Verfahrenstechnische Fortschritte für die Herstellung neuer Materialien – Foliengießen aus Nanopartikeln

Forschungsarbeit

Verfahrenstechnische Fortschritte für dieHerstellung neuer Materialien – Foliengießen ausNanopartikelnCatharina Knieke1, Pavel Vozdecky2, Andreas Roosen2 und Wolfgang Peukert3,*

DOI: 10.1002/cite.201000138

Am Beispiel der Herstellung keramischer Folien wird gezeigt, wie verfahrenstechnische Fortschritte zu verbesserten Werk-

stoffeigenschaften führen. Ein wesentlicher verfahrenstechnischer Fortschritt ist die Möglichkeit, Nanopartikel durch

Echtzerkleinerung in Rührwerkskugelmühlen in hoher Ausbeute herzustellen. Die nanoskaligen Suspensionen können

direkt zu keramischen Folien verarbeitet werden. Die Verarbeitung der Nanopartikel erfordert eine Anpassung der be-

stehenden Prozessbedingungen und führt zu deutlichen Eigenschaftsverbesserungen der daraus hergestellten Werkstoffe

hinsichtlich Gefügestruktur, Oberflächenrauhigkeit, Festigkeit und optischer Transparenz.

Schlagwörter: Keramische Folien, Nanomahlung, Rührwerkskugelmühle

Eingegangen: 29. Juli 2010; revidiert: 21. Dezember 2010; akzeptiert: 21. Januar 2011

Advanced Processes for Better Materials – Tape Casting from Nanoparticles

It is shown by the example of a ceramic tape casting process, how advances in the field of process engineering lead to im-

proved material properties. One great advance is the possibility of producing nanoparticles in stirred media mills. The

nano-sized particle suspensions can be directly processed to ceramic tapes. The processing of nanoparticles requires speci-

fically adjusted process conditions, but leads to a drastic improvement of the final product properties. Hence, dense and

crack-free ceramic tapes with a higher mechanical strength, a lower surface roughness and a translucent character com-

pared to tapes from micro-sized powders can be obtained.

Keywords: Ceramic tapes, Nano-milling, Stirred media mill

1 Einleitung

Die Werkstoffwissenschaften und die Verfahrenstechnikwurden und werden in Deutschland bisher als Wissen-schaftsrichtungen mit relativ wenigen Berührungspunktenwahrgenommen. Während die Werkstoffwissenschaften tra-ditionell das Endprodukt im Blick hatten, war die Verfah-renstechnik in der Vergangenheit überwiegend auf die Unit

Operations fokussiert. Die Herstellung und Verarbeitungkeramischer, metallischer oder polymerer Werkstoffe fürFunktions- oder Strukturmaterialien war und ist die Do-mäne der Werkstoffwissenschaftler, während die Verfah-renstechnik systematische Untersuchungen zur Filtration,zum Trocknen oder zum Zerkleinern vorantrieb. In denletzten Jahren haben sich allerdings tiefgehende Verände-rungen ergeben: mit wachsender Komplexität der Produktenahm in den Werkstoffwissenschaften die Bedeutung derProzesstechnologie zu, während in der Verfahrenstechnikdie Wende hin zu den Produkteigenschaften und zum Pro-duct Engineering vollzogen wurde.

Eine Vorreiterrolle spielt hier sicher die Partikeltechnolo-gie, die sich ausgehend von einer mechanischen Verfah-renstechnik strategisch weiter entwickelt hat zur Wissen-schaft und Technologie von dispersen Systemen. DieStoffwandlung an Partikelsystemen erfolgt nicht mehr nurmit mechanischen, sondern auch mit biologischen, chemi-

ChemieIngenieurTechnik

Chemie Ingenieur Technik 2011, 83, No. 4, 535–544 © 2011 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.cit-journal.com

–1Dipl.-Ing. Catharina Knieke, New Jersey Institute of Technology,Otto H. York Department of Chemical, Biological and Pharmaceuti-cal Engineering, Newark, NJ, USA; 2Pavel Vozdecky, Prof. Dr.Andreas Roosen, Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl fürGlas und Keramik, Martensstraße 5, 91058 Erlangen, Germany;3Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Peukert ([email protected]),Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Feststoff- und Grenz-flächenverfahrenstechnik, Cauerstraße 4, 91058 Erlangen, Germany.

Keramische Folien 535

schen und thermischen Methoden. Die innerhalb von Pro-cessNet gegründete Fachgemeinschaft Partikeltechnik undProduct Design spiegelt diese Entwicklung wieder. ImFokus stehen Methoden zur Herstellung, Verarbeitung, For-mulierung und Charakterisierung von oft komplex struktu-rierten, mehrphasigen Produkten mit ganz spezifischem,für die jeweilige Anwendung charakteristischem Eigen-schaftsprofil. Die Produkteigenschaften werden durch dasAnwendungsfeld definiert, das ausgehend von klassischenBereichen der Verfahrenstechnik in der chemischen In-dustrie mehr und mehr in Bereiche der Elektronik, derEnergietechnik, der Life Sciences, der Nanotechnologie, deroptischen Technologien, der Werkstoffe und der Umwelt-technik ausstrahlt.

Damit ergeben sich zahlreiche Synergien zwischen denvielen anderen technischen und naturwissenschaftlichenDisziplinen. Eine zentrale Rolle kommt dabei der Zusam-menarbeit mit den Werkstoffwissenschaften zu. In Er-langen zeigt sich diese strategische Allianz am Beispiel desExzellenzclusters Engineering of Advanced Materials – Hier-archical Structure Formation for Functional Devices, imGraduiertenkolleg Disperse Systeme für Elektronikanwen-dungen, in denen Chemieingenieure und Material-wissenschaftler (sowie eine Reihe weiterer Disziplinen) engzusammenarbeiten und am interdisziplinären Master-studiengang Advanced Materials and Processes, den Werk-stoffwissenschaftler und Chemie- und Bioingenieure ge-meinsam bestreiten.

In dieser Arbeit wird am Beispiel keramischer Folien ge-zeigt, wie eng die Verknüpfung zwischen den Disziplinenist und wie verfahrenstechnische Fortschritte in der Parti-kelherstellung und Partikelverarbeitung zu verbessertenProzessbedingungen und Produkteigenschaften führen.

