DE646923C

DE646923C - Verfahren zur Herstellung glasierter keramischer Erzeugnisse mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten

Info

Publication number: DE646923C
Application number: DEP67750D
Authority: DE
Inventors: Dr Werner Rath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1933-06-27
Filing date: 1933-06-27
Publication date: 1937-06-24

Description

Verfahren zur Herstellung glasierter keramischer Erzeugnisse mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten Keramische Werkstoffe mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, der eine gute thermische Beständigkeit gewährleistet, haben gegenüber dem bisher benutzten Porzellan und Steatit sowohl für die elektrische Isoh;ertechnik als auch für die Zwecke der chemischen und anderer Industrien in der An: wendung bei thermisch besonders beanspruchten Geräten und Behältern bevorzugtes Interesse erlangt. Insonderheit sind als Massen, die im gebrannten Zustand beträchtlich erniedrigte Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, durch die umfangreichen Untersuchungen amerikanischer Forscher schon vor langer Zeit solche es Dreistoffsystems Mg O-Ah 03-Si 02 bekanntgeworden. Diese besitzen zugleich neben hoher Wärmeleitfähigkeit auch hohe mechanische Festigkeit.
Indessen lassen sich derartige Massen nicht nach den sonst in der Keramik üblichen Methoden, nämlich durch Tauchen der rohen oder vorverglühten Stücke in einen Glasurbreioder durch Aufspritzen eines solchen, mit einer Glasurschicht überziehen. Es gelingt nämlich nicht, auf wirtschaftlich tragbarem Wege Glasuren mit ebenso kleinem Ausdehnungskoeffizienten!herzustellen, wie ihn die Masse des Scherbens besitzt. Nicht nur werden früher oder später die Glasuren haarrissig, sondern auch die Festigkeit des Scherbens wird gegenüber mechanischen und thermischen Beanspruchungen infolge des bekannten Entstehens von Zugspannungen in unerträglichem Male herabgesetzt, selbst wenn die verwendeten Glasuren zunächst mioch keine Haarrisse gebildet haben. Die an sich mögliche Anwendung der Salzglasur ist hier ebenfalls nicht angängig, weil die meist sehr komplizierte Gestalt und die geringe Gröle der aus derartigen Massen erzeugten Geräte ihre Einkapselung während des Brandes notwendig machen, wodurch wiederum die Bildung einer Glasurschicht verhindert wird. Außerdem werden auch Salzglasuren haarrissig.
Bleiben diese an sich bekannten Massen des genannten Dreistoffsystems aber unglasiert, so besitzen sie die den Biskuitmas,sen eigentümliche muhe Oberfläche, die für eine weitgehende technische Ausnutzung außerordentlich `hinderlich ist. Die rauhe Oberfläche begünstigt beispielsweise bei Isolatoren die Festsetzung von Schmutzschichten, wobei die Oberflächenleitfähigkeit erhöht und damit die Isolationsfähigkeit herabgesetzt wird. Auch bei den von der chemischen Industrie benutzten Geräten ist die rauhe Oberfläche solcher Massen im Interesse ,einer technisch .erforderlichen, zureichenden Säuberungsfähigkeit in gleichem Maße unerwünscht.
Durch die vorliegende Erfindung werden die beschriebenen Mängel auf ebenso einfachem wie billigem Wege vermieden. Erfindungsgemäß ;gelingt überraschenderweise die Herstellung mechanisch hoch-,vertiger, glasierter, keramischer Erzeugnisse mit außerordentlich niedrigem Ausdehnungskoeffizienten in einem Brande, wenn hierfür Massen der Vierstoffsysteme K.0- bzw. Na:> O-Mg 0-A12 03-Si 02 auf bestimmte, von der Zusammensetzung abhängige Mindesttemperaturen gebrannt werden. Es bildet sich dann während des kera-. =mischen Brandes aus den Bestandteilen -der

