-
Verfahren zur Herstellung feinkeramischer Massen Für die- Herstellung
zahlreicher keramischer Massen, insbesondere der Porzellan-, Steingut- und Weißsteinzeugmassen,
werden als wesentliche Versatzbestandteile Kaolin oder magere, weißbrennende Tone
verwendet. Diese Materialien besitzen aber mitAusnahme der aus ganz wenigen, vereinzelten
Vorkommen stammenden den Nachteil, daß sie in rohem Zustande praktisch unplastisch,
jedenfalls nicht plastisch genug sind, um, als einziger tonsubstanzhaltiger Bestandteil
in keramischen Versätzen verwendet, formbare Massen zu ergeben. Dies ist eine Fölge
der Tatsache, daß in diesen Materialien die den Träger der Plastizität keramischer
Rohstoffe bildenden Kaolinite nicht in kolloider, sondern in kristalloider Form
vorliegen. Wegen dieser mangelnden Plastizitätseigenschaften ist der überwiegende
Teil der natürlichen Kaoline und weißbrennenden Tone für die Herstellung solcher
keramischer Massen entweder vollkommen unbrauchbar oder nur dann anwendbar, wenn
man besondere Maßnahmen trifft, um diese mangelnde Plastizität zu beseitigen.
-
Für den letzteren Zweck wurde bereits vorgeschlagen, organische Kolloidstoffe;
wie Kasseler Braun, Dextrin o. dgl., in die Massen einzufühlen, die im wesentlichen
als Klebstoffe wirken, jedoch hat sich diese Maßnahme nicht bewährt. Daher erfolgte
die Plastifizierung der in der Hauptsache aus unplastischen oder wenig- plastischen
Kaolinen oder Tonen zusammengesetzten Massen bisher nahezu ausschließlich durch
Zusatz von hochplastischen Bindetonen. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß
durch den Bindetonzusatz fremde Bestandteile in den Versatz gelangen, die sich außerordentlich
ungünstig auswirken. Sämtliche der in Frage kommenden geologisch alten hochplastischen
Tone besitzen einen mehr oder weniger hohen und schwankenden Gehalt an Eisenoxyden
sowie Einlagerungen von Quarz in den verschiedensten Korngrößen. Sowohl Eisenoxyde
wie Quarzbeimengungen sind aber von nachteiligem Einfluß auf die Masseeigenschaften;
hingewiesen sei in diesem Zusammenhange nur beispielsweise auf den Einfluß der verschiedenen
Modifikationen des Quarzes auf das Ausdehnungsverhalten der Massen. Besonders ungünstig
ist, daß der Gehalt an derartigen Beimengungen auch bei Anwendung größter Sorgfalt
bei Gewinnung derRohatoffe_ immer schwankt und daher Fabrikationsfehler niemals
mit Sicherheit vermieden werden können. Derartige eisenoxydhaltige Massen reagieren
auf die beim keramischen Brande gar nicht vermeidbaren Schwankungen der Brenntemperatur
sofort mit einer Änderung der Brennfarbe. Es ist daher kaum oder überhaupt nicht
möglich, eine vollständige gleicheFarbe von in verschiedenen Bränden aus derartigen
Massen erzeugten Produkten zu erzielen, also beispielsweise bei einem Steingutwaschgeschirr
zusammenpassende, Kannen und Becken in verschiedenen Bränden zu erzeugen. Auch durch
eine kostspielige
laboratoriumsmäßige Kontrolle der zur Verarbeitung
gelangenden Rohstoffe lassen sich diese Schwierigkeiten nicht ausschalten.
