DE1904565A1

DE1904565A1 - Verfahren zur Herstellung von keramischen Materialien mit geringer Dichte und nach diesem Verfahren hergestellte keramische Materialien

Info

Publication number: DE1904565A1
Application number: DE19691904565
Authority: DE
Inventors: Peterson Orrin Martel; Hardy Paul Wilson
Original assignee: American Can Co
Current assignee: Primerica Inc
Priority date: 1968-01-31
Filing date: 1969-01-30
Publication date: 1970-09-17

Description

Verfahren zur Herstellung von keramischen Materialien mit geringer Dichte und nach diesem Verfahren hergestellte keramische Materialien =P1646BW4 Gegenstand des Hauptpatentes (Anmeldung Nr.A 56731VIb/80b) ist ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Materials, das dadurch gekennzeichnet ist, 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, so dass 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.
Ferner betrifft das Hauptpatent einen nach diesem Verfahren hergestellten keramischen Formkörper, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er eine gebrannte, keramisch gebundene Mischung aus 0 bis 70 Ton, 100 bis 30ovo porösem silikatischem Zuschlag aufweist und dass er eine oberflächliche Beschichtung aus einer Glasur aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung des im Hauptpatent beschriebenen Verfahrens dar; sie betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Materialien mit geringer Dichte und hoher Festigkeit, wobei sich dieses Material zu Formkörpern, beispielsweise Gebrauchsbehältern,formen lässt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Formkörper.
Eine Zeitlang haben in der Geschirrindustrie und der keramischen Industrie Bestrebungen bestanden entweder keramisches Tafelgeschirr guter Qualität herzustellen oder eine Ware iefern, die wenig kostetundlange Zeiten hindurch verwendet werden kann.
Es waren jedoch keine oder nur geringe Bestrebungen im Gange keramikartige Ware herzustellen, die geringe Kosten aufweist.
Dies ist insbesondere auf die wirtschaftlichenVerhältnisse und die Arbeitsverfahren zurückzuführen, die bei der Herstellung derartiger Gebrauchsgegenstände angewandt werden. Bisher waren die zur Herstellung von Formkörpern verwendeten keramischen Materialien nicht dafür geeignet Gebrauchsgegenstände für ein--maligen Gebrauch herzustellen, beispielsweise Wegwerfbehälter.
Im allgemeinen waren nämlich die Arbeitsverfahren, nach denen aus derartigen Materialien die endgültigen Formkörper hergestellt wurden zu kostspielig, als dass ein einmaliger Gebrauch derartiger Formkörper vom wirtschaftlichen Standpunkt her tragbar gewesen wäre.
Durch den steigenden Verbrauch an Einweg-Glasbehältern, Plastikbehältern oder Metallbehältern ist das Interesse an der Verwendung von Gebrauchsbehältern des keramischen Typs, die nach guter Qualität aussehen, gestiegen, insbesondere auf dem Gebiet der Auf bewahrung oder Abgabe von Nahrungsmitteln. Derartige keramische Behälter verleihen dem Produkt ein Aussehen, das auf gute Qualität schliessen lasst, dem das Aussehen derartiger Produkte ist porzellanartig. Ausserdem würden derartige Behalter auf Grund ihres guten Aussehen nicht nur zurtagerung und/oder Einfrierung von Nahrungsmitteln verwendet werden, sondern sie würden auch Behälter darstellen, in denen das Produkt erhitzt werden kann und sodann direkt in diesen Behaltern serviert und konsumiert werden könnte .. Heutzutage werden zu derartigen Zwekken in weitem Umfang Metallbehälter verwendet. Jedoch haben diese Behälter im allgemeinen eine grosse Wärmeleitfähigkeit und sind daher nicht in der Lage die-Wärme zu speichern. Ausserdem haben deartige Metallbehälter auch nicht ein Aussehen, das an gute Qualität erinnert, wobei ein gutes Aussehen im allgemeinen dann sehr wünschenswert ist, wenn die Nahrungsmitteln dem Konsumenten direkt serviert werden sollen.
Ausserdefloffensichtlichen Vorteil.rjn bei der Lagerung, bei der Herstellung und beim Servieren ist ein anderer wichtiger Faktor bei der Verwendung von tWiegwerfbehältern das Wegwerf-Problem selbst.
Leder Metallbehälter noch Glasbehälter noch übliche Keramikbehälter können leicht zerschlagen oder vernichtet werden, so dass sie zu Problemen bezüglich der Abfallbeseitigung führen. Im Gegensatz hiezu können Formkörper'die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt worden sind, leicht in üblichen Haushalts-Abfallvorrichtungen zermahlen werden und dann mit dem organischen Material über Abwassersystemen weggespült werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung war es Einwegbehälter guter Qualität herzustellen, die nicht nur das Aussehen von Nahrungsmitteln, die darin serviert werden, verbessern, sondern auch zur Aufbewahrung derartiger Produkte während ihres Versandes und ihrer Herstellung dienen. Ausserdem sind derartige Behälter nach üblichen Arbeitsverfahren leicht zerstörbar oder vernichtbar.
