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Verfahren zur Herstellung von keramischen Erzeugnissen Die Erfindung
betrifft keramische Erzeugnisse, insbesondere Wandplatten, wie Kacheln, und ein
Verfahren zur Herstellung derselben durch Formen -und Brennen von Gemischen aus
Ton, Silicaten und Glaspulver. Die gemäß dem neuen Verfahren hergestellten Kacheln
zeichnen sich durch eine sehr wünschenswerte Porosität, große Festigkeit und einen
niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aus. Das Verfahren selbst zeichnet sich durch
eine kurze Brenndauer aus, wobei während dieses Brandes im wesentlichen keime Schrumpfung
durch das Trocknen und Brennen stattfindet.
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Das Bestreben, die Brenndauer bei der Herstellung von Bausteinen zu
verkürzen, ist bekannt und hat schon bei der Herstellung von weniger wertvollen
Bausteinen zum Erfolg geführt. Diese bekannten Bausteine bestehen aus Mischungen.
von Schlacken, Ton und Glaspulver, die nach ihrer Formgebung sofort gebrannt werden,
und zwar zuerst für ungefähr 5o Minuten und dann bei erheblich höherer Temperatur
für weitere 30 Minuten. Diese bekannten Bausteine können aber nicht mit Glasuren
versehen werden und sind keineswegs so dauerhaft und widerstandsfähig wie die bedeutend
schöner aussehenden Kacheln der Erfindung.
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Kacheln, welche . aus reinem keramischem Material hergestellt werden,
sind h:auptsäch-]ich für dekorative Zwecke in Bauwerken bestimmt. Die Herstellung
dieser Kacheln erfordert gewöhnlich zwei Brennperioden, und zwar wird zuerst die
Tonplatte gebrannt, und dann findet nochmals .eine Brennung statt, bei welcher die
Glasur an den Kacheln angebracht wird. Gewöhnlich ist zwischen diesen beiden Brennperioden
eine Kühlperiode vorgesehen, so daß die Ziegelplatten, nachdem sie vorgebrannt worden
sind, mit einer Glasurmasse entweder in flüssiger Form oder Pulverform bedeckt werden
können. Hierauf werden die Ziegelkörper in den Brennofen zurückgebracht und so lange
gebrannt, bis die Glasur dauerhaft geworden ist und sich mit dem Ziegelkörper verbunden
hat. Die Ausführung dieses ganzen bekannten Verfahrens nimmt aber gewöhnlich q.o
bis 6o Tage in Anspruch.
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Die Kacheln der Erfindung sind insbesondere recht widerstandsfähig
gegen Frost und Temperaturwechsel. Dieses ist wohl darauf zurückzuführen, daß der
Ausdehnungskoeffizient des Ziegelkörpers im wesentlichen gleich dem Ausdehnungskoeffizienten
der Glasur ist. Um diese Übereinstimmung in dem Ausdehnungskoeffizienten zu erreichen,
ist das Verfahren derart ausführbar, daß man den Ausdehnungskoeffizienten der Ziegelkörper
ganz genau überwachen kann.
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Es sei nun im folgenden näher auf die
Beschreibung
der Kacheln und des neun Verfahrens der Erfindung eingegangen.
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Es hat sich herausgestellt, daß ein plattenförmiger Ziegelkörper,
welcher q.o bis 70 0/0
Kieselsäure (SiO2), 2 bis 12 % Tonerde (A1203), 15
bis 5o o/o Magnesia (Mg0), 5 bis 8 % Kalk (Ca O ), i bis 6 % Bleioxyd (Pb0) und
2 bis 6 % Soda (Na20) enthält, alle wünschenswerten Eigenschaften hat, um die Herstellung
von guten Kacheln zu g ewährleisten.
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Ziegelkörper, welche aus der obigen Materialmischung bestehen, haben
einen Ausdehnungskoeffizienten, welcher im wesentlichen so groß ist wie der Ausdehnungskoeffizient
der üblichen Glasurmassen. Im rohen Zustand kann der Ziegelkörper plötzlich hohen
Temperaturen ausgesetzt werden, ohne zu zerspringen. Auch hat der Ziegelkörper eine
große Festigkeit, wenn @er gebrannt ist, und die fertige Kachel ist äußerst widerstandsfähig
gegen wiederholtes Einfrieren, ohne dabei zu zerfallen.