-
Bei allen Fabrikaten, an die höhere Anl derungen bezüglich der Qualität
und deshf auch der Vermeidung von UnregelmäßigFkeiten in der Fabrikation gestellt
werden müssen; wie insbesondere bei Porzellanmassen, ist man daher nicht in der
Lage, von dem Notbehelf der Bindetonzumischung Gebrauch zu machen und gezwungen,
statt der in unbegrenztem Umfange vorkommenden gewöhn-IichenKaoline und weißbrennendenToneRohtnaterialien
zu verwenden, die bereits eine gewisse, einigermaßen ausreichende Plastizität besitzen,
wie dies beispielsweise bei aus einigen wenigen Spezialvorkommen stammenden Kaolinen,
insbesondere dem Zettlitzer Kaolin, und einigen Spezialtonen der Fall ist. Diese
Rohstoffe stehen aber, wie gesagt, nur in sehr begrenztem Umfange zur Verfügung,
sind dementsprechend teuer und bedingen dadurch eine beträchtliche Erhöhung der
Gestehungskosten.
-
Durch die Erfindung wird die Möglichkeit, den Mangel an Plastizität
der gewöhnlichen Rollkaoline usw. auszugleichen und diese Rohstoffe für alle keramischen,
insbesondere feinkeramischen Zwecke zu verwenden, geschaffen. Das neue Verfahren
ermöglicht es, keramische Massen, vorzugsweise weißbrennende, die allen in bezug
auf Qualität zu stellenden Anforderungen entsprechen, aus den genannten praktisch
unplastischen Rohstoffen, wobei insbesondere an solchen mit einem Gehalt von weniger
als ä °/o an Allophanbestandteilen gedacht ist, insbesondere Rohkaolinen und kurzen
Tonen, wie sie zu billigen Preisen in beliebiger Menge zur Verfügung stehen, herzustellen
und hierbei völlig oder nahezu vollständig auf den Zusatz plastischer Bindetone
zu verzichten. Im Zusammenhang mit dem neuen Verfahren werden weitere wesentliche
fabrikatorische Vorteile erzielt, auf die nachstehend noch eingegangen wird.
-
Dieser Erfolg wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man die in
Frage kommenden Kaoline oder Tone von ungenügender Plastizität, anstatt sie beispielsweise
unter Inkaufnahme der dadurch bedingten Schwierigkeiten durch einen Bindetonzusatz
zu plastifizieren, mit Silicaten der Alkalien oder Erdalkalien in Gegenwart von
Wasser beispielsweise durch Vermahlen innig vermischt. Durch. diesen Zusatz und
die entsprechende Behandlung wird außer der Steigerung des Plastizitätsgrades auch
ein vollständiger oder teilweiser Ersatz des sonst erforderlichen Flußmittels erzielt
und im Endergebnis eine hasse erhalten, die sich nach beliebigen Formgebungsmethoden
Verarbeiten läßt. Dadurch, daß an Stelle eines in seiner Zusammensetzung stets schwankenden
Versatz-Jbestandteiles wie des Bindetones ein künstlich 3hergestelltes Material,
das in immer gleich-''.&eibender Zusamensetzung zur Verfügung steht, tritt,
werden außerdem alle Unsicherheitsfaktoren bei der Fabrikation weitgehend ausgeschaltet.
-
Der Zusatz der ganz oder teilweise wasserlöslichen Silicate der Alkalien
oder Endalkalien zu den praktisch unplastischen Rohstoffen erfolgt bei der Masseaufbereitung
in einem Zeitpunkt und in einer Menge, die sich durch den gewünschten zu erzielenden
Plastizitätsgrad bestimmt. Die genannten Stoffe haben die Eigenschaft, daß sie mit
Wasser wenig beständige Lösungen bilden, aus welchen insbesondere unter der Einwirkung
der in keramischen Rohstoffen immer enthaltenen Alkali- und Erdalkalisalze sowie
der ebenfalls immer vorhandenen organischen Substanzen die Kieselsäure in Gelform
ausgeschieden wird. Diese kolloidale Kieselsäure. ist wahrscheinlich Ursache der
plastifizierenden Wirkung der genannten Zusätze unter bestimmten Voraussetzungen.
