DD295618B5

DD295618B5 - Process for the preparation of dense quartz ceramic moldings

Info

Publication number: DD295618B5
Application number: DD34401590A
Authority: DD
Inventors: Udo Dr Muecke; Theodor Moelders
Original assignee: Udo Dr Muecke; Theodor Moelders
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1996-06-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren fur dichte keramische Formkörper, das von einem keramischen Schlicker und einer daraus zu erhaltenen keramischen Masse ausgeht sowie deren Formgebung und reaktive Sinterung umfaßt Erfindungsbetreff ist weiterhin eine dichte Keramik aus Quarz und Glas hoher Festigkeit, die in ihren Eigenschaften den Anforderungen an Werkstoffe des Typs KER 220 nach ICE-Norm 672-3 genügt.The invention relates to a method for producing dense ceramic shaped bodies, which starts from a ceramic slurry and a ceramic composition to be obtained therefrom, and includes shaping and reactive sintering. The invention further relates to a dense ceramic made of quartz and high-strength glass, whose properties meet the requirements Materials of the type KER 220 according to ICE standard 672-3 are sufficient.

Keramische Schlicker und daraus hergestellte keramische Massen zur Fertigung von Werkstoffen gemäß KER 220 auf der Basis von naturlichen Magnesiumsilicaten (Speckstein, Talk), Ton und Feldspat bzw Banumcarbonat sind bekannt/1/ Durch einen Brennprozeß bei Temperaturen oberhalb 1 600 K ist aus diesen Massen ein Scherben erhaltlich, der aus Proto- und/oder Klinoenstatit als kristalliner Gefugephase und weniger als 25 % Glasphase besteht Verschiedene Zusätze zum Grundversatz oder der Austausch von Massekomponenten beeinflussen zwar das Gefuge und die Eigenschaften des Werkstoffs, fuhren aber zu keiner grundlegenden Senkung der BrenntemperaturCeramic slurries and ceramic masses produced therefrom for the production of materials according to KER 220 on the basis of natural magnesium silicates (soapstone, talc), clay and feldspar or barium carbonate are known / 1 / By a firing process at temperatures above 1 600 K from these masses Shards obtainable from proto- and / or clinostatite as a crystalline fugue phase and less than 25% glass phase Although various additions to the basic offset or the exchange of mass components influence the structure and properties of the material, they do not lead to a fundamental reduction in the firing temperature

In den DD-PS 120 008, DD-PS 116 815 und DD-PS 119 200 werden dichte Werkstoffe auf der Basis von Erdalkalialumoborosilicatglas und den kristallinen Phasen Korund bzw Zirkon beschrieben, die die fur den Werkstofftyp KER 220 geforderten Eigenschaften erfüllen Zu ihrer Herstellung sind allerdings vergleichsweise teure kristalline Komponenten und hochschmelzende Glaser erforderlichDD-PS 120 008, DD-PS 116 815 and DD-PS 119 200 dense materials based on Erdalkalialumoborosilicatglas and the crystalline phases are described corundum or zirconium, which meet the required for the material type KER 220 properties for their preparation are however comparatively expensive crystalline components and refractory glaziers are required

In der DE-OS 2 706 659 werden glasierbare dichte Sinterkörper mit steatitanalogen mechanischen und elektrischen Eigenschaften vorgeschlagen, die durch einen im wesentlichen chemisch nicht reaktiven Brennprozeß aus einem Material gefertigt werden, deren Gesamtkomposition ausIn DE-OS 2,706,659 vitreous dense sintered bodies with steatite analog mechanical and electrical properties are proposed, which are made by a substantially chemically non-reactive combustion process of a material, their Gesamtkomposition from

Literaturliterature

Hecht, A -Elektrokeramik 2 Auflage, Springer Verlag, Berlin 1976 S 334Hecht, A -Elektrokeramik 2 edition, Springer Verlag, Berlin 1976 S 334

39 bis 64 Gew -% eines quarzreichen Rohstoffes mit definierter chemischer und mineralogischer Zusammensetzung, 35 bis 60 Gew -% eines zerkleinerten Glases definierter chemischer Zusammensetzung und definierter physikalischer Eigenschaften und39 to 64% by weight of a quartz - rich raw material with a defined chemical and mineralogical composition, 35 to 60% by weight of a comminuted glass of defined chemical composition and defined physical properties, and

0,5 bis 4 Gew % Aluminiumfluorid oder einer Verbindung, aus der sich selbige bilden kann, besteht und folgende Korngrößenverteilung aufweist· Kornanteil < 1 5 pm > 60 Gew -% Kornanteil < 2 μπη > 1 5 Gew -%0.5 to 4% by weight of aluminum fluoride or of a compound from which same can form, and has the following particle size distribution: · particle fraction <1 5 μm> 60% by weight particle fraction <2 μm> 1 5% by weight

Die DE-OS 2 706 659 lehrt ausdrücklich, daß der Sinterprozeß und die physikalischen Eigenschaften der einzusetzenden Glaser ausschließlich im engen Zusammenhang mit der Gesamtkomposition aus Quarz, Glas und Fluorid stehen Weiterhin lehrt die DE-OS 2 706 659, daß der Sinterprozeß zum dichten Formkörper des aus der entsprechenden keramischen Masse geformten Grünlings im wesentlichen chemisch nicht reaktiv erfolgtDE-OS 2,706,659 expressly teaches that the sintering process and the physical properties of the glasses to be used are exclusively closely related to the overall composition of quartz, glass and fluoride. DE-OS 2 706 659 also teaches that the sintering process produces a dense molding made of the corresponding ceramic mass green compact is substantially chemically non-reactive

