DE1646390A1

DE1646390A1 - Verfahren zur Herstellung von keramischen Materialien und nach diesem Verfahren hergestellte keramische Materialien

Info

Publication number: DE1646390A1
Application number: DE19671646390
Authority: DE
Inventors: Peterson Orrin Martel; Hardy Paul Wilson
Original assignee: American Can Co
Current assignee: Primerica Inc
Priority date: 1966-09-08
Filing date: 1967-09-08
Publication date: 1970-08-13
Also published as: GB1191504A; CH495300A; BE703632A; NL6712354A

Description

American Can Company« New York (New York, USA)

Verfahren zur Herstellung von keramischen Materialien und nach diesem Verfahren hergestellte keramische Materialien.

Die vorliegende Erfindung betrifft keramische Materialien einer geringen Dichte und einer hohen Festigkeit, die zu Fonnkörpern geformt werden können, wie z.B. zu Gebrauchsbehältern oder Bauziegeln usw. und die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung dieser Materialien.

Bis jetzt waren keramische Materialien zur Herstellung von Gebrauchsgegenständen, wie z.B. Behältern, nicht geeignet. Das Verfahren, nach dem diese Materialien zu einem Endprodukt hergestellt wurden, war im allgemeinen zu kostspielig, als dass es geeignet gewesen wäre Rrmkörper

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herzustellen, die für den einmaligen Gebrauch wirtschaftlich vorteilhaft sind. Wenn diese Materialien in die Form von einmal verwendbaren Tellern oder Schüsseln gebracht werden, dann sind diese keramische Gegenstände vor allem bei solchen Verwendungen geeignet, bei welchen die Herstellung von Nahrungsmitteln, die angerichtet werden sollen, so einfach als möglich ausgeführt werden soll, und es ist in diesem Fall nicht praktisch, die Teller bzw. Schüsseln

P einem ReinigungsVorgang vor der neuerlichen Verwendung zu unterwerfen. Die Verwendung von keramischen Materialien für derartige Anwendungsgebiete ist deshalb wünschenswert, weil die darin servierten Nahrungsmittel besonders vorteilhaft aussehen.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein keramisches Material, das geringe Dichte und hohe Festigkeit aufweist, und das zur Herstellung von derartigen Gegenständen unter geringen Kosten geeignet ist, wobei es dann möglich

" ist, diese Gegenstände für nur einen einzigen Verwendungsvorgang heranzuziehen.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren nach dem diese oben erwähnten keramischen Materialien in einfacher und wirtschaftlich vorteilhafter Weise hergestellt werden können.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung war es, keramische Materialien zur Verfügung zu stellen und ein

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Verfahren zu deren Herstellung zu liefern, wobei diese Materialien die oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen und zur Herstellung von zum Erhitzen und Servieren geeigneten Geschirr dienen können.

Ferner betrifft die Erfindung keramische Wegwerfbehälter, die auf jede übliche Art erhitzt werden können, die bei der Zubereitung von Nahrungsmitteln normalerweise angewandt wird.

Ferner war es ein Ziel der vorliegenden Erfindung,

keramische Materialien zu liefern, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, die stark sind und ein leichtes Gewicht aufweisen, und die ferner gegenüber Wärmeschock unempfindlich sind.

Ausserdem betrifft die vorliegende Erfindung eine

keramische Zusammensetzung und ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, die ein ausreichend ansprechendes Aeusseres besitzen, sodass sie als Servierteller dienen können. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein keramisches Material und ein oben angegebenes Verfahren, das zur Herstellung von Behältern geeignet ist, wobei diese Behälter tiefen Temperaturen unterworfen werden können, die angewandt werden, um Nahrungsmittel in gefrorenem Zustand zu halten und sie in diesem Zustand aufzubewahren. Weitere Anwendungsgebiete der Erfindung werden in der Folge näher erläutert und anhand

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der Zeichnung erklärt.

Die vorhin erwähnten Ziele können dadurch erreicht werden, dass man geeignete Anteile an Ton, porösem silikatischem Füllmaterial, Wasser und vorzugsweise einem organischen Bindemittel innig vermischt. Die hiebei erhaltene Mischung wird in eine Form gefüllt, die so ausgestaltet ist, dass der hiebei erhaltene Formkörper die gewünschte Form aufweist. Die zu formende Mischung kann innerhalb der Form zusammengepresst werden, beispielsweise mit Hilfe einer hydraulischen Presse. Nach dieser so durchgeführten Formung wird der Formkörper aus der Form entfernt. Um die Entfernung des Formkörpers von den Oberflächen der Form zu erleichtern, werden diese Oberflächen vor dem Formungsvorgang mit einem Mittel beschichtet, das die Ablösung erleichtert. Ein derartiges die Ablösung erleichterndes Mittel kann in der zu formenden Mischung enthalten sein, wodurch die Entfernung des Fonnkörpers aus der Form erleichtert wird. Der Formkörper wird dann teilweise getrocknet, um IO - 20 $ des Wassers, das anfänglich in der Formmischung anwesend ist, zu entfernen, ehe der Formkörper in einem Brennofen gebracht wird. In diesem Brennofen werden aus dem Formkörper sowohl alles zurückgebliebene Wasser als auch alle organischen Materialien entfernt, die anwesend sind, wobei zu diesen organischen Materialien der Mischung zugesetzte die Ablösung erleichtern-

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den Mittel gehören. Der Formkörper kann dann glasiert werden oder auf eine andere Weise mit Hilfe von keramischen Glasuren verschönert werden, wobei diese Glasuren bei den Temperaturen, die in dem Brennofen angewandt werden, sich ausbilden. Nach einem weiteren Trocknungsschritt, bei dem der grösste Anteil der Feuchtigkeit entfernt wird, die durch die Glasuren oder durch das Verschönerungsverfahren eingeschleppt wurde, wird der Formkörper bei einer erhöhten Temperatur gebrannt, damit die keramische Bindung und das Schmelzen der Partikeln, die innerhalb des Formkörpers verbleiben, gewährleistet ist.

