In der Keramikherstellung sind Bindemittel Zusatzstoffe, die Keramikpulvern beigemischt werden, um die mechanische und kohäsive Festigkeit von vorgebrannten Rohkeramiken zu erhöhen. Die erhöhte Festigkeit durch das Bindemittel in einem Keramiksystem ermöglicht es Keramikteilen, den Produktionsprozess zu durchlaufen und den Brennvorgang ohne Bruch oder Zerfall zu erreichen. Keramische Bindemittel gibt es in vielen Varianten, aber die idealen Bindemittel weisen die folgenden Eigenschaften auf.
Erhöht die mechanische Festigkeit geformter Keramikteile.
Verhindert das Anhaften der Keramikpaste an Verarbeitungsgeräten.
Brennt beim Brennen mit geringem Aschegehalt aus.
Beeinträchtigt nicht das Glasieren.
Keramische Bindemitteltypen
Die meisten keramischen Bindemittel fallen in eine von zwei Kategorien: anorganisch oder organisch.
Anorganische Bindemittel
Anorganische Bindemittel sind mineralische Materialien, die oft auf Silikatchemie basieren und die mechanische Festigkeit bei extrem hohen Temperaturen erhöhen. Anorganische Bindemittel wie Natriumsilikat und Bentonit sind zwar relativ kostengünstig, erfordern aber oft einen höheren Verbrauch als organische Bindemittel und verursachen manchmal Viskositätsprobleme, die zu Keramikdefekten führen.
Organische Bindemittel
Organische Bindemittel umfassen alle in der Keramik verwendeten polymerbasierten Materialien, die nicht mineralisch sind. Diese Bindemittel bilden beim Trocknen Wasserstoffbrücken mit einzelnen Keramikpulverpartikeln. Organische Bindemittel sind in der Regel teurer als anorganische Bindemittel, können aber günstiger eingesetzt werden und bieten in der Regel zusätzliche Vorteile bei der Keramikverarbeitung, die anorganische Bindemittel nicht bieten können.
METHOCEL™: Das ideale Keramikbindemittel
METHOCEL™ ist eine Produktlinie von Methylcellulose- und Hydroxypropylmethylcellulose-Polymeren, die sich hervorragend als organische Bindemittel und Verarbeitungshilfsstoffe für die Herstellung dünnwandiger oder komplex geformter Keramiken eignen. Diese wasserlöslichen Polymere unterscheiden sich von anderen organischen Bindemitteln dadurch, dass sie bei erhöhten Temperaturen eine dreidimensionale Gelstruktur bilden und so den grünen Keramikkörpern während der Trocknung und des frühen Brennvorgangs zusätzliche Stabilität verleihen. Diese Eigenschaft wird als thermische Gelierung bezeichnet und verhindert zudem die Migration des Bindemittels und reduziert das Risiko von Spannungsrissen und Blasenbildung während des Brennvorgangs. Die folgende Grafik veranschaulicht die Zunahme der Grünfestigkeit in Abhängigkeit von der thermischen Gelierung. Die Viskosität einer Aluminiumoxid-Keramikmischung mit METHOCEL™ A4M wurde mithilfe eines Drehmomentrheometers gemessen.
Die Auswirkung der thermischen Gelierung auf die Grünfestigkeit
Wie dargestellt, kommt es bei Keramikmischungen mit METHOCEL™ zu einer deutlichen Erhöhung der Grünfestigkeit und Kohäsion, wenn diese über der thermischen Gelierungstemperatur gehalten werden.
Verbesserung keramischer Prozesse mit METHOCEL™
Wie oben gezeigt, verbessert METHOCEL™ die mechanische Festigkeit grüner Keramikkörper hervorragend. Ebenso beeindruckend ist, wie METHOCEL™ Keramikherstellungsprozesse vereinfacht und deren Effizienz steigert. Durch die thermische Gelierung werden Keramikmischungen bei der Gelierungstemperatur von adhäsiven zu kohäsiveren Eigenschaften.
Nachfolgend wurde eine METHOCEL™-haltige Keramikmischung in einem Drehmoment-Rheometer unterhalb und oberhalb des thermischen Gelierungspunkts beobachtet. Unterhalb des thermischen Gelierungspunkts haftet die Keramikmischung am Rheometer. Oberhalb des thermischen Gelierungspunkts löst sich die Keramikmischung jedoch sauber von Metalloberflächen. Dies ist eine äußerst wertvolle Eigenschaft bei der Extrusion, dem Spritzguss und dem Foliengießen komplexer Keramiken.
Keramikmischung in einem Drehmoment-Rheometer
Neben den Vorteilen der thermischen Gelierung erhöht METHOCEL™ die Gleitfähigkeit der Keramikmischung. Keramikverarbeitungsgeräte wie Formen und Matrizen unterliegen aufgrund der Reibung durch Keramikpartikel einem Verschleiß. Durch die Erhöhung der Gleitfähigkeit trägt METHOCEL™ dazu bei, den Partikelverschleiß zu reduzieren, die Lebensdauer der Geräte zu verlängern und die Energiekosten für das Formen, Gießen und Extrudieren von Keramikteilen zu senken. Darüber hinaus verbrennt METHOCEL™ beim Brennen sauber und stellt sicher, dass keine Rückstände zurückbleiben, die die strukturelle Integrität oder Form des Keramikteils beeinträchtigen könnten.
Verhindern der Bindemittelmigration
Viele organische Bindemittel wandern mit der verdunstenden Flüssigkeit an die Oberfläche trocknender Keramikkörper. Dadurch kann sich an der Keramikoberfläche eine Bindemittelschicht bilden, die die Trocknung behindert. Beim Brennen können diese Migration und die daraus resultierende ungleichmäßige Bindemittelverteilung zu Spannungsrissen, Blasenbildung und anderen Oberflächendefekten führen. METHOCEL™-Bindemittel bleiben im dreidimensionalen Netzwerk, das während der thermischen Gelierung entsteht, fixiert und wandern nicht an die Oberfläche. Daher sind Keramikkörper mit METHOCEL™ als Bindemittel gleichmäßiger und weisen deutlich seltener Oberflächendefekte auf.
Gelierungsvariation von METHOCEL™-Bindemitteln
Die thermische Gelierungstemperatur, die Gelfestigkeit und die dynamische Viskosität einer Keramikmischung mit METHOCEL™-Additiv variieren je nach Art und Konzentration von METHOCEL™ im System. Insbesondere führt die thermische Gelierung zu einem deutlichen Anstieg der scheinbaren Viskosität von Keramikmischungen bei unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen, abhängig von der verwendeten Qualität. Dadurch lässt sich für jede Keramikart die richtige Balance der Eigenschaften erzielen.
Abgesehen von den oben genannten Überlegungen hängt die Auswahl der geeigneten METHOCEL™-Sorte für eine keramische Anwendung von den Formulierungs- und Verarbeitungsanforderungen der Verarbeitungstechniken ab. Die in der folgenden Tabelle aufgeführten Sorten sind Empfehlungen basierend auf diesen Techniken und Anwendungen.
Je nach Ihren Anforderungen können andere METHOCEL™-Qualitäten und -Konzentrationen empfohlen werden. Unsere METHOCEL™-Spezialisten unterstützen Sie gerne bei der Auswahl der richtigen Qualität und stellen Ihnen eine Probe zur Verfügung. Klicken Sie unten, um Kontakt mit uns aufzunehmen.
