Keramische Formgebungstechniken sind Formen von Keramik, die zur Herstellung alltäglicher Geschirrteile von Teekannen bis hin zu technischen Keramiken wie Computerteilen verwendet werden. Zu den Töpfertechniken gehören die Töpferscheibe, das Slipcasting und viele andere.
Verfahren zum Formen von Pulvern aus keramischen Rohmaterialien zu komplexen Formen sind in vielen Bereichen der Technologie wünschenswert. Solche Verfahren sind beispielsweise erforderlich, um fortschrittliche Hochtemperaturbauteile wie Wärmekraftmaschinenkomponenten, Rekuperatoren und dergleichen aus Pulvern keramischer Rohstoffe herzustellen. Typische Teile, die mit dieser Produktionsoperation hergestellt werden, umfassen Laufräder aus Edelstahl, Bronze, komplexe Schneidwerkzeuge, Kunststoffformwerkzeuge und andere. Typische verwendete Materialien sind: Holz, Metall, Wasser, Gips, Epoxidharz und STLs, Silica und Zirkonoxid.
Dieser Produktionsvorgang ist bekannt dafür, Werkzeuge mit Dimensionsstabilität, Oberflächenqualität, Dichte und Gleichmäßigkeit auszustatten. Beispielsweise weist das Gussteil beim Schlickergussverfahren eine hohe Konzentration an Rohstoffen mit wenig Zusatz auf, wodurch die Gleichmäßigkeit verbessert wird. Die Gipsform zieht aber auch Wasser aus dem gegossenen Schlicker, um den Guss an der Formoberfläche zu verdichten und zu formen. Dies bildet eine dichte Besetzung.
Schlickerguss
Es gibt viele Umformtechniken zur Herstellung von Keramik, aber ein Beispiel ist das Schlickergießen. Hier wird Schlicker oder flüssiger Ton in eine Gipsform gegossen. Das Wasser im Schlicker wird in die Wände der Gipsform gezogen und hinterlässt eine innere Schicht aus festem Ton, die schnell aushärtet. Nach dem Trocknen kann der feste Ton auch entfernt werden. Der beim Schlickergießen verwendete Schlicker wird häufig mit einer Substanz verflüssigt, die den Bedarf an zusätzlichem Wasser zum Erweichen des Schlickers verringert. Dies verhindert ein übermäßiges Schrumpfen, das auftritt, wenn ein Stück, das viel Wasser enthält, trocknet.
Schlickergussverfahren bieten eine überlegene Oberflächenqualität, Dichte und Gleichmäßigkeit beim Gießen von hochreinen Keramikrohstoffen im Vergleich zu anderen Keramikgusstechniken wie dem hydraulischen Gießen, da das Gussteil eine höhere Konzentration von Keramikrohstoffen mit geringen Zusätzen aufweist. Ein Schlicker ist eine Suspension aus feinem Rohstoffpulver in einer Flüssigkeit wie Wasser oder Alkohol mit geringen Mengen an Sekundärstoffen wie Dispergiermitteln, Tensiden und Bindemitteln. Keramik-Schlickergusstechniken verwenden einen Gipsblock oder eine Kolbenform. Die Gipsform zieht Wasser aus dem gegossenen Schlicker, verdichtet sich und bildet den Guss an der Formoberfläche. Dies bildet einen dichten Guss, der schädliche Luftspalte beseitigt und das Schrumpfen im endgültigen Sinterprozess minimiert.
Additive Fertigung
Für die Herstellung komplexer Formen in kleinen Mengen stellt die additive Fertigung (AM) einen wirksamen Ansatz dar und ist Gegenstand umfangreicher Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Anders als bei der additiven Herstellung von Polymerwerkstoffen bleibt der Anwendungsbereich von AM für Keramiken aufgrund der Herausforderungen bei der Materialverarbeitung recht begrenzt. Kommerziell erhältliche Geräte für die AM von Keramiken beruhen meist auf dem schichtweisen Sintern von Pulvern und sind selten wirtschaftlich. Die Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Keramikartikeln führen jedoch dazu, dass AM-Techniken in Situationen attraktiv sein können, in denen das Produktionsvolumen zu gering ist, um Formen für Schlickergussverfahren herzustellen. Insbesondere die additive Herstellung von Keramiken aus vorkeramischen Polymeren unter Verwendung von Techniken, einschließlich Stereolithographie, mit anschließender Pyrolyse, um von Polymeren abgeleitete Keramiken zu erhalten.
Keramikschalenguss
Keramische Schalengusstechniken unter Verwendung von Siliciumdioxid, Zirkoniumdioxid und anderen feuerfesten Materialien werden gegenwärtig von der Metallteilindustrie zum „Netzgießen“ verwendet, um Präzisionsschalenformen für das Gießen von geschmolzenem Metall zu bilden. Die Technik beinhaltet ein sukzessives Nasstauchen und eine trockene Pulverbeschichtung oder einen Stuck, um die Formschalenschicht aufzubauen. Das Hüllengussverfahren ist im Allgemeinen für seine Dimensionsstabilität bekannt und wird in vielen Netzgussverfahren für die Luft- und Raumfahrt und andere Industrien im Metallschmelzenguss eingesetzt. Automatisierte Anlagen verwenden mehrere Wachsmuster auf Bäumen, große Güllemischer und fluidische Pulverbetten für das automatische Eintauchen.