Eine besondere AusfUhrungsform dieser Erfindung sei anhand der folgenden Zeichnung erläutert:

In Fig. 1 ist das Herstellungsschema veranschaulicht, wobei im einzelnen die Stufen erläutert werden, in denen der keramische Artikel auf einfache und wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann.

In den Figuren 2 bis 5 werden Arbeitsschritte dieses Herstellungsverfahrens veranschaulicht, wobei eine Mischung, die die zur Herstellung des keramischen Materials nötigen Bestandteile enthält, in die gewünschte Form des Formkörpers übergeführt wird.

Eine bevorzugte als Beispiel angeführte Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens wird in Fig. dargestellt, wobei in dem hierin veranschaulichten Herstellungsverfahren der erste Verfahrensechritt zur erfindungsge-

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Massen Herstellung des Formkörpers darin besteht, dass man eine Mischung aus Ton und porösem oder hygroskopische» silikathaltigen Füllstoff in den gewünschten Mengenverhältnissen herstellt. Der zu diesen Zweck verwendete Ton ist eine Mischung aus echten Tonen und anderen Mineralien, die ein Material liefern* das bei erhöhten Temperaturen keramisch abbindet. Die Tonmiechunfijkann aus Bindet on, Kaolin, Talk, Kiesel, Feldspat, follastonit und Bentonit hergestellt werden. Dabei kann eines oder mehrere dieser Materialien auch in der Mischung fehlen, ohne dass die Eigenschaften des Materials im gebrannten Zustand wesentlich beeinflusst werden. Eine bevorzugte Kombination dieser Materialien umfasst Bindeton, Kaolin, Talk, Wollestonit und Bentonit. Diese bevorzugte Tonkombination weist einen Schmelzpunkt auf, der im wesentlichen demjenigen des Aggregates entspricht. Beim Brennen schmilzt daher der Ton mit Teilen des Aggregates zusammen.

Vermikulit ist das bevorzugte poröse silikatische Aggregat bzw. der Zuschlagsstoff, der verwendet wird, obwohl auch andere Materialien, wie z.B. Diatomeenerde, Perlit und Silikagel verwendet werden können.

Der Vermikulit, der mit dem Ton vermischt

wird, ist vorzugsweise ein Vermikulit der Qualität der Nummer 4, der im allgemeinen als Vermikulit einer für die Landwirtschaft geeigneten Qualität bezeichnet wird. Die

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natürliche Grössenverteilung der Teilchen dieses Materials liegt im Bereich von mehr als 1,65 mm (10 mesh) bis zu weniger als 0,246 mm (60mesh). Während des Mischverfahrens kann eich die Teilchengrösee bedeutend vermindern. Ideale Verteilungen bezüglich der Teilchengröße sind die folgenden Werte i

Grosser als 0,833 mm (20 mesh) 13 bis 17 #

Kleiner als 0,833 mm und grosser

als 0,330 mm (40 mesh) 45 bis 50 #

Kleiner ale 0,330 mm und grosser

als 0,246 mm (60 mesh) 25 bis 30 i°

Kleiner als 0,246 mm weniger als 20 io

Das Verhältnis von Vermikulit zu Ton kann bei dem Material im Bereich von 100 $> Vermikulit 2u 0 $> Ton bis etwa 30 ^ Vermikulit zu 70 i° Ton liegen. Das Verhältnis zwischen Ton und Zuschlagsmaterial kann variieren, je nachdem welche speziellen kieselsäurehaltigen Zuschläge verwendet werden sollen. Die bevorzugte Zusammensetzung ist ein Material, das 50 # Vermikulit und 50 io Ton enthält. Verschiedene Eeispiele sollen sowohl Tonzusammensetzungen als auch Ton und Vermikulit enthaltende Zusammensetzungen veranschaulichen?
Beispiel 1

Tonmi8 chunf: Gewichts^

Gleason-Bindeton 30

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Tonmischung

Georgia Kaolin Talk (New York) Kiesel (Potters)

Gewichts

15 25 15

Beispiel 2 Tonmischung

Gew.

