DE19609126A1

DE19609126A1 - Poröse Form und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE19609126A1
Application number: DE1996109126
Authority: DE
Inventors: Antonio Dipl Ing Giangrasso; Michael Dr Durst
Original assignee: Schumacher Umwelt und Trenntechnik
Current assignee: Schumacher Umwelt und Trenntechnik
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1997-09-11

Description

Die Erfindung betrifft eine poröse Form zur Entwässerung von Porzellanmassen sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Form.

Zur Herstellung von Hohlgeschirr aller Art werden in der Porzellanindustrie Gipsformen eingesetzt, die Negativab drücke der späteren Porzellanprodukte (z. B. Teller, Tassen, Vasen, Krüge) sind. Diese Gipsformen haben neben ihrer Funktion der Bereitstellung der exakten Produktform die weitere Aufgabe, die eingebrachte Porzellanmasse, die in Form eines mehr oder weniger flüssigen Schlickers oder einer leicht formbaren, plastischen Keramikmasse vorliegen kann, zu entwässern. Dies geschieht dadurch, daß die in der Gipsform vorhandenen Kapillaren der feuchten Porzellanmasse das Wasser entziehen, so daß mehr oder weniger trockene Keramikteilchen in der Form zurückbleiben und den gewünsch ten "Scherben" bilden. In Abhängigkeit von der Verweildauer des Schlickers in der Gipsform kann insbesondere die Wand stärke des Endprodukts eingestellt werden. Diese Gipsformen kommen insbesondere beim drucklosen Schlickerguß (Hohlguß, Vollguß) sowie auch beim sogenannten Rollern zum Einsatz. Mit dem letzteren Verfahren werden vor allen Dingen Teller, Tassen und Becher produziert, während der Schlickerguß be vorzugte für kompliziertere geometrische Formen wie bei spielsweise Vasen oder Kannen eingesetzt wird.

Die bisher benutzten Gipsformen haben verschiedene Nach teile: Aufgrund der geringen Festigkeit der Gipsform, die im wesentlichen auf einen geringeren inneren Zusammenhalt der Gipsteilchen zurückgeht, kommt es beim Auswaschen der Form zwangsläufig zu einem Abrieb von Gips, wodurch die Form ihre ursprünglich akkurate Form verändert. Somit ist die Lebensdauer der Gipsform von vornherein begrenzt. Auch der Sättigungsgrad mit Wasser ist in der Produktion ein limitierender Faktor, da die Gipsformen zunächst getrocknet werden müssen, bevor sie wieder eingesetzt werden können. Das Trocknen ist aber relativ langwierig, so daß insgesamt sehr viele identische Gipsformen erforderlich sind, um eine kontinuierliche Produktion aufrechterhalten zu können. Ein Trocknen der Gipsform durch Mikrowellen, was an sich rasch vonstatten gehen würde, ist wegen der geringen Festigkeit der Gipsform nicht möglich.

Im Normalfall können von einer Gipsform sieben bis zehn Ab güsse gemacht werden, danach muß getrocknet werden. Nach etwa zehn solcher Zyklen, d. h. etwa 70 Abgüssen, muß die Gipsform ersetzt und entsorgt werden.

Die Limitierung der Gesamtabgußzahl rührt neben dem Auswa schen auch daher, daß einige feine Partikel aus der einge brachten Porzellanmasse, insbesondere aus Porzellanschlicker, in das Gipsgefüge eindringen und eine irreversible Verstopfung hervorrufen. Daher ist es nicht möglich, die Gipsformen von ihrer Rückseite her, z. B. mit Wasser zu be aufschlagen und rückzuspülen, um die eingedrungenen Porzel lanpartikel zu entfernen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den geschilderten Mängeln ab zuhelfen und eine poröse Form zur Entwässerung von Porzel lanmassen herzustellen, die im Vergleich mit den bekannten Gipsformen eine größere innere Festigkeit hat, in Mikrowel len getrocknet werden kann und rückspülbar ist, so daß die Form insgesamt eine höhere Lebensdauer hat und eine größere Produktionsgeschwindigkeit ermöglicht.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen porösen Form da durch gelöst, daß sie im wesentlichen aus gesintertem Al₂O₃ mit einem mittleren Porendurchmesser zwischen etwa 0,05 und 5 µm besteht.

