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.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.
Process for the production of ceramic materials and ceramic moldings produced by this process
The present invention relates to ceramic materials of low density and high strength which can be formed into shaped articles, such as e.g. B. to utility containers or building bricks, etc., and the invention also relates to a method for the production of these materials.
Until now, ceramic materials have been used in the manufacture of everyday objects, such as e.g. B. containers, not suitable. The process by which these materials were made into an end product has generally been too costly to be able to produce molded articles which are economically advantageous for single use. When these materials are put in the form of disposable plates or bowls, these ceramic articles are particularly useful in those uses where the manufacture of food to be served is to be, and is, made as simple as possible In this case it is not practical to subject the plates or bowls to a cleaning process before using them again.
The use of ceramic materials for such applications is desirable because the food items served therein look particularly beneficial.
It was an object of the present invention to produce a ceramic material which has a low density and high strength and which is suitable for the production of such articles at a low cost, in which case it is possible to use these articles for only a single use.
Another object of the present invention was to provide ceramic materials and to provide a process for their production, which materials have the properties described above and can be used for the production of dishes suitable for heating and serving.
These ceramic disposable containers should be able to be heated in any conventional manner which is normally used in the preparation of food.
Furthermore, it was an object of the present invention to provide ceramic materials and a process for the production of molded bodies which are strong and light in weight and which are also insensitive to thermal shock.
In addition, these ceramic compositions and shaped bodies should have a sufficiently attractive appearance so that they can serve as serving plates. The shaped bodies, for example containers, should be able to be subjected to low temperatures, which are used to keep food in the frozen state and to keep it in this state. Further areas of application of the invention are explained in more detail below and explained with reference to the drawing.
It has been found that the objectives mentioned above can be achieved by intimately mixing suitable proportions of clay, porous silicate filler material, water and preferably an organic binder, shaping the mixture and firing.
The present invention relates to a method for producing a ceramic material, the method being characterized in that clay, porous silicate aggregates and water are mixed in a mixing device, the mixture obtained in this mixing device is shaped into a molded body and this is dried so that a part of the water contained in it is removed, and then the shaped body is subjected to a firing process, through which the ceramic bond and fusion between the particles forming the shaped body is achieved.
In a preferred embodiment of the method according to the invention, a mixture of clay and porous silicate aggregate material is produced which contains at least 30 wt. Of silicate aggregate material, water being added to this mixture and the mixing of the clay particles, the particles of the silicate aggregate material and the water carries out in a suitable mixer, introduces this mixture of clay, silicate aggregate material and water into a mold that corresponds to the shape of the molded body, the mold subject to a process by which the mixture to be molded is pressed in accordance with the shape of the mold, the Removed molded body from the mold after it has been shaped and dries it to remove part of the water it contains,
then the surface of the shaped body is glazed and the shaped body is fired at a temperature at which the ceramic bond and fusion between the particles which form the shaped body is achieved.
The invention also relates to a ceramic molded body produced by the process according to the invention, which is characterized in that it has a fired, ceramic-bonded mixture of clay with at least 30% by weight of porous silicate aggregate and that it has a surface coating of a glaze .
When carrying out the process according to the invention, the mixture should of course be filled into a mold which is designed such that the molded body obtained here has the desired shape. The mixture to be molded can be compressed within the mold, for example with the aid of a hydraulic press. After this shaping, carried out in this way, the shaped body is removed from the mold. In order to facilitate the removal of the shaped body from the surfaces of the mold, these surfaces can be coated with an agent which facilitates the detachment prior to the molding process. Such a detachment-promoting agent can be contained in the mixture to be molded, whereby the removal of the molded body from the mold is facilitated.
The molded article is generally partially dried to remove 10-20ma of the water initially present in the molding mixture before the molded article is placed in a kiln.