Gleason-Bindeton	009833/0647 _ 8 _	40
Georgia Kaolin	25
Talk	25
Wollastonit	8
Bentonit	2 100
Beispiel 3
Ton-Vermikulitmischung	Gew.-Teile
Tonmischung wie in Beispiel 1	50
Vermikulit der Qualität 4	50
Wasser	54
Cellulosegummi mittlerer Viskosität (CMC7MP) gelöst in Wasser	0,0625
Paraffinöl	1,54

Formkörper, die aus Mischungen des Beispiels 3 geformt

ρ wurden, wobei bei der Formung ein Druck von 7 kg pro cm angewandt wurde und wobei das Material 20 Minuten lang bei

einer Temperatur von 1066⁰C gebrannt wurde, zeigten einen

2 Bruchmodul von etwa 36,7 kg pro cm und eine Dichte von 0,83 g pro cm .

Beispiel 4 Ton-Vermikulitmischung Gew. Teile

Tonmischung nach Beispiel 2 50

Vermikulit der Qualität 4 50

Wasser 54

Cellulosegummi einer mittleren

Viskosität (CMC7MP) 0,625

Aus dieser Mischung wurden Formkörper hergestellt,

2 wobei bei der Formung ein Druck von 7 kg pro cm angewandt wurde, und wobei die Formkörper 20 Minuten lang bei einer

Temperatur von 1066 ⁰C gebrannt wurden. Die hiebei erhaltenen

2 Formkörper wiesen einen Bruchmodul von etwa 39,0 kg pro cm auf und besassen eine Dichte von 0,82 g pro cm .

Beispiel 5

Mischung mit geringem Tongehalt Gew.-Teile Vermikulit der Qualität 4 100

Bentonit 10

^WaSSer 009833/0647 "³

Aus dieser Mischung wurden Formkörper hergestellt,

indem man bei der Formung einen Druck von 7 kg pro cm anwandte und indem man die Formkörper 35 Minuten lang bei einer

Temperatur von 1038⁰C brannte. Man erhielt hiebei Form-

körper, die einen Bruchmodul von etwa 15,9 kg pro cm aufwiesen und eine Dichte von 0,48 g pro cm besassen.

Beispiel 6

In diesem Beispiel wird eine Mischung beschrieben, bei der Perlit verwendet wird. Diese Mischung wies die folgende Zusammensetzung auf:

	Gew.-Teile
Tonkörper, wie in Beispiel 1	105
Perlit	105
enthärtetes Wasser	140
Cellulosegummi mittlerer Vis kosität (CMC7MP) gelöst in Wasser	2,1
Paraffinöl	2,5

Es wurden aus dieser Mischung Formkörper hergestellt,

wobei man bei der Formung einen Druck von 7 kg pro cm anwandte und die Materialien 35 Minuten lang bei einer Temperatur von 1066 C brannte. Man erhielt hiebei Formkörper, die einen Bruchmodul von im wesentlichen etwa 21,1 kg pro

2
cm besassen und wobei diese Materialien eine Dichte von

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0,60 g pro cm aufwiesen.

Beispiel 7

In diesem Beispiel wird eine Mischung beschrieben, bei der Diatomeenerde verwendet wird. Diese Mischung wies die folgende Zusammensetzung auf:

Gew.-Teile

Tonkörper, wie in Beispiel 2 beschrieben 75

Diatomeenerde . 25

Wasser 25

CMC7MP 0,0625

In den folgenden Beispielen 8 und 9 werden Veränderungen in den Zusammensetzungen beschrieben, wobei die in Beispiel 8 verwendete Mischung einen hohen Gehalt an Feststoffen aufweist und die in Beispiel 9 verwendete Mischung kein Bindemittel enthält.

Beispiel 8

Gew.-Teile

Formkörper wie in Beispiel 2 50

Vennikulit der Qualität 4 50

Wasser 18

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- li -

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CMC7MP 0,0625

Paraffinö1 1,54

Beispiel 9

Gew.-Teile

Formkörper wie in Beispiel 2 50

Vermikulit der Qualität 4 50

ρ Wasser 54

Paraffinöl 1,54

Der Wassergehalt dieser Mischung ist kritisch, denn er beeinflusst die Festigkeit und die Dichte des Produkts. Der Wassergehalt beeinflusst auch die Widerstandsfähigkeit des Produkts gegenüber einem Bruch, wenn dieses rasch einer Trocknung bei hohen Temperaturen unterworfen wird. Der Wassergehalt kann innerhalb des Bereiches von 10 bis 100 Gew.^, r bezogen auf die Mischung aus Ton und Vermikulit schwanken. Der bevorzugte Wassergehalt liefert ein Produkt, das 70 bis 85 i° an Feststoffen enthält. Wenn die Feuchtigkeitsmenge grosser ist, als die oben angegebene Menge, dann neigt das Material dazu an der Oberfläche der Form, in der der Formkörper hergestellt wird, kleben zu bleiben. Ausserdem tritt ein Fliessen de.^c3 Materials während den Formvorganges auf, wenn der Feuchtigkeitsgehalt zu hoch ist.

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Wenn andererseits die Menge an Feuchtigkeit, die angewandt wird, geringer ist, als die bevorzugte Menge, dann kann beim Formkörper während des Verformungsverfahrens eine Abspaltung von Schichten erfolgen. Eine derartige Abspaltung von Schichten bzw. ein Bruch kann dadurch hervorgerufen werden, dass während des Formens Luft mit eingeschlossen wird oder dadurch entstehen, dass der geformte Körper gleichzeitig sowohl am Kern oder Stempel als auch an der Form kleben bleibt. Wenn die richtige Menge an Feuchtigkeit bei der Mischung angewandt wird, dann kann der geformte Körper aus der Form ohne besondere Schwierigkeiten entfernt werden.

Es ist nicht wesentlich, dass ein organisches Bindemittel der zu formenden Zusammensetzung zugefügt wird. Ein organisches Bindemittel bewirkt jedoch erhöhte Nassfestigkeit des geformten Körpers und es erleichtert die Handhabung während der nachfolgenden Arbeitsschritte. Ein Bindemittel kann auch die Festigkeit der gebrannten Ware erhöhen. Höhere Konzentrationen an Bindemitteln bewirken jedoch nicht eine entsprechende Erhöhung der Festigkeit. Wenn die Bindemittel in zu grosser Menge anwesend sind, dann können sie ein starkes Kleben der Formkörper an der Oberfläche der Form hervorrufen. Das Aufnahmevermögen für die Glasur kann ebenfalls durch hohe Konzentrationen an Bindemittel verschlechtert werden.

