬ cher, dass auch bei relativ schneller Aufheizung bzw. bei Tem ¬ peraturinhomogenitäten im Ofen eine unerwünschte Zersetzung unter Bildung hoher Gasvolumina vermieden werden kann. Im Rah ¬ men der Erfindung ist es somit häufig möglich, einen separaten vorgelagerten Schritt zur Entfernung des Porenbildners zu ver ¬ meiden und diese Entfernung des Porenbildners im Zuge des Auf ¬ heizens in Vorbereitung auf den Sintervorgang vorzunehmen.

Ein durch Sublimation entweichender Porenbildner kann aufge ¬ fangen und wiederverwendet werden. Es entstehen keine Zerset ¬ zungsprodukte, die toxisch oder aggressiv sein können.

Die Sublimationstemperatur des Porenbildners liegt Fumarsäure zwischen 180 und 200°C. Das Entfernen des gasförmig ohne Zer ¬ setzung entweichenden Porenbildners kann daher vor Erreichen der eigentlichen Sintertemperatur des Grünkörpers erfolgen.

Der Porenbildner ist im festen Zustand bevorzugt plastisch verformbar und weist keine oder nur eine geringe Rückfederung auf. Auf diese Art und Weise wird vermieden, dass durch eine Rückfederung und damit verbundene Volumenvergrößerung des Po ¬ renbildners der Grünkörper beschädigt wird.

In der Regel sollen Poren in dem Werkzeug möglichst homogen verteilt sein. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, den Poren ¬ bildner gleichfalls homogen mit den übrigen Mischungsbestand ¬ teilen des Grünkörpers zu vermischen. Um hier eine uner ¬ wünschte Entmischung weitgehend zu vermeiden, ist es bevor ¬ zugt, dass die Dichte des Porenbildners ähnlich der Dichte der übrigen Bestandteile des Grünkörpers ist. Bevorzugt kann die Dichte des Porenbildners zwischen 1,3 und 2 g/cm 3 , vorzugsweise 1,4 und 1,8 g/cm 3 liegen. Erfindungsgemäß wird Fumarsäure als Porenbildner (mit der Dop ¬ pelfunktion als Bestandteil des erfindungsgemäßen Bindemittel ¬ systems) verwendet. Fumarsäure hat eine Sublimationstemperatur von etwa 200 °C und zersetzt sich erst oberhalb von 350 °C. Sie kann somit bei der Erwärmung des Grünkörpers sublimieren und unzersetzt unter Bildung verhältnismäßig geringer Gasvolu ¬ mina entweichen.

Fumarsäure ist lagerstabil und nicht hygroskopisch. Sie lagert daher als Porenbildner kein Hydratwasser an. Dies ist von be- sonderem Vorteil, da Hydratwasser beim Erwärmen eines Grünkör ¬ pers bereits bei Temperaturen ab 50 °C unter Bildung großer Volumina verdampft und zu Rissbildung im Grünkörper führen kann. Die im Stand der Technik beispielsweise verwendete Oxal ¬ säure ist stark hygroskopisch und führt daher bei der Verwen- dung als Porenbildner regelmäßig dazu, dass große Mengen Hyd ¬ ratwasser mit eingelagert werden.

Fumarsäure ist nicht toxisch und als Lebensmittelzusatzstoff zugelassen. Bei der Verwendung und Verarbeitung müssen daher keine entsprechenden Vorkehrungen getroffen werden. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber anderen im Stand der Technik ver ¬ wendeten sublimierenden Porenbildnern wie beispielsweise Naph- talin . Die Zündtemperatur von Fumarsäure liegt mehr als 150 K ober ¬ halb der Sublimationstemperatur . Das Erwärmen des Grünkörpers zum Entfernen von Fumarsäure kann daher gefahrlos erfolgen. Der Anteil der Fumarsäure/des Porenbildners am Gesamtgewicht des Grünkörpers kann erfindungsgemäß bevorzugt zwischen 2 und 60 Gew. -%, weiter vorzugsweise 2 und 50 Gew. -%, weiter vor ¬ zugsweise 10 und 50 Gew.-%, weiter vorzugsweise 10 und 30 Gew.-%, weiter vorzugsweise 15 und 20 Gew.-% liegen. Die er ¬ findungsgemäße Verwendung von sublimierenden Porenbildnern macht die Verwendung hoher Anteile eines Porenbildners bei ¬ spielsweise im Bereich von 50 Gew.-% oder mehr möglich, ohne dass es beim Entweichen des Porenbildners durch hohe Gasvolu- mina zu einer Schädigung des Grünkörpers kommt. Dementspre ¬ chend können Formkörper mit hoher Porosität hergestellt wer ¬ den. Die genannten Gewichtsanteile des Porenbildners beziehen sich auf die insgesamt zugegebene Menge des im Grundsatz zur Porenbildung fähigen Stoffes, unabhängig davon, ob er tatsäch- lieh an der Porenbildung teilnimmt oder möglicherweise eine andere Funktion ausübt oder daran teilnimmt (beispielsweise Bindemittel) .