Anders dargestellt, lehrt die Erfindung der DE-OS 2 706 659 dem Keramikfachmann, daß ein kausaler Zusammenhang zwischen der Gesamtkomposition (Quarz/Glas/Fluond) und dem im wesentlichen chemisch nicht reaktiven Sinterprozeß besteht Insbesondere wird dem Sachkundigen gelehrt, daß dabei Mengenanteil und Korngroße des Quarzes sowohl in der keramischen Masse als auch im gebrannten Scherben vollständig erhalten bleiben Weder aus der Bedeutung der Gesamtkomposition noch aus der Lehre des chemisch nicht reaktiven Herstellungsprozesses kann der Fachmann etwas fur die Erfindung der DD-PS 295 618 ableitenStated differently, the invention of DE-OS 2 706 659 teaches the ceramic expert that there is a causal relationship between the overall composition (quartz / glass / fluorine) and the substantially chemically non-reactive sintering process. In particular, it will be apparent to those skilled in the art that in so doing, the proportion and grain size of the quartz in both the ceramic mass and the burnt cullet are completely retained neither by the importance of the overall composition nor from the teaching of the chemically non-reactive manufacturing process, the skilled person can deduce something for the invention of DD-PS 295 618

In der DD-PS 241 895 bzw DD-PS 241 896 wird eine keramische Masse auf der Basis von Glas und Quarz sowie ein aus dieser hergestellter elektrokeramischer Werkstoff des Typs KER 220 vorgeschlagen Die Masse besteht aus 40 bis 60 Ma -% eines windgesichteten Quarzpulvers mit definierter Korngroßenfraktion und 60 bis 40 Ma -% eines Silicatglaspulvers mit definierter chemischer und granulometrischer Zusammensetzung und definierten physikalischen Eigenschaften Aus dieser keramischen Masse wird durch eine chemisch nicht reaktive Sinterung der dichte Keramikwerkstoff erzeugt Die DD-PS 241 895 bzw DD-PS 241 896 lehrt, daß der elektrokeramische Werkstoff nur hergestellt werden kann, wenn folgende Bedingungen in bezug auf die Korngrößenverteilung der Versatz- bzw Massebestandteile erfüllt sind Einerseits muß das Quarzpulver eine durch Windsichtung erreichbare sehr enge Korngrößenverteilung mit den Durchgangswerten d₁₆ =1,6 μΓΠ, d₅o = 2,7 μΐη und dg₄ = 3,9 μΐη aufweisen, und andererseits muß das Verhältnis aus mittlerer Quarz- und Glaskorngroße einen Wert von s 1 besitzen Weiterhin lehrt die DD-PS 241 896, daß die Einbindung des Quarzes ausschließlich durch Benetzung und viskoses Fließen erfolgt Das Gegenbeispiel der DD-PS 241 896 zeigt, daß bei Nichteinhaltung dieser Bedingungen die zielgemaßen Werkstoffeigenschaften nicht erreicht werden Aus der DD-PS 241 895 bzw DD-PS 241 896 sind keine Aspekte herzuleiten, die fur die Erfindung der DD-PS 295 618 bedeutsam sein konnten Dies gilt auch fur die erfindungsgemaße Korngrößenverteilung der keramischen Masse, die nicht nach den enthaltenen Spezies differenziert werden kannIn DD-PS 241 895 or DD-PS 241 896 a ceramic composition based on glass and quartz and an electroceramic material made of this type KER 220 is proposed The mass consists of 40 to 60% by mass of a wind-faced quartz powder with defined grain size fraction and 60 to 40% by mass of a silicate glass powder with defined chemical and granulometric composition and defined physical properties From this ceramic mass is produced by a chemically non-reactive sintering of the dense ceramic material DD-PS 241 895 and DD-PS 241 896 teaches that the electroceramic material can only be produced if the following conditions with respect to the particle size distribution of the offset or mass components are satisfied. On the one hand, the quartz powder must have a very narrow particle size distribution achievable by air classification with the passage values d ₁₆ = 1.6 μΓΠ, d ₅ o = 2.7 μΐη and dg ₄ = 3.9 μΐη, and and On the other hand, the DD-PS 241 896 teaches that the incorporation of the quartz is carried out exclusively by wetting and viscous flow The counterexample of DD-PS 241 896 shows that if not observed these conditions the targeted material properties are not achieved From DD-PS 241 895 or DD-PS 241 896 no aspects are derived, which could be significant for the invention of DD-PS 295 618 This also applies to the inventive particle size distribution of the ceramic mass, which can not be differentiated according to the species involved

Weiterhin ist in der DD-PS 132 262 eine keramische Masse auf der Basis von Quarz und Glas angegeben, aus der ein Werkstoff gemäß KER 220 erhalten wird, wenn die Glasphase nach der Verdichtung in merklichem Umfang rekristallisiert Der Nachteil der vorgenannten Vorschlage besteht darin, daß das Erreichen der erforderlichen Biegefestigkeit von mindestens 120 MPa den Zusatz bestimmter Fluoride und/oder die Rekristallisation der Glasphase sowie eine bestimmte Quarzkornfraktion erfordert Das ist mit einem zusätzlichen technologischen Aufwand verbunden, ζ B Maßnahmen zur Vermeidung einer Fluor-Emmission, erhöhte Anforderungen an die Fuhrung des Brennprozesses sowie erhöhte Aufwendungen zur Herstellung bestimmter enger QuarzkornfraktionenFurthermore, DD-PS 132 262 discloses a ceramic mass based on quartz and glass, from which a material according to KER 220 is obtained when the glass phase recrystallizes to a considerable extent after densification. The disadvantage of the aforementioned proposals is that the achievement of the required flexural strength of at least 120 MPa requires the addition of certain fluorides and / or the recrystallization of the glass phase and a specific quartz grain fraction This is associated with an additional technological effort, Maßnahmen B measures to avoid fluorine emission, increased demands on the leadership of the Burning process and increased expenses for the production of certain narrow quartz grain fractions