-
Als besonders geeignet zur Erzielung dieses Erfolges haben sich hochkieselsäurereicheAlkalisilicate,
also beispielsweise solche der Formel R2 O # 3 Si 02, von relativ geringer Wasserlöslichkeit
erwiesen. Diese Silicate ermöglichen es, durch entsprechende Regelung der Lösungsbedingungen,
also der Zugabe von mehr oder weniger Wasser, der Dauer der Einwirkung des Lösungsmittels
und der Temperatur, jeweils die unter Berücksichtigung derAnfangsplastizität und
des für das anzuwendende Formgebungsverfahren notwendigen Plastizitätsgrades der
Masse erforderliche Menge an kolloidaler Kieselsäure zu erzeugen.
-
Erwünscht ist hierbei unter. Umständen ein gewisser Gehalt der Silicate
an Aluminium, der bekanntlich die Wasserlöslichkeit derselben verringert.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Wasserglas als klebendes Bindemittel
für grobkeramische Massen zu verwenden; ebenso hat man auch versucht, Alkalisilicate
als Flußmittel zu verwenden, jedoch haben diese Versuche zu einem praktischen Erfolge
nicht geführt, weil sich hierbei erhebliche Fabrikationsschwierigkeiten ergaben,
beispielsweise eine mangelnde Standfestigkeit der Massen beim Brande und eine Inhomogenität
der Erzeugnisse.
-
Alle bisherigen Schwierigkeiten werden nunmehr beseitigt. Das neue
Verfahren kann in verschiedener Weise ausgeführt werden. Beispielsweise kann man
die Silicatlösung
zunächst. für sich getrennt herstellen und erst
nach dem Mahlen des Rohkaolins oder Tones mit diesen mischen, wobei während des
Mischvorganges und des folgenden Maukens die Ausfällung der Kieselsäure und damit
die Plastifizierung erfolgt, oder man führt die Lösung unter gleichzeitiger bzw.
nahezu gleichzeitiger Bildung des plastifizierenden Kieselsäuregels zusammen mit
dem Mahlvorgang durch, setzt also das Silicat, zweckmäßig in vorgemahlenem Zustande,
in einem geeigneten Zeitpunkt während der Mahlung zu. Dieser Zeitpunkt bestimmt
sich wieder nach den Umständen und liegt je nach diesen am Anfang oder mehr oder
weniger dem Ende der Mahldauer zu.
-
Die letztbeschriebene Art der Einführung des löslichen Silicats. hat
sich nach den bisherigen Versuchen als besonders vorteilhaft erwiesen, weil hierbei
die Durchdringung des Rohstoffes bzw. Einhüllung der Rohstoffteilchen durch das
Kieselsäuregel in denkbar inniger Weise erfolgt.
-
Mahlt man beispielsweise Rohkaolin etwa io Stunden mit einem Wasserzusatz
von i : i und setzt hierbei Wasserglas in der benötigten Menge unmittelbar zu Beginn
der Mahlung zu, so erhält man eine hochplastische Masse, deren Plastizität wesentlich
höher ist als die selbst der unter Verwendung eines der wenigen bekannten .plastischen
Kaoline, wie des Zettlitzer Kaolins, nach den üblichen Methoden hergestellten.
-
Bei der beispielsweise beschriebenen Aus=-führungsform des Verfahrens
besteht die Masse. also lediglich aus Rohkaolin und aus Wasserglas bzw. gefällter
kolloidaler Kieselsäure.
