Verfahren zur Herstellung von keramischen Formkörpern mit geringer Dichte und nach diesem Verfahren hergestellter keramischer Formkörper Gegenstand des Hauptpatentes Nr. 495 300 ist ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Materials, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man Ton; poröse silikatische Zuschlagsstoffe und Wasser in einer Misch vorrichtung mischt, die in dieser Mischvorrichtung er haltene 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 Form körper bildenden Teilchen erreicht wird.
Ferner betrifft das Hauptpatent einen nach diesem Verfahren hergestellten keramischen Formkörper, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er eine gebrannte, ke ramisch gebundene Mischung aus Ton, mit mindestens 30 Gew. A an porösem silikatischem Zuschlag aufweist und dass er eine oberflächliche Beschichtung aus einer Glasur aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterent wicklung des im Hauptpatent beschriebenen Verfahrens dar; sie betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ke ramischen Materialien mit geringer Dichte und hoher Festigkeit, wobei sich dieses Material zu Formkörpern, beispielsweise Gebrauchsbehältern, formen lässt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Formkörper.
Eine Zeit lang haben in der Geschirrindustrie und der keramischen Industrie Bestrebungen bestanden, ent weder keramisches Tafelgeschirr guter Qualität herzu stellen oder eine Ware zu liefern, die wenig kostet und lange Zeiten hindurch verwendet werden kann.
Es waren jedoch keine oder nur geringe Bestre bungen im Gange, keramikartige Ware herzustellen, die geringe Kosten aufweist. Dies ist insbesondere auf die wirtschaftlichen Verhältnisse und die Arbeitsver fahren zurückzuführen, die bei der Herstellung derarti ger Gebrauchsgegenstände angewandt werden.
Bisher waren die zur Herstellung von Formkörpern verwende ten keramischen Materialien nicht dafür geeignet, Ge- brauchsgegenstände für einmaligen Gebrauch herzu stellen, beispielsweise Wegwerfbehälter. Im allgemeinen waren nämlich die Arbeitsverfahren, nach denen aus derartigen Materialien die endgültigen Formkörper her gestellt wurden, zu kostspielig, als dass ein einmaliger Gebrauch derartiger Formkörper vom wirtschaftlichen Standpunkt her tragbar gewesen wäre.
Durch den steigenden Verbrauch an Einweg-Glas- behältern, Plastikbehältern oder Metallbehältern ist das Interesse an der Verwendung von Gebrauchsbehältern des keramischen Typus, die nach guter Qualität aus sehen, gestiegen, insbesondere auf dem Gebiet der Aufbewahrung oder Abgabe von Nahrungsmitteln.
Der artige keramische Behälter verleihen dem Produkt ein Aussehen, das auf gute Qualität schliessen lässt, dem das Aussehen derartiger Produkte ist porzellanartig. Ausserdem würden derartige Behälter auf Grund ihres guten Aussehen nicht nur zur Lagerung und; oder Ein frierung von Nahrungsmitteln verwendet werden, son dern sie würden auch Behälter darstellen, in denen das Produkt erhitzt werden kann und sodann direkt in diesen Behältern serviert und konsumiert werden könnte. Heutzutage werden zu derartigen Zwecken in weitem Umfang Metallbehälter verwendet. Jedoch ha ben diese Behälter im allgemeinen eine grosse Wärme leitfähigkeit und sind daher nicht in der Lage die Wärme zu speichern.
Ausserdem haben derartige Me tallbehälter auch nicht ein Aussehen, das an gute Quali tät erinnert, wobei ein gutes Aussehen im allgemeinen dann sehr wünschenswert ist, wenn die Nahrungsmitteln dem Konsumenten direkt serviert werden sollen.
Ausser den offensichtlichen Vorteilen bei der La gerung, bei der Herstellung und beim Servieren ist ein anderer wichtiger Faktor bei der Verwendung von Weg- werfbehältern das Wegwerf-Problem selbst. Weder Me tallbehälter noch Glasbehälter noch übliche Keramik behälter können leicht zerschlagen oder vernichtet wer den, so dass sie zu Problemen bezüglich der Abfallbe seitigung führen.
Im Gegensatz hiezu können Form- körper, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt worden sind, leicht in üblichen Haushalts- Abfallvorrichtungen zermahlen werden und dann mit dem organischen Material über Abwassersystemen weg gespült werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung war es, ein kera misches Material geringer Dichte und hoher Festigkeit herzustellen, das zur Herstellung von Formkörpern ge eignet ist, die für den einmaligen Gebrauch verwend bar sind. Die aus einem derartigen Material herge stellten Einwegbehälter sollen eine Qualität besitzen und nicht nur das Aussehen von Nahrungsmitteln, die darin serviert werden, verbessern, sondern auch zur Aufbewahrung derartiger Produkte während ihres Ver sandes und ihrer Herstellung dienen. Ausserdem sollen derartige Behälter nach üblichen Arbeitsverfahren leicht zerstörbar oder vernichtbar sein.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung war es, ein Arbeitsverfahren zu entwickeln, nach dem das oben beschriebene keramische Material leicht und wirtschaft lich hergestellt werden kann. Derartige Behälter sollen auf beliebigen, üblicherweise zur Herstellung von Nah rungsmitteln angewandten Heizquellen erhitzbar sein. Ferner sollen die keramischen Materialien und die unter deren Verwendung hergestellten Behälter fest sein, ein geringes Gewicht aufweisen und gegenüber 'thermi schen Schocks beständig sein. Ausserdem sollen diese Behälter nach der Verwendung leicht zerstörbar sein, so dass ihre Beseitigung nach üblichen Methoden leicht möglich ist.
