Verfahren zur Herstellung von keramischen Materialien und nach diesem Verfahren hergestellter keramischer Formkörper
Die vorliegende Erfindung betrifft keramische Materialien einer geringen Dichte und einer hohen Festigkeit, die zu Formkörpern geformt werden können, wie z. B. zu Gebrauchsbehältern oder Bauziegeln usw., und die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung dieser Materialien.
Bis jetzt waren keramische Materialien zur Herstellung von Gebrauchsgegenständen, wie z. B. Behältern, nicht geeignet. Das Verfahren, nach dem diese Materialien zu einem Endprodukt hergestellt wurden, war im allgemeinen zu kostspielig, als dass es geeignet gewesen wäre, Formkörper herzustellen, die für den einmaligen Gebrauch wirtschaftlich vorteilhaft sind. Wenn diese Materialien in die Form von einmal verwendbaren Tellern oder Schüsseln gebracht werden, dann sind diese keramischen Gegenstände vor allem bei solchen Verwendungen geeignet, bei welchen die Herstellung von Nahrungsmitteln, die angerichtet werden sollen, so einfach als möglich ausgeführt werden soll, und es ist in diesem Fall nicht praktisch, die Teller bzw. Schüsseln einem Reinigungsvorgang vor der neuerlichen Verwendung zu unterwerfen.
Die Verwendung von keramischen Materialien für derartige Anwendungsgebiete ist deshalb wünschenswert, weil die darin servierten Nahrungsmittel besonders vorteilhaft aussehen.
Ziel der vorliegenden Erfindung war die Herstellung eines keramisches Materials, das geringe Dichte und hohe Festigkeit aufweist, und das zur Herstellung von derartigen Gegenständen unter geringen Kosten geeignet ist, wobei es dann möglich ist, diese Gegenstände für nur einen einzigen Verwendungsvorgang heranzuziehen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung war es, keramische Materialien zur Verfügung zu stellen und ein Verfahren zu deren Herstellung zu liefern, wobei diese Materialien die oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen und zur Herstellung von zum Erhitzen und Servieren geeignetem Geschirr dienen können.
Diese keramischen Wegwerfbehälter sollen auf jede übliche Art erhitzt werden können, die bei der Zubereitung von Nahrungsmitteln normalerweise angewandt wird.
Ferner war es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, keramische Materialien zu liefern sowie ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, die stark sind und ein leichtes Gewicht aufweisen und die ferner gegenüber Wärme schock unempfindlich sind.
Ausserdem sollen diese keramischen Zusammensetzungen und Formkörper ein ausreichend ansprechendes Äusseres besitzen, so dass sie als Servierteller dienen können. Die Formkörper, beispielsweise Behälter, sollen tiefen Temperaturen unterworfen werden können, die angewandt werden, um Nahrungsmittel in gefrorenem Zustand zu halten und sie in diesem Zustand aufzubewahren. Weitere Anwendungsgebiete der Erfindung werden in der Folge näher erläutert und anhand der Zeichnung erklärt.
Es wurde gefunden, dass die vorhin erwähnten Ziele dadurch erreicht werden können, dass man geeignete Anteile an Ton, porösem silikatischem Füllmaterial, Wasser und vorzugsweise einem organischen Bindemittel innig vermischt, die Mischung formt und brennt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Materials, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass man Ton, poröse silikatische Zuschlagsstoffe und Wasser in einer Mischvorrichtung mischt, die in dieser Mischvorrichtung erhaltene Mischung zu einem Formkörper formt und diesen trocknet, so dass ein Teil des in ihm enthaltenen Wassers entfernt wird, und dann den Formkörper einem Brennvorgang unterwirft, durch welchen die keramische Bindung und ein Verschmelzen zwischen den den Formkörper bildenden Teilchen erreicht wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens wird eine Mischung aus Ton und porösem silikatischem Zuschlagsmaterial hergestellt, die mindestens 30 Gew. an silikatischem Zuschlagsma terial enthält, wobei man zu dieser Mischung Wasser gibt und das Vermischen der Tonteilchen, der Teilchen des silikatischen Zuschlagsmaterials und des Wassers in einem geeigneten Mischer durchführt, diese Mischung aus Ton, silikatischem Zuschlagsmaterial und Wasser in eine Form einführt, die der Gestalt des Formkörpers entspricht, die Form einem Arbeitsvorgang unterwirft, durch den die zu formende Mischung in Übereinstimmung mit der Gestalt der Form gepresst wird, den Formkörper nach dessen Formung aus der Form entfernt und ihn zur Entfernung eines Teiles des in ihm enthaltenen Wassers trocknet,
sodann die Oberfläche des Formkörpers glasiert und den Formkörper bei einer Temperatur brennt, bei welcher die keramische Bindung und ein Verschmelzen zwischen den Teilchen, die den Formkörper bilden, erreicht wird.
