DD246976A1 - POROESE CERAMICS FOR GLASS FORMING AND ITS MANUFACTURE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf Keramiken auf der Basis von Aluminiumtitanat zur Formgebung von technischen und kuenstlerischen Glaesern bei Temperaturen von 700 bis 1 270C sowie auf die Herstellung einer derartigen Keramik. Das Ziel ist es, die mechanische Stabilitaet derartiger Keramiken zu verbessern und den erzielbaren Abkuehleffekt zu erhoehen. Erfindungsgemaess ist der Hauptbestandteil dieser Keramik die Mineralphase Aluminiumtitanat und der mittlere Porenradius der offenen Poren der Keramik liegt zwischen 100 und 400 nm. Derartige Keramiken lassen sich z. B. fuer Blasformen, Speiserinnen oder als andere Gleit- und Quetscheinrichtungen fuer fluessiges Glas einsetzen.The invention relates to ceramics based on aluminum titanate for the shaping of technical and artistic glasses at temperatures of 700 to 1 270C and to the production of such a ceramic. The goal is to improve the mechanical stability of such ceramics and to increase the achievable Abkuehleffekt. According to the invention, the main constituent of this ceramic is the mineral phase aluminum titanate and the average pore radius of the open pores of the ceramic is between 100 and 400 nm. Such ceramics can be, for. B. for blow molding, feeder or other sliding and squeezing for liquid glass use.
Description
41 bis54Gew.-% Titanoxid '· .. ' ·"41 to 54% by weight of titanium oxide '· ..' · "
38bis47Gew.-% Tonerde38 to 47% by weight alumina
6bis9Gew.-% einerMagnesiumoxid bildenden Verbindung6 to 9% by weight of a magnesium oxide-forming compound
und 0,1 bis2Gew.-% einesvorgebildeten Aluminiumtitanat-Keramikpulvers mit einer Korngröße < 2/imand 0.1 to 2 wt% of a preformed aluminum titanate ceramic powder having a grain size <2 / im
bei den genannten Temperaturen zu Aluminiumtitanat umgewandelt wird, das Aluminiumtitanat danach mit einem Korndurchmesser <1 mm zusammen mit 10 bis 15% Ton auf < 63μτη naß zerkleinert wird und nach dem Entwässern, Trocknen und Zerkleinern mit 5 bis 20% eines organischen Ausbrennstoffes intensiv vermischt und das Gemisch geformt und gesintert wird.is converted to aluminum titanate at the temperatures mentioned, the aluminum titanate then with a grain diameter <1 mm together with 10 to 15% clay to <63 μτη wet crushed and after dewatering, drying and crushing with 5 to 20% of an organic burnout thoroughly mixed and the mixture is molded and sintered.
3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß als organischer Ausbrennstoff Mehl verwendet wird.3. The method according to item 2, characterized in that flour is used as the organic fuel.
Die Erfindung bezieht sich auf e'me poröse Keramik auf der Basis von Aluminiumtitanat zur Formgebung von technischen und künstlerischen Gläsern mit feststehenden oder rotierenden Formen bei hohen Glasverarbeitungstemperaturen von 700 bis 1 27O0C. Derartige Keramiken lassen sich z. B. als Blasformen, Speiserinnen oderals andere Gleit- und Quetscheinrichtungen für flüssiges Glas einsetzen. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Form unter Verwendung eines organischen Ausbrennstoffes bei Sintertemperaturen zwischen 1 420 und 1 51O0C.The invention relates to e'me porous ceramics based on aluminum titanate for molding of technical and artistic glasses with fixed or rotating molds at high glass processing temperatures of 700 to 1 27O 0 C. Such ceramics can be z. B. as blow molding, feeder or other sliding and squeezing devices for liquid glass use. The invention further relates to a method for producing such a mold using an organic fuel at sintering temperatures between 1 420 and 1 51O 0 C.