Des weiteren sollen die hergestellten Be hälter auch tiefen Temperaturen unterworfen werden können, die für die Herstellung und Aufbewahrung von gefrorenen, insbesondere tiefgefrorenen Nahrungsmit teln angewandt werden.
Es hat sich nun gezeigt, dass die vorhin erwähnten Ziele dadurch erreicht werden können, dass man geeig nete Anteile an Ton, Zuschlagsmaterialien geringer Dichte, insbesondere silikatischer Zuschlagmaterialien, und Wasser sowie geeignete Bindemittel oder die Aus flockung verhindernde Mittel oder sonstige Zusätze vermischt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ver fahren zur Herstellung von kermischen Formkörpern geringer Dichte, das sich dadurch auszeichnet, dass man Ton, poröse silikatische Zuschlagsstoffe und Wasser mischt, die Mischung in eine Form überführt, deren Vertiefung die Form des herzustellenden Formkörpers aufweist, einen Druck auf die in der Vertiefung der Form befindliche Mischung ausübt, so dass die in der Form befindliche Mischung die Gestalt der Form an nimmt und verdichtet wird, wobei sie eine ausrei chende Nassfestigkeit aufweist, damit sie die dreidi mensionale Gestalt beibehält, wenn sie aus der Form. entfernt wird, dann die verdichtete Mischung aus der Form entfernt, die verdichtete Mischung teilweise trock net, die Oberfläche der teilweise getrockneten ver dichteten Mischung glasiert, und die glasierte,
teilweise getrocknete verdichtete Mischung bei einer Temperatur über 316 C brennt, damit die Teilchen innerhalb der Mischung keramisch gebunden und geschmolzen werden und damit die Glasur aushärtet, wobei man dadurch einen keramischen Formkörper geringer Dichte erhält.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens kann man zusätzlich folgende Arbeitsschritte ausführen: Ein organisches hydrophobes Material, das die Haf tung zwischen den einzelnen Partikeln vermindert, und das in der Folge auch inneres die Haftung vermin derndes Mittel genannt wird, der Mischung zusetzen, und erhitzen und dieses organische hydrophobe Ma terial ausbrennen, nachdem man die verdichtete Mi schung teilweise getrocknet hat. Das organische hydro phobe Material kann Paraffinöl sein oder dieses enthal ten, wobei die Menge an zugesetztem Paraffinöl vor zugsweise 1 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung beträgt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein nach dem, erfindungsgemässen Verfahren hergestellter kera mischer Formkörper geringer Dichte, der dadurch ge kennzeichnet ist, dass er eine gebrannte keramisch ge bundene Mischung aus Ton mit mindestens 30 Gew.% eines porösen siliciumhaltigen Zuschlagsmaterials ist und dass er eine oberflächliche Beschichtung aus einer keramischen Glasur aufweist.
Die zu formende Mischung kann in der Form zu sammengepresst werden, beispielsweise mit einer hy draulischen Presse. Nachdem der Formkörper so ge formt wurde, wird er aus der Form entfernt. Um die Entfernung des Formkörpers von den Oberflächen der Form zu erleichtern, können diese Oberflächen mit einem die Haftung vermindernden Mittel vor der Durch führung des Formverfahrens beschichtet werden. Es kann jedoch auch ein die Haftung verminderndes Ma terial in der zu formender Mischung enthalten sein, um die Entfernung des geformten Körpers aus der Form zu erleichtern. Anschliessend an das Formver fahren wird die verfestigte Mischung teilweise getrock net, um einen Prozentsatz des ursprünglich in der zu formenden Mischung anwesenden Wassers zu entfer nen.
Diese Trocknung wird durchgefuhrt, ehe der Formkörper den hohen Temperaturen in dem Brenn- ofen unterworfen wird. Bei dem Ausbrennen wird alles zurückbleibende Wasser aus der verfestigten Mi schung entfernt und auch die organischen Materialien, beispielsweise die beim Mischen zugefügten die Haf tung vermindernden Mittel, d. h. die sogenannten in neren Freisetzungsmittel, werden entfernt. Dann kann die teilweise getrocknete verfestigte Mischung glasiert werden oder in anderer Weise mit keramischen Gla suren geschmückt werden, die bei denjenigen Tempera turen, die in dem Brennofen angewandt werden, här ten.
