DE19715940C2

DE19715940C2 - Verfahren zum Zubereiten einer keramischen Masse und Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs aus dieser keramischen Masse auf ein Trägermaterial

Info

Publication number: DE19715940C2
Application number: DE1997115940
Authority: DE
Inventors: Youngbok Cho
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-10
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: DE19715940A1

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Zubereiten einer keramischen Masse sowie mit einem Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs aus einer solchen keramischen Masse auf ein Trä germaterial.

Aus DE 43 18 974 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Form körpern aus oxidischer und nichtoxidischer Keramik, Cermets und Metallen vorzugsweise zur Herstellung von Halbzeugen und anderen Bauteilen bekannt. Mit diesem Verfahren soll erreicht werden, daß die hiermit hergestellten Formkörper nach der Sinterung eine höhere Festigkeit und eine geringere Streuung der Festigkeit aufweisen. Dies wird bei diesem Herstellungsverfahren dadurch erreicht, daß bei der Herstellung von Formkörpern, die kerami sche und/oder metallische Materialien und metallorganische Ver bindungen als Bindemittel enthalten, vor und/oder während der Homogenisierung der Ausgangsstoffe ein Weichmacher zugegeben wird.

Aus DE 42 25 623 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von pul verförmigen Massen für das Spritzgießen keramischer Materialien und deren Verwendung bekannt. Vor dem Spritzgießen wird die pulverförmige Masse mit einem Bindemittel vermischt, das nach dem Spritzgießen entbinderbar ist. Bei einer Vorstufe kann eine Temperatur- und/oder Druckbehandlung durchgeführt werden, bei der im Kristallgitter enthaltenes Kristallwasser ausgetrieben wird. Das Verfahren ist insbesondere bei der Verwendung der so hergestellten Massen für die Porzellanherstellung geeignet.

Heutzutage wird im allgemeinen Keramik als eine Überzugsschicht auf eine Stahlplatte aufgebracht, nachdem die Stahlplatte auf eine Temperatur von bis zu 800°C aufgewärmt worden ist. Diese Temperatur liegt in der Nähe des Zerstörungspunkts für die me chanischen Qualitätseigenschaften von Stahl. Hierzu sind inve stitionsintensive Anlagen zum Erwärmen auf eine hohe Temperatur erforderlich, so daß eine solche Überzugsmethode mit einem hohen Kosten- und Anlagenaufwand verbunden ist. Aufgrund von Verände rungen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften und der me chanischen Qualität des Trägermaterials ergeben sich Nachteile dahingehend, daß Korrosion, eine Verformung, ein Wölben oder insbesondere ein Schwächen des Trägermaterials und des beschich teten Gegenstands, beispielsweise eine Platte, auftreten können. Selbst bei geringen Stoßbelastungen ist eine Neigung zu Rißbil dungen gegeben. Hierdurch wird das äußere Erscheinungsbild einer Plattenwand oder eines gesamten Gebäudes nachteilig beeinflußt, welches beispielsweise mit einer solchen Plattenverkleidung versehen ist. Auch bereiten Wasser und Feuchtigkeit Schwierig keiten, welche nach der Installation in die Beschichtung ein dringen können. Hierdurch können Schäden an den Erzeugnissen entstehen.

Ein noch bedeutenderer Nachteil ist darin zu sehen, daß man hierbei alle jene Material- und Metallarten nicht einsetzen kann, welche einen niedrigen Schmelzpunkt haben, so daß insbe sondere Aluminium beispielsweise als Trägermaterial nicht in Frage kommt, wenn hohe Beschichtungstemperaturen oder Einbrenn temperaturen für das keramische Material erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten ein Verfahren zum Zubereiten einer keramischen Masse und ein Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs aus einer solchen zubereiteten keramischen Masse auf ein Trägermaterial bereitzustellen, die sich bei möglichst nied rigen Behandlungstemperaturen durchführen lassen, und auch eine Beschichtung von Trägermaterialien mit relativ niedrigen Schmelzpunkten gestatten.

Nach der Erfindung wird einerseits ein Verfahren zum Zubereiten einer keramischen Masse bereitgestellt, dessen Merkmale und Maßnahmen im Patentanspruch 1 angegeben sind.

Weitere bevorzugte Verfahrensweisen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 wiedergegeben.

