DE2302312C3

DE2302312C3 - Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramik-Gegenstandes durch Wärmebehandlung von entglasbarem Glasteilchen in einer Form

Info

Publication number: DE2302312C3
Application number: DE2302312A
Authority: DE
Inventors: Shigeharu Otsu Shiga Nakamura (Japan)
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1972-01-22
Filing date: 1973-01-18
Publication date: 1979-09-13
Also published as: US3955989A; NL172319C; AU5125973A; AU474700B2; DE2302312A1; FR2169128B1; NL7300755A; DE2302312B2; FR2169128A1; GB1427792A; NL172319B; CA1007051A

Description

Die Erfindung betrifft entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramik-Gegenstandes, indem entglasbare Glasteilchen in einer Form durch Wärmebehandlung entglast werden.

Aus der DE-PS 91 203 ist es bekannt, entglasbare Glasteilchen in Form von Glasscherben zu Pulver zu verarbeiten und das Pulver einer stetig steigenden Temperatur auszusetzen, so daß es sich langsam erhitzt, bis es schließlich den Schmelzpunkt erreicht. In diesem Zustand, in dem alle Teile des Glases gleichmäßig erhitzt sind, beginnt dann die Entglasung. Die so gebildete Glasmasse wird anschließend einer sehr hohen Temperatur ausgesetzt, bei der es schmilzt, so daß eine feste, glasige Masse gebildet wird. Nach Abkühlung dieser Masse erhält man einen Körper vom Aussehen eines Steines.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramik-Gegenstandes zu schaffen, dessen Oberfläche eine Miarmorstruktur aufweist; dabei besteht die Problematik darin, den Wärrnebehandlungsprozeß so zu steuern, daß sowohl die Entglasung durchgeführt als auch ein Anschmelzen der Brocken und Stäbe nur insoweit erfolgt, daß deren Struktur als Muster erhalten bleibt. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Merkmale.

Da der Gegenstand an der Oberfläche noch die Struktur der Glasteilchen aufweist, ist er aufgrund der unterschiedlichen Lage der beim Entglasen gebildeten Kristalle unterschiedlich lichtdurchlässig. So können Bereiche vorhanden sein, in denen die Kristalle senkrecht zur Oberfläche gewachsen sind und die daher lichtdurchlässig sind, und andere Bereiche, in denen die Kristalle parallel zur Oberfläche gewachsen sind, und die daher weiß erscheinen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 5 beispielsweise erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt einer Ansammlung von ίο Glasbrocken zur Bildung einer Platte,

F i g. 2 einen Querschnitt der Platte nach Durchführung des Wärmebehandlungsprozesses,

Fig.3 eine Aufsicht der Oberfläche der Platte in Fig. 2,

Fig.4 eine Aufsicht der Oberfläche einer aus einer Ansammlung von Glasstäben gebildeten Platte und

F i g. 5a, 5b einen Querschnitt bzw. eine Aufsicht einer unter Verwendung von weißen und schwarzen Glasbrocken gebildeten Platte.

Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele wird die Herstellung von Glasplatten beschrieben, wobei ein Ausgangsmaterial mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozenten verwendet wird:

19,1 CaO,
6,8Al₂O₃,
59,1 SiO₂,
1,7K₂O,
1,7 Na₂O,
0,6 B₂O₃,

"' 6,8 ZnO und

4,3 BaO.

Dieses im folgenden als Glas bezeichnete Ausgangsmaterial wird auf 1400 bis 1500⁰C erhitzt. Die Viskosität

'"' des Glases beträgt 10 '_[ηΓ bei 1440°C, 10¹·⁶ '„/bei 1310⁰C, 10^{2 N} _m2^S bei 1240°C und 10^{3 N} _mVbei 1105°C. Das

Glas hat eine Dichte von 2,78 g/cr»-¹ bei 15°C, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 68,8 χ 10-'/⁰C, eine Temperatur der flüssigen Phase von 1229⁰C (die ausgefallenen Kristalle sind /3-Wollastonit-Kristalle), einen Entspannungspunkt von 628°C, eine Temper-Temperatur von 666 C und einen Erweichungspunkt

ν, von 845°C. Wird eine kleine Masse dieses Glases von Zimmertemperatur an um 120⁰C pro Stunde erwärmt, dann beginnt das Erweichen des Glases, wenn die Temperatur ungefähr 850⁰C übersteigt; dabei wird der eckige Teil der Masse rund und wird mit ansteigender

jo Temperatur weiter verformt. Bei etwa 1000⁰C fallen Kristalle von der Oberfläche zum Inneren her aus, und bei etwa 1150⁰C ist die Fließverformung fortgeschritten, und Kristalle wachsen von der Oberfläche in das Innere über eme Länge von etwa 1,5 mm. Wird die

5) Masse eine Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten, setzt sich das Kristallwachstum bis zu einer Länge von etwa 5 mm fort. Durch Röntgenstrahlbeugung konnte festgestellt werden, daß die Masse 35 bis 40% Kristalle aufwies, wenn das Wachstum von nadeiförmigen

M) Kristallen das Innere erreicht hatte.