2 Aspekte der keramischen Prozesstechnik

Werkstoffe müssen als Konstruktions- und Funktionsmate-rialien zur Realisierung von Anwendungen über ihreEigenschaften und Bauteilform bestimmte Anforderungenerfüllen. In dem sich verändernden technisch-wissenschaft-lichem Umfeld können Werkstoffe mit immer besserenund an die Aufgabe optimaler angepassten Eigenschaftenentwickelt werden. Hierbei nutzen die Werkstoffwissen-schaftler neben neuen Stoffsystemen, also der chemischenZusammensetzung der Werkstoffe, insbesondere den Zu-sammenhang zwischen eingesetzten Rohstoffen, Aufberei-tung und dem entstehenden Gefüge mit seinen Eigenschaf-ten. Damit ergeben sich prozesstechnische Wege der

Gefügesteuerung zur Verbesserung der Werkstoffeigen-schaften. Als Beispiele seien keramische Hochleistungs-werkstoffe genannt, die über eine Pulverroute hergestelltwerden (s. Abb.1). Ausgehend von Pulvern erfolgt derenAufbereitung, die Formgebung und thermische Behand-lung, wobei das Sintern zur Verdichtung der Formkörperführt. Beim Sintern werden die Poren zwischen den Pulver-körnern im Formkörper über Diffusionsprozesse beseitigt,wobei gleichzeitig ein Kornwachstum auftritt. Da die Massekonstant bleibt, ist das Sintern von einer linearen Schwin-dung von typischerweise 15 bis 20 % begleitet. Beim Sin-tern verbleiben häufig Restporen, deren Eliminierungmit aufwendigen Methoden wie Heißpressen erfolgen kann[1].

Da Keramiken spröde Werkstoffe sind, hängt ihre Festig-keit sehr stark von Gefügefehlern im gesinterten Werkstoffwie Poren oder Einschlüssen ab, an denen unter Belastungeine Spannungsüberhöhung und damit vorzeitiges Versa-gen auftreten kann [2]. Da neben der Fehlergröße auch ihrestatistische Verteilung eine Rolle spielt, erfolgt die Auswer-tung von Festigkeitsmessungen über statistische Methodenwie die Weibull-Statistik. Neben der Fehlergröße bestimmtauch noch die Feinheit der Körner und deren Verteilungs-breite im gesinterten Gefüge die Festigkeit, wobei feinereKornstrukturen eine höhere Festigkeit ergeben.

Maßnahmen zur Vermeidung von Gefügefehlern setzenin verschiedenen Stadien der Herstellroute an. Zunächstsind dies die Ausgangspulver, von denen exakte Stöchio-metrie, hohe Reinheit und insbesondere eine Korngrößen-verteilung hoher Feinheit ohne harte Agglomerate undAggregate gefordert wird. Während zu Beginn der achtzigerJahre sog. Submikron-Pulver entwickelt wurden, sind esheute Nanopulver. Die Korngrößenverteilung und die Güteder Dispergierung beeinflussen wiederum die erreichbarePackungsdichte und die Homogenität der Packung. So füh-ren z. B. Agglomerate zu größeren Packungsfehlern(Poren), die beim Sintern häufig nicht mehr zu beseitigensind. Die erreichte Packungsdichte und das Auftreten be-stimmter Defekte hängen außerdem vom eingesetztenFormgebungsverfahren ab. Hier unterscheidet man zwi-schen den trockenen (uni-axiales und isostatisches Trocken-pressen), plastischen (Extrusion, Spritzguss) und nassenFormgebungsverfahren (Schlickerguss, Foliengießen), dieaufgrund der jeweils notwendigen Massekonsistenz zuunterschiedlichen Fliessverhalten und dadurch zu unter-schiedlichen Fehlergrößen und Dichten führen [3]. JedesFormgebungsverfahren erfordert einen anderen Aufberei-tungsweg der Masse, um das geforderte rheologische Ver-halten für das entsprechende Formgebungsverfahren zu er-

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Abbildung 1. Prozesskette zurHerstellung keramischer Folien.

536 W. Peukert et al.

füllen. Da keramische Hochleistungspulver wie z. B. Al2O3

bei der Formgebung kein plastisches Verhalten zeigen,muss bei ihrer Formgebung mit organischen Additiven inForm von Dispergatoren, Bindern und Weichmachern gear-beitet werden. Diese haben eine temporäre Funktion undmüssen nach der Formgebung wieder ausgebrannt werden.Aufgrund der geschilderten Zusammenhänge wird deut-lich, dass den eingesetzten organischen Additiven eine gro-ße Bedeutung bei der Herstellung defektarmer Keramikenzukommt. Gerade die Bedeutung der Dispergatoren wirdausschlaggebend für die Einstellung hochwertiger Gefüge,wenn nanoskalige Pulver verarbeitet werden. Weitere Fehlerkönnen beim Entbinden entstehen, wenn die Ausbrennbe-dingungen zu einer so starken Gasentwicklung führen, dassdie Zersetzungsprodukte nicht schnell genug durch diePorenkanäle abgeführt werden können, sondern zu Gefüge-schäden führen. Beim Sintern ist es wichtig, das Kornwachs-tum so zu steuern, dass die Poren in den Korngrenzen blei-ben, wo sie über Diffusionsprozesse an die Oberfläche alsLeerstellensenke transportiert werden können [1].

Vor diesem Hintergrund ermöglicht der Einsatz nanoska-liger Pulver prinzipiell eine Reduzierung der Fehlergrößeund damit eine Verbesserung bestimmter Eigenschaftenwie z. B. Festigkeit oder Risszähigkeit. Dies setzt allerdingsvoraus, dass die Pulverteilchen vollständig dispergiert sindund sich bei der Formgebung sehr homogen anordnen.Hierbei spielt insbesondere die Auswahl geeigneter Disper-gatoren und die Wahl geeigneter Dispergiertechnologieneine große Rolle [4]. Diese Problematik steht im Mittel-punkt vieler keramischer Aufbereitungswege, stellt jedochnur einen Schritt in der Prozesskette dar. Beherrscht manden gesamten Prozessablauf für nanoskalige Pulver, kön-nen außerdem prozesstechnische Vorteile wie eine Herab-setzung der Sintertemperatur erreicht werden. Neben derVerbesserung der mechanischen Eigenschaften könnenauch andere Eigenschaften, wie z. B. die thermischen, elek-trischen, magnetischen, korrosiven oder optischen Eigen-schaften, verändert werden [5].