Es ist bekannt, bei der Formgebung technischer und künstlerischer Gläser Formenmaterialien aus verschiedensten Werkstoffen einzusetzen. Früher waren diese Glasformen („Modeln") aus Ton. Auch der Einsatz feuchter Holzformen ist zum Teil heute noch gebräuchlich (besondere Glasarten bei geringen Artikel-Stückzahlen).It is known to use mold materials of various materials in the shaping of technical and artistic glasses. In the past, these glass forms ("models") were made of clay, and the use of moist wood forms is still common today (special types of glass for small numbers of items).
In neuerer Zeit werden zur Glasformgebung sowohl für Festglasformen als auch beim rotierenden Blasen Werkstoffe wie Gußeisen, Stahl oder Aluminium verwendet (DE-AS 1029529, DE-AS 2249419). Diese Materialien weisen gegenüber den tonigen Werkstoffen bessere thermische und mechanische Eigenschaften auf.Recently, materials such as cast iron, steel or aluminum are used for glass molding both for solid glass forms and for rotating bubbles (DE-AS 1029529, DE-AS 2249419). These materials have better thermal and mechanical properties than clayey materials.
Die Metallformen müssen — besonders die von Mehrstationen-Rotationsblasmaschinen — zur Verhinderung von Verzunderungs- und Klebeerscheinungen des Glases an den Kontaktflächen der Form mit sogenannten Schmieren überzogen we.rden. Die Schmieren bestehen aus verschiedenen Materialien wie z. B. Grafit, Ölen, Stärkeprodukten, Holzmehl, organischen Polymeren usw. und werden in mehr oder weniger kurzen zeitlichen Abständen auf die Metallformeninnenwände aufgetragen (z.B. Sprühen oder Streichen — DE-PS 1771 597; 2430350; SU 688452). Die Nachteile von Metallformen sind:The metal molds - especially those of multi-station rotary blow molding machines - have to be coated with so-called lubricants in order to prevent scaling and sticking phenomena of the glass at the contact surfaces of the mold. The lubricants are made of different materials such. As graphite, oils, starch products, wood flour, organic polymers, etc. and are applied at more or less short time intervals on the metal mold inner walls (for example, spraying or brushing - DE-PS 1771 597, 2430350, SU 688452). The disadvantages of metal molds are:
— relativ teuere Ausgangsmaterialien- relatively expensive starting materials
— relativ komplizierte und teuere Herstellung der Formen- relatively complicated and expensive production of the forms
— die Oberflächenstrukturen der Metallformen bzw. des Schmiermaterials (Abbrandprodukte) werden in die herzustellenden Glaskörper ungewollt eingearbeitet und ergeben unerwünschte Strukturen auf der Glasoberfläche (Reifigkeit).- The surface structures of the metal molds or the lubricating material (burned products) are inadvertently incorporated into the glass body to be produced and give undesirable structures on the glass surface (ripeness).
Es sind aber auch Formen aus Keramik zum Herstellen von Glaserzeugnissen bekannt, die aus poröser Keramik mit einem hohen Anteil Aluminiumtitanat bestehen. Hierbei wird von einer zwischen 1400 und 1 5000C gesinterten Mischung aus AI2O3 und TiO2 im stöchiometrischen Verhältnis des Aluminiumtitanats ausgegangen. Gegenüber den Metallformen weisen diese Formen u.a. den Vorteil auf, daß die Porosität und die Scherbenstärke die Ausbildung eines Wasserdampffilmes beeinflußt. Dieser Dampffilm reduziert die weitere Wärmeabgabe des Glases und hält die Glasoberfläche von Nahtstellen und Rauhigkeiten der Form fern (DE-AS 2249419). Diese Aluminiumtitanat-Keramiken weisen zwar eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit auf, die mechanische Stabilität ist jedoch relativ gering.But there are also known forms of ceramic for the manufacture of glass products, which consist of porous ceramic with a high proportion of aluminum titanate. This is based on a between 1400 and 1 500 0 C sintered mixture of Al 2 O 3 and TiO 2 in the stoichiometric ratio of the aluminum titanate. Compared to the metal molds, these forms have the advantage, inter alia, that the porosity and the body thickness influences the formation of a steam vapor film. This steam film reduces the further heat transfer of the glass and keeps the glass surface of seams and roughnesses of the mold away (DE-AS 2249419). Although these aluminum titanate ceramics have excellent thermal shock resistance, the mechanical stability is relatively low.
