DE1671115C3 - Verfahren zum Herstellen temperaturwechselbeständiger keramischer Körper auf Lithiumaluminiumsilikat-Basis - Google Patents
Verfahren zum Herstellen temperaturwechselbeständiger keramischer Körper auf Lithiumaluminiumsilikat-BasisInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung •emperaturwechselbeständiger keramischer Formkörper
auf Lithiumaluminiumsilikat-Basis mit einem Wasleraufnahmevermögen
bis 0.5%.
Es ist bisher kein befriedigendes Verfahren zum Herstellen solcher keramischer Formkörper aus natüricher.
Rohstoffen bekanntgeworden, die die vorstehend angegebenen Eigenschaften besitzen. Dieser
Zweck und weitere Vorteile sind durch die vorliegende Erfindung erfüllt.
Erfahrungsgemäß wird bei solchen keramischen Formkörpern ein relativ niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
(WAK) von etwa 0,5 ■ 10 B/"C zwilchen
20 und 600 C erwartet. Keramische Formkörper •lit einem entsprechend niedrigen WAK auf der Basis
von Lithiumaluminiumsilikat sind in der Literatur- «telle »Die Bedeutung des Lithiums in keramischen
Massen und Glasuren« von M. Mehmel im Sprechlaal
90 (1957), Heft 4 und 5, insbesondere auf den S. ill bis 115, eingehend beschrieben.
Ferner sind auch lithiumreiche Porzellane gemäß der
deutschen Auslegeschrift IO 10 000 vorgeschlagen worden. Dabei wird eine lithiumreiche Fritte hergestellt,
die auch noch Anteile von Zirkoniumoxid enthält. Zur besseren keramischen Verarbeitung werden noch Tone
oder andere aluminiumsilikathaltige Rohstoffe zugesetzt.
Weiterhin gehört hier zum Stand der Technik die deutsche Auslegeschrift 11 58 434 zur Herstellung von
temperaturwechselbeständigen und säurefesten Steinzeug. Verbindungen des Eisens, Nickels, Zinns und/oder
Magnesiums bis zu 3% werden einer Lithiu.u-silikat-Grundmasse
/ugemischt, wöbe' der Li2O-Gehalt der
Giindmasse unter 2% liegt. Die so erhaltenen Massen
werden gegebenenfalls nach ihrer Verformung in reduzierter
Atmosphäre gebrannt.
Ergänzend i=t auch die belgische Patentschrift 685 999 zu nennen. Bei diesen Verfahren zur Herstellung
von Gegenständen mit niedrigen Ausdehnungskoeffizienten
wird ein Lithiumaluminiumsilikat-Glas mit Hilfe von Zirkoniumoxid als Kristallisator
durch entsprechende Wärmebehandlungen entgiast.
ίο Man erhält bei bekannten Verfahren im allgemeinen
nur poröse bzw. mechanisch wenig feste Körper, da die Fritte beim brennen durch ihre glasigen Bestandteile
leicht aufkocht. Nach den Literaturangaben soll das Brennintervall zwischen 20 bis 700C betragen. Es
stellte sich jedoch heraus, daß diese Angabe·-« als übertrieben
günstig anzusehen sind. Praktische Veisuche
haben gezeigt, daß nicht nur die Brenntemperatur mit einer Genauigkeit von etwa ±2° C eingehalten werden
muß, sondern auch die Ofenatmosphäre und die Art
des Temperaturanstiegs beim Brennen speziellen Anforderungen
genügen muß. Daher läßt sich eine rationelle großtechnische Fertigung mit solchen Massen
nicht durchführen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von temperaturwechselbeständigen
und dichten keramischen Formkörpern zu schaffen, die obengenannte Nachteile nicht aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mischungen von 85 bis, 93% Petalit, 5 bis 10%
Kristallbildnern in Form von Zinnoxid und/oder Zirkoniumoxid und äquivalenten Mengen solcher Verbindungen,
aus denen beim Brennen diese Oxide entstehen, und 0 bis 5% Glasbildnern naß vermählen und
sodann nach üblicher keramischer Verfahrensweise zu Formkörpern verarbeitet und gebrannt werden.