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Die Ziegelkörper, welche in die obige Zusammensetzung fallen, werden
aus Glas, Tön und calciniertem Mägnesiumsilicat hergestellt: So kann man beispielsweise
calcinierten Serpentin, Steatit oder andere Magnesia und Kieselsäure enthaltende
Mineralien verwenden. Das verwendete Glas ist vorzugsweise ein Sodakalkglas, jedoch
kann auch Bleiglas verwendet werden. Äußerst wünschenswert ist ein Glas, welches
reich an Tonerde ist. Borsilicat oder Borax-las kann ebenfalls verwendet werden.
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Alle die obengenannten Rohmaterialien werden vorzugsweise in fein
zermahlener Form benutzt, und zwar wird die Zerkleinerung so weit getrieben, daß
diese Materialien durch ein Sieb hindurchgehen, welches etwa 56o bis 99o Maschen
pro Quadratzentimeter enthält. Wenn Sodakalkglas verwendet wird, dann kann man zu
der Mischung Bleioxyd;, Bariumcarbonat oder Zinkoxyd oder ein anderes unlösliches
Flußmittel hinzusetzen. Alle diese Bestandteile werden, nachdem sie äußerst fein
zerkleinert worden sind, in den erforderlichen Verhältnissen miteinander vermischt,
so daß eine Masse entsteht, welche die obengenannte chemische Zusammensetzung hat.
Nachdem diese Bestandteile gründlich miteinander vermischt worden sind, wird die
Masse mit Wasser angefeuchtet, wobei vorzugsweise die Wassermenge nicht größer als
15 % ist. Gewöhnlich genügt eine Wassermenge von 8 bis io %. Diese Masse
wird dann durch Anwendung von Druck in die gewünschte Plattenform verwandelt.
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Irgendwelcher geeignete Druck kann verwendet werden, und zwar sind
zur Herstellung Drücke zwischen 35 bis 3ookg/cm2 mit Erfolg benutzt worden. Diese
gepreßten oder geformten Ziegelkörper werden dann vorzugsweise getrocknet, und zwar
entweder in der Luft oder in einer geeigneten Trockenvorrichtung. Wenn Trockenvorrichtungen
Benutzt werden, dann soll die Temperaturerhöhung nicht sehr hoch sein, und zwar
ist es vorteilhaft, wenn man die Temperaturen in der Trockenvorrichtung während
der :ersten Stunden unterhalb 6o° C läßt.
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Um den Zusammenhang der gepreßten Ziegelkörper während dieser Trocknung
zu unterstützen, kann @es wünschenswert sein, in der Masse eine kleine Menge eines
organischen Bindemittels einzufügen, und zwar wird dieses Bindemittel dem Wasser
zugemischt, welches den trockenen Bestandteilen zugeführt wird. Als organische Bindemittel
haben sich beispielsweise Sulfitpech und Caseinlösungen als erfolgreich erwiesen.
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Die geformten und getrockneten Ziegelkörper werden dann vorzugsweise
in einen vorerwärmten Muffelofen o. dgl. Ofen eingebracht. In dem Brenn- oder Muffelofen
sollte eine Temperatur von ungefähr goo bis i 2oo° C herrschen, und zwar hängt die
richtige Temperatur von dem Charakter der Ziegelkörper ab. Wenn beispielsweise der
Ziegelkörper nur einen kleinen Prozentsatz Blei enthält, dann ist es wünschenswert,
die Brenntemperatur logo bis i2oo° C zu wählen. Wenn jedoch der Ziegelkörper eine
recht erhebliche Menge von Blei, Barium oder Zink, z. B. ¢ bis 6 %, enthält, dann
verwendet man zweckmäßig Brenntemperaturen von 925 bis I040' C. Die plattenförmigen
Ziegelkörper werden vorzugsweise auf einer ebenen Fläche unterstützt, wie z. B.
auf einer großen feuerfesten Ziegelplatte, so daß während der Brennung die plattenförmigen
Ziegelkörper sich nicht werfen oder sonstwie verziehen können. Gitter, welche aus
temperaturwiderstandsfähigem Metall bestehen, sind mitErfolg benutzt lvorden.