Ferner wird nach der Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs aus einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zubereiteten keramischen Masse auf ein Trägermaterial bereitge stellt, dessen Merkmale im Patentanspruch 7 angegeben sind. Weitere bevorzugte Ausgestaltungsformen des Verfahrens zum Auf bringen des Überzugs sind in den Ansprüchen 8 bis 16 angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Zubereiten einer kerami schen Masse liegt diese nach dem Zubereiten in Form einer Lösung vor. Die keramischen Partikel in der angegebenen Teilchengröße werden als Füllstoff eingesetzt, und als Lösungsmittel wird vorzugsweise Alkohol eingesetzt, wodurch das Adhäsionsvermögen für die Pigmente für die gewünschte Farbgebung verbessert wird. Das beim erfindungsgemäßen Zubereitungsverfahren eingesetzte Bindemittel verleiht der zubereiteten keramischen Masse eine geeignete Viskosität. Die nach der Erfindung zubereitete kerami sche Masse liegt in Pastenform oder im Gelzustand oder ähnlichen Zuständen vor. Der Füllstoff in Kombination mit dem Bindemittel dient insbesondere zur Haftvermittlung, und die vorgegebenen Pigmente dienen zur Farbgebung. Durch entsprechendes Agitieren beim Zubereiten der keramischen Masse werden die keramischen Partikel in eine Dispersion überführt, und die zubereitete kera mische Masse liegt in einer für die Weiterverarbeitung geeigne ten Form einer Lösung vor. Zweckmäßigerweise kommen keramische Partikel zum Einsatz, die frei von statischer Aufladung sind und im Ursprungszustand eine Strahlung im fernen Infrarotbereich abgeben, welche für den menschlichen Körper förderlich ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs aus einer solchen zubereiteten keramischen Masse auf ein Träger material wird diese bei möglichst niedrigen Temperaturen aufge bracht, und die aufgebrachte keramische Masse wird dann auf dem Trägermaterial bei Temperaturen zwischen 180°C und 220°C trock nen gelassen. Daher läßt sich die erfindungsgemäß zubereitete keramische Masse auch auf Trägermaterialien aufbringen, die eine relativ niedrige Schmelztemperatur haben, wie zum Beispiel Alu minium, Glas oder auch andere Metalle im Rohzustand oder in beschichteter Form, wie beispielsweise verzinktes Blech oder dergleichen. Beim Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs aus der zubereiteten keramischen Masse auf dem Trägermaterial erhält man einen Gegenstand, bei welchem mechanische, thermische und chemische Wirkungen in kombinatorischer Weise vereinigt sind. Die zubereitete keramische Masse wird in Form eines filmförmigen Überzugs auf das Trägermaterial aufgebracht.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von bevorzugten Ausfüh rungsformen und Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung einer Verfahrens weise zum Aufbringen eines Überzugs aus einer kerami schen Masse auf ein Trägermaterial, und

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung einer Verfahrens weise zur Zubereitung der keramischen Masse.

Bei der keramischen Masse nach der Erfindung werden keramische Partikel mit einer Teilchengröße von 0,5-1 µ als Füllstoff ein gesetzt, ein Bindemittel wird zur Verbesserung des Haftvermögens eingesetzt, ein Alkohol wird zur Einstellung der Viskosität und der Verdünnung eingesetzt, und anorganische Pigmente mit einer entsprechenden Teilchengröße werden eingesetzt, um dar Masse die gewünschte Farbtönung zu vermitteln.

Insbesondere wird als Pigment zur Farbgebung ein bei einer hohen Temperatur hergestelltes anorganisches Pigment genommen, und die Teilchengröße desselben ist vorzugsweise gleich groß wie jene der keramischen Partikel, d. h. 0,5-1 µ. Ein äußerst zweckmäßiges Pigment ist ein wärmebeständiges Pigment, welches bei einer Temperatur von 1.200°C bis 1.500°C hergestellt worden ist.

Der Grund für den Einsatz eines Pigments, welches bei einer hohen Temperatur hergestellt worden ist, ist darin zu sehen, daß anorganische oder organische Pigmente, welche bei einer niedri geren Temperatur hergestellt sind, sich leicht verfärben, und daß sie daher für den gewünschten Einsatzzweck der keramischen Masse ungeeignet sind, bei dem eine Trocknungsbehandlung bei einer Temperatur von 180°C bis 220°C erfolgt.

Das bei der Erfindung in bevorzugter Weise eingesetzte Lösungs mittel ist I.P.A. (Isopropylalkohol), da der Einsatz von Methyl- oder Ethylalkohol zu Schwierigkeiten führt, bei denen es sich um eine ungenügende Verdünnung, um eine zu kurze Lebensdauer oder um eine zu schnelle Aushärtung im Anschluß an den Alterungspro zeß handeln kann.

An Stelle von Alkohol kann Wasser eingesetzt werden. Wenn jedoch Wasser mit darin enthaltenen Verunreinigungen eingesetzt wird, wird der Rührvorgang behindert, und manchmal tritt während des Trocknens auf der Oberfläche der Beschichtung eine Schaumbildung insbesondere dann auf, wenn die Überzugsschicht dick ist.

Bei der Erfindung kommen zweckmäßigerweise solche Pigmente als Farbstoff zum Einsatz, die sich dispergieren lassen, aber nicht im Bindemittel oder dem als Lösungsmittel verwendeten Alkohol gelöst sind.

