Anorganika

  • Oberflächenmodifizierung von Keramik-Pulvern

    in Kooperation mit dem LS Polymermaterialien der BTU Cottbus – Senftenberg

     

    Viele Technologien basieren auf Pulvern aus anorganisch- nichtmetallischen Materialien. Die Pulver können dabei in trockener Form (z.B. Trockenpressmassen) oder suspendiert (z.B. Gießmassen, Komposit-Precursoren) vorliegen. In jedem Falle erfordert die Handhabung der Pulver immer die Kontrolle der Oberflächeneigenschaften. Durch die Umsetzung von funktionellen Gruppen der Pulver-Oberfläche (i.d.R. OH-Gruppen) mit geeigneten Reagenzien lassen sich die Oberflächeneigenschaften gezielt beeinflussen. Generell gut geeignet sind Behandlungen mit (funktionalisierten) Alkylsilanen. Darüberhinaus können spezifische Prozesse wie Säure-Base-Reaktionen oder Komplexbildung zur Oberflächenmodifizierung genutzt werden.

     

    Anwendungsfelder

    Trockenpressmassen, die auf oberflächenmodifizierten Pulvern basieren, zeigen ein deutlich verbessertes Verdichtungsverhalten [1-3].
    Durch Oberflächenmodifizierungen lässt sich grundsätzlich das rheologische Verhalten von Pulver-Suspensionen beeinflussen. So wird durch sterische Stabilisierung die Viskosität von nichtwässrigen Suspensionen deutlich erniedrigt [1-6]. Auch das Agglomerationsverhalten ist beeinflussbar [4, 5]. Somit ist die Oberflächenmodifizierung eine geeignete Methode, keramische Formgebungsverfahren (z.B. Heißgießen oder Spritzgießen) sowie die Herstellung von Kunststoff-Keramik-Kompositen zu verbessern.
    Bisher untersuchte Pulver (Auswahl): Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumsilicid, Eukryptit.

     

    Wissenschaftliche Leistung

    Die Rolle grenzflächenaktiver Stoffe in der Verdichtung von Pulvern wurde ausführlich untersucht. Demnach wirken Tenside reibmindernd im Sinne einer Grenzflächenschmierung. Fest am Pulver haftende Modifizierungsreagenzien vermindern signifikant die Pulver-Pulver-Reibung, schwach haftende reduzieren deutlich die Pulver-Wand-Reibung [1-3].
    Bezüglich des Verhaltens der modifizierten Pulver lassen sich viele Analogien zwischen Trockenpressen, Rheologie und Chromatographie aufzeigen [1-3, 7]. Besonders wichtig ist hier der Zusammenhang zwischen den Pulver-Pulver-Reibungskoeffizienten des Trockenpressens und Viskositätswerten aus rheologischen Untersuchungen.

     

    Referenzen

    Die Untersuchungen zum Trockenpressen wurden gemeinsam mit dem LS für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe der TU Dresden durchgeführt und durch die DFG gefördert.

     

    Veröffentlichungen

    S. Vieth, M. Uhlmann, D. Linke, U. Klemm, D. Sobek, F.-D. Börner: Effect of surface silanisation on the dry pressing behaviour of silicon nitride powder, Journal of the European Ceramic Society 23, p. 1997-2004 (2003)

    S. Vieth, M. Uhlmann, U. Klemm, F.-D. Börner: The Influence of organic additives on the lubrication during uniaxial dry pressing of surface-modified silicon nitride powder, Journal of the European Ceramic Society, 25, 3509-15 (2005)

    S. Vieth, M. Uhlmann, F.-D. Börner: On the reduction of friction in batches for dry pressing. A chemical approach, Powder Technology (eingereicht)

    M. Uhlmann, S. Vieth, D. Linke: Rheologie von Suspensionen aus silanmodifizierten Siliciumnitridpulvern und unpolaren Lösungsmitteln, Jahrestagung der DKG, Bayreuth, 8.-10.10.2001, p. 52

    M. Uhlmann, C. Olschewski, M. Bauer, S. Landeck, S. Vieth: Rheologische Eigenschaften von Suspensionen aus silanisierten Keramikpulvern, Keramische Zeitschrift (eingereicht)

    S. Vieth, M. Uhlmann, B. Beckers, F.-D. Börner: Non-volatile organic liquids for electrostatically, electrosterically and sterically stabilised suspensions of ceramic powders, Cfi/Ber. DKG (eingereicht)

    S. Vieth, E. Mitzner , D. Linke: Indirect characterisation of modified silicon nitride powders by chromatography, Euromat, München 1999, Tagungsband: Vol. 12, Ceramics, Processing, Reliability, Tribology and Wear, Weinheim, p. 134-8 (2000)