Ferner betrifft die Erfindung einen nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten keramischen Formkörper, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er eine gebrannte, keramisch gebundene Mischung aus Ton, mit mindestens 30 Gew.% an porösem silikatischem Zuschlag aufweist und dass er eine oberflächliche Beschichtung aus einer Glasur aufweist.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens soll natürlich die Mischung in eine Form gefüllt werden, die so ausgestaltet ist, dass der hiebei erhaltene Formkörper die gewünschte Form aufweist. Die zu formende Mischung kann innerhalb der Form zusammengepresst werden, beispielsweise mit Hilfe einer hydraulischen Presse. Nach dieser so durchgeführten Formung wird der Formkörper aus der Form entfernt. Um die Entfernung des Formkörpers von den Oberflächen der Form zu erleichtern, können diese Oberflächen vor dem Formungsvorgang mit einem Mittel beschichtet werden, das die Ablösung erleichtert. Ein derartiges die Ablösung erieichterndes Mittel kann in der zu formenden Mischung enthalten sein, wodurch die Entfernung des Form körpers aus der Form erleichtert wird.
Der Formkörper wird im allgemeinen teilweise getrocknet, um 10-20ma des Wassers, das anfänglich in der Formmischung anwesend ist, zu entfernen, ehe der Formkörper in einen Brennofen gebracht wird.
In diesem Brennofen werden aus dem Formkörper sowohl alles zurückgebliebene Wasser als auch alle organischen Materialien entfernt, die anwesend sind, wobei zu diesen organischen Materialien der Mischung zugesetzte, die Ablösung erleichternden Mittel gehören. Der Formkörper kann dann glasiert werden oder auf eine andere Weise mit Hilfe von keramischen Glasuren verschönert werden, wobei diese Glasuren bei den Tempe- raturen, die in dem Brennofen angewandt werden, sich ausbilden. Nach einem weiteren Trocknungsschritt, bei dem der grösste Anteil der Feuchtigkeit entfernt wird, die durch die Glasuren oder durch das Verschönerungsverfahren eingeschleppt wurde, wird der Formkörper bei einer erhöhten Temperatur gebrannt, damit die keramische Bindung und das Schmelzen der Partikeln, die innerhalb des Formkörpers verbleiben, gewährleistet sind.
Eine besondere Ausführungsform dieser Erfindung sei anhand der folgenden Zeichnung erläutert:
In Fig. 1 ist das Herstellungsschema veranschaulicht, wobei im einzelnen die Stufen erläutert werden, in denen der keramische Artikel auf einfache und wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann.
In den Fig. 2 bis 5 werden Arbeitsschritte dieses Herstellungsverfahrens veranschaulicht, wobei eine Mischung, die die zur Herstellung des keramischen Materials nötigen Bestandteile enthält, in die gewünschte Form des Formkörpers übergeführt wird.
Eine bevorzugte, als Beispiel angeführte Ausführungs- art des erfindungsgemässen Verfahrens wird in Fig. 1 dargestellt, wobei in dem hierin veranschaulichten Herstellungsverfahren der erste Verfahrensschritt zur erfindungsgemässen Herstellung des Formkörpers darin besteht, dass man eine Mischung aus Ton und porösem oder hygroskopischem silikathaltigen Füllstoff in den gewünschten Mengenverhältnissen herstellt. Der zu diesem Zweck verwendete Ton ist eine Mischung aus echten Tonen und anderen Mineralien, die ein Material liefern, das bei erhöhten Temperaturen keramisch abbindet. Die Tonmischung kann aus Bindeton, Kaolin, Talk, Kiesel, Feldspat, Wollastonit und Bentonit hergestellt werden.
Dabei kann eines oder mehrere dieser Materialien auch in der Mischung fehlen, ohne dass die Eigenschaften des Materials im gebrannten Zustand wesentlich beeinflusst werden. Eine bevorzugte Kombination dieser Materialien umfasst Bindeton, Kaolin, Talk, Wollastonit und Bentonit. Diese bevorzugte Tonkombination weist einen Schmelzpunkt auf, der im wesentlichen demjenigen des Aggregates entspricht. Beim Brennen schmilzt daher der Ton mit Teilchen des Aggregates zusammen.
Vermikulit ist das bevorzugte poröse silikatische Aggregat bzw. der Zuschlagsstoff, der verwendet wird, o-- wohl auch andere Materialien, wie z. B. Diatomeenerde, Perlit und Silikagel, verwendet werden können.