Ziel der vorliegenden Erfindung war es ein keramisches Material geringer Dichte und hoher Festigkeit herzustellen, das zur Herstellung von Formkörpern geeignet ist, die für den einmaligen Gebrauch verwendbar sind.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung war es ein Arbeitsverfahren zu entwicklen, nac dem das oben beschriebene keramische Material leicht und wirtschaftlich hergestellt werden kann. Ferner betrifft die Erfindung ein keramisches Material sowie ein Arbeitsverfahren um daraus erhitzbare und zum Servieren geeignete Behälter herzustellen. Derartige Behälter sollen auf beliebigen, üblicherweise zur Herstellung von Nahrungsmitteln angewandten Heizquellen erhitzbar sein. Ferner sollen die keramischen Materialien und die unter deren Verwendung hergestellten Behälter fest sein, ein geringes Gewicht aufweisen und gegenüber thermischen Schocks beständig sein. Ausserdem sollen diese Behälter nach der Verwendung leicht zerstörbar sein so dass ihre Beseitigung nåch üblichen Methoden leicht möglich ist.
Lin weiteres Ziel der Erfindung war es ein keramisches Material und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu entwickeln, wobei die aus diesem Material hergestellten Behälter auch tiefen Temperaturen unterworfen werden können, die für Herstellung und Aufbewahrung von gefrorenen insbesondere tiefgefrorenen Nahe mitteln angewandt werden.
Die Erfindung soll anhand der Beschreibung und der Zeichnungen noch näher erläutert werden.
Die vorhin erwahnten Ziele können dadurch erreicht werden, dass man geeignete Anteile an Ton, Zuschlagsmaterialien geringer Dichte, insbesondere silikatischer Zuschlagmaterialien und Wasser sowie geeignete Bindemittel oder die Ausflockung verhindernde Mittel oder sonstige Zusätze vermischt. Die so erhaltenen Mischung wird in eine Form gegeben, die so gestaltet ist, dass der mit deren Hilfe hergestellte Formkörper die geivünschte Form aufweist. Die zu formende Mischung kann in der Form zusammengepresst werden, beispielsweise mit einer hydraulischen Presse. Nachdem der Formkörper so geformt wurde wird er aus der Form entfernt. Um die Entfernung des Formkörpers von der Oberflächen der Form zu erleichtern können diese Oberflächen mit einem die Haftung vermindernden Mittel vor der Durchführung des Formverfahrens beschichtet werden. Es kann jedoch auch ein die Haftung verminderndes Material in der zu formender Mischung enthalten sein, um die Entfernung des geformten Körpers aus der Form zu erleichtern.
Anschliessend an das Formverfahren wird die verfestigte Mischung teilweise getrocknet, um einen Prozentsatz des ursprünglich in der zu formenden Mischung anwesenden Wassers zu entfernen. Diese Trocknung wird durchgeführt, ehe der Formkörper den hohen Temperaturen in dem Brennofen unterworfen wird. Bei dem Ausbrennen wird alles zurückbleibende Wasser aus der verfestigten Mischung entfernt und auch die organischen Materialien, beispielsweise die beim Mischen zugefügten die Haftung vermindernden Mittel, d.h.
die sogenanten inneren Freisetzungsmittel, werden entfernt. Dann kann die teilweise getrocknete verfestigte Mischung glasiert werden oder in anderer Weise mit keramischen Glasuren geschmückt werden die bei denjenigen Temperaturen, die in dem Brennofen angewandt werden, härten. Nach einem weiteren Trocknungsschritt, bei dem die meiste Feuchtigkeit, die durch das Glasierverfahren oder das Oberflächenverschönerungsverfahren hinein gebracht wurde, entfernt wird, wird die glasierte, teilweise getrocknete, verfestigte Mischung bei erhöhter Temperatur gebrannt, um die keramische Bindung und das Schmelzen der Partikeln hervorzurufen, wobei sich hiebei ein keramischer Formkörper mit geringer Dichte bildet.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sei anhand der folgenden Zeichnung näher 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. 1 dargestellt, wobei in dem hierin veranschaulichten Herstellungsverfahren der erste Verfahrensschritt zur erfindungsgemässen Herstellung des Formkörpers darin besteht, dass man eine Mischung aus Ton sowie einem porösen oder hygroskopischen vorzugsweise silikathaltigen Füllstoff und Wasser in den gewünschten Mengenverhältnissen herstellt. Der zu diesem Zweck verwendete Ton kann eine Mischung aus echten Tonen und anderen Materialien sein, die ein Material liefern, das bei erhöhten Temperaturen keramisch abbindet. Die Tonmischung kann aus Bindeton, Kaolin, Talk, Kiesel, Feldspat, Wollastonit und Bentonit hergestellt werten. Dabei kann eines oder mehrere dieser Materialien auch in der mischung fehlen, ohne das die Eigenschaften des Materials im gebrannten Zustand wesentlich beeinflusst werden. Eine bevorzugte Mischung dieser Materialien enthält im allgemeinen Bindeton.Beim Brennen schmilzt der Ton mit Partikeln des Aggregates zusammen.
