Keramische Bindemittel

In der Keramikherstellung werden Bindemittel verwendet, um die mechanische und kohäsive Festigkeit von vorgebrannter „grüner“ Keramik zu erhöhen. Die Festigkeitssteigerung durch das Bindemittel in einem keramischen System ermöglicht es keramischen Formteilen den Herstellungsprozess ohne zu brechen oder auseinander zu fallen bis zum Brennschritt zu durchlaufen. Keramische Bindemittel gibt es in vielen Varianten, aber um wirksam zu sein, müssen sie die folgenden Eigenschaften aufweisen:
  • Erhöhung der mechanischen Festigkeit von Keramikformteilen
  • Verursacht kein Anhaften der Keramikpaste an Verarbeitungsgeräten
  • Brennt beim Brennen mit geringem Aschegehalt aus
  • Stört nicht die Verglasung
 

Keramische Bindemitteltypen

Obwohl es Dutzende verschiedener Bindemittel gibt, die kommerziell für die Keramikproduktion verwendet werden, fallen die meisten in eine von zwei Kategorien: Anorganisch und Organisch.

Anorganische Bindemittel
 

Bindemittel, die in die anorganische Kategorie fallen, sind Materialien auf Mineralbasis. Diese Arten von Bindemitteln basieren oft auf Silikatchemie und bieten eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit bei unglaublich hohen Temperaturen. Während anorganische Bindemittel wie Natriumsilikat und Bentonit relativ kostengünstig sind, erfordern sie oft eine höhere Verbrauchsrate als organische Bindemittel, was zu Viskositätsproblemen führen kann, die zu Keramikdefekten führen.

Organische Bindemittel
 

Organische Bindemittel umfassen alle polymerbasierten Materialien, die in Keramiken verwendet werden, die nicht mineralisch sind. Diese Art von Bindemittel funktioniert durch Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen mit Keramikpartikeln während des Trocknens. Organische Bindemittel sind in der Regel teurer als anorganische Bindemittel, aber sie können oft in geringerer Menge verwendet werden und bieten einige zusätzliche Vorteile bei der keramischen Verarbeitung, die anorganische nicht können.

METHOCEL™ - Das ideale Keramikbindemittel
 

METHOCEL™ ist eine Reihe von Methylcellulose- und Hydroxypropylmethylcellulose-Polymeren, die ausgezeichnete organische Bindemittel und Verarbeitungshilfsmittel für die Herstellung von Hochleistungskeramiken sind. Diese wasserlöslichen Polymere sind insofern einzigartig, als METHOCEL™-Lösungen im Gegensatz zu anderen organischen Bindemitteln bei erhöhten Temperaturen eine dreidimensionale Gelstruktur bilden, die den grünen Keramikkörpern während des Trocknens und frühen Brennens zusätzliche Stabilität verleiht. Dieses thermische Gelierungsmerkmal verhindert auch die Migration des Bindemittels und verringert die Möglichkeit von Spannungsrissen und Blasen während des Brennens.


Die Wirkung der thermischen Gelierung auf die Grünfestigkeit

Wenn keramische Mischungen, die METHOCEL™ enthalten, über der thermischen Gelierungstemperatur gehalten werden, führt dies zu einem starken Anstieg der Grünfestigkeit und Kohäsion. Das obige Diagramm veranschaulicht diesen Anstieg der Grünfestigkeit unter Verwendung eines Drehmomentrheometers zur Messung der Viskosität einer Aluminiumoxid-Keramikmischung, die METHOCEL™ A4M enthält.
 

Verbesserung keramischer Prozesse mit METHOCEL™
 

Wie oben gezeigt, verbessert METHOCEL™ die mechanische Festigkeit von grünen Keramikkörpern hervorragend. Ebenso beeindruckend ist, wie METHOCEL™ Keramikherstellungsprozesse vereinfachen und die Effizienz steigern kann. Dieselbe thermische Gelierungseigenschaft, die zuvor diskutiert wurde, ändert Keramikmischungen von adhäsiv zu kohäsiv bei der Gelierungstemperatur. Dies wird in den folgenden Bildern demonstriert.

 

Keramikmischung in einem Drehmoment-Rheometer

Eine METHOCEL TM enthaltende Keramikmischung wurde in einem Drehmomentrheometer unterhalb des thermischen Gelierungspunktes und oberhalb des thermischen Gelierungspunktes beobachtet. Wie Sie sehen, klebt die Keramikmischung oberhalb des thermischen Gelierungspunktes nicht und trennt sich sauber von Metalloberflächen. Dies ist eine unglaublich wertvolle Eigenschaft beim Extrudieren und Spritzgießen von filigranen Keramiken.