Ein Verfahren zum Herstellen einer solchen porösen Form zeichnet sich gemäß der Erfindung durch folgende Schritte aus:

A) Man stellt aus pulvrigem Al₂O₃und einem Verflüssigungsmittel eine formbare Masse her;
B) man fügt der formbaren Masse einen Porenbildner bei;
C) man gibt der formbaren Masse einen Grünbinder zu;
D) man bildet aus der die Bestandteile gemäß A), B) und C) enthaltenden Masse eine Form und trocknet sie; und
E) man sintert die getrocknete Form durch Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 800 und 1800°C, bei welcher sich der Porenbildner und der Grünbinder verflüchtigen und eine poröse Form verleibt.

Die erfindungsgemäß gewonnene poröse Form zur Entwässerung von Porzellanmassen läßt sich in allen denjenigen Fällen einsetzen, bei denen bisher Gipsformen benutzt wurden. Ge genüber Gips hat das erfindungsgemäß verwendete gesinterte Al₂O₃ eine wesentlich größere Festigkeit. Der Porendurch messer läßt sich im Bereich zwischen etwa 0,05 und 5 µm durch Einstellen der Korngröße des Al₂O₃ und durch die Art des verwendeten Porenbildners und Grünbinders recht genau einstellen. Es hat sich gezeigt, daß die neue bruchfeste und feinporige Form in einem Mikrowellenapparat getrocknet werden kann, so daß sich der Porzellanherstellungsprozeß insgesamt wesentlich verkürzt. Weiter hat sich gezeigt, daß durch die Art des Porenaufbaus und der sich einstellenden offenen Porosität ein erhöhtes Saugvermögen gegeben ist, das die Bildungsgeschwindigkeit des Porzellanscherbens, d. h. die Zeit, in welcher die feuchte Porzellanmasse, z. B. ein Schlicker, entwässert, signifikant verkürzt werden kann. Durch den Aufbau der die poröse Form bildenden kera mischen Mischung läßt sich die Form sowohl im Grünzustand als auch nach dem Sintern mechanisch bearbeiten, wenn z. B. zur Erzielung extremer Oberflächen Schleifarbeiten notwen dig sein sollten. Außerdem ist es ein Vorteil der neuen Form, daß sie rückgespült werden kann, was für sich allein bereits für die erreichbare Standzeit der Form von erhebli chem Einfluß ist.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit einigen angegebenen Beispielen der weiteren Erläuterung.

Die poröse Form zur Entwässerung von Porzellanmassen be steht erfindungsgemäß im wesentlichen aus gesintertem Al₂O₃ und hat einen mittleren Porendurchmesser zwischen etwa 0,05 und 5 µm. Wichtig ist es, daß die die Form bildende Masse in sich homogen ist, also keinen Schichtaufbau zeigt sowie überall im wesentlichen die gleiche Dichte und Porosität besitzt. Die Verwendung eines Bindemittel für das die po röse Form bildende Al₂O₃ erhöht die Festigkeit der Form. Das Al₂O₃ sollte vorteilhafterweise in ungeschäumter Form zum Einsatz gelangen.

Der Porendurchmesser der porösen Form liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 1,0 µm, insbesondere zwischen 0,2 und 0,8 µm, wobei aber auch Werte zwischen 1,0 und 5,0 µm in Son derfällen in Frage kommen. Der Porendurchmesser läßt sich durch Wahl einer bestimmten Korngröße des pulvrigen Al₂O₃ vor dem Sintern leicht einstellen, wobei der in die Zwi schenräume zwischen den Körner eingebrachte Porenbildner und gegebenenfalls ein Grünbinder sich beim Sintern der Masse verflüchtigen, so daß die Porosität der Form ent steht. Bei kleineren Korngrößen entstehen kleinere Poren durchmesser.