In this kiln, both all remaining water and all organic materials that are present are removed from the shaped body, these organic materials including agents which are added to the mixture to facilitate detachment. The shaped body can then be glazed or embellished in some other way with the aid of ceramic glazes, these glazes being formed at the temperatures used in the kiln. After a further drying step, in which most of the moisture that was brought in by the glazes or the beautification process is removed, the shaped body is fired at an elevated temperature so that the ceramic bond and the melting of the particles that remain inside the shaped body are guaranteed.
A particular embodiment of this invention is explained with reference to the following drawing:
In Fig. 1 the production scheme is illustrated, wherein the stages are explained in detail in which the ceramic article can be produced in a simple and economical manner.
In FIGS. 2 to 5, working steps of this production process are illustrated, a mixture which contains the constituents necessary for producing the ceramic material being converted into the desired shape of the molded body.
A preferred embodiment of the process according to the invention, cited as an example, is shown in FIG. 1, the first process step in the production process illustrated here for the production of the molded body according to the invention being that a mixture of clay and porous or hygroscopic silicate-containing filler is added the desired proportions. The clay used for this purpose is a mixture of real clays and other minerals that provide a material that ceramically sets at elevated temperatures. The clay mixture can be made from binding clay, kaolin, talc, pebble, feldspar, wollastonite and bentonite.
One or more of these materials can also be missing from the mixture without the properties of the material in the fired state being significantly affected. A preferred combination of these materials includes binding clay, kaolin, talc, wollastonite and bentonite. This preferred combination of clay has a melting point which essentially corresponds to that of the aggregate. When burning, the clay therefore melts together with particles of the aggregate.
Vermiculite is the preferred porous silicate aggregate or the aggregate that is used, o-- probably also other materials, such as. B. diatomaceous earth, perlite and silica gel can be used.
The vermiculite that is mixed with the clay is preferably a number 4 grade vermiculite, commonly referred to as an agriculturally grade vermiculite. The natural size distribution of the particles of this material ranges from greater than 1.65 mm (10 mesh) to less than 0.246 mm (60 mesh). During the mixing process, the particle size can decrease significantly.
Ideal distributions with regard to the particle size are the following values:
Larger than 0.833 mm (20 mesh): 13 to 17%
Smaller than 0.833 mm and larger than 0.330 mm (40 mesh): 45 to 50%
Smaller than 0.330 mm and larger than 0.246 mm (60 mesh): 25 to 30/4:
Less than 0.246mm: less than 20%
The vermiculite to clay ratio of the material can range from 100% vermiculite to 0% clay to about 30% vermiculite to 70% clay. The ratio between clay and aggregate material can vary, depending on which particular silica-containing aggregates are to be used.
The preferred composition is a material containing 50% vermiculite and 50% clay. Various examples are intended to illustrate both clay compositions and compositions containing clay and vermiculite:
example 1
Sound mix weight O:
:O
Gleason binding clay 30
Georgia Kaolin 15
Talk (New Cork) 25
Pebbles (Potters) 15
Example 2
Clay mixture wt.%
Gleason binding clay 40
Georgia Kaolin 25
Talk 25
Wollastonite 8
Bentonite 2
100
Example 3
Clay mixture wt / o
Clay mixture as in Example 1 50
Grade 4 vermiculite 50
Water 54
Medium viscosity cellulose gum (CMC7MP) dissolved in water 0.0625
Paraffin oil 1.54
Shaped bodies which were molded from mixtures of Example 3, wherein a pressure of 7 kg per cm 2 was applied during the molding and the material was fired for 20 minutes at a temperature of 10660 C, showed a modulus of rupture of about 36.7 kg per cm 2 cm2 and a density of 0.83 g per cm3.
Example 4
Clay vermiculite mixture parts by weight
Clay mixture according to Example 2 50
Grade 4 vermiculite 50
Water 54 cellulose gum a medium
Viscosity (CMC7MP) 0.625
Moldings were produced from this mixture using a pressure of 7 kg per cm "during molding, and the moldings were fired for 20 minutes at a temperature of 10660 C. The moldings obtained had a modulus of rupture of about 39.0 kg per cm2 and had a density of 0.82 g per cm3.