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch vereinfachende Verfahrensbedingungen einen dichten keramischen Werkstoff bereitzustellen, der aufgrund seiner substantiellen Zusammensetzung und spezifischen Gefugeausbildung den wesentlichen Eigenschaftsanforderungen an elektrokeramische Werkstoffe des Typs KER 220 entspricht Erfmdungsgemaß bereitet man durch eine gemeinsame Naßmahlung einen keramischen Schlicker Der Feststoffgehalt besteht aus 30 bis 80 Masseanteile in % eines Quarzrohstoffs und aus 70 bis 20 Masseanteile in % eines vorzugsweise kristallisationsstabilen SilicatglasesThe invention has for its object to provide by denser process conditions, a dense ceramic material that meets the essential property requirements of electroceramic materials of the type KER 220 due to its substantial composition and specific Erfmdungsgemaß prepared by a common wet grinding a ceramic slurry The solids content consists of 30 to 80 parts by weight in% of a quartz raw material and from 70 to 20 parts by mass in% of a preferably crystallization-stable silicate glass

Die Versatzkomponenten Quarzsand und Glas werden gemeinsam mit Wasser in einem Feststoff-Flussigkeits-Verhaltnis von 60 bis 70 zu 40 bis 30 gemahlen und nach Abschluß der Mahlung oder kurz zuvor temporare Formgebungshilfsstoffe hinzugesetzt Die gemeinsame Naßmahlung der Versatzkomponenten erfolgt bis zu einer Teilchengroße von mehr als 95 % der Teilchen unter 0,008 mm und einem d₈₄-Wert der Teilchengroßenverteilung unter 0,005 mm Erfmdungsgemaß kommt es durch den Aufbereitungsprozeß der Versatzkomponenten im wäßrigen Medium zu lonenaustauschreaktionen an der Oberflache der Silicatglaspartikeln, in deren Folge ein stark alkalischer Schlicker mit einem pH-Wert gleich oder großer 10 erhalten wird Bedingt durch lonenaustauschreaktionen, alkalische Hydrolyse der Versatzkomponenten und tribochemischen Reaktionen wahrend des Zerklemerungsprozesses wird ein verstärkter Abbau des Glasnetzwerkes und eine Abnahme des kristallinen Quarzanteils bewirkt In der Schlickerlosung resultieren daraus hohe Alkali- und Erdalkali-Ionenkonzentrationen sowie eine erhöhte Konzentration an Si-O-Baugruppen Bei der sich anschließenden keramtechnologischen Verarbeitung des keramischen Schlickers zu einer entsprechenden keramischen Masse, vorzugsweise durch Zerstäubungstrocknung, werden die gelosten Reaktionsprodukte auf den Partikeln der Quarz- und Glaskomponente homogen abgeschiedenThe offset components quartz sand and glass are milled together with water in a solids-to-liquid ratio of 60 to 70 to 40 to 30 and added after completion of grinding or shortly before temporary shaping aids The common wet grinding of the offset components takes place to a particle size of more than 95 % of the particles below 0.008 mm and a d ₈₄ value of the particle size distribution below 0.005 mm Erfmdungsgemaß it comes through the treatment process of the offset components in the aqueous medium to ion exchange reactions on the surface of the silicate glass particles, as a result, a strong alkaline slip with a pH equal to or Due to ion exchange reactions, alkaline hydrolysis of the offset components and tribochemical reactions during the cleavage process, an increased degradation of the glass network and a decrease in the crystalline quartz content is effected. In the slurry solution result From this high alkali and alkaline earth metal ion concentrations and an increased concentration of Si-O assemblies In the subsequent ceramics processing of the ceramic slurry to a corresponding ceramic mass, preferably by spray drying, the dissolved reaction products on the particles of the quartz and glass components are homogeneous secluded

Erfmdungsgemaß erhalt man durch die Formgebung der keramischen Masse und durch den reaktiven Sinterprozeß bei Temperaturen zwischen 1 000 und 1 500 K einen dichten keramischen Werkstoff Der im Verfahren eingesetzte Quarz besteht aus einem quarzreichen Rohstoff mit mindestens 97 Ma -% Quarz, vorzugsweise aus einem Glassand, einem Quarzsand, einem Ruckstand der Gesteinsaufbereitung, beispielsweise der Kaolinaufbereitung oder einem Gemisch der genannten KomponentenAccording to the invention, a dense ceramic material is obtained by shaping the ceramic mass and by the reactive sintering process at temperatures between 1,000 and 1,500 K. The quartz used in the process consists of a quartz-rich raw material with at least 97% by mass of quartz, preferably of a glass sand. a quartz sand, a residue of the rock treatment, for example kaolin treatment or a mixture of the components mentioned

Fur die zielgemaßen Werkstoffe werden vorzugsweise Quarzanteile von 62 bis 80 Masseanteile in % eingesetzt, insbesondere 66 bis 80%For the targeted materials quartz proportions of 62 to 80 parts by weight in% are preferably used, in particular 66 to 80%

Das eingangs genannte Verhältnis Feststoff zu Flüssigkeit liegt bei der Mahlung vorzugsweise im Bereich von 63 bis 68 zu 37 bis 32 Das erfmdungsgemaß eingesetzte Glas ist ein Alkali-Erdalkali Alumoborosilicatglas und weist folgende Eigenschaften aufThe above-mentioned ratio of solid to liquid in the milling is preferably in the range of 63 to 68 to 37 to 32 The erfmdungsgemaß used glass is an alkali-alkaline earth aluminoborosilicate glass and has the following properties

