DE2644915C3 - Glaskeramik des Systems SiO2 -Al2 O3 -CaO mit nadeiförmigen ß-Wollastonit-Kristallen - Google Patents
Glaskeramik des Systems SiO2 -Al2 O3 -CaO mit nadeiförmigen ß-Wollastonit-KristallenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Glaakeramik des Systems
SiO2-Al2O3-CaO
SiO2-Al2O3-CaO
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Glaskeramik mit marmorartigem Aussehen ist aus der DE-OS
02 312 bekannt Aus einer derartigen Glaskeramik hergestellte Gegenstände haben ein hohes spezifisches
Gewicht im Vergleich zu nach dem Walzverfahren hergestellten Glaskeramik-Gegenständen. Glaskeramik-Gegenstände
in Form von Wandplatten für Gebäude haben den Nachteil, daß sie schwierig zu handhaben und zu transportieren sind. Außerdem sind
sie verhältnismäßig schwer zu bearbeiten bzw. auf die gewünschten Formen und Abmessungen zu schneiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glaskeramik zu schaffen, die unter Beibehaltung des
marmorartigen Aussehens ein geringeres spezifisches Gewicht hat leicht bearbeitet werden kann und gute
schall- und wärmeisolierende Eigenschaften hat.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale. Durch die gleichmäßige Verteilung der Poren des zweiten Gegenstandes gelingt
es, das spezifische Gewicht in der erforderlichen Weise zu verringern. Die Bildung der Poren kann entweder
dadurch erfolgen, daß anorganische Hohlkörper oder ein Schaummittel im zweiten Gegenstand verteilt
werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 4 beispielsweise erläutert Es zeigt
F i gi 1 a einen Querschnitt der Glaskeramik,
Fig, Ib vergrößert einen Querschnitt eines Teils der
Glaskeramik der F! g. 1 a und
Fig.2 bis 4 Querschnitte von mit verschiedenen porenbildenden Materialien versehenen, in einer Form
angeordneten Glaskeramiken.
Wie die F i g. 1 und 2 zeigen, hat die Glaskeramik eine
erste porenfreie Schicht 1 (Gegenstand 1) und eine zweite poröse Schicht 2 (Gegenstand;?).
Die Schicht 1 ist aus entglasbaren Glasteilchen in Form von Brocken 11 gebildet, die entlang ihrer
Zwischenflächen schmelzverbunden sind. Jeder dieser Brocken 11 hat nadeiförmige 0-Wollastonit-KristaIIe 12,
die sich von der Oberfläche aus senkrecht nach innen erstrecken. Durch diese Kristalle entstehen Bereiche
unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit, durch die das marmorartige Aussehen bewirkt wird.
Die zweite Schicht 2 ist ebenfalls aus entglasbaren Glasteilchen in Fortn von Brocken 21 gebildet, die
miteinander schmelzverbunden sind und zwischen denen Poren 22 gleichmäßig verteilt sind. Die Schicht 2
ist mit der Schicht 1 schmelzverbunden.
Die Schicht 2 hat im Vergleich zur Schicht 1 ein geringeres spezifisches Gewicht Im Vergleich zu einer
ohne Poren hergestellten Platte ist eine aus den Schichten 1 und 2 gebildete Platte leichter zu
transportieren, als Wandplatte für Gebäude zu verwenden, zu schneiden und zu bohren. Außerdem wirkt die
poröse Schicht 2 schall- und wärmeisolierend.