Als zweckmäßige Bindemittel nach der Erfindung kommen anorgani sche Metallverbindungen in Betracht. Insbesondere bevorzugt werden Metall-Alkoxide, dargestellt durch die allgemeine Formel M(OR)_n, in welcher M Si, Ti, Al oder Sn ist, und R ein Alkyl ist, welches aus der Gruppe, umfassend Methyl, Ethyl, Butyhl etc., gewählt ist.

Es wird daher angenommen, daß das Metall-Alkoxid im Verlaufe des Beschichtungs- und Aushärtvorganges thermisch und hydrolytisch zu einem Metalloxid zersetzt wird, wie sich dies aus den nach stehend angegebenen Gleichungen ergibt:

Pyrolysereaktion

M(OR)_n

→ Mo_n/2

+ n/2R(OH) + Olefin

Hydrolysereaktion

M(OR)_n

+ nH₂

O → M(OH)_n

+ nR(OH)

M(OH)_n → Mo_n/2 + n/2H₂O

Wie vorstehend angegeben ist, wird M(OR)_n hydrolysiert, um ein Gel zu bilden, und zugleich tritt eine Kondensations-Polymerisa tion auf, um ein Teilkondensat zu bilden, wodurch ein stabiler Film bei Fortschreiten der Polymerisation gebildet wird.

Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Hydrolyse- und Kon densations-Polymerisation-Reaktionen:

== Ti(OC₂H₅)₄ + 4H₂O → Ti(OH)₄ + 4C₂H₅(OH) Ti(OH)₄ → TiO₂ + 2H₂O

== Si(OC₂H₅)₄ + Zr(OC₄H₉)₄ + 8H₂O → SiZr(OH)₈ + 4C₂H₅OH + 4C₄H₉OH SiZr(OH)₈ → SiZrO + 4H₂O

Obgleich bei der bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, daß Metalloxide als Bindemittel eingesetzt werden, können auch Silikate, Zirkonsalze, Phosphate, organische Metalloxide und dergleichen eingesetzt werden. Wenn Silikate eingesetzt werden, muß jedoch ein gesondertes Härtungsmittel zugegeben werden, um die unzulängliche Wasserbeständigkeit zu kompensie ren. Wenn man als Härtungsmittel Zn, MgO und so weiter nimmt, lassen sich die Korrosionsbeständigkeit und die Härte ebenfalls neben der Wasserbeständigkeit verbessern.

In ähnlicher Weise ist der Füllstoff nicht auf Siliziumdioxid (SiO₂) beschränkt, welches eine Erosionswiderstandsfähigkeit besitzt. Somit können auch andere Füllstoffe, wie Al₂O₃, ZrO₂, SiC und Si₃N₄ ebenfalls eingesetzt werden.

Als Lösungsmittel wird bevorzugt Isopropylalkohol genommen, welcher eine niedrige Dichte, einen hohen Siedepunkt und einen niedrigen Gefrierpunkt hat. Auch hat er einen höheren Flammpunkt als Methyl- oder Ethylalkohole.

Im Hinblick auf die Vorgehensweise zum Zubereiten und Mischen der Komponenten der keramischen Masse kann ein beliebiges Mi schen selbst bei einem starken Rühren nicht zu einer adäquaten Dispersion führen, da sich Ansammlungen von einigen Komponenten bilden. Es ist wesentlich, die Partikel des Füllstoffs und das Pigment zuvor mit Alkohol (als Lösungsmittel) zu einer guten Dispersion zu vermischen, bevor die erhaltene Dispersion zur Überführung in einen Gelzustand in Kontakt mit dem Bindemittel gebracht und mit diesem vermischt wird. Eine falsche Reihenfolge des Mischens würde zur Bildung und Retention von Ansammlungen oder Anhäufungen führen, welche hauptsächlich den Füllstoff und die Pigmente umfassen.

Diese Aggregations- oder Flokkulationserscheinung kann dazu beitragen, daß die keramischen Partikel oder die Pigmente mit einer Teilchengröße von etwa 0,5-1,0 µ Feuchtigkeit absorbie ren oder in einem fluidalen Zwischenzustand mit statischer Elek trizitätsaufladung vorliegen, so daß sich Partikelanhäufungen oder Partikelklumpen bilden, zwischen welchen beim anschließen den Mischen der Alkohol als Lösungsmittel nur mit Schwierigkei ten eindringen kann, so daß die Dispersionsbildung behindert wird.

Der Einsatz von Wasser an Stelle von Alkohol macht mehr Energie und mehr Zeit beim Rühren erforderlich, da diese Masse eine höhere Dichte hat und man daher größere bzw. leistungsfähigere Rührwerke benötigt.

Das Aufbringen der keramischen Masse auf Metall-, Glas-, Kunst stoffmaterialen oder dergleichen sowie auf eine Aluminiumplatte sollte selbst bei einer gleichmäßig durchgemischten zubereiteten keramischen Masse nicht insgesamt, d. h. mit der abschließend ge wünschten Dicke von 20 bis 30 µ, auf das Trägermaterial bzw. die Platte, erfolgen. In einem solchen Fall wäre es nämlich schwie rig, das beschichtete Trägermaterial zu trocknen, wofür man längere Trockenzeiten benötigt. Insbesondere könnte ein unerwünschtes Schäumen an der Oberfläche des Trägermaterials während des Trocknens auftreten. Hierdurch würden Nadelstichpo ren später auf der Oberfläche zurückbleiben.