Tg < 840 КTg <840 К

«300 700К 2: 8 ΙΟ«* Κ¹ «300 700К 2: 8 ΙΟ« * Κ ¹

Т_х100 > 550КТ _х100 > 550К

tan δ < 35 ТО⁴ (bei 1 Mhz)tan δ <35 ТО ⁴ (at 1 Mhz)

Die elektrischen Eigenschaften des Glases müssen gewährleisten, daß der erfindungsgemaße Werkstoff den entsprechenden Forderungen an Werkstoffe des Typs KER 220 genügt Em dafür geeigneter Glaszusammensetzungsbereich ist (in Mol-%)The electrical properties of the glass must ensure that the material according to the invention meets the relevant requirements for materials of the KER 220 type. A suitable glass composition range is (in mol%)

SiO₂ 65 bis 77 Erdalkalimetalloxide 3 bis 14, davon vorzugsweise 1 bis 5 BaOSiO ₂ 65 to 77 alkaline earth metal oxides 3 to 14, preferably 1 to 5 BaO

AI₂O₃ 2 bis 6 Alkalimetalloxide 10 bis 16Al ₂ O ₃ 2 to 6 alkali metal oxides 10 to 16

B₂O₃ 0,1 bis 12 PbO 0,1 bis 2B ₂ O ₃ 0.1 to 12 PbO 0.1 to 2

Der Einsatz von temporaren Hilfsstoffen, vorzugsweise Plastifikatoren, die durch Ausbrennen bei Temperaturen unter 830 K entfernt werden können, ist vorgesehen Vorzugsvarianten der Formgebung sind das isostatische Pressen mit ggf anschließender Weißbearbeitung, das Trockenpressen und das Heißspritzen Die Formlinge werden in an sich bekannten Aggregaten, vorzugsweise im Schnellbrandofen bei Temperaturen zwischen 1 und 1 500 K dicht gebrannt Dies kann sowohl in einem Einkanalelektrodurchschubofen mit einer Ofendurchlaufzeit von 2V2 Stunden als auch in einem Labormuffelofen mit einer Brenndauer von 15 Minuten bei der entsprechenden Maximaltemperatur erfolgenThe use of temporary excipients, preferably plasticizers, which can be removed by burning at temperatures below 830 K is provided. Preferred variants of the shaping are isostatic pressing with optional subsequent white machining, dry pressing and hot spraying. The shaped articles are preferably used in aggregates known per se This can be done both in a single-pass electric through-flow furnace with a furnace throughput time of 2V2 hours and in a laboratory muffle furnace with a burning time of 15 minutes at the corresponding maximum temperature

Erfindungsgemaß bereitgestellt wird weiterhin ein dichter keramischer Formkörper aus Quarz und Glas, der einen Quarzanteil von 25 bis 64 Masseanteile in %, eine Biegefestigkeit von 140 bis 180 MPa sowie eine Porosität von maximal 5 VoI -% aufweist und dessen thermomechanische und elektrische Eigenschaften im wesentlichen denen der Elektrokeramik des Typs KER 220 gemäß ICE-Norm 672-3 entsprechenAccording to the invention, a dense ceramic molded body of quartz and glass is provided, which has a quartz content of 25 to 64 parts by mass in%, a flexural strength of 140 to 180 MPa and a maximum porosity of 5% by volume, and whose thermomechanical and electrical properties are essentially the same electroceramics type KER 220 according to ICE standard 672-3

