DE1571334A1 - Verwendung von Metallboraten als Flussmittel fuer keramische Massen - Google Patents
Verwendung von Metallboraten als Flussmittel fuer keramische MassenInfo
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Description
1A-32 498
Beschreibung
zu der Patentanmeldung
BORAX GOITSOIIDATED LIMITED
Carlisle Place, London, S.W.1-England
betreffend
"Verwendung von Metallboraten als Flußmittel für keramische Massen".
Die Erfindung bezieht sich auf keramische Massen, welche (a) Ton, (b) Flint und (c) ein Flußmittel enthalten· Aus
keramischen Massen dieser Art werden durch Brennen die als "Weißware", z. B. Porzellan, Töpferware, Steingut und dgl.
bekannten Gebrauchsgegenstände hergestellt.
Der Tonanteil in keramischen Massen dieser Art stellt
normalerweise ein öemisch aus Stückton (ball clay) und Ohinaton
dar und der Flint ist eine feinpulvrige, im allgemeinen calcinierte
Kieselsäure. Das Flußmittel (c) ist in die Massen eingearbeitet, damit sie bei niedrigerer Temperatur gebrannt
werden können; übliche Flußmittel sind u. a. Maturgesteine (z. B. der als "Cornish Stone" bekannte kalkhaltige Kaolin
von Cornwall), Feldspat und Feldspatvertreter, wie Hephelin-Syenit
009848/0285
Eine Beschreibung von einigen Massen dienet· Art findet
sich in "Encyclopaedia of Chemical Technology" (Kirk-Üthraer)
Band III (1954)» Verlag Interscience Encyclopaedia, in einem Artikel "Ceramic Industries (White-Ware)".
Es wurde nun gefunden, daß in keramischen Kassen den oben
beschriebenen Typs der FIußmittelanteil (c) teilweise oder ganz
aus einem Metallborat (jedoch unter Ausschluß der Alkaliborate), insbesondere aus einem Metallborat, das ein Erdalkalimetall
enthält, bestehen&ann.
Die Erfindung betrifft daher eine keramische Masse, die sich zusammensetzt aus (a) Ten, (b) Flint und (c) einem Flußmittel,
wobei das Flußmittel ein Metallborat mit Ausnahme der Alkaliborate darstellt oder worin als Flußmittel ein Metallborat
- mit Ausnahffle der Alkaliborate - zusammen mit einer
gewissen Menge eines anderen Flußmittels Torhanden ist.
Das erfindungsgemäß verwendete Borat kann also gegebenenfalls
nur teilweise das übliche Flußmittel ersetzen, so daß
der Flußmittelanteil neben den Borat noch beispielsweise Feldspat oder ein ähnliches bekanntes Flußmittel enthält. In diesem
Fall wird natürlich eine geringere Menge des bekannten Flußmittels
zugesetzt, als sonst üblich ist. Stellt der Flußmittelanteil ein derartiges Gemisch dar, so sollte das Borat mindestens
50 #, vorzugsweise mehr als 2/3 des Flußmictelanteils
betragen.
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Ba das Boratflußmittei nicht nur ein Zusatz zu dem üblichen Flußmittel ist, ißt es vorzugsweise anwesend in einem Anteil von
5 % des Gesaratgewichtes der keramischen Masse.
Wenn dar. erfindungsgemäß zu verwendende Borat Naturgestein
ersetzt, so zeigte es sich, daß im allgemeinen die Anteilsmenge des Eorats kleiner sein kann, als die des von ihm ersetzten
Gesteins. So kann beispielsweise eine Masse 15 Teile Naturgestein
enthalten, um beim Brennen das gewünschte Resultat zu ergeben, während, wenn die sonst entsprechend zusammengesetzte Masse ein
3orat enthält, davon nur 10 Teile benötigt werden.