Nach einem weiteren Trocknungsschritt, bei dem die meiste Feuchtigkeit, die durch das Glasierverfahren oder das Oberflächenverschönerungsverfahren hinein gebracht wurde, entfernt wird, wird die glasierte, teil weise getrocknete, verfestigte Mischung bei erhöhter Temperatur gebrannt, um die keramische Bindung und das Schmelzen der Partikeln hervorzurufen, wobei sich hiebei ein keramischer Formkörper mit geringer Dichte bildet.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sei anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert: In Fig. 1 ist das Herstellungsschema veranschau licht, 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 Mi schung, die die zur Herstellung des keramischen Ma terials nötigen Bestandteile enthält, in die gewünschte Form des Formkörpers übergeführt wird.
Eine bevorzugte als Beispiel angeführte Ausfüh rungsart des erfindungsgemässen Verfahrens wird in Fig. 1 dargestellt, wobei in dem hierin veranschaulich- ten Herstellungsverfahren der erste Verfahrensschritt zur erfindungsgemässen Herstellung des Formkörpers darin besteht, dass man eine Mischung aus Ton sowie einem porösen oder hygroskopischen vorzugsweise sili- kathaltigen Füllstoff und Wasser in den gewünschten Mengenverhältnissen herstellt. Der zu diesem Zweck verwendete Ton kann eine Mischung aus echten Tonen und anderen Materialien sein, 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 beein flusst werden. Eine bevorzugte Mischung dieser Ma terialien enthält im allgemeinen Bindeton. Beim, Bren nen schmilzt der Ton mit Partikeln des Aggregates zu sammen.
Vermikulit ist der bevorzugte poröse silikatische Zuschlagsstoff mit geringer Dichte, der verwendet wird, obwohl auch andere Materialien, wie z. B. Diatomeen- erde, Perlit und Silicagel verwendet werden können. Es ist jedoch wünschenswert, dass der Zuschlagsstoff in einer Form vorliegt, die möglichst geringe Dichte aufweist. Für Vermikulit ist dieser Zustand der expan dierte Vermikulit.
Eine Teilchengrösse des Vermikulites, die mit dem Ton vermischt werden kann, ist die Qualität der Nr. 4, die im allgemeinen als Vermikulit Qualität für land wirtschaftliche Verwendung bekannt ist. Es können natürlich auch andere Grössen des Vermikulits ver wendet werden. Die natürliche Grösseverteilung der Teilchen des Vermikulits der Nr. 4 liegt zwischen einer lichten Maschenweite von 1,651 mm (10 mesh) und einer lichten Maschenweite von 0,246 mm (60 mesh). Während des Mischverfahrens können die Teilchen grössen beträchtlich vermindert werden.
Die ideale Ver teilung der Teilchengrössen in dem Material der Quali tät Nr. 4 ist die folgende:
EMI0003.0005
Grösser <SEP> als <SEP> 0,833 <SEP> mm <SEP> (20 <SEP> mesh) <SEP> 13 <SEP> bis <SEP> 17 <SEP> %
<tb> Kleiner <SEP> als <SEP> 0,833 <SEP> mm <SEP> und
<tb> Grösser <SEP> als <SEP> 0,330 <SEP> mm <SEP> (40 <SEP> mesh) <SEP> 40 <SEP> bis <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> %
<tb> Kleiner <SEP> als <SEP> 0,330 <SEP> mm <SEP> und
<tb> Grösser <SEP> als <SEP> 0,246 <SEP> mm <SEP> (60 <SEP> mesh) <SEP> 25 <SEP> bis <SEP> 30
<tb> Kleiner <SEP> als <SEP> 0,246 <SEP> mm <SEP> weniger <SEP> als <SEP> 20 Das Gewichtsverhältnis von Vermikulit zu Ton kann in einem geeigneten Material im Bereich von 95 % Vermikulit und 5 % Ton bis zu etwa 30 % Vermi- kulit und 70 % Ton liegen.
Das Verhältnis von Ton zu Zuschlagsstoffen kann variieren, je nach dem speziellen silikatischen Zuschlagsstoff, der verwendet wird. Die bevorzugte Zusammensetzung ist ein Material, das 45 % an Vermikulit und 55 % Ton oder etwa 78 Vol.% Vermikulit und 22 Vol.% Ton enthält.
In der Folge werden nun Beispiele angeführt, wobei in diesen Beispielen sowohl Tonzusammensetzungen als auch Mischungen aus Ton und Vermikulit verwen det werden. <I>Beispiel 1</I>
EMI0003.0009
Tonmischung <SEP> Gew. <SEP> %
<tb> Gleason-Bindeton <SEP> 30
<tb> Georgia <SEP> Kaolin <SEP> 15
<tb> Talk <SEP> (New <SEP> York) <SEP> 25
<tb> Kiesel <SEP> (Potters) <SEP> 15
EMI0003.0010
Tonmischung <SEP> Gew. <SEP> %
<tb> Feldspat <SEP> (Kona <SEP> F-4) <SEP> 9
<tb> Wollastonit <SEP> 4
<tb> Bentonit <SEP> _2
<tb> 100
<tb> <I>Beispiel <SEP> 2</I>
<tb> Tonmischung <SEP> Gew.