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Die beim Brennen benutzte Temperatur muß genügend hoch sein, um das
Glas in den Ziegelkörpern zum Verglasen zu bringen, wobei das calcinierte Magnesiumsilicat
oder ein anderes calciniertes Magnesium -und Kieselsäure enthaltendes Mineral in
dieser Glasmasse verbleibt. In Anbetracht der Tatsache, daß gewöhnlich ein recht
großer Prozentsatz Blei vorhanden ist, ist der Schmelzpunkt des Glases ziemlich
niedrig, und daher verflüssigt es sich oder verglast bei :einer verhältnismäßig
niedrigen Temperatur, z. B. zwischen 925 bis i2oo° C. Es ist nun nicht beabsichtigt,
den gesamten Ziegelkörper zu verglasen, sondern es ist lediglich beabsichtigt, das
Glas genügend flüssig zu machen, um eine Substanz zu bilden, in welcher das calcinierte
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Magnesiumsilicät oder ein ,anderes Magnesium -und Kieselsäure @enthalfiendes Mineral
suspendiert ist. Aus diesem Grunde bleiben die Ziegelkörper lediglich ungefähr 12
bis 2 5 Minuten in dem Brenn- oder Muffelofen. Es können jedoch an Stelle des Bleies
andere Flußmittel verwendet werden, welche den Schmelzpunkt des Glases herabsetzen,
wie z. B. Barium oder Zink, entweder allein für sich oder in Kombination.
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Bei der Beendigung des Beben bieschriehenen Brandes werden die Ziegelkörper
aus dem Ofen entfernt, und während sie noch heiß sind, werden sie sofort mit der
gewünschten Glasurmasse bestreut oder bedeckt und dann gleich wieder in den Brennofen
oder in den Muffelofeneingebracht. Dieser zweite Brand nimmt nur 2 bis i ö Minuten
in Anspruch, und zwar ist dieses ausreichend, um das Email oder die Glasur zum Fließen
zu bringen, damit sie sich gleichmäßig über die ganze Oberfläche des Ziegelkörpers
verteilt. Am Ende dieser kurzen Brennperiode werden die Kacheln aus dem Ofenentfernt
und abgekühlt.
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Man kann nun diese letzte Abkühlung an .der Luft vornehmen, jedoch
kann es wünschenswert sein, die Kacheln zwecks Abkühlung in eine Kühlkammer einzubringen,
in welcher die Temperatur innerhalb 2 Stunden von ungefähr 98o auf ungefähr 200°
C verringert wird. Es hat sich herausgestellt, daß bei dieser starken Abkühlung
keine Sprünge in den Kacheln auftreten.
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Um ein Ausführungsbeispiel zu nennen, sind in der folgenden Tabelle
die einzelnen Arbeitsschritte zweier Verfahren einzeln aufgeführt, und zwar wurden
Kacheln hergestellt, deren Ziegelkörper folgende Zusammensetzung hatten: 66 % Kieselerde,
3 % Tonerde, 7 % Kalk, 18 % Magnesia, 4 % Soda und 2 % Blei.
| Gesamtzeit des ersten Brandes der Ziegelkörper .....
15 Min. 2o Min. |
| Ofentemperatur bei Beginn des ersten Brandes ......
1040°C 10q.0° C |
| Ofentemperatur am Ende des ersten Brandes.. . .....
995°C I030' C |
| Durchschnittliche Temperatur während des ersten |
| Brandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 1000°C - 1o15° C |
| Durchschnittliche Temperatur während des zweiten |
| Brandes (Glasurherstellung) . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 98o' C 990° C |
| Durchschnittliche Schrumpfung . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 1,6 °/0 1,6 0/0 |
| Durchschnittliche Porosität........ . . . . . . . .
. . . . . . . . 2o,20/0 22,2 0/0 |
| Durchschnittliche Härte............................ 5,0 5,5 |
Die Brennperioden zur Herstellung der Glasur nahmen ungefähr 6 Minuten bei den beiden
obigen Verfahren in Anspruch. Das Glasurmaterial wurde durch ein mechanisches Rüttelsieb
auf die Ziegelkörper aufgebracht. Die Kacheln wurden am Ende der letzten Brennperiode
aus dem Ofen entfernt und in eine Kammer eingebracht, durch welche ein Luftzug hindurchging,
der die Kacheln in 6 Stunden auf ungefähr 38° C abkühlte. Es war in dieser Weise
möglich, vollständig hergestellte Kacheln in weniger als r Stunde herzustellen.