Unter den Boraten ist das Calciumborat (2GaO,3P2O-) bevorzugt,
jedoch können auch ähnliche Minerale, wie Magnesiumborat und
Caxeiumraagnesiuaborat, sowie andere Borate der Metalle der Gruppe
II des Periodensystems, insbesondere Barium-, Strontium- und Zinkborat,
verwendet werden.
Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der
Erfindung, wobei 3ie Teile gew.-Teile sind. ■ · ;
Ans 2f Seilen Steinguttcn, 25 Teilen Kaolin und 35 Teilen
Plinr. wurde ein -lemisch bereitet, das sich im einzelnen wie folgt
BAD OWGWAL
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Teile
"Vitblend 343 Ball Clay" »B.W.S. Ball Clay*
"E.W.V.A. Ball Clay" 11E.O.B.C. Ball Clay"
"Fayles blue Ball Clay"
"S.C. China Clay« "CC. China Clay»
Flint
| -I | I | 25 | Teile Ton | |
| VJI | ||||
| VJl | ||||
| 5 | 25 | Teile Kaolin | ||
| 5 , | ||||
| 12 | 1/2 | 35 | Teile Flint | |
| 12 | 1/2 | |||
| 35 | ||||
Das Gemisch wurde insgesamt 12 Stunden mit Wasser angerührt, worauf es über Nacht stehen blieb. Die Aufschlämmung wurde dann
durch ein British-Standard-Sieb Nr. 120 (was etwa einem DIN-Sieb Nr. 50 entspricht) gedrückt, um die großen Teile an Lignit
und anderen Fremdstoffen zu entfernen, über Gipsbrooken bis zur
plastischen Konsistenz getrocknet und dann im Ofen bis zur Trockene auf 110° C gehalten. Dem so erhaltenen Material wurden
5 Teile Calciumborat zugemischt, was einen Trockenstoff ergab, der im folgenden mit "CB 5" bezeichnet wird. Er wurde etwa 5
Stunden mit Wasser durchgearbeitet, worauf die Aufschlämmung nochmals durch das oben erwähnte 120-Maschensieb (DIIT ·50)
gedrückt, über Gipsbrocken zum plastischen Zuatand getrocknet
und über einen der Entlüftung und Homogenisierung dienenden Kollergang zu Strängen von 1,25 bzw. 1,9 cm Dicke verpreßt
wurde. Die 1,25 cm dicken Stränge wurden dann in Stücke von etwa 15 cm Länge, die 1,9 cm dicken Stränge in Stücke von etwa
2,5 cm Länge geschnitten, aus denen von Hand eiförmige Formlinge gerollt v/urden.
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10 Stränge und 4 eiförmige Stücke wurden in einem Ofen bei
110° vorgetrocknet und dann in einen Brennofen gebracht, wo sie langsam bei einem stündlichen Temperaturanstieg von 12° erhitzt
wurden, bis die in der untenstehenden Tabelle angegebene Höchsttemperatur erreicht war, die dann noch 2 Stunden aufrechterhalten
wurde.
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurden die dort benutzten 5 Teile Calciumborat durch 10 Teile Calciumborat
ersetzt; die so erzeugten Körper wurden bezeichnet mit "CB 10".
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurden anstelle von 5 Teilen Calciumborat 15 Teile verwendet? die so erzeugten
Körper wurden bezeichnet mit "CB 15".
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurden anstelle von 5 Teilen Calciumborat 7 Teile benutzt; die so erzeugten Körper
wurden bezeichnet mit "CB 7".
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurden anstelle . von 5 Teilen Calciumborat 8 Teile verwendet; die so erzeugten
Körper wurden bezeichnet mib 11CB 8".
-00984 8/0285
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch, wurden anstelle von
5 Teilen Calciumborat 9 Teile verwendet. Die so erzeugten Körper wurden bezeichnet rait "CB 9".
Yergieichsbeispiel
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurden anstelle von 5 Teilen Oalciumborat 15 Teile zerkleinertes Naturgestein zugesetzt;
die so erzeugten Keramikkörper wurden als Vergleichsstücke herangezogen.