Vorzugsweise werden das Aufbringen und Trocknen graduell in einer solchen Weise vorgenommen, daß die Überzugsschicht eine Dicke von kleiner als 10 µ in jedem Teilschritt hat, und daß das Trocknen bei einer Temperatur von kleiner als 100°C bei den ersten zwei oder drei Teilauftragsschichten erfolgt. Das ab schließende Trocknen erfolgt dann bei einer Temperatur von 180°C bis 220°C, um hierdurch den gewünschten Überzug bereitzustellen.

Wenn hingegen eine Überzugsschicht mit einer Dicke von etwa 30 µ in einem Schritt aufgebracht wird, und eine Trocknung bei einer hohen Temperatur erfolgt, hat sich gezeigt, daß die Oberfläche der Überzugsschicht zuerst trocknet und aushärtet oder hart wird, wodurch die Diffusion und die Verdampfung der ungetrock neten Flüssigkeit in der Nähe der Bodenseite behindert oder verlängert wird, so daß man schließlich Nadelstichporen auf der Oberfläche erhält.

Wie vorstehend angegeben ist, ist der Einsatz von Alkohol als Lösungsmittel sowohl im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit als auch auf die Produktqualität zweckmäßig.

Im Hinblick auf die Produktqualität ist der Alkohol, der natür lich bei dem fertiggestellten Erzeugnis vollständig entfernt ist, zu etwa 20 bis 30% während des Sprühauftragsverfahrens dissipiert, bevor die Trocknung erfolgt. Insgesamt läßt er sich auf einfache Weise im Verlauf des Erwärmens zum Trocknen voll ständig verdampfen, so daß man ein perfektes Trocknen erhält und im Endprodukt keine Nadelstichporen vorhanden sind.

Das Pigment wird in üblicher Weise in einem Anteil von 5-12% der Gesamtmenge der Überzugslösung eingesetzt. Die Menge ist jedoch nicht kritisch, da sie lediglich dazu dient, dem Überzug eine gewünschte Farbgebung zu verleihen.

Die in rheologischer Form vorliegenden Anteile der jeweiligen Komponenten der keramischen Masse sind selbst bei Einsatz von Alkohol als Lösungsmittel von Bedeutung, da diese Anteile an Füllstoff, Bindemittel und Pigment einen wesentlichen Einfluß auf den Zustand des herzustellenden Überzugs haben.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Füllstoff (keramische Partikel)	25-28%
Bindemittel	30-40%
Lösungsmittel (Alkohol)	30-40%
Pigment	5-12%

Die vorstehend angegebenen Prozentsätze sind auf die Gesamtmenge der keramischen Masse bezogen. Das Mischungsverhältnis der Par tikel des Füllstoffs und der Pigmente relativ zum Alkohol belief sich auf 1 : 1. Zuerst wurden die Partikel des Füllstoffs und der Pigmente sorgfältig mit dem Alkohol gemischt, so daß man eine gleichmäßige Dispersion erhielt, bevor das Einmischen in das Bindemittel zur Überführung in einen Gelzustand vorgenommen wur de. Soll ein weißer Überzug erzielt werden und ist der kerami sche Füllstoff weiß, kann die Menge des Füllstoffs zu Lasten der Menge der Pigmente vergrößert werden.

Die Mischung aus dem partikelförmigen Füllstoff und dem Pigment mit Alkohol sowie die Agitation desselben zur Dispersion erfolgt in einer Kugelmühle. Die zum Rühren erforderliche Zeit hängt von den Eigenschaften des eingesetzten Rührers ab, wobei ein neueres Modell eines Rührers es ermöglicht, daß man den abschließend gewünschten Rührzustand unabhängig von der Dauer der Rührzeit in voreingestellter Weise erhält.

Die erhaltene Dispersion aus den partikelförmigen Komponenten im Lösungsmittel wurde mit dem Bindemittel bei einem Mischungsver hältnis von 6 : 4 gemischt, um die besten Resultate zu erzielen.

Das Rühren in diesem Zustand macht keine Kugelmühle als Rühr einrichtung erforderlich, da das Bindemittel im Gelzustand vor liegt. Der übliche Rührer wurde zum kräftigen Rühren zu Beginn bei einer Drehzahl von 7.000 1/min eine Stunde lang betrieben, und dann im Anschluß drei Stunden lang mit einer Drehzahl von 500 bis 1.000 1/min.

Es hat sich gezeigt, daß eine so mit einem Überzug aus der kera mischen Masse versehene Aluminiumplatte als Trägermaterial eine ausgezeichnete Haftfestigkeit zwischen der Überzugsschicht und der Aluminiumoberfläche hatte, und auch die Härte der Überzugs schicht ausgezeichnet war.

