Was sind die keramischen Spritzgussmaterialien?

„Durch Spritzgießen können keramische Materialien in robuste und ästhetisch ansprechende Produkte umgewandelt werden. Es geht darum, den einfachen Ton der Erde in komplexe, hochpräzise Bauteile umzuwandeln.“ 

Man könnte meinen, dass Spritzgussmaterialien nur thermoplastisch sind. duroplastische Kunststoffeund Metall, aber sie können auch verschiedene Keramiken formen. Das Formen von Keramik unterscheidet sich von Kunststoffen in Bezug auf die anfänglichen Vorbereitungen. Beim Kunststoffformen werden Paletten oder kleine Rohmaterialstücke verwendet. Auf der anderen Seite Keramische Spritzgussmaterialien muss pulverisiert und mit Bindemitteln und Zusatzstoffen vermischt werden.  

Darüber hinaus wird in diesem Artikel auf verschiedene Keramikmaterialien für den Spritzguss eingegangen, einschließlich Bindemittel und Zusatzstoffe, und wie man das richtige auswählt. 

Was ist Keramikspritzguss (CIM)?

Lass uns beginnen mit Was ist Spritzguss?. Es ist der Herstellungsprozess, der das Rohmaterial formt, indem es in die Form mit negativer Geometrie eingespritzt wird. In ähnlicher Weise bezieht sich Keramikspritzguss auf die Umwandlung roher Keramikmaterialien in gewünschte Formen durch Einspritzen einer Mischung aus Keramikpulvern und einem Bindemittel in eine Form. Dann wird die Form erhitzt und in die Form verfestigt. Die Heiztemperatur könnte so hoch sein 2700°C, je nach Keramiktyp. 

Keramisches Spritzgussverfahren

Nach dem Formen wird das thermoplastische Material durch einen thermischen oder chemischen Prozess vorsichtig aus dem Teil extrahiert. Zurück bleibt dann eine poröse Keramikkomponente. Abschließend werden die Teile in einem Hochtemperaturofen gesintert. Durch das Sintern wird das Material verdichtet und seine Festigkeit und strukturelle Integrität verbessert. 

CIM wird auch als Pulverspritzguss bezeichnet, da während des Prozesses Keramikpulver eingespritzt wird. Es kombiniert die Fertigungsmöglichkeiten des Spritzgusses mit der Festigkeit, Wärme- und Wärmeisolierung sowie der chemischen Inertheit von Keramik, um geeignete Komponenten und Produkte zu schaffen.

Drei Arten von keramischen Spritzgussmaterialien

Das Spritzgussmaterial Bei der Keramikformung handelt es sich typischerweise um drei Arten von Materialien: Keramikpulver, Bindemittel und Zusatzstoffe. Keramik ist das Grundmaterial, Bindemittel sorgt für die Formbarkeit, Zusätze erleichtern die Entbinderung und verbessern die Fließeigenschaften und Festigkeit. 

Material 1. Keramik

Dies sind die Materialien, die nach dem Formen die funktionelle Form annehmen. Basierend auf den erforderlichen Eigenschaften des Endprodukts und anderen Spezifikationen stehen Ihnen mehrere Keramikarten zur Auswahl. Einige Beispiele sind Karbidkeramik, Mullitkeramik, Siliziumnitridkeramik usw.

Welche Keramikarten soll ich wählen? Dies hängt von Faktoren wie den erforderlichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften, der beabsichtigten Verwendung der geformten Keramikteile und der Formbarkeit ab. Beispielsweise eignen sich Siliziumkarbide für Hochtemperaturanwendungen, während Siliziumnitrid für Anwendungen mit hoher Festigkeit geeignet ist. 

Material 2: Bindemittel oder Materialien

Bindemittel sind solche Materialien, die sich in komplexe Formen formen lassen. Diese Materialien werden während des Spritzgussprozesses mit Keramikpulvern vermischt, um einen Ausgangsstoff zu bilden. Die typischen Bindemittel, die beim Keramikspritzguss verwendet werden, sind Polyethylen (PE), Paraffinwachs, Polyacetal, Polyvinylbutyral (PVB) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR). 