Vermikulit ist der bevorzugte poröse silikatische Zuschlagsstoff mit geringer Dichte der verwendet wird, obwohl auch andere Materialien, wie z.B. Diatomeenerde, Perlit und Silicagel verwendet werden können. Es ist jedoch wünschenswert, dass der Zuschlag stoff in einer Form vorliegt, die möglichst geringe Dichte aufweist. Für Vermikulit ist dieser Zustand der expandierte Vermikulit Eine Teilchengrösse des Vermikulites, die mit dem Ton vermischt werden kann, ist die Qualität der Nr. 4, die im allgemeinen als Vermikulit Qualität für landwirtschaftliche Verwendung bekannt ist. Es können natürlich auch andere Grössen des Vermilnilits verwendet werden. Die natürliche Grösseverteilung der Teilchen des Vermikulits der No. 4 liegt zwischen einer lichten Maschenweite von 1,651 mm (10 mesh) und einer lichten Maschenweite von 0,246 mm (60 mesh). Während des Mischverfahrens können die Teilchengrössen beträchtlich vermindert werden. Die ideale Verteilung der Teilchengrössen in dem Material der Qualität Nr. 4 ist die folgende Grösser als 0,833 mm (20 mesh) 13 bis 17 ¢,Ó Kleiner als 0,833 mm und grösser als 0,330 mm (40 mesh) 45 bis 50 /0 Kleiner als 0,330 mm und grösser als 0,246 mm (60 mesh) 25 bis 30 % Kleiner als 0,246 mm weniger als 20 .
Das Gewichtsverhältnis von Vermikulit zu Ton kann in einem geeigneten Material im Bereich von 95% Vermikulit und 5 °%O Ton bis zu etwa 30% Vermikulit und 'lO/$ó Ton liegen. Das Verhältnis von Ton zu Zuschlagsstoffen kann variieren, je nach dem speziellen silikatischen Zuschlagsstoff der verwendet wird. Die bevorzugte Zusammensetzung ist ein Material, lang 45% an Vermikulit und 55% Ton oder etwa 78 Vol.-% Vermikulit. und 22 Vol.- Ton enthält, In der Folge werden nun beispiele angeführt, wobei in diesen Beispielen sowohl Tonzusammensetzungen als auch Mischungen aus Ton und Vermikulit verwendet werden.
Beispiel 1 Tonmischung Gewichts % Gleason-Bindeton 30 Georgia Kaolin 15 Talk (New York) 25 Kiesel (Potters) 15 Feldspat (Kona F-4) 9 Wollastonit 4 Bentonit 2 100 Beispiel Tonmischung Gew.-6yO Gleason-Bindeton 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 No.4 50 Wasser 54 Cellulosegwnmi mittlerer Viskositat (CMOYMP) in Wasser 0,0625 Paraffinöl 1,54 Formkörper, die aus Mischungen des Beispiels 3 geformt wurden, wobei bei der Formung ein-Druck von 7,03 kg pro cm² angewandt wurde und wobei das Material 20 Minuten lang bei einer Temperatur von 106600 gebrannt wurde, zeigten einen Bruchmodul von etwa 36,8 kg pro cm2 und echte von 0,83 g pro cm3.
Beispiel 4 Ton-Vermikulitmischung Gew.-Teile Tonmischung nach Beispiel 2 -50 Vermikulit der Qualität No. 4 50 Nasser 54 Oellulosegummi einer mittleren Viskositat (CMC7MP) 0,0625 Aus dieser Mischung wurden Formkörper hergestellt, wobei bei der Formung ein Druck von (,03 kg pro cm2 angewandt wurde, und wobei die Formkörper 20 Minuten lang bei einer Temperatur von 1066°C gebrannt wurden. Die hiebei erhaltenen Formkörper wiesen einen 2 Bruchmodul von etwa 39,2 kg pro cm auf und besassen eine Dichte von 0,82 g pro cm3, Beispiel 5 Mischung mit geringem Tongehalt Gew.-Teile Vermikulit der Qualität No. 4 100 Bentonit 10 Wasser 133 Aus dieser Mischung wurden Formkörper hergestellt, indem man bei 2 der Formung einen Druck von 7,03 kg pro cm anwandte und indem man die Formkörper 35 Minuten lang bei einer Temperatur von 1038°C brannte. Man erhielt hiebei Formkörper, die einen Bruchmodul von etwa 16,0 kg pro cm2 aufwiesen und eine Dichte von 0,48 g pro cm3 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 enthärtetes Wasser 140 Perlit 105 Cellulosegummi mittlerer Viskosität ( CMC {N1Y) gelöst in Wasser 2,1 Paraffinöl 2,5 Es wurden aus dieser lvftschung Formkörper hergestellt, wobei man 2 bei der Formung einen Druck von 7,03 kg pro cm angewandte und die reraterialien 35 Minuten lang bei einer Temperatur von 10660C brannte.
Man erhielt hiebei Formkörper, die einen Bruchmodul von im wesentlichen etwa 21,1 kg pro cm2 besassen und wobei diese Materialien eine Dichte von 0,60 g pro cm3 aufwiesen.