Es ist noch zu erwähnen, daß ein geeignetes langes Rühren den Vorteil mit sich bringt, daß die zubereitete keramische Masse in Pastenform einsatzbereit vorliegt und sich das Adhäsionsvermögen der Überzugsschicht und die Verarbeitbarkeit derselben verbes sern lassen. Wenn man jedoch die zubereitete keramische Masse in Pastenform über fünf Stunden nach dem Rühren stehen läßt und diese bereits mit dem Aushärten begonnen hat, und man sie dann zum Aufbringen eines Überzugs auf einem Trägermaterial einsetzt, so hat sich gezeigt, daß die hierbei erhaltene Überzugsschicht nur einen schwachen Glanz hatte.

Wenn ferner mehr als 48 Stunden nach dem Einsetzen des Aushär tens verstrichen waren, ergaben sich Schwierigkeiten beim Rüh ren, und die zubereitete keramische Massse in Pastenform führte nicht mehr zu einem Endprodukt mit guter Qualität hinsichtlich des Haftvermögens und mit gutem Glanz.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel 1)

Füllstoff (keramische Partikel)	weniger als 15%
Bindemittel	30-40%
Lösungsmittel (Alkohol)	30-40%
Pigment	5-12%

Die verminderte Füllstoffmenge von weniger als 15% oder die relativ große Lösungsmittelmenge führten zu Schwierigkeiten bei der Ausbildung der Überzugsschicht mit einer geeigneten Dicke.

Der Grund hierfür ist evident, da die verminderte Viskosität infolge der größeren Lösungsmittelmenge die Fluidität der zube reiteten keramischen Masse in Pastenform vergrößerte, wodurch die Bildung der Überzugsschicht auf der Aluminiumplatte als Trägermaterial behindert wird.

Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel 2)

Füllstoff (keramische Partikel)	30% oder mehr
Bindemittel	30-40%
Lösungsmittel (Alkohol)	30-40%
Pigment	5-12%

Wenn die Menge des Füllstoffs mehr als 30% ausmachte, ergaben sich Schwierigkeiten beim Aufsprühen und beim Aufbringen der zubereiteten keramischen Masse in Pastenform, und es bildeten sich Risse während des Trocknens bei einer Überzugsdicke von größer als 40 µ, abgesehen von einer verminderten Überzugsquali tät.

Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel 3)

Füllstoff (keramische Partikel)	25-28%
Bindemittel	45% oder mehr
Lösungsmittel (Alkohol)	30-40%
Pigment	5-12%

Wenn das Bindemittel mit mehr als 45% eingesetzt wurde, d. h. das Verhältnis von Vorgemisch aus keramischen Partikeln zu Bin demittel sich auf 6: über 4,5 belief, so hat sich gezeigt, daß der Zustand der Überzugsschicht infolge des hohen Gehalts an Lösungsmittel, ähnlich wie bei dem vorstehenden Beispiel 2, in stabil war.

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel 4)

Füllstoff (keramische Partikel)	25-28%
Bindemittel	weniger als 25%
Lösungsmittel (Alkohol)	30-40%
Pigment	5-12%

Wenn das Bindemittel mit weniger als 25% der Gesamtmenge der zubereiteten keramischen Masse in Pastenform eingesetzt wurde, hatte die Überzugsschicht die Tendenz, daß sich Risse im An schluß an das Trocknen aufgrund einer reduzierten Bindungswir kung und infolge des geringen Kratzerbildungswiderstands der fertiggestellten Überzugsfläche bildeten.

Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel 5)

Füllstoff (keramische Partikel)	25-28%
Bindemittel	30-40%
Lösungsmittel (Alkohol)	über 40%
Pigment	5-12%

Wenn Alkohol in einer Menge von über 40% eingesetzt wurde, konnten das Mischen mit den partikelförmigen Komponenten und das anschließende Rühren leicht aufgrund der sehr großen Verdünnung durchgeführt werden. Die Reduktion der Viskosität der zuberei teten keramischen Masse in Pastenform im Anschluß an das Ver mischen mit dem Bindemittel jedoch führte dazu, daß man Schwierigkeiten hinsichtlich der Schichtbildung infolge des zu großen Fließvermögens erhielt.

Beispiel 7 (Vergleichsbeispiel 6)

Füllstoff (keramische Partikel)	(unter) 25-28%
Bindemittel	30-40%
Lösungsmittel (Alkohol)	30-40%
Pigment	über 15%

Wenn das Pigment in einer Menge von größer als 15% eingesetzt wurde, wurde die Menge des Füllstoffs entsprechend reduziert, um das Verhältnis der partikelförmigen Komponenten zu dem Lösungs mittel gleich wie bei dem vorstehenden Beispiel einzuhalten. Somit erhält man ähnliche Mängel wie beim Beispiel 2.

