Keramische bindmiddelen

In de keramische productie zijn bindmiddelen additieven die worden gemengd met keramische poeders om de mechanische en cohesiesterkte van voorgebakken groene keramiek te verhogen. De verhoogde sterkte die het bindmiddel in een keramisch systeem biedt, zorgt ervoor dat keramische onderdelen het productieproces kunnen doorlopen en de bakstap kunnen bereiken zonder te breken of uit elkaar te vallen. Keramische bindmiddelen zijn er in vele soorten, maar de ideale voldoen aan de volgende eigenschappen.

• Verhoog de mechanische sterkte van gevormde keramische onderdelen
• Zorg ervoor dat de keramische pasta niet aan de verwerkingsapparatuur blijft plakken
• Brandt uit met een laag asgehalte bij het bakken
• Breekt de glazuurwerking niet af

Keramische bindmiddeltypen

De meeste keramische bindmiddelen vallen in een van twee categorieën: anorganisch of organisch.

Anorganische bindmiddelen

Anorganische bindmiddelen zijn materialen op minerale basis, vaak gebaseerd op silicaatchemie, en verhogen de mechanische sterkte bij extreem hoge temperaturen. Hoewel anorganische bindmiddelen zoals natriumsilicaat en bentoniet relatief goedkoop zijn, vereisen ze vaak een hogere gebruiksfrequentie dan organische bindmiddelen en veroorzaken ze soms viscositeitsproblemen die leiden tot keramische defecten.

Organische bindmiddelen

Organische bindmiddelen omvatten alle polymere materialen die in keramiek worden gebruikt en die geen mineralen bevatten. Dit type bindmiddel vormt waterstofbruggen met individuele keramische poederdeeltjes tijdens het drogen. Organische bindmiddelen zijn doorgaans duurder dan anorganische bindmiddelen, maar kunnen in een lager tempo worden gebruikt en bieden doorgaans extra voordelen bij de keramische verwerking die anorganische bindmiddelen niet bieden.

METHOCEL^™: Het ideale keramische bindmiddel

METHOCEL^™ is een lijn methylcellulose- en hydroxypropylmethylcellulosepolymeren die uitstekende organische bindmiddelen en verwerkingshulpmiddelen vormen voor de productie van dunwandige of complex gevormde keramiek. Deze in water oplosbare polymeren onderscheiden zich van andere organische bindmiddelen doordat ze bij verhoogde temperaturen een driedimensionale gelstructuur vormen, waardoor groene keramische lichamen extra stabiliteit krijgen tijdens het drogen en het bakken in een vroeg stadium. Deze eigenschap wordt thermische gelering genoemd en voorkomt tevens bindmiddelmigratie en vermindert de kans op spanningsscheuren en blaasjes tijdens het bakken. De onderstaande grafiek illustreert de toename van de groene sterkte als functie van thermische gelering met behulp van een torsierheometer om de viscositeit te meten van een aluminiumoxidekeramiekmengsel dat METHOCEL^™ A4M bevat.

Het effect van thermische gelering op de groene sterkte

Zoals afgebeeld, is het resultaat een sterke toename van de groene sterkte en cohesie wanneer keramische mengsels die METHOCEL^™ bevatten, boven de thermische geleringstemperatuur worden gehouden.

Verbetering van keramische processen met METHOCEL^™

Zoals hierboven aangetoond, is METHOCEL^™ uitzonderlijk in het verbeteren van de mechanische sterkte van groene keramische lichamen. Misschien net zo indrukwekkend is hoe METHOCEL^™ keramische productieprocessen kan vereenvoudigen en de efficiëntie ervan kan verbeteren. Thermische gelering verandert keramische mengsels ook van hechtende eigenschappen naar betere cohesieve eigenschappen bij de geleringstemperatuur.

Hieronder werd een keramisch mengsel met METHOCEL^™ geobserveerd in een torsierheometer onder en boven het thermische geleringspunt. Onder het thermische geleringspunt kleeft het keramische mengsel aan de reometer. Boven het thermische geleringspunt echter, scheidt het keramische mengsel zich netjes van metalen oppervlakken. Dit is een ongelooflijk waardevolle eigenschap bij het extruderen, spuitgieten en tapegieten van complexe keramische materialen.

Keramisch mengsel in een koppel-reometer

Naast de voordelen van thermische gelatie verhoogt METHOCEL^™ de smerende werking van het keramische mengsel. Apparatuur voor keramische verwerking, zoals mallen en matrijzen, is gevoelig voor slijtage door de wrijving die keramische deeltjes veroorzaken. Door de smerende werking te verhogen, helpt METHOCEL^™ de slijtage van deeltjes te verminderen, wat de levensduur van apparatuur verlengt en de energiekosten verlaagt die gepaard gaan met het vormen, gieten en extruderen van keramische onderdelen. Bovendien brandt METHOCEL^™ schoon uit tijdens het bakken, waardoor er geen residu achterblijft dat de structurele integriteit of vorm van het keramische onderdeel kan beïnvloeden.

Het voorkomen van bindmiddelmigratie

Veel organische bindmiddelen migreren naar het oppervlak van drogende keramische lichamen samen met de verdampende vloeistof. Dit kan leiden tot de vorming van een laag bindmiddel op het keramische oppervlak, waardoor het drogen wordt belemmerd. Tijdens het bakken kunnen de migratie en de resulterende ongelijkmatige verdeling van het bindmiddel leiden tot spanningsscheuren, blaasjes op het oppervlak en andere oppervlaktedefecten. METHOCEL^™-bindmiddelen blijven gefixeerd in het driedimensionale netwerk dat tijdens de thermische gelering wordt gevormd en migreren niet naar het oppervlak. Daarom zijn keramische lichamen met METHOCEL^™ als bindmiddel consistenter en vertonen ze veel minder snel oppervlaktedefecten.

Geleringsvariatie van METHOCEL^™-bindmiddelen

De thermische geleringstemperatuur, de gelsterkte en de dynamische viscositeit van een keramisch mengsel met een METHOCEL^™-additief variëren afhankelijk van het type en de concentratie METHOCEL^™ in het systeem. Met name thermische gelering veroorzaakt een significante toename van de schijnbare viscositeit van keramische mengsels bij verschillende concentraties en temperaturen, afhankelijk van de gebruikte kwaliteit. Dit maakt het gemakkelijk om de juiste balans van eigenschappen te bereiken voor elk type keramiek dat wordt geproduceerd.
 

Cijfer	Concentratie (gew.%)	Temperatuur (°C)		Koppel (meter-gram)
METHOCEL™ A4M		Begin	Piek	Begin	Piek
	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

Hoe kiest u het juiste METHOCEL^™-product?

Naast bovenstaande overwegingen hangt de keuze van de juiste METHOCEL^™-kwaliteit voor een keramische toepassing af van de formulering en verwerkingsvereisten van de verwerkingstechnieken. De kwaliteiten in de onderstaande tabel zijn aanbevelingen als uitgangspunt op basis van deze technieken en toepassingen.

Afhankelijk van uw wensen kunnen andere METHOCEL^™-kwaliteiten en -concentraties worden aanbevolen. Onze METHOCEL^™-specialisten helpen u graag bij het vinden van de juiste kwaliteit en het verkrijgen van een monster. Klik hieronder om contact met ons op te nemen.