DE10012343A1 - Production of ceramic objects and technical ceramics used in the production of bottle tops comprises using ground glass in the form of ground recycled glass as flow former - Google Patents
Production of ceramic objects and technical ceramics used in the production of bottle tops comprises using ground glass in the form of ground recycled glass as flow formerInfo
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Abstract
Description
Bei der Herstellung sowohl von Geschirrkeramik als auch technischer Ke ramik werden für die Sinterung der keramischen Masse sogenannte Fließ bildner, auch Feldspate genannt, verwendet. Diese Rohstoffe werden fein gemahlen dem jeweiligen Masseversatz zugesetzt, wobei auch Nephelin und andere Flußmittel zum Einsatz kommen. Da es sich bei diesen Roh stoffen um wertvolle Materialien handelt, die teilweise nur schwer aufzu bereiten sind, wirkt sich deren Verwendung bei der Porzellan- und Kera mikherstellung stark kostenerhöhend aus.In the manufacture of both tableware ceramics and technical ke ramic are so-called flow for the sintering of the ceramic mass used, also called feldspar. These raw materials are fine ground added to the respective mass offset, including nepheline and other fluxes are used. Since this is raw fabrics are valuable materials that are sometimes difficult to open are prepared, their use affects the porcelain and kera mic manufacturing greatly increases costs.
Ziel der Erfindung ist es, Porzellanscherben bzw. Porzellangegenstände und technische Keramik auf besonders wirtschaftliche Art und Weise un ter Gewährleistung der geforderten hohen Qualität herzustellen. Insbe sondere soll erreicht werden, daß mikrodefektfreie Keramikgegenstände bei Brenntemperaturen im Bereich von 1100°C im Einbrandverfahren hergestellt werden können.The aim of the invention is to create porcelain fragments or porcelain objects and technical ceramics in a particularly economical way to ensure the required high quality. In particular special should be achieved that micro-defect-free ceramic objects at firing temperatures in the range of 1100 ° C in the single-firing process can be produced.
Ferner ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Festigkeit größer 100 MPa, insbesondere bei gleichzeitiger Reduzierung der Scherbenstärke zu erzielen und dabei vor allem auch eine Verringerung der Herstellkosten zu erreichen. It is also an object of the present invention to increase strength 100 MPa, especially with a simultaneous reduction in the body thickness to achieve and above all a reduction in manufacturing costs to reach.
Schließlich gehört es zur Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine Wiederverwendbarkeit der hergestellten Produkte zu gewährleisten und damit die Umweltbelastung wesentlich zu reduzieren.Finally, it is an object of the present invention to: To ensure reusability of the manufactured products and thereby significantly reducing the environmental impact.
Gemäß der Erfindung wird in der jeweiligen Materialzusammensetzung für das zu fertigende Keramikprodukt als Fließbildner zumindest zu einem wesentlichen Teil Glasmehl verwendet, insbesondere wird Feldspat und Quarz durch Glasmehl ersetzt.According to the invention in the respective material composition for the ceramic product to be manufactured as a flow former at least to one essential part of glass flour is used, especially feldspar and Quartz replaced by glass powder.
Das Glasmehl wird bevorzugt durch Verarbeitung von Recyclinggläsern, wie z. B. Flaschenglas, Fensterglas, Bor-Silikat-Glas sowie Barium-Silikat- Glas erhalten.The glass powder is preferred by processing recycled glass, such as B. bottle glass, window glass, boron silicate glass and barium silicate Received glass.
Durch den Einsatz von Glasmehlen als Substitutionsprodukt für Feldspat gelingt es, technisch einwandfreie Niedrigtemperatur-Erzeugnisse zu ferti gen. Aus der Verbindung von Preßmasse mit Recyclingglas-Abfall (Wertstoff) können erfindungsgemäß neue keramische Produkte, wie z. B. auch Verschlußknöpfe für Flaschen, bei niedriger Brenntemperatur mit einem hohen Anteil von Wertstoff hergestellt werden, wobei der Wert stoffanteil bei speziellen Produkten bis zu 90% betragen kann.By using glass flour as a substitute for feldspar succeeds in producing technically perfect low-temperature products From the combination of molding compound with recycling glass waste (Recyclable material) new ceramic products, such as. B. also locking buttons for bottles, at low firing temperature a high proportion of recyclable material, the value The proportion of substance in special products can be up to 90%.