Schicht auf der Oberfläche des Formlings bildet, ohne daß die Erzeugnisse im keramischen Sinne überfeuert sind. Derartige Massen besitzen überraschenderweise trotz ihres Fluhmitt:elgelialtes keine nennenswerte Transparenz, auch zeigt ihr Bruch wesentlich schwächere Verglasung als ihre Oberfläche. Sie unterscheiden sich demnach grundlegend von den bekannten, für Porzellanperlen, -knöpfe, sogenannten Lithophanien, oder figürlicher Biskuitware,. verwendeten, stark flußmit.telh:al@tigen (beispielsweise auch flußspatbaltigen) keramischen Massen, die aul.'Merordentlich stark verglast sind und infolgedessen hohe Transparenz besitzen und gelegentlich auch von selbst eine verglastes Oberfläche aufweisen. Die Grenzen, innerhalb deren glasierte Erzeugnisse niedrigen Ausdehntmgskoeffizientens erhalten werden, sind folgende

Si O . . . . . . . .lo bis 700,'0

Al_Ö3 . . . . . . 20 - 50()o

1I- 0 ....... 3 - 30e'0

K_0 bzw. Na,0 2 - 2oi;o.

Dabei ist es gleichgültig, welche Ausgangsstoffe zur Einführung von Kieselsäure, Tonerde, Magnesia und Alkali Anwendung finden. ln der Regel werden Kaoline, Tone, Specksteine, Talk usw. am zweckmäßigsten sein, doch können die Bestandteile auch als Oxyde, als im Brand Oxyd bildende Salze (beispielsweise als Chloride, Sulfate usw.), als Hydroxyde oder Oxydhydrate zugesetzt werden. Indessen hat es sich als zweckmäl.'')ig und vorteilhaft erwiesen, das Alkali ganz oder teilweise als Feldspat einzuführen, wenn auch alkalihaltige Fritten o. dgl. benutzt werden können.
Die gleiche günstige Wirkung wird auch erzielt, wenn in dem genannten Vierstoffsystem das Magnesiumoxyd ganz oder teilweise durch Zinkoxyd oder Berylliumo_xyd oder Mischungen von beiden ersetzt wird. Indessen kann das Magnesiumoxyd nur zumTeil durch Calcium-, Strontium- oder Bariumoxyd ersetzt werden. Brenntemperatur, Brenndauer und Ofenatmosphäre müssen naturgemäß nach dem jeweils gewählten Versatz so eingestellt werden, daß der Glasurüberzug sich bildet, ohne daß die Stücke zu erweichen beginnien oder der Ausdehnungskoeffizient ungünstig beeinflaßt wird.
Es. war in hohem Maße überraschend"

war vielmehr zu erwarten, da15 durch die Einführung von Alkali die Glasbildung in der Masse infolge Eutektikumsbildung stark befördert und damit sowohl Ausdehnungskoeffizient wie auch mechanische Festigkeit ungünstig beeinflußt werden würde. Tatsächlich ist dies nicht eingetreten. Der Ausdehnungskoeffizient derartiger Massen mit vollkommen geschlossenem Glasurüberzug beträgt zwischen 2o und i oo", gemessen o,95 bis 1,3# i o-(`, die an Stäben gemessene Biegefestigkeit 8oo bis iöoo kg,/cm= und die Zugfestigkeit, an normalen Zugkörpern gemessen, 4.oo bis 6oo kg; cm'-. Es gelingt also nach der vorliegenden Erfindung, neuartige keramische Erzeugnisse nüt niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, hoher mechanischer Festigkeit und dabei glasierter Oberfläche in einem einzigen Brande herzustellen, wodurch eine wesentliche Bereicherung der keramischen Technik gegeben ist.
Für die Elektrotechnik bieten derartige Erzeugnisse gegenüber den bisher bekanriten@ keramischen Materialien den Vorteil, daß infolge des geringen Wärmeausdehnungskoeffizientens die mit Hilfe derartiger Erzeugnisse aufgebauten Apparateteile hinsichtlich ihrer Selbstinduktion und Kapazität praktisch absolut temperaturunabhängig werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung glasierter keramischer Erzeugnisse finit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, daß Massen der Vierstoffsysteme K20- bzw. Na20-Mg0-A1203-Si02 mit Gehalten von q.o bis 70% SiO2, 2o bis 5o% A1203, 3 bis 30% MgO und 2 bis 20% K20 bzw. Na20 verwendet und bis zum selbsttätigen Auftreten einer oberflächlichen Glasurschicht gebrannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den genaamiten Massen das Magnesiumoxyd ganz oder teilweise durch Zinkoxyd oder Berylliumoxyd ersetzt -wird.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium,oxyd zum Teil durch Calcium-, Strontium- oder Bariumoxyd ersetzt wird.