Keramikindustrie

Die Leistung von Keramikwerkstoffen, d. h. die mechanische Festigkeit des Endprodukts, hängt von den physikalischen Eigenschaften des Pulvermaterials und den rheologischen Eigenschaften des dispergierten Schlickers ab.

Von besonderer Bedeutung sind die Partikelgröße und die Größenverteilung des Keramikpulvers. Die Partikelgröße bestimmt die für die Erreichung der vollen Festigkeit während des Sinterns erforderliche Zeit und Temperatur (feinere Partikel erfordern kürzere Sinterzeiten). Die Messung der rheologischen Eigenschaften wird häufig eingesetzt, um Aussagen über die Qualität der Dispersion und die Existenz von Agglomeraten machen zu können.

Ein direktes Verhältnis besteht außerdem zwischen der Partikelgröße und der im Grünkörper vorhandenen Porengröße. Große Partikel neigen zu uneffizienter Packung, was große Poren zur Folge hat. Diese Poren bleiben auch während des Sinterns bestehen und vermindern die Festigkeit des Endprodukts. Durch Reduzierung der Partikelgröße lässt sich die Packung verbessern. Außerdem kann sich die Verwendung von polydispersen Keramikpulvern als vorteilhaft erweisen, da die kleinen Partikel in diesen Pulvern die Lücken zwischen den größeren Partikeln füllen und damit die Porengröße insgesamt reduzieren. Schließlich muss das Vorhandensein großer Agglomerate vermieden werden, da diese zur Ausbildung von Defekten während des Sinterns führen können, denn agglomerierte Teilchen neigen zu schnellerem Wachstum als gut dispergierte Partikel. Auch dies mindert die Festigkeit des gebrannten Produkts.

Malvern Instruments liefert Lösungen für die Partikelgrößenbestimmung und Rheologie in keramischen Stoffen, über einen weiten dynamischen Bereich ermöglichen. Die Verfahren sind bezüglich der Detektion von großen Partikeln und Agglomeraten sehr sensitiv. Auch geringfügige Veränderungen in der Größenverteilung werden erkannt. Dies gestattet eine strengere Produktkontrolle und gewährleistet die Qualität des keramischen Endprodukts.

Dispersionsstabilität

Wird die Dispersionsstabilität sichergestellt, kann die Agglomeration, die zu Hohlräumen im Grünkörper führt, verhindert werden. Die Stabilität kann durch Ladungs- und sterische Stabilisierung erzielt werden. Für die sterische Stabilisierung müssen dem Grünkörper Polymere zugesetzt werden, die jedoch zu einer Schrumpfung des Produkts während des Brennens führen können. Für die Ladungsstabilisierung ist eine sorgfältige Einstellung und Kontrolle von pH-Wert und Leitfähigkeit der Suspension während der Dispergierung und Endverarbeitung notwendig. Durch Messung des Zetapotenzials und der rheologischen Eigenschaften lassen sich die optimalen Dispergierbedingungen für die jeweilige Keramiksuspension ermitteln.