Werkstoffwissenschaftler und Verfahrenstechniker müs-sen die gesamte Prozesskette vom Pulver bis zum Bauteil ver-stehen und optimieren, wenn zum Schluss ein Produkt mitoptimalen Eigenschaften entstehen soll. Letztlich bestimmtdie Struktur, d. h. die Zusammensetzung sowie das Gefüge,die Eigenschaften des Bauteils. Das Gefüge wird wiederumvom Prozess und seinen physikalischen und verfahrenstech-nischen Variablen beeinflusst. Diese Zusammenhänge sindGrundlage der Werkstoffwissenschaften und der Verfahrens-technik und werden in der verfahrenstechnischen Literaturals Eigenschaftsfunktion nach Rumpf [6, 7] und als Prozess-funktion nach Polke [8] bezeichnet. Die einheitliche undstringente Darstellung der Produktgestaltung über Struktur/Eigenschafts- und Prozess/Struktur-Beziehungen ist allge-mein gültig auf viele Produktklassen und Technologieberei-che anwendbar. Typische Beispiele sind der Geschmack einesLebensmittels, die Reaktivität und Selektivität eines Katalysa-tors, die Farbintensität eines Pigments, während in den Werk-

stoffwissenschaften die Transparenz einer keramischen Fo-lie, die Festigkeit eines metallischen Schaums oder dieLeitfähigkeit eines gefüllten Polymers genannt werden kön-nen. Selbstverständlich sind diese Konzepte auch übertragbarauf komplexere Bauteile und Systeme wie Solarzellen, druck-bare Elektronik, Energiespeicherung in neuartigen Batterienoder neue photonische Materialien. Vor diesem Hintergrundist die Allianz zwischen Verfahrenstechnik und Werkstoffwis-senschaften nicht nur forschungsstrategisch geboten, son-dern auch ein schönes Beispiel wie Innovation gerade zwi-schen den klassischen Disziplinen entstehen kann.

Im vorliegenden Fall haben der Lehrstuhl für Feststoff-und Grenzflächenverfahrenstechnik und die Arbeitsgruppevon Prof. Roosen am Lehrstuhl für Glas und Keramik indem gemeinsamen AiF-ZUTECH-Projekt Einsatz nanoska-liger Partikel zur Herstellung keramischer Folien (194 ZN)zusammengearbeitet. Im Zentrum stand die Herstellungplanarer Substrate, wie sie vor allem in der Mikroelektronikals isolierende Träger für elektrische Schaltungen großeAnwendung finden [9]. Hier zeichnen sich die keramischenSubstrate gegenüber polymeren Leiterplatten durch höhereWärmeleitfähigkeiten, einem dem Silizium angepasstenAusdehnungskoeffizienten, kleinere dielektrische Verlustesowie Korrosionsbeständigkeit und hermetischen Schutzaus. Für die Herstellung dieser Substrate werden anwen-dungsbedingt keramische Pulver mit x50-Werten zwischen1 lm und 3 lm eingesetzt. Speziell für keramische Mehrla-genkondensatoren, wo Folien mit 1 lm dielektrischer Dickegefordert werden, ist eine Auseinandersetzung mit der Ver-arbeitung von nanoskaligen Pulvern notwendig. Nebeneiner verbesserten Oberflächenrauhigkeit, die zu einerMinimierung der Verluste in Hochfrequenzanwendungenführt, verspricht der Einsatz feinerer Pulver eine Reduzie-rung der Sintertemperaturen, eine Erhöhung der mechani-schen Eigenschaften, sowie ein verbessertes Thermoschock-verhalten [10, 11]. Während über das Foliengießen mitPartikeln im lm-Bereich ausführlich berichtet wird [12, 13],ist der Einsatz nanoskaliger Pulver ( < 100 nm) in derFoliengießtechnik kaum beschrieben, da derartige Pulver ingrößeren Mengen teuer bzw. nur schwer zugänglich sindund sich hinsichtlich einer vollständigen Dispergierungsehr schwer verarbeiten lassen.

Die Zerkleinerung in Rührwerkskugelmühlen bietet einevergleichsweise einfache, skalierbare und zudem kosten-günstige Methode zur Herstellung von Nanopartikelsuspen-sionen mit hohen Ausbeuten. Hierbei ist im Speziellen aufeine Stabilisierung der erzeugten Bruchstücke gegen Agglo-meration zu achten, da viele Eigenschaften der Suspensionvom Dispersitätszustand abhängen [14, 15].

Im Folgenden wird die gesamte Prozesskette vorgestellt.Sie beschreibt die Herstellung keramischer Substrate aufBasis nanoskaliger Partikel beginnend mit der Nasszerklei-nerung eines oxidkeramischen Pulvers zur Erzeugung na-noskaliger Partikel und der Bereitstellung stabiler hochkon-zentrierter Suspensionen über eine direkte Verarbeitung zuFoliengießschlickern und anschließende Sinterung der ge-




gossenen Folien. Neben den relevanten Einflussfaktorenauf die einzelnen Prozessschritte werden die Eigenschaftender fertigen Folien hinsichtlich einer Verbesserung durchden Einsatz von Nanopartikeln gegenüber mikroskaligenPulvern untersucht.

3 Methoden und Materialien

3.1 Prozesskette zur Herstellung keramischer Folien

Die gesamte Prozesskette zur Herstellung keramischer Fo-lien aus nanoskaligen Partikeln ist in Abb. 1 dargestellt.Den ersten Schritt in der Prozesskette stellt die Nasszerklei-nerung in der Rührwerkskugelmühle dar. Auf diesem Ge-biet wurden in den letzten Jahren beachtliche Fortschritteerzielt. Eine lange in der Literatur postulierte Zerkleine-rungsgrenze um 0,5 lm wurde durch Methoden der Nano-zerkleinerung weit nach unten verschoben [16 – 18]. Heuteist es möglich, keramische Pulver um 10 nm durch Zerklei-nerung herzustellen. Kürzlich konnte sogar gezeigt werden,dass Graphen, d. h. eine Monolage Graphit, über diese Me-thode hergestellt werden kann [19].

Aus Sicht der Prozesseffizienz wird eine hohe Feststoffkon-zentration bereits in der Zerkleinerung angestrebt, wie sie inder keramischen Prozesstechnik gefordert ist. Im Anschlusskann dadurch die Mahlsuspension direkt zu Foliengieß-schlickern durch Zugabe von Binder und Weichmacher ineinem Homogenisierschritt verarbeitet werden. Nach dem ei-gentlichen Foliengießen entstehen nach dem Trocknungs-schritt die so genannten Grünfolien, die abschließend zumEndprodukt, einem keramischen Substrat, gesintert werden.

3.1.1 Nasszerkleinerung

Die Zerkleinerungsversuche werden in der Rührwerks-kugelmühle LabStar LS 1 (Netzsch-Feinmahltechnik,Deutschland) durchgeführt. Die Mühle ist explosions-geschützt ausgeführt und besitzt ein Zentrifugalabtrenn-system, das den Einsatz kleinster Mahlkörper erlaubt. DerMahlraum fasst ein Volumen von 0,67 L und ist mit stabili-siertem Zirkonoxid verkleidet. Auch der Rührer besteht ausverschleißfestem Zirkonoxid. Die Zerkleinerung erfolgt ge-mäß Abb. 2 in Kreisfahrweise. Um die entstehende Wärmeabzuführen, werden Mahlraum und Rührkessel mit Hilfeeines externen Kühlaggregats kontinuierlich gekühlt.