Bindende Chemikalie

Die Hauptaufgabe des Bindemittels besteht darin, die Plastizität und Fließfähigkeit von Keramikpulvern zu erleichtern. Nach dem Spritzgießen hilft das Bindemittel bei der Bildung eines „Grünkörpers“ – eines geformten Teils, das vor dem Sintern zusammenhält. Dadurch wird auch die Entbinderung nach der Erstarrung ermöglicht. 

Material 3. Zusatzstoffe

Hierbei handelt es sich um Zusatzmaterialien, die mit dem Keramikpulver und dem Bindemittel kombiniert werden, um dem Ausgangsmaterial oder dem Endprodukt spezifische Eigenschaften zu verleihen oder diese zu verbessern. Im Gegensatz zu Bindemitteln erfüllen Additive im Formgebungsprozess spezielle Funktionen. Es gibt viele Zusatzstoffe, jeder mit einem einzigartigen Zweck. 

Zu den beliebten Zusatzstoffen gehören Weichmacher, Gleitmittel, Entflockungsmittel, Stabilisatoren, Netzmittel, Farbstoffe und Dispergiermittel. Welches (oder welche Kombination) hier verwendet werden soll, hängt von den erforderlichen Eigenschaften, der Art des Keramikmaterials, der endgültigen Anwendung und der Lösung der spezifischen Anforderung ab. 

Sind alle Keramiken mit Spritzguss kompatibel?

NEIN! Nicht alle Keramiken sind spritzgussverträglich. Jeder Keramiktyp enthält unterschiedliche Zusammensetzungen und verhält sich während des Formprozesses entsprechend. Keramiken wie Silikon, Zirkonoxid und Aluminium lassen sich zu den gewünschten Teilen formen. Im Gegensatz dazu ultraharte Keramiken mit hohem Schmelzpunkt wie Bor und Wolframcarbid. 

Keramische Spritzgussteile 

Darüber hinaus ist eine Keramik nur dann für den Spritzguss geeignet, wenn sie drei grundlegende Eigenschaften aufweist. Zu diesen Eigenschaften gehören eine ausreichende Fließfähigkeit des Keramikrohstoffs, Stabilität beim Entbindern und Sintern sowie ein Gleichgewicht zwischen Duktilität und Festigkeit. Wenn Keramik dagegen hochporös und ultrahart ist und einen hohen Schmelzpunkt hat, ist sie zum Formen ungeeignet. 

Welche gängigen Keramiken werden beim Spritzgießen verwendet?

Verschiedene Arten von Keramik werden in Komponenten oder Produkte umgewandelt, um den gewünschten Anwendungen gerecht zu werden. Jeder Typ verfügt über bestimmte Eigenschaften und ist für bestimmte Anwendungsbereiche geeignet. Dadurch können keramische Spritzgussmaterialien ein breites Anwendungsspektrum abdecken

Teile aus Zirkonoxid-Spritzguss 

Im Folgenden sind einige Spritzgusskeramiken aufgeführt:

1. Siliziumkarbid (SiC)

Silikonkarbide sind bekannt für ihre außergewöhnliche Härte, Wärmeleitfähigkeit sowie Verschleiß- und Oxidationsbeständigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sie sich für Anwendungen mit hoher Beanspruchung und hohen Temperaturen, beispielsweise in der Halbleiterfertigung, beim Automobilbremsen und bei Ofenkomponenten. 

Darüber hinaus können Sie PP, PEM oder POM als Bindemittel, Weichmacher und Dispergiermittel als Additive für SiC-Keramik verwenden. 

2. Aluminiumoxid (Aluminiumoxid – Al2O3)

Aluminiumoxid bietet hohe Härte, elektrische Isolierung, thermische Stabilität und chemische Beständigkeit. Daher werden Aluminiumoxid-Spritzgussteile häufig für elektrische Isolatoren, Implantate, chirurgische Instrumente, Dichtungen, Ventile und Mikroelektronik verwendet. Als nächstes eignen sich einige thermoplastische Bindemittel und Weichmacher oder Wachs zum Mischen zur Herstellung des Ausgangsmaterials. 