Dabei hat sich überraschenderweise gezeigt, daß auf eine lithiumreiche Fritte nicht zurückgegriffen werden
muß wie es in der deutschen Auslegeschrift 10 10 000 beschriebet, ist, um zu keramischen Formkörpern zu
gelangen, sondern daß natürliche Rohstoffe wie Petalit eingesetzt werden können. Auch ist es nicht notwendig.
Ton- bzw. Kaolinzusätze zu verwenden. Ferner kann auch auf Glasbildner wie PbO bzw. PbO · SiO2
verzichtet werden, wie aus dem Beispiel I zu entnehmen ist, wenn ein genügend hoher Zinn- bzw. Zirkoniumoxidanteil
im Versatz vorliegt.
An Stelle der vorstehend genannten Zinn- und/oder Zirkoniumoxide können dem Versatz solche Verbindungen
zugesetzt weiden, die beim keramischen Bren-
nen diese Oxide ergeben. Als Beispiel sei hier Zinncarbonat genannt.
Die Ursachen der günstigen Wirkung der erfindungsgemäßen Zuschläge sind nicht hinreichend bekannt.
Doch kann vermutet werden, daß die genannten Oxide das Kristallwachstum hemmen. Dies wird daraus ersichtlich,
daß in Dünnschliffen von Werkstoffen, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, die Kristallgröße
12 μηι nicht überstieg, während in analog aufbereiteten
und gebrannten Massen aus beispielsweise
85 Gewichtsprozent einer Lithiumaluminiumsilikat-Verbindung und 15 Gewichtsprozent kalzinierter Tonerde
Kristalle mit einer Größe zwischen 60 und 100 μηι
vorherrschten. Die geringe Kristallitgröße ist ein weiterer
Vorteil der entsprechend der Erfindung herge-
stellten Körper, da hierdurch die mechanische Festigkeit im günstigen Sinne beeinflußt wird. Ferner lassen
sich bei den erfindungsgemäßen Werkstoffen ziemlich leicht dichte Formkörper erhalten.
3 4
Als Glasbildner können an Stelle von PbO · SiO
auch äquivalente Mengen solcher Bleiverbindungen, Beispiel 3
die beim Brennen Bleisilikat bilden können, züge- Um darzulegen, daß die vorteilhaften Sfnteieigen-
mischt werden. schäften nicht durch die Zumahlung von Magnesium-
Im weiteren wird die Erfindung an Hand von ver- 5 silikat bzw. MgO entstehen, wird an Stelle von Steatit-
schiedenen Beispielen näher erläutert. Vorauszu- kugeln mit Flir.tsteinen gemahlen. Dabei kommt der
schicken ist, daß die Prüfung der Temperaturwechsel- gleiche Versatz wie im Beispiel 2 zur Anwendung,
beständigkeit so durchgeführt wird, daß der fertige Die daraus hergestellte Keramik brannte bei etwa
keramische Formkörper von maximal 50 g Gewicht 1230 bis 1280° C dicht und hatte eine Wasseraufnahme
auf 650QC erwärmt und sodann in Wasser von 20°C 10 kleiner als 0,1%. Der Ausdehnungskoeffizient lag im
abgeschreckt wird. Hierbei soll der Körper weder zer- Bereich von 20 bis 600° C bei 0,55 · 10-e/°C und seine
springen noch anschließend Risse an seiner Ober- Biegefestigkeit gemessen an den Probekörpern betrug
fläche aufweisen. Bei den hergestellten Formkörpern 810 kg/cm2. Auch die Temperaturwechselbeständig-
ließ sich beim Brennen ein Sinterintervall von 20 bis keitsprüfung brachte wiederum ein positives Ergebnis.