Die Zerkleinerung der Pulver erfolgt stets mit einer Dreh-zahl von 2000 min–1, was einer Umfangsgeschwindigkeitvon 8 m s–1 entspricht. Der Füllgrad der Mühle mit Mahl-körpern wird ebenfalls mit 80 Vol.-% konstant gehalten. Inden Zerkleinerungsversuchen wird der Feststoffgehalt aufbis zu 50 Gew.-% erhöht. Damit können ohne Abdampfenvon Lösemittel direkt hochkonzentrierte Schlicker herge-stellt werden, die die Voraussetzung für rissfreie und homo-gene Folien darstellen. Während der Zerkleinerung werdennach definierten Zeiten Proben gezogen, um den Zerkleine-

rungsfortschritt zu untersuchen. Die Charakterisierung dergemahlenen Pulver erfolgt über Stickstoffadsorptions-messungen (Nova 2000, Quantachrome, Deutschland) mitder BET-Auswertung (Brunauer-Emmett-Teller, 7-Punkt-Messung). Hierfür werden die Proben zuvor für 5 h bei400 °C in einem Muffelofen ausgeheizt, um das Polymervon der Oberfläche zu entfernen, ohne dabei Sintereffektehervorzurufen, die die gemessene Oberfläche verfälschen.Die Anwesenheit von Mikroporen in den gemahlenenPulvern konnte mit Hilfe einer Mikroporenanalyse ausge-schlossen werden. Aus den gemessenen massenspezifi-schen Oberflächen Sm wird im Anschluss unter der An-nahme sphärischer monodisperser Partikel der Sauter-Durchmesser x1,2 gemäß

x1�2 � 6Sm q

(1)

berechnet. Dabei stellt q die Feststoffdichte der Partikel dar.Bei der Zerkleinerung mit Mahlkörpern entsteht Abrieb,der die Proben verunreinigt und das rheologische Verhaltender Suspensionen und die Eigenschaften der gesintertenProdukte beeinflussen kann. Eine exakte Quantifizierungdes Abriebs konnte mittels ICP-MS (Inductively CoupledPlasma Mass Spectroscopy) Analyse (ICP-OES, SpectroAnalytical Instruments, Deutschland) an den getrocknetenMahlsuspensionen durchgeführt werden.

3.1.2 Schlickerherstellung / Homogenisierung

Die in der Rührwerkskugelmühle hergestellten, stabilennanoskaligen Al2O3-Mahlsuspensionen wurden direktdurch die Zugabe von Binder und Weichmacher zu Gieß-schlickern weiterverarbeitet. Die Schlicker wurden in einemTaumelmischer (Turbula, WAB AG, Schweiz) für 24 h ho-mogenisiert, wobei stabilisierte ZrO2-Mahlkugeln mitDurchmessern von 1,0 bis 1,5 mm verwendet wurden. ZurAufbereitung der Schlicker aus den autogen gemahlenenSuspensionen wurden Al2O3-Mahlkörper von ca. 1,5 mmDurchmesser eingesetzt. Nach dem Entgasen der Schlickerzur Entfernung von Luftblasen wurden mit einem Rota-tionsviskosimeter (Physica UDS 200, A. Paar, Österreich)


Abbildung 2. Schematische Darstellung des Zerkleinerungskreis-laufes.


Viskositätsmessungen durchgeführt (Kegel-Platte-Geome-trie). Als Messwert wurden die Viskositäten bei einer Scher-rate von 20 s–1 verwendet, da diese der Scherung an derSchneide während des Foliengießens entspricht.

3.1.3 Foliengießprozess

Für die Herstellung der Folien wurde eine Labor-Gießanla-ge von 4 m Länge verwendet, die nach dem Doctor-Blade-Verfahren arbeitet. Bei der Anlage befindet sich der festste-hende Gießschuh über einer bewegten Trägerfolie. DerGießschuh besteht aus einem Schlickerreservoir mit zweiGießschneiden (Doctor-Blades), unter denen der Schlickerdurch die bewegte Trägerfolie zu einer dünnen Folie aus-gezogen wird. Die Schlicker wurden auf der Gießanlagebei verschiedenen Rakelhöhen (300 – 700 lm) zu Folienvon 200 mm Breite mit einer Gießgeschwindigkeit von700 mm min–1 vergossen und an Luft bei Raumtemperaturgetrocknet. Als Gießunterlage wurde eine mit Silikon be-schichtete PET-Trägerfolie (Mitsubishi, Japan) verwendet.

3.1.4 Sintern

Die getrockneten Folien wurden in einem Hochtemperatur-kammerofen (HT16/16, Nabertherm, Deutschland) an Luftbei 1450 °C mit einer Haltezeit von 3 h gesintert. Aus Vor-untersuchungen konnte ein optimiertes Sinterprofil erstelltwerden:

RT ��5 Kmin�1

200 �C ��0�25 Kmin�1

450 �C ��1h450�C

��5 Kmin�1

1450�C ��1�3h1450�C ��5 Kmin�1

RT

Die Entbinderung der Folien wurde sehr langsam durch-geführt und sieht eine einstündige Haltezeit bei 450 °C vor,um sicherzustellen, dass alle organischen Additive aus derFolie entfernt sind, bevor das restliche Sinterprofil fort-geführt wird. Nicht vollständig ausgebrannte, organischeAdditive könnten bei den anschließenden hohen Heizratenzu Rissbildungen führen. Als Brennhilfsmittel wurden po-röse Aluminiumoxidsubstrate (Al2O3 99,5 Gew.-%) einge-setzt. Zur Verhinderung einer Verwölbung der Substratewurden die Proben teilweise beschwert (25 Pa) gesintert.

Die Oberflächenrauhigkeit Ra wurde mit einem Raster-kraftmikroskop (MultiMode SPM, Digital Instruments/Veeco Metrology Group, USA) bestimmt. Mit dem 4-Kugel-Versuch konnte die Biegebruchfestigkeit der gesintertenSubstrate ermittelt werden [20]. Der 4-Kugeltest bietet dieMöglichkeit, die Festigkeit von scheibenförmigen, dünnenProben ohne Präparationsaufwand in biaxialer Belastungzu prüfen. Dabei wird eine scheibenförmige Probe zentriertauf drei Auflagerkugeln positioniert. Die Prüfkraft wird zen-tral über eine Lastkugel in die Probe eingeleitet. Das Gefügeder gesinterten Folien wurde mittels Elektronenmikrosko-pie (LEO 1530, LEO Electron Microscopy, UK) an thermischgeätzten Querschliffen untersucht.