Technische Keramik
Beim Formen von technischen Keramikmaterialien aus für die Verarbeitung hergestellten trockenen Pulvern hängt das Verfahren zum Formen in die erforderliche Form von dem Verfahren zur Materialvorbereitung und der Größe und Form des zu formenden Teils ab. Materialien, die für die Trockenpulverformung hergestellt werden, werden am häufigsten durch „trockenes“ Pressen in mechanischen oder hydraulischen Pulverpreßpressen hergestellt, die für die erforderliche Kraft und Pulverfüllungstiefe ausgewählt werden. Trockenes Pulver wird automatisch in den nicht flexiblen Einsatz aus Stahl oder Wolframcarbid in der Matrize abgegeben und durch Stanzen auf die Form der Matrize verdichtet. Wenn das Teil groß sein soll und keine geeignete Druckübertragung für eine gleichmäßige Preßdichte möglich ist, kann isostatisches Pressen verwendet werden. Beim isostatischen Pressen nimmt das Pulver die Form einer flexiblen Membran an, die als Form dient. Formen und Größe des gepressten Pulvers. Isostatische Pressen können entweder automatische Hochgeschwindigkeits-Hochleistungspressen für Teile wie Keramikisolatoren für Zündkerzen oder Sandstrahldüsen oder langsamer arbeitende „Nassbeutel“ -Pressen sein, die im Betrieb viel manueller sind, sich jedoch insbesondere für große bearbeitbare Rohlinge eignen oder Rohlinge, die in sekundären Arbeitsgängen in die endgültige Form geschnitten oder auf andere Weise geformt werden.
Wenn technische Keramikteile benötigt werden, bei denen das Verhältnis von Länge zu Durchmesser sehr groß ist, kann eine Extrusion verwendet werden. Es gibt zwei Arten von Keramikextrudern, von denen einer vom Kolbentyp ist und eine hydraulische Kraft auf einen Stempel ausübt, der seinerseits die Keramik durch den beladenen Materialzylinder zu und durch die Düse drückt, die das Extrudat bildet. Der zweite Extrudertyp ist ein Schneckentyp, bei dem sich eine Schnecke dreht, die das Material zu und durch die Düse drückt und das Teil erneut formt. Bei beiden Extrusionsarten muss das Rohmaterial plastifiziert werden, um den Materialfluss im Prozess zu ermöglichen und zu induzieren.
Komplexe technische Keramikteile werden üblicherweise entweder im Spritzgussverfahren oder im „Heißwachsformverfahren“ hergestellt. Beide sind auf wärmeempfindliche Weichmacher angewiesen, damit das Material in eine Düse fließen kann. Das Teil wird dann zum Entfernen aus der Düse schnell abgekühlt. Das Keramikspritzgießen ähnelt stark dem Kunststoffspritzgießen unter Verwendung verschiedener Polymere zum Plastifizieren. Beim Heißwachsformen wird überwiegend Paraffinwachs verwendet.
Andere Techniken
Es gibt auch verschiedene traditionelle Techniken des Handbaus, z. B. Kneifen, Weich-, Hart- und Spulenkonstruktion.
Andere Techniken umfassen das Einfädeln von tierischen oder künstlichen Wollfasern durch einen Papierklotz, um Materialschichten aufzubauen. Das Ergebnis kann über Formulare gewickelt oder geschnitten, getrocknet und später mit flüssigem und weichem Papierton verbunden werden.
Bei der Herstellung sehr dünner Platten aus Keramikmaterial wird üblicherweise „Bandgießen“ verwendet. Dazu wird der Schlicker (der ein polymeres „Bindemittel“ enthält, um ihm Festigkeit zu verleihen) auf ein sich bewegendes Trägerband gegossen und dann unter eine stationäre „Rakel“ geführt, um die Dicke einzustellen. Der sich bewegende Schlicker wird dann luftgetrocknet, und das so gebildete „Band“ wird vom Trägerband abgezogen, in rechteckige Formen geschnitten und weiterverarbeitet. Es können bis zu 100 Bandschichten im Wechsel mit leitenden Metallpulverschichten gestapelt werden. Diese werden dann gesintert („gebrannt“), um das Polymer zu entfernen und so „mehrschichtige“ Kondensatoren, Sensoren usw. herzustellen. Nach Angaben von DW Richerson von der American Ceramic Society werden täglich mehr als eine Milliarde solcher Kondensatoren hergestellt.
Gelguss ist eine weitere Technik, mit der technische Keramik hergestellt wird.