Beispiel 7 In diesem Beispiel wird eine Mischung beschrieben, bei der Diatomeenerde verwendet wird. Diese Mischung wies folgende Zusermensetzung 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 Tonkörper wie in Beispiel 2 50 Vermikulit der Qualität No. 4 50 Wasser 18 CMCo P 0,0625 Paraffinöl 1,54 Beispiel 9 Gew.-Teile Ion körper wie in Beispiel 2 50 Vermikulit der Qualität No. 4 50 Wasser 54 Par.affinöl 1,54 Eeisiel 10 Gew. -Teile Bindeton 84 Vermikulit No. 4 69 Wasser 33 Beispiel 11 Gew.-Teile Bindeton 28 Vermikulit No. 5 23 Wasser 13 Der Wassergehalt dieser Mischung ist kritisch, dern er beeinflusst die Festigkeit und die Dichte des Produktes und auch die Widerstandsfahigkeit des Produktes gegenüber einem Bruch, wenn das Produkt rasch einer Trocknung bei hohen Temperaturen unterworfen wird. Der Wassergehalt kann innerhalb des Bereiches von 10 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die Mischung aus Ton und Vermilkulit, schwanken, obwohl der bevorzugte Wassergehalt einer solchen Mischung entspricht, die 70 bis 85 % an Feststoffen enthält. Wenn die Feuchtigkeitsmenge grösser ist, dann neigt das Material dazu an der Oberfläche der Form kleben zu bleiben, in der es zu der Formgebung des Formkörpers oder herzustellenden Produktes verdichtet wird. Wenn andererseits eine zu geringe Menge an Feuchtigkeit angewandt wird, dann sind während des Verformungsverfahren höhere Formdrucke nötig.
Es ist nicht wesentlich, dass ein Bindemittel dem bei der Formung anwesenden Zuschlag zugesetzt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein hoher Prozentsatz an Feststoffen, beispielsweise über 70%, verwendet wird. Ein Bindemittel UsNirkt jedoch erhöhte Nassfestigkeit des geformten Körpers und es erleichtert die Handhabung während der naohfolgendefl 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 verdichteten-Mischung an der Oberfläche der Form hervorrufen. Das Autnahmevermögen für die Glasur kann ebenfalls durch hohe Konzentrationen an Bindemittel verschlechtert werden.
Das Bindemittel kann aus den in der Folge angeführten Klassen von Materialien ausgewählt sein. Hiezu gehören : Stärke, Dextrin, Cellulosegummis oder synthetische organische, wasserlösliche Polymere, wie z.B. Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrolidon usw. Das Bindemittel kann in einer Konzentration von bis zu 4%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Bestandteile, zugefügt werden. Das Bindemittel kann entweder als Trockenpulver oder in einer Lösung des zur Anfertigung der Mischung verwendeten Wassers zugegeben werden. Das bevorzugte Bindemittel ist eine Lösung eines Gelltilosegummis mit einer mittleren Viskositat, und diese wird in einer Konzentration von 0,0625 %, bezogen auf das Trockengewicht der Bestandteile, zugefügt.
Um das Entfernen der in der Form verdichteten Mischung von den Oberflächen der Form zu erleichtern, können die Haftung herabsetzende mittel oder innere die Haftung vermindernde Mittel der Mischung der Materialien zugesetzt werden. Derartige die Haftung herabsetzende Mittel oder innere Gleit mittel oder Schmienittel setzen jedoch die Nassfestigkeit der verfestigten Mischung herab.
Derartige die Haftung herabsetzende Materialien können auch direkt auf die Oberflächen der Form aufgebracht werden. Wenn diese dic naftung vermindernden Materialien der zu formenden Mischung zugefügt werden, dann können zu wiesen Materialien hydrophobe Materialien zugegeben werden, beispielsweise solche, die der Klasse der Leichtöle zugehören. Äusserlich wirkende die Haftung herabsetzende 2.;aterialien werden andererseits direkt auf die Oberfläche der Förm aufgebracht, und derartige Materialien können hydrophobe filmbildende Xaterialien~der ICasse der Stearinsäure enthalten oder sie können T"etallchelatverbindungen der Stearate sein. Diese Materialien werden mit Vorteil in Lösungsmitteln, die einen tiefen Siedepunkt besitzen, beispielsweise in n-Heptan oder n-Hexan gelöst.
Lin '~ystem aus sogenannten inneren die Ilaftung her setzendem Mittel und äusserem die Haftung herabsetzenden Ißittelkann, falls 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.-,flO, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung zugesetzt wird, während der äussere, die Haftung herabsetzende Ueberzug, Stearinsäure enthalten kann, die auf die Oberflächen der Form der Lösung in n-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 haftungsvermindernde Mittel bezeichnet, wenn sie direkt auf die Form aufgetragen werden, Die zu formende Mischung1 die Ton, Vermikulit, wasser, organisches Bindemittel und Jedes 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 der gesamten Mischung gewährleisten, seien der P-K-Flüssigkeits-Feststoffmischer, der Abbe-Bandmischer und der Hobart Paddelmischer genannt.
Es hat sic-h jedoch herausgestellt, dass das übliche Arbeitsverfahren, bei dem Peststoffe zusammen-gemischt werden und dann wasser zugesetzt wird, häufig zu einer nicht einhei-tlichen Elumpenaufweisenden Mischung führt, insbesondere dann, wenn das Verhältnis von Ton zu Zuschlagstoffen hoch ist. Um diese Probleme zu umgehen wird das Wasser zuerst den-Zuschlagstöffen zugesetzt, so dass es von diesen Zuschlägen teilweise'absorbiert wird. Dannwird der Ton zugemischt, wobei hiedurch die Bildung von Klumpen auf ein Minimum herabgesetzt wird.
