Production process of wood-based materials for SiC Ceramics

Abstract

The possibility of fabricating SiC ceramics using special wood-based materials has been shown in previous research. To form accurate SiC bodies from wood-based green templates, special shaping techniques are necessary to fulfill the requirements on the finished ceramic products. Due to the fact that wood-based green templates undergo shrinkage during carbonization, no suitable forming processes for the wood-based green templates have been presented so far. In this publication different raw materials and 3D shaping production processes and their influence on green body properties are described. It was possible to produce green bodies with a MOR higher than 15 N/mm² and a density in the range above 0.82 g/cm³. It is shown that reduction of resin content decreases the strength significantly and a reduction to 30 mass % resin content reduces the MOR of flat pressed panels to the defined limit. The extruded samples showed a significantly lower strength (mean 18.1 N/mm², standard deviation 8.6 N/mm²). Injection molding was not applied successfully. The findings show that shape pressing and extrusion were applied successfully, but the green body properties differed significantly from the results achieved by flat pressing.

Zusammenfassung

Vorhergehende wissenschaftliche Untersuchungen haben bereits die Möglichkeit der Herstellung von SiC-Keramiken aus speziellen Holzwerkstoffen dargestellt und dabei durch spezielle holzbasierte Grünkörper vergleichbare Eigenschaftsprofile von herkömmlichen Hochleistungskeramiken erreicht (z. B. Sinterkeramiken). Um holzwerkstoffbasierte, maßstabsgetreue SiC-Körper herstellen zu können, die die Anforderungen von keramischen Produkten erfüllen, sind jedoch spezielle Formgebungsverfahren erforderlich. Auf Grund der Tatsache, dass holzbasierte Grünkörper während des Carbonisierungsprozesses einer Schrumpfung unterliegen, konnten aber bisher noch keine geeigneten Verfahren zur Umformung von komplex geformten holzwerkstoffbasierten Grünkörpern dargestellt werden. In dieser Publikation werden verschiedene Ausgangsrohstoffe und 3D-Gestaltungs-/Produktionsprozesse und deren Einfluss auf die Grünkörpereigenschaften beschrieben. Es konnten Grünkörper mit einem MOR höher als 15 N/mm² und einer Dichte von über 0,82 g/cm³ hergestellt werden. Des Weiteren konnte ein deutlicher Einfluss des Harzgehaltes auf die Festigkeit nachgewiesen werden, so dass sich bei einer Reduktion des Harzgehaltes auf 30 Masse- % der MOR von im Flachpressverfahren hergestellten Platten bis zum Grenzwert verringerte. Extrudierte Probekörper zeigten signifikant geringere Festigkeitswerte (Mittelwert 18.1 N/mm², Standardabweichung 8.6 N/mm²). Das Spritzgussverfahren konnte nicht erfolgreich angewendet werden. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass sich das Formpressen und die Extrusion erfolgreich anwenden lassen, dabei aber deutliche Abweichungen der Grünkörpereigenschaften zum Flachpressverfahren vorliegen.