Die verwendete Keramik-Glasmasse wird hinsichtlich Wasseraufnahme, Porösität und Festigkeit so gewählt, daß die in der Praxis geforderten Er gebnisse, insbesondere absolute Dichtheit, erzielt werden.The ceramic glass mass used is used for water absorption, Porosity and strength chosen so that the Er Results, especially absolute tightness, can be achieved.
Für bestimmte Anwendungsfälle sind zumindest 20% und insbesondere zumindest 30% Recyclingglas, z. B. Borglas, in dem neuen Ausgangswerk stoff enthalten. Ein etwa 50%iger Kaolinanteil kann gemäß einer Ausfüh rungsvariante beibehalten werden, da dies für eine rationelle Fertigung von Vorteil ist.For certain use cases, at least 20% and in particular at least 30% recycled glass, e.g. B. Borglas, in the new parent plant contain fabric. According to an embodiment, an approximately 50% kaolin fraction tion variant can be retained, as this is for rational production is an advantage.
Bewährt hat sich auch die Verwendung von etwa 20% bayerischem Peg matits aus der Oberpfalz, da sich dieser Zusatz aus Kostengründen emp fiehlt.The use of about 20% Bavarian peg has also proven itself matits from the Upper Palatinate, since this addition is recommended for cost reasons is missing.
Der Dichtbrand wird bevorzugt im Bereich von 1100°C bzw. 1150°C durchgeführt, was auch vorteilhaft niedrige Brennkosten zur Folge hat. Als Hilfsstoff bietet sich der Einsatz preisgünstigerer Brennhilfsmittel (Brennplatten und Brennstützen für 1100°C) an.Sealing fire is preferred in the range of 1100 ° C or 1150 ° C carried out, which also has advantageous low burning costs. The use of cheaper kiln furniture is an ideal auxiliary (Fuel plates and fuel supports for 1100 ° C).
Die angestrebte Festigkeit, die bevorzugt größer 100 MPa ist, kann durch eine Verbesserung der Verflüssigung des Recyclingglass-Schlickers noch zusätzlich erhöht werden.The desired strength, which is preferably greater than 100 MPa, can be achieved by an improvement in the liquefaction of the recycling glass slip can also be increased.
Der Anteil an Recyclingglas in der keramischen Masse, der auch für die Reduzierung der Brenntemperatur und damit für die Einsparung von Energiekosten maßgeblich ist, liegt vorzugsweise im Bereich von 30 bis 70%, insbesondere im Bereich von 50 bis 70%, wobei der gegenüber kon ventionellem Hartporzellan erhöhte Glasanteil gezielt zur Erzeugung von Druckspannungen in der Oberfläche eingesetzt werden kann. Durch diese Druckspannungen, die die Rißausbreitung verhindern, kann die Festigkeit gesteigert werden. Dies führt wiederum dazu, daß bei einer erhöhten Scherbenfestigkeit eine Reduzierung der Scherbenstärke ermöglicht wird, ohne daß es zu einem verstärkten Bruch des Porzellans kommt. Dadurch werden die Massekosten reduziert, weil einerseits das Recyclingglas preis werter ist als die sonst zu verwendenden Sande und Flußspäte, und ande rerseits bei verringerter Scherbenstärke weniger Masse benötigt wird.The proportion of recycled glass in the ceramic mass, which is also for the Reduction of the firing temperature and thus for the saving of Energy costs is decisive, is preferably in the range of 30 to 70%, in particular in the range from 50 to 70%, with the con conventional hard porcelain specifically increased glass content to produce Compressive stresses can be used in the surface. Through this Compressive stresses that prevent crack propagation can increase strength be increased. This in turn leads to an increased Cullet strength enables a reduction in cullet thickness, without the porcelain breaking. Thereby the mass costs are reduced because, on the one hand, the recycling glass costs is more valuable than the otherwise used sands and river late, and others on the other hand, less mass is required with reduced body thickness.