Der erfindungsgemaße Formkörper weist ein Glas-Quarz-Pore-Gefuge auf, dessen Gefuge infolge des reaktiven Sinterprozesses einen vergleichsweise zur keramischen Masse geringeren Quarzanteil enthalt, bedingt durch An- und Auflosung der sehr feinen Quarzpartikeln in der Glasschmelzphase bzw in der hoch Alkali- und Erdalkalimetalloxid enthaltenen Korngrenzschmelzphase Die Quarzpartikeln sind dadurch praktisch vollständig von der Glasphase benetzt und eingeschlossen Die Poren sind homogen verteilt und gerundet Der Scherben weist die wesentlichen fur die Elektrokeramik des Typs KER 220 geforderten mechanischen und elektrischen Eigenschaften auf Im Ergebnis einer Untersuchung zum Einfluß des Zerkleinerungsprozesses der Versatzkomponenten auf die Werkstoffeigenschaften wurde ein unerwartet hoher Festigkeitsanstieg beobachtet, wenn die gemeinsame Naßmahlung der Versatzkomponenten im stark alkalischen Medium mit einem pH-Wert gleich oder großer 10 durchgeführt wird, die Korngroße aller Partikeln in der keramischen Masse und damit auch der Quarzpartikeln im Werkstoff zu 95 % kleiner 0,008 mm ist, und die Durchgangskorngroße ds₄ der Korngrößenverteilung einen Wert von 0,005 mm unterschreitet und somit jenen Bereich verlaßt, der in der DD-PS 197 245 beansprucht wird bzw als Vorzugsbereich gekennzeichnet ist Dieser Festigkeitsanstieg geht deutlich über das Maß hinaus, das fur ein in der DD-PS 241 896 angegebenes Glas-Quarz-Sintermaterial mit vergleichbarer Korngrößenverteilung der Quarzpartikeln gefunden wurde Überraschend ist auch, daß die unerwartet hohe Biegebruchfestigkeit des Glas-Quarz-Sinterwerkstoffs nahezu den Festigkeitswerten entspricht, die an einkristallinem Quarz bestimmt werden Fur den unerwarteten Effekt der Festigkeitssteigerung ist die Verbesserung des Einbindungsgrades der Quarzpartikeln in das Matrixmaterial verantwortlich, die infolge des reaktiven Aufbereitungsprozesses durch die Erhöhung der Alkali- und Erdalkalimetalloxidkonzentration in der Korngrenzschicht der Partikeln und durch den damit im Zusammenhang stehenden reaktiven Sinterprozeß an den Quarzkorngrenzflachen bedingt wird Erst mit der erfindungsgemaßen gemeinsamen Naßmahlung der Versatzkomponenten im stark alkalischen Medium wird die im allgemeinen bei den durch Trockenmahlung der Versatzkomponenten, Schlickerbereitung und Zerstäubungstrocknung hergestellten keramischen Massen zu beobachtende ungenügende und von Versatzaufbau und Sintertemperatur abhangige Quarzeinbindung überwunden, so daß auch keramische Massen mit Quarzanteilen großer gleich 70 Ma -% zu dichten Werkstoffen gebrannt werden können Dabei wird gleichzeitig eine deutliche Festigkeitssteigerung erzielt Die Verbesserung der Quarzeinbindung ist darüber hinaus mit einem deutlich meßbaren Anstieg der Gefugespannungen an den Quarzpartikeln verbunden Das Werkstoffgefuge mit guter Quarzeinbindung ist durch eine geringe Porenzahl und -große gekennzeichnet Die Anzahl der Rißbildungskeime und die Rißbildungsneigung ist somit bedeutend geringer als bei dem fluoridfreien Glas-Quarz-Sintermaterial des Standes der Technik Als glasiges Ausgangsmatenal fur die erfindungsgemaße Masse können alle an sich kristallisationsstabilen Silicatglaser mit einem mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten von mindestens 8 χ 10 ⁶K ¹ und einer Transformationstemperatur unterhalb der Hoch Tief-Quarzumwandlung dienen Ein fur den erfindungsgemaßen Formkörper bevorzugter Quarzanteil liegt zwischen 40 und 55 Masseanteile in % Die Porosität betragt vorzugsweise 1 bis 5 VoI -% Der Formkörper enthalt infolge Mahlkugelabriebs einen Anteil von etwa 4 bis 10 Masseanteile in % an Korund Die Oberflache ist im allgemeinen matt bzw mattglanzendThe inventive molding has a glass-quartz-pore Gefuge whose Gefuge due to the reactive sintering process contains a comparatively lower quartz content compared to the ceramic mass, caused by dissolution and dissolution of the very fine quartz particles in the glass melting phase or in the high alkali and Erdalkalimetalloxid The pebbles are homogeneously distributed and rounded The pebbles have the essential mechanical and electrical properties required for KER 220 electroceramines. As a result of a study on the influence of the comminution process of the offset components the material properties, an unexpectedly high increase in strength was observed when the common wet grinding of the offset components is carried out in a strongly alkaline medium with a pH equal to or greater than 10, the grain size of all P 95% less than 0.008 mm in the ceramic material and thus the quartz particles in the material, and the Durchgangsskorngröße ds _{4 of} the particle size distribution falls below a value of 0.005 mm and thus leaves that range, which is claimed in DD-PS 197 245 or This increase in strength goes well beyond the extent that was found for a specified in DD-PS 241 896 glass-quartz sintered material with comparable particle size distribution of quartz particles was also surprising that the unexpectedly high flexural strength of the glass-quartz The unexpected effect of the increase in strength is due to the improvement in the degree of incorporation of the quartz particles into the matrix material which, due to the reactive treatment process, is increased by increasing the alkali and alkaline earth metal oxide concentration i n is the grain boundary layer of the particles and caused by the associated reactive sintering process at the quartz grain boundary surfaces only with the invention according to the common wet grinding of the offset components in strongly alkaline medium is generally observed in the dry masses of the offset components, slurry preparation and Zerstäubungstrocknung ceramic mass Inadequate and dependent on the composition of the composition and sintering temperature quartz inclusion overcome, so that even ceramic masses with quartz proportions equal to 70 Ma - can be fired to dense materials At the same time a significant increase in strength is achieved The improvement of the quartz inclusion is also with a significant measurable increase in Gefugespannungen connected to the quartz particles The Werkstoffgefuge with good quartz inclusion is characterized by a low pore number and size The number of Rißbildungskeime un d The cracking tendency is thus significantly lower than in the fluoride-free glass-quartz sintered material of the prior art As glassy Ausgangsmatenal for the composition according to the invention, all per se crystallization-stable silicate glass with an average linear expansion coefficient of at least 8 χ 10 ⁶ K ¹ and a transformation temperature below The preferred quartz content for the molded article according to the invention is between 40 and 55% by weight in porosity. The porosity is preferably 1 to 5% by volume. The shaped article contains about 4 to 10% by weight of corundum due to milling ball abrasion is generally dull or matt glossy

-5- 295 Ausführungsbeispiele-5- 295 embodiments

Die Erfindung soll nachstehend durch Ausfuhrungsbeispiele naher erläutert werdenThe invention will be explained in more detail by exemplary embodiments

Beispiele 1 bis 6Examples 1 to 6

30 bis 80 Masseanteile in % Quarzsand Weferlingen Sorte B werden mit 70 bis 20 Masseanteile in % vorzerkleinertem Silicatglas der chemischen Zusammensetzung in Masseanteile in %30 to 80% by weight in% quartz sand Weferlingen grade B are mixed with 70 to 20 parts by weight in% of pre-shredded silicate glass of the chemical composition in mass fractions in%