Le hat sich auch gezeigt., dass die Dichte der zu formenden Mischung zunimmt, wenn die Mischungseit enger wird. Dies ist vermutlich auf ein Brechen der Zuschlagestoffe in kleinere Stücke zurückzuführen.Deshalb wird der Mischvorgang dann unterbrochen, wenn die gewünschte Dichte der Mischung erhalten- ist. Diese Arbeitsweise gewährleistet ein einheitlicheres zur Formung verwendbares Material.
Bei Verwendung von Vermikulit der Qualität Nr. 4 ist bei einem ansatzweisen Formvorgang eine Dichte der zu formenden Mischung von etwa 520 g/l bis580 g/l bevorzugt, wobei eine Dichte von 550 g/l besonders vorteilhaft ist. Wenn derartige Dichten angewandt werden, dann sind keine Veränderungen bezüglich des Verdichtungsvorganges, des Trockenschrittes und der Brennbedingungen nötig. Die Messung der Dichte wird nach einem geeigneten Ruhrvorgang durchgeführt, bei dem Luftblasen innerhalb der Mischung entfernt werden. Wenn Formkörper mit dünnen Wänden hergestellt werden sollen, dann sind feinere Zuschlagsstoffe, beispielsweise eine Vermikulit Qualität Nr. 5, im allgemeinen wünschenswert. Diese führen zu einer verdichteten Mischung, die eine bessere Formbarkeit aufweist, als-eine solche, die unter Verwendung von Vermikulit der Qualität No. 4 erhalten wird. Ausserdem wird dadurch eine höhere Nassfestigkeit der verdichteten Mischung erreicht, wodurch das nachfolgende Handhaben des so erhaltenen Materials erleichtert wird.
In den Figuren 2 bis 5 wird eine Form dargestellt, die zur Herstellung tellerartigen 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 Fig. 2 gezeigt wird, ist ein Auswurfteller 14 vorgesehen, der dazu dient, den Formkörper aus der Form 9 nach der Formung auszuwerfen. Ehe in die Form 9 die zu formende Mischung 15 eingefüllt wird, werden die Oberflächen 16 und 17 der Form 9 mit einem Jrusseren haftungavermindernden Mittel beschichtet und die Auswu'rfplatte oder der Auswurftelier 14 wird in eine Stellung gebracht,-die sich auf halbem Wege zwischen der Auswurfstellung und der zur,ückgezogenen Stellung, befindet0 AuSsere haftungßvermindernde Mittel können vor jedem Formvorgang auf die Oberflächen der Form aufgebracht werden.
Sodann wird die Form 9 mit der zu formenden 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, so dass eine gute Verdichtung an den Stellen der Wände erzielt wird.
Nachdem die geeignete Menge an zu formender Mischung in die Form 9 eingefüllt wurde, wird die Auswurfplatte 14 zurückgezogen-oder aus der Höhlung 10 der Form weggezogen, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht wird. Dann wird der Stempel 12 betätigt, so dass er den gewünschten Druck ausübt, wodurch erreicht wird, dass die zu formende Mischung zu der Gestalt verdichtet wird, die durch die Höhlung 12 der Form gegeben ist. Dies ist durch Figur 5 veranschaulicht. Sobald die verdichtete Mischung, beispielsweise ein ungehärteter Teller, der in der Folge auch "grüner Teller" genannt wird, gebildet ist, wird der Stempel 12 langsam zurückgezogen und die Auswurfplatte 14 wird betätigt, damit die verdichtete Mischung 18 aus der Form 9 ausgestossen wird. Wenn die verdichtete Mischung 18 aus der Form 9 in diesem Stadium des Verfahrens entfernt wird, dann liegt sie in einem im wesentlichen zerbrechlichen Zustand vor, und dieser Zustand wird ls' %rffierrn-Zustand oder nichtgebrannter Zustand bezeichnet.
Die Oberfläche der Form besteht im allgemeinen aus einem polierten Stahl und sie wird zweckmEssigerweist n einem Zustand gehalten, der keine Verkratzungen oder ähnliche Fehler aufweist. -Verkratzungen bewirken nämlich, dass die Form bezüglich der Loslösung.-schlechte Eigenschaften aufweist.
Die Eigenschaften der geformten und verdichteten Mischung hängen ton vielen Faktoren ab. Zu diesen Faktoren gehören der bei der Formung angewandte Druck, die geometrische Form des Formkörpers, der Wassergehalt der Mischung, das Verhältnis von Ton zu Zuschlagsstoffen, eine einheitliche Verteilung der T!eilchengrosse, das angewandte die Haftung;vermindernde Mittel, die Art des Bindemittels, die Konzentration des Bindemittels sowie das Arbeitsverfahren, nach dem das Bindemittel zugesetztwird.
Der Druck, der während der Formungsvorganges angewandt wird, kann variiert werden, je. nach dem wie lange man diesen Druck einwirken lässt. Wenn man den Druck mehrere Sekunden lang einwirken lässt, dann können Drucke im Bereich von 3,5 bis 21 kg/cm² verwendet werden. Wenn man jedoch mit hoher Geschwindigkeit erbeitet, dann werden die Drücke im Bereich von 17,5 bis 59,8 kg/cm² vorgezogen. Bei niederen Drücken erhält man eine wenig verdichtete Mischung während bei hohen Drücken die Haftung verdichteter Mischurgenan 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.