Das Bindemittel kann auä den in der Folge

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angeführten Klassen von Materialien ausgewählt sein. Hiezu gehören: Stärke, Dextrin, Cellulosegummis oder synthetische organische, wasserlösliche Polymere, wie zum Beispiel Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon usw. Das Bindemittel kann in einer Konzentration von 0 bis 4 i> bezogen auf das Gewicht der trockenen Bestandteile, zugefügt werden. Das Bindemittel kann jedoch entweder als Trockenpulver oder in einer Lösung des zur Anfertigung der Mischung verwendeten Wassers zugegeben werden.

^ Das bevorzugte Bindemittel ist eine Lösung eines Cellulosegummis einer mittleren Viskosität, und dieses wird in einer Menge von 0,0625 $>, bezogen auf das Trockengewicht der Bestandteile, zugefügt.

Un das Entfernen des geformten Formkörpers

von den Oberflächen der Form zu erleichtern, können die Haftung herabsetzende Mittel der Mischung derjenigen Materialien, aus deren der Formkörper geformt wird, zugesetzt werden. Derartige die Haftung herabsetzende Materialien können auch direkt auf die

ψ Oberflächen der Form aufgebracht werden. Wenn diese die Haftung vermindernden Materialien der zu formenden Mischung zugefügt werden, dann können zu diesen Materialien hydrophobe Materialien , beispielsweise solche,die der Klasse der Leichtöle zugehören, zugegeben werden. Aeusserlich wirkende die Haftung herabsetzende Materialien werden andererseits direkt auf die Oberfläche der Form aufgebracht, und derartige Materialien können hydrophobe

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filmbildende Materialien der Klasse der Stearinsäure enthalten oder aie können Metallchelatverbindungen der Stearate sein. Diese Materialien werden in Lösungsmitteln, die einen tiefen Siedepunkt besitzen, beispielsweise in n-Heptan oder η-Hexan gelöst.

Ein System aus sogenanntem inneren die

Haftung herabsetzendem Mittel und äusserem die Haftung herabsetzenden Mittel kann, falle dies gewünscht wird, angewandt werden, und ein Beispiel für ein derartiges System ist eine Kombination eines Paraffinöls, das als inneres, die Haftung herabsetzendes Mittel wirkt, und das der zu formenden Mischung in einer Menge von 1 Gew.^, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung zugesetzt wird, während der äussere, die Haftung herabsetzende Ueberzug, Stearinsäure enthalten kann, die auf die Oberflächen der Form in Form einer Lösung in η-Hexan oder n-Heptan zugefügt wird. Da die die Haftung herabsetzenden Mittel sowohl der zu formenden Mischung zugegeben werden können als auch auf die Oberfläche der Form aufgebracht werden können, werden sie als innere haftungsvermindernde Mittel bezeichnet, wenn sie der Mischung zugesetzt werden, und als äussere haftungsνermindernde Mittel bezeichnet, wenn sie direkt auf die Form aufgetragen werden.

Die zu formende Mischung, die Ton, Vermiculit,

Wasser, organisches Bindemittel und /edes beliebige innere haftungsvermindernde Mittel enthalten kann, kann in irgendeiner der geeigneten Mischvorrichtungen gemischt werden. Als Beispiele für derartige Mischer, die eine geeignete Verteilung der Teilchen in

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der gesamten Mischung gewährleisten, seien der P-K-Flüssigkeitspeststoffmischer und der Abbe"-Bandmischer genannt.

In den Figuren 2 bis 5 wird eine Form dargestellt, die zur Herstellung der Formkörper geeignet ist, wobei diese Form allgemein als 9 bezeichnet wird. Diese Form 9 weist eine Höhlung 10 auf und einen Stempel oder Kern 12. Wie in Figur 2 gezeigt wird, ist ein Auswurfteller 14 vorgesehen, der dazu dient, den Formkörper aus der Form 9 nach der Formung

W auszuwerfen. Ehe in die Form 9 die zu formende Mischung 15 eingefüllt wird, werden die Oberflächen 16 und 17 der Form 9 mit einem äusseren haftungsvermindernden Mittel beschichtet und die Auswurfplatte oder der Auswurfteller 14 wird in eine Stellung gebracht, die sich auf halbem Wege zwischen der Auswurfstellung und der zurückgezogenen Stellung befindet. Aeussere haftungsvermindernde Mittel können vor jedem Formvorgang auf die Oberflächen der Form aufgebracht werden.

So-dann wird die Form 9 mit der zu formenden

f Mischung 15 gefüllt, wie dies in Figur 3 gezeigt wird. Die Auswurfplatte 14 befindet sich vor dem Einfüllen der Mischung in die Form 9 im wesentlichen in der Mittelstellung, wodurch die gewünschte Verteilung des Materials innerhalb der' Form 9 erreicht wird, sodass eine gute Verdichtung an den Stellen der Wände erzielt wird.