Der Vermikulit, der mit dem Ton vermischt wird, ist vorzugsweise ein Vermiculit der Qualität der Nummer 4, der im allgemeinen als Vermikulit einer für die Landwirtschaft geeigneten Qualität bezeichnet wird. Die natürliche Grössenverteilung der Teilchen dieses Materials liegt im Bereich von mehr als 1,65 mm (10 mesh) bis zu weniger als 0,246 mm (60 mesh). Während des Misch- verfahrens kann sich die Teilchengrösse bedeutend vermindern.
Ideale Verteilungen bezüglich der Teilchengrösse sind die folgenden Werte:
Grösser als 0,833 mm (20 mesh): 13 bis 17%
Kleiner als 0,833 mm und grösser als 0,330 mm (40 mesh): 45 bis 50 %
Kleiner als 0,330 mm und grösser als 0,246 mm (60 mesh): 25 bis 30/4:
Kleiner als 0,246 mm: weniger als 20%
Das Verhältnis von Vermikulit zu Ton kann bei dem Material im Bereich von 100% Vermikulit zu 0% Ton bis etwa 30% Vermikulit zu 70% Ton liegen. Das Verhältnis zwischen Ton und Zuschlagsmaterial kann variieren, je nachdem welche speziellen kieselsäurehaltigen Zuschläge verwendet werden sollen.
Die bevorzugte Zusammensetzung ist ein Material, das 50% Vermikulit und 50 % Ton enthält. Verschiedene Beispiele sollen sowohl Tonzusammensetzungen als auch Ton und Vermikulit enthaltende Zusammensetzungen veranschaulichen:
Beispiel 1
Tonmischung Gew.O:
:o
Gleason-Bindeton 30
Georgia Kaolin 15
Talk (New Kork) 25
Kiesel (Potters) 15
Beispiel 2
Tonmischung Gew. %
Gleason-Bindeton 40
Georgia Kaolin 25
Talk 25
Wollastonit 8
Bentonit 2
100
Beispiel 3
Tonmischung Gew./o
Tonmischung wie in Beispiel 1 50
Vermikulit der Qualität 4 50
Wasser 54
Cellulosegummi mittlerer Viskosität (CMC7MP), gelöst in Wasser 0,0625
Paraffinöl 1,54
Formkörper, die aus Mischungen des Beispiels 3 geformt wurden, wobei bei der Formung ein Druck von 7 kg pro cm2 angewandt wurde und wobei das Material 20 Minuten lang bei einer Temperatur von 10660 C gebrannt wurde, zeigten einen Bruchmodul von etwa 36,7 kg pro cm2 und eine Dichte von 0,83 g pro cm3.
Beispiel 4
Ton-Vermikulitmischung Gew.-Teile
Tonmischung nach Beispiel 2 50
Vermikulit der Qualität 4 50
Wasser 54 Cellulosegummi einer mittleren
Viskosität (CMC7MP) 0,625
Aus dieser Mischung wurden Formkörper hergestellt, wobei bei der Formung ein Druck von 7 kg pro cm" angewandt wurde, und wobei die Formkörper 20 Minuten lang bei einer Temperatur von 10660 C gebrannt wurden. Die hiebei erhaltenen Formkörper wiesen einen Bruchmodul von etwa 39,0 kg pro cm2 auf und besassen eine Dichte von 0,82 g pro cm3.
Beispiel 5
Ton-Vermikulitmischung Gew.-Teile
Vermikulit der Qualität 4 100
Bentonit 10
Wasser 133
Aus dieser Mischung wurden Formkörper hergestellt, indem man bei der Formung einen Druck von 7 kg pro cm2 anwandte und indem man die Formkörper 35 Minuten lang bei einer Temperatur von 10380 C brannte. Man erhielt hiebei Formkörper, die einen Bruchmodul von etwa 15,9 kg pro cm2 aufwiesen und eine Dichte von 0,48 g pro cm3 besassen.
Beispiel 6
In diesem Beispiel wird eine Mischung beschrieben, bei der Perlit verwendet wird. Diese Mischung wies die folgende Zusammensetzung auf:
Gew.-Teile
Tonkörper wie in Beispiel 1 105
Perlit 105 enthärtetes Wasser 140
Cellulosegummi mittlerer Viskosität (CMC7MP), gelöst in Wasser 2,1
Paraffinöl 2,5
Es wurden aus dieser Mischung Formkörper herge stellt, wobei man bei der Formung einen Druck von
7 kg pro cm2 anwandte und die Materialien 35 Minuten lang bei einer Temperatur von 10660 C brannte. Man erhielt hiebei Formkörper, die einen Bruchmodul von im wesentlichen etwa 21,1 kg pro cm2 besassen und wobei diese Materialien eine Dichte von 0,60 g pro cm3 aufwiesen.
