DE1002233B - Verfahren zum Aufschmelzen glasartiger UEberzuege auf Bauelemente und andere nichtmetallische Gegenstaende - Google Patents

Verfahren zum Aufschmelzen glasartiger UEberzuege auf Bauelemente und andere nichtmetallische Gegenstaende

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DE1002233B
DE1002233B DEF14146A DEF0014146A DE1002233B DE 1002233 B DE1002233 B DE 1002233B DE F14146 A DEF14146 A DE F14146A DE F0014146 A DEF0014146 A DE F0014146A DE 1002233 B DE1002233 B DE 1002233B
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DE
Germany
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layer
coating
temperature
glaze
melting
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DEF14146A
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James Thomas Robson
Harvey Conklin Tucher
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Ferro Enamels Holland NV
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Ferro Enamels Holland NV
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5022Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with vitreous materials

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Als Beispiele werden einige Zusammensetzungen für Glasuren angegeben, die für den ersten oder inneren Überzug geeignet sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Aufschmelzen glasartiger Überzüge auf Bauelemente und andere nichtmetallische Gegenstände, deren Körper aus hydraulischen Bindemitteln und Zuschlagstoffen bestehen, dadurch gekennzeichnet, 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 zweite 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.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für den ersten Überzug verwendete gefrittete Glasur innig mit unzusammenhängenden Partikeln eines feuerfesten Materials gemischt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen und Abkühlen des Gegenstandes beim Aufschmelzen der inneren Schicht genau wie beim Aufschmelzen der äußeren Schicht zusammen etwa 2 bis 8 Stunden dauert.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufschmelzen der inneren sowie der äußeren Schicht der Gegenstand etwa 20 bis 60 Minuten bei Maximaltemperatur gehalten wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des feuerfesten Materials etwa 5 bis 70% des ersten überzuges aus gefritteter Glasur beträgt. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Überzug durch geringe Mengen anorganischer Pigmente gefärbt wird, die in demselben enthalten sind. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Artikel vor Aufbringung der ersten Schicht getrocknet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 415 163; Dr. L. Stuckert, »Die Emailfabrikation«, 2.Auf1., 1941, S. 153; Dr. Theodor H a a s e und Dipl.-Ing. Hedwig F r o tscher, »Technologie des Emails«, Bergakademie Freiberg, Fernstudium, 1953, S.5.
DEF14146A 1953-03-12 1954-03-11 Verfahren zum Aufschmelzen glasartiger UEberzuege auf Bauelemente und andere nichtmetallische Gegenstaende Pending DE1002233B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1084632B (de) * 1957-09-30 1960-06-30 United Cement Products Company Verfahren zum Glasieren eines aus hydraulischem Zement und Zuschlag bestehenden Koerpers
US3078186A (en) * 1960-07-26 1963-02-19 Westinghouse Electric Corp Ceramic potting composition and method of encapsulating an electrical article therewith

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE415163C (de) * 1924-03-28 1925-06-15 Meyer Joseph Davidsen Verfahren zur Herstellung von Zementwaren

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