600C feststellen, so daß eine rationelle großtechnische i5 Während die Beispiele 1 bis 3 für eine bevorzugte
Fertigung möglich ist. Dabei hat der natürlich vor- Zusammensetzung der erfinderischen Massen zu gelten
kommende Petalit, der für die Versätze verwendet haben, werden die nachfolgenden Beispiele 4 bis 7
wird, folgende Zusammensetzung: lediglich zur Beiegung der an den Bereichsgrenzen laut
Gewichtsprozent kennzeichendem Teil des Hauptanspruchs liegenden
LiOj 3,2 ao Versätze aufgeführt. Die keramische Verarbeitungs-
AI2O3 17,7 weise und die Prüfung auf Temperaturwechselbestän-
SiO2 77,5 digkeit erfolgen ir. s>r>*igemäß gleicher Weise wie bei
Rest (Verunreinigungen) 1,6 den Beispielen 1 b;- \
Beispiel 1 Peisp=-! 4
100 Gewichtsteile einer Mischung aus 90 Gewichts- Es wird von einem Trockenversatz von 93 Gewichtsprozent
Petalit und 10 Gewichtsprozent Zinnoxid, die prozent Petalit, 2 Gewichtsprozent PbO ■ SiO2 und
auf eine Feinheit kleber 88 μπι gemahlen worden sind, 5 Gewichtsprozent SnO2 ausgegangen. Als Ergebnis
werden unter Zusatz von weiteren 100 Gewichtsteilen kann dabei festgehalten werden, daß das Brennintervall
Wasser mittels Steatit-Mahlkugeln 3G Stunden naß 3o zwischen 1230 bis 1245 C lag und der WAK 0,5· 10"e/
gemahlen. Die Masse wird in bekannter Weise ent- 0C beträgt. Auch die Wasseraufnahme lag unter 0,1 %.
wässert, getrocknet, pulverisiert und sodann unter Dagegen betrug die Biegefestigkeit nur etwa 560 kg/cm2.
Zugabe vcn 2 Gewichtsteilen Methylcellulose, 15 Ge- . .
wichtsteilen Wasser und 3 Gewichtsteilen Petroleum Beispiel 5
granuliert. Das Granulat wird in Stahlformen zu Form- 35 Auch hier wird wiederum ein trockener Versatz von körpern verpreßt. Nach dem Brennen zwischen 1260 93% Petalit, 2 Gewichtsprozent PbD ■ SiO2 und bis 1280° C sind diese Formkörper dicht und haben 5 Gewichtsprozent ZrO2 verwendet. Es wurden foleine Wasseraufnahme von weniger als 0,1 %. Der WAK gende Ergebnisse festgehalten: Das Brennintervall lag liegt im Bereich von 20 bis 6(XTC bei 0,5 · 10-6/"C. zwischen 1260 bis 1280°C, der WAK 0,55 · 10e/°C Die Biegefestigkeit dieser Formkörper beträgt etwa 4o wurde zwischen 20 bis 600° C gemessen, die Wasser-720 kg/cm2. EK.ifalls verlief die Temperaturwechsel- aufnahme lag bei etwa 0,3% und die Biegefestigkeit prüfung nach der vorstehend angegebenen Art positiv. betrug etwa 510 kg/cm2.
wichtsteilen Wasser und 3 Gewichtsteilen Petroleum Beispiel 5
granuliert. Das Granulat wird in Stahlformen zu Form- 35 Auch hier wird wiederum ein trockener Versatz von körpern verpreßt. Nach dem Brennen zwischen 1260 93% Petalit, 2 Gewichtsprozent PbD ■ SiO2 und bis 1280° C sind diese Formkörper dicht und haben 5 Gewichtsprozent ZrO2 verwendet. Es wurden foleine Wasseraufnahme von weniger als 0,1 %. Der WAK gende Ergebnisse festgehalten: Das Brennintervall lag liegt im Bereich von 20 bis 6(XTC bei 0,5 · 10-6/"C. zwischen 1260 bis 1280°C, der WAK 0,55 · 10e/°C Die Biegefestigkeit dieser Formkörper beträgt etwa 4o wurde zwischen 20 bis 600° C gemessen, die Wasser-720 kg/cm2. EK.ifalls verlief die Temperaturwechsel- aufnahme lag bei etwa 0,3% und die Biegefestigkeit prüfung nach der vorstehend angegebenen Art positiv. betrug etwa 510 kg/cm2.
Beispiel 2 Beispiel 6
100 Gewichtsteile einer Mischung aus 90 Gewichts- 45 Auch in diesem FaI1. werden 85% Petalit, 4 Ge-
prozent Petalit, 4 Gewichtsprozent Bleimetasilika, wichtsprozent PbO · SiO2, !0 Gewichtsprozent SnO2
5 Gewichtsprozent Zirkoniumoxid und 1 Gewichts- und 1 Gewichtsprozent Nephelinsyenit trocken ge-
prozent Nephelinsyenit, alle mit einer Feinheit kleiner mischt, anschließend nach bekannten Verfahren ver-
88 μπι, werfen wiederum unter Verwendung von 100 formt und bei 1220 bis 12500C gebrannt. Der WAK
Gewichtsteilen Wasser und Steatit-Mahlkugeln 30 5o liegt bei 0,7 · 10-"/° C und die Wasseraufnahme ist
hergestellte Sprühkorn oder der getrocknete Filter- . . .