Die verdichtete Mischung muss nach der Entfernung aus der Form einer Verminderung der Feuchtigkeit unterworfen werden, d.h. sie muss teilweise getrocknet werden, ehe sie in den Brennofen eingeführt werden kann, in dem dann die organischen Materialien, die i-nnerhalb der verdichteten Mischung anwesend sind, entfernt M werden. Der Schritt der teilweisen Trocknung kann dadurch erreicht werden, dass man die verdichtete Mischung einer Strahlwngs quelle aussetzt, die mit geeigneten Infrarotstrahlern ausgestattet ist, oder indem man die verdichtete Mischung in einen Ofen mit zirkulierender Luft einführt, in dem eine erhöhte Temperatur vorherrscht. Der wesentliche Gesichtspunkt dieses Trocknungsschrittes besteht darin, dass man im wesentlichen 10 bis 20% des-ursprunglich anwesenden Wassers entfernt, ehe man die verdichtete Mischung in den Brennofen einführt, wo sie dann während der optimalen Brennzeit verweilt. Verdichtete Mischungen, die in den Brennofen eingeführt werden, wobei weniger als 10 bis 20jo des ursprünglich anwesenden Wansers entfernt wurden, können zerspringen, oder es können grosse Stücke des Materials von der Oberfläche abspringen oder es kann eine zu starke Schrumpfung auftreten. Vorzugsweise wird das Trocknen so durchgeführt, dass mehr als 20% des Wassers während dieses Arbeitsschrittes entfernt werden., Je nach den experimentellen Ergebnissen, die bei der verdichteten Mischung 18 erhalten werden, kann der Trockentorgang nach irgendeinem der folgenden Arbeitsverfahren durchgeführt werden. Jedes Arbeitsverfahren führt nicht zu dem' gleichen Ausmass der Trocknung', obwohl jedes dieser Arbeitsverfahren befriedigende Ergebnisse liefert. Es können je nach der verwendeten Vorrichtung und der Form des herzustellenden-Formkörpers abgewandelte Behandlungszeiten und-Behandlungstemperaturen angewandt werden.
a) Sechs Minuten dauernde Einwirkung eines elektrischen Infrarotkolbens, b) vier Minuten dauernde Behandlung in einem Luftofen bei einer Temperatur von 20400, cj sechs Minuten dauernde Be-handlung in einem Luftofen bei einer Temperatur von 177°C, -d) acht Minuten dauernde Behandlung in einem Luftofen bei einer Temperatur von 199°C e) 10 Minuten dauernde Behandlung in einem Luftofen bei einer Temperatur von l2l0.
Nachdem die verdichtete Mischung, in der vorhin beschriebenen Weise vorgetrocknet wurde, kann sie in den Brennofen eingeführt Werden, wobei in diesem sowohl das zurückbleibende Wasser-als -auch alle organischen Materialien, die in der verdichteten Mischung enthalten sind, entfernt werden. Der Brennofen kann bei einer Temperatur im Bereich von 3160C eis 816 0 betrieben werden und die verdichtete Mischung kann bei Einwirkung dieser Temperatur während einer Zeit von 3-bis 10 Minuten gebrannt -werden. Bei einem bevorzugten Brennvorgang betragt die Brenndauer mindestens drei Minuten und die Arbeitstemperatur des Brennofen liegt bei 70400 . Der Brennvorgang kann au "Ausbrennen" bezeichnet werden, ,denn es wird hiebei bezweckt alle organischen Materialien, die in der verdichteten Mischung vorhanden sind, auszubrennen.
Wenn kein inneres organisches die Haftung verminderndes Material oder Gleitmittel anwesend ist, dann kann das Ausbrennen bei einer tieferer Temperatur erfolgen.
Nach dem Ausbrennen wird die getrocknete und verdichtete Mischung mit einer Begussmasse beschichtet. Die Begussmasse ist eine Mischung aus-Ton und Wasser und diese Material ist dem Fachmann gut bekannt. Derartige Materialien werden oft auf Tonwaren aufgebracht und sie dienen als Tragermaterial für die Glasur oder den Email1. Im vorliegenden Fall stellt die Begussmasse eine Absperrung dar, die die Durchlässigkeit der porösen Oberfläche der getrockneten verdichteten Mischung vor dem Glasieren vermindert. Bei einer sofortigen Sprühaufbringung wider feine Ton in Wasser suspendiert, wobei eine Feststoff-Konzentration im Bereich von etwa 55 bis 60% angewandt wird.Sehr wenig Wasser des Sprays dringt in die getrocknete verdichtete Mischung ein.
Jedoch wird alles Wasser, das sich in der getrockneten verdichteten Mischung befindet, durch die Glasur hindurch verdampfen, wenn das glasierte Material für den nachfolgenden Brennvorgang vorgeheizt wird.
Bei der Entfernung der Feuchtigkeit und der organischen Materialien aus der getrockneten verfestigten Mischung, kann diese glasiert werden oder auf eine andere Weise verschönert werden, beispielsweise mit keramischen Glasuren. Falls es gewünscht wird, kann eine Basisbeschichtung aus einem Grundiermaterial (Engobe, das ist eine Begussmasse)J, 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 UberfUhrbar ist, die bei dem Brennverfahren angewandt werden. Im allgemeinden 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.
