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Verfahren zur Herstellung'von (1Ïehtgesintertell Formkörpern, die hauptsächlich aus amorpher Kieselsäure bestehen.
Die amorphe, glasige Kieselsäure besitzt im Gegensatz zum kristallisieren Quarz einen sehr geringen Ausdehnungskoeffizienten. Gegenstände aus Quarzglas und Quarzgut zeichnen sich deshalb, neben ihrer chemischen Widerstandsfähigkeit, durch hohe Beständigkeit gegen Temperaturwechsel aus, d. h. solche Erzeugnisse können rasch erhitzt und gekiihlt werden, ohne zu zerspringen. Es bestand aber bisher die Meinung, dass Quarzglas oder Quarzgut diese wertvollen Eigenschaften nur dann be- sitzen, wenn sie aus reiner Kieselsäure mit einem Gehalt von mindestens 99'8% Si02 bestehcn. Man verwendet deshalb nur ganz reine Quarzsand, die im elektrischen Ofen geschmolzen und in zäh- flÜssigem Zustand nach den Methoden der Glasbläserei verarbeitet werden.
Diese Herstellungsweise erfordert schon für kleine Geräte, wie Kochgeschirr für den Haushalt oder für Laboratorien, viel
Geschick. Die Anfertigung grosser Rohre, Schalen und Gefässe für die Industrie ist besonders schwierig.
Der Erfinder hat nun gefunden, dass Gegenstände, die nicht aus reiner glasiger Kieselsäure bestehen, ähnlich günstige Eigenschaften besitzen wie Erzeugnisse aus geschmolzenem Quarz. Die bisherigen Herstellungsmethoden für solche Gegenstände können deshalb ersetzt werden durch die bei der Herstellung geformter keramischer Erzeugnisse übliche Arbeitsweise, d. h. durch die Methoden der Töpferei.
Es ist bekannt, feuerfeste Silicasteine herzustellen aus Quarz mit Kalkzusatz. In solchen Fällen besteht sowohl das Rohmaterial als auch das Erzeugnis aus kristalliner Kieselsäure. Für andere
Zwecke erhält man aus Kieselgur oder aus einer Mischung von Quarzglasmehl und gefällter Kiesel- saure Materialien, die sieh durch hohe Porosität auszeichnen. Sodann ist vorgeschlagen worden, feuerfestes Silica-Material herzustellen aus geschmolzenem Quarz und Tonerde, wobei der glasige Quarz durch anhaltendes Erhitzen auf 1450 in kristalline Kieselsäure umgewandelt wird.
Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich grundsätzlich von früheren Vorschlägen, indem dichte, undurchlässige Formkörper erhalten werden, die zur Hauptsache aus amorpher Kieselsäure bestehen. Man geht aus von einer Masse von amorpher Kieselsäure. Um die Verdichtung beim Brennen zu fördern, wird ein Flussmittel zugesetzt und ein kolloidreiches mineralisches Bindemittel beigemischt, das der Masse Plastizität verleiht. Die Formgebung wird nach üblicher keramischer Arbeitsweise vor- genommen, beispielsweise durch Drehen auf der Töpferscheibe, Einformen oder Pressen der plastischen
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bis zur Verdichtung gebrannt, wobei im Brennabschnitt oberhalb 1000 ausgedehntes Verweilen auf hoher Temperatur vermieden wird.
Das wesentliche Rohmaterial, die amorphe Kieselsäure, kann bestehen aus Quarz, der vorher geschmolzen wurde, d. h. aus zerkleinertem Quarzglas oder Quarzgut. Ferner kann amorphe Kiesel-
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die amorphe Kieselsäure enthalten, ohne dass dadurch die günstigen Eigenschaften der Erzeugnisse beeinträchtigt werden. Solche Naturstoffe sind beispielsweise die Opale, Kieselsinter, Diatomeenerde (Kieselgur), Tripel, Molererde sowie Bleicherden, Agalmatholit und ähnliche Rohstoffe, die amorphen Quarz enthalten. Liegen Rohstoffe vor, die von Natur aus poriges Gefüge besitzen, so empfiehlt es
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Zustand zu verwenden. Zweckmässig ist eine Abstufung der Korngrössen nach der Fuller-Kurve oder ähnlichen Richtlinien zur Erzielung eines möglichst dichten Gefüges.