Der Eisengehalt des verwendeten Caleiumborats soll möglichst
niedrig sein, da die Anwesenheit von Eisen die Produkte verfärbt. In dem für die obigen Beispiele benutzten Material betrug der
Eisengehalt, ausgedrückt als legO^, 0,07 #.
Yersuchsresultate
An den gemäß Beispiel 1-6 und dem Vergleichsbeispiel hergestellten
grünen und gebrannten Formkörpern wurden folgende Messungen durchgeführt:
(1) Grüne, bei 110° getrocknete Strangstücke wurden zwischen die Schneidekanten einer Vorrichtung aur Messung des Bruchmoduls,
die einen Abstand von 25,4 cm hatten, eingespannt und kontinuierlich ansteigend belastet mit 90,7 kg/min.
BAD 0RK3INAL
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Der Eruchmodul (Biegefestigkeit) der getrockneten Masse wird
erhalten mit Hilfe der Gleich/ung
8 Iw
Bruchrnodul =
Bruchrnodul =
Ti d>
wenn man 1 = Einnpannlänge in englischen Zoll, w = Belastung in
englischen Pfund und d = Durchmesser des Strangstückes in englischen Zoll an£il:t. Die Meßwerte für die erflndungsgeraäß erhaltenen
Forirlinpe und die Vergleichsformlinge gehen aus Tabelle I
hervor.
Verbuche an ungebrannten Formungen
Vergleich CB 5 CB 7 GB 8 GB 9 CB 10 CB 15
Bruchmodul der
Grünkörner in
kg/cn * 59,1 43,6 28,8 38,7 79,4 71,0" 41,5
Auf einetr Vergleich der in der !Tabelle angegebenen Werte
ist nu ergehen, ghO uan bei entsprechender Doeierung des Calcium-Voratzusatrer
Porr.llnge erhalten kann, die im grünen Zustand einen ve3ei:ti el: höheren Bruchmodul, d. h. eine bessere Grünfp-stigkeir
:.ji,;e:-en, als die Vergleichsformstücke. Die erfin-Qungs/re·::?..^-..
r. .":>..-.-en -rennen daher zu wesentlich komplizierteren
Gebilden G.if.r- fζ --. ι werden als die
BAD ORIGINAL
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bekannten und die ungebrannten Formstücke lassen sich mit wesentlich geringerem Risiko- transportieren.
(2) Unter Anwendung des grundsätzlich gleichen Verfahrens wurden
die Bruchmoduli der gebrannten Formlinge gemessen, wobei die kontinuierlich ansteigende Belastung entsprechend erhöht
wurde. Sie betrug in diesem Fall 454 kg/min.' Die Brenntemperaturen und die dabei erhaltenen Bruchmoduli der gebrannten
Körper gehen aus Tabelle II hervor.