3.2 Eingesetzte Materialien

Als Mahlgut wird ein kommerzielles a-Al2O3-Pulver (CT1200 SG, Almatis, Deutschland) mit einer mittleren Parti-kelgröße von 1,2 lm und einer Dichte von 3,98 g cm–3 einge-setzt. Das Ausgangspulver hat eine Reinheit von > 99,85 %und eine spezifische Oberfläche von 3,7 m2g–1. Das Pulverwird in technischem Ethanol (95 Gew.-% denaturiert mit1 Gew.-% MEK, VWR Prolabo, Frankreich) unter Anwesen-heit des sterischen Stabilisators Ketjenlube (ItalmatchChemicals, Italien) zerkleinert. Der Stabilisator, ein alternie-rendes Maleinsäureanhydrid-a-Olefincopolymer mit lipo-phoben Poly(ethylenglykol) und lipophilen Polyolefin-Sei-tenketten, besitzt ein Molekulargewicht von 7000 g mol–1

und zeigt eine hohe Kompatibilität zum später eingesetztenBinder und Weichmacher. Die Struktur von Ketjenlube istin Abb. 3 dargestellt.

Als Mahlkörper werden verschleißfeste, sphärische,yttriumstabilisierte Zirkonoxidmahlkörper YSZ (Tosoh,Japan) in einem Durchmesserbereich von 0,4 – 0,5 mm ver-wendet. Die Mahlkörper haben gemäß Herstellerangabeneine chemische Zusammensetzung von 95 Gew.-% ZrO2

und 5 Gew.-% Y2O3 sowie eine Dichte von 6,07 g cm–3. Fürdie Autogenmahlungen wird ein unregelmäßig geformterAl2O3-Splitt (SEPR Keramik, Deutschland) mit Durch-messern von 0,18 – 0,3 lm eingesetzt. Aus den nanoskaligenSuspensionen wurden durch Zugabe von PVB-Binder (But-var, Solutia, USA) und Weichmacher (Benzylphthalat, Santi-cizer, Ferro, USA) Schlicker hergestellt. Die Menge an Bin-der und Weichmacher wurde in den Versuchen variiert.

4 Ergebnisse und Diskussion

4.1 Bestimmung der optimalen Stabilisatorkonzen-tration

Ein zentraler Aspekt in der Herstellung von Nanopartikelnund deren Verarbeitung zu technischen Produkten ist dieKontrolle der Partikelgrenzflächen [25]. In der hier beschrie-benen Anwendung geht es um die Stabilität der Partikel ge-gen Aggregation und um die Steuerung von Rheologie undSchichtbildung. Vor den eigentlichen Zerkleinerungsversu-chen muss zunächst die optimale Stabilisatorkonzentration



Abbildung 3. Struktur des eingesetzten Stabilisators Ketjenlube.


ermittelt werden. Zu geringe oder zu hohe Polymerkonzen-trationen führen zur Agglomeration der Partikel und späterzu Inhomogenitäten in den gegossenen Folien. Die Instabi-litäten äußern sich zudem in einem Anstieg der Viskosität,der eine Weiterverarbeitung erschwert bzw. ein Gießen derFolien unmöglich machen kann.

Die Ermittlung der optimalen Stabilisatorkonzentrationerfolgt dementsprechend über Rheologiemessungen beieiner Scherrate von 20 s–1. Abb. 4 zeigt den Verlauf der Vis-kosität in Abhängigkeit der Stabilisatorkonzentration fürzwei Suspensionen unterschiedlichen Feststoffgehalts. DieStabilisatorkonzentration ist hierbei auf die eingesetzteFeststoffmenge bezogen. Um die durch die Zerkleinerunghervorgerufene Vergrößerung der Oberfläche zu berück-sichtigen, werden bereits gemahlene Aluminiumoxid-Sus-pensionen mit einer mittleren Primärpartikelgröße von20 nm eingesetzt, die vor den Viskositätsmessungen erneutaufdispergiert wurden.

In den Viskositätsverläufen sind deutlich ein Minimumund damit eine optimale Stabilisatorkonzentration zu erken-nen. Zu geringe oder zu hohe Stabilisatorkonzentrationenführen als Folge einer Verbrückungs- bzw. einer Verarmungs-flockung zu einem Viskositätsanstieg. Eine optimale Sta-bilisierung liegt für beide Suspensionen bei etwa 3 Gew.-%Stabilisator bezogen auf die eingesetzte Mahlgutmasse. Ba-sierend auf diesen Ergebnissen wurden die meisten Zerklei-nerungsversuche bei einer Stabilisatorkonzentration vonmStab/mMahlgut = 0,03 durchgeführt. Waren Partikelgrößen> > 20 nm als Zerkleinerungsergebnis gewünscht, wurde dieStabilisatormenge der reduzierten Oberfläche angepasst.

4.2 Zerkleinerungsergebnisse und Schlickerher-stellung

Um ein Aufkonzentrieren der Suspensionen durch Ab-dampfen von Lösemittel zu vermeiden, werden bereits bei

der Zerkleinerung hochkonzentrierte Suspensionen ver-mahlen. Dieses stellt insofern eine Herausforderung dar,als dass hohe Feststoffgehalte zum einen die Viskosität derSuspension stark erhöhen, was wiederum die Zerkleine-rung beeinträchtigt und unter Umständen zu nicht mehrverarbeitbaren Suspensionen führt. Zum andern erfordernhohe Feststoffgehalte hohe Zerkleinerungszeiten bzw. hoheEnergieeinträge, die zu einem starken Mahlkörperabriebführen. Neben dem Feststoffgehalt, hängt die Viskositätauch stark von den interpartikulären Wechselwirkungen ab[21], die mit steigender Feststoffbeladung aufgrund der sin-kenden Partikelabstände immer größer werden. Diese Kräf-te lassen sich durch Zugabe von geeigneten Stabilisatoren,hier eines sterisch stabilisierenden Polymers, im geeignetenKonzentrationsbereich steuern (s. Abschn. 3.1).

Während beim Einsatz von mikroskaligen Pulvern Fest-stoffgehalte von mehr als 70 Gew.-% realisiert werden, istdies bei der Verarbeitung nanoskaliger, sterisch stabilisierterPartikel aus rein geometrischen Gegebenheiten nicht mög-lich. Bei gleichbleibendem Feststoffgehalt und abnehmen-der Partikelgröße nehmen auch die Abstände zwischen denPartikeln in der Suspension ab. Wird der interpartikulareAbstand zwischen den Teilchen kleiner als die doppelteSchichtdicke des Polymers, kommt es zu einer Überlap-pung der Polymerketten. Eine damit verbundene Querver-netzung der Polymere resultiert in einem dramatischenAnstieg der Suspensionsviskosität, der eine Weiterverarbei-tung unmöglich macht.