3. Zirkonoxid (Zirkoniumdioxid – ZrO2)

Diese Keramik bietet eine deutlich höhere Festigkeit und Bruchzähigkeit als die meisten anderen Keramiken. Zirkonoxid ist biokompatibel und äußerst verschleiß- und abriebfest. Seine Anwendungsgebiete sind vor allem medizinischer Spritzguss Teile wie Implantate und chirurgische Teile. Es wird auch bevorzugt für die Herstellung industrieller Schneidwerkzeuge, Lager, Ventile, Schmuck und Dekorationsartikel verwendet.

Darüber hinaus stehen als Bindemittel für ZrO2 Thermoplaste wie POM und PE zur Verfügung. Als Zusatzstoffe können Netzmittel, Weichmacher oder Dispergiermittel eingesetzt werden. 

4. Siliziumnitrid (Si3N4)

Dieser Keramiktyp weist eine außergewöhnliche mechanische Festigkeit und Zähigkeit auf, insbesondere unter Hochtemperaturbedingungen. Darüber hinaus besteht es aus Keramik mit geringer Dichte und bietet Verschleiß- und Stoßbeständigkeit. Die spritzgegossenen Silikonnitridteile werden bevorzugt in Automobil- und Luft- und Raumfahrtteilen, Industrielagern und einigen Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeugen verwendet. Während PP und PE als Bindemittel die besten Optionen darstellen, sind Gleitmittel und Weichmacher die geeigneten Zusatzstoffe.

5. Mullit (Aluminiumsilikat)

Mullit zeichnet sich durch seine hohe thermische Stabilität, Beständigkeit gegen chemische Angriffe und minimale Wärmeausdehnung aus. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich Formteile aus Mullit für feuerfeste Bauteile und Öfen zur Glasherstellung. Für den Mullit-Spritzguss kommen PE und POM als Bindemittel in Frage, während Gleitmittel, Weichmacher und Dispergiermittel die richtigen Zusatzstoffe sind.

Bindemittelmaterialien für den Keramikspritzguss

Teile nach dem Entbindern 

Wie bereits erwähnt, werden Bindemittel mit Keramikpulvermaterial kombiniert, um die Fließfähigkeit und Formbarkeit des Ausgangsmaterials zu verbessern. Zum Mischen mit Rohkeramik stehen verschiedene Bindemittel bzw. Bindemittel zur Verfügung. Lassen Sie uns nun die Arten von Ordnern im Detail aufschlüsseln.

1. Thermoplastische Bindemittel

Diese sind die am häufigsten mit rohem Keramikpulver vermischten Bindemittel. Sie schmelzen und fließen unter Hitze und ermöglichen das Einspritzen des Keramikpulvers in Formen. Sie bieten hervorragende Fließeigenschaften und sind beim Sintern leicht entfernbar. 

Zu den gängigen Thermoplasten gehören:

• Polyethylen (PE)
• Polypropylen (PP)
• Polyethylenglykol (PEG)
• Polystyrol (PS)
• Polyoxymethylen (POM)

Dabei hängt die Wahl des thermoplastischen Bindemittels vom Keramikmaterial und den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts ab. 

2. Bindemittel auf Wachsbasis

Bindemittel auf Wachsbasis sind Bindemittel mit niedrigem Schmelzpunkt, die eine hervorragende Formbeständigkeit und einfache Entfernung bieten. Allerdings verleihen sie dem Grünkörper weniger Festigkeit als thermoplastische Bindemittel. Darüber hinaus sind Wachsbindemittel ideal für einfache Designs und niedrigere Verarbeitungstemperaturen. 

• Polyethylenwachs
• Paraffinwachs
• Mikrokristallines Wachs
• Carnaubawachs
• Montanwachs

Ein weiterer Vorteil dieser Bindemittel besteht darin, dass sie den Entbinderungsprozess erleichtern. Das Wachs lässt sich durch einfaches Abbrennen vom massiven Keramikteil entfernen. Eine unvollständige Entfernung des Bindemittels kann jedoch zu Porosität führen. 

3. Elastomere Bindemittel

Elastomere sind Materialien auf Gummibasis, die teilweise als Bindemittel beim Formen verwendet werden, insbesondere bei komplexen oder dünnwandigen Designs. Elastomere sorgen für eine Elastizität, die die Wahrscheinlichkeit einer Rissbildung bei der Verarbeitung verringert. Somit erhöhen diese Bindemittel die Flexibilität und Zähigkeit des Grünkörpers.

• Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)
• Silikon-Gummi
• Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)
• Polybutadien (PB)
• Nitrilkautschuk (NBR)

Darüber hinaus kann es schwieriger sein, Elastomere vollständig zu entbindern, und es sind besondere Bedingungen erforderlich, um eine Beschädigung des Teils zu vermeiden.

4. Wasserlösliche Bindemittel

Wie der Name schon sagt, können diese in Wasser gelöst werden, was den Entbinderungsprozess unkompliziert und weniger gefährlich macht. Umgekehrt verleihen sie dem Grünkörper weniger Festigkeit.

• Polyethylenglykol (PEG)
• Polyvinylalkohol (PVA)
• Polyvinylpyrrolidon (PVP)
• Dextrin

Wasserlösliche Bindemittel eignen sich für schnelle Entbinderungsszenarien und können mit anderen Bindemitteln kombiniert werden.

Klicke hier zum herunterladen: Liste der Keramik-Spritzgussmaterialien 

Keramische Spritzgussadditive

Additive spielen in CIM eine vielfältige Rolle. Sie verstärken die Rolle von Bindemitteln bei den Eigenschaften und dem Aussehen des Endprodukts aus keramischen Spritzgussmaterialien. Darüber hinaus spielen Additive auch bei Entbinderungs- und Sinterprozessen eine Rolle. 

Hier sind die gängigen Zusatzstoffe für den Keramikspritzguss: 

• Weichmacher: Erstens verbessert dieses Additiv die Flexibilität und Formbarkeit der Keramik-Bindemittel-Mischung. Zweitens verringert es die Gefahr einer Rissbildung im Grünkörper. Drittens verbessern Sie die Fließeigenschaften des Ausgangsmaterials.
• Dispergiermittel: Sie sorgen für eine gleichmäßige Verteilung der Keramikpartikel im Bindemittel. Anschließend ermöglichen sie eine gleichmäßige und homogene Mischung. 
• Schmierstoffe: Ihre Aufgabe besteht darin, die Reibung während des Spritzgussprozesses zu reduzieren, um einen gleichmäßigeren Fluss zu gewährleisten. Schmierstoffe erleichtern zudem das Lösen von Teilen. 
• Colorants: Farbzusätze sind aus ästhetischen Gründen unerlässlich. Sie verleihen den Keramikteilen Farbe. 
• Netzmittel: Verbessert die Fähigkeit des Bindemittels, die Keramikpartikel zu beschichten und daran zu haften.
• Weitere Zusatzstoffe: Verstärkungsfasern, Biozide, Antioxidantien, Entflockungsmittel und Tenside. 

So wählen Sie die richtigen Keramik-Spritzgussmaterialien aus: Schritt für Schritt

Die Eigenschaften der Rohkeramik wirken sich direkt auf die Qualität, Funktionalität und den Preis des Endteils aus. Daher ist es wichtig, den richtigen Keramiktyp auszuwählen. So kann das Teil oder Produkt den Anforderungen entsprechen. Ebenso wichtig ist die Zugabe geeigneter Bindemittel oder Zusatzstoffe. 

Die Wahl von Keramikmaterialien unterscheidet sich geringfügig von anderen Spritzgussmaterialien. Hier finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, die Sie durch die richtigen Keramik-Spritzgussmaterialien führt. 

Schritt 1: Identifizieren Sie die Anforderungen

Identifizieren Sie zunächst die Anforderungen der beabsichtigten Anwendung. Dazu gehört die Berücksichtigung von Faktoren wie Betriebsbedingungen, mechanische Belastungen, Temperaturschwankungen und chemische Einwirkungen. 

Schritt 2: Wählen Sie das Keramikmaterial

Wählen Sie je nach Anwendungsanforderungen ein Keramikmaterial aus, das mit den erforderlichen Eigenschaften wie thermischer Beständigkeit, mechanischer Festigkeit und Verschleißfestigkeit übereinstimmt. 

Schritt 3: Untersuchen Sie die Materialeigenschaften

Untersuchen Sie die Eigenschaften des ausgewählten Keramikmaterials im Detail, einschließlich seines Verhaltens unter verschiedenen Bedingungen, seiner Sintereigenschaften und seiner Kompatibilität mit Bindemitteln. 