Schließlich ist es auch bekannt, poröse keramische Formlinge unter Verwendung eines organischen Ausbrennstoffes herzustellen. Hierbei werden die vielfältigsten Stoffe, u.a. auch Sägemehl (DE 2909653) und Stärke (DD 52301) verwendet. Die Schwierigkeit besteht jedoch darin, eine gezielte Porosität mit- einem mittleren Porenradius der offenen Poren der Keramik von , einigen 100nm einzustellen.Finally, it is also known to produce porous ceramic moldings using an organic fuel. Here, the most diverse substances, u.a. Also sawdust (DE 2909653) and starch (DD 52301) used. The difficulty, however, is to set a targeted porosity with an average pore radius of the open pores of the ceramic of a few 100nm.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die mechanische Stabilität poröser Keramiken zur Glasformgebung auf der Basis von Aluminiumtitanat zu verbessern und den mit der Keramik erzielbaren Abkühleffekt zu erhöhen.The object of the invention is to improve the mechanical stability of porous ceramics for glass forming on the basis of aluminum titanate and to increase the achievable with the ceramic cooling effect.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Keramik auf der Basis eines stabilisierten Aluminiumtitanats mit einer gezielt eingestellten Porosität sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu entwickeln.The invention is therefore based on the object to develop a ceramic based on a stabilized aluminum titanate with a specifically set porosity and a corresponding manufacturing process.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem der Hauptbestandteil der Keramik die Mineralphase Aluminiumtitanat ist und der mittlere Poren radius der offenen Poren der Keramik zwischen 100 und 400 η m liegt. Die Herstellung einer derartigen . Keramik erfolgt, indem eine homogene, feine Mischung ausAccording to the invention, this object is achieved by the main component of the ceramic, the mineral phase is aluminum titanate and the average pore radius of the open pores of the ceramic is between 100 and 400 η m. The production of such. Ceramics are made by adding a homogeneous, fine mixture
41 bis 54 Gew. -% Titanoxid 38bis47Gew.-% Tonerde41 to 54% by weight of titanium oxide 38 to 47% by weight of alumina
6bis9Gew.-% einer Magnesiumoxid bildenden Verbindung6 to 9% by weight of a magnesium oxide-forming compound
und 0,1 bis2Gew.-% eines bei Temperaturen zwischen 1 420 und 1 5100C bereits vorgebildeten Aluminiumtitanat-and 0.1 bis2Gew .-% of an already preformed at temperatures from 1420 to 1510 0 C aluminum titanate
Keramikpulvers mit einer Korngröße < 2 μ,νη Ceramic powder with a grain size <2 μ, νη
bei den genannten Temperaturen zu Aluminiumtitanat umgewandelt wird, das Aluminiumtitanat danach mit einem Korndurchmesser <1 mm zusammen mit 10 bis 15% Ton auf <63/xm naß zerkleinert wird und nach dem Entwässern, Trocknen und Zerkleinern mit 5 bis 20% eines organischen Ausbrennstoffes intensiv vermischt und das Gemisch geformt und gesintert wird. Das erhaltene keramische Material läßt sich trocken oder halbfeucht verpressen. Auch ist die Formgebung durch Eindrehen möglich. . ' -is converted to aluminum titanate at the temperatures mentioned, the aluminum titanate then with a grain diameter <1 mm together with 10 to 15% clay wet <63 / xm wet and after dewatering, drying and crushing with 5 to 20% of an organic fuel intensive mixed and the mixture is molded and sintered. The resulting ceramic material can be pressed dry or semi-moist. The shaping is possible by screwing. , '-
Eine derartige Keramik weist die folgenden Vorteile auf: · . · .Such a ceramic has the following advantages: ·. ·.