SiO₂ SiO ₂ 6262 CaOCaO 4,24.2 AI₂O₃ Al ₂ O ₃ 6,56.5 BaOBaO 9,09.0 B₂O₃ B ₂ O ₃ 2,82.8 Na₂ONa ₂ O 3,03.0 Fe₂O₃ Fe ₂ O ₃ 0,10.1 K₂OK ₂ O 11,611.6

sowie mit den nachfolgenden physikalischen Eigenschaftenas well as with the following physical properties

«300 700 к 9^|elch8<9 XiO-⁶K-¹ Tg gleich 819 K Dichte gleich 2,6 g/cm³ «300 700 к 9 ^{| elch8} <9 XiO- ⁶ K- ¹ Tg equal to 819 K Density equal to 2.6 g / cm ³

in einer 40-l-Trommelmuhle mit Sinterkorundkugeln als Mahlkörper und einem Mahlkörper Mahlmedium Mahlgut-Verhältnis von 5 0,5 1 20 bis 80 Stunden vorzugsweise 48 bzw 65 Stunden naßgemahlen Die wäßrige Suspension hat einen pH-Wert von 10 bzw 11, ihr Feststoffanteil weist Korngroßendurchgangswerte auf, die kleiner sind alsin a 40-l drum mill with sintered corundum balls as grinding media and a grinding medium grinding medium grinding ratio of 5 0.5 1 20 to 80 hours preferably 48 or 65 hours wet-ground The aqueous suspension has a pH of 10 or 11, their solids content points Grain size throughput values that are smaller than

d₉₅ = 0,0075 mmd ₉₅ = 0.0075 mm

d₈₄ = 0,0049 mmd ₈₄ = 0.0049 mm

d₅₀ = 0,0024 mmd ₅₀ = 0.0024 mm

d₁₆ = 0,0007 mmd ₁₆ = 0.0007 mm

und die spezifische Oberflache der keramischen Masse ist großer gleich 6,5 m²/g Durch Zugabe einer wäßrigen Hilfsstofflosung, bestehend aus 0,5 bis 1 Masseanteile in % eines Polyvinylalkohol und 0,5 bis 2 Masseanteile in % eines speziellen Polyethylenglykols, wird die Suspension durch kurzzeitige intensive Homogenisierung in der Trommelmühle zu einem stehfahigen Schlicker weiterverarbeitetand the specific surface area of the ceramic mass is equal to or greater than 6.5 m ² / g. By adding an aqueous adjuvant solution consisting of 0.5 to 1 parts by mass in% of a polyvinyl alcohol and 0.5 to 2 parts by mass in% of a specific polyethylene glycol, the Suspension further processed by short-term intensive homogenization in a drum mill to a still-standing slurry

Der Tabelle 1 sind fur die Beispiele 1 bis 6 die Bedingungen des reaktiven Aufbereitungsprozesses der Versatzkomponenten und die Pulvercharakteristika des Feststoffanteils zu entnehmen Das aus dem keramischen Schlicker hergestellte Granulat wurde uniaxial mit einem Druck von 20 bis 100 MPa trocken zu Formkorpern verpreßt Daran schloß sich der Sinterprozeß sowohl in einem Einkanalelektrodendurchschubofen bei Brenntemperaturen von 1 000 bis 1 280 K, Brennzeiten von 10 Minuten bei Maximaltemperatur sowie einer Ofendurchlaufzeit von 2¹/₂ Stunden als auch im Labormuffelofen bei einer Brenntemperatur von 1 000 bis 1 450 K mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 2 K/min und einer Haltezeit von 15 Minuten bei Maximaltemperatur an Die dicht gebrannten Formkörper zeigen im Ergebnis des reaktiven Aufbereitungs- und Sinterprozesses mit einem Phasenbestand von vorzugsweise 25 bis 55 Masseanteile in % Quarzanteil, 4 bis 8,5 Masseanteile in % Korund und dem Rest Glas das offenbarte Gefuge Die geschlossene Porosität ist gering und erreicht Werte von 1 bis 5 Volumenanteile in % Die charakteristischen Eigenschaften fur eine dichte Quarzkeramik, die die Eigenschaftsanforderungen fur die Elektrokeramik des Typs KER 220 erfüllt, sind anhand der Beispiele 1 bis 6 in der Tabelle 2 zusammengestelltTable 1 shows, for Examples 1 to 6, the conditions of the reactive preparation process of the offset components and the powder characteristics of the solids content. The granules prepared from the ceramic slurry were pressed uniaxially at a pressure of 20 to 100 MPa dry to form molds. This was followed by the sintering process both a Einkanalelektrodendurchschubofen at firing temperatures from 1000 to 1280 K, burn times of 10 minutes at maximum temperature, and a furnace cycle time of 2 ^_1/2 hours as a well in a laboratory muffle furnace at a firing temperature of 1000 to 1450 K at a heating rate of 2 K / The densely fired shaped bodies show, as a result of the reactive treatment and sintering process, a phase balance of preferably 25 to 55 parts by mass in% quartz, 4 to 8.5 parts by mass in% corundum and the remainder glass revealed Gefuge The ges porosity is low and reaches values of 1 to 5 volume percentages in%. The characteristic properties for a dense quartz ceramic that meets the property requirements for the KER 220 electroceramics are summarized in Table 2 using Examples 1 to 6

Table 1

Bedingungen der gemeinsamen Naßmahlung der Versatzkomponenten und Pulvercharakteristika der keramischen MassenConditions of joint wet grinding of the offset components and powder characteristics of the ceramic masses

Beispiel 1example 1 Beispiel 2Example 2 Beispiel 3Example 3 Beispiel 4Example 4 Trommelmühledrum mill KER7100 25-30 mmKER7100 25-30 mm Beispiel 5Example 5 Beispiel 6Example 6 Quarz (Ma -%)Quartz (Ma -%) 3030 4040 5050 6060 40-l-Hartporzel langefaß40 l hard porcelain long barrel 7070 8080 Glas (Ma -%)Glass (Ma -%) 7070 6060 5050 4040 Sinterkorundsintered 3030 2020 Feststoff-solid Flussigkeits-Liquid- verhaltnisrelationship 65 3565 35 65 3565 35 65 3565 35 65 3565 35 68 h68 h 65 3565 35 65 3565 35 Mahlaggregatgrinding unit 5 0,5 15 0.5 1 1111 MahlgefaßMahlgefaß 48 h48 h Mahlkörpergrinding media 1111 Mahlkörpergrinding media Mahlmediumgrinding media Mahlgut-regrind VerhaltnisRelationship Mahldauergrinding time 49 h49 h 48 h48 h 65 h65 h 66 h66 h pH-WertPH value 1111 1111 1111 10-1110-11 Durchgangspassage werte (um)values (um)

Tabelle 1 (Fortsetzung)Table 1 (continued)

Beispiel 1example 1 Beispiel 2Example 2 Beispiel 3Example 3 Beispiel 4Example 4 Beispiel 5Example 5 Beispiel 6Example 6 ^d95 ^d 95 6,86.8 7,57.5 7,47.4 7,07.0 5,85.8 6,06.0 ^d84 ^d 84 4,24.2 4,64.6 4,74.7 3,93.9 2,82.8 3,63.6 ^d50 ^d 50 1,81.8 1,81.8 1,81.8 1,51.5 1,51.5 1,41.4 diethe 0,60.6 0,60.6 0,60.6 0,40.4 0,40.4 0,40.4 Spez OberflSpec surface 6,56.5 6,76.7 6,96.9 7,47.4 8,88.8 10,010.0 (m²/g)(m ² / g) Dichte (g/cm³)Density (g / cm ³ ) 2,692.69 2,692.69 2,712.71 2,702.70 2,722.72 2,712.71

Table 2

Charakteristische Eigenschaften der dichten QuarzkeramikCharacteristic features of dense quartz ceramics

Eigenschaften SymbolProperties icon Einheitenunits Beispiel 1example 1 Beispiel 2Example 2 Beispiel 3Example 3 Beispiel 4Example 4 Beispiel 5Example 5 Beispiel 6Example 6 Brenntemperatur HaltezeitBurning temperature holding time K minK min 990 15990 15 1 040 101 040 10 1 100 151 100 15 1 190 151 190 15 1 270 151 270 15 1 490 151 490 15 Rohdichte p_R Bulk density p _R g/cm³ g / cm ³ 2,612.61 2,612.61 2,602.60 2,562.56 2,522.52 2,452.45 Offene PorositätOpen porosity -- -- -- -- -- -- Biegefestigkeit unglasiert RfBending strength unglazed Rf MPaMPa 150150 164164 174174 161161 175175 167167 Elastizitätsmodul EYoung's modulus E GPaGPa 8080 8181 8080 8383 8181 7979 Mittlerer Langenaus- dehnungskoeffizient ^a50 500 ⁰CAverage elongation coefficient ^a 50 500 ⁰ C 10⁶K¹ 10 ⁶ K ¹ 11,511.5 12,212.2 12,412.4 13,313.3 12,912.9 12,012.0 Temperaturwechsel- beständigkeit AtThermal shock resistance At KK 150150 Durchschlag festigkeit E_d Breakdown strength E _d kV/mmkV / mm 9292 108108 114114 153153 142142 129129 Permittivitatszahl e_t 0,1 MHzPermittivity number e _t 0.1 MHz 6,46.4 6,26.2 5,95.9 5,75.7 5,55.5 5,45.4

Dielektrischer Verlustfaktor bei 20 ⁰CDielectric loss factor at 20 ⁰ C

0,1 MHz tan δ 10 ³ 2,60.1 MHz tan δ 10 ³ 2.6

1 MHztan δ 10 ³ 2,21 MHZ δ 10 ³ 2.2

10 MHz tan δ 10 ³ 2,210 MHz tan δ 10 ³ 2.2

2,1 2,32.1 2.3

2,1 2,0 1,92.1 2.0 1.9

3,0 3,0 3,13.0 3.0 3.1

Spezifischerspecific 2020 ⁰C ⁰ C Pvpv ПетПет 1,41.4 ΙΟ¹⁶ ΙΟ ¹⁶ 1,31.3 10¹⁶ 10 ¹⁶ 1,71.7 10¹³ 10 ¹³ 1,61.6 10¹⁵ 10 ¹⁵ 55 ,9, 9 10¹⁴ 10 ¹⁴ 7,87.8 10¹*10 ¹ * Widerstandresistance 100100 ⁰C ⁰ C Pvpv ПетПет 6,96.9 ΙΟ¹³ ΙΟ ¹³ 1,41.4 10¹⁴ 10 ¹⁴ 6,86.8 10¹³ 10 ¹³ 1,11.1 10¹³ 10 ¹³ 77 ,0, 0 10¹¹ 10 ¹¹ 4,54.5 10¹¹ 10 ¹¹ (Gleichspannung(DC 200200 ⁰C ⁰ C Pvpv ПетПет 2,42.4 10¹⁰ 10 ¹⁰ 3,63.6 10¹⁰ 10 ¹⁰ 3,13.1 10¹⁰ 10 ¹⁰ 7,37.3 10⁹ 10 ⁹ 33 ,22 109109 8,28.2 10⁸ 10 ⁸ bei gegebenerat given 300300 ⁰C ⁰ C Pvpv ПетПет 4,14.1 10⁸ 10 ⁸ 4,34.3 ΙΟ⁸ ΙΟ ⁸ 3,83.8 10⁸ 10 ⁸ 1,21.2 10⁸ 10 ⁸ 44 ,33 10⁷ 10 ⁷ 2,02.0 10⁷ 10 ⁷ Temperatur)Temperature)