<SEP> %
<tb> Gleason-Bindeton <SEP> 40
<tb> Georgia <SEP> Kaolin <SEP> 25
<tb> Talk <SEP> 25
<tb> Wollastonit <SEP> 8
<tb> Bentonit <SEP> _2
<tb> 100 <I>Beispiel 3</I>
EMI0003.0011
Ton-Vermikulitmischung <SEP> Gewichtsteile
<tb> Tonmischung <SEP> wie <SEP> in <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 50
<tb> Vermikulit <SEP> der <SEP> Qualität <SEP> Nr <SEP> 4 <SEP> 50
<tb> Wasser <SEP> 54
<tb> Cellusosegummi <SEP> mittlerer <SEP> Viskosität
<tb> (CMC7MP) <SEP> in <SEP> Wasser <SEP> 0,0625
<tb> Paraffinöl <SEP> 1,54 Formkörper, die aus Mischungen des Beispiels 3 geformt wurden, wobei bei der Formung ein Druck von 7,03 kg pro cm-' angewandt wurde und wobei das Material 20 Minuten lang bei einer Temperatur von 1066 C gebrannt wurde, zeigten einen Bruchmodul von etwa 36,8 kg pro cm2 und eine Dichte von 0,
83 g pro cm3. <I>Beispiel 4</I>
EMI0003.0013
Ton-Vermikulitmischung <SEP> Gewichtsteile
<tb> Tonmischung <SEP> nach <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 50
<tb> Vermikulit <SEP> der <SEP> Qualität <SEP> Nr <SEP> 4 <SEP> 50
<tb> Wasser <SEP> 54
<tb> Cellusosegummi <SEP> einer <SEP> mittleren <SEP> Visko sität <SEP> (CMC7MP) <SEP> 0,0625 Aus dieser Mischung wurden Formkörper herge stellt, wobei bei der Formung ein Druck von 7,03 kg pro cm2 angewandt wurde, und wobei die Formkörper 20 Minuten lang bei einer Temperatur von 1066 C gebrannt wurden.
Die hiebei erhaltenen Formkörper wiesen einen Bruchmodul von etwa 39,2 kg pro cm2 auf und besassen eine Dichte von 0,82 g pro cm3.
EMI0003.0018
<I>Beispiel <SEP> 5</I>
<tb> Mischung <SEP> mit <SEP> geringem <SEP> Tongehalt <SEP> Gewichtsteile
<tb> Vermikulit <SEP> der <SEP> Qualität <SEP> Nr <SEP> 4 <SEP> 100
<tb> Bentonit <SEP> 10
<tb> Wasser <SEP> 133 Aus dieser Mischung wurden Formkörper herge stellt, indem man bei der Formung einen Druck von 7,03 kg pro cm2 anwandte und indem man die Form körper 35 Minuten lang bei einer Temperatur von 1038 C brannte.
Man erhielt hiebei Formkörper, die einen Bruchmodul von etwa 16,0 kg pro cm2 aufwie sen und eine Dichte von 0,48 g pro cm@ besassen.
<I>Beispiel 6</I> In diesem Beispiel wird eine Mischung beschrieben, bei der Perlit verwendet wird. Diese Mischung wies die folgende Zusammensetzung auf:
EMI0004.0000
Gewichtsteile
<tb> Tonkörper, <SEP> wie <SEP> in <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 105
<tb> enthärtetes <SEP> Wasser <SEP> 140
<tb> Perlit <SEP> 105
<tb> Cellulosegummi <SEP> mittlerer <SEP> Visko sität <SEP> (CMC7MP) <SEP> gelöst <SEP> in <SEP> Wasser <SEP> 2,1
<tb> Paraffinöl <SEP> 2,5 Es wurden aus dieser Mischung Formkörper herge stellt, wobei man bei der Formung einen Druck von 7,03 pro cm2 anwandte und die Materialien 35 Mi nuten lang bei einer Temperatur von 1066 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.
<I>Beispiel 7</I> In diesem Beispiel wird eine Mischung beschrieben, bei der Diatomeenerde verwendet wird. Diese Mischung wies folgende Zusammensetzung auf:
EMI0004.0001
Gewichtsteile
<tb> Tonkörper, <SEP> wie <SEP> in <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> beschrieben <SEP> 75
<tb> Diatomeenerde <SEP> 25
<tb> Wasser <SEP> 25
<tb> CMC7MP <SEP> 0,0625 In den folgenden Beispielen 8 und 9 werden Ver änderungen in den Zusammensetzungen beschrieben, wobei die in Beispiel 8 verwendete Mischung einen hohen Gehalt an Feststoffen aufweist und die in Bei spiel 9 verwendete Mischung kein Bindemittel enthält.