Wie sich aus den Beispielen 1 bis 7 ersehen läßt, ist das gün stigste Verhältnis von partikelförmigen Komponenten des Füll stoffs aus keramischem Material und Pigment relativ zu dem Lö sungsmittel 1 : 1, und ein bevorzugtes Verhältnis für die so zube reitete Vordispersion zu Bindemittel beläuft sich auf 6 : 4, wie es voranstehend erwähnt worden ist.

Die keramischen Massen bei den Beispielen wurden dadurch zube reitet, daß die keramischen Partikel und das Pigment mit der Alkoholkomponente als Lösungsmittel zuerst in einer Kugelmühle gemischt und gerührt wurden.

Eine innige Dispersion durch eine starke Agitation der Kugelmüh le war erforderlich, um die Partikelansammlungen mit einer ge wissen Größe zu zerkleinern und zu dispergieren, wodurch Feuch tigkeit absorbiert oder statische Elektrizität aufgenommen wird, wie dies voranstehend beschrieben worden ist.

Eine solche Dispersion macht wenigstens eine Behandlung in der Mühle bei einer Drehzahl von unter 1.000 1/min wenigstens drei Stunden lang erforderlich. Das anschließende Mischen und Rühren der so erhaltenen Dispersion mit der Bindemittelkomponente er folgte in einem üblichen Rührer eine Stunde lang bei einer Dreh zahl von 7.000 1/min und dann etwa 3 Stunden lang bei einer Drehzahl von 500-1.000 1/min.

Die so zubereitete keramische Masse wurde unmittelbar auf ein Trägermaterial, beispielsweise in Plattenform, wie eine metalli sche Platte, und insbesondere eine Aluminiumplatte aufgebracht, um einen dekorativen Überzug mit ausgezeichnetem Glanz zu erhal ten. Wenn andererseits eine zubereitete keramische Masse einge setzt wurde, welche weniger als drei Stunden gerührt worden ist, so muß sie sechs Stunden lang stehen gelassen werden, bevor sie auf das Trägermaterial zur Bildung der Überzugsschicht mit einer guten Qualität aufgebracht werden kann.

Auch hat sich gezeigt, daß während des Rührens eine Raumtempera tur von etwa 30°C erwünscht ist, und eine so zubereitete kerami sche Masse konnte ohne Schwierigkeiten 15 Tage lang bei einer Temperatur von 3°C bis 6°C gelagert werden.

Untersuchungen, welche unternommen wurden, um festzustellen, ob die keramische Masse bei einer Temperatur von unter 0°C einge setzt werden kann, zeigten, daß man hierbei eine längere Lebensdauer als bei üblichen Massen erhält, obgleich einige Koagula tionsschwierigkeiten festzustellen waren.

Die so gerührte keramische Masse wurde auf die Oberfläche eines Trägermaterials, beispielsweise aus Metall, Aluminium, Glas, Kunststoff oder dergleichen, unter Einsatz einer Sprüheinrich tung, beispielsweise wie nachstehend beschrieben, aufgebracht.

Das zu überziehende Trägermaterial wurde zur Haftvermittlung mittels Sandstrahlen mit einer Teilchengröße von 149-130 µm vorbehandelt, um winzige Ausnehmungen mit definierter Tiefe auf der Oberfläche auszubilden. Um Fremdstoffe zu entfernen, welche in den Ausnehmungen eingeschlossen sind, wurde ein Ejektor ein gesetzt, welcher Heißwasser oder Kaltwasser oder Luft aufbringt. Das Trägermaterial wurde dann auf 40°C bis 50°C vorgewärmt, danach der Überzug mittels Sprühen bis zu einer Dicke von 20 µ- 39 µ aufgetragen, und anschließend durch Trocknen mittels Wärme bei 180°C-220°C in einer Trocknungseinrichtung stabilisiert.

Wenn die Teilchengröße des Sands zur Bildung der definierten Ausnehmungen oder Vertiefungen eine Größe von 149 µm-130 µm hatte, war die Haftfestigkeit ausgezeichnet. Wenn die Teilchen größe kleiner als der vorstehend angegebene Bereich war, war die Haftfestigkeit der Überzugsschicht beispielsweise auf einer Aluminiumplatte als Trägermaterial nur etwa 95%, ermittelt nach einem Querschnittstest.

Wenn andererseits groberer Sand beim Sandstrahlen eingesetzt wurde, war die fertige Oberfläche des Überzugs widerstandsfähig und unempfindlich, aber hinsichtlich der Qualität der dekorati ven Wirkung ungünstiger, obgleich das Haftvermögen ausgezeichnet war.

