DE2259392B2 - Glaskeramik des Systems SiO2 -Al2 O3 -CaO - Google Patents

Glaskeramik des Systems SiO2 -Al2 O3 -CaO

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DE2259392B2 DE19722259392 DE2259392A DE2259392B2 DE 2259392 B2 DE2259392 B2 DE 2259392B2 DE 19722259392 DE19722259392 DE 19722259392 DE 2259392 A DE2259392 A DE 2259392A DE 2259392 B2 DE2259392 B2 DE 2259392B2
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Description

Die Erfindung betrifft entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Glaskeramik des Systems SiO2-Al2O3-CaO.
Aus der DE-OS 14 96 701 ist eine Glaskeramik des Systems SiO2-CaO bekannt, bei der zur Verhinderung einer durch Eisen- und Mangansulfid verursachten Schwarzfärbung Zinkoxid allein oder vorzugsweise mit Fluor in Form von Natriumfluorsilikat zugemischt werden, wodurch eine Neuverteilung des Sulfidschwefels entsteht und sich Zinksulfid bildet, das ein farbloser Stoff ist. Aus der DE-OS 20 08 724 ist ein Opalglas des Systems SiO2-Al2O3-CaO bekannt, bei dem zur Erzielung einer hohen Kühlgeschwindigkeit bei ausreichender Trübung dem System bestimmte Zusatzstoffe zugegeben werden und eine bestimmte Zusammensetzung gewählt ist.
Aus Schmitt-Voss »Die Rohstoffe zur Glaserzeugung«, 2. Auflage, Leipzig 1958, Seiten 172,173; 207 bis 209 ist es bekannt, daß bei der Glasherstellung durch Zusatz von Calcium- und Zinkoxid möglich ist, das Schmelzverhalten bzw. Entglasen zu beeinflussen.
Durch diese bekannten Maßnahmen ist es zwar möglich, die Lichtdurchlässigkeit und den Herstellungsvorgang zu beeinflussen bzw. zu verbessern, nicht jedoch die Oberflächenstruktur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glaskeramik der eingangs genannten Gattung zu schaffen, deren Oberflächenstruktur natürlichem Marmor gleicht und die auf wirtschaftliche Weise, d. h. bei möglichst niedriger Schmelztemperatur, herstellbar ist.
Gelöst wird diese' Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Durch die Erfindung wird eine Glaskeramik geschaffen, die sich wegen der relativ niedrigen Schmelztemperatur, was sich für die Wärmewirtschaftlichkeit des Schmelzofens günstig auswirkt, wegen des Unterschiedes zwischen der Temperatur der flüssigen Phase und der Formtemperatur (d. h. der Temperatur, bei der die
Ns
Viskosität des Glases etwa 0,25 — beträgt) für eine
m2
kontinuierliche Formgebung günstig auswirkt, und wegen der relativ hohen Kristallwachstumsgeschwindigkeit, wodurch die Wärmebehandlung verkürzt wird, für eine Massenproduktion eignet und die gewünschte marmorartige Struktur an der Oberfläche hat.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Tabelle 1 gezeigten Beispiele erläutert
Tabelle 1
(Zusammensetzung in Gew.-%)
Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Nr. 8 Nr. 9 Nr. 10 Nr. 11 Nr. 12
SiO2 59,1 58,4 61,6 61,7 59,7 63,9 60,6 56,6 59,0 59,0 59,0 59,0
Al2O3 6,8 8,9 7,1 7,1 6,9 5,3 7,0 6,5 6,8 6,8 6,8 6,8
CaO 19,1 21,8 20,0 20,0 19,3 19,5 19,6 18,3 19,1 19,1 19,1 19,1
K2O 1,6 1,8 1,7 1,7 1,6 1,8 1,7 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6
Na2O 1,7 1,8 1,8 1,8 1,7 1,8 3,5 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7
B2O3 0,6 2,2 0,6 0,9 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
ZnO 6,8 5,1 7,8 7,1 9,9 7,1 7,0 6,5 6,8 6,8 6,8 6,8
BaO 4,3 8,2 4,2 4,3 4,3 4,2
CuO 0,4
NiO 0,1
CoO 0,1
Fe2O3 0,2
Summe 100.0 100,0 100,00 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
Tabelle 1 (Fortsetzung)
Beispiele (Mengenangaben in Gew.-%] (13) (14) (15)
(16)
SiO2 60,8 59,5 52,5 61,5 62,3
Al2O3 4,5 6,6 12,0 5,0 7,2
CaO 17,1 16,9 17,5 23,0 20,1
K2O 2,0 2,1 1,5 0,5 1,8
Na2O 3,5 3,3 2,5 1,0 1,8
B2O3 0,8 0,7 0,5 — 4,0
ZnO 6,8 6,7 9,5 9,0 2,8
BaO 4,5 4,2 4,0 —
Summe
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
Tabelle 1 (Fortsetzung)
(Zusammensetzung in Gew.-%)
Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Nr. 8 Nr. 9 Nr. 10 Nr. 11 Nr. 12
Schmelztemperatur ("C)
Formtemperatur (0C)
Temperatur der
flüssigen Phase ("C)
Behandlungstemperatur ("C)
Behandlungszeit (Std.)