EMI0004.0002
<I>Beispiel <SEP> 8</I>
<tb> Gewichtsteile
<tb> Tonkörper <SEP> wie <SEP> in <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 50
<tb> Vermikulit <SEP> der <SEP> Qualität <SEP> Nr <SEP> 4 <SEP> 50
<tb> Wasser <SEP> 18
<tb> CMC7MP\ <SEP> 0,0625
<tb> Paraffinöl <SEP> - <SEP> . <SEP> 1,54
<tb> <I>Beispiel <SEP> 9</I>
<tb> Gewichtsteile
<tb> Tonkörper <SEP> wie <SEP> in <SEP> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 50
<tb> Vermikulit <SEP> der <SEP> Qualität <SEP> Nr <SEP> 4 <SEP> 50
<tb> Wasser <SEP> 54
<tb> Paraffinöl <SEP> 1,54
<tb> <I>Beispiel <SEP> 10</I>
<tb> Gewichtsteile
<tb> Bindeton <SEP> 84
<tb> Vermikulit <SEP> Nr <SEP> 4 <SEP> 69
<tb> Wasser <SEP> 33
<tb> <I>Beispiel <SEP> 11</I>
<tb> Gewichtsteile
<tb> Bindeton <SEP> 28
<tb> Vermikulit <SEP> Nr <SEP> 5 <SEP> 23
<tb> Wasser <SEP> 13 Der Wassergehalt dieser Mischung ist kritisch,
denn er beeinflusst die Festigkeit und die Dichte des Produk tes und auch die Widerstandsfähigkeit des Produktes gegenüber einem Bruch, wenn das Produkt 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, obwohl der bevorzugte Wassergehalt einer solchen Mischung entspricht, die 70 bis 85 % an Feststoffen enthält. Wenn die Feuchtig keitsmenge grösser ist, dann neigt das Material dazu an der Oberfläche der Form kleben zu bleiben, in der es zu der Formgebung des Formkörpers oder herzu stellenden Produktes verdichtet wird. Wenn anderseits eine zu geringe Menge an Feuchtigkeit angewandt wird, dann sind während des Verformungsverfahrens höhere Formdrucke nötig.
Es ist nicht wesentlich, dass ein Bindemittel, dem bei der Formung anwesenden Zuschlag zugesetzt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein hoher Prozentsatz an Feststoffen, beispielsweise über 70 %, verwendet wird. Ein Bindemittel bewirkt jedoch erhöhte Nassfestig keit des geformten Körpers und es erleichtert die Hand habung während der nachfolgenden Arbeitsschritte. Ein Bindemittel kann auch die Festigkeit der gebrann ten Ware erhöhen. Höhere Konzentrationen an Binde mitteln bewirken jedoch nicht eine entsprechende Er höhung der Festigkeit. Wenn die Bindemittel in zu grosser Menge anwesend sind, dann können sie ein starkes Kleben der verdichteten Mischung an der Ober fläche der Form hervorrufen.
Das Aufnahmevermögen für die Glasur kann ebenfalls durch hohe Konzentra tionen 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 syn thetische organische, wasserlösliche Polymere, wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon usw. Das Binde mittel kann in einer Konzentration von bis zu 4 %, be zogen auf das Gewicht der trockenen Bestandteile, zu gefügt werden. Das Bindemittel kann entweder als Trockenpulver oder in einer Lösung des zur Anferti gung der Mischung verwendeten Wassers zugegeben werden. Das bevorzugte Bindemittel ist eine Lösung eines Cellulosegummis mit einer mittleren Viskosität, und diese wird in einer Konzentration von 0,0625 %, bezogen auf das Trockengewicht der Bestandteile, zu gefügt.
Um das Entfernen der in der Form verdichteten Mischung von den Oberflächen der Form zu erleichtern, können die Haftung herabsetzende Mittel oder innere die Haftung vermindernde Mittel der Mischung der Materialien zugesetzt werden. Derartige die Haftung herabsetzende Mittel oder innere Gleitmittel oder Schmiermittel setzen jedoch die Nassfestigkeit der ver festigten Mischung herab. Derartige die Haftung her absetzende Materialien können auch direkt auf die Oberflächen der Form aufgebracht werden.
Wenn diese die Haftung vermindernden Materialien der zu formen den Mischung zugefügt werden, dann können zu diesen Materialien hydrophobe Materialien zugegeben werden, beispielsweise solche, die der Klasse der Leichtöle zu gehören. Äusserlich wirkende die Haftung herabsetzende Materialien werden anderseits direkt auf die Ober fläche der Form aufgebracht, und derartige Materialien können hydrophobe filmbildende Materialien der Klasse der Stearinsäure enthalten oder sie können Metall- chelatverbindungen der Stearate sein.
Diese Materialien werden mit Vorteil in Lösungsmitteln, die einen tiefen Siedepunkt besitzen, beispielsweise in n-Heptan oder n-Hexan gelöst.
Ein System aus sogenannten inneren die Haftung herabsetzendem Mittel und äusserem die Haftung herab setzenden Mittel kann, falls dies gewünscht wird, an- gewandt 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 g, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung zugesetzt wird, während der äussere, die Haftung herab setzende Überzug, Stearinsäure enthalten kann, die auf die Oberflächen der Form der Lösung in n-Hexan oder n-Heptan zugefügt wird.