Verhindern der Ordnermigration
 

Viele organische Bindemittel wandern zusammen mit der verdampfenden Flüssigkeit an die Oberfläche von trocknenden Keramikkörpern. Dies kann dazu führen, dass sich an der Oberfläche eine "Haut" aus Bindemittel bildet, die das Trocknen verhindert. Beim Brennen kann die ungleichmäßige Bindemittelverteilung zu Spannungsrissen, Oberflächenblasen und anderen Oberflächenfehlern führen. METHOCEL™-Bindemittel bleiben in dem während der thermischen Gelierung gebildeten dreidimensionalen Netzwerk fixiert und wandern nicht an die Oberfläche. Keramische Körper, die METHOCEL™ als Bindemittel enthalten, sind konsistenter und weisen weit weniger wahrscheinlich Oberflächenfehler auf.

Gelierungsvariation von METHOCEL™ Bindemitteln
 

Die Temperatur der thermischen Gelierung, die Gelfestigkeit und die dynamische Viskosität einer METHOCEL™ enthaltenden Keramikmischung variieren je nach Art und Konzentration von METHOCEL™ im System. Die thermische Gelierung verursacht einen signifikanten Anstieg der scheinbaren Viskosität von Keramikmischungen bei unterschiedlichen Konzentrationen und Temperaturen je nach Sorte. Dies macht es einfach, die richtige Balance der Eigenschaften für bestimmte keramische Anwendungen zu erreichen.

 
Sorte Konzentration Temperatur (°C) Drehmoment (meter-gramm)
METHOCEL™ A4M (Wt.%) Start Peak Start Peak
2.5 41 47 470 850
5.0 32 40
1180 1980
METHOCEL™ F4M 2.5 48 55 390 540
5.0 43 52 800 1420
METHOCEL™ K15M 2.5 64 68 350 420
5.0 52 63 760 1360
METHOCEL™ K4M 2.5 78 82 50 150
5.0 60 72 620 850

So wählen Sie das richtige METHOCEL™-Produkt aus

Die Auswahl des geeigneten METHOCEL™-Typs für eine Keramikanwendung hängt von Ihren speziellen Formulierungs- und Verarbeitungsanforderungen ab. Die in der folgenden Tabelle aufgeführten Noten sind anwendungsbezogene Ausgangsempfehlungen.
    Anwendung
    Noten
    Nutzungsebene
    Leistungen
    Extrusion
    2.5 - 5.0%
    • Präzise Kontrolle von Viskosität und Rheologie erhöht die Stabilität der Mischungen
    • Schmierfähigkeit reduziert Extruder- und Düsenverschleiß – fördert glattere Oberflächen
    • Verbesserte Partikelbenetzung & -bindung für höhere Grünfestigkeit
    • Die thermische Gelierung ermöglicht die Extrusion von empfindlichen, dünnwandigen Formen
    Spritzguss
    2.5 - 5.0%
    • Gleichmäßige und schnelle Formfüllung
    • Glattere Oberflächen
    • Höhere Gründichte und bessere Grünfestigkeit
    Isostatisches Pressen
    1.0 - 3.0%
    • Engere, gleichmäßigere Verpackung
    • Weniger Schrumpf beim Brennen
    • Reduziert die Reibung der Werkzeugwand
    • Weniger Ausschuss
    Glasuren
     
    0.15 - 0.5%
    • Verbesserte Viskositäts- und Rheologiekontrolle
    Porzellanemaille
    1.0 - 3.0%
    • Engere Verbindung mit Greenware
    • Glattere Oberflächen
    • Verbesserte Haltbarkeit
    • Brennt im Ofen komplett aus
    Feuerfeste Mörtel
    2.0 - 5.0%
    • Verbesserte Verarbeitbarkeit und Anwendungseigenschaften
    • Geringe Salzrückstände
    Bandgießen
    0.25 - 0.75%
    • Verbesserte Viskositätskontrolle
    • Verhindert das Setzen in Slips
    • Erhöhte Grünstärke
    • Reduzierter Schrumpf beim Trocknen
Abhängig von Ihren speziellen Anforderungen können andere METHOCEL™-Qualitäten und -Konzentrationen empfohlen werden. Unsere METHOCEL™-Spezialisten stehen bereit und helfen Ihnen gerne, die richtige Sorte zu finden und Ihnen ein Muster zu besorgen.

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