Beispiel 7
In diesem Beispiel wird eine Mischung beschrieben, bei der Diatomeenerde verwendet wird. Diese Mischung wies die folgende Zusammensetzung auf:
Gew.-Teile
Tonkörper, wie in Beispiel 2 beschrieben 75
Diatomeenerde 25
Wasser 25
CMC7MP 0,0625
In den folgenden Beispielen 8 und 9 werden Ver änd.ruqngen in den Zusammensetzungen beschrieben, wobei die in Beispiel 8 verwendete Mischung einen hohen Gehalt an Feststoffen aufweist und die in Beispiel 9 verwendete Mischung kein Bindemittel enthält.
Beispiel 8
Gew.-Teile
Formkörper wie in Beispiel 2 50
Vermikulit der Qualität 4 50
Wasser 18
CMC7MP 0,0625
Paraffinöl 1,54
Beispiel 9
Gew.-Teile
Formkörper wie in Beispiel 2 50
Vermikulit der Qualität 4 50
Wasser 54
Paraffinöl 1,54
Das Wassergehalt dieser Mischung ist kritisch, denn er beeinflusst die Festigkeit und die Dichte des Produkts.
Der Wassergehalt beeinflusst auch die Widerstandsfähigkeit des Produkts gegenüber einem Bruch, wenn dieses rasch einer Trocknung bei hohen Temperaturen unterworfen wird. Der Wassergehalt kann innerhalb des Bereiches von 10 bis 100 Gew.%, bezogen auf die Mischung aus Ton und Vermikulit, schwanken. Der bevorzugte Wassergehalt liefert ein Produkt, das 70 bis 85% an Feststoffen enthält. Wenn die Feuchtigkeitsmenge grösser ist als die oben angegebene Menge, dann neigt das Material dazu, an der Oberfläche der Form, in der der Formkörper hergestellt wird, kleben zu bleiben. Ausserdem tritt ein Fliessen des Materials während des Formvorganges auf, wenn der Feuchtigkeitsgehalt zu hoch ist.
Wenn anderseits die Menge an Feuchtigkeit, die angewandt wird, geringer ist als die bevorzugte Menge, dann kann beim Formkörper während des Verformungsverfahrens eine Abspaltung von Schichten erfolgen. Eine der artige Abspaltung von Schichten bzw. ein Bruch kann dadurch hervorgerufen werden, dass während des Formens Luft mit eingeschlossen wird oder dadurch entstehen, dass der geformte Körper gleichzeitig sowohl am Kern oder Stempel als auch an der Form kleben bleibt.
Wenn die richtige Menge an Feuchtigkeit bei der Mischung angewandt wird, dann kann der geformte Körper aus der Form ohne besondere Schwierigkeiten entfernt werden.
Es ist nicht wesentlich, dass ein organisches Bindemittel der zu formenden Zusammensetzung zugefügt wird. Ein organisches Bindemittel bewirkt jedoch erhöhte Nassfestigkeit des geformten Körpers, und es erleichtert die Handhabung während der nachfolgenden Arbeitsschritte. Ein Bindemittel kann auch die Festigkeit der gebrannten Ware erhöhen. Höhere Konzentrationen an Bindemitteln bewirken jedoch nicht eine entsprechende Erhöhung der Festigkeit. Wenn die Bindemittel in zu grosser Menge anwesend sind, dann können sie ein starkes Kleben der Formkörper an der Oberfläche der Form hervorrufen. Das Aufnahmevermögen für die Glasur kann ebenfalls durch hohe Konzentrationen an Bindemittel verschlechtert werden.
Das Bindemittel kann aus den in der Folge ange- führten Klassen von Materialien ausgewählt sein. Hiezu gehören: Stärke, Dextrin, Cellulosegummis oder synthetische organische, wasserlösliche Polymere, wie zum Bei spiel Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon usw. Das Bindemittel kann in einer Konzentration von 0 bis 4 %, bezogen auf das Gewicht der trockenen Bestandteile, zugefügt werden. Das Bindemittel kann jedoch entweder als Trockenpulver oder in einer Lösung des zur Anfertiu gung der Mischung verwendeten Wassers zugegeben werden. Das bevorzugte Bindemittel ist eine Lösung eines Cellulosegummis einer mittleren Viskosität, und dieses wird in einer Menge von 0,0625 %, bezogen auf das Trockengewicht der Bestandteile, zugefügt.
Um das Entfernen des geformten Formkörpers von den Oberflächen der Form zu erleichtern, können die Haftung herabsetzende Mittel der Mischung derjenigen Materialien, aus denen der Formkörper geformt wird, zugesetzt werden. Derartige die Haftung herabsetzende Materialien können auch direkt auf die Oberflächen der Form aufgebracht werden. Wenn diese die Haftung vermindernden Materialien der zu formenden Mischung zugefügt werden, dann können zu diesen Materialien hydrophobe Materialien, beispielsweise solche, die der Klasse der Leichtöle zugehören, zugegeben werden.