Example 5
Clay vermiculite mixture parts by weight
4 100 grade vermiculite
Bentonite 10
Water 133
Moldings were produced from this mixture by applying a pressure of 7 kg per cm 2 during molding and by firing the moldings at a temperature of 10380 ° C. for 35 minutes. Shaped bodies were obtained which had a modulus of rupture of about 15.9 kg per cm2 and a density of 0.48 g per cm3.
Example 6
This example describes a mixture using pearlite. This mixture had the following composition:
Parts by weight
Clay bodies as in Example 1 105
Perlite 105 softened water 140
Medium viscosity cellulose gum (CMC7MP) dissolved in water 2.1
Paraffin oil 2.5
Moldings were made from this mixture, with a pressure of
7 kg per cm2 was applied and the materials were burned at a temperature of 10660 C for 35 minutes. Shaped bodies were obtained which had a modulus of rupture of essentially about 21.1 kg per cm2 and these materials had a density of 0.60 g per cm3.
Example 7
This example describes a mixture using diatomaceous earth. This mixture had the following composition:
Parts by weight
Clay bodies as described in Example 2 75
Diatomaceous earth 25
Water 25
CMC7MP 0.0625
In the following Examples 8 and 9, changes in the compositions are described, the mixture used in Example 8 having a high content of solids and the mixture used in Example 9 containing no binder.
Example 8
Parts by weight
Moldings as in Example 2 50
Grade 4 vermiculite 50
Water 18
CMC7MP 0.0625
Paraffin oil 1.54
Example 9
Parts by weight
Moldings as in Example 2 50
Grade 4 vermiculite 50
Water 54
Paraffin oil 1.54
The water content of this mixture is critical as it affects the strength and density of the product.
The water content also affects the resistance of the product to breakage when subjected to rapid drying at high temperatures. The water content can vary within the range from 10 to 100% by weight, based on the mixture of clay and vermiculite. The preferred water content provides a product containing 70 to 85 percent solids. If the amount of moisture is greater than the above amount, the material tends to stick to the surface of the mold in which the molded article is produced. In addition, the material will flow during the molding process if the moisture content is too high.
On the other hand, if the amount of moisture that is applied is less than the preferred amount, then the molded article may become delaminated during the molding process. Such a separation of layers or a break can be caused by the fact that air is enclosed during the molding or by the fact that the molded body simultaneously sticks to both the core or punch and the mold.
If the correct amount of moisture is applied to the mixture, then the molded body can be removed from the mold with no particular difficulty.
It is not essential that an organic binder be added to the composition to be molded. An organic binder, however, increases the wet strength of the molded body, and it facilitates handling during the subsequent work steps. A binder can also increase the strength of the fired ware. However, higher concentrations of binders do not bring about a corresponding increase in strength. If the binders are present in too large an amount, they can cause the moldings to adhere strongly to the surface of the mold. The capacity for the glaze to absorb can also be impaired by high concentrations of binder.
The binder can be selected from the classes of materials listed below. These include: starch, dextrin, cellulose gums or synthetic organic, water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, etc. The binder can be added in a concentration of 0 to 4%, based on the weight of the dry ingredients. However, the binder can be added either as a dry powder or in a solution of the water used to prepare the mixture. The preferred binder is a medium viscosity cellulosic gum solution and this is added in an amount of 0.0625% based on the dry weight of the ingredients.
In order to facilitate the removal of the molded article from the surfaces of the mold, adhesion-reducing agents can be added to the mixture of those materials from which the molded article is molded. Such adhesion-reducing materials can also be applied directly to the surfaces of the mold. If these adhesion-reducing materials are added to the mixture to be molded, then hydrophobic materials, for example those belonging to the class of light oils, can be added to these materials.
Externally acting adhesion-reducing materials, on the other hand, are applied directly to the surface of the mold and such materials can contain hydrophobic film-forming materials of the stearic acid class or they can be metal chelates of stearates. These materials are dissolved in solvents that have a low boiling point, such as n-heptane.