Da die die Haftung herab setzenden 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, Vermikulit, 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 ge samten Mischung gewährleisten, seien der P-K-Flüssig- keits-Feststoffmischer, der Abbé-Bandmischer und der Hobart Paddelmischer genannt.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass das übliche Arbeitsverfahren, bei dem Feststoffe zusammengemischt werden und dann Wasser zugesetzt wird, häufig zu einer nicht einheitlichen Klumpen aufweisenden Mi schung führt, insbesondere dann, wenn das Verhältnis von Ton zu Zuschlagstoffen hoch ist. Um diese Pro bleme zu umgehen, wird das Wasser zuerst den Zu schlagstoffen zugesetzt, so dass es von diesen Zuschlä gen teilweise absorbiert wird. Dann wird der Ton zu gemischt, wobei hiedurch die Bildung von Klumpen auf ein Minimum herabgesetzt wird.
Es hat sich auch gezeigt, dass die Dichte der zu formenden Mischung zunimmt, wenn die Mischungs zeit länger wird. Dies ist vermutlich auf ein Brechen der Zuschlagsstoffe in kleinere Stücke zurückzuführen. Deshalb wird der Mischvorgang dann unterbrochen, wenn die gewünschte Dichte der Mischung erhalten ist. Diese Arbeitsweise gewährleistet ein einheitlicheres zur Formung verwendbares Material.
Bei Verwendung von Vermikulit der Qualität Nr 4 ist bei einem ansatzweisen Formvorgang eine Dichte der zu formenden Mischung von etwa 520 g/1 bis 580 g/1 bevorzugt, wobei eine Dichte von 550 g/1 be sonders vorteilhaft ist. Wenn derartige Dichten ange wandt werden, dann sind keine Veränderungen bezüg lich des Verdichtungsvorganges, des Trockenschrittes und der Brennbedingungen nötig. Die Messung der Dichte wird nach einem geeigneten Rührvorgang durch geführt, bei dem Luftblasen innerhalb der Mischung entfernt werden. Wenn Formkörper mit dünnen Wän den hergestellt werden sollen, dann sind feinere Zu schlagsstoffe, beispielsweise eine Vermikulit Qualität Nr. 5, im allgemeinen wünschenswert.
Diese führen zu einer verdichteten Mischung, die eine bessere Form barkeit aufweist, als eine solche, die unter Verwen dung von Vermikulit der Qualität Nr. 4 erhalten wird. Ausserdem wird dadurch eine höhere Nassfestigkeit der verdichteten Mischung erreicht, wodurch das nachfol gende Handhaben des so erhaltenen Materials erleich tert wird.
In den Fig. 2 bis 5 wird eine Form dargestellt, die zur Herstellung tellerartigen 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 Aus wurfteller 14 vorgesehen, der dazu dient, den Form körper aus der Form 9 nach der Formung auszuwer fen. 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 Form vorgang 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 er zielt 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 veran schaulicht wird. Dann wird der Stempel 12 betätigt, so dass er den gewünschten Druck ausübt, wodurch erreicht wird, dass die zu formende Mischung zu der Gestalt verdichtet wird, die durch die Höhlung 12 der Form gegeben ist. Dies ist durch Fig. 5 veranschaulicht.
So bald die verdichtete Mischung, beispielsweise ein unge- härteter Teller, der in der Folge auch grüner Teller genannt wird, gebildet ist, wird der Stempel 12 langsam zurückgezogen und die Auswurfplatte 14 wird betätigt, damit die verdichtete Mischung 18 aus der Form 9 ausgestossen wird. Wenn die verdichtete Mischung 18 aus der Form 9 in diesem Stadium des Verfahrens ent fernt wird, dann liegt sie in einem im wesentlichen zerbrechlichen Zustand vor, und dieser Zustand wird als grüner Zustand oder nichtgebrannter Zustand be zeichnet.
Die Oberfläche der Form besteht im allgemeinen aus einem polierten Stahl und sie wird zweckmässiger weise in einem Zustand gehalten, der keine Verkrat- zungen oder ähnliche Fehler aufweist. Verkratzungen bewirken nämlich, dass die Form bezüglich der Los lösung schlechte Eigenschaften aufweist.
Die Eigenschaften der geformten und verdichteten Mischung hängen von vielen Faktoren ab. Zu diesen Faktoren gehören der bei der Formung angewandte Druck, die geometrische Form des Formkörpers, der Wassergehalt der Mischung, das Verhältnis von Ton zu Zuschlagsstoffen, eine einheitliche Verteilung der Teilchengrösse, das angewandte die Haftung vermin dernde Mittel, die Art des Bindemittels, die Konzen tration des Bindemittels sowie das Arbeitsverfahren, nach dem das Bindemittel zugesetzt wird.
Der Druck, der während des Formungsvorganges angewandt wird, 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 ver wendet werden. Wenn man jedoch mit hoher Ge schwindigkeit arbeitet, dann werden die Drücke im Bereich von 17,5 bis 59,8 kg/em2 vorgezogen. Bei niederen Drücken erhält man eine wenig verdichtete Mischung, während bei hohen Drücken die Haftung verdichteter Mischungen an den Oberflächen der Form sehr stark wird.
Es kann eine hydraulische Presse, eine Kniehebepresse, eine Knebelpresse oder eine Schrauben presse verwendet werden, oder es können andere geeig nete Vorrichtungen angewandt werden, um den Druck hervorzurufen, der nötig ist, um den gewünschten Formdruck in der Form zu erzielen.