Um Fremdstoffe zu entfernen, welche in den Ausnehmungen einge schlossen sind, wurde ein Ejektor eingesetzt, welcher Heißwas ser, Kaltwasser und Heißwasser in dieser Reihenfolge aufbringt. Vor dem Aufbringen des Überzugs wurde das Trägermaterial auf eine Temperatur von 40°C bis 50°C mittels Heißwasser oder einem anderen Mittel zur Erzielung der besten Überzugsverhältnisse vorgewärmt. Die zubereitete keramische Masse in Pastenform hat die Neigung, daß sie durch den Luftdruck des Luftsprühstrahls aufgrund einer verzögerten Härtung zurückgedrückt wird, wenn die Temperatur niedriger als etwa 40°C-50°C ist.

Wenn die Temperatur über der vorstehend erwähnten Vorwärmtempe ratur war, war die Aushärtungsgeschwindigkeit des Überzugs aus der keramischen Masse so groß, daß sich Schwierigkeiten hin sichtlich des Haftvermögens ergaben.

Mit anderen Worten bedeutet dies, daß eine zu schnelle Aushär tung des Überzugs das Entweichen des darunterliegenden Alkohols verhindern kann, so daß sich Nadelstichporen auf der Oberfläche bilden.

In diesem Fall wurde die Glätte der fertiggestellten Oberfläche ebenfalls herabgesetzt, wodurch die Qualität des Erzeugnisses beeinträchtigt wird.

Die Dicke des Überzugs wurde mit dem günstigsten Bereich von 20-30 µ eingehalten. Wenn die Dicke kleiner als der untere Grenz wert von 20 µ ist, war insbesondere der Energieverbrauch spe ziell bei hellen Farben nicht zufriedenstellend, während Risse oder manchmal Haarrisse nach dem Trocknen auftraten, wenn die Dicke größer als der obere Grenzwert von 30 µ war.

Die letztgenannte Erscheinung kann zu der Tatsache beitragen, welche vorstehend erwähnt worden ist, daß die Temperatur zum Vorwärmen zu schnell ansteigt an Stelle, daß man einen allmählichen Anstieg verwirklicht, so daß hierdurch ein Aushärten oder eine Krustenbildung auf der Oberfläche der Überzugsschicht be wirkt wird, bevor sich eine gleichmäßige Verteilung der Schicht bildung einstellt.

Der Trocken- oder Einbrennvorgang für die Überzugsschicht er folgte bei einer Temperatur von 180°C-220°C 30 Minuten lang, um einen äußerst stabilen Einbrennüberzugs zur Herstellung einer ausgezeichnet dekorativen Oberfläche zu erhalten. Eine höhere Temperatur kann zwar zu einem stabilen Einbrennen führen, ist aber im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit nachteilig.

Einbrenntemperaturen von insbesondere 230-270°C mit 25 Minuten führten zu der Erscheinung des Ausbauchens oder Schwellens an der beschichteten Oberfläche und beeinträchtigten den Glanz des Erzeugnisses. Die Temperatur von 270°C bis 320°C führt zu ver schiedenen Änderungen hinsichtlich der fertiggestellten Über zugsschicht, und man erhält eine markante Verschlechterung des Glanzes.

Selbst noch höhere Einbrenntemperaturen von 350°C führten zur Entwicklung von Haarrissen und der Bildung von Nadelstichporen in dem jeweils erhaltenen filmförmigen Überzug.

Wenn andererseits die Trockentemperatur so niedrig wie 120°C- 170°C war, ergab sich der Hauptnachteil auf dem Gebiet der Wirt schaftlichkeit, da eine lange Trockenzeit von über einer Stunde erforderlich ist. Der Glanz und die Festigkeit des erhaltenen überzogenen Erzeugnisses waren dabei aber ausgezeichnet.

Eine Temperatur von niedriger als 100°C macht eine Trockenzeit von über vier Stunden erforderlich sowie eine Lagerung bei Raum temperatur von mehr als sieben Tagen. Dennoch hatte das herge stellte Erzeugnis eine geringe Festigkeit oder eine geringe Härte hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen Kratzer.

Aus diesen Gründen erfolgte das Trocknen bei einer Temperatur von 180°C-220°C 30 Minuten lang. Hierbei erhielt man einen Kompromiß hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Qualität des Er zeugnisses. Dennoch ist die Ausbildung der Überzugsschicht über einen größeren Temperaturbereich von 350°C bis Raumtemperatur möglich, aber es werden lange Verweilzeiten bei Raumtemperatur benötigt, und die Glätte des Überzugs kann bei ungeeigneten Umgebungsbedingungen leiden.

Die Erwärmung bei einer hohen Geschwindigkeit beim Trocknungs vorgang führt zur Bildung von Nadelstichporen auf der Überzugs schicht, und ein schnelles Abkühlen führt zu einer Rißbildung in der Überzugsschicht.

Daher erfolgte der Trocknungsvorgang auf eine solche Weise, daß zuerst ein langsames Erwärmen über 5 bis 10 Minuten hinweg bis auf 180°C-220°C erfolgt, dann diese Temperatur 30 Minuten lang beibehalten wurde. Danach nahm die Temperatur während einer Abkühlung über 5 bis 10 Minuten bis auf Umgebungstemperatur ab.