Beispiel 1

Auf einer von einem Rahmen umgebenen Platte von 100 χ 100 cm werden 84 kg kleine Glasbrocken entglash-, baren Glases der obigen Zusammensetzung mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm aufgehäuft. Dieser Zustand ist in Fig. 1 gezeigt, in der mit 1 die Glasbrocken und mit 2 der Rahmen einer hitzebeständigen Platte zur

Aufnahme der Glasbrocken bezeichnet sind. Auf die Oberfläche der Platte wird AI2O3 oder ein anderes hitzebeständiges Pulver gestreut, damit das Glas bei der Kristallisation nicht an der Platte anklebt- Die so zusammengehaltenen Brocken werden in einen Ofen gebracht und auf 1150⁰C mit einer Temperaturzunahmegeschwindigkeit von 120°C/Stunde erhitzt und auf dieser Temperatur etwa 5 Minuten gehalten, wonach eine Abkühlung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 100^cC/Stunde erfolgt Auf diese Weise werden die Brocken durch Zusammenschmelzen miteinander verbunden und es entsteht eine gemusterte Glasplatte mit den Abmessungen 100x100x3cm. Fig.2 zeigt einen Schnitt durch die so erhaltene Glasplatte, in der mit 1 die durch das Schmelzen miteinander verbundenen Glasbrocken bezeichnet sind, die erweicht und durch die Wärmebehandlung verformt sind. Die Oberfläche der so erhaltenen Glasplatte zeigt F i g. 3, in der mit 11 der Teil bezeichnet ist, in dem die /J-Wollastonit-Kristalle senkrecht zur Oberfläche gewachsen sind und der daher halbdurchlässig ist, während in dem mit i2 bezeichneten Teil die 0-Wollastonit-Kristalle parallel zur Oberfläche gewachsen sind und dieser daher verhältnismäßig weiß erscheint.

Beispiel 2

Es werden 84 kg Glasstäbe mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm und einer Länge von 100 cm auf einer Ebene von 100 χ 100 cm in der gleichen Weise v.ie beim Beispiel 1 angehäuft und auf 1150⁰C bei einer Temperaturzunahmegeschwindigkeit von 120°/Stunde erhitzt. Diese Temperatur wird 5 Minuten lang beibehalten, worauf eine Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 100°C/Stunde erfolgt Auf diese Weise werden die Glasstäbe durch Verschmelzen miteinander verbunden und zu einer Glasplatte mit den Abmessungen 100 χ 100 χ 3 cm geformt, die ein vertikales Streifenmuster hat, wie F i g. 4 zeigt, in der der Teil 11 eine verhältnismäßig hohe Lichtdurchlässigkeit hat und der Teil M verhältnismäßig weiß erscheint.

Beispiel 3

Es werden 84 kg zerkleinertes Glas, das dadurch erhalten wird, daß geschmolzenes Glas in Wasser geschüttet und abgeschreckt wird, auf einer Ebene von 100 χ 100 cm in der gleichen Weise wie bei den vorherigen Beispielen aufgehäuft. Das aufgehäufte Glas wird leicht gepreßt, so daß die Oberfläche nahezu eben ist. Dann wird das Glas auf 1150°C mit eine Temperaturzunahmegeschwindigkeit von 120°C/Stunde in einem elektrischen Ofen erhitzt und unmittelbar danach mit einer Geschwindigkeit von 100°C/Stunde abgekühlt. Dadurch wird eine Glasplatte von 100 χ 100 χ 3 cm mit glatter Oberfläche und einem Muster gebildet, in dem durchlässige Teile und verhältnismäßig weiße Teile abwechseln.
Tabelle

Während bei den vorherigen Beispielen weiße Glasteilchen verwendet wurden, werden bei dem folgenden Beispiel zur Bildung von Gegenständen mit farbigen Mustern gefärbte Glasteilchen des bei den vorherigen Beispielen verwendeten Glases gemischt und dann der Wärmebehandlung unterzogen.

Beispiel 4

Kleine Glasbrocken des in Beispiel 3 verwendeten

ic Glases und kleine Glasbrocken aus einem schwarzen Glas werden aufgehäuft, wie Fig.5 zeigt, und in der gleichen Weise wie bei Beispiel 3 einer Wärmebehandlung unterzogen. Dadurch können Gegenstände mit einem Muster aus kleinen schwarzen Punkten gewonnen werden. Fig.5a zeigt einen Schnitt mit kleinen weißen Glasbrocken 3, kleinen schwarzen Glasbrocken 4 und einem hitzebeständigen Plattenrahmen 2 zur Anhäufung der Glasbrocken, und Fig.5b zeigt die Oberfläche des sich daraus ergebenden Glasgegenstandes mit einem weißen Teil 3' und eine :.< schwarzen Teil 4·.