Als Recyclinggläser können vorzugsweise Flaschengläser mit einem SiO2- Gehalt von etwa 71%, einem Alkali-Gehalt von etwa 13% und einem Er dalkali-Gehalt von etwa 12% oder auch Barium-Silikatglase, wie sie für Fernsehkolben eingesetzt werden, verwendet werden, wobei letzteres einen SiO2-Gehalt von etwa 72%, einen Bariumoxid-Gehalt von etwa 4,6% und einen Alikali-Gehalt von etwa 15% aufweist.Bottle glasses with an SiO 2 content of about 71%, an alkali content of about 13% and an alkaline content of about 12% or barium silicate glasses, such as those used for television flasks, can preferably be used as recycling glasses. the latter having an SiO 2 content of about 72%, a barium oxide content of about 4.6% and an Alikali content of about 15%.
Für chemische Anwendungen kann Bor-Silikatglas mit einem SiO2-Gehalt von etwa 63%, einem B2O3-Gehalt von etwa 6% und einem Alkali-Gehalt von etwa 15% verwendet werden. Alle %-Angaben beziehen sich auf Ge wichtsprozente.For chemical applications, boron silicate glass with an SiO 2 content of about 63%, a B 2 O 3 content of about 6% and an alkali content of about 15% can be used. All percentages relate to percentages by weight.
Für die jeweilige Endprodukt-Qualität spielt das Mahlen des eingesetzten Glases eine wesentliche Rolle, wobei vorzugsweise so gemahlen wird, daß eine mittlere Korngröße von etwa 12 bis 13 µm erhalten wird.The grinding of the used one plays for the respective end product quality Glass plays an essential role, preferably grinding so that an average grain size of about 12 to 13 microns is obtained.
Der Zusatz des Glasanteils vorgebbarer Feinheit und Zusammensetzung zur Masse wird nach der Erfindung bevorzugt so gewählt, daß ein Dicht brand des jeweiligen Scherbens oder Produkts im Bereich von etwa 1150°C ermöglicht wird.The addition of the glass portion of predeterminable fineness and composition to the mass according to the invention is preferably chosen so that a seal Brand of the respective body or product in the range of about 1150 ° C is made possible.
Zur Bestimmung der jeweils optimalen, auch vom gewünschten Produkt abhängigen Massen werden Porzellanversätze mit variierendem Anteil vom Recyclingglas versetzt, wobei das Recyclingglas in unterschiedlich fein aufgemahlenem Zustand eingesetzt werden kann. Für die verschiedenen Versätze wird dann die Dichtbrandtemperatur ermittelt. Die Dichte und die Homogenität des Scherbens werden gemessen. Zur Messung der Fe stigkeit werden Prüfkörper hergestellt und es kann mit runden oder qua dratischen Stäben die Biegefestigkeit bestimmt werden. Parallel dazu wer den die optischen Eigenschaften gemessen sowie eine entsprechende Gla sur abgestimmt. In einem Farbmeßgerät lassen sich die Prüfkörper hin sichtlich Glanz und Farbe durchmessen, insbesondere im Vergleich zu ei nem konventionellen Porzellan. In Abhängigkeit von den Meßergebnissen läßt sich eine Optimierung der jeweiligen Zusammensetzung finden, wobei Optimierungskriterien insbesondere die Zusammensetzung des jeweiligen Recyclingglases, der Anteil des Recyclingglases im Porzellanversatz sowie der Mahlgrad des Recyclingglases sind.To determine the optimal product, including the desired product Dependent masses are porcelain offsets with varying proportions from Recycled glass offset, the recycled glass in different sizes ground condition can be used. For the different The sealing firing temperature is then determined offsets. The density and the homogeneity of the body is measured. For measuring the Fe test specimens are produced and it can be round or qua the bending strength can be determined. In parallel who the measured the optical properties and a corresponding Gla sur matched. The test specimens are placed in a color measuring device visually measure gloss and color, especially when compared to egg conventional porcelain. Depending on the measurement results an optimization of the respective composition can be found, whereby Optimization criteria in particular the composition of each Recycled glass, the proportion of recycled glass in the porcelain offset as well are the grind of the recycled glass.