Daher muss ein Kompromiss zwischen Feststoffgehalt,Partikelgröße, polymerer Schichtdicke und gewünschterRheologie gefunden werden. In zahlreichen Vorversuchenwurden hinsichtlich optimaler Produkteigenschaften diefür die Zerkleinerung günstigsten Parameter ermittelt. ImFolgenden werden exemplarisch zwei Zerkleinerungsergeb-nisse von Aluminiumoxidpartikeln in Ethanol mit einemFeststoffgehalt von etwa 50 Gew.-% vorgestellt. Um späterden Einfluss des Abriebs untersuchen zu können, wurdenin einem Versuch YSZ-Mahlkörper (V1) und in dem zwei-ten Versuch Aluminiumoxid-Mahlkörper (V2) eingesetzt.Damit ist in V2 der Abrieb im Sinne einer Autogenmahlungarteigen und stellt keine Kontamination der Suspensiondar. Die Mahldauer betrug in beiden Versuchen 24 h beieiner Stabilisatorkonzentration von mStab/mMahlgut = 0,02.Am Ende der Zerkleinerungsversuche konnten gemäß BET-Messungen bei der Mahlung mit den YSZ-Mahlkörperneine Endpartikelgröße von ca. 57 nm und bei der Mahlungmit dem Al2O3-Mahlkörpern eine Endgröße von ca. 99 nmerreicht werden. Die unterschiedlichen Partikelgrößen äu-ßern sich auch in den Viskositäten der gemahlenen Suspen-sionen. Während in V1 eine Viskosität von 2,8 Pa s erreichtwurde, lag die Viskosität bei V2 lediglich bei 1,2 Pa s. Tab. 1fasst die wichtigsten Versuchsergebnisse zusammen.

Nach Zugabe von Binder und Weichmacher gemäß Tab. 1zeigten die Gießschlicker das für das Foliengießen gefor-derte strukturviskose Fließverhalten. Die Viskositäten derSchlicker lagen mit Werten von 9,6 Pa s (V1) und 5,9 Pa s


Abbildung 4. Viskositäten in Abhängigkeit der Stabilisatorkon-zentration von gemahlenen Al2O3-Suspensionen unterschied-lichen Feststoffgehalts (T = 15 °C, Scherrate = 20 s–1).


(V2) in einem für den Gießprozess günstigen Bereich. Übli-cherweise werden beim Foliengießen Viskositäten zwischen4 und 12 Pa s angestrebt.

4.3 Charakterisierung von Grünfolien und gesinter-ten Substraten

Die aus den Mahlsuspensionen hergestellten Schlickerkonnten gut vergossen und zu rissfreien Grünfolien ge-trocknet werden. Durch den Einsatz nanoskaliger Pulverkonnte bereits ein positiver Effekt auf die mechanischenEigenschaften der Grünfolien festgestellt werden. So besit-zen diese Grünfolien mit ca. 15 MPa sehr hohe mittlereZugfestigkeiten bei ebenfalls großen Dehnungen von unge-fähr 30 %. Im Vergleich dazu erzielen Grünfolien aus mi-kroskaligen Pulvern Zugfestigkeiten von nur ca. 2 MPa beieiner mittleren Bruchdehnung von 8 %. REM-Aufnahmen(Abb. 5) zeigen, dass die Grünkörpergefüge sehr homogensind und keine groben Partikel beinhalten, die Anlass zueiner lokalen Spannungserhöhung geben könnten. Darüberhinaus wird durch die große spezifische Oberfläche dernanoskaligen Pulver ein dichtes Polymer/Partikel-Netzwerkausgebildet, das wiederum zu einer Festigkeitssteigerungführt. Die Umhüllung der Partikel durch die Binder/Weich-macher-Phase ist gut in Abb. 5 zu erkennen.

Nach dem Binderausbrand und Sintern bei 1450 °C lagenflache, rissfreie und dichte Substrate vor. Die gesintertenFolien zeigten sehr hohe Sinterdichten von 96,8 – 98,2 %TD

(theoretische Dichte). Im Ver-gleich zu mikroskaligen Al2O3-Pulvern, die üblicherweise bei1650 °C gesintert werden, konntedurch den Einsatz nanoskaligerPulver die Sintertemperatur umca. 200 °C reduziert werden. EineReduzierung der Sintertemperaturist nicht nur aus Sicht der Materi-

aleigenschaften äußerst interessant, sondern stellt aucheinen großen wirtschaftlichen Vorteil dar.

Bei der Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit Ra mit-tels Rasterkraftmikroskopie wurden sehr niedrige Rauhig-keiten von 68 nm (V1 Luftseite) ermittelt. Das Ergebniszeigt, dass foliengegossene Keramiken aus nanoskaligenPulvern eine hohe Oberflächenqualität besitzen und somitauch für Dünnschichtanwendungen und andere hochprä-zise Weiterverarbeitungsmethoden bestens geeignet sind.Kommerzielle Dickschichtsubstrate aus mikroskaligenPulvern von 1 bis 3 lm mittlerer Korngröße zeigen Rauhig-keitswert von 600 nm. Ebenfalls zu erwähnen ist auch dertransparente Charakter, den die Folien aus den nanoska-ligen Pulvern nach dem Sintern aufgrund ihrer feinkörni-gen, dichten Struktur aufweisen (s. Abb. 6). Damit werdendie Folien auch für optische Anwendungen interessant.Folien aus Mikropartikeln sind nicht transparent und daherfür diese Anwendungen nicht geeignet. Zusammenfassendübertreffen die Eigenschaften der Folien aus Nanopartikelndeutlich den Stand der Technik, der mit Pulvern > 1 lm er-reichbar ist.

4.4 Einfluss des Mahlkörperabriebs

Der Abrieb von Mahlkörpern stellt gerade im Bereich derNanomahlung hochgefüllter Suspensionen, bei der sehrhohe Energieeinträge bzw. lange Zerkleinerungszeiten not-wendig sind, eine nicht zu vernachlässigende Einflussgrößedar. Mit Hilfe einer ICP-MS-Analyse wurde in der getrock-neten Endprobe von V1 ein Zirkonoxid-Gehalt von etwa9 Gew.-% nachgewiesen. Der Al2O3-Splitt stellte sich als



Tabelle 1. Übersicht über die Versuchsergebnisse der Zerkleinerung.

Bez. Mahlkörper Feststoffgehalt d1,2 Viskosität* Binder Weichmacher

V1 YSZ 48,8 Gew.-% 57 nm 2,8 Pa s 8,3 Gew.-% 6,4 Gew.-%

V2 Al2O3 47,1 Gew.-% 99 nm 1,2 Pa s 8,8 Gew.-% 6,4 Gew.-%

* bei einer Scherrate von 20 s–1.

Abbildung 5. REM-Aufnahme einer Bruchfläche der Grünfolie V1(s. Tab. 1).