Farbe
1440 1395 1430 1435 1440 1495 1425 1425 1440 1440 1440 1440
1290 1270 1290 1295 1275 1330 1270 1265 1290 1290 1290 1290
1230 1225 1240 1220 1195 1245 1230 1220 1230 1230 1230 1230
1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 1150 222222222222
weiß weiß weiß weiß weiß weiß weiß weiß grün hell- blau grün
braun
Tabelle 1 (Fortsetzung)
(13) (14) (15) (16) (17)
Schmelztemperatur (0C) 1450 1430 1380 1395 1490
Formtemperatur (° C) 1280 1280 1245 1265 1295
Temperatur der flüssigen 1225 1225 1200 1225 1242
Phase (0C)
Behandlungszeit (Std.) 2 2 2 2 2
Farbe weiß weiß weiß weiß weiß
Aus allen Proben 1 bis 17 in Tabelle 1 wurden Materialien mit dem Aussehen natürlichen Marmors erhalten. Die Schmelztemperaturen der jeweiligen Proben liegen unter 15000C, und die Differenz zwischen der Formtemperatur und der Temperatur der flüssigen Phase beträgt wenigstens 400C, so daß eine relativ niedrige Behandlungszeit von 2 Stunden erreichbar ist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Glaskeramik mit marmorartigem Aussehen wird unter Bezugnahme auf die Probe 1 in Tabelle 1 erläutert. Pulverisiertes Siliciumdioxid, Aluminiumhydroxid, Calciumcarbonat, Kaliumnitrat, Natriumnitrat, Borsäure, Zinkweiß und Bariumcarbonat werden gemischt, um die Zusammensetzung der Probe 1 der Tabelle 1 zu erhalten.
Die so gemischte Materialmenge wird in einen Platintiegel gegeben und bei einer Temperatur von 14400C in einem elektrischen Ofen 5 Stunden lang geschmolzen. Das geschmolzene Glas wird in eine Form gegossen, zu einer Platte gepreßt und danach langsam abgekühlt. Das Glas wird in einen Wärmebehandlungsofen eingebracht und die Temperatur wird mit einer Geschwindigkeit von 120°C/Stunde von Raumtemperatur auf 11500C erhöht. Die Temperatur von 115O0C wird 2 Stunden aufrecht erhalten, um die Wärmebehandlung durchzuführen. Während der Wärmebehandlung beginnt die Kristallisation bei einer Temperatur von über 10000C von der Oberfläche des Glases aus, und nadeiförmige Kristalle wachsen von der Oberfläche senkrecht in das Innere des Glases. Nachdem das Glas zwei Stunden lang auf eine Temperatur von 1150°C gehalten wurde, wird eine Aggregation von nadeiförmigen Kristallen festgestellt, die sich bei Anwendung der Röntgenstrahlbeugung als /J-Wollastonit-Kristalle erweisen.
Die folgende Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse von mit der Glaskeramik und natürlichem Marmor durchgeführten Versuchen.