Äusserlich wirkende, die Haftung herabsetzende Materialien wenden anderseits direkt auf die Oberfläche der Form aufgebracht, und derartige Materialien können hydrophobe filmbildende Materialien der Klasse der Stearinsäure enthalten, oder sie können Metallchelatverbindungen der Stearate sein. Diese Materialien werden in Lösungsmitteln, die einen tiefen Siedepunkt besitzen, beispielsweise in n-Heptan, gelöst.
Ein System aus sogenanntem inneren die Haftung herabsetzenden Mittel und äusserem die Haftung herabsetzenden Mittel kann, falls dies gewünscht wird, angewandt werden, und ein Beispiel für ein derartiges System ist eine Kombination eines Paraffinöls, das als inneres, die Haftung herabsetzendes Mittel wirkt und das der zu formenden Mischung in einer Menge von 1 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, zugesetzt wird, während der äussere, die Haftung herabsetzende Überzug Stearinsäure enthalten kann, die auf die Oberflächen der Form in Form einer Lösung in n-Hexan oder n-Heptan zugefügt wird.
Da die die Haftung herabsetzenden Mittel sowohl der zu formenden Mischung zugegeben werden können als auch auf die Oberfläche der Form aufgebracht werden können, werden sie als innere haftungsvermindernde Mittel bezeichnet, wenn sie der Mischung zugesetzt werden, und als äussere haftungsvermindernde Mittel bezeichnet, wenn sie direkt auf die Form aufgetragen werden.
Die zu formende Mischung, die Ton, Vermiculit, Wasser, organisches Bindemittel und jedes beliebige innere haftungsvermindernde Mittel enthalten kann, kann in irgendeiner der geeigneten Mischvorrichtungen gemischt werden. Als Beispiele für derartige Mischer, die eine geeignete Verteilung der Teilchen in der gesamten Mischung gewährleisten, seien der P-K-Flüssigkeits Feststoffmischer und der Abbe-Bandmischer genannt.
In den Figuren 2 bis 5 wird eine Form dargestellt, die zur Herstellung der Formkörper geeignet ist, wobei diese Form allgemein als 9 bezeichnet wird. Diese Form 9 weist eine Höhlung 10 auf und einen Stempel oder Kern 12. Wie in Fig. 2 gezeigt wird, ist ein Auswurfteller 14 vorgesehen, der dazu dient, den Formkörper aus der Form 9 nach der Formung auszuwerfen. Ehe in die Form 9 die zu formende Mischung 15 eingefüllt wird, werden die Oberflächen 16 und 17 der Form 9 mit einem äusseren haftungsvermindernden Mittel beschichtet und die Auswurfplatte oder der Auswurfteller 14 wird in eine Stellung gebracht, die sich auf halbem Wege zwischen der Auswurfstellung und der zurückgezogenen Stellung befindet. Äussere haftungsvermindernde Mittel können vor jedem Formvorgang auf die Oberflächen der Form aufgebracht werden.
Sodann wird die Form 9 mit der zu formenden Mischung 15 gefüllt, wie dies in Fig. 3 gezeigt wird. Die Auswurfplatte 14 befindet sich vor dem Einfüllen der Mischung in die Form 9 im wesentlichen in der Mittelstellung, wodurch die gewünschte Verteilung des Materials innerhalb der Form 9 erreicht wird, so dass eine gute Verdichtung an den Stellen der Wände erzielt wird.
Nachdem die geeignete Menge an zu formender Mischung in die Form 9 eingefüllt wurde, wird die Auswurfplatte 14 zurückgezogen oder aus der Höhlung 10 der Form weggezogen, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht wird. Dann wird der Stempel 12 betätigt, so dass er den gewünschten Druck ausübt, wodurch erreicht wird, dass die zu formende Mischung die durch die Höhlung der Form und den Stempel gegebene Form annimmt. Dies ist durch Fig. 5 veranschaulicht. Nachdem der Formkörper 18 in der oben beschriebenen Weise geformt wurde, wird der Stempel 12 langsam entfernt, und es wird die Auswurfplatte 14 betätigt, wodurch der Formkörper 18 aus der Form 9 ausgeworfen wird.
Wenn der Formkörper 18 in dieser Stufe des Formungsverfahrens aus der Form 9 entfernt wird, dann befindet er sich in einem im wesentlichen zerbrechlichen Zustand.