Ein bevorzugter Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Masse liegt in der Herstellung von Verschlußelementen für Gefäße, insbesondere für mit einem Spannbügel versehene Verschlußköpfe für Flaschen wie sie in der europäischen Patentanmeldung 99 120 536.0 beschrieben sind.A preferred application of the composition according to the invention is in the production of closure elements for vessels, especially for with a locking head for bottles as shown in the European patent application 99 120 536.0 are described.
Ein wesentlicher Aspekt im Zusammenhang mit derartigen Porzellan knöpfen mit Recyclingglaszusatz besteht darin, daß diese Porzellanknöpfe in ihrer Gesamteinheit, d. h. einschließlich des Dichtmaterials in einer Fla schenglasschmelze aufgeschmolzen werden können, d. h. es ist eine voll ständige Recyclingfähigkeit gegeben.An essential aspect in connection with such porcelain button with recycled glass additive is that these porcelain buttons in its entirety, d. H. including the sealing material in a bottle can be melted, d. H. it is full given permanent recyclability.
Dieses vollständige Auflösen des Glaskeramikverschlusses einer Bügelfla sche wurde durch folgende Versuche nachgewiesen: This complete dissolution of the glass ceramic closure of a flap cal was verified by the following tests:
Erster Versuch:
Aufheizen eines Al2O3-Tiegels aus mindestens 55% Al2O3 mit 300 g
Grünglasscherben
Nachlegen von 100 g Grünglasscherben mit drei Brocken Glaskeramik
Halten der Temperatur von 1400°C für 8 Stunden
Ausschalten des Ofens und Abkühlen des Tiegels mit dem OfenFirst try:
Heating an Al 2 O 3 crucible made from at least 55% Al 2 O 3 with 300 g of broken glass
Add 100 g of broken glass with three chunks of glass ceramic
Keep the temperature of 1400 ° C for 8 hours
Turn off the oven and cool the crucible with the oven
Zweiter Versuch:
Aufheizen eines Al2O3-Tiegels aus mindestens 55% Al2O3 mit 300 g Weiß
glasscherben in 2 Stunden auf 1400°C
Nachlegen von 100 g Weißglasscherben mit vier Brocken Glaskeramik (m1
= 0,9150 g, m2 = 0,6099 g, m3 = 0,3143 g, m4 = 0,01101 g)
Halten der Temperatur von 1400°C für 8 Stunden
Abkühlen des Tiegels im Ofen in 20 Stunden von 1400°C auf 20°C.Second try:
Heating an Al 2 O 3 crucible from at least 55% Al 2 O 3 with 300 g of broken glass in 2 hours to 1400 ° C
Add 100 g of broken white glass with four pieces of glass ceramic (m 1 = 0.9150 g, m 2 = 0.6099 g, m 3 = 0.3143 g, m 4 = 0.01101 g)
Keep the temperature of 1400 ° C for 8 hours
The crucible is cooled in the oven from 1400 ° C to 20 ° C in 20 hours.
Als Ergebnis konnte in beiden Versuchen ein vollständiges Aufschmelzen der Glaskeramikstücke beobachtet werden, wobei in der erstarrten Schmelze keine Schlieren zu erkennen waren. Da der verwendete Tiegel relativ klein und damit auch die Glasmasse nur gering war, ist mit Si cherheit davon auszugehen, daß in einer großen Glaswanne mit mehreren Tonnen die eingebrachten Verschlußknöpfe jeweils problemlos vollständig aufgeschmolzen werden.As a result, complete melting was possible in both experiments of the glass ceramic pieces are observed, being in the solidified No smears were visible. Because the crucible used with Si is relatively small and therefore the glass mass was only small security to assume that in a large glass tub with several Tons of the locking buttons brought in completely without any problems be melted.
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2000
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