Technische Keramik Keramik aus Papier

In der Papiererzeugung kommen bis zu 40% Füllstoffe zum Einsatz. Sie verringern nicht nur die Kosten, sondern statten das Papier auch mit besonderen Eigenschaften aus. Jetzt haben Wissenschaftler von der Papiertechnischen Stiftung (PTS), München, und der Universität Erlangen-Nürnberg den Füllstoffgehalt von Papier auf bis zu 90% erhöht – und damit ein Eigenschaftsprofil geschaffen, den Charakter des Füllstoffes annimmt. Auf diese Weise wurde eine Technik zur Herstellung keramischer Bauteile entwickelt.

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Zur Anwendung kommen konventionelle Papierherstellungsverfahren (Papiermaschine). Die hochgefüllten Papiere werden beschichtet und geformt. Das ermöglicht die Realisierung sehr dünnwandiger und komplex geformter Werkstoffstrukturen. Der keramische Füllstoffgehalt beträgt bis 85 Massen-Prozent. Dadurch können die Papiere in einem Sinterprozess in keramische Werkstoffe umgewandelt werden. Das Anwendungspotenzial ist breit gestreut: Es reicht von der Energie- und Umwelttechnik über die chemische Reaktionstechnik bis zur Medizintechnik.

Ein wichtiges Anwendungsfeld ist die Hochtemperaturtechnik. Bei modernen Brenntechniken, etwa für den Schnellbrand von Porzellan, sind großflächige Wärmeschutz-Bauteile (Schotten) notwendig. Sie bestehen aus hochtemperaturbeständigen Werkstoffen und sorgen für die thermische Abgrenzung unterschiedlicher Brennkammerbereiche. Diese thermischen Barrieren im Ofeninnenraum sind mehrere Quadratmeter groß und der Größe des Brennguts angepasst. Sie erleichtern das Stapeln der Ware im Ofen und werden möglichst oft wieder verwendet.

Gegenwärtig haben die Schotten eine Wanddicke bis zu 6 mm und eine entsprechend große thermische Masse, die zusätzlich zum Brenngut aufgeheizt werden muss. Sinterfähiges Papier kann so bearbeitet werden, dass hohlräumige Keramikkörper mit geringer thermischer Masse entstehen, die den Energieverbrauch erheblich mindern.

Geeignet für Prototyp- und Kleinserienfertigung

Außerdem herrscht in der keramischen Industrie hoher Bedarf an einer schnellen und kostengünstigen Prototyp- und Kleinserienfertigung. Sinterfähige Papiere können an das Rapid-Prototyping-Verfahren „Laminated Object Manufacturing“ (LOM) angepasst werden. Das Verfahren zerlegt 3D-Strukturen über CAD-Modelle in Schichten. Diese Schichten können aus Spezialpapieren bestehen. Sie können zugeschnitten und schichtweise übereinander gelegt werden, so dass auch komplexe 3D-Strukturen möglich sind.

Das LOM-Verfahren ermöglicht die Herstellung eines Bauteils unabhängig von Press- und Gussformen, was Kosten spart und den Formenbau beschleunigt. In einem Arbeitsschritt können damit auch mehrere, unterschiedliche Bauteile gleichzeitig erzeugt werden.

Mit Hilfe sinterfähiger Papiere können Bauteile aus unterschiedlichen keramischen Werkstoffen wie Oxiden, Carbiden und Nitriden im gleichen Verfahren herstellen. Weil das jeweilige Formgebungsverfahren bisher immer auf das jeweilige Keramiksystem abgestimmt werden musste, ergeben sich daraus hohe Rationalisierungseffekte.

Weitere Informationen: Dr. Andreas Hofenauer und Renate Kirmeier, Wissenschaftler am Papiertechnischen Stifftung (PTS) in 80797 München, Tel. (0 89) 1 21 46-5 31, Fax (0 89) 1 21 46-36, a.hofenauer@ptspaper.de, Dr. Nahum Travitzky und Hans Windsheimer, Wissenschaftler am Lehrstuhl Glas und Keramik, Tel. (0 91 31) 85-2 87 75, Fax (0 91 31) 85-2 83 11, nahum.travitzky@www.unierlangen.de.

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