Nach dem die geeignete Menge an zu formender Mischung in die Form 9 eingefüllt wurde, wird die Auswurfplatte

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14 zurückgezogen oder aus der Höhlung 10 der Form weggezogen, wie dies in Figur 4 veranschaulicht wird. Dann wird der Stempel 12 betätigt, sodass er den gewünschten Druck ausübt, wodurch erreicht wird, dass die zu formende Mischung die durch die Höhlung der Form und den Stempel gegebene Form annimmt. Dies ist durch Figur 5 veranschaulicht. Nach-dem der Formkörper 18 in der oben beschriebenen Weise geformt wurde, wird der Stempel 12 langsam entfernt und es wird die Auswurfplatte 14 betätigt, wodurch der Formkörper 18 aus der Form 9 ausgeworfen wird. Wenn der Formkörper 18 in dieser Stufe des Formungsverfahrens aus der Fona 9 entfernt wird, dann befindet er sich in einem im wesentlichen zerbrechlichen Zustand.

Die Oberflächen der Form bestehen im allgemeinen aus einem polierten Stahl und sie werden in einem solchen Zustand gehalten, dass sie keine Verkiafczung oder ähnliche Fehler aufweisen. Solche Zerkratzungen bewirken nämlich, dass die/Form bezüglich der Loslösung schlechte Eigenschaften aufweist. Die Eigenschaften des geformten Körpers hängen von vielen Faktoren ab, wie zum Beispiel dem bei der Formung angewandten Druck, der Gestalt des Formkörpers, dem Wassergehalt der Mischung, dem Verhältnis von Ton zu Zuschlagsstoff, der gleichmässigen Verteilung der Teilchengrösse, dem die Haftung vermindernden Mittel, der Art des organischen Bindemittels, der Konzentration des

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organischen Bindemittels sowie dem Verfahren, nach dem das Bindemittel zugegeben wird. Der Druck, der angewandt wird, um den Formkörper zu formen, kann variiert werden, je nach dem wie lange man diesen Druck einwirken lässt. Wenn man den Druck mehrere Sekunden lang einwirken lässt, dann können Drücke im Bereich von 3,5 bis 21 kg/cm angewandt werden. Wenn man jedoch mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, dann werden die Drücke im allgemeinen nur während einer Dauer von Bruchteilen von Sekunden angewandt, und in diesem Pail werden Drücke im Bereich von 17,5 bis 49,5 kg/cm vorgezogen. Bei niederen Drücken erhältman einen wenig verdichteten Formkörper, während bei hohen Drucken die Haftung des Körpers an den Oberflächen der Form sehr stark wird. Es kann eine hydraulische Presse, eine Kniehebepresse, eine Knebelpresse oder eine Schraubenpresse verwendet werden, oder es können andere geeignete Vorrichtungen angewandt werden, um den Druck hervorzurufen, der nötig ist, um den gewünschten Formdruck in der Form zu erzielen.

Der geformte Körper muss nach der Entfernung aus der Form einer Verminderung der Feuchtigkeit unterworfen werden,· d.h. er muss teilweise getrocknet werden, ehe er in den Brennofen eingeführt werden kann, in dem dann die organischen Materialien, die innerhalb des Materials des Formkörpers anwesend sind, entfernt werden. Der Schritt der teilweisen Trocknung kann dadurch erreicht werden, dass man

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den Formkörper einer Strahlungsquelle aussetzt, die mit geeigneten Infrarotstrahlern ausgestattet ist, oder in dem man den Formkörper in einen Ofen mit zirkulierender Luft einführt, indem eine erhöhte Temperatur vorherrscht. Der wesentliche Gesichtspunkt dieses Trocknungsschrittes besteht darin, dass man im wesentlichen 10 bis 20 i» des ursprünglich anwesenden Wassers entfernt, ehe man den Formkörper in den Brennofen einführt, wo er dann während der optimalen Brennzeit verweilt. Formkörper, die in den Brennofen eingeführt werden, wobei weniger als 10 bis 20 # des ursprünglich anwesenden Wassers entfernt wurden, können zerspringen, oder es können grosse Stücke des Materials von der Oberfläche abspringen oder es kann eine zu starke Verformung des Formkörpers auftreten. Vorzugsweise wird das Trocknen so durchgeführt, dass mehr als 20 96 des Wassers während dieses Arbeitsschrittes entfernt werden.

Der Trocknungsvorgang kann nach einer der folgenden Verfahrensweisen durchgeführt werden:

a) Sechs Minuten dauernde Einwirkung eines elektrischen Infrarotkolbene.

b) vier Minuten dauernde Behandlung in einem Luftofen hei einer Temperatur von 204⁰C.

c) sechs Minuten dauernde Behandlung in einem Luftofen bei einer Temperatur von 177⁰C.

d) acht Minuten dauernde Behandlung in einem Luftofen bei

einer Temperatur von 199°C.
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e) 10 Minuten dauernde Behandlung in einem Luftofen bei einer Temperatur von 121⁰C.

Nach dem der Formkörper in der vorhin beschriebenen Weise vorgetrocknet wurde, kann er in dem Brennofen eingeführt werden, wobei in diesem sowohl das zurückbleibende Wasser als auch alle organischen Materialien, die in dem Formkörper enthalten sind, entfernt werden. Der Brennofen kann bei einer Temperatur im Bereich von 538⁰C bis 816 C betrieben werden und der Formkörper kann bei Einwirkung dieser Temperatur während einer Zeit von drei bi3 zehn Minuten unterworfen werden. Bei einem bevorzugten Brennvorgang beträgt die Brenndauer mindestens drei Minuten und die Arbeitstemperatur des Brennofens liegt bei 704⁰C. Der Brennvorgang kann als "Ausbrennen" bezeichnet werden, denn es wird hiebei bezweckt alle organischen Materialien, die in dem Formkörper vorhänderjsind, auszubrennen .