— Erreichung einer hohen Oberflächengüte der Gläser, keine „Reifigkeit" und Fließwellen;Achieving a high surface quality of the glasses, no "ripeness" and flow waves;
— einfache Herstellung der Formen nach keramischen Verfahren aus relativ billigen Rohstoffen. Dadurch sind diese Formen deutlich billiger als Formen aus hochlegierten metallischen Werkstoffen;- Easy production of the molds by ceramic methods from relatively cheap raw materials. As a result, these forms are significantly cheaper than molds made of high-alloyed metallic materials;
— Wegfall des „Schmierens" der Form;- omission of the "greasing" of the mold;
Weiterhin zeichnet sich die Aluminiumtitanat-Keramik aus durch:Furthermore, the aluminum titanate ceramic is characterized by:
— keine Kontaktreaktionen mit Glas- no contact reactions with glass
— hohe Temperaturwechselbeständigkeit- high thermal shock resistance
— ausreichende mechanische Festigkeit. - sufficient mechanical strength.
Diese Vorteile ergeben sich durch die nachstehenden Effekte:These advantages result from the following effects:
1. Abkühlen der Oberflächen der mit dem heißen Glas in Kontakt tretenden Teile der Aluminiumtitanat-Keramikformen bis unter den Transformationsbereich des Glases.1. cooling the surfaces of the parts of the aluminum titanate ceramic molds in contact with the hot glass to below the transformation range of the glass.
2. Gezielter Transport von Wasser an die Kontaktflächen: heißes Glas —Keramik und dem damit verbundenen Abkühleffekt2. Targeted transport of water to the contact surfaces: hot glass ceramic and the associated cooling effect
3. Wesentlich beeinflußt wird der Abkühleffekt durch die Porengröße und Porenverteilung in der Keramik. Eine gezielte Porosität wird erreicht durch homogen verteiltes,, beim Sintern der Keramik ausbrennbares Material. Ein solches ist z. B. Mehl, dessen Zugabe von 5 bis 20%den geforderten Porenradius zwischen 100 und 400nm bewirkt.3. The cooling effect is significantly influenced by the pore size and pore distribution in the ceramic. A targeted porosity is achieved by homogeneously distributed, burn-out during sintering of the ceramic material. Such is z. As flour whose addition of 5 to 20% causes the required pore radius between 100 and 400nm.
4. Der hohe Temperaturgradient in den Formen aus Aluminiumtitanat-Keramik, bedingt durch die Glastemperatur (700 bis4. The high temperature gradient in the molds made of aluminum titanate ceramic, due to the glass transition temperature (700 to
1 2700C) und den Kühleffekt durch Wasser führt nicht zum Zerstören der Formen, da die erfindungsgemäße Aluminiumtitanat-Keramik eine sehr hohe Temperaturwechselbeständigkeit bei guter mechanischer Festigkeit aufweist. Die erfindungsgemäß beschriebene Keramik kann z.B. beliebig oft auf Glühtemperatur erhitzt werden und anschließend sofort in Wasser von Raumtemperatur gelegt werden, ohne daß die Keramik Risse zeigt.1 270 0 C) and the cooling effect by water does not destroy the molds, since the aluminum titanate ceramic according to the invention has a very high thermal shock resistance with good mechanical strength. The ceramic described according to the invention can be heated as often as desired to the annealing temperature and then immediately placed in water at room temperature, without the ceramic cracks.
Der wesentliche Grund für dieses Verhalten liegt in dem extrem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Aluminiumtitanats bei 0 bis 2 10~6 K"1.The main reason for this behavior is in the extremely low coefficient of thermal expansion of aluminum titanate at 0 to 2 10 -6 K '1.
