Gelcasting für variabel geformte Keramiken

Gelcasting erlaubt die Herstellung dichter keramischer Bauteile in unterschiedlichsten Geometrien in hoher Qualität und mit wenigen Defekten. Formunabhängig können so homo­gene Grünkörper mit 50–60 % Gründichte und einer engen Porengrößenverteilung erzeugt werden (Graphik). Voraussetzung für das Gelcasting ist eine stabile Suspension mit hohem Feststoffgehalt und hoher Homogeni­tät. Erreicht wird dies über eine angepasste Pulver-Additiv-Kombination und Pulveraufbe­reitung. Der Suspension wird zudem ein geeig­netes Monomersystem zugesetzt, das um die Partikel vernetzt und das Lösungsmittel absor­biert. In Formen gegossen, konsolidiert die Suspension durch radikalische Polymerisation. Anschließend wird der »Gelkörper« entformt und langsam getrocknet, um Risse zu vermei­den. Nach dem Trocknen erfolgt die Wärmebehandlung. Zunächst wird der organische Anteil ausgebrannt. Mit anschließendem drucklosen Sintern ist eine theoretische Dichte bis zu 99,5 % und mit druckunterstütztem Sintern bis zu 100 % einstellbar.

Geometrievielfalt über einmaliges oder schichtweises Gießen

Am Fraunhofer IKTS gibt es ein umfangreiches Know-how zu geeigneten Suspensionseigenschaften und Formen für das Gelcasting. Damit lassen sich keramische Bauteile gießen, die nach dem Sintern wenig nachbearbeitet werden müssen (Bild 1). Unter Einbezug der Schwindung können so Formen endkonturnah konstruiert werden. Es lässt sich eine Vielzahl von Geometrien herstellen, wie z. B. Halbschalen, scharfe Kanten und Winkel (Bild 2–3) sowie flachwandige Bauteile. Durch Anpassung des Polymerisationsprozesses ist es auch möglich, einen additiven schichtweisen Gelcasting-Prozess durchzuführen und Dotierungsunterschiede einzuführen. Über die Konzentrationserhöhung von Pigmenten oder Dotanten sind so z. B. individuell gestaltete Farb­verläufe realisierbar. Diese spezielle Gelcasting-Technik eignet sich sowohl für die Herstellung von opaken als auch von transparenten Kera­miken. In Bild 4 ist ein Beispiel für ein alternie­rend Co-dotiertes MgAl₂O₄ dargestellt. Erfor­derlich für den schichtweisen Gelcasting-Pro­zess ist eine starke Verbindung zwischen den einzelnen Schichten, realisiert durch eine angepasste Prozessführung.

Leistungs- und Kooperationsangebot

• Suspensionsentwicklung für verschiedene Rohstoffe zur Anwendung in flüssiger Formgebung
• Prozessoptimierung für endformnahe Geo­metrien von hochdichten (opaken und transparenten) Keramiken
• Entwicklung von hochdichten Keramiken mit Eigenschaftsgradienten