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Es sei insbesondere darauf aufmerksam gemacht, daß der erste Brand
der Ziegelkörper lediglich so weit ausgeführt wird, daß die Tonteilchen genügend
flüssig waren, um aneinanderzuhaften. Das Bleioxyd oder ein anderes Flußmittel dient
dazu, den Schmelzpunkt der Glassubstanz herabzusetzen. Die Menge des hinzuzufügenden
Bleioxydes bestimmt sich aus der Zusammensetzung des Glases und ferner durch die
erforderliche Härte und Dichtigkeit des Ziegelkörpers, -um die gewünschte Halbverglasung
zu erreichen.
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Wenn auch die Schrumpfung bei den beiden beschriebenen Verfahren 1,6
% betrug, so ist es dennoch möglich, Kacheln herzustellen, welche während des Brennens
nur eine Schrumpfung von z % aufweisen. Die Schrumpfung während der Trocknung ist
so klein, daß sie praktisch vernachlässigt werden kann.
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Ferner sei darauf ,aufmerksam gemacht, daß die Kacheln gemäß der Erfindung
eine Härtehaben, welche zwischen 4 bis 5,5 liegt. Die Bruchfestigkeit der Kacheln
ist über 35o kg/cm2. Die Porosität, welche ungefähr zwischen 2o bis 25 % liegt,
gestattet, daß die Kacheln gründlich mit dem Mörtel o. dgl. Zementmischungen sich
verbinden, die dazu dienen, die Kacheln zu verlegen. Die Dichtigkeit der Ziegelkörper
ist jedoch genügend groß, um eine Entfärbung zu verhüten, welche durch den Mörtel
@u. dgl. vorkommen könnte, wenn der Mörtel in die Kacheln eindringt. Auch durch
die atmosphärische Feuchtigkeit kann keine Entfärbung vorgerufen werden.
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Kacheln, welche gemäß der Erfindung hergestellt worden sind, haben
sich bei sehr strengen Kühlprüfungen äußerst widerstandsfähig erwiesen. Man hat
beispielsweise die ,Kacheln in kochendes Wasser eingebracht und dann in Eiswasser
abgekühlt, -und dieses wurde zehnmal in ziemlich schneller Aufeinanderfolge wiederholt,
ohne daß
sich irgendwelche Haarrisse in der Glasur der Kacheln zeigten.
Ferner wurden nie Kacheln der Erfindung verschiedenen Gefrierprüfungen unterworfen,
indem man Salz und Eis als Kühlmittel benutzte, so d.aß es möglich war, die .Temperatur
bis auf -8° C herunterzubringen. Die Kacheln, welche mit Wasser durchtränkt waren,
wurden mit Hilfe dieses Kühlmittels in -einen Eisblock @eingefroren, und diese gefrorenen
Kacheln wurden dann in heißes Wasser geworfen und zeigten nachher keine Spuren irgendwelcher
Zersetzung.
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Der Ausdehnungskoeffizient der Ziegelkörper kann durch Zusatz von
calciniertem Magnesiumsilicat geregelt werden.
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Die beispielsweise angeführte Ziegelkörpermasse, bestehend aus 66
% Kieselsäure, 3 % Tonerde, 70/0 Kalk (Ca0), 18% Magnesiumoxyd, 4 % Natriumoxyd
und 2 % Bleioxyd, ergibt einen Ziegelkörper, der einen Ausdehnungsk3effizienten
von 152,366X io-' hat. Dieser Ziegelkörper ist insbesondere gut geeignet, um mit
einer Glasur versehen zu werden, die einen Ausdehnungskoeffizienten von
152,3 bis 152,4X 1o-7 hat.
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Gewisse Glasunmassen haben einen Ausdehnungskoeffizienten, welcher
eine Verwendung dieser Glasuren an Tonkörper schwer möglich macht. Die Ziegelkörper
der Erfindung können jedoch, wie oben auseinandergesetzt ist, mit einem derartigen
Ausdehnungskoeffizienten versehen werden, daß sie mit irgendeiner dieser Glasunmassen,
die früher kaum benutzt werden konnten, versehen werden können.
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Wenn auch im obigen an Hand von Ausführungsbeispielen ganz bestimmte
Zusammensetzungen der Ziegelkörpermassen angegeben sind, so ist dennoch die Erfindung
nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ist auch noch
an Hand anderer Ausführungsbeispiele ausführbar.