Abbildung 6. Aufnahme einer gesinterten Folie (aus V2, Dicke97 lm).


deutlich abriebsbeständiger heraus. Ein Zurückwiegen derMahlkörper ergab einen Abriebgehalt von < 2 Gew.-%. InAbb. 7 sind zwei Gefügeaufnahmen von gesinterten Folienaus nanoskaligen Pulvern zu sehen. Zur besseren Erkenn-barkeit des Gefüges wurden die Querschliffe thermisch ge-ätzt. Zum Vergleich ist in Abb. 8 ein Gefüge einer gesinter-ten Folie aus ZrO2-dotiertem Al2O3 gezeigt, die ausmikroskaligen Pulvern hergestellt wurde und ein deutlichgrobkörnigeres Gefüge aufweist.

Beide Gefügeaufnahmen der gesinterten Folien in Abb. 7zeigen ein deutliches Kornwachstum. Die Gefügekörnerliegen aber noch immer im Submikronbereich. Eindeutigerkennbar ist in der Folie V1 (linkes Bild) auch der hoheZrO2-Anteil (helle Körner) im Aluminiumoxid, der von deneingesetzten YSZ-Mahlkörpern stammt, während im rech-ten Bild (V2) lediglich vereinzelt ZrO2-Körner, die auf dieMahlraumauskleidung zurückzuführen sind, vorliegen. Dieebenfalls bei der Sinterung gewachsenen Abriebsteilchen,liegen homogen verteilt im Gefüge vor.

Der Mahlkörperabrieb hat nicht nur auf die Mahlsuspen-sionen einen großen Einfluss, sondern kann sich auch starkauf die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes aus-wirken. In der Keramikbranche ist es bekannt, dass eineanteilige Zugabe von Zirkonoxid zu Aluminiumoxid eineSteigerung der Festigkeit und Bruchzähigkeit gegenüberreinem Al2O3 bewirkt. Man spricht dann von einem zirkon-oxidverstärktem Aluminiumoxid (ZTA) [22]. Die Messungder mechanischen Festigkeit ergab für die Al2O3-Keramik(V1) aus nanoskaligen Pulvern eine Biegebruchfestigkeit(BBF) von 723 MPa, die signifikant höher ist als die gemes-sene BBF von 523 MPa für das kommerzielle Mischoxidsub-strat aus mikroskaligen Pulvern. Kommerzielle Al2O3-Sub-strate besitzen eine BBF von ca. 400 MPa.

An den Ergebnissen ist zu erkennen, dass sich der Abriebdurch seine kleine Korngröße und homogene Verteilung imGefüge positiv auf die mechanischen Festigkeiten der kera-mischen Folien auswirkt. Des Weiteren wirkt der feinver-teilte ZrO2-Abrieb auch als Kornwachstumsinhibitor, waszu einem feineren und homogeneren Aluminiumoxid-Gefüge nach der Sinterung führt und sich damit ebenfallspositiv auf die mechanischen Eigenschaften auswirkt.

4.5 Scale-up der Nanomahlung

Neben der Zerkleinerung im Labormaßstab, bei der Sus-pensionsvolumina von maximal 2 L verarbeitet wurden, istdie Übertragbarkeit der Nanomahlung auf Industriemaß-stab (15-L- bzw. 50-L-Ansatz) untersucht worden. Hierfürstellte die Firma Netzsch-Feinmahltechnik zwei ihrer Tech-nikumsmühlen zur Verfügung. Während ein 50-L-Ansatzeiner etwa 60 Gew.-%igen Suspension in der Mühle LMZ10 mit ZrO2-Mahlkörpern vermahlen wurde, konnte ein15-L-Ansatz in der Nanomühle Zeta RS 4 mit den oben be-schriebenen Al2O3-Splitt erfolgreich zerkleinert werden. AlsMaß für die von den Mahlkörpern auf die Produktpartikelübertragene kinetische Energie wird die Beanspruchungs-


Abbildung 7. REM-Aufnahmen von gesinterten Folien. Links: V1 gemahlen mit ZrO2-Mahlkörpern; rechts: V2 gemahlen mit Al2O3-Mahl-körpern.

Abbildung 8. REM-Aufnahmen einer gesinterten Folie aus ZrO2-dotiertem Al2O3, die aus mikroskaligen Pulvern hergestelltwurde.


energie BEP herangezogen. Diese ist nach Beckerund Kwade wie folgt definiert [23]:

BEP � d3MK qMK v2

t 1 � EP

EMK

� ��1

(2)

Dabei ist dMK der Durchmesser der Mahlkörpermit der Dichte qMK, vt die Rührerumfangsgeschwin-digkeit und EMK bzw. EP die Elastizitäts-Module vonMahlkörpermaterial und Produktpartikeln. Die ge-nauen Versuchsparameter der Großversuche sind inTab. 2 zusammengefasst. Aus Gründen der Ver-gleichbarkeit sind ebenfalls zwei Zerkleinerungsver-suche im Labormaßstab, die annährend die gleicheBeanspruchungsenergie BEP aufweisen wie in denGroßversuchen realisiert wurde, aufgeführt.

Um die Zerkleinerungsergebnisse direkt mitein-ander vergleichen zu können, werden die Primär-partikelgrößen über den produktbezogenen, mas-senspezifischen Energieeintrag Em,P aufgetragen.Dieser berechnet sich gemäß [23] zu

Em�P �� P � Po� dt

mP1 � EP

EMK

� ��1

(3)

wobei P die von der Mühle aufgenommene Leistung, P0 dieLeerlaufleistung bei ungefülltem Mahlraum und mP dieMasse der Produktpartikel darstellt. In Abb. 9 sind die Zer-kleinerungsergebnisse von Labor- und Industriemaßstabeinander gegenüber gestellt.

Aus den Verläufen der Partikelgröße wird zunächst er-sichtlich, dass die Zerkleinerungsergebnisse von Labor- undIndustriemaßstab bei gleicher spezifischer Beanspru-chungsenergie sehr gut miteinander übereinstimmen. Ab-weichungen, die bei den kleinen Energieeinträgen auftre-ten, sind auf Ungenauigkeiten beim Befüllungsvorgangzurückzuführen, da dieser gerade bei großen Pulvermen-

gen (50-L-Ansatz) einige Zeit in Anspruch nehmen kann.Da das Mahlgut bei der Befüllung bereits den Mahlraumpassiert, die Energieaufzeichnung aber erst nach Abschlussdes Einfüllvorganges beginnt, fallen die mittleren Partikel-größen bei großen Mahlgutmengen zu Beginn der Zerklei-nerung kleiner aus. Die Zerkleinerungsperformance ist beiden Versuchen mit der höheren Beanspruchungsenergiedeutlich besser, d. h. mit gleichem spezifischem Energieein-trag können kleinere Partikelgrößen erzielt werden. Dieslässt vermuten, dass die gewählte Beanspruchungsenergievon etwa 27 lNm näher an der optimalen Beanspruchungs-energie liegt und damit die Zerkleinerung energetisch gün-stiger wird [24]. Offen ist derzeit noch der Einfluss derMahlkörperform. Diese könnte sich im Fall der unregel-mäßig geformten Aluminiumoxid-Mahlkörper negativ aufdas Zerkleinerungsergebnis auswirken und damit auch dieschlechtere Zerkleinerungsperformance erklären. Am Endeder Großversuche konnten in der LMZ 10 (50-L-Ansatz)



Tabelle 2. Übersicht über Scale-up-Versuche.

