DE1271010B

DE1271010B - Verfahren zur Herstellung von keramischen Materialien

Info

Publication number: DE1271010B
Application number: DEP1271A
Authority: DE
Inventors: Karl Kristian Kobs Kroyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-02-28
Filing date: 1965-02-20
Publication date: 1968-06-20
Also published as: US3458331A; GB1087919A; SE309939B; DK105386C

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C04b

Deutsche KL: 80 b-12/10

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 71 010.0-45
20. Februar 1965
20. Juni 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Materialien, für die außer einem plastischen Material ein oder mehrere unplastische Materialien verwendet werden.

Wesentliche Nachteile und Unannehmlichkeiten sind mit der Herstellung von keramischen Materialien der erwähnten Art verbunden, für die als unplastische Materialien freie Kieselsäure (SiO₂) enthaltende Minerale verwendet werden. Die freie Kieselsäure ist nämlich die Ursache von Silikose und deshalb gesundheitsgefährlich, und außerdem führt sie technische Nachteile mit sich, die vor allem mit den vielen verschiedenen Kristallformen zusammenhängen, in denen SiO₂ bei verschiedenen Temperaturen vorliegt, und die sehr unterschiedliche Wärmeausdehnungszahlen haben.

Die freie Kieselsäure läßt sich jedoch schwierig ersetzen, nicht nur weil sie ein außerordentlich verbreitetes und billiges Mineral ist, das in Form von z. B. Quarz, Flint und Sand seit langer Zeit in der keramischen Industrie verwendet wird, sondern auch weil man dafür Verwendung hat, die hohe Wärmeausdehnungszahl der Kieselsäure auszunutzen, insbesondere wo es sich um die Herstellung von glasierten keramischen Materialien handelt, für die es wichtig ist, daß der Scherben eine größere Wärmeausdehnung hat als die Glasur.

Es ist insbesondere in der Grobkeramik, wenn es nicht auf helle Brennfarben ankommt und daher die Anwesenheit von Eisenverbindungen in Kauf genommen werden kann, bekannt, auch feldspathaltige Gesteine als Flußmittel zu verwenden. In Sonderfällen können auch als Flußmittel Glasfritten verwendet werden, worunter man geschmolzene und nachher feingepulverte Gläser unterschiedlicher Zusammensetzung versteht. Auch Glaspulver (Fensterglas) kann als Verfestigungsmittel in Steingutmassen neben oder anstatt Feldspat und Kalkspat benutzt werden. Es ist auch bekannt, bei der Herstellung von Steinzeug oder frühsinternden Massen Glasmehl als Schmelzmittel zuzusetzen.

In allen Fällen ist jedoch die Verwendung von Glassubstanz wegen deren außerordentlich schwankender Zusammensetzung nachteilig. Natrongläser sind bekanntlich bereits leichtschmelziger als Kaligläser. Am leichtesten schmelzen die bleireichen Gläser. Demzufolge werden nur selten Glasscherben bzw. Glasmehl bei der Herstellung der genannten Massen verwendet.

Die Erfindung erstrebt, die eingangs beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein günstigeres Zusatzmaterial als Kieselsäure zu finden. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von derartigen keramischen Materialien, für die außer einem plasti-Veriahren zur Herstellung
von keramischen Materialien

Anmelder:

Karl Kristian Kobs Kr0yer, Viby J. (Dänemark)
Vertreter:

Dr. rer. pol. Dr.-Ing. K. F. Möllering,
Patentanwalt, 2400 Lübeck, Elsässer Str. 31

Als Erfinder benannt:

Karl Kristian Kobs Kr0yer, Viby J. (Dänemark)

Beanspruchte Priorität:

Dänemark vom 28. Februar 1964 (996)

sehen Material ein oder mehrere unplastische Maao terialien verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß als unplastisches Material ganz oder teilweise ein kristallisiertes, gläsernes Material verwendet wird, das durch Verschmelzen von mindestens 60% SiO₂, mindestens 20% CaO ^a5 und als Rest anderen Metalloxyden, wie sie zur Glasherstellung verwendet werden, hergestellt ist.

Ein solches Material und dessen Herstellung sind z. B. in den britischen Patenten 795 787 und 897 125 beschrieben. Das Material ist in der Form eines körnigen Aggregats zur Herstellung von hellen Straßenbelägen verwendet worden, weil es die Eigenschaft hat, weiß zu sein und seine Eigenschaft von Glas verloren zu haben. Diese Eigenschaft führt mit sich, daß kein Farbproblem entsteht, so daß das Material also zur Verwendung bei der Herstellung sowohl von grobkeramischen Materialien als auch keramischen Materialien mit weißem Scherben gut geeignet ist. Das Material hat außerdem eine hohe, aber einheitliche Wärmeausdehnungszahl. Außerdem wird bei der Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens die Silikosegefahr vermindert.

Als kristallisiertes, gläsernes Material wird gemäß der Erfindung vorzugsweise ein Material verwendet, das durch Verschmelzen von Sand, Kalk und Dolomit hergestellt ist und das ungefähr folgende Analyse aufweist:

SiO₂ 68%

CaO 25%

MgO 3%

Al₂O₃ 3%

Fe₂O₃ V/o

K₂O + Na₂O V₂ 7o

809 560/456

Ein Material von dieser Zusammensetzung läßt sich besonders leicht zu Kristallisation bringen.