Die Oberflächen der Form bestehen im allgemeinen aus einem polierten Stahl, und sie werden in einem solchen Zustand gehalten, dass sie keine Verkratzung oder ähnliche Fehler aufweisen. Solche Zerkratzungen bewirken nämlich, dass die Form bezüglich der Loslösung schlechte Eigenschaften aufweist. Die Eigenschaften des geformten Körpers hängen von vielen Faktoren ab, wie z. B. dem bei der Formung angewandten Druck, der Gestalt des Formkörpers, dem Wassergehalt der Mischung, dem Verhältnis von Ton zu Zuschlagsstoff, der gleichmässigen Verteilung der Teilchengrösse, dem die Haftung vermindernden Mittel, der Art des or ganischen Bindemittels, der Konzentration des organischen Bindemittels sowie dem Verfahren, nach dem das Bindemittel zugegeben wird.
Der Druck, der angewandt wird, um den Formkörper zu formen, kann variiert werden, je nachdem wie lange man diesen Druck einwirken lässt. Wenn man den Druck mehrere Sekunden lang einwirken lässt, dann können Drücke im Bereich von 3,5 bis 21 kg/cm2 angewandt werden. Wenn man jedoch mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, dann werden die Drücke im allgemeinen nur während einer Dauer von Bruchteilen von Sekunden angewandt, und in diesem Fall werden Drücke im Bereich von 17,5 bis 49,5kg/cm2 vorgezogen. Bei niederen Drücken erhält man einen wenig verdichteten Formkörper, während bei hohen Drücken die Haftung des Körpers an den Oberflächen der Form sehr stark wird.
Es kann eine hydraulische Presse, eine Kniehebepresse, eine Knebelpresse oder eine Schraubenpresse verwendet werden, oder es können andere geeignete Vorrichtungen angewandt werden, um den Druck hervorzurufen, der nötig ist, um den gewünschten Formdruck in der Form zu erzielen.
Der geformte Körper muss nach der Entfernung aus der Form einer Verminderung der Feuchtigkeit unterworfen werden, d. h. er muss teilweise getrocknet werden, ehe er in den Brennofen eingeführt werden kann, in dem dann die organischen Materialien, die innerhalb des Materials des Formkörpers anwesend sind, entfernt werden. Der Schritt der teilweisen Trocknung kann dadurch erreicht werden, dass man den Formkörper einer Strahlungsquelle aussetzt, die mit geeigneten Infrarotstrahlern ausgestattet ist, oder indem man den Formkörper in einen Ofen mit zirkulierender Luft einführt, in dem eine erhöhte Temperatur vorherrscht. Der wesentliche Gesichtspunkt dieses Trocknungsschrittes besteht darin, dass man im wesentlichen 10 bis 20 % des ursprünglich anwesenden Wassers entfernt, ehe man den Formkörper in den Brennofen einführt, wo er dann während der optimalen Brennzeit verweilt.
Formkörper, die in den Brennofen eingeführt werden, wobei weniger als 10 bis 20% des ursprünglich anwesenden Wassers entfernt wurden, können zerspringen, oder es können grosse Stücke des Materials von der Oberfläche abspringen, oder es kann eine zu starke Verformung des Formkörpers auftreten. Vorzugsweise wird das Trocknen so durchgeführt, dass mehr als 20 9o' des Wassers während dieses Arbeitsschrittes entfernt werden.
Der Troclçnungsvorgang kann nach einer der folgenden Verfahrensweisen durchgeführt werden: a) Sechs Minuten dauernde Einwirkung eines elektri schen Infrarotkolbens.
b) vier Minuten dauernde Behandlung in einem Luft ofen bei einer Temperatur von 2040 C.
c) sechs Minuten dauernde Behandlung in einem Luft ofen bei einer Temperatur von 1770 C.
d) acht Minuten dauernde Behandlung in einem Luft ofen bei einer Temperatur von 1990 C.
e) zehn Minuten dauernde Behandlung in einem Luft ofen bei einer Temperatur von 1210 C.
Nachdem der Formkörper in der vorhin beschriebenen Weise vorgetrocknet wurde, kann er in den Brennofen eingeführt werden, wobei in diesem sowohl das zurückbleibende Wasser als auch alle organischen Materialien, die in dem Formkörper enthalten sind, entfernt werden. Der Brennofen kann bei einer Temperatur im Bereich von 5380 C bis 8160 C betrieben werden, und der Formkörper kann bei Einwirkung dieser Temperatur während einer Zeit von drei bis zehn Minuten unterworfen werden. Bei einem bevorzugten Brennvorgang beträgt die Brenndauer mindestens drei Minuten, und die Arbeitstemperatur des Brennofens liegt bei 7040 C. Der Brennvorgang kann als Ausbrennen bezeichnet werden, denn es wird hiebei bezweckt, alle organischen Materialien, die in dem Formkörper vorhanden sind, auszubrennen.