Es war äußerst bemerkenswert, daß die überzogenen Substrate oder die Überzugsschichten keine Änderungen zeigten, und zwar selbst dann nicht, wenn sie einer Abschreckbehandlung auf -40°C und einer schnellen Erwärmung auf 650°C unterzogen wurden und dann im Anschluß an die Entnahme aus dem Trockenofen ein oder zwei Stunden bei Raumtemperatur belassen wurden.

Wie sich aus der voranstehenden Beschreibung ergibt, ist die keramische Masse in Form einer Lösung derart beschaffen, daß man eine gute Haftung für einen Überzug auf metallischen Trägermate rialien (einschließlich Aluminium), auf Glasträgermaterial, Kunststoffplatten und dergleichen erhält, und daß das Pigment bei einer niedrigen Temperatur infolge des Lösungsmittels dis pergiert wird, um einen verbesserten Glanz zu erzielen. Somit läßt sich die keramische Masse nach der Erfindung auf beliebige Trägermaterialien in Plattenform oder auch in anderer Gestalt immer dann aufbringen, wenn der Schmelzpunkt des Trägermaterials größer als die Temperatur ist, welche zum Aufbringen des Über zugs erforderlich ist.

Obgleich voranstehend bevorzugte Ausführungsformen nach der Erfindung erörtert worden sind, ist die Erfindung nicht auf das Verfahren mittels Sandstrahlen zur Ausbildung von Ausnehmungen auf einer Aluminiumplatte vor dem Aufbringen des Überzugs zur Verbesserung von dessen Adhäsion beschränkt, sondern es können auch andere Verfahrensweisen, wie ein Elektroentladungsverfahren oder ein Ätzverfahren eingesetzt werden.

In diesen Fällen ist natürlich ein Reinigen erforderlich, um die restlichen chemischen Stoffe zu entfernen, welche beim elektri schen Sprühentladen oder beim Ätzverfahren eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Zubereiten einer keramischen Masse aus 25-28% keramischen Partikeln mit einer Teilchengröße von 0,5 bis 1 µ als Füllstoff, 30-40% Bindemittel, 30-40% Lösungsmittel und 5-12% Pigment für die gewünschte Farbgebung mit einer Teilchengröße von vorzugsweise 0,5 bis 1 µ, bei dem die Komponenten Füllstoff und Pigment für die Farbgebung zu Lösungsmittel in einem Mengen verhältnis von 1 : 1 in dieser Reihenfolge gemischt und gleichmäßig dispergiert werden, daß die so erhaltene Dispersion in das Bindemittel mit einem Mischungsverhältnis von vorzugsweise 6 : 4 eingemischt und zur Überführung in einen Gelzustand gerührt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rühren bei einer Temperatur von 30°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rühren zuerst bei einer Drehzahl von bis zu 7.000 1/min und dann bei einer Drehzahl von 500-1.000 1/min durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rühren mit einer Drehzahl von bis zu 7.000 1/min etwa eine Stunde und das anschließende Rühren etwa 3 Stunden durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rühren von weniger als drei Stunden die zubereitete keramische Masse etwa sechs Stunden liegen gelassen wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zubereitung der keramischen Masse als Lösungsmittel Alkohol oder Wasser eingesetzt wird.

7. Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs aus einer nach einem der vorangehenden Ansprüche zubereiteten keramischen Masse auf ein Trägermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Masse nach dem Auftrag auf dem Trägermaterial bei 180°C bis 220°C trocknen gelassen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen dreißig Minuten lang durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Masse in Form eines Films mit 20 µ bis 30 µ mittels Luftsprühen auf das Trägermaterial aufgebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß zum Trocknen nach dem Aufbringen des Überzugs zuerst eine allmähliche Erwärmung über einen Zeitraum von fünf bis zehn Minuten vorgenommen wird, bevor dann die Temperatur von 180°C bis 220°C aufrechterhalten wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß nach der Erwärmung auf eine Temperatur von 180°C bis 220°C die Temperatur auf Raumtemperatur zur Fertigstellung des Überzugs abgesenkt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkung auf Raumtemperatur innerhalb von fünf bis zehn Minuten erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß vor dem Aufbringen des Überzugs die zu überziehende Oberfläche des Trägermaterials zwecks Ausbildung von Ausnehmungen vorbehandelt wird, die vorbehandelte Oberfläche mit heißem, kaltem und heißem Wasser in dieser Reihenfolge zur Entfernung von Fremdstoffen gereinigt wird und das Trägermaterial auf eine Tempera tur von 40°C bis 50°C vorgewärmt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überziehende Oberfläche des Trägermaterials zur Vorbehandlung mit einer Teilchengröße von 149-130 µm sandgestrahlt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überziehende Oberfläche des Trägermaterials zur Vorbehandlung mittels Elektroentladung oder Ätzung behandelt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß das Trägermaterial aus Metall, Aluminium, Glas oder Kunststoff besteht.