Das erwähnte kristallisierte, gläserne Material gibt einem keramischen Material die gleiche Wärmeausdehnung wie ein entsprechendes Material, in dem als unplastischer Bestandteil freie Kieselsäure verwendet wird, aber die Kurve über die Wärmeausdehnung weist wegen der bereits stattgefundenen Kristallisation einen geradlinigeren Verlauf auf. Dieser Umstand ist in der Zeichnung veranschaulicht, welche zwei Kurven über die Wärmeausdehnung in °/o als Funktion der Temperatur in ⁰C für zwei keramische Materialien zeigt, und zwar 50 % BaU Clay + 50 % Flint (Kurve T) bzw. 50°/„ Ball Clay + 50% kristallisiertes, gläsernes Material (Kurve IT). Das gläserne Material war von der obenerwähnten bevorzugten Zusammensetzung.

Die physikalischen Eigenschaften dieser beiden keramischen Materialien nach Brennen bei 1150⁰C sind in nachstehender Tafel angeführt:

Zusammensetzung	Bruch festigkeit kg/cm²	Anscheinend porös
50%FUnt + 50% BaU Clay 50% gläsernes Material + 50% BaU Clay	222,5 375,0	22,5 8,1

den lang bei Zimmertemperatur getrocknet, danach 8 bis 9 Stunden im Wärmeschrank bei 130⁰C und schließUch gebrannt bei Temperaturen bis zu 1450⁰C.

Bei aUen drei Versuchsmassen stellte sich heraus, daß die optimale Brenntemperatur so niedrig wie im IntervaU 1300 bis 1350⁰C lag, während die optimale Brenntemperatur der Bezugsmasse bei etwa 1425° C lag.

Alle die bei optimaler Brenntemperatur gebrannten

ίο Prüfkörper hatten wie die Bezugsprüfkörper einen dichten, matten, weißen Scherben ohne anscheinende Porosität, aber die drei durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergesteUten Prüfkörper hatten höhere Schlagfestigkeit als der Bezugsprüfkörper, dabei wies' die Zusammensetzung Nr. 3 die höchste Festigkeit auf. Die mechanischen Eigenschaften von durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergesteUten MateriaUen erscheinen somit befriedigend, und einleitende Versuche zeigen anscheinend, daß die elektrischen Eigenschäften ebenfalls gut sind.

Wie es aus dem oben beschriebenen Versuch hervorgeht, hat das kristaUisierte gläserne Material eine Wirkung als Flußmittel, wenn mit Quarz allein verglichen wird, und das Verfahren gemäß der Erfindung kann deshalb vorteilhaft auf die Weise ausgeübt werden, daß das gläserne Material sowohl statt freier Kieselsäure als auch unplastischer, mineralischer Flußmittel verwendet wird.

Das kristaUisierte gläserne Material kann infolge der weißen Farbe zur HersteUung von keramischen Materialien mit weißem Scherben wie PorzeUan und Steingut verwendet werden, wenn man nur dafür Sorge trägt, daß das Brennen unter solchen Umständen erfolgt, daß der kristaUisierte Zustand bewahrt bleibt, d. h., daß das Brennen nicht bei einer so hohen Temperatur stattfindet, daß die KristaUe schmelzen, oder daß die Abkühlung so langsam erfolgt, daß das Material wieder kristallisiert, wenn es geschmolzen gewesen ist, und diese Bedingungen sind im aUgemeinen bei der HersteUung von PorzeUan in industriellem Maßstab erfüllt.

Um die Wirkung des kristaUisierten gläsernen Materials in Porzellanmassen zu veranschaulichen, wurde folgender Versuch durchgeführt:

Es wurden vier PorzeUanmassen hergesteUt, von denen die erste eine Bezugsmasse von herkömmlicher Zusammensetzung war, und zwar 50% KaoUn, 25% Quarz und 25% Feldspat, während die drei anderen folgende Zusammensetzungen aufwiesen:

1. 50% Kaolin,

40 % kristallisiertes gläsernes Material,
10% Feldspat.

2. 50%KaoUn, 35%kristaUisiertes gläsernes Material,

15% Feldspat.

3. 50% Kaolin,

30 % kristallisiertes gläsernes Material,
20% Feldspat.

AUe Materialien hatten eine Körnung unter 75 μ. Aus aUen vier Massen wurden zylindrische Prüfkörper von 12 mm Durchmesser und 3 cm Höhe naß

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von keramischen Materialien, für die außer einem plastischen Material ein oder mehrere unplastische Materialien verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß als unplastisches Material ganz oder teüweise ein kristallisiertes, gläsernes Material verwendet wird, das durch Verschmelzen von mindestens 60% SiO₂, mindestens 20% CaO und als Rest anderen Metalloxyden, wie sie zur Glasherstellung verwendet werden, hergesteUt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein kristallisiertes, gläsernes Material verwendet wird, das durch Verschmelzen von Sand, Kalk und Dolomit entstanden ist und ungefähr folgende Analyse aufweist:

SiO₂ .
CaO..
MgO .
Al₂O₃.
Fe₂O₃

68% 25% 3% 3% <V/o

K₂O+ Na₂O <V/o

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierte gläserne Material sowohl statt freier Kieselsäure als auch unplastischer, mineraUscher Flußmittel verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 918 254, 182107, 182108;

Liebscher — Willert, »Technologie der Keramik«, 1955, S. 51;
Niederleuthner, »Umbildsame Rohstoffe

hergestellt. Diese Prüfkörper wurden zunächst 4 Stun- 6g keramischer Massen«, 1928, S. 492.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 560/456 6.68 ® Bundesdruckerei Berlin