Wenn kein inneres, organisches, die Haftung verminderndes Material anwesend ist, dann kann das Trocknen bei einer Temperatur von 2040 C während einer Zeit von 15 Minuten ausgeführt werden, worauf dann das Ausbrennen folgt.
Bei der Entfernung der Feuchtigkeit und der organischen Materialien aus dem Formkörper kann dieser glasiert werden oder auf eine andere Weise verschönert werden, beispielsweise mit keramischen Glasuren. Falls es gewünscht wird, kann eine Basisbeschichtung aus Engobe, das ist eine Keramik, vor dem Glasieren aufgebracht werden. Die Erfordernisse für eine befriedigende Glasur sind die folgenden: Gutes Haften auf dem Formkörper, niedrige Kosten und die Forderung, dass sie bei den Temperaturen in den Endzustand überführbar ist, die bei dem Brennverfahren angewandt werden. Im allgemeinen ist es wünschenswert, eine kurze Trocknungsperiode nach der Beendigung des Glasiervorganges vorzunehmen. Der Zweck einer derartigen Trocknung besteht darin, dass die Feuchtigkeit entfernt wird, die während des Aufbringes der Glasur oder der Dekoration eingebracht wurde.
Nachdem der Formkörper so getrocknet wurde, kann er bei einer erhöhten Temperatur gebrannt werden, so dass die keramische Bindung und das Schmelzen der Teilchen innerhalb des Materials des Formkörpers erreicht werden.
Eine Glasur, die eine Dicke von 0,23 mm bis 0,30 mm aufweist, besitzt nach dem Brennen eine genügende Widerstandsfähigkeit gegenüber Schnitten.
Dieser Brennvorgang oder Feuerungsvorgang kann lediglich 15 Minuten dauern oder 45 Minuten lang dauern, wobei während dieses Brenuvorganges die Brenntemperaturen im Bereich von 9820 C bis 1 1490C liegen.
Ein bevorzugter Brennvorgang dauert mindestens etwa 20 Minuten, und während dieser Temperatur wird der Formkörper durch einen Brennofen geleitet, der drei Temperaturzonen aufweist.
Die erste Temperaturzone des Brennofens arbeitet als Vorheizungszone, und in dieser herrscht eine Temperatur im Bereich von 4820 C bis 7040 C. Die zweite Zone ist eine Glühzone, die bei einer Temperatur im Bereich von 9820 bis 11490 C arbeitet. Die letzte Zone dient als Kühlzone, und in dieser Zone erfährt der Formkörper eine langsame Verminderung der Temperatur, während er diese Zone durchschreitet. Die Kühlzone arbeitet so, dass in der Nähe der Glühzone eine Temperatur von 10380 C vorliegt und an der Stelle, an der der Formkörper den Brennofen verlässt, eine Temperatur von 1490 C herrscht. Der Formkörper wird so allmählich von der Temperatur, der er in der Brennzone unterworfen wurde, herunter gekühlt, während er diese Kühlzone durchschreitet.
Obwohl der Formkörper der Raumtemperatur ausgesetzt werden kann, während seine Temperatur noch 4820 C beträgt, ohne dass hiebei aufgrund des thermischen Schocks ein Springen des Formkörpers auftritt, ist dennoch ein allmählicher Kühlvorgang vorzuziehen.
Die Formkörper, die nach dem vorhin beschriebenen Verfahren hergestellt werden, sind stark, besitzen ein leichtes Gewicht und sind gegenüber thermischen Schocks widerstandsfähig. Durch geeignetes Glasieren und/oder andere Verschönerungsoperationen können die se Formkörper mit einem ansprechenden Aussehen aus gestattet werden, so dass sie als Servierteller geeignet sind. Derartige Teller können als Erhitzungs- und 5ervierbehälter dienen. Die auf diese Teller aufgetragenen Nahrungsmittel können mit irgendeiner der vielen bei der Herstellung von Speisen üblichen Heizvorrichtungen erhitzt werden.
Wenn die Formkörper die Form von Serviertellern oder Schüsseln aufweisen, dann ist die Wärmeleitfähigkeit dieser Gegenstände auch bedeutend geringer als diejenige der entsprechenden Aluminium Ziehforrnen. Beispielsweise beträgt der Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit für Aluminium etwa das 100fache desjenigen der erhaltenen keramischen Substanz mit niedrigem Gewicht. Diese thermische Eigenschaft der keramischen Substanz ist besonders dann von Nutzen, wenn es sich um für das Servieren geeignete Formen handelt. Da die keramischen Materialien die Wärme länger halten als Aluminium, wird durch diese Materialien die Speise in der Form längere Zeit warm gehalten.
