Studie verbessert die Plastizität von durch spontane Koagulation gegossenen Grünkörpern aus Oxidkeramik

Das Spontankoagulationsgießen (SCC), ein neuer Typ des kolloidalen Formgebungsprozesses, hat seit 2011 aufgrund verschiedener Vorteile wie einer hohen Schüttdichte und Ungiftigkeit sowie der Fähigkeit, Dispersion und Koagulation mit sehr geringen Zusätzen zu erreichen, erhebliche Aufmerksamkeit erregt (

Weitere Untersuchungen haben ergeben, dass die mit dieser Methode hergestellten Grünkörper spröde sind und je kleiner die verwendete Pulverpartikelgröße ist, desto spröder sind die Grünkörper. In diesem Artikel wird über eine Studie zur Verbesserung der Plastizität von durch SCC geformten Oxidkeramik-Grünkörpern berichtet.

Das Team veröffentlichte seinen Artikel im Zeitschrift für moderne Keramik am 21. Mai 2024.

„Ziel dieser Studie war es, Weichmacher im PIBM-Gelsystem einzusetzen, um die Plastizität von Oxidkeramik-Grünkörpern mit unterschiedlichen Partikelgrößen zu verbessern. Die wasserlöslichen Weichmacher Glycerin und Polyethylenglykol (PEG) wurden aufgrund ihrer polaren Gruppen (-OH) und unpolaren Abschnitte ausgewählt“, so die Autoren.

Das Forschungsteam quantifizierte die Plastizität der Grünkörper mit verschiedenen Weichmachern und Pulvern unterschiedlicher Partikelgröße durch Analyse der Biegespannungs-Dehnungs-Kurve und der Schlagzähigkeit sowie durch die Durchführung von Bohrexperimenten in Verbindung mit der praktischen Verarbeitung.

„Die Partikelgröße des Keramikpulvers spielte eine entscheidende Rolle bei der Auswahl geeigneter Weichmacher. Bei Submikronpulvern wurde festgestellt, dass Glycerin mit geringer Zugabe und kürzeren Molekülketten eine ausgeprägtere plastifizierende Wirkung hatte. Mit abnehmender Partikelgröße wurde PEG mit einer längeren Molekülkette, erhöhter Plastizität.

„Für nanoskalige Pulver war eine Erhöhung der Menge erforderlich. Die Partikelgrößen von 0,45 μm, 0,18 μm und 50 nm zeigten eine Verbesserung der Plastizität durch die Zugabe von 1 Gew.-% Glycerin, 1 Gew.-% PEG und 5 Gew.-% PEG. „Der Bohrtest ergab, dass es rund um die Löcher in den Grünkörpern mit Weichmachern nahezu keine Risse gab“, so die Autoren.

Darüber hinaus stellten die Autoren fest, dass „Weichmacher kaum Einfluss auf die Sintereigenschaften der Grünkörper hatten.“

Bezüglich des Plastizitätsmechanismus erklärten die Autoren: „Die Einführung von Glycerin und PEG-Molekülen interagiert mit den PIBM-Molekülen in Keramikschlämmen durch Wasserstoffbrückenbindung und hydrophobe Wirkung, beeinflusst die Wechselwirkung zwischen PIBM-Molekülen und verändert dadurch die Struktur des Gelnetzwerks. Beim Trocknen wird Dieses Netzwerk umhüllt die Oberfläche von Keramikpartikeln und bildet eine kokonartige Struktur … um den harten Kontakt zwischen den Partikeln zu mildern.“

Das Forschungsteam geht davon aus, großformatige Proben vorzubereiten und so die industrialisierten Anwendungen des Spontankoagulationsgusses weiter zu erweitern.

Zu den Mitwirkenden gehören Juanjuan Wang, Jin Zhao, Junyan Mao, Wenlong Liu, Haohao JI, Jian Zhang und Shiwei Wang vom State Key Laboratory of High Performance Ceramics and Superfine Microstructure, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences.