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Verfahren zum Aufschmelzen glasartiger Überzüge auf Bauelemente und
andere nichtmetallische Gegenstände Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen
eines glasartigen Überzuges auf nichtmetallische Gegenstände, insbesondere auf Betonbausteine
u. dgl.
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Beim Glasieren nichtmetallischer Gegenstände ergeben sich auf Grund
der Natur des Materials, aus dem dieselben hergestellt sind, Schwierigkeiten, die
beim Emaillieren metallischer Gegenstände nicht in Erscheinung treten. Es ist wesentlich
schwieriger, einen kontinuierlichen porenlosen und gleichmäßigen Überzug auf einem
nichtmetallischen Gegenstand anzubringen, der wesentlich rauher, voller Poren und
Gaseinschlüsse ist und unter dem Einfluß der hohen zum Schmelzen der gefritteten
Glasur notwendigen Temperatur einer Verschlechterung der mechanischen 1?igenschaften
ausgesetzt ist, als auf einem metallischen Gegenstand, der gefahrlos bis zur Schmelztemperatur
des Emails und sogar höher erhitzt werden kann, ohne daß er wesentlichen Veränderungen
unterliegt.
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Obwohl viele Versuche durchgeführt worden sind, einen Überzug von
geschmolzener gefritteter Glasur auf Gegenständen aus hydraulischem Zement od. dgl.
anzubringen, ist bis auf die vorliegende Erfindung kein- wirtschaftlich zufriedenstellendes
Verfahren erm. t'telt worden.
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Betonbausteine u. dgl., die auf Grund der bekannten Verfahren mit
gefritteten Glasuren versehen worden waren, wurden derartig geschwächt, daß sie
für den beabsichtigten Verwendungszweck völlig unbrauchbar wurden. Materialien wie
Betonbausteine, Betonziegel. Zementblöcke, Asbestzementschindeln und ähnliche ergaben,
wenn sie den bekannten Verfahren unterworfen wurden, fertige Artikel mit schlechten
Oberflächen und stark herabgesetzter mechanischer Stärke.
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Es ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem zur Herstellung von
Formkörpern ein besonderer Zement, nämlich der sogenannte geschmolzene oder Tonerde-Zement,
benutzt wird, der sich von dem üblichen Portlandzement dadurch unterscheidet, daß
er einen wesentlich geringeren Kieselsäuregehalt, dagegen einen viel höheren Tonerdegehalt
besitzt. Die aus riiesem Material hergestellten Formkörper sind im Gegensatz zu
den Formkörpern aus dem bekannten Portlandzement in der Lage, einem Brennprozeß
bis zu 1100° C unterzogen zu werden, ohne an Festigkeit zu verlieren, wenn sie vor
dem Brennen mit einer Rohglasur überzogen und nach Abkühlung in Wasser gehärtet
werden. Nach diesem bekannten Verfahren kann auch die Glasur weggelassen werden.
In jedem Falle gewinnt der aus dem Spezialzement hergestellte Körper durch das Brennen
und das Härten im Wasser an Festigkeit. Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe
zugrunde, bei Formkörpern, die aus den bekannten hydraulischen Bindemitteln und
Zuschlagstoffen bestehen, ohne Verringerung der Festigkeit eine feste Glasur aufzubringen,
wobei die Formkörper an sich beliebiger, nichtmetallischer Art sein können. Der
aufgebrachte Glasurüberzug soll dabei so beschaffen sein, daß er in günstiger Weise
dem Emailüberzug gleicht, der auf metallischen Artikeln erzielt wird.
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Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren zur Aufbringung glasartiger
Überzüge auf nichtmetallische Gegenstände, insbesondere auf Bauelemente, deren Körper
aus hydraulischen Bindemitteln und Zuschlagstoffen besteht, darin, daß auf den Gegenstand
eine erste Schicht aus einer gefritteten Glasur aufgebracht wird, die eine Erweichungstemperatur
zwischen etwa 540 und 820° C besitzt, sodann der Gegenstand langsam erhitzt wird,
bis die erste Schicht auf denselben aufschmilzt, der Gegenstand langsam auf Raumtemperatur
abgekühlt wird, wobei beim Erwärmen und Abkühlen der Temperaturgradient innerhalb
des Gegenstandes möglichst klein gehalten wird, auf den abgekühlten Gegenstand eine
z-zveite
Schicht aus gefritteter Glasur aufgebracht wird, die eine Erweichungstemperatur
zwischen etwa 540 und 820° C besitzt, sodann der Gegenstand erneut langsam erhitzt
wird, bis die zweite Schicht auf den ersten Überzug aufschmilzt und schließlich
der überzogene Gegenstand langsam auf etwa Raumtemperatur abgekühlt wird, wobei
wiederum beim Erwärmen und Abkühlen der Temperaturgradient möglichst klein gehalten
wird.
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Aus den vorstehenden allgemeinen Angaben kann ersehen werden, daß
die Betonwaren gemäß der Erfindung zwei getrennt gebrannte Überzüge besitzen. Der
Brennvorgang sieht so aus, daß der Gegenstand langsam erwärmt und langsam abgekühlt
wird. Dies Verfahren steht im Gegensatz zu allen bekannten Schilderungen. Erstens
haben bei allen bekannten Verfahren die Betonwaren nur einen gebrannten Überzug.
Zweitens wird bei allen bekannten Verfahren das Werkstück schnell erhitzt, um zu
versuchen, nur die äußerste Oberfläche desselben zu erhitzen, so daß der wesentliche
Teil des Körpers des Gegenstandes nicht erheblich angewärmt wird.
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In der folgenden Beschreibung dieser Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen
zunächst die Art von Gegenständen beschrieben werden, für die die Erfindung angewendet
werden kann, sodann die Art und Weise, wie der Gegenstand bei der Durchführung des
Verfahrens behandelt wird, weiter die Arten der Überzüge, die sich für das Verfahren
eignen, und schließlich die tatsächlichen Schritte, die angewendet werden, und die
Bedingungen, die in einem solchen Verfahren gewahrt werden müssen.
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Wie im vorstehenden gezeigt, eignet sich die Erfindung für die Anbringung
von gefritteten Glasuren auf nichtmetallischen Körpern. Die Erfindung ist besonders
geeignet zur Anbringung der obenerwähnten Überzüge auf Gegenstände, die aus hydraulischen
Bindemitteln und Zuschlagstoffen geformt sind. Es kciinen Betonwaren verwendet werden,
die einen der bekannten Zuschlagstoffe, wie geblähter Ton, Schiefer, Hochofe,nschlacke
oder Hüttenbims, enthalten. Die Form des Werkstückes ist nebensächlich. Es kann
ein fester Vollblock sein oder eine der zahlreichen Hohlblockformen. Beide können
zufriedenstellend glasiert werden, wenn das Verfahren gemäß der Erfindung benutzt
wird.
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Während das Verfahren für Zementblöcke anwendbar ist, die beispielsweise
aus hydraulischen Bindemitteln und Sand ohne Schiefer oder andere grobe Zuschlagstoffe
hergestellt sind, werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Betonblöcke
verwandt, die einen Zuschlagstoff enthalten.
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Da die zu überziehenden Betonwaren normalerweise außerordentlich rauhe
Oberflächen haben, ist es notwendig, sie für den endgültigen Überzug her-7ustellen.
Für den ersten oder inneren Überzug ist festgestellt, daß alle wohlbekannten gefritteten
Glasuren, die bei einer Temperatur zwischen 540 und 820° C erweichen, für die Ausführung
geeignet sind, wenn sie mit etwa 5 bis 70% feuerfesten Materials kombiniert werden.
Die Menge des benutzten feuerfesten Materials hängt vom Zustand der Oberfläche ab,
die überzogen werden soll, und von der Korngröße des verwendeten feuerfesten Materials.
In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden etwa 20 bis 60% des feuerfesten
Materials benutzt. Die Korngröße des feuerfesten Materials kann stark variieren.
Bevorzugt wird die Benutzung feuerfester Materialien der Größenordnung von 31 bis
576 Maschen pro 1 cm2 (Korngröße 1,1 bis 0,25 mm). Alle wohlbekannten feuerfesten
Materialien, wie Quarzsand, Zirkonsand, Titansand, Tonerde, Glimmer oder Ton, können
den gefritteten Glasuren beigemischt werden. Wenn das Werkstück, das mit dem ersten
oder inneren Überzug versehen wurde, gebrannt wird, füllt das feuerfeste Material
die Unebenheiten der Oberfläche desselben, die gefrittete Glasur schmilzt, fließt
über die Oberfläche und dient zum Verbinden des feuerfesten Materials mit der Oberfläche
sowie zum Bilden einer glatten Oberfläche, auf der die zweite oder Deckschicht haften
kann. Es wird so eine haftende schrumpfungsfreie Zwischenschicht auf die Oberfläche
des Werkstückes aufgebracht.