A system of so-called internal anti-adhesion agent and external anti-adhesion agent can be employed if desired, and an example of such a system is a combination of a paraffin oil acting as an internal anti-adhesion agent and that of the The mixture to be molded is added in an amount of 1% by weight, based on the total weight of the mixture, while the outer, adhesion-reducing coating may contain stearic acid, which is applied to the surfaces of the mold in the form of a solution in n-hexane or n -Heptane is added.
Since the adhesion reducing agents can be added to the mixture to be molded as well as being applied to the surface of the mold, they are referred to as internal adhesion reducing agents when added to the mixture and external adhesion reducing agents when added directly applied to the mold.
The mixture to be molded, which may include clay, vermiculite, water, organic binder, and any internal anti-stick agent, can be mixed in any of the suitable mixing devices. Examples of such mixers which ensure a suitable distribution of the particles throughout the mixture are the P-K liquid solids mixer and the Abbe ribbon mixer.
In FIGS. 2 to 5, a mold is shown which is suitable for producing the molded bodies, this mold being generally designated as 9. This mold 9 has a cavity 10 and a punch or core 12. As shown in FIG. 2, an ejection plate 14 is provided, which serves to eject the molded body from the mold 9 after it has been formed. Before the mixture 15 to be molded is poured into the mold 9, the surfaces 16 and 17 of the mold 9 are coated with an external adhesion-reducing agent and the ejection plate or ejection plate 14 is brought into a position which is halfway between the ejection position and the withdrawn position. External adhesion-reducing agents can be applied to the surfaces of the mold before each molding process.
The mold 9 is then filled with the mixture 15 to be molded, as shown in FIG. Before the mixture is poured into the mold 9, the ejection plate 14 is essentially in the middle position, as a result of which the desired distribution of the material within the mold 9 is achieved, so that good compression is achieved at the points on the walls.
After the appropriate amount of the mixture to be molded has been poured into the mold 9, the ejector plate 14 is withdrawn or withdrawn from the cavity 10 of the mold, as illustrated in FIG. The punch 12 is then operated so that it exerts the desired pressure, whereby it is achieved that the mixture to be molded assumes the shape given by the cavity of the mold and the punch. This is illustrated by FIG. 5. After the molded body 18 has been molded in the manner described above, the punch 12 is slowly removed and the ejection plate 14 is actuated, whereby the molded body 18 is ejected from the mold 9.
If the molded body 18 is removed from the mold 9 at this stage of the molding process, it will be in a substantially fragile state.
The surfaces of the mold are generally made of a polished steel and are kept in such a condition as not to be scratched or the like. Namely, such scratches cause the mold to have poor detachment properties. The properties of the molded body depend on many factors such as: B. the pressure applied during molding, the shape of the molding, the water content of the mixture, the ratio of clay to aggregate, the uniform distribution of the particle size, the agent reducing the adhesion, the type of organic binder, the concentration of the organic binder and the method by which the binder is added.
The pressure that is applied to form the shaped body can be varied depending on how long this pressure is applied. If the pressure is applied for several seconds, then pressures in the range of 3.5 to 21 kg / cm2 can be applied. However, when operating at high speed, the pressures are generally only applied for a fraction of a second, in which case pressures in the range of 17.5 to 49.5 kg / cm2 are preferred. At low pressures, a slightly compacted shaped body is obtained, while at high pressures the adhesion of the body to the surfaces of the mold becomes very strong.
A hydraulic press, a toggle press, a toggle press or a screw press can be used, or other suitable devices can be used to provide the pressure necessary to achieve the desired molding pressure in the mold.