Wenn kein inneres organisches die Haftung

verminderndes Material anwesend ist, dann kann das Trocknen bei einer Temperatur von 204⁰C während einer Zeit von 15 Minuten ausgeführt werden, worauf dann das "Ausbrennen folgt.

Bo' der Entfernung der feuchtigkeit und der organinehen Materialien aus dem Former;,.-?r kann, diesor glasiert, werden oder auf eine andere W*= iac verschönert wer-

uen, beispielsweise mit keramischen 'Ilasuren. Falls es 009833/0647

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gewünscht wird, kann eine Basisbeschichtung aus Engobe, das ist eine Keramik, vor dem Glasieren aufgebracht werden. Die Erfordernisse für eine befriedigende Glasur sind die folgenden: Gutes Haften auf dem Formkörper, niedrige Kosten, und die Forderung, dass sie bei den Temperaturen in den Endzustand überführbar ist, die bei dem Brennverfahren angewandt werden. Im allgemeinen ist es wünschenswert eine kurze Trocknungsperiode nach der Beendigung des Glasiervorganges vorzunehmen. Der Zweck einer derartigen Trocknung besteht darin, dass die Feuchtigkeit entfernt wird, die während des Aufbringens der Glasur oder der Dekoration eingebracht wurde.

Nach dem der Formkörper eo getrocknet wurde, kann er bei einer erhöhten Temperatur gebrannt werden, so dass die keramische Bindung und das Schmelzen der Teilchen innerhalb des Materials des Formkörpers erreicht wird.

Eine Glasur, die eine Dicke von 0,23 mm bis 0,30 mm aufweist, besitzt nach dem Brennen eine genügende Widerstandsfähigkeit gegenüber Schnitten.

Di eaer Brennvorgang oder Feuerungsvorgang

kann lediglich 15 Minuten dauern oder 45 Minuten lang dauern, wobei während dieses Brennvorganges die Brenntemperaturen im Bereich von y82°C bis 1149⁰C liegen. Ein bevorzugter Brennvorgang dauert mindestens etwa 20 Minuten und während dieser Temperatur wird der Formkörper durch einen Brennofen

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geleitet, der drei Temperaturzoneh aufweist.

Die erste Temperaturzone des Brennofens

arbeitet als Vorheizungszone und in dieser herrscht eine Temperatur im Bereich von 482 C bis 704 C. Die zweite Zone ist eine Glühzone, die bei einer Temperatur im Bereich von 982° bis 1149°C arbeitet. Die letzte Zone dient als Kühlzone und in dieser Zone erfährt der Formkörper eine langsame Verminderung der Temperatur während er diese Zone

^ durchschreitet. Die Kühlzone arbeitet so, dass in der Nähe der Gluhsone eine Temperatur von 1038 C vorliegt und an der Steile, an der der Formkörper den Brennofen verlässt, eine Temperatur von 149°C herrscht. Der Formkörper wird so allmählich von der Temperatur, der er in der Brennzone unterworfen wurde, heruntergekühlt, während er diese Kühlzone durchschreitet. Obwohl der Formkörper der Raumtemperatur ausgesetzt werden kann, während seine Temperatur noch 482 C beträgt, ohne dass hiebei aufgrund des thermischen Schocks ein Springen des Formkörpers auftritt,

| ■ist dennoch ein allmählicher Kühlvorgang vorzuziehen.

Die Formkörper, die nach dem vorhin beschriebenen Verfahren hergestellt werden, sind stark, besitzen ein leichtes Gewicht und sind gegenüber thermischen Schocks widerstandsfähig. Durch geeignetes Glasieren und/oder andere Verschönerungsoperationen können diese Formkörper mit einem ansprechenden Aussehen ausgestattet werden, sodass sie

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als Servierteller geeignet sind. Derartige Teller können als Erhitzunga- und Servierbehälter dienen. Die auf diese Teller aufgetragenen Nahrungsmittel können mit irgend einer der vielen bei der Herstellung von Speisen üblichen Heizvorrichtungen erhitzt werden. Wenn die Formkörper die Form von Serviertellern oder Schüsseln aufweisen, dann ist die Wärmeleitfähigkeit dieser Gegenstände auch bedeutend geringer, als diejenige der entsprechenden Aluminium-Ziehformen. Bei-

be.
spielsweise/t rügt der Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit für Aluminium etwa das 100-fache desjenigen der erhaltenen keramischen Substanz mit niedrigem Gewicht. Diese thermische Eigenschaft der keramischen Substanz ist besonders dann von Nutzen, wenn es sich um für das Servieren geeignete Formen handelt. Da die keramischen Materialien die Wärme

h;il ton
länger/i'iio Aluminium, wird durch diese Materialien die Speise in der Form längere Zeit warm gehalten. Ausserdem zeigen keramische Teller oder keramische Schüsseln keine Gefrierschäden, wenn sie mit Aluminiumfolie bedeckt werden, ehe sie einem Gefriervorgang unterworfen werden. Die keramischen Behälter können daher mit vorbereiteten Speisen gefüllt, ire froren und gelagert werden, und diese gpf ΠΗ.ρπ Behälter können dann bei Bedarf erhitzt, werden. Aufgr^ivi u·³?· ger·' -'>n "■ osten der Material \>-n, öle die keramische PwrstfiU" : Iv, ^n und aufgrund der -ringen Kosten dec; Verfahrens ;-^;i Hilfe dessen die kei^tJ.-eben Materialien zn g<eignetet) rcrmkorpern geformt werden, sind diese Form¹·?Vrrer

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leicht herstellbar und daher für einmaligen Gebrauch geeignet. Aufgrund dieser Eigenschaften sind diese keramischen Formkörper bei Anwendungsgebieten von Interesse, bei welchen e3 nicht zweckmässig ist diene Formkörper einem Reinigungsschritt oder einem Neuerungsschritt zu unterwerfen, um 3ie für den erneuten Gebrauch geeignet zu machen.