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Als Beispiele werden einige Zusammensetzungen für Glasuren angegeben,
die für den ersten oder inneren Überzug geeignet sind.
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I.Ouarzsand ....................... 44,3°/o Dehydrierter Borax ..............
37,3% Calciumkarbonat ................. 18,40/0 Diese Zutaten werden geschmolzen
und dann in Wasser oder in der Luft granuliert. Die Fritte wird sodann innig z.
B.. in einer Kugelmühle mit einem beliebigen der vorerwähnten feuerfesten Materialien
gemischt. Das resultierende Gemisch aus Fritte und feuerfestem Material wird sodann
auf das Werkstück aufgetragen, und zwar durch Spritzen, Tauchen, Angießen od. dgl.
II.OOuarzsand ....................... 36,10/a Dehydrierter Borax ... .. .. .. ..
... 30,4% Bleigiatte ........................ 33,50/0 Diese Zutaten werden geschmolzen,
gefrittet und sodann innig mit dem feuerfesten Material gemischt, wie in Beispiel
1 dargestellt.
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Zur Klarstellung sei nochmals darauf hingewiesen, (laß die betreffenden
feuerfesten Materialien mechanisch mit der gefritteten Glasur gemischt werden und
nicht mit den Glasrohstoffen zu verwechseln sind, die später geschmolzen und gefrittet
werden. Während praktisch alle bekannten Glasuren ein feuerfestes Material, wie
Quarz, enthalten, existiert dieses feuerfeste Material, wenn die Glasur geschmolzen
ist, nicht länger als solches, sondern wird zur Bildung der Glasur verbraucht und
trägt seine chemische Existenz zur Bildung der chemischen Verbindung bei, aus der
die Glasur besteht.
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Die angeführten Beispiele sind nur zur Erläuterung angeführt und sollen
keineswegs die Erfindung beschränken. Die Glasuren können bleihaltige oder bleifreie
Fritten sein. Die einzige Beschränkung für die verwendeten Fritten ist die Forderung,
daß sie beim Brennen zwischen 540 und 820° C erweichen müssen. Wie in vorstehendem
gesagt, hängen Menge und Korngröße des der Fritte beigemischten feuerfesten Materials
von der Rauhigkeit der zu überziehenden Oberfläche ab.
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Die gefritteten Glasuren, die für die zweite oder Deckschicht verwendet
werden, können die gleichen sein, wie sie für die erste Schicht benutzt wurden,
jedoch ohne das feuerfeste Material. Es wird die Verwendung von Deckschichten bevorzugt,
die am besten den Bedingungen widerstehen, unter denen der fertige Artikel verwendet
werden soll. Wenn z. B. ein Bauelement dem Wetter ausgesetzt werden soll, wird eine
Glasur, die besonders wetterfest ist, als bevorzugt geeignet befunden werden. Eine
wetterfeste Glasur soll geringen Bleigehalt haben oder bleifrei
sein.
Sie soll einen geringen Gehalt an Alkalien und einen hohen Gehalt an Quarz oder
Tonerde haben. Es muß jedoch dieser zweite oder Decküberzug auch der Forderung einer
Brenntemperatur von etwa 540 bis 820° entsprechen. Als spezielles Beispiel für eine
solche Glasur wird das folgende angegeben: III. Quarzsand . . . . . . . . . . .
. 48,0 Gewichtsteile Dehydrierter Borax . .. . 24,0 " Soda .. .. .. ............
36,0 Natriumnitrat ......... 7,5 " Flußspat .............. 1,5 " Titan-Silikat-Gemisch
.. 36,0 " (ein Gemisch aus 1 Teil Ti 02 und 2 Teilen Si 02). Wie im vorhergehenden
gesagt, sind die Glasuren der Beispiele I und II ohne das feuerfeste Material auch
für Deckschichten geeignet, sie sind jedoch zweckmäßiger, wenn das Bauelement innen
verwandt wird und nicht Wind und Wetter ausgesetzt ist.