5. Alumiriiumtitanat-Keramiken weisen bei einer ausgezeichneten Temperaturwechselbeständigkeit den Nachteil relativ geringer mechanischer Stabilität auf. Dieser Effekt ist offenbar bedingt durch die Bildung von Rissen in der Keramik infolge der starken Ausdehnungs-Anisotropie des Aluminiumtitanates. Diese Risse bilden sich um domänenartig orientierte Anordnungen von Aluminiumtitanat-Kristallen (Größe der Domänen ca. 100 bis 200μ,ηι, Größe der Aluminiumtitanat-Kristallite ca. 2 bis δμ,ηη). Diese relativ großen Rissen um die Domänen bewirken eine nur geringe mechanische Festigkeit. Setzt man erfindungsgemäß dem TiO2/AI2O3-Ausgangsgemisch aber vorgebildetes Aluminiumtitanat als Mikropulver (2/xm) in Mengen von 0,1 bis 2,0Gew.-% zu, bilden sich kleine Alumini'umtitanat-Kristallite und kleine Domänen aus diesen. Bei Domänen 25μΓη bilden sich Mikro-Risse, so daß die Biegefestigkeit der Aluminiumtitanat-Keramiken um den Faktor 2 bis 3 gesteigert werden kann, ohne daß die Temperaturwechselbeständigkeit verringert wird.5. Alumirium titanate ceramics have the disadvantage of relatively low mechanical stability with excellent resistance to thermal shock. This effect is apparently due to the formation of cracks in the ceramic due to the strong expansion anisotropy of the aluminum titanate. These cracks form around domain-like oriented arrangements of aluminum titanate crystals (size of the domains about 100 to 200μ, ηι, size of the aluminum titanate crystallites about 2 to δμ, ηη). These relatively large cracks around the domains cause only low mechanical strength. If, according to the invention, preformed aluminum titanate is added to the TiO 2 / Al 2 O 3 starting mixture as micropowder (2 / xm) in amounts of from 0.1 to 2.0% by weight, small aluminium titanate crystallites and small domains are formed from these , For domains 25μΓη micro-cracks form, so that the bending strength of the aluminum titanate ceramics can be increased by a factor of 2 to 3, without the thermal shock resistance is reduced.
6. Die unter 1. bis 4. beschriebenen Effekte führen schließlich auch zu einer verbesserten Oberflächenqualität der Gläser, da der aus der Innenseite der Keramikformen austretende Dampf eine sehr glatte Glasoberfläche erzielt (Wegfall der „Reifigkeit" bei rotationsgeblasenen Gläsern).6. The effects described under 1. to 4. finally also lead to an improved surface quality of the glasses, since the steam emerging from the inside of the ceramic molds achieves a very smooth glass surface (elimination of "ripeness" in the case of rotary blown glasses).
7. Der Einbau von Magnesium in das Aluminiumtitanat-Gitter verhindert dessen thermischen Zerfall zwischen 800 und 1 25O0C.7. The incorporation of magnesium into the aluminum titanate lattice prevents its thermal decomposition between 800 and 1 25O 0 C.
Ausführungsbeispiel ' .Embodiment '.