Claims

1. A process for the preparation of dense quartz ceramic moldings

by preparing a ceramic mass from an offset consisting of 40 to 60 parts by mass in% quartz and 60 to 40 parts by mass in% of a crystallization-stable silicate glass with the chemical composition (in mol%)

SiO ₂ 65-77 alkaline earth metal oxides 3-14

Al ₂ O ₃ 2-6 Alkali metal oxides 10-16

B ₂ O ₃ 0.1-12 PbO 0.1-2

other ingredients, such as ZnO, FeO, Mn 0-2

and the physical properties

Tg <840 K

СІ300 ... 700К> 8x 10- ⁶ K ^"1

^T x100 ^г 550 K

tan delta <35 χ 10 " ⁴ (at 1 Mhz)

and temporary forming aids,

by shaping the ceramic mass into green bodies,

- by firing the green bodies in the temperature range from 1 000 to 1 500 K to form a ceramic shard that meets the essential requirements of KER 220 electroceramic materials in accordance with ICE Standard 672-3,

characterized in that a slurry of the constituents quartz and silica glass and water is prepared at a solid to liquid ratio of 60 to 70 to 40 to 30 by grinding while maintaining the setting in the comminution process pH of> 10, the slurry then in a ceramic mass, preferably by spray drying, in which the particle size of more than 95% of the particles is less than 0.008 mm and the d ₈ 4 value of the particle size distribution is less than 0.005 mm and in which the soluble reaction products formed in the comminuting process are homogeneous are deposited on the quartz and glass particles, these form in the subsequent heat treatment of the green compacts an alkaline and erdalkalireiche grain boundary melt phase, which dissolves the remaining quartz and partially dissolves to form a glassy silicate melt while fully wetting and integration of the quartz to a di ceramic sintered leads, which has a relation to the initial offset reduced quartz content, a corundum content as Mahlkörperabrieb of about 4 to 10 wt .-% and a maximum porosity of 5 vol .-% and whose 3-point bending strength is 140 to 180 MPa.

2. A method for producing dense ceramic shaped body according to claim 1

- by preparing a ceramic mass from an offset consisting of 60% by mass of quartz and 40% by weight of silicate glass and temporary forming aids,

by shaping the ceramic mass into green lenses,

by firing the green compacts in the temperature range from 1 000 to 1 500 K to a ceramic shard that meets the essential requirements of KER 220 according to ICE Standard 672-3 electroceramic materials, characterized in that a slip from the quartz / silicate glass offset plus 1 to 100 parts by weight of quartz and water at a solids to liquid ratio of 60 to 70 to 40 to 30 by grinding while maintaining the setting in the comminution process pH of> 10 is prepared, the slurry then in a ceramic mass, preferably by spray drying , in which the particle size of more than 95% of the particles is less than 0.008 mm and the ds4 value of the particle size distribution is less than 0.005 mm, and in which the soluble reaction products formed in the comminution process are homogeneously deposited on the quartz and glass particles; these reaction products in the subsequent heat treatment of the green compacts form an alkaline and alkaline earth rich grain boundary melt phase, which partially dissolves the remaining quartz and partially dissolves to form a glassy silicate melt, thereby resulting in a dense ceramic shards with complete wetting and integration of the quartz, which reduced one compared to the output offset Quartz content between 25 and 64 parts by mass in%, has a corundum content as Mahlkörperabrieb of about 4 to 10 wt .-% and whose 3-point bending strength is 160 to 180 MPa.

3. A process for producing dense ceramic shaped bodies according to claim 1

by preparing a ceramic mass from an offset consisting of 40 parts by weight of quartz and 60 parts by weight of silicate glass and temporary shaping aids,

by shaping the ceramic mass into green bodies,

characterized in that a slip from the quartz / silicate glass offset is added to 1 to mass proportions silicate glass and water at a solids to liquid ratio of 60 to 70 to 40 to 30 prepared by grinding while maintaining the adjusting during the comminution process pH of> 10 the slurry is then converted into a ceramic mass, preferably by spray drying, in which the particle size is greater than 95% of the particles less than 0.008 mm and the d ₈₄ value of particle size distribution less than 0.005 mm and in which the particles formed in the comminuting process are soluble reaction products are deposited homogeneously on the quartz and glass particles; these reaction products in the subsequent heat treatment of the green compacts an alkaline and erdalkalireiche grain boundary melt phase which dissolves the remaining quartz and partially dissolves to form a glassy silicate melt while fully wetting and integration of the quartz leads to a dense ceramic shards, which reduced one compared to the output offset Quartz fraction between 25 and 29 parts by weight in%, has a corundum fraction as Mahlkörperabrieb of about 4 to Ma .-% and a maximum porosity of 5 vol .-% and its 3-point bending strength is 140 to 150 MPa.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the ratio of solid to liquid 63 to 68 amounts to 37 to 32.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a quartz-rich raw material with at least 97 parts by mass in% quartz, preferably glass sand, a residue of the rock treatment or a mixture of these is used as quartz.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the corresponding ceramic material contains a quartz content of 25 to 64 and a Mahlkugelabrieb originating corundum content of preferably 4 to 12 parts by mass in% and a specific surface area in the range of 5 to 10 m ² / g has.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sintering process takes place in rapid firing.

8. Shaped body according to one of the preceding claims, characterized in that it contains corundum in a proportion of about 4 to 10 parts by mass.

9. Shaped body according to one of the preceding claims, characterized in that it has a matt or matt gloss self-glaze and has a smooth surface.