-
Man kann bei der Herstellung . der neuartigen Massen in der Weise
arbeiten, daß man ledigliclh die Menge an wasserlöslichem Silicat, vorzugsweise
an Wasserglas, zugibt bzw. löst, die zur Plastifizierung erforderlich ist; zweckmäßig
setzt man aber in weiterer Ausbildung der Erfindung, sei es auf einmal, sei es in
verschiedenen Stufen des Aufbereitungsvorganges, sei es teilweise während des Mahlvorganges,
am Ende oder im Anschluß an denselben, eine solche Menge an Wasserglas o. dgl. zu,:
daß durch diesen Zusatz gleichzeitig das sonst erforderliche Flußmittel, ebenso
wie auch der außerdem noch zugesetzte Quarz, ganz oder teilweise ersetzt wird, so
daß ein Zuschlag von anderen Flußmitteln, wie auch von Quarz, also ganz oder teilweise
überflüssig wird. Es hat sich gezeigt, daß bei einer in der beschriebenen Weise
aufbereiteten Masse die Verwendung von Wasserglas oder der anderen genannten Silicate
als ausschließliches Flußmittel keinerlei nachteiligen Wirkungen in bezug auf die
Standfestigkeit oder Homogenität der Formlinge beim Brande hat,- sondern daß im
Gegenteil ein solcher Zusatz unter den beschriebenen Voraussetzungen es bei gleicher
Qualität der erzeugten Produkte, insbesondere bei Erzielung des gleichen gewünschten
Sinterungsgrades, ermöglicht, die Garbrandtemperatur ganz bedeutend herabzusetzen
und damit ein Ziel zu erreichen, das von der keramischen Industrie seit ihrem Bestehen
angestrebt wird.
-
DerErsatz des Quarzes in der beschriebenen Weise hat den außerordentlichen
Vorteil, daß man damit die Kieselsäure in die Masse immer in einem bestimmten ein-
und allemal festliegenden Dispersitätsgrade einführen kann, damit die durch den
Brennprozeß herbeigeführten Umwandlungen des Quarzes vollkommen beherrscht und also
die durch die verschiedenen Korngrößen des sonst zugesetzten Quarzes sich ergebenden
Schwierigkeiten vollkommen wegfallen.
-
Die verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, die bei' dem vorliegenden
Verfahren, beispielsweise für den Porzellanbrand, in Frage kommen, machen es nunmehr
unmöglich, Porzellan in der gleichen Weise, wie dies bisher nur bei Steingut ausführbar
war, mit sämtlichen Unterglasurfarben zu dekorieren.
-
Die erfindungsgemäß hergestellten Massen besitzen ferner eine große
Trockenfestigkeit in grünem Zustande, was sich ebenfalls sehr vorteilhaft in bezug
auf Verringerung des Trockenbruches auswirkt.
-
Eine Porzellanmasse, die in ihren Eigenschaften vollkommen einer solchen
der bisher üblichen Zusammensetzung aus zwei Teilen Zettlitzer Kaolin, einem Teil
Quarz und einem Teil Feldspat entspricht, läßt sich beispielsweise gemäß der Erfindung
aus 8o"/, Rohkaolin und 2o °/a Wasserglas herstellen. Die Masse ist gegenüber der
unter Verwendung des teueren Zettlitzer Kaolins hergestellten erheblich plastischer,
vom gleicher Plastizität wie eine Steingutmasse und besitzt daher eine wesentlich.
günstigere Verformbarkeit. Sie kann bereits bei i25o° Bargebrannt werden, wobei
der gleiche Sinterungsgrad erzielt wird wie bei einer Masse üblicher Zusammensetzung,
die bei der bisher angewendetenTemperatur von etwa i4oo° gebrannt ist.
-
Steingutmassen lassen sich vollkommen unter Ausschaltung von Bindeton,
Flußmitteln und Quarz, beispielsweise aus g:5 % Rohkaolin oder weniger plastischem
Rohton und 5 °/o festem Wasserglas, herstellen.
-
Die Massen gemäß der Erfindung sind ebenso wie als Formmassen für
Trockenpressung und Handverformung usw. auch als
Gießmassen verwendbar,
wobei im letzteren Falle evtl. nach dem Mahlvorgang noch ein Zusatz von leicht löslichem
Wasserglas, evtl. auch von Soda oder einem-anderen Dispersionsmittel zwecks Erzielung
einer vollständigen Verschlickerung erfolgen kann.