Uns vorhin beschriebene Verfahren soll

lediglich als Beispiel dienen und es können bezüglich der ^ Ausgestaltung der Form, der Apparatur, der Anordnung der einzelnen Teile viele Aenderungen vorgenommen werden und auch die beijdem Verfahren beschriebenen Arbeitsschritte können in weiten Grenzen verändert werden.

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Claims

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Patentanspruch? -F

A. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Materials, dadurch gekennzeichnet, dass man Ton, poröse silikatische Zuschlagsstoffe und Wasser in einer Mischvorrichtung mischt, die in dieser Mischvorrichtung erhaltene Mischung zu einem Formkörper formt und diesen trocknet, sodass ein Teil des in ihm enthaltenen Wassers entfernt wird und dann den Formkörper einem Brennvorgang unterwirft, durch welchen die keramische Bindung und ein Verschmelzen zwischen den den Formkörper bildenden Teilchen erreicht wird.

^;U—tr-fc—e—r-sr-rt-a- p—3?—ä- e -h- e-

'2 --3r· Verfahren nach Pate-n-tÄnspruch *ί, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mischung aus 0 bis 70$ Ton und 100 bis 30$ porösem silikatischem Zuschlagsmaterial herste LIt, zu dieser Mischung Wasser gibt und das Vermischen der Tonteilchen, der Teilchen des silikatischen Zuschlagsmaterials und des Wassers in einem geeigneten Mischer durchführt, diese Mischung aus Ton, silikatischem Zuschlagsmaterial und Wasser in eine Form einführt, die der Gestalt dea Formkörpers entspricht, die Form einem Arbeitsvorgang unterwirft, durch den die zu formende Mischung in Uebereinstimmung mit der Gestalt der Form gepresst wird, den Form-

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IRA fi3 9 ü

körper nach dessen Formung aus der Form entfernt, und ihn zur Entfernung, eines Teiles des in ihm enthaltenen Wassers, trocknet, sodann die Oberfläche des Formkörpers ^glasiert und den Formkörper bei einer Temperatur brennt, bei welcher die keramische Bindung und ein Verschmelzen zwischen den TeiLehen, die den Formkörper bilden, erreicht wird.

^ -2". Verfahren nach IJfaranspruch Γ, dadurch gekennzeichnet, dass das der Mischung aus Ton und silikat, L-schem Zuschlagsstoff zugefügte Wasser im wesentlichen zwischen 10 und 100 # des Gewichtes der Mischung aus Ton und Zuschlagsmaterial entspricht.

>·/ -T. Verfahren nach Ihtteri^nspruch Γ, dadurch gekennzeichnet, dass ein organisches Bindemittel in einer Menge von 0 bis 4 Gew.^, bezogen auf die Mischung der trockenen Materialien zugefügt wird.

/· ¹T -Γ Λ". Verfahren nach Ufrter.anspruch fi, dadurch

gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel eine Stärke ist.

(&.%ΐ Verfahren nach UflrteT/enspruch ^, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel eine Dextrinverbindung ist.

7" .-6". Verfahren nach Ufirfre^fnspruch Jr', dadurch gekennzeichnet, dnaπ das organischeBindemittel zu der Gruppe der Cellulosegummen gehört.

χ Zf. Verfahren nach Un-berirnspruch /}, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel ein wasser-

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löslichen synthetisches or/ranic:hen Polymeres ist.

' 1 a ''t

.ft.Verfahren räch Ur/b-er/fncpr-ich.-?', dadurch nc-

konnzoichnet, rans da. η or/:aniroho Pindo^ittel Polyvin;'?-- alk^hol j nt.

f' -9'. Verfahren räch ''nteranspruch 3, dadvr-:}: gokonnzej chr.oi. d.rir-r- das orran:".^^ho rindcnittcl Polyvinylpyrolidcn ist.

i I 10'. Verfahren nach ür^trrjär.'-pruch Γ, d.?d-:rc"·: f;e>onn^eirhnot, dacn der 7^n eine Mjrchvn*· ⁿ."jn Pir.c^t·"". Kaolin, Talk, riintotein T?sv.·. Schief orfon, FoIc η τ;.".·¹:, ¹Vo ll·-"·-¹. γ nit ur.d TVnt.cn.it ic:t.