Nachdem die glasierte verdichtete Mischung so getrocknet wurde, kann sie bei einer erhöhten Temperatur gebrannt werden, so dass die keramische Bindung und das Schmelzen der Teilchen innerhalb des Materials der glasierten verdichteten Mischung erreicht wird, wobei man einen keramischen Formkörper geeigneter Dichte erhält.
Dieser Brennvorgang oder Feuerungsvorgang kann lediglich 5 Minuten dauern oder 45 Minuten lang dauern, wobei während dieses Brennvorganges die Brenntemperaturen im Bereich von 9820C bis 11490C liegen. Ein bevorzugter Brennvorgang dauert etwa 10 Minuten und dabei wird die glasierte verdichtete Mischung durch einenBrennofen geleitet, der drei Temperaturzonen aufweist.
Die erste Temperaturzone des Brennofens arbeitet als Vorheizungszone und in dieser herrscht eine Temperatur -im Bereich'von 48200 0 bis 704 0. Die zweite Zone ist eine Glühzone, die bei einer 5'emperatur im Bereich von 9820 bis 11490C arbeitet. Die letzte Zone dient als Kühlzone und in dieser Zone erfährt der Formkörper ei-ne, er langsame Verminderung der Temperatur wahrendisie durchschreitet.
Die Kühlzone arbeitet so, dass in der Nähe der Glühzone eine Temperatur von 1038°C vorliegt und an der Stelle, an der der Formkörper den Brennofen verlässt, eine Temperatur von 149°C herrscht.
Die Temperatur des Formkörpers sinkt so allmählich'in der Kühlzone von der Temperatur, der er in de-" Brennzone unterworfen wurde, ab. Obwohl der Formkörper der Raumtemperatur ausgesetzt werden kann, während seine Temperatur noch 4820C beträgt, ohne dass hiebei aufgrund des thermischen Schocks ein Springen des Formkörpers auStritt, ist dennoch ein allmählicher Kühlvorgang vorzuziehen.
Nach dem Brennen eist eine Glasur, die eine Dicke von 0,23'bis 0,30 mm besitzt eine genügende Widerstandsfähigkeit gegenüber Schnitten auf.
Die Formkörper, die nach dem vorhin beschriebenen Verfahren hergestellt Werden, sind fest, besitzen ein leichtes Gewicht und sind gegenüber thermischen Schocks widerstandefähig. Durch geeignetes Glasieren und/oder andere Verschönerungsoperationen können diese Formkörper mit einem ansprechenden Aussehen ausgestattet werden, so dass'sie als'Servierteller geeignet sind. Derartige Teller können als Erhitzungs- und Servierbehälter dienen' und die auf diese Teller aufgetragenen Nahrungsmittel können mit irgendeiner 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. entsprechender gezogener oder gepresster Aluminiumformen. Beispielsweise beträgt der Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit für Aluminium etwa das 100-fache desjenigen der beschriebenen keramischen Substanz mit niedrigem Gewicht. Diese thermische Eigenschaft der keramischen Substanz ist besonders dann von hrutzen, wenn sie zur Herstellung von für das Servieren geeignete Formeln eingesetzt wird. Da die keramischen Materialien die Wärme länger halten als 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, gefroren und gelagret werden, und diese gefüllten Behälter können dann bei Bedarf erhitz-t werden.
Auf Grund der geringen Kosten der Materialien, die die keramische Substanz bilden und auf Grund der geringen Kosten des Verfahrens mit Hilfe dessen die keramischen Materialien zu geeigneten Formkörpern geformt werden, sind diese Formkörper leicht herstellbar und daher für einmaligen Gebrauch geeignet. Wegen dieser zeigen -schaften sind die keramischen Formkörper bei Anwendungsgebieten von Interesses bei welchen es nicht zweckmässig ist diese Formkörper zu reinigen oder zu säubern oder sonstwie zu behandeln, um sie für den erneuten Gebrauch geeignet zu machen.