The molded body after removal from the mold must be subjected to a decrease in moisture, i.e. H. it must be partially dried before it can be introduced into the kiln, in which the organic materials which are present within the material of the molding are then removed. The step of partial drying can be achieved by exposing the shaped body to a radiation source equipped with suitable infrared radiators or by introducing the shaped body into an oven with circulating air in which an elevated temperature prevails. The essential aspect of this drying step is that essentially 10 to 20% of the water originally present is removed before the shaped body is introduced into the kiln, where it then remains for the optimal firing time.
Shaped bodies which are introduced into the kiln with less than 10 to 20% of the originally present water removed can shatter, or large pieces of the material can pop off the surface, or excessive deformation of the shaped body can occur. Preferably, the drying is carried out so that more than 20 9o 'of the water is removed during this working step.
The drying process can be performed using one of the following methods: a) Exposure to an electric infrared bulb for six minutes.
b) four minutes treatment in an air oven at a temperature of 2040 C.
c) treatment for six minutes in an air oven at a temperature of 1770 C.
d) treatment for eight minutes in an air oven at a temperature of 1990 C.
e) treatment for ten minutes in an air oven at a temperature of 1210 C.
After the shaped body has been predried in the manner described above, it can be introduced into the kiln, in which both the remaining water and all organic materials contained in the shaped body are removed. The kiln can be operated at a temperature in the range from 5380 ° C. to 8160 ° C., and the molding can be subjected to the action of this temperature for a period of three to ten minutes. In a preferred firing process, the firing time is at least three minutes and the working temperature of the kiln is 7040 C. The firing process can be referred to as burnout, because the aim here is to burn out all organic materials that are present in the molded body.
If no internal, organic, adhesion-reducing material is present, then drying can be carried out at a temperature of 2040 ° C. for a period of 15 minutes, followed by burnout.
When the moisture and organic materials are removed from the molded body, it can be glazed or embellished in some other way, for example with ceramic glazes. If desired, a base coat of engobe, i.e. a ceramic, can be applied before glazing. The requirements for a satisfactory glaze are as follows: good adhesion to the molded article, low costs and the requirement that it can be converted to the final state at the temperatures used in the firing process. In general, it is desirable to allow a short drying period after the glazing process is complete. The purpose of such drying is to remove the moisture that was introduced during the application of the glaze or decoration.
After the shaped body has been dried in this way, it can be fired at an elevated temperature so that the ceramic bond and the melting of the particles within the material of the shaped body are achieved.
A glaze with a thickness of 0.23 mm to 0.30 mm has sufficient resistance to cuts after firing.
This burning process or firing process can only last 15 minutes or last 45 minutes, the firing temperatures during this firing process being in the range from 9820 ° C. to 1149 ° C.
A preferred firing process lasts at least about 20 minutes, and during this temperature the shaped body is passed through a kiln which has three temperature zones.
The first temperature zone of the kiln works as a preheating zone, and in this there is a temperature in the range from 4820 C to 7040 C. The second zone is an annealing zone, which operates at a temperature in the range from 9820 to 11490 C. The last zone serves as a cooling zone, and in this zone the molded body experiences a slow reduction in temperature as it passes through this zone. The cooling zone works in such a way that a temperature of 10380 C is present near the annealing zone and a temperature of 1490 C is present at the point where the molded body leaves the furnace. The shaped body is thus gradually cooled down from the temperature to which it was subjected in the firing zone as it passes through this cooling zone.
Although the shaped body can be exposed to room temperature while its temperature is still 4820 ° C. without the shaped body cracking due to the thermal shock, a gradual cooling process is nevertheless preferable.
The moldings that are produced by the method described above are strong, light in weight and resistant to thermal shocks. By suitable glazing and / or other embellishment operations, these moldings can be given an attractive appearance, so that they are suitable as a serving plate. Such plates can serve as heating and four containers. The food placed on these plates can be heated with any of the many heating devices commonly used in food preparation.
If the shaped bodies have the shape of serving plates or bowls, then the thermal conductivity of these objects is also significantly lower than that of the corresponding aluminum draw molds. For example, the coefficient of thermal conductivity for aluminum is about 100 times that of the obtained lightweight ceramic substance. This thermal property of the ceramic substance is particularly useful when it comes to shapes suitable for serving. Since the ceramic materials hold the heat longer than aluminum, these materials keep the food in the mold warm for longer.