;." 11. Verfahren r.i-^h l^te^r.ppruch ?.', c^d^T-h

/rekennr;ei ■■ -not, dans der Ton er'.ne ''irchur." Γ>.ι;σ rir.d"-!^r., Kaolin, T·*]':, '."cllaston.it und ren.tcr.it is"¹.

is \\ If!. Verfahren r.ich Vs^reDiinsprtich 1, CrA-rc*:.

fckennrei ehret. dass der sili*.:rtisch¹? ."!urchlartrctof f Vemiculit io^J .

i'/l?. Verfahren räch ¥n*-$B4r.prruch 12?, dad·:"-· gekennzeichnet _f das π der Vermiculit die folgerde Grcnr^r:- verteilung der Teilchen aufwsit-t: 5 "bis 2C *?- der Teil./'■:·- prccse vcn ftr'.^cer als 0,833 ™r. (20 r.er?h}. 20 tic 2? ^ ein— Greise von kleiner als 0,330 ητη \iO rasch^v und »~rcsser air C.S-iö "!": ■ vO mesh ^ 8 bis 33 ^ einer 'ir'icce von kleiner ^ri" -

·*:...1ί·'. Verfahren, nach tisteränspruch 1, d".~\:~ ge:cenn^ea"hr.ct, dass "bei den Verfahrens"chritt der ?cr-;:. ■

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in der Form ein Druck von 2 bis 53,5 kg/cm angewandt wird, um die zu formende Mischung in Uebereinstimmung mit der Gestalt der Form zu pressen.

■^ J^. Verfahren nach HrtteTjenspruch/jr, dadurch gekennzeichnet, dass ein inneres haftungsverhinderndes Mittel aus einem hydrophoben Material der Mischung aus Ton, kieselsäurehaltigem Zuschlag und Wasser zugegeben wird und dass so dann erhitzt wird und das innere haftungsvermindernde P Mittel nach dem Trocknen ausgebrannt wird.

1?.^). Verfahren nach Uß^ermispruch -Ί', dadurch gekennzeichnet, dass man Paraffinöl in einer Menge von 1 i° bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung zugibt, wobei das Paraffinöl als inneres haftungsverminderndes Mittel zu der Mischung aus Ton, kieselsäurehaltigem Zuschlag und Wasser zugegeben wird und sodann erhitzt wird und das Paraffinöl nach dem Trocknen ausgebrannt wird.

fi ~W· Verfahren nach Urrtwanspruch Ϊ, dadurch gekennzeichnet, dass ein äusseres haftungsverminderndes Mittel auf die Oberfläche der Forrr aufgebracht wird, ehe die Mischung in die Form eingebracht wird.

,., _A VcT

-' J .IST. Verfahren nach epanspru6h .2^ dadurch

gekennzeichnet, dass das äussere haftungsvermindernde Mittel eine Beschichtung aus Stearinsäure ist.

2-C ^*i. Verfahren nach Unb-er/nspruch -Ir, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungsschritt durchgeführt wird, um mindestens 20 i» des Wassers zu entfernen.

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r ^/Q

2<S. Verfahren nach Uö^eaf^mspruch .15^ dadurch

gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt, in dem die organischen Materialien ausgebrannt werden, durchgeführt wird, indem man den Formkörper der Einwirkung einer Temperatur von 538° C bis 816° C während einer Zeit von

drei bis zehn Minuten unterwirft.

Z. XZzi. Verfahren nach --ffjnspruch X, dadurch

gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt, in dem die Glasur aufgebracht wird, ein Trocknungsschritt eingeschaltet wird, um alle Feuchtigkeit zu entfernen, die durch das Aufbringen der Glasur eingebracht wurde.

Jt

23.2-2". Verfahren nach e/ainspruch /i, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahrensschritt zur Verschönerung des Formkörpers eingeschaltet wird, ehe dieser gebrannt wird.

Verfahren nach Uffter/^nspruch^i:, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahrensschritt, wo der Formkörper gebrannt wird, dieser einer Temperatur von 982 bis 1143 C während einer Zeit von 15 bis 45 Minuten lang ausgesetzt wird.

-- s- ρ- r-xt-c— h-- IX-..

2λ, Nach dem Verfahren gemäss Pat^irt/Hnspruch ■% hergestellter keramischer Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dasn er tine gebrannte, keramisch gebundene Mischung aus O bis 70 "/o Ton, 100 bis 30 'fo porösem silikatischem Zuschlag

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1 F, U F. 3 9 Π

aufweist und dass er eine oberflächliche Beschichtung aus einer Glasur aufweist.

Ansprüche

2K. KeramischerFormkörper nach Petentanspruch^r JT, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton eine Mischung aus Bindeton, Kaolin, Talk, Flintstein bzw. Schieferton, Feldspat, Wollastonit und Bentonit ist.

2 ι _2^. Keramischer Formkörper nach Paireni^atnspruch ,ΣΤ, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton eine Mischung aus Bindeton, Kaolin, Talk, Wollastonit und Bentonit ist.

Zf s&>· Keramischer Formkörper nach Bate»t4n-

Z<T

spruch ^T, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse silikatische Zuschlagsstoff Vermiculit ist.

T Keramischer Formkörper nach

2Γ
2&Ί dadurch gekennzeichnet, dass der Vermiculit die folgende

Verteilung der Teilchengrösse aufweist:

5 bis 20 % einer Teilchengrösse von grosser als 0,833 mm (20 mesh),

39 bis 50 io einer Grossenverteilung von kleiner als 0,833 mm(20 mesh) und grosser als 0,33 mm (40 mesh)

20 bis 29 $> einer Grössenverteilung von kleiner ala 0,33 mm(40 mesh) und grosser als 0,246 mm(60 mesh)

8 bis 33 io einer Teilchengrösse von weniger als 0,246 mm (60 mesh).

9833/06 4 7 American Can Company, die Vertreter:

E. BLUM C

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