Mit den Porendurchmessern hängt die sogenannte "durchströmbare Porosität" zusammen, das ist diejenige Ge wichtsmenge an Wasser, die - bezogen auf das Gewicht der Form - von der Form durch ihre Kapillarwirkung aufgenommen wird. Die durchströmbare Porosität beträgt bei erfindungs gemäßen Formen vorzugsweise 25 bis 70 Gew.-%, insbesondere 40 bis 60 Gew.-%.

Eine poröse Form zur Entwässerung von Porzellanmassen wird erfindungsgemäß in folgender Weise hergestellt: Man stellt aus pulvriger Tonerde (Al₂O) und Wasser als Verflüssi gungsmittel eine formbare Masse her, der man als Porenbild ner z. B. Zellulose und als Grünbinder ebenfalls Zellulose beimischt. Die genannten Bestandteile können gleichzeitig zu einer formbaren Masse vermischt werden. Man kann jedoch zunächst auch lediglich das Al₂O₃ und das Verflüssigungsmit tel miteinander vermengen und den Porenbildner und den Grünbinder später zumischen. Aus der so gebildeten Masse bildet man die der gewünschten Porzellanware entsprechende Form und trocknet sie, beispielsweise bei Raum- oder leicht erhöhter Temperatur. Schließlich wird die getrocknete Form auf hohe Temperatur erhitzt, bei welcher sich der Poren bildner und der Grünbinder verflüchtigen und in der nunmehr in sich starren Form Poren mit Kapillarwirkung verbleiben. Der zum Sintern geeignete Temperaturbereich liegt zwischen 800 und 1800°C, vorzugsweise zwischen 1000 bis 1500°C. Zur Erhöhung der inneren Festigkeit der gesinterten Form kann der sie bildenden Masse ein Bindemittel in Gestalt eines Fremdbinders, z. B. Ton, Kaolin, beigegeben werden. Günstig ist ferner die Zugabe eines Netzmittels bei Her stellung der formbaren Masse, beispielsweise Wasser, falls dieses nicht bereits als Verflüssigungsmittel vorhanden ist.

Die formbare Masse kann vor dem Sintern beispielsweise aus 10 bis 80 Gew.-% pulvriger Tonerde (Al₂O₃), 25 bis 75 Gew.-% Verflüssigungsmittel und insgesamt 2 bis 25 Gew.-% an Poren bildner und Grünbinder bestehen. Bevorzugte Bereiche sind: 20 bis 50 Gew.-% an Al₂O₃, 40 bis 60 Gew.-% Verflüssigungs mittel und 5 bis 15 Gew.-% an Porenbildner und Grünbinder.

Das Netzmittel ist vorzugsweise mit einem Anteil von 1 bis 5 Gew.-%, insbesondere 1,5 bis 3 Gew.-% vorhanden, der Fremd binder mit einem Anteil von vorzugsweise 1 bis 50 Gew.-%, insbesondere 5 bis 35 Gew.-%.

Der Temperaturbereich, bei dem die aus der formbaren Masse, noch nicht gesinterte Form getrocknet wird, reicht vorzugs weise von 20 bis 180°C.

Als Verflüssigungsmittel kommt außer Wasser z. B. auch noch Huminsäure in Frage.

Als Porenbildner und Grünbinder wird vorzugsweise Zellulose verwendet, die sich bei den genannten Sintertemperaturen leicht verflüchtigt und saubere Poren zwischen den Körnern des Al₂O₃ zurückläßt. Ein geeigneter Porenbildner ist außer Zellulose auch noch Tragant, und zwar aufgrund seiner guten Quelleigenschaften.