Die zweite Schicht 2 wird auf die gleiche Weise wie die erste Schicht 1 hergestellt Zur Herstellung der
Schichten 1 und 2 werden Ausgangsmaterialien des Systems
SiO2-AI2O3-CaO
Verwendet, die eine Zusammensetzung wie in der folgenden Tabelle haben können»
Tabelle | Nr. 1 | 3 | Nr. 3 | 26 | 44 91 | 5 | Nr. 7 | 4 | Nr. 9 | Nr. 10 | |
574 | 61,9 | 633 | 61,6 | 59,7 | |||||||
10,0 | 4,8 | 53 | 7,1 | 63 | |||||||
ί! | 324 | Nr. 2 | 28,6 | 19^ | Nr. 8 | 20,0 | 193 | ||||
I h |
in Gewichtsprozenten | 65,0 | Nr. 4 | Nr. 5 | Nr. 6 | 7,1 | 60,6 | 7,8 | 93 | ||
Ά
7 |
10,0 | 57,4 | 59,1 | 58,4 | 7,0 | ||||||
SiO2 | 25,0 | 10,0 | 6,8 | 8,9 | 1,8 | 19,6 | 1,7 | 1,6 | |||
Al2O3 | 4,7 | 32,5 | 19,1 | 21,8 | 1.8 | 7,0 | 1.8 | 1,7 | |||
CaO | 6,8 | 5,1 | 0,6 | 03 | |||||||
ZnO | 4,3 | 1,7 | |||||||||
S | BaO | 1,6 | 1,8 | 34 | |||||||
K2O | 1,7 | 1,8 | 0,6 | ||||||||
Na2O | 0.6 | 2£ | |||||||||
B2O3 | |||||||||||
Sb2O3 | |||||||||||
Fe2O3 | |||||||||||
NiO | 0,1 | ||||||||||
CuO | |||||||||||
in Gewichtsprozenten
Nr. 11 | Nr. !2 | Nr. 13 | Nr. 14 | Nr. !5 | Nr. !5 | Nr. J 7 | Nr Ϊ8 | N; 1° | KJ- ' | |
SiO2 | 56,6 | 59,0 | 59,0 | 66,8 | 723 | 62,6 | 603 | 583 | 61.2 | 654 |
Al2O3 | 64 | 6,8 | 6,8 | 33 | 33 | 10,4 | 4,6 | 44 | 4.6 | 5.U |
CaO | 183 | 19,1 | 19,1 | 13,6 | 83 | 93 | 11,0 | 10,8 | 11,1 | 12,0 |
ZnO | 64 | 6,8 | 6,8 | 6,6 | 6,6 | 6,6 | 15,2 | 53 | 6,1 | 6,6 |
BaO | 8.2 | 4,2 | 4.2 | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 33 | 14.8 | 3.8 | 4,1 |
K2O | 1,6 | 1,6 | 1.6 | 23 | 2,1 | 2,1 | 2,1 | 2,1 | 14 | 23 |
Na2O | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 33 | 33 | 33 | 3,0 | 3,0 | 3,1 | 33 |
B2O3 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0.6 | 04 | 0,6 | ||||
Sb2O3 | 0.4 | 0,4 | 0.4 | |||||||
Fe2O3 | 0,2 | 7.7 | ||||||||
NiO | 02 | |||||||||
CuO | 0.2 |
Fig.2 zeigt einen Teil einer Form 3, in der
entglasbare Glasteilchen in Form von Brocken 21, vermischt mit anorganischen Hohlkörpern 23, zur
Bildung der porösen Schicht und darüber Brocken 11 zur Bildung der porenfreien Schicht zur nachfolgenden
Wärmebehandlung angeordnet sind.
Anstelle der Hohlkörper kann auch, wie F i g. 3 zeigt,
ein Schaummittel 24 aus CaCO3, SiC oder dergleichen
verwendet werden, das in einer Menge von zum Beispiel 2 · ΙΟ"5 bis l · ΙΟ-3 Teilen pro Brocksn 21 zugemischt
wird.
Es ist auch möglich, ein Trennmittel zu verwenden, durch das die Glasteilchen am Fließen gehindert
werc'en. Hierzu wird jeder Brocken 21 mit einem dünnen FiJm 25 des Trennmittels beschichtet, bevor er in
die Form eirgebracht wird. Nach der Wärmebehandlung sind die Brocken 21 nur an dei. Berührungsstellen
miteinander schmelzverbunden, so daß zwischen ihnen Poren gebildet sind. Als Trennmittel kann ein AI2O3-,
CaCO3-, MgO-Pulver oder dergleichen verwendet
werden.
Nachfolgend werden drei Ausführungsformen unter Verwendung des Beispiels Nr. 5 der vorherigen Tabelle
beschrieben.