Die verdichtete Mischung muss nach der Entfer nung aus der Form einer Verminderung der Feuchtig keit unterworfen werden, d. h. sie muss teilweise ge trocknet werden, ehe sie in den Brennofen eingeführt werden kann, in dem dann die organischen Materialien, die innerhalb der verdichteten Mischung anwesend sind, entfernt werden. Der Schritt der teilweisen Trocknung kann dadurch erreicht werden, dass man die verdichtete Mischung einer Strahlungsquelle aussetzt, die mit ge eigneten Infrarotstrahlern ausgestattet ist, oder indem man die verdichtete Mischung in einen Ofen mit zirku lierender Luft einführt, in dem eine erhöhte Tempera tur vorherrscht.
Der wesentliche Gesichtspunkt dieses Trocknungsschrittes besteht darin, dass man im wesent lichen 10 bis 20 % des ursprünglich anwesenden Was sers entfernt, ehe man die verdichtete Mischung in den Brennofen einführt, wo sie dann während der optimalen Brennzeit verweilt. Verdichtete Mischungen, 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 Schrumpfung auftreten.
Vorzugsweise wird das Trocknen so durchgeführt, dass mehr als 20 % des Wassers während dieses Arbeits schrittes entfernt werden.
Je nach den experimentellen Ergebnissen, die bei der verdichteten Mischung 18 erhalten werden, kann der Trockenvorgang nach irgendeinem der folgenden Arbeitsverfahren durchgeführt werden. Jedes Arbeits verfahren führt nicht zu dem gleichen Ausmass der Trocknung, obwohl jedes dieser Arbeitsverfahren be friedigende Ergebnisse liefert. Es können je nach der verwendeten Vorrichtung und der Form des herzustel lenden Formkörpers abgewandelte Behandlungszeiten und Behandlungstemperaturen angewandt werden.
a) 6 Minuten dauernde Einwirkung eines elektrischen Infrarotkolbens, b) 4 Minuten dauernde Behandlung in einem Luftofen bei einer Temperatur von 204 C, c) 6 Minuten dauernde Behandlung in einem, Luftofen bei einer Temperatur von 177 C, d) 8 Minuten dauernde Behandlung in einem Luftofen bei einer Temperatur von 199 C, e) 10 Minuten dauernde Behandlung in einem Luft ofen bei einer Temperatur von 121 C. . Nachdem die verdichtete Mischung in der vorhin beschriebenen Weise vorgetrocknet wurde, kann sie in den Brennofen eingeführt werden, wobei in diesem sowohl das zurückbleibende Wasser als auch alle or ganischen Materialien, die in der verdichteten Mischung enthalten sind, entfernt werden.
Der Brennofen kann bei einer Temperatur im Bereich von 316 bis 816 C betrieben werden und die verdichtete Mischung kann bei Einwirkung dieser Temperatur während einer Zeit von 3 bis 10 Minuten gebrannt werden. Bei einem be vorzugten Brennvorgang beträgt die Brenndauer min- destens drei Minuten und die Arbeitstemperatur des Brennofens liegt bei 704 C. Der Brennvorgang kann als Ausbrennen bezeichnet werden, denn es wird hiebei bezweckt, alle organischen Materialien, die in der verdichteten Mischung vorhanden sind, auszubrennen.
Wenn kein inneres organisches die Haftung ver minderndes Material oder Gleitmittel anwesend ist, dann kann das Ausbrennen bei einer tieferer Tempera tur erfolgen.
Nach dem Ausbrennen wird die getrocknete und verdichtete Mischung mit einer Begussmasse beschich tet. Die Begussmasse ist eine Mischung aus Ton und Wasser und dieses Material ist dem Fachmann gut bekannt. Derartige Materialien werden oft auf Ton waren aufgebracht und sie dienen als Trägermaterial für die Glasur oder den Email. Im vorliegenden Fall stellt die Begussmasse eine Absperrung dar, die die Durchlässigkeit der porösen Oberfläche der getrockne ten verdichteten Mischung vor dem Glasieren vermin dert. Bei einer sofortigen Sprühaufbringung wird der feine Ton in Wasser suspendiert, wobei eine Feststoff- Konzentration im Bereich von etwa 55 bis<B>60%</B> an gewandt wird. Sehr wenig Wasser des Sprays dringt in die getrocknete verdichtete Mischung ein.
Jedoch wird alles Wasser, das sich in der getrockneten ver dichteten Mischung befindet, durch die Glasur hin durch verdampfen, wenn das glasierte Material für den nachfolgenden Brennvorgang vorgeheizt wird.
Bei der Entfernung der Feuchtigkeit und der orga nischen Materialien aus der getrockneten verfestigten Mischung, kann diese glasiert werden oder auf eine andere Weise verschönert werden, beispielsweise mit keramischen Glasuren. Falls es gewünscht wird, kann eine Basisbeschichtung aus einem Grundiermaterial (Engobe, das ist eine Begussmasse), vor dem Glasieren aufgebracht werden. Die Erfordernisse für eine befrie digende Glasur sind die folgenden: gutes Haften auf dem, Formkörper, niedrige Kosten, und die Forderung, dass sie bei den Temperaturen in den Endzustand über führbar ist, die bei dem Brennverfahren angewandt werden.