Es können gleichzeitig auch zwei oder mehrere verschiedene Rohstoffe verwendet werden.
Um die Verdichtung beim Brennen zu fördern, werden der Masse bekannte Flussmittel, wie Feldspat, Phosphate oder künstlich hergestellte Fritten oder Gläser beigefügt.
Die amorphe Kieselsäure mit Flussmittelzusatz erhält die zum Verformen erforderliche Bildsamkeit durch Beimischung eines kolloidreiehen mineralischen Bindemittels. Geeignete Bindemittel sind tonartige Silikate mit hohem Collyrit- oder Allophangehalt, vor allem Aluminiumsilikate vom Typus des Montmorillonits, wie Bentonit.
Von diesen Bindemitteln ist eine verhältnismässig geringe Menge erforderlich, um die gewünschte Formbarkeit zu erzielen. Die richtige Bemessung dieses Zusatzes hängt jedoch von der Natur der verwendeten Kieselsäurerohrstoffe, ihrer Kornabstufung und von dem Bindemittel selbst ab. Einzelne an amorpher Kieselsäure reiche Stoffe, wie Molererde, Bleicherden oder kieselsäurereiehe Silikate, begünstigen die Plastizität der Masse. Überdies kann der Masse Ton oder Kaolin als Füllstoff zugesetzt werden.
Aus den so zusammengesetzten Massen werden Formkörper nach bekannten keramischen Arbeitsweisen hergestellt und gebrannt. Zur Erzielung einer glatten Oberfläche kann eine Glasur in bekannter Weise aufgetragen werden, sofern sie sich nicht beim Brennen von selbst bildet. Die Brenntemperatur, die der Massezusammensetzung angepasst wird, liegt unterhalb der Schmelz-oder Erweichungstemperatur der Kieselsäure und entspricht der Brenntemperatur für gesinterte keramische Erzeugnisse, wie Steinzeug oder Porzellan. Um eine Kristallisation der amorphen Kieselsäure zu vermeiden, ist es angezeigt, den Brand, wenigstens im Brennabschnitt oberhalb 1000 , rasch durchzuführen und rasch zu kühlen.
Man kann beispielsweise folgende Massenzusammensetzung benutzen :
25% geschmolzener Quarz in abgestuften Korngrössen zwischen 0'8 und 0'05 mu.
45% feingemahlener geschmolzener Quarz oder chemisch gefällte Kieselsäure.
15% Feldspat.
5% Ton.
10% Bentonit.
Die Bestandteile werden innig gemischt. Durch Anfeuchten erhält man eine plastische Masse, die in üblicher Weise verformt wird. Die getrockneten Formkörper werden bei Temperaturen zwischen 1250 und 13500 gebrannt.
Durch das vorliegende Verfahren erhält man Produkte, die den Eigenschaften der Gegenstände aus Quarzgut sehr nahekommen oder sie sogar, zufolge ihres heterogenen Gefüges, noch übertreffen.
Dabei ist die Herstellung gegenüber der Anfertigung von Erzeugnissen aus Quarzgut sehr erleichtert.
Neben kleinen Gegenständen können auch sehr grosse Geräte, wie sie aus Steinzeug in der chemischen Industrie bekannt sind, hergestellt werden. Sie zeichnen sich gegenüber den bekannten keramischen Materialien durch bedeutend höhere Beständigkeit gegen schroffen Temperaturwechsel aus. Daneben eignen sich die so gewonnenen Massen in gleicher Weise wie geschmolzener Quarz zur Herstellung von Isolatoren.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von dichtgesinterten Formkörpern, die hauptsächlich aus amorpher Kieselsäure bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass man aus amorpher Kieselsäure mit Zusätzen von Flussmitteln und kolloidreiehen mineralischen Bindemitteln plastische Massen bildet, die nach üblicher keramischer Arbeitsweise geformt und gebrannt werden, wobei der Brennabschnitt oberhalb 1000 rasch durchlaufen wird, um eine Kristallisation der amorphen Kieselsäure zu vermeiden.