Bei der Herstellung der Glaskeramik wird das Ausgangsmaterial auf 1400 bis 15000C erhitzt. Die
Viskosität beträgt i
14400C,
i 1310°C,
i 1105°C Dabei ergibt
^^i 12400C und
sich eine Dichte von 2,78 ghm3 (gemessen bei 15° C), ein
Wärmeausdehnungskoeffizient von 68,8 · 10-'°G, eine Flüssigphase von 1229° C (die gebildeten Kristalle sind
Ä-Wollastonit-Kristalle), einen Spannungspunkt von
628° C, eine Glühtemperatur von 6660C und einen
Erweichungspunkt von 845° C Wenn das so gebildete Glas -nit einer Geschwindigkeit von 120°/StcL, ausgehend
von Raumtemperatur erhitzt wird, beginnt die Erweichung des Glases bei einer Temperatur von
8500C, wobei sich die einzelnen Brocken bei weiterer Erhöhung der Temperatur verformen. Bei 3twa 10CO0C
werden Kristalle von der Oberfläche nach innen gebildet. Bei etwa 11500C tritt eine Fließverformung
ein, wobei die Kristalle von der Oberfläche auf einer Länge von etwa 14 mm nach innen gebildet werden.
Wenn die Brocken etwa eine Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten werden, wachsen die Kristalle auf
einer Länge von etwa 5 nim. Durch Röntgenstrahlenbeugung
wurde festgestellt, daß, wenn die Kristalle das Innere erreicht haben, sie etwa 35 bis 40% der Brocken
umfassen.
Brocken mit einem Durchmesser von 3 mm oder weniger wurden dad'irch hergestellt, daß geschmolzenes
Glas in Wasser gegossen und abgeschwenkt wurde. 32Öög Brocken wurden mit iöOOg anorganischen
Hohlkörpern mit einem Durchmesser von ? bii 5 mm,
die durch Brennen vulkanischen Glases hergestellt wurden, und mit 40 g Polyvinylalkohol gleichmäßig
gemischt, wobei dies j Mischung in eine Form aus wärmebeständigem Material gepackt wurde.
Die Form hatte eine Größe von 320 χ 480 χ 50 mm. Die Innenseite der Form war mit AI2O3 oder einem
anderen wärmebeständigen Pulver beschichtet, um ein Ankleben des Glases an der Innenfläche zu Verhindern.
3200 g anderer Brocken mit einem Durchmesser von 1 bis 10 mm des Beispiels Nr, 5, die durch Eingießen
geschmolzenen Glases in Wasser und durch Abschrekken hergestellt wurden, wurden danach in der Form auf
der zuvor gebildeten Schicht wie in F i g. 2 angeordnet.
Die Form wurde in einen Elektroofen eingebracht, um die Brocken auf 11000C zu erhitzen, und zwar mit
einer Geschwindigkeit von 120°C/Stunde, wobei diese ι ο
Temperatur etwa 2 Stunden lang aufrechterhalten wurde, wonach eine Abkühlung mit langsamer Geschwindigkeit
von zum Beispiel 100°C/Stunde erfolgte. Die so gebildete Platte hatte eine porenfreie Schicht mit
einer Dicke von 7,5 mm und eine poröse Schicht mit einer Dicke von 12,5 mm, wie die F i g. 1 a und 1 b zeigen.
Die porenfreie Schicht bestand aus schmelzverbundehsi!
Brocken, vcr derien :edsr H3cs!i6rrni"2 "- Wcüsstcnit-Kristalle
aufwies, die sich senkrecht von der Oberfläche bis in das Innere erstreckten. Die darunter
befindliche poröse Schicht bestand aus schmelzverbundenen Glasbrocken und anorganischen Hohlkörpern,
die gleichmäßig in der Schicht verteilt und mit benachbarten Glasbrocken schmelzverbunden waren.
Die Platte hatte ein spezifisches Gewicht von 2,2. Beim Schneiden der 20 mm dicken Platte mit einer
Schnittgeschwindigkeit von 60 cm/Min, ergab sich eine Stromaufnahme von 13 Ampere. Im Vergleich dazu
ergab sich bei einer porenfreien Platte mit einer Dicke von 15 mm und einem spezifischen Gewicht von 2,8 eine
Stromaufnahme von 1,6 Ampere.