In der nachstehenden Tabelle sind 6 Beispiele für die Zu sammensetzung erfindungsgemäßer Formen angegeben:

In den Beispielen oben stehender Tabelle ist eine Mischung aus Ton und Kaolin als Fremdbinder, in den Beispielen 1, 3 und 5 Zellulose, in den Beispielen 2, 4 und 6 Tragant als Porenbildner, im übrigen Huminsäure als Grünbinder und Wasser als Verflüssigungs- bzw. Netzmittel verwendet.

Die Formen wurden bei 110°C getrocknet und bei etwa 1400°C gesintert. Der auf die Korngröße des verwendeten Al₂O₃ zu rückgehende Porendurchmesser betrug etwa 0,1 µm.

Mit Hilfe der Formen wurden aus eingebrachtem Porzellan schlicker Porzellanvasen hergestellt. Die Formen zeigten ein gutes Saugvermögen, sie ließen sich nach Gebrauch in einem Mikrowellenapparat rasch trocknen und konnten bei Be darf rückgespült werden, so daß sie mehr als 100 mal ver wendet werden konnten.

Claims

1. Poröse Form zur Entwässerung von Porzellanmassen, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Form im wesentlichen aus gesintertem Al₂O₃ mit einem mittleren Porendurchmesser zwischen etwa 0,05 und 5,0 µm besteht.

2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Al₂O₃ ein Bindemittel enthält.

3. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Porendurchmesser 0,1 bis 1,0 µm beträgt.

4. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchströmbare Porosität der Form 25 bis 70 Gew.-% be trägt.

5. Form nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durchströmbare Porösität 40 bis 60 Gew.-% beträgt.

6. Verfahren zum Herstellen einer porösen Form nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

A) man stellt aus pulvrigem Al₂O₃ und einem Verflüs sigungsmittel eine formbare Masse her;
B) man fügt der formbaren Masse einen Porenbildner bei;
C) man gibt der formbaren Masse einen Grünbinder zu;
D) man bildet aus der die Bestandteile gemäß A), B) und C) enthaltenden Masse eine Form und trocknet sie; und
E) man sintert die getrocknete Form durch Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 800 und 1800°C, bei welcher sich der Porenbildner und der Grünbinder ver flüchtigen und eine poröse Form verbleibt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das pulvrige Al₂O₃, das Verflüssigungsmittel, den Porenbildner und den Grünbinder gleichzeitig zu einer formbaren Masse vermischt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß man der formbaren Masse ein Netzmittel beimischt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß man der formbaren Masse einen Fremdbin der beimischt, der sich durch das Sintern der Masse nicht verflüchtigt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die formbare Masse aus 10 bis 80 Gew.-% pulvrigem Al₂O₃, 25 bis 75 Gew.-% Verflüssi gungsmittel und insgesamt 2 bis 25 Gew.-% an Poren bildner und Grünbinder besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die formbare Masse aus 20 bis 50 Gew.-% pulvrigem Al₂O₃, 40 bis 60 Gew.-% Verflüssigungsmittel und ins gesamt 5 bis 15 Gew.-% an Porenbildner und Grünbinder besteht.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man 1 bis 5 Gew.-% Netzmittel beimischt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man 1,5 bis 3 Gew.-% Netzmittel beimischt.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man 1 bis 50 Gew.-% Fremdbinder beimischt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man 5 bis 35 Gew.-% Fremdbinder beimischt.

16. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Form bei 20 bis 180°C trocknet.

17. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die getrocknete Form durch Erhitzen auf eine Temperatur von 1000 bis 1500°C sintert.

18. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verflüssigungsmittel Wasser oder Huminsäure verwendet.

19. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Porenbildner Zellulose oder Tragant ver wendet.

20. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Grünbinder Zellulose verwendet.

21. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Netzmittel Wasser verwendet.

22. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fremdbinder Ton oder Kaolin verwendet.