kuchen wird in einem Aufbereitungsaggregat unter Zu- Bei spie
gäbe von 2 Gewichtsteilen Methylcellulose, 18 Ge- Die Trockenausgangsstoffe von 85 Gewichtsprozent
wichtsteilen Wasser und 10 Gewichtsteilen Petroleum 55 Petalit, 4 Gewichtsprozent PbO · SiO2 und 10 Ge-
zu einer Ziehmasse verarbeitet, die sich auf einer wichfsprozent ZrO2 und 1 Gewichtsprozent Nephelin-
Vakuumstrangpresse weiterverarbeiten läßt. Fügt man syenit werden gemischt und die Formkörper werden
noch weitere 3 Gewichtsteile Petroleum hinzu, so läßt bei 1230 bis 124O0C gebrannt. Die Wasseraufnahme
sich die verknetete Masse auch als Preßmasse weiter- dieser Körper liegt etwa bei 0,5%, der WAK beträgt
verarbeiten. Je nach der gewünschten Plastizität wird 6o etwa 0,4 · 10-e/°C im Bereich zwischen 20 bis 6000C
die Feuchtigkeit auf 12,5 bis 14,5% eingestellt. Form- und die Biegefestigkeit betrug 460 kg/cm2,
körper, die aus dieser Masse gepreßt werden, sind Die nach der Erfindung hergestellten Formkörper
nach dem Brennen bei 1210 bis 12500C dicht, haben zeigen gegenüber den bekannten Massen auf der Basis
wiederum eine Wasseraufnahme <0,l% und einen von Lithiumaluminiumsilikat folgende entscheidende
WAK von 0,55 · 10-e/°C zwischen 20 und 600"C. Die 65 Vorzüge:
Biegefestigkeit ist hier mit 820 kg/cm2 hoch. Die Es wird von einem Naturrohstoff Petalit ausgegan-
Temperaturwechselprüfung verläuft mit dem gleich gen und für dessen Verarbeitung zu keramischen
guten Ergebnis wie beim Beispiel 1. Artikeln sind nicht unbedingt Tone bzw. Kaoline not-
wendig. Vor allem ist hier darauf hinzuweisen, daß die relativ teuere Herstellung einer Fritte aus lithiumhaltigen
natürlichen und/oder synthetischen Grundstoffen nicht notwendig ist. Die erfindungsgemäßen Formkörper
sind bis auf eine geringe Porosität bis 0,5% dicht und weisen eine hohe mechanische Biegefestigkeit
von 460 bis 820 kg/cm2 auf.
Es wurde eine Masse gefunden, die auch in praktischer Durchführung ein relativ großes Sinterintervall
aufweist.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung temperaturwechselbeständiger
keramischer Formkörper auf Lithiumaluminiumsiükat-Basis
mit einem Wasseraufnahmevermögen bis 0.5%, dadurch gekennzeichnet,
daß Mischungen von 85 bis 93% Petalit, 5 bis 10% Kristallbildnern in Form von
Zinnoxid und/oder Zirkoniumoxid oder von äquivalenten Mengen solcher Verbindungen, aus denen
beim Brennen diese Oxide entstehen, und 0 bis 5% Glasbildnern naß vermählen und sodann nach
üblicher keramischer Verfahrensweise zu Formkörpern verarbeitet und gebrannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Glasbildner PbO · SiO2 oder äquivalente Mengen solcher Bleiverbindungen, die beim
Brennen Bleisilikat bilden können, zugemischt werden.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß 10% Zinnoxid zugemischt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 5"„Zirkoniumoxid zugemischt
werden.
5. Keramische Körper, hergestellt nach einem Verfahren gemäß vor ngehender Ansprache, dadurch
gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus Kristallen von höchstens 12 μΐη Längenerstreckung
besteht.
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DEST027020 | 1967-06-19 | ||
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DE1671115A1 DE1671115A1 (de) | 1971-08-26 |
DE1671115B2 DE1671115B2 (de) | 1975-08-28 |
DE1671115C3 true DE1671115C3 (de) | 1976-04-22 |
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