Glasbrocken mit einem Durchmesser von 3 mm oder weniger des Beispiels Nr. 5 wurden in der gleichen
Weise wie beim vorherigen Beispiel hergestellt. 3200 g Brocken wurden gleichmäßig mit 480 mg SiC-Pulver
mit einer Größe von 36 bis 31 μπι in der gleichen Form
wie beim Beispiel 1 angeordnet Danach wurden 3200 g in der gleichen Weise hergestellte Glasbrocken mit
einem Durchmesser Von 1 bis 10 mm auf der zuvor gebildeten Schicht angeordnet Anschließend wurde die
gleiche Wärmebehandlung wie beim Beispiel 1 durchgeführt. Dabei ergab sich eine Platte mit einer porenfreien
Schicht mit einer Dicke von 7,5 mm und eine poröse Schicht mit einer Dicke von 12,5 mm. Die Poren der
porösen Schicht wurden dabei durch die Zerlegung Von SiC gebildet, bei der CO2-GaS entsteht. Die sich
ergebende Glasplatte hatte bei einer Dicke von 20 fnrti
ein spezifisches Gewicht von 1,7 und ergab beim Schneiden eine Stromaufnahme von 1,0 Ampere.
200 g gleichartiger Glasbrocken des Beispiels Nr. 5 mit einem Durchmesser von 3 mm oder weniger wurden
rrttt 1 C\ tr in IfI j->m3 WnBcar ciiormnrliArtA»*« ΓΌΙ/<ίιΐίηΛθ··Ι\η.
nat gleichmäßig gemischt, um die Glasbrocken mit einem dünnen Film CaCO3 zu überziehen, Und danach in
eine Form mit einer Größe von 100x100x30 mm gefüllt. Danach wurden 200 g Glasbrocken mit einem
Durchmesser von 1 bis 10 mm auf der zuvor gebildeten Schicht angeordnet. Durch die danach durchgeführte
Wärmebehandlung ergab sich eine Platte mit einer porenfreien Schicht von 7,2 mm und eine poröse Schicht
mit einer Öicke von 12,8 mm.
Es wurde festgestellt, daß die Brocken der porösen Schicht ihre ursprüngliche Form beibehalten hatten und
an ihren Berührungsabschnitten mit den benachbarten Brocken schmelzverbunden waren, so daß sich zwischen
den nicht miteinander in Berührung stehenden Abschnitten Zwischenräume ergaben. Durch die CaCO3-Beschichtung
wurde somit das Glas während der Wärmebehandlung am Fließen gehindert.
Die sich ergebende Platte hatte bei einer Dicke von 20 mm ein spezifisches Gewicht von 2£ und ergab beim
Schneiden eine Slromaufnahme von 1,4 Ampere.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Glaskeramik des Systems SiO2-AIzO3-CaO,
bei dessen Herstellung im nadelför.-nigen /)-W<Dllastonit-Kristallsystem
entglasbare Glasbrocken oder Glasstäbe in eine Form gepackt und oberhalb des
Erweichungspunktes, jedoch unterhalb der Flüssigkeitsphase des Glases wärmebehandelf werden, so
daß sich dabei die nadelförmigen 0-WoIIastonit-Kxistalle
von der Oberfläche der Brocken bzw. Stäbe her zum Inneren hin ablagern und die Brocken bzw.
Stäbe dabei nur soweit miteinander verschmolzen werden, daß ihre Strukturen als Muster im
Glaskeramik-Gegenstand erhalten bleiben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche
dieses Gegenstandes mit einem weiteren, auf die gleiche Weise hergestellten Gegenstand schntelzverbunden
ist, der seinerseits aus einem entglasien Glas mit gleichmäßig in seiner Masse verteilten
Poren (22) besteht
2. Glaskeramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gegenstand (2)
gleichmäßig verteilte anorganische Hohlkörper (23) enthält
3. Glaskeramik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Hohlkörper
(23) durch Brennen aus vulkanischem Glas hergestellt sind.
4. Glaskeramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren (22) durch Schäumen
eines gleichmäßig verteilten pulverförmigen Schaummittels (24) gebildet sind.
5. Glaskeramik nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaummittel aus CaCO3
und SiC besteht
6. Glaskeramik nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Trennmittel (23) im zweiten Gegenstand
(2), das eine Schmelzverbindung der Glasteilchen (21) des zweiten Gegenstandes bei der Wärmebehandlung
verhindert.
7. Glaskeramik nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel AbO3-, CaCO3-
oder MgO-Pulver ist
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