-
Für die Regelung des Plastizitätsgrades sowie der Garbrandtemperatur,
wie überhaupt die Erzielung besonderer gewünschter Eigenschaften der Massen sind
eine große Zahl von Möglichkeiten vorhanden. Man kann beispielsweise statt des vollständigen
Ersatzes des Bindetons durch mehr oder weniger wasserlösliche Silicate nebenbei
auch einen Teil des Bindetons in der Masse belassen, ebenso wie auch, vorzugsweise
bei Porzellanmassen, nur einen Teil des Ouarzes und bzw. oder des Feldspates beispielsweise
durch Wasserglas ersetzen, evtl. auch statt des Rohkaolins geschlämmten Kaolin verwenden
und außerdem Ouarz in der bisher üblichen Form zusetzen, was bisweilen mit Rücksicht
auf die Mullitbildung erwünscht sein kann.
-
Unter Umständen erweist es sich auch als zweckmäßig, an Stelle beispielsweise
von Wasserglas allein zwei oder mehrere verschiedene lösliche Silicate bzw. Silicate
verschiedener Löslichkeitsgrade in verschiedenen Zeitpunkten des Herstellungsverfahrens
bzw. gleichzeitig zuzusetzen.
-
Die benötigten Mengen an den genannten mehr oder weniger löslichen
Silicaten variieren mit demPlastizitätsgrade derAusgangsrohstoffe und insbesondere
mit dem Grade der gewünschten Verdichtung des Scherbens bzw. der einzustellenden
Garbrandtemperatur in weiten Grenzen; sie betragen aber bei vollständigem Wegfall
des Bindetons, Quarzes und Flußmittels bei Steingutmassen im allgemeinen wenigstens
4 °/o. Bei vollkommen gesinterten-Porzellanmassen können sie unter den gleichen
Voraussetzungen bis über 3o Gewichtsprozent heraufgehen. Der zuzusetzende Prozentsatz
ist damit immer wesentlich höher als die nur Bruchteile eines Prozentes betragenden
Zusätze an derartigen Silicaten, beispielsweise an Wasserglas, die man bereits für
andere Zwecke, beispielsweise zum Zwecke der Verschlickerung bei Gießmassen bzw.
zur Anpassung der Garbrandtemperatur von Glasur und Scherben, also zwecks einer
geringfügigen Beeinflussung der Garbrandtemperatur bei ganz anders zusammengesetzten
Massen vorgeschlagen hat. Diese bekannten Verfahrensmaßnahmen haben insbesondere
mit einer Beeinflussung der Plastizität überhaupt nichts zu tun.
-
Das neue Verfahren stellt infolge der außerordentlichen damit verbundenen
Vorteile in bezug auf die Möglichkeit der Verwertung billiger einheimischer Rohstoffe,
die gleichzeitige Verbilligung des Brennprozesses durch Herabsetzung der Brenntemperatur,
den verringerten Trockenbruch infolge Erhöhung der Trockenfestigkeit und die Möglichkeit,
wegen der erniedrigten Brenntemperaturen nunmehr auch Porzellan, wie dies bisher
nur bei Steingut möglich war, mit Unterglasurfarben zu dekorieren, insbesondere
für die Porzellan-, Steingut- und auch Weißsteinzeugindustrie einen Fortschritt
von außerordentlicher technischer und wirtschaftlicher Bedeutung dar.
-
Auch keramische Massen von nicht rein weißer Brennfarbe, die man vorher
aus plastischen Tonen unter vollständiger oder nahezu vollständiger Ausschaltung
von Kaolinen für die verschiedensten Zwecke hergestellt hat, z. B. für Baukeramik,
kann man nunmehr ganz oder zum überwiegenden Teil aus Rohkaolinen, die für die eigentliche
Feinkeramik in erster Linie wegen ihrer Brennfarbe ungeeignet wären, herstellen.
_ Eine solche Arbeitsweise ist aus den oben dargelegten Gründen bei Anwendung des
neuen Verfahrens möglich, ohne etwa die bisherigen Brenntemperaturen erhöhen zu
müssen.