Tabelle 2
Biege- Mohs' Säure- Wärme- Wärme
festigkeit Härte- festigkeits- dehnungs- schock-
skala versuch koeffizient festigkeit
(kg/cm*) (xlO-VC)
30-380° C
Beispiel 1
Natürlicher Marmor
500 6,5 keine Änderung 57 kein Sprung
100-250 3,5 Erweichung 80-200 kein Sprung
Die Tabelle 2 zeigt, daß die Glaskeramik hinsichtlich der Festigkeit, der Säurebeständigkeit und der Härte bessere Eigenschaften als natürlicher Marmor hai.
Die angegebene Biegefestigkeit bezieht sich auf Versuchsergebnisse von Proben mit einer Größe von 10 χ 15 χ 100 mm mit einem Dreipunktbelastungs-Festigkeitsprüfgerät. Das Ergebnis der Säurebeständigkeitsproben bezieht sich auf das Aussehen der Proben, nachdem jede 24 Stunden lang in 5% HCl (Raumtemperatur) eingetaucht wurde. Die Wärmeschockfestigkeit zeigt, ob Sprünge in den Proben mit einer Größe von 50 χ 50 χ 100 mm auftraten, wenn die Proben nach Entnahme aus einem Ofen mit einer Temperatur von 4000C zur Wärmeschockbehandlung in kaltes Wasser geworfen wurden.
Der Zusammensetzungsbereich der Glaskeramik wird durch die folgenden Gründe begrenzt: Wenn CaO in einer Menge von weniger als 15% vorhanden ist, ist es schwierig, die Bildung von 0-Wollastonit-Kristallen zu erhalten. Wenn dagegen CaO in einer größeren Menge als 25% vorhanden ist, wird die Temperatur der flüssigen Phase zu hoch und der Formvorgang schwierig. Wenn Al2O3 zu weniger als 2% vorhanden ist, kann das Glas in Phasen getrennt werden, so daß eine Inhomogenität des Glases verursacht wird, und wenn AI2O3 zu mehr als i3% vorhanden ist, ist eine einheitliche ß-Wollastonit-Kristallbildung schwierig und die Kristallwachstumsgeschwindigkeit kann verringert werden. Bei weniger als 50% S1O2 ist die Differenz zwischen der Temperatur der flüssigen Phase und der Formtemperatur zu gering, so daß die Formbarkeit gering ist, und bei mehr als 65% S1O2 liegt die Schmelztemperatur über 15000C und die Kristallwachstumsgeschwindigkeit ist zu gering. Bei weniger als 2% ZnO ist die Differenz zwischen der Temperatur der flüssigen Phase und der Formtemperatur klein und die Formbarkeit ist gering, und bei mehr als 10% ZnO ist die Wachstumsgeschwindigkeit des Kristalls niedrig.
Selbst wenn eine geringe Menge von Na2O, K2O, BaO, B2O3 oder dergleichen zusätzlich zu den unerläßlichen Bestandteilen der Glaskeramik zugesetzt wird,
jo tritt kein nachteiliger Einfluß auf.
Wie bei den Proben 9 bis 12 in Tabelle 1 können Farbstoffe wie Fe2O3, CoO, NiO und CuO zugesetzt werden, um eine farbige Glaskeramik zu erhalten.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Glaskeramik des Systems SiO2-Al2O3-CaO, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen 50 bis 65 Gew.-% SiO2, 3 bis 13 Gew.-% AI2O3, 15 bis 25Gew.-% CaO und 2 bis 10Gew.-% ZnO enthält, daß sie 0-Wollastonit-Kristalle enthält, die von der Oberfläche der Glaskeramik im wesentlichen senkrecht nach innen gerichtet sind, und daß die Schmelztemperatur des entglasba-
IO ren Glases unterhalb 150O0C liegt, wobei die Differenz zwischen der Temperatur der flüssigen Phase und der Formgebungstemperatur wenigstens 40° C beträgt.
2. Glaskeramik nnch Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von nicht mehr als 5 Gew.-% wenigstens eines färbenden Oxids.
DE19722259392 1971-12-10 1972-12-05 Glaskeramik des Systems SiO2 -Al2 O3 -CaO Granted DE2259392B2 (de)

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