Die Beschichtung von Keramikpulverpartikeln gewinnt in letzter Zeit mehr und mehr an Bedeutung und wird daher sehr häufig eingesetzt.
Bei diesem Vorgang werden primäre Eigenschaften von Pulvern verbessert oder verändert. Die Veränderung der Oberflächeneigenschaften und/oder der Funktionalität von feinen Partikeln oder Pulvern ist für viele industrielle Zwecke sehr wichtig und verbreitert die Möglichkeiten beschichtetes Keramikpulver einzusetzen.
Von besonderer Bedeutung ist es für die Additive Fertigung von Keramik. Sehr feines Pulver neigt an der Luft zu agglomerieren. Das verschlechtert seine Verarbeitbarkeit wie zum Beispiel durch die Änderung der Fließfähigkeit. Durch die Behandlung der Oberfläche von Partikeln wird es möglich, die Eigenschaften, wie die Fließfähigkeit und Benetzbarkeit von Pulvern zu steuern und je nach Anwendung anzupassen.
Es gibt verschiedene Methoden und Verfahren, um Partikeloberflächen zu beschichten:
Silanisierung
Die Silanisierung ist ein sehr bekanntes und verbreitetes Verfahren für das Beschichten von Partikeln, welches auf der nasschemischen Sol-Gel Technologie basiert.
Eine erforderliche Fließfähigkeit und Benetzbarkeit wird durch die Oberflächenbehandlung der Partikel mit Silanen oder silanbasierenden Verbindungen angepasst.
Silane sind bifunktionelle Verbindungen, die aus hydrolisierbaren reaktiven OH-Gruppen und aus stabilen organofunktionellen R-Gruppen bestehen. Die Anbindung an der Partikeloberfläche erfolgt durch hydrolisierbare Gruppen. Die Oberflächenfunktionalität des Pulvers wird währenddessen durch die organofunktionellen R-Gruppen bestimmt. Häufig zu optimierende Parameter sind hydrophobe Eigenschaften oder das Erzielen einer bestimmten Benetzbarkeit.
Eine Hydrophobität der Partikeloberfläche hilft dabei, die Agglomeration des Pulvers oder der Pulvermischung zu vermeiden. Dadurch verbessern sich die Riesel- und die Fließfähigkeit des Pulvers, wodurch eine konstante Schichtlegung während des Druckens gewährleistet wird.
Diese Eigenschaften werden von WZR genutzt für…
- …3D-Druck von Keramikbauteilen nach dem Binder-Jetting-Verfahren. Durch Einsatz von modifiziertem Pulver wird eine optimale Pulverschichtlegung erreicht, von der die Druckqualität abhängt und sich auf die Eigenschaften der gedruckten Bauteile auswirkt, z.B. Grünfestigkeit, Dichte und Porosität des Endproduktes nach dem Sintern.
- …3D-Druck von keramikgefüllten Polymersystemen nach Vat Photopolymerisation (VPP)-Verfahren. Für diese Anwendung ist die erforderliche Benetzbarkeit von Keramikpartikeln in einer Polymermatrix von großer Bedeutung. Diese gewährleistet eine optimale Kompatibilität an der Grenzfläche der Polymermatrix und dem Keramikpulver, der als Füllstoff eingesetzt wird. Beschichtetes Pulver lässt sich leichter in ein Polymer bzw. Harz einarbeiten als unbeschichtetes. Die optimale Benetzung des Keramikpulvers mit der Polymermatrix kann dabei durch bestimmte organofunktionelle R-Gruppen eines Silanes gezielt angepasst werden. Die Silanisierung eines Pulvers als Füllstoff ermöglicht auch den Füllgrad des Pulvers in der Polymermatrix zu erhöhen. Hierdurch wird der Keramikanteil in einem Kompositmaterial erhöht, wodurch eine erhöhte Grünfestigkeit erreicht wird.
Binderbeschichtung
Bei diesem Verfahren werden die Partikel mit Binder umhüllt. Als Beschichtungslösung dient ein binderhaltiges System auf Wasser- oder Lösungsmittelbasis. Auf diese Weise beschichtetes Pulver wird auch beim Binder-Jetting-Verfahren eingesetzt. Hierdurch kann eine höhere Grünfestigkeit der gedruckten Teile erreicht werden.
Pulver-Nanopartikelbeschichtung
Eine weitere Anwendung ist das Beschichten eines Keramikpulvers (große Partikel) mit einem anderen Pulver (kleinere Partikel). Hierdurch erhält das beschichtete Keramikpulver die Eigenschaften des beschichtenden Pulvers.
Die groben Partikel werden mit der Beschichtungssuspension durch Sprühen beschichtet. Nach dem Verdampfen der Flüssigkeit werden die nano-Partikel an der Oberfläche der großen Partikel angebunden. Diese Anbindung kann durch zwei Methoden erreicht werden:
- durch Kovalentbindung, via nasschemischen Sol-Gel-Verfahren. Die Beschichtungssuspension enthält nano- und mikroskalige Partikel, die in einem Sol dispergiert sind.
- durch direkte Bindung durch einen Binder. Dafür wird eine binderhaltige Dispersion hergestellt.
Anwendung bei WZR
Ein Verfahren zur Beschichtung von Pulvern, mit welchem wir uns beispielsweise letztes Jahr befasst haben, war die Beschichtung durch Präzipitation von SiO2 auf FeSi-Pulver. Anwendung findet solches Pulver unter anderen in Magnetfeldkonzentratoren. Begleitet wurden die Versuche durch eine Betrachtung des Materials im Rasterelektronenmikroskop, wodurch wir die Qualität und Dicke der Beschichtung beurteilen konnten.
Aktuell arbeiten wir intern, aber auch mit Kooperationspartnern, an weiteren spannenden Pulverbeschichtungen und freuen uns darauf, diese bald mit Ihnen teilen zu können.