In addition, ceramic plates or bowls show no freezing damage if they are covered with aluminum foil before they are subjected to a freezing process. The ceramic containers can therefore be filled with prepared food, frozen and stored, and these filled containers can then be heated if necessary. Because of the low cost of the materials that make up the ceramic substance and the low cost of the process by which the ceramic materials are molded into suitable molded bodies, these molded bodies are easy to manufacture and are therefore suitable for single use.
Because of these properties, these ceramic shaped bodies are of interest in areas of application in which it is not expedient to subject these shaped bodies to a cleaning step or a renewal step in order to make them suitable for reuse.
The method described above is intended only as an example, and many changes can be made with regard to the design of the form, the apparatus, the arrangement of the individual parts, and the work steps described in the method can be changed within wide limits.
PATENT CLAIM I
Process for producing a ceramic material, characterized in that clay, porous silicate aggregates and water are mixed in a mixing device, the mixture obtained in this mixing device is shaped into a shaped body and this is dried so that some of the water contained in it is removed, and then subjecting the shaped body to a firing process by which the ceramic bond and fusing between the particles forming the shaped body is achieved.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that a mixture of clay and porous silicate aggregate material is produced which contains at least 30% by weight of silicate aggregate materials, water is added to this mixture and the clay particles, the particles of the silicate aggregate material and of the water in a suitable mixer, introduces this mixture of clay, silicate additive material and water into a mold that corresponds to the shape of the molding, subjects the mold to an operation by which the mixture to be molded is pressed in accordance with the shape of the mold is, the shaped body is removed from the mold after it has been formed and it is dried to remove some of the water it contains,
then the surface of the shaped body is glazed and the shaped body is fired at a temperature at which the ceramic bond and fusion between the particles which form the shaped body is achieved.
2. The method according to dependent claim 1, characterized in that the water added to the mixture of clay and silicate aggregate corresponds essentially to between 10 and 100% of the weight of the mixture of clay and aggregate material.
3. The method according to dependent claim 1, characterized in that an organic binder in an amount of 0 to 4 wt.%, Based on the mixture of dry materials, is added.
4. The method according to dependent claim 3, characterized in that the organic binder is a starch.
5. The method according to dependent claim 3, characterized in that the organic binder is a dextrin.
6. The method according to dependent claim 3, characterized in that the organic binder is a cellulose derivative.
7. The method according to dependent claim 3, characterized in that the organic binder is a water-soluble synthetic organic polymer.
8. The method according to dependent claim 3, characterized in that the organic binder is polyvinyl alcohol.
9. The method according to dependent claim 3, characterized in that the organic binder is polyvinylpyrrolidone.
10. The method according to dependent claim 1, characterized in that the clay is a mixture of binding clay, kaolin, talc, flint or slate clay, feldspar, wollastonite and bentonite.
11. The method according to dependent claim 1, characterized in that the clay is a mixture of binding clay, kaolin, talc, wollastonite and bentonite.
12. The method according to dependent claim 1, characterized in that the silicate additive is vermiculite.
13. The method according to dependent claim 12, characterized in that the vermiculite has the following size distribution of the particles: 5 to 20% of the particle size of greater than 0.833 mm, 20 to 29% of a size of less than 0.330 mm and greater than 0.246 mm, 8 up to 33% of a size smaller than 0.246 mm.
14. The method according to dependent claim 1, characterized in that in the process step of molding in the mold, a pressure of 2 to 53.5 kg / cm2 is applied in order to press the mixture to be molded in accordance with the shape of the mold.
15. The method according to dependent claim 1, characterized in that the mixture of clay, silicate aggregate and water is added a hydrophobic material which facilitates the removal of the molded body from the mold, and that is then heated and the hydrophobic material is burned out after drying .
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