Im allgemeinen ist es wünschenswert, eine kurze Trocknungsperiode nach der Beendigung des Glasiervorganges vorzunehmen. Der Zweck einer der artigen Trocknung besteht darin, dass die Feuchtigkeit entfernt wird, die während des Aufbringens der Glasur oder der Dekoration eingebracht wurde.
Nachdem die glasierte verdichtete Mischung so getrocknet wurde, kann sie bei einer erhöhten Tem peratur gebrannt werden, so dass die keramische Bin dung und das Schmelzen der Teilchen innerhalb des Materials der glasierten verdichteten Mischung erreicht wird, wobei man einen keramischen Formkörper ge eigneter Dichte erhält.
Dieser Brennvorgang oder Feuerungsvorgang kann lediglich 5 Minuten dauern oder 45 Minuten lang dauern, wobei während dieses Brennvorganges die Brenntemperaturen im Bereich von 982 C bis 1149 C liegen. Ein bevorzugter Brennvorgang dauert etwa 10 Minuten und dabei wird die glasierte verdichtete Mischung durch einen Brennofen geleitet, der drei Temperaturzonen aufweist.
Die erste Temperaturzone des Brennofens arbeitet als Vorheizungszone und in dieser herrscht eine Tem peratur im Bereich von 482 bis 704 C. Die zweite Zone ist eine Glühzone, die bei einer Temperatur im Bereich von 982 bis 1149 C arbeitet. Die letzte Zone dient als Kühlzone und in dieser Zone erfährt der Form- körper eine langsame Verminderung der Temperatur, während er sie durchschreitet.
Die Kühlzone arbeitet so, dass in der Nähe der Glühzone eine Temperatur von 1038 C vorliegt und an der Stelle, an der der Formkörper den Brennofen verlässt, eine Temperatur von 149 C herrscht. Die Temperatur des Formkörpers sinkt so allmählich in der Kühlzone von der Temperatur, der er in der Brenn- zone unterworfen wurde, ab. Obwohl der Formkörper der Raumtemperatur ausgesetzt werden kann, während seine Temperatur noch 482 C beträgt, ohne dass hiebei aufgrund des thermischen Schocks ein Springen des Formkörpers auftritt, ist dennoch ein allmählicher Kühl vorgang vorzuziehen.
Nach dem, Brennen weist eine Glasur, die eine Dicke von 0,23 bis 0,30 mm besitzt, eine genügende Widerstandsfähigkeit gegenüber Schnitten auf.
Die Formkörper, die nach dem vorhin beschriebe nen Verfahren hergestellt werden, sind fest, besitzen ein leichtes Gewicht und sind gegenüber thermischen Schocks widerstandsfähig. Durch geeignetes Glasieren und/oder andere Verschönerungsoperationen können diese Formkörper mit einem ansprechenden Aussehen ausgestattet werden, so dass sie als Servierteller geeignet sind. Derartige Teller können als Erhitzungs- und Servierbehälter dienen und die auf diese Teller aufge tragenen Nahrungsmittel können mit irgendeiner der vielen bei der Herstellung von Speisen üblichen Heiz- vorrichtungen erhitzt werden.
Wenn die Formkörper die Form von Serviertellern oder Schüsseln aufweisen, dann ist die Wärmeleitfähig keit dieser Gegenstände auch bedeutend geringer, als diejenige entsprechender gezogener oder gepresster Alu miniumformen. Beispielsweise beträgt der Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit für Aluminium etwa das 100fache desjenigen der beschriebenen keramischen Substanz mit niedrigem Gewicht. Diese thermische Eigenschaft der keramischen Substanz ist besonders dann von Nutzen, wenn sie zur Herstellung von für das Servieren geeignete Formen eingesetzt wird. 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 be deckt werden, ehe sie einem Gefriervorgang unterwor fen werden. Die keramischen Behälter können daher mit vorbereiteten Speisen gefüllt, gefroren und gelagert werden, und diese gefüllten Behälter können dann bei Bedarf erhitzt werden.
Auf Grund der geringen Kosten der Materialien, die die keramische Substanz bilden und auf Grund der geringen Kosten des Verfahrens mit Hilfe dessen die keramischen Materialien zu geeigneten Formkörpern geformt werden, sind diese Formkörper leicht herstell bar und daher für einmaligen Gebrauch geeignet. We gen dieser Eigenschaften sind die keramischen Form körper bei Anwendungsgebieten von Interesse, bei wel chen es nicht zweckmässig ist diese Formkörper zu reinigen oder zu säubern oder sonstwie zu behandeln, um sie für den erneuten Gebrauch geeignet zu machen.
Das vorhin beschriebene Verfahren soll lediglich als Beispiel dienen und es können bezüglich der Aus gestaltung der Form, der Apparatur, der Anordnung der einzelnen Teile viele Änderungen vorgenommen wer den und auch die bei dem Verfahren beschriebenen Arbeitsschritte können in weiten Grenzen verändert werden.