Ofen, Öfen für die keramische Industrie für Trocknung, Entkohlung, Entbinderung und Sinterung.
Koyo Thermo Systems

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Keramik-Ofen, Öfen

Zur Herstellung technischer Keramik werden zumeist aus künstlich hergestellten Rohstoffen sogenannte Grünlinge geformt. Diese Grünkörper enthalten neben den keramischen Pulvermischungen normalerweise auch noch Feuchte und organische Bindemittel. Zunächst wird der Grünkörper getrockent. Dann müssen alle, bei hohen Temperaturen flüchtigen, verdampfenden oder verbrennenden Anteile im sogenannten Ausbrennprozess aus dem keramischen Grünling entfernt werden. Zuletzt findet das Brennen oder Sintern der Keramik statt. In diesem Schritt erhält der keramische Körper seine Festigkeit.

Koyo Thermo Systems produziert mehrere Arten von Öfen für Anwendungen in der keramischen Industrie wie z.B. für Trocknung, Entkohlung, kontinuierliche Einbrennung und Sinterung. Koyo Thermo Systems hat auf diesem Gebiet viel Erfahrung und ist auf dem Gebiet Entkohlung und kontinuierlichen Einbrennung Marktführer in Japan. Wir können Ihnen auf Anfrage eine lange Kundenliste vorweisen.

Trocknung

In einer geformten, feuchten, keramischen Masse ist noch einiges Wasser vorhanden. Mit der Abgabe des Wassers findet eine Volumenabnahme statt, die sogenannte Trockenschwindung. Die Trockenschwindung nimmt mit der Höhe des Feuchtegehalts zu. Sie ist außerdem von der Korngröße, der Art der Rohstoffe und vom Formgebungsverfahren abhängig. Die Schwindung kann je nach Art der Keramik in verschiedenen Richtungen unterschiedlich groß sein. Solchen Orientierungen oder sogenannten Texturen muß man nach Größe und Geometrie der keramischen Bauteile mit vorsichtigem Trocknen Rechnung tragen. Anderenfalls kann es zu Verzug oder zur Rißbildung kommen. Koyo Thermo Systems bietet verschiedene Ofentypen für diese Anwendung an. Am gebräuchlichsten sind Umluftöfen.

Ausbrennen, Entkohlung, Entbinderung

INH OfenUm eine ausreichende Rohbruchfestigkeit der Grünkörper zu erreichen, werden den keramischen Rohstoffen bis zu 50 Vol% organischen Additive zugesetzt. Diese müssen anschließend wieder entfernt werden. Dieser Vorgang wird Ausbrennen, Entkohlung oder Entbinderung genannt. Das Ausbrennen, Entkohlen bzw. Entbindern der Keramik und die Entfernung der organischen Verfestigungs- und Bindemittel findet im Ausbrennofen, Entkohlofen, Entbinderungsofen statt. Das ist ein sehr kritischer Prozess und Bedarf einer sorgfältig Temperatursteuerung. Dies gilt um so mehr, je größer die Grünkörper sind. Temperaturprofil, Druck, Gasatmosphäre und Zeit müssen ausgewogen sein, um ein schädigungsfreies und reproduzierbares Austreiben der Hilfsstoffe aus dem feinporösen Formkörper sicher zu ermöglichen. Insbesondere in der Anfangsphase des Prozesses  muss sehr langsam aufgeheizt werden, um Schäden durch plötzliche Verdampfung organischer Komponenten zu verhindern. Der Ausbrennprozeß, Entkohlprozess, Entbinderungsprozess beginnt bereits bei Raumtemperatur und ist oft erst bei Temperaturen um 600°C abgeschlossen. Sauerstoff kann die Zersetzung der organischen Materialien beschleunigen und die Ausbrennzeit, Entkohlzeit, Entbinderungszeit verkürzen.
Eine Variante des Ausbrennens ist das sogenannte Verkoken. Dabei werden Kunststoffanteile in Kohlenstoff umgewandelt, der im Gefüge verbleibt und sich im folgenden Reaktionsbrand mit Hilfe von zugeführten Reaktionsstoffen zu einer keramischen Matrix umsetzt. Das erfordert Temperaturen bis 1000°C. Bei der Herstellung von Siliciumkarbid findet diese Methode Anwendung.

Für die Entkohlung von Keramik werden häufig Konvektionsöfen, die das Gas in der Kammer zirkulieren, in Verbindung mit einem Nachverbrenner eingesetzt. Das Ofenmodell INH ist für das Ausbrennen, die Entkohlung, die Entbinderung von Grünlingen mit mehreren Gaseinlässen ausgestattet. Mehrere Größen stehen zur Verfügung.

Nachverbrennung GM Der Ofentyp INH kann bis zu Temperaturen von 600°C betrieben werden. Der Sauerstoffgehalt kann auf unter 20 ppm abgesenkt werden. Gezielte Sauerstoffzufuhr, sowie Befeuchtung des Gases im Ofen ist möglich. Der Sauerstoffgehalt kann mithilfe eines ZrO2 Sensors bestimmt werden. Der Ofen wird von einem programmierbaren Steuergerät kontrolliert, das 7 Rezepte mit 140 Programmschritten behalten kann. Die eingegebenen Schritte werden über ein Display angezeigt. Optional ist es möglich diesen Ofen mit einer Stange-Steuerung zu erhalten.