Schritt 5: Wählen Sie den passenden Ordner

Wählen Sie als Bindemittel ein geeignetes oder keramisches Material. Das Bindemittel sollte gute Fließeigenschaften bieten, eine Festigkeit des Grünkörpers erfordern und während der Entbinderungsphase entfernbar sein. 

Schritt 5: Identifizieren Sie die erforderlichen Zusatzstoffe

Identifizieren Sie Zusatzstoffe, die die Leistung der Keramik-Bindemittel-Mischung verbessern können. Weichmacher erhöhen beispielsweise die Flexibilität, Dispergiermittel sorgen für Gleichmäßigkeit und andere Additive sind je nach Anforderung von Vorteil.

Schritt 6: Kompatibilität testen und validieren

Abschließend werden Tests durchgeführt, um die Kompatibilität der ausgewählten Materialien zu bestätigen. Beurteilen Sie beispielsweise die Fließeigenschaften des Ausgangsmaterials, die Integrität des Grünkörpers und die Qualität des endgültigen Sinterteils.

Bei Prolean formen wir Keramikteile für verschiedene Anwendungen

Haben Sie die Keramik, das Bindemittel und die Zusatzstoffe ausgewählt, die Ihren Designanforderungen entsprechen? Wenn nicht, können unsere Experten Ihnen helfen, die Materialien zu finden, die für die beabsichtigte Anwendung geeignet sind. Bei Prolean bieten wir Spritzgießen Leistungen für verschiedene Materialien, darunter Keramik, Thermoplaste und Metalle. 

Wir haben Erfahrung in der Zusammenarbeit mit verschiedenen Branchen für keramische Spritzgussteile, von der Automobilindustrie bis zur Mikroelektronik. Senden Sie uns Ihr Design und fordern Sie die Angebote für Spritzguss. Unsere Ingenieure werden Ihr Projekt mit modernsten Spritzgussgeräten und einem Jahrzehnt an Erfahrung bearbeiten.

Mehr lesen: Silikonspritzguss 

Summieren 

Die vielfältige Auswahl an Keramiken, Bindemitteln und Zusatzstoffen macht die Auswahl des Keramikspritzgussmaterials kompliziert. Obwohl es viele Optionen gibt, sollte jedes Material miteinander kompatibel sein. Wenn Sie sich beispielsweise für eine Keramik entscheiden, sollten Sie Bindemittel und Zusatzstoffe auswählen, die mit dieser Keramik kompatibel sind. Andererseits ist diese Vielfalt von Keramische Spritzgussmaterialien ermöglicht die Übertragung unzähliger Designs in gewünschte Teile oder Produkte. 

FAQs

Kann Spritzguss für Keramik verwendet werden?

Ja, das Keramikspritzgießen (CIM) ermöglicht die Herstellung komplexer und präziser Keramikkomponenten.

Was sind die Standardkeramiken für den Spritzguss?

Zu den Standardkeramiken für den Spritzguss gehören Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonoxid (ZrO2), Siliziumnitrid (Si3N4) und Siliziumkarbid (SiC).

Welche Bedeutung haben Bindemittel und Zusatzstoffe beim keramischen Formenbau?

Bindemittel und Zusatzstoffe beim Keramikformen verleihen dem Keramikpulver Fließfähigkeit, behalten die Form des Grünkörpers bei und verbessern die Eigenschaften des Endprodukts.

Was ist der Prozess des Keramikspritzgießens?

Dabei wird das Keramikpulver mit Bindemitteln und Zusatzstoffen gemischt, in Formen eingespritzt und anschließend entbindert und gesintert, um dichte, präzise Keramikteile herzustellen.

Was sind Beispiele für Bindemittel und Zusatzstoffe?

Beispiele für Bindemittel sind Polyethylen und Polypropylen, übliche Zusatzstoffe sind Weichmacher und Dispergiermittel. 

Ressourcen 

1. Materialien stärken. (2022). Eine verbindliche Angelegenheit. Keramikindustrie Magazin. Von https://www.empowermaterials.com/news/a-binding-matter
2. Gadow, R. & Kern, F. (2014). 2.06 – Fortgeschrittene Herstellung von Hartkeramik. In Umfassende Hartstoffe (Bd. 2, S. 207-230). Sonst. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-096527-7.00025-8