An einem Beispiel soll die Erfindung näher erläutert werdenBy way of example, the invention will be explained in more detail
Eine homogene Ausgangsmischung, bestehend aus A homogeneous starting mixture, consisting of
49% Titanoxid, TiO2 49% titanium oxide, TiO 2
43% Tonerde, AI2O3 43% alumina, Al 2 O 3
1 % Aluminiumtitanat, vorgebildet bei 1 45O0C, Korngröße <2μ.ιη 7% Magnesiumcarbonat, MgCO3 1% aluminum titanate, preformed at 1 45O 0 C, particle size <2μ.ιη 7% magnesium carbonate, MgCO 3
wird bei 14500C zu Aluminiumtitanat AI2TiO5 umgewandelt. Das so gebüdete Aluminiumtitanat (88%) mit einem Korndurchmesser < 1 mm'.wird zusammen mit Ton (12%) auf <63/xm naßzerkleinert. Nach dem Entwässern, Trocknen und Zerkleinern wird die Mischung mit 8% Mehl intensiv homogenisiert und das Gemisch geformt und bei 1 470°C in oxidierender Atmoshäre gesintert.is converted at 1450 0 C to aluminum titanate Al 2 TiO 5 . The resulting aluminum titanate (88%) with a grain diameter <1 mm 'is wet-crushed together with clay (12%) to <63 / xm. After dewatering, drying and grinding, the mixture is thoroughly homogenized with 8% flour and the mixture is shaped and sintered at 1470 ° C. in an oxidizing atmosphere.
Dabei bildet sich der beschriebene poröse Aluminiumtitanat-Werkstoff, dessen mittlerer Porenradius der offenen Poren zwischen 100 und 400 ηm liegt. Die Aluminiumtitanat-Keramik läßt sich als Formenmaterial für die Formgebung von technischen und künstlerischen Gläsern mit feststehenden oder rotierenden Formen unter Bildung einer Dampf politur auf der Glasoberfläche einsetzen. Zu diesem Zweck wird die Aluminiumtitanat-Keramikform kontinuierlich oder diskontinuierlich mit Wasser befeuchtet. Die Aluminiumtitanat-Keramik kann aber auch als Speiserinne oder andere Gleit- und Quetscheinrichtungen für •flüssiges Glas eingesetzt werden. Die hohe Temperaturwechselbeständigkeit verbunden mit dem Effekt der Oberflächenkühlung der Keramik durch gezielten Wassertransport und die Ausbildung eines Dampfpolsters zwischen Keramik und Glas ermöglicht den Einsatz für die Formgebung aller bekannten technischen und künstlerischen Gläsern auch im Bereich hoher Glasverarbeitungstemperaturen zwischen 700 und 1 270°C.In this case, the described porous aluminum titanate material whose average pore radius of the open pores between 100 and 400 ηm is formed. The aluminum titanate ceramic can be used as a molding material for the molding of technical and artistic glasses with fixed or rotating molds to form a vapor polish on the glass surface. For this purpose, the aluminum titanate ceramic mold is moistened continuously or discontinuously with water. The aluminum titanate ceramic can also be used as a feeder or other sliding and squeezing devices for • liquid glass. The high thermal shock resistance associated with the effect of surface cooling of the ceramic by targeted water transport and the formation of a vapor cushion between ceramic and glass allows the use for the shaping of all known technical and artistic glasses even in the range of high glass processing temperatures between 700 and 1 270 ° C.
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| DD246976A1 true DD246976A1 (en) | 1987-06-24 |
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ID=5576891
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| DD28750486A DD246976A1 (en) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | POROESE CERAMICS FOR GLASS FORMING AND ITS MANUFACTURE |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4338270A1 (en) * | 1993-11-10 | 1995-06-22 | Schott Glaswerke | Temperature-resistant material, especially as an asbestos substitute in devices for handling hot glass objects |
| CN115124222A (en) * | 2022-04-29 | 2022-09-30 | 重庆健力玻璃制品有限公司 | Preparation method of glassware |
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1986
- 1986-03-03 DD DD28750486A patent/DD246976A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4338270A1 (en) * | 1993-11-10 | 1995-06-22 | Schott Glaswerke | Temperature-resistant material, especially as an asbestos substitute in devices for handling hot glass objects |
| CN115124222A (en) * | 2022-04-29 | 2022-09-30 | 重庆健力玻璃制品有限公司 | Preparation method of glassware |
| CN115124222B (en) * | 2022-04-29 | 2024-01-16 | 重庆健力玻璃制品有限公司 | Preparation method of glassware |
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