Es ist auch möglich, einen Glasgegenstand mit gefärbtem Muster dadurch herzustellen, daß eine färbende Ionen enthaltende Lösung auf die Oberfläche der Glaf'-Tocken gesprüht wird, diese dann angehäuft werden und die Anhäufung wärmebehandelt wird, oder auch dadurch, daß eine Lösung mit färbenden ionen auf die Oberfläche der Anhäufung der Glasbrocken gesprüht und danach die Anhäufung würmebehandelt

j(i wird.

Beispiel 5

Die im Beispiel 3 verwendeten Glasteilchen werden in derselben Weise wie beim Beispiel 3 aufgehäuft, und

j-> es wird eine 10% Nickelchlorid enthaltende wäßrige Lösung auf die Oberfläche der Anhäufung gesprüht, worauf die Wärmebehandlung erfolgt. Dadurch erhält man einen Glasgegenstand mit einem Muster, bei dem weiße Teile, verhältnismäßig weiße transparente und

4» blasige Teile miteinander abwechseln.

Bei den vorherigen Beispielen wurde die Oberfläche des hergestellten Gegenstandes nicht poliert. Die Ebenheit der Oberflächen des Gegenstandes wird hauptsächlich durch die Eigenschaften des Glases und

4"< der Wärmebehandlung beeinflußt. Wenn die Temperatur, bei der die Kristalle auszufallen beginnen, um etwa 100⁰C höher als die Erweichungstemperatur des Glases ist, neigt die Oberfläche dazu, verhältnismäßig eben und glatt zu sein. Wenn die Temperaturerhöhungsgeschwin-

■-,<> digkeit verhältnismäßig niedrig ist, ist es schwierig, eine ebene Oberfläche zu erhalten. In diesem Falle ist es jedoch möglich, die Oberfläche zu polieren.

Die physikalischen Eigenschaften eines Gegenstandes, der nach dem vorgeschlagenen Verfahren herge-

>■■) stellt wird, ist in der folgenden Tabelle gezeigt.

	Aus Glasteilchen	Gewalzter	Natürlicher Marmor	Granit
	hergestellter	Gegenstand
	Gegenstand
Spezifisches Gewicht	2,7	2,7	2.7	2,7
Biegefestigkeit (kg/cm²)	450	430	30-750	150-170
Shore-Härte	106	100	40-63	84-93
Charpy-Schlagfestigkeit	2,9	2,6	1,0-1,3	1,7-2,1
Wärmedehnungskoellizierit (30-380 C )	57 x I0"⁷	57 x 10 ⁷	ca. 100-200 x 10 ⁷	83 x 10 ⁷

Der in der Tabelle erwähnte gewalzte Gegenstand wird dadurch hergestellt, daß Glas in üblicher Weise durch Walzen geformt wird. Die Tabelle zeigt, daß die Festigkeit des aus Glasteilchen hergestellten Gegenstandes größer als die von natürlichem Marmor und von nach dem Walzverfahren hergestelltem Glas ist.

Bei den vorherigen Beispielen wurde die Herstellung von plattenförmigen Gegenständen beschrieben, jedoch können selbstverständlich Gegenstande jeder gewünschten Form hergestellt werden. Es ist auch möglich, Glasgegenständc, die ein gewünschtes Muster haben, nur aus einer geringen Menge Glases herzustellen, wie dies insbesondere bei Folien der Fall ist.

Hierzu 1 RhUt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 23 02 3i2

1. Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramik-Gegenstandes, indem entglasbare Glasteilchen in einer Form durch Wärmebehandlung entglast werden, dadurch gekennzeichnet, daß im nadeiförmigen /3-WolIastonit-Kristallsystem entglasbare Glasbrocken oder Glasstäbe in die Form gepackt und oberhalb des Erweichungspunktes, jedoch unterhalb der Flüssigkeitsphase des Glases wärmebehandelt werden, daß sich dabei die nadeiförmigen /J-Wollastonit-Kristalle von der Oberfläche der Brocken bzw. Stäbe her zum Inneren hin ablagern und die Brocken bzw. Stäbe dabei nur so weit miteinander verschmolzen werden, daß ihre Strukturen als Muster im Glaskeramik-Gegenstand erhalten bleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial entglasbare Glasteilchen mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozenten verwendet werden:

19,1 CaO
6,8 Al₂O₃
59,1 SiO₂

1.7 K₂O
1,7Na₂O
0,6 B₂O₃

6.8 ZnO
4,3BaO

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vcr der Wärmebehandlung der entglasbaren Glasteilchen färbende Ionen j.ugegeben werden.