Ofen, Öfen für die keramische Industrie für Trocknung, Entkohlung, Entbinderung und Sinterung.
JTEKT Thermo Systems wird in Europa vertreten durch
Crystec Technology Trading GmbH
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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.
JTEKT Thermo Systems (ehemals Koyo Thermo Systems) produziert mehrere Arten
von Öfen für Anwendungen in der keramischen Industrie wie z.B. für
Trocknung,
Entkohlung, kontinuierliche
Einbrennung und
Sinterung.
JTEKT 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. JETKT Thermo Systems (Koyo) bietet verschiedene Ofentypen
für diese Anwendung an. Am gebräuchlichsten sind Umluftöfen.
Ausbrennen, Entkohlung, Entbinderung
Um 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.
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. JTEKT 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.
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.
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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 JTEKT 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.
| Ofen Eigenschaften |
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 |
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Für die Produktion mit hohen Durchsätzen stehen
große Versionen des Vertikalofens zur Verfügung (linkes Bild). Spezielle
Typen existieren für das Vakuum-Sintern (rechtes Bild).
Der Einsatz von
speziellen Durchlauföfen für diese Anwendung ist ebenfalls möglich.
Koyo Thermo Systems und
Crystec freuen sich darauf, für sie eine kostengünstige
Anlage aufzubauen, die Ihren
strengsten Anforderungen entspricht.