Für die Entfernung organischer Zersetzungsprodukte aus dem Abgas wird häufig ein Nachverbrenner (Foto rechts) genutzt. Bei der Installation mehrerer Öfen kann jeweils ein Nachverbrenner mit zwei symmetrisch aufgebauten Öfen betrieben werden.

Der Einsatz von kontinuierlichen Durchlauföfen für den Entkohlungsprozess ist ebenfalls möglich.

Kontinuierliche Feuerung

Nach dem Trocknen und Ausbrennen bzw. Verkoken wird das Gefüge des Grünlings lediglich durch Adhäsionskräfte zusammengehalten und bedarf einer besonders sorgfältigen Handhabung während der weiteren Prozeßschritte.

Durchlauföfen werden für kontinuierliche Feuerungsprozesse verwendet. Die im Keramikbereich eingesetzten Durchlauföfen nutzen normalerweise Moldatherm® Heizelemente.

Beladung und Entladung des Ofens kann automatisch erfolgen. Koyo Thermo Systems kann unterschiedliche Belade- und Entladesysteme liefern.

Teilweise wird meist eine Stickstoffatmosphäre eingesetzt. Der Sauerstoffgehalt kann mittels eines ZrO2 Sauerstoffmeßgerätes bestimmt werden. Andere Prozeßgase wie Inertgase, Formiergas oder Wasserstoff können ebenfalls eingesetzt werden. Temperaturprofil und Gasfluß dieses Ofens bestimmen das Prozeßergebnis entscheidend.

Durchlaufofen
  • Der hier zu sehende Ofentyp MT ist mit einem hochgenauen Temperaturregler und einer auf hohe Gasstabilität und Reproduzierbarkeit ausgelegten Muffel ausgestattet.
  • Optional ist es möglich diesen Ofen mit einer Stange-Steuerung zu erhalten.
  • Die Stabilität derAtmosphäre in der Ofenkammer wird durch Gasspülkammern am Ofeneingang und am Ofenausgang erreicht.
  •  Eine Zwangsabsaugung mit einer Abblasdüse befindet sich exakt in der richtigen Position.
  • Für die beidseitige Feuerung von Proben können diese auf speziellen Haltern auf dem Metallnetz fixiert werden.Temperaturen bis zu 1400 °C sind möglich.

Brennen, Sintern, Sinterung

Das Ziel der keramischen Technologie ist die Herstellung eines mechanisch festen Körpers. Die keramische Bindung und damit die hohe Festigkeit erhält man erst durch das Brennen bei hohen Temperaturen in einem Sinterofen, Hubofen, Haubenofen, Vertikalofen. Der Brand ermöglicht das Sintern und läßt somit erst den eigentlichen keramischen Werkstoff entstehen. Durch die Vorgänge beim Brand findet eine Verfestigung und Verdichtung der Produkte statt, die sich auch in einer Abnahme der Porosität und einer Schrumpfung des Körpers äußert.  Brennzeit und Atmosphäre beeinflussen diese Eigenschaften der technischen Keramik. Die Form der Werkstücke wirkt sich ebenfalls auf das einzustellende Rezept aus: Dünnere und dicht geformte Werkstücke lassen sich schneller brennen als große oder dickwandige.

Für die Sinterung kann Koyo Thermo Systems drei verschiedene Typen von Vertikalöfen, Huböfen, Haubenöfen anbieten, die jeweils von unten über einen Lift beladen werden. Die Grundplatte kann nach vorne ausgefahren werden, um die Beladung weiter zu erleichert. Das gewünschte Rezept wird automatisch ausgeführt. Die Kammeratmosphäre kann gewählt werden. Oft werden Stickstoff oder Formiergas genutzt. Um einen schnellen Gasaustausch zu gewährleisten, kann der Ofen evakuiert werden. Der Sauerstoffgehalt kann mittels eines ZrO2 Sauerstoffmeßgerätes bestimmt werden.

bottom up kilns

Ofentyp

Max. Temp.

Abmessung

Beladung

Leistung

MU

1000°C

64 - 200 l

100 - 150 kg

17 - 60 kW

SU

1500°C

27 - 125 l

30 - 200 kg

17- 27 kW

KU

1700°C

15 - 216 l

30 - 300 kg

9 - 51 kW

Für die Produktion mit hohen Durchsätzen stehen große Versionen des Vertikalofens zur Verfügung (linkes Bild). Spezielle Typen existieren für das Vakuum-Sintern (rechtes Bild).

bottom up ovens   sinter furnace, furnaces

Der Einsatz von speziellen Durchlauföfen für diese Anwendung ist ebenfalls möglich.

mesh belt sintering furnace     continuous sintering furnace

Koyo Thermo Systems und Crystec freuen sich darauf, für sie eine kostengünstige Anlage aufzubauen, die Ihren strengsten Anforderungen entspricht.

Crystec Technology Trading GmbH diskutiert mit Ihnen gerne weitere Details.
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