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In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung soll die zweite
oder Deckschicht normalerweise frei von feuerfesten Materialien sein, außer von
kleinen Mengen dieser Materialien, die außerordentlich fein sind und normalerweise
zum Färben oder Undurchsichtigmachen verwendet werden. Der Decküberzug besteht demnach
hauptsächlich aus gefritteter Glasur und kann eine geringe Menge an Pigmenten enthalten
(in der Größenordnung von 1 bis 20/a).
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Die beiden Überzüge können auf das Werkstück durch eines der bekannten
Verfahren, wie z. B. Spritzen, Streichen, Angießen oder Aufpudern, aufgebracht werden.
Nachdem der erste Überzug aufgebracht ist, wird er in einem üblichen Trockner getrocknet
und dann in einem normalen keramischen Brennofen gebrannt. Nach der Abkühlung wird
die Deckschicht aufgebracht und in der gleichen Art getrocknet und gebrannt.
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Die Werkstücke werden in einem üblichen keramischen Ofen gebrannt,
bei dem sich die Brenner an der Seite befinden, wie bei normalem keramischem Brennen
üblich. Die Werkstücke werden vorzugsweise Rücken an Rücken gestellt, um einen graduellen
Temperaturgradienten durch die gesamten Werkstücke zu erzielen. Infolgedessen werden
die Werkstücke nicht überlastet und reißen nicht, wozu sie neigen, wenn das Brennen
nur an der Oberfläche stattfindet, wie es bei allen bisher bekannten Verfahren der
Fall ist. Bis zu dieser Erfindung ist immer angenommen worden, daß beim Brennen
von Betonklötzen der Gradient so groß wie möglich sein sollte, ausgehend von der
Rückseite des Blockes, dessen Temperatur so nahe wie irgend möglich auf Raumtemperatur
bleiben sollte, bis zur Konzentration der Hitze lediglich an der Vorderseite oder
überzogenen Oberfläche. Es ist festgestellt, daß, um die Stabilität des Blockes
beizubehalten oder einen Block zu erzielen, bei dem die mechanische Stärke nicht
verringert worden ist, die Notwendigkeit besteht, den Hitzegradienten des Gegenstandes
möglichst niedrig zu halten. Es wird bevorzugt, die niedrigste Temperatur in dem
Gegenstand bei etwa 370 bis 430° C zu halten und die maximale Temperatur an der
Außenseite bei etwa 820° C. Zweitens ist es zur Herstellung eines Artikels, dessen
mechanische Stärke nicht verringert werden soll, notwendig, denselben während des
Brennzyklus langsam zu erwärmen und abzukühlen. Es ist festgestellt, daß der bevorzugte
Brennzyklus zwischen 2 und 8 Stunden dauert, wobei das maximale Glasurbrennen etwa
20 bis 60 Minuten dauert. Nach allen bisher bekannten Verfahren ist in der Größenordnung
von 1/2 bis 2 Minuten bei Temperaturen über 1150° C gebrannt, um das Eindringen
der Hitze in den Artikel so gering wie möglich zu halten.
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Durch langsames Erhitzen und langsames Abkühlen bei einer Brenntemperatur
von etwa 540 bis 820° C ist es gelungen, einen Betonartikel von praktisch unverminderter
mechanischer Stärke zu erzeugen, der eine einheitlich gebrannte Glasur gleichmäßiger
Oberfläche und Farbe besitzt.
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Teste, die mit Betonblöcken, die nach dem geschilderten Verfahren
überzogen waren, durchgeführt worden sind, zeigten, daß die Druckfestigkeit über
70 kg/cm2 liegt und die Festigkeit einheitlicher ist als bei nicht glasierten Blöcken.
Die Verbindung zwischen der Glasur und dem Beton ist außerordentlich gut, da die
Blöcke, die nach der vorliegenden Erfindung glasiert wurden, keinerlei Risse der
Überzüge zeigten, als sie einem inneren hydrostatischen Druck von 380 mm WS 2 Monate
lang ausgesetzt wurden.
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Die Oberfläche der Glasur der fertigen Artikel kann entweder glänzend
oder matt und, wie im vorstehenden gesagt, durch eines der handelsüblichen anorganischen
Pigmente gefärbt sein.