Um die bei der Sublimation des Porenbildners entweichenden Gasvolumina kontrolliert und ohne Beeinträchtigung des Grün ¬ körpers freizusetzen, kann es bevorzugt sein, das Erwärmen auf oder über die Sublimationstemperatur des Porenbildners mit ei ¬ ner definierten Temperaturführung vorzunehmen. Bevorzugt ist hier eine Aufheizrate von 2 bis 80°C/h, weiter vorzugsweise 20 bis 60°C/h. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass auch verhältnismäßig schnelle Aufheizung möglich ist, ohne dass die strukturelle Integrität des Grünkörpers beein ¬ trächtigt wird. Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass vor dem Erwärmen auf oder über die Sublimationstemperatur des Porenbildners zu ¬ sätzlich ein Erwärmen auf eine Temperatur unterhalb der Subli ¬ mationstemperatur des Porenbildners, vorzugsweise 40 bis 90°C, erfolgt und der Grünkörper bei dieser Temperatur für einen Zeitraum gehalten wird, der insbesondere das Verdunsten flüch ¬ tiger Bestandteile wie Wasser oder Lösungsmittel erlaubt. Be ¬ vorzugt liegt dieser Zeitraum zwischen 4 und 48 h. Bei Verwen- dung eines nicht hygroskopischen Porenbildners wie Fumarsäure kann diese Erwärmung unterhalb der Sublimationstemperatur kurz ausfallen oder ganz unterbleiben.

Der erfindungsgemäß hergestellte keramische Formkörper kann insbesondere ein Werkzeug aus gebundenem Schleifmittel sein. Ebenso denkbar ist eine Ausbildung als keramischer Formkörper für andere insbesondere gewerbliche oder industrielle Zwecke.

Im Rahmen der Erfindung kann ein Porenbildner wie insbesondere Fumarsäure in zwei unterschiedlichen Partikelgrößefraktionen eingesetzt werden. Eine Fraktion mit kleinen Korngrößen von beispielsweise 100 pm oder weniger, vorzugsweise l-100pm, wei ¬ ter vorzugsweise l-30pm und weiter vorzugsweise l-20pm soll nach Möglichkeit im Grünkörper fein verteilt als Reaktant zur Veresterung mit PEG zur Verfügung stehen.

Eine größere, granulierte Fraktion mit einer mittleren Korn ¬ größe von beispielsweise 1 mm dient primär zur Porenbildung. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie ¬ len erläutert.

Beispiel 1 :

Aus folgenden Rezepturen wurden 2 gleiche Schleifkörper der Ab ¬ messung 300x20x127 hergestellt. Als keramisches Bindemittel wird in diesem und allen weiteren Beispielen eine Mischung aus 50 Gew.-% Fritte 90158 (Ferro), 25 Gewichtsprozent Ton und 25 Gew. % Petalit verwendet.

