INMATEC Technologies GmbH

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Eike Acker
vor 7 Jahren
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1 Möglichkeiten der Feedstock-Herstellung mit ZrO 2 - und Al 2 O 3 -Rohstoffen für den keramischen Spritzgießprozess Dr. Moritz v. Witzleben INMATEC Technologies GmbH Heerstraßenbenden Rheinbach

2 Gliederung 1. Firmenvorstellung 2. Feedstockherstellung 3. Möglichkeiten der Feedstockaufbereitung 4. Vergleich Kneter- und Scherwalzenfeedstock 5. Unterschiede ZrO 2 - und Al 2 O 3 -Feedstocks 6. Zusammenfassung

3 Firmenvorstellung INMATEC Gründung: 1998 Produktionsbeginn: Jan Kerngeschäft: Keramischer Feedstock Mitarbeiter: 30 Jahresproduktion: über 150 to jährlich zertifiziert: ISO TS (Automobilstandard) Kundenstamm: weltweit

4 Prozessüberblick CIM - Prozess Binder Pulver Binder Powder Mischen Blending INMAFEED Granulat(e) Spritzgießen Injection Moulding Grünling Green Body Entbindern Debinding Braunling Brown Body Sintern Sintering Fertigteil Sintered Part

5 Prinzip der Feedstockherstellung Zweck: Umwandlung des keramischen Pulvers in einem keramischen Feedstock mit thermoplastischen Eigenschaften Vorgehensweise: applikationsbezogene Auswahl des Basis-Pulvers: Oxide, Nitride, Carbide... Auswahl von Art und Menge der Binderkomponenten: maßgeschneidert auf das Pulver Homogenisierung und Dispergierung der einzelnen Komponenten Prinzip INMATEC: Vormischung Aufbereitung einschließlich Scherung

6 Anforderungen an das Bindersystem gute Benetzungseigenschaften hinsichtlich Pulveroberfläche Reduktion des Bindergehalts thermoplastische Eigenschaften trotz hohen anorganischen Füllgrades Entbinderbarkeit ohne Einfluß auf das keramische Gefüge (wie Risse... wässrig und thermisch) Binder: polymere Verbindungen aus verschiedenen Komponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften

7 Anforderungen an die keramischen Pulver Optimalerweise: Partikelgröße zwischen nanoskalig bis 40 µm abgerundete Partikelform (nassgemahlen), keine Plättchen sollte frei von Organik sein (sonst evtl. Wechselwirkungen) mono- bis polymodulare Verteilung möglich verschiedene chemische Zusammensetzung möglich

8 Möglichkeiten der Pulveraufbereitung, Vor- und Nachteile Kneter diskontinuierliches Verfahren Durch Drehzahl vorgegebene Friktion an Schaufeloberflächen oder Knettroginnenseite Entleerung manuell oder durch Austragsschnecke (ungenaue Granulierung, hoher Verschleiß, Verunreinigung des Feedstocks durch Abrasion) schlecht zu dosierendes Granulat geringer Durchsatz Schlechter Temperatureintrag

9 Möglichkeiten der Pulveraufbereitung, Vor- und Nachteile Doppelschneckenextruder Kontinuierliche Feedstockherstellung Reproduzierbare Qualität des Feedstocks sehr gut zu dosierendes Granulat Hoher Abrieb im Vergleich anderen Aufbereitungsaggregaten

10 Möglichkeiten der Pulveraufbereitung, Vor- und Nachteile Scherwalzenextruder kontinuierlicher Prozess Homogenisierung durch Scherwirkung im Knet über dem Walzenspalt Scherung von Produkt gegen Produkt --> minimaler Abrieb Reproduzierbare Qualität des Feedstocks sehr gut zu dosierendes Granulat für die Spritzgießmaschine

11 Vergleich Kneter- und Scherwalzen-Feedstock Al 2 O 3 -Feedstock Kneter Feedstock Scherwalzenextruder Feedstock Massetemperatur Überhitzen (Friktion) Konstante Temperatur Füllverhalten im Testwerkzeug schlecht gut Umschaltspritzdruck ca bar ca. 800 bar Kneter-Feedstock nicht aufgebrochene Agglomerate Inhomogenitäten Scherwalzen-Feedstock vollständig ummantelte Partikel besseres Fließverhalten Reproduzierbarkeit Bei gleichem Bindergehalt!

12 Umschaltspritzdruck Massetemperatur Pressure (bar) Numbers of Shots Temperature ( C) Pressure at the sw itching point - Kneader-Feedstock Pressure at the sw itching point - Shear roll-feedstock Number of shots Kneader-Feedstock Shear roll -Feedstock Bei gleichem Bindergehalt!

13 Unterschiede ZrO 2 - und Al 2 O 3 - Feedstocks Beispielfeedstocks: ZrO 2 -Feedstock Basis ZrO 2, Tosoh Corp. 94,5%,Y 2 O 3 -teilstabilisiert Al 2 O 3 -Feedstock Basis Al 2 O 3, Almatis 99,5% Pulverparameter Hersteller D50 Spez. Oberfläche ZrO 2 Tosoh Corp. 0,6 µm 16 g/m² Al 2 O 3 Almatis 1,4 µm 3,2 g/m²

14 Unterschiede in der Aufbereitung auf der Scherwalze Stromaufnahme = Kraftaufwand der Scherwalzen in Abhängigkeit von spez. Oberfläche und Korngrößenverteilung Feineres Basispulver (ZrO2) hoher Kraftaufwand Gröberes Basispulver (Al2O3) weniger hoher Kraftaufwand Durchsatz Ebenfalls abhängig von Feinheit des Basispulvers Pulver feiner: höhere Scherung erforderlich Verweilzeit auf Maschine länger Durchsatz niedriger

15 Unterschiede im Spritzverhalten Werkzeug: Maschine: Prüfplatten-WZ Inmatec GmbH, 2mm Arburg 320 C Allrounder Spritzparameter Werkzeug T. Masse T. Umschaltspritzdruck ZrO 2 -Feedstock 60 / 60 C C 911 bar Al 2 O 3 -Feedstock 60 / 60 C C 614 bar

16 Zusammenfassung Aufbereitungsmöglichkeiten glichkeiten Aufbereitung beeinflusst Qualität der Feedstocks Aufteilung der Agglomerate unumgänglich Scherwalze liefert die besten Produkte ZrO 2 - und Al 2 O 3 -Feedstocks Binderkomponenten und menge abhängig von mehreren Einflussfaktoren Vollkommen unterschiedliches Verhalten in Aufbereitung und Verarbeitung Abstimmung von Aufbereitungs- und Verarbeitungsparametern auf jedes einzelne keram. Pulver unbedingt notwendig, keine Standardisierung möglich Kein Vergleich zwischen den Pulvern (nur beispielhafte Auswahl)

17 Möglichkeiten der Feedstock-Herstellung mit ZrO 2 und Al 2 O 3 -Rohstoffen Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. Moritz von Witzleben INMATEC Technologies GmbH Heerstraßenbenden enbenden 10 D Rheinbach

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