Ausserdem zeigen keramische Teller oder keramische Schüsseln keine Gefrierschäden, wenn sie mit Aluminiumfolie bedeckt werden, ehe sie einem Gefriervorgang unterworfen werden. Die keramischen Behälter können daher mit vorbereiteten Speisen gefüllt, gefroren und gelagert werden, und diese gefüllten Behälter können dann bei Bedarf erhitzt werden. Aufgrund der geringen Kosten der Materialien, die die keramische Substanz bilden, und aufgrund der geringen Kosten des Verfahrens mit Hilfe dessen die keramischen Materialien zu geeigneten Formkörpern geformt werden, sind diese Formkörper leicht herstellbar und daher für einmaligen Gebrauch geeignet.
Aufgrund dieser Eigenschaften sind diese keramischen Formkörper bei Anwendungsgebieten von Interesse, bei welchen es nicht zweckmässig ist, diese Formkörper einem Reinigungsschritt oder einem Neuerungsschritt zu unterwerfen, um sie für den erneuten Gebrauch geeignet zu machen.
Das vorhin beschriebene Verfahren soll lediglich als Beispiel dienen, und es können bezüglich der Ausgestaltung der Form, der Apparatur, der Anordnung der einzelnen Teile viele Änderungen vorgenommen werden, und auch die bei dem Verfahren beschriebenen Arbeit schritte können in weiten Grenzen verändert werden.
PATENTANSPRUCH I
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Materials, dadurch gekennzeichnet, dass man Ton, poröse silikatische Zuschlagsstoffe und Wasser in einer Mischvorrichtung mischt, die in dieser Mischvorrichtung erhaltene Mischung zu einem Formkörper formt und diesen trocknet, so dass ein Teil des in ihm enthaltenen Wassers entfernt wird, und dann den Formkörper einem Brennvorgang unterwirft, durch welchen die keramische Bindung und ein Verschmelzen zwischen den den Formkörper bildenden Teilchen erreicht wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mischung aus Ton und porösem silikatischem Zuschlagsmaterial herstellt, die mindestens 30 Gew.% an silikatischen Zuschlagsmaterialien enthält, zu dieser Mischung Wasser gibt und das Vermischen der Tonteilchen, der Teilchen des silikatischen Zuschlagsmaterials und des Wassers in einem geeigneten Mischer durchführt, diese Mischung aus Ton, silikatischem Zu schlagsmaterial und Wasser in eine Form einführt, die der Gestalt des Formkörpers entspricht, die Form einem Arbeitsvorgang unterwirft, durch den die zu formende Mischung in Übereinstimmung mit der Gestalt der Form gepresst wird, den Formkörper nach dessen Formung aus der Form entfernt und ihn zur Entfernung eines Teiles des in ihm enthaltenen Wassers trocknet,
sodann die Oberfläche des Formkörpers glasiert und den Focm- körper bei einer Temperatur brennt, bei welcher die keramische Bindung und ein Verschmelzen zwischen den Teilchen, die den Formkörper bilden, erreicht wird.
2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der Mischung aus Ton und silikatischem Zuschlagsstoff zugefügte Wasser im wesentlichen zwischen 10 und 100 % des Gewichtes der Mischung aus Ton und Zuschlagsmaterial entspricht.
3. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass ein organisches Bindemittel in einer Menge von 0 bis zu 4 Gew.%, bezogen auf die Mischung der trockenen Materialien, zugefügt wird.
4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel eine Stärke ist.
5. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel ein Dextrin ist.
6. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel ein Cellulosederivat ist.
7. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel ein wasserlösliches synthetisches organisches Polymeres ist.
8. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel Polyvinylalkohol ist.
9. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel Polyvinylpyrrolidon ist.
10. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton eine Mischung aus Bindeton, Kaolin, Talk, Flintstein bzw. Schieferton, Feldspat, Wollastonit und Bentonit ist.
11. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton eine Mischung aus Bindeton, Kaolin, Talk, Wollastonit und Bentonit ist.
12. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der silikatische Zuschlagsstoff Vermiculit ist.
13. Verfahren nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Vermiculit die folgende Grössenverteilung der Teilchen aufweist: 5 bis 20% der Teilchengrösse von grösser als 0,833 mm, 20 bis 29 % einer Grösse von kleiner als 0,330 mm und grösser als 0,246 mm, 8 bis 33 % einer Grösse von kleiner als 0,246 mm.
14. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahrensschritt der Formung in der Form ein Druck von 2 bis 53,5 kg/cm2 angewandt wird, um die zu formende Mischung in Über- einstimmung mit der Gestalt der Form zu pressen.
15. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man der Mischung aus Ton, silikatischem Zuschlag und Wasser ein hydrophobes Material zusetzt, das die Entfernung des Formkörpers aus der Form erleichtert, und dass sodann erhitzt wird und das hydrophobe Material nach dem Trocknen ausgebrannt wird.
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