1. Sinterkorund F100 20,8%

Edelkorund F100 62,5%

Keramisches Bindemittel 16,7%

Naphthalin 13,0%

(Pulver ca. 200 pm Korngröße)

Dextrinpulver 2,0%

Wasser 2,8%

Dichte nach dem Brand: 1,78 g/cm 3

Elastizitäts-Modul: 29,0 GPa

2. Sinterkorund F100 20,8%

Edelkorund F100 62,5%

Keramisches Bindemittel 16,7%

Fumarsäure 16,1%

(Pulver ca.200pm Korngröße)

PEG 300 3, 0%

PEG 6000 1,0%

Dichte nach dem Brand

Elastizitäts-Modul : Die Schleifkorpermasse nach Rezeptur 1 mit Naphthalin als Po ¬ renbildner wurde gepresst und anschließend bei 80°C in einen Trockenofen mit thermischer Nachverbrennungsanlage getrocknet und das Naphthalin entbindert. Anschließend wurden die

Schleifkörper bei einer maximalen Temperatur von 950°C in ei ¬ nem keramischen Brennofen (Energo-Ofen) gebrannt.

Die Schleifkorpermasse nach Rezeptur 2 mit Fumarsäure als Po ¬ renbildner wurde gepresst und anschließend in einen Härteofen (Reinhardofen) bei einer maximalen Temperatur von 165°C in 24 h gehärtet/ verestert. Folgende Härtekurve wurde angewendet.

Diagramm 1 Härtekurve für die PEG-Fumarsäure-Anfeuchtung

Anschließend wurden die Schleifkörper bei einer maximalen Tem ¬ peratur von 950°C in einem keramischen Brennofen (Energo-Ofen) gebrannt. In der Aufheizphase betrug die Aufheizgeschwindig- keit ca. 30-50°C/h. In der Aufheizphase wurde die Fumarsäure entbindert .

Die mit dem Porenbildner Fumarsäure und Naphthalin hergestell ¬ ten Schleifkörper wurden auf einem Schleif ersuchsstand

(Blohm-Flachschleifmaschine) schleiftechnisch verglichen. Ge ¬ messen wurden die Schleifkraft (Diagramm 2), das G-Verhältnis

(Diagramm 3) und die Rauheit (Diagramm 4) jeweils in Bezug auf das zerspante Werkstückvolumen.

_t:

TO c

□ Fumarsäure ▲ Naphthalin t:

TO

TO

E

o

z

4000 8000 12000 16000 20000 24000 28000 32000 36000 40000

zerspantes Werkstückvolumen [mm 3 ]

Diagramm 2 Schleifkräfte der mit Naphthalin bzw. Fumarsäure als Porenbildner hergestellten Schleifkörper

Die von diesen Schleifkörpern verursachten Schleifkräfte sind annähernd gleich groß. U Fumarsäure

A Naphthalin

10 20 30 40 50 60 70 80

G-Verhältnis

Diagramm 3 G-Verhältnis der mit Naphthalin bzw. Fumarsäure als Porenbildner hergestellten Schleifkörper

Das G-Verhältnis des mit Fumarsäure hergestellten Schleifkör ¬ pers ist etwas größer und die Schleifkraft etwas geringer.

Diagramm 4 Die Rauheit R z der mit Naphthalin bzw. Fumar ¬ säure als Porenbildner hergestellten Schleifkörper Auch die Rauheit der Schleifkörper ist als etwa gleich groß zu werten.

Insgesamt kann festgestellt werden, dass die Schleifleistung der beiden Schleifkörper als gleichwertig eingeschätzt werden kann .

Beispiel 2 :

Herstellung eines hochporösen Probekörpers (Durchmesser 202, Höhe 100 mm) .

Rezeptur :

Edelkorund F80 88,6% Keramische Bindung 11,4%

PEG 300 4, 0%

PEG 6000 3,0%

Fumarsäure 40,0%

(Granulat 500-800pm)

Dichte nach dem Brand: 1,39 g/cm 3

Die Rezepturkomponenten wurden homogen vermischt und anschlie ¬ ßend gepresst. Danach wurde die Scheibe in einen Trockenofen mit thermischer Nachverbrennungsanlage entbindert. Die Entbin- derungskurve beinhaltete das Aufheizen mit 50°C/h bis 200°C, das Halten der Maximaltemperatur von 200 °C über 48h und das natürliche Abkühlen des Ofens auf Raumtemperatur. Die Festig ¬ keit war danach völlig ausreichend, um die Scheibe auf dem Ofenwagen für den keramischen Brand aufzubauen. Anschließend wurden die Schleifkörper bei einer maximalen Temperatur von 950°C in einem keramischen Brennofen (Energo-Ofen) gebrannt.