Das 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 bei dem Verfahren beschriebenen Arbeitsschritte können in weiten Grenzen verändert werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Ü) Verfahren zur Herstellung von keramischen Formkörpern geringer Dichte, dadurch gekennzeichnet, dass man eine aus einzelnen Partikeln bestehende Mischung aus Ton, Zuschalgsstoffen geringer Dichte und Wasser herstellt, diese Mischung aus Ton, Zuschalgsstoffen und Wasser gründlich miteinander vermischt, die Mischung in eine Form überführt, deren Vertiefung die Form des herzustellenden Formkörpers aufweist, einen Druck auf die in der Vertiefung der Form befindliche Mischung ausübt, so dass die in der Form befindliche Mischung die Gestalt der Form annimmt und verdichtet wird, wobei sie eine ausreichende Nassfestigkit aufweist, damit sie die dreidimensionale Gestalt beibehält, wenn sie aus der Form entfernt wird, dann die verdichtete Mischung aus der Form entfernt, die verdichtete Mischung teilweise trocknet, um einen Teil des in ihr enthaltenen Wassers zu entfernen, die Oberfläche der teilweise getrockneten verdichteten Mischung glasiert, und die glasierte, teilweise getrocknete-verdichtete Mischung bei einer Temperatur über 316 C brennt, damit die Teilchen innerhalb der Mischung keramisch gebunden und geschmolzen werden und damit die Glasur aushärtet, -wobei man dadurch einen keramischen Formkörper geringer Dichte erhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in-der Form bei einem Druck von 1,971 bis 59,8 kg/cm2 verdichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man zustzlich folgende Arbeitsschritte ausführt ein inneres die Haftung verminderndes Mittel, das ein hydrophobes Material enthielt, der Mischung zusetzt, und erhitzt und diescs innere die Haf-tung vermindernde Mittel ausbrennt, nachdem man die verdichtete Mischung teil,-weise getrocknet hat.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass man zusätzlich folgende Arbeitsschritte durchführt ein inneres haftungsverhinderndes Mittel, däs Paraffinöl enthält zugibt, wobei die Menge an zugesetztem Paraffinöl-1 fObezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung beträgt, und nach dem teilweisen Trocknen die verdichtete Mischung erhitzt und das innere die Haftung verhindernde Mittel ausbrennt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch~gekennzeichnet, dass man die verdichtete Mischung zur Ausbrennung des die Haftung vermindernden Mittel während einer Zeit von 3- 10 Minuten auf eine Temperatur von 316 - 816°C erhitzt.
6. Verfahren nach einem der Anspruche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass man ausserdem ein äusseres die Haftung verminderndes Mittel auf die Oberfläche der Vertiefung der Form aufträgt, ehe man die zu formende Mischung in die Form einfällt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1- 6, dadurch gekennzeichnet, dass man während des Arbeitsschrittes des teilweisen Trocknens 20%"Wasser aus der Mischung entfernt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Oberfläche der teilweise getrockneten und verdichteten Mischung v-or dem Glasieren mit einer Grundierung versieht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche l - 8, dadurch gekennzeichnet, dass man aus der teilweise getrockneten verdichteten Mischung alle Feuchtigkeit entfernt9 die während des Glasierungsvorganges aufgebY cht wurde.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die getrocknete verdichtete Mischung zur Durchführung des Brennvorganges während einer Zeit von 5 bis 45 Minuten auf eine Temperatur von 982 bis 1149° C erhitzt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass man zuerst den Zuschlagsstoff und das Wasser miteinander vermischt, und dann den Ton zugibt und weiter vermischt.
12. Ungebrannter tellerartiger Formkörper, dadurch gekennzeichnet, dass er genügende Nassfestigkeit aufweist, damit er seine Gestalt während der nachfolgenden Handhabung aufrechterhält, wobei diese ungebrannte Formkörper aus einer Partikeln aufweisender Mischung aus Ton, einem Zuschlagsstoff niederer Dichte und Wasser sowie einem organischen Bindemittel aufgebaut ist, und die Menge an organischem Bindemittel bis zu 4 Gew.-, bezogen auf das Summengewicht aus Ton und ZuschLagsstoff, beträgt.
13. Formkörper nach Anspruch 1g, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton eine Mischung aus Binde ton, Kaolin, Talk, Wollastonit und Bentonit ist.
14. Formkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton ein Bindeton ist.
15. Formkörper nach einem der Ansprüche 12 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagsstoff ein expandierter Vermikulit ist
16. Formkörper nach einem der' Ansprüche 12 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffgehalt der Mischung 70 - 85 Gew,- beträgt.
17. Formkörper nach einem der Ansprüche 12 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Tones 5 - 70 Gew,-bezogen auf den Feststoffgehalt. dei Mischung und die Menge des Zuschlagsmaterials 95 - 30 Gew.-, bezogen auf den Feststqffgehalt der Mischung, beträgt.
18. Formkörper nach einem der Ansprüche 12-17, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel Stärke, Dextrin, Cellulose>rummi, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrolidon oder eine Mischung derartigen Materialien ist.
19. Formkörper nach einem der Ansprüche 12-18, dadurch gekennzeichnet, dass er als inneres die Haftung verminderndes Mittel ein hydrophobes Material enthält.
20. Keramischer Formkörper geringer Dichte nach einem der' Ansprüchen 1 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer geschmolzenen chemisch gebundenen oder keramisch gebundenen Mischung von bis zu 70% Ton aufgebaut ist, wobei der Rest der Mi-' schung ein Zuschlagsmaterial geringer Dichte ist, und dass die Oberfläche des keramischen Formkörpers eine keramische Glasur aufweist.
21. Keramischer Formkörper -nachAnspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton Bindeton ist.
22. Keramischer Formkörpernach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton eine Mischung aus Binde ton, Kaolin, Talk, Wollastonit und Bentonit ist.
23. Keramischer Formkörper nach einem^der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschlagsmaterial ein Silicium enthaltendes Material ist.
24. Keramischer Formkörper nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Silicium enthaltende Zuschlagsmaterial ein expandierter Vermikulit ist.
25. Keramischer Formkörper nach einem der Ansprüche 20 - 24, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Schicht einer Bezugsmasse aus feinem Ton aufweist, die sich zwischen der keramisch gebundenen Mischung und der Glasur befindet.

L e e r s e i t e