2-L-Ansatz 15-L-Ansatz 2-L-Ansatz 50-L-Ansatz

Mühle LabStar LS 1 Zeta RS 4 LabStar LS 1 LMZ 10

Mahlraumvolumen [L] 0,67 4 0,67 10

Mahlkörpermaterial Al2O3 Al2O3 Y2O3-stab. ZrO2 Y2O3-stab. ZrO2

Mahlkörperdichte [kg m–3] 3900 3900 6050 6050

Mahlkörpergröße [mm] 0,18 – 0,3 0,18 – 0,3 0,5 – 0,63 0,4 – 0,5

E-Modul der Mahlkörper [GPa] 400 400 265 265

Feststoffgehalt [Gew.-%] 47 49 20 59

Rührerumfangs-geschwindigkeit vt [m s–1] 8 11 8 11

BEP [lNm] 1,7 3,3 27,8 26,6

Abbildung 9. Vergleich der Zerkleinerung im Labormaßstab und Industrie-maßstab.


eine Endfeinheit von etwa 45 nm und in der Zeta RS 4 (15-L-Ansatz) Partikelgrößen von ca. 80 nm erreicht werden.

Die in den Großversuchen hergestellten Suspensionenkonnten ebenfalls zu dichten und rissfreien Substraten ge-sintert werden. Auch die untersuchten Eigenschaften warenmit denen der Folien aus der Labormahlung vergleichbar.

5 Zusammenfassung

Der Einsatz nanoskaliger Partikel ermöglicht die Her-stellung von keramischen Folien mit deutlich verbessertenEigenschaften. Eine Möglichkeit, diese Partikel in hohenAusbeuten und bereits vollständig dispergiert in der Flüs-sigphase bereitzustellen, ist die Nasszerkleinerung in Rühr-werkskugelmühlen. Die konzentrierten Mahlsuspensionenkönnen direkt ohne zusätzlichen Trocknungsschritt durchZugabe von Binder und Weichmacher zu Schlickern verar-beitet und vergossen werden. Am Ende der Prozessketteentstehen flache und rissfreie gesinterte Folien mit trans-parentem Charakter. Die Substrate weisen im Vergleich zuSubstraten, die aus mikroskaligen Pulvern hergestelltwerden, höhere mechanische Festigkeiten und geringereOberflächenrauhigkeiten auf. Zudem können die Folien beiniedrigeren Temperaturen zu dichten Keramiken gesintertwerden. Ebenfalls konnte in Großversuchen gezeigt wer-den, dass sich die bei der Nasszerkleinerung im Labor-maßstab gewonnenen Ergebnisse problemlos auf größereMaschinen übertragen lassen.

Die Autoren bedanken sich bei der Arbeitsgemeinschaftindustrieller Forschungsvereinigungen Otto vonGuericke e.V. (AiF-ZUTECH, 194 ZN) für die finanzielleUnterstützung dieser Forschungsarbeit sowie bei derNetzsch-Feinmahltechnik GmbH für die Dauer-leihgabe der Labormühle LabStar LS 1 und die Durch-führung der Großversuche.

Literatur

[1] J. S. Reed, Principles of Ceramics Processing, 2nd ed., John Wiley& Sons, New York 1995.

[2] D. J. Green, An Introduction to the Mechanical Properties of Cera-mics, Cambridge University Press, Cambridge 1998.

[3] Technische Keramik, (Ed: W. Kollenberg), 2. ed., Vulkan-Verlag,Essen 2009.

[4] F. Mueller, W. Peukert, R. Polke, F. Stenger, Int. J. Miner.Process. 2004, 74 (S1), S31.

[5] H. Salmang, H. Scholze, Keramik, Springer Verlag, Berlin2007.

[6] H. Rumpf, Staub-Reinhalt. Luft 1967, 27, 3.[7] W. Peukert, Chem. Ing. Tech. 1996, 68 (10), 1254.[8] R. Polke, Part. Part. Syst. Charact. 1993, 10, 86.[9] A. Roosen, Ceram. Trans. 2000, 106, 479.

[10] N. Bamba, Y. H. Choa, K. Niihara, Nanostruct. Mater. 1997, 9,497.

[11] X. Wang, R. Chen, H. Zhou, L. Li, Z. Gui, Ceram. Int. 2004,30, 1895.

[12] R. E. Mistler, E. R. Twiname, Tape Casting, Theory and Practice,The American Ceramic Society, Columbus, OH 2000.

[13] A. Roosen, Ceram. Trans. 1999, 97, 103.[14] S. Mende, F. Stenger, W. Peukert, J. Schwedes, Powder Technol.

2003, 132 (1), 64.[15] F. Stenger, S. Mende, J. Schwedes, W. Peukert, Chem. Eng. Sci.

2005, 60 (16), 4557.[16] F. Stenger, S. Mende, J. Schwedes, W. Peukert, Powder Technol.

2005, 156 (2 – 3), 103.[17] P. Armstrong, C. Knieke, M. Mackovic, G. Frank, A. Hart-

maier, M. Goeken, W. Peukert, Acta Mater. 2009, 57 (10), 3060.[18] C. Knieke, M. Sommer, W. Peukert, Powder Technol. 2009, 195

(1), 25.[19] C. Knieke, A. Berger, M. Voigt, R.N. Klupp Taylor, J. Roehrl,

W. Peukert, Carbon 2010, 48 (11), 3196.[20] A. Börger, P. Supancic, R. Danzer, J. Eur. Ceram. Soc. 2000, 22

(8), 1425.[21] F. Stenger, W. Peukert, Chem. Eng. Technol. 2003, 26 (2), 177.[22] D.W. Richerson, Modern Ceramic Engineering, 2nd ed., Marcel

Dekker, New York 1992.[23] M. Becker, A. Kwade, J. Schwedes, Int. J. Miner. Process. 2001,

61 (3), 189.[24] A. Kwade, L. Blecher, J. Schwedes, Powder Technol. 1996, 86

(1), 69.[25] W. Peukert, H. Schwarzer F. Stenger, Chem. Eng. Process. 2005,

44 (2), 245.



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Verfahrenstechnische Fortschritte für die Herstellung neuer Materialien – Foliengießen aus Nanopartikeln