| Versuch | an gebrannten Formungen | CB 5 | CB 7 | CB 8 | : | 6700 | 6400 | CB 9 | CB 10 | CB 15 |
| Brenntemperatur | L | • | ||||||||
| (°c) | t | 7600 | 6900 | 5350 | ||||||
| 7900 | 6850 | 6700 | ||||||||
| 925 | 3850 | 5000 | 6400 | |||||||
| 950 | ■Bruchmodul (Vo/sq.in.) | 4550 | 1 | 6350 | 6250 | |||||
| 1000 | Vergleichs | 5500 | I | 7700 | 6900 | 4850 | ||||
| 1030 | körper | 7150 | 7000 | 4300 | ||||||
| 1060 | 610.0 | 5650 | ||||||||
| 1080 | 1700 | 6450 | ||||||||
| 1100 | 1900 | |||||||||
| 1120 | 2550 | 6700 | 4700 | |||||||
| 1140 | 3700 | |||||||||
| 1150 | 4750 | |||||||||
| 1200 | ||||||||||
| 8000 | ||||||||||
| 8300 |
(3) Die Wärmeezpfenrion der gebrannten Körper wurde in einer
genormten To: richtung· zur Ermittlung cer Wärmeesrpansion
009848/0285
BAD OfUOlNAL
gemessen. Die Resultate an den Kontrolltorperη zeigten die
"bekannte Quarzinversion bei 573°. Im Gegensatz dazu war bei
den erfindungsgemäß unter Verwendung von Calciumborat hergestellten Körpern diese Inversion entweder überhaupt nicht
vorhanden oder doch stark eingeschränkt. Die so hergestellten Körper konnten daher wesentlich rascher im unglasierten Zustand
gekühlt und gebrannt werden ("biscuit caiing and ghost firing11), als diejenigen, die aus natursteinhaltigen Massen
hergestellt waren, da im ersteren Fall die bei einer raschen Expansionsänderung bei 573° auftretende Beanspruchung nicht
vorhanden war.
Bei weiteren Vergleichsversuchen an Formstücken aus üblichen keramischen Massen mit einem Gehalt von 10 bzw. 15 Teilen ITephelin-Syenit
(einem in Kanada und Skandinavien gewonnenem Flußmittel) wurden an den ungebrannten Formungen $ruchmoduli von
38,7 bzw. 52,7 kg/cm geraessen, was erheblich niedriger ist, als
der Bruchmodul bei den erfindungsgemäß aus Massen, die 10 Teile Calciumborat enthalten, erhaltenen Körpern.
Wie ersichtlich, kann man demnach bei Verwendung eines Flußmittels
von etwa 10, bzw. 9 bis 12 Teilen Calciumborat je 85 Teilen Ton und Flint eine Grünfestigkeit und, wenn die Masse bei
verhältnismäßig niedriger Temperatur in der Größenordnung von 1000° 0 gebrannt wird, einer Festigkeit im gebrannten Zustand
erhalten, die wesentlich höher ist als die Festigkeit der
BAD
0098 48/0285
- ίο -
üblichen Massen rait 15 Teilen ITaturgestein je 35 Teilen Ton und
Flint* Es ist bereits bekannt, daß 15 Teile Gestein eine größere Festigkeit ergeben, als 10 Teile Gestein.
Durch weitere Versuche, die an Massen der obigen Art mit
Naturgestein als Flußmittel durchgeführt wurden, konnte gezeigt werden, daß bei fceilweisem Ersatz des Gesteins durch Calciumborat
keine Verbesserung der Festigkeit erreicht wurde, wenn das Borat weniger als 50 # des Gesamtanteils an Flußmittel ausmachte.
Wenn das Borat jedoch mehr als 2/3 des gesamten Flußmittels betrüg,
war die Verbesserung besonders deutlich.
Beim Glasieren einiger der gebrannten Formstücke, die den erfindungsgemäßen Gehalt an Caleiumborat aufwiesen, wurde gefunden,
daß die Glasur mit diesen Stücken eine innigere und daher festere Bindung einging, als mit den entsprechenden Stücken mit
einem Gehalt an ITaturgestein.
Patentanspruch
8629 BAD OWGlNAL
009848/0285
Claims (1)
- 8 MGNCHKN θ I 57 133 ADft. IN". F. WUKST1IOFF 8GHVTKIOEHeTBASSE aDIP!«ING.«.PUl* ntiroi ssoesil)]I.R.t,PKCnMANN tiliouhiiasuiui.Al. MOTEwrmuT Hi«««1A-32 498PatentanspruchVerwendung eines Hetaliborates mit Ausnahme der Alkaliborate, vorzugsweise von CaIclumborat, als Flußmittel zur Festigung von keramischen Massen, insbesondere von Massen zur Herstellung von glasierter Weißware«BAD ORIGINAL0098Ü8/G285
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