DE2644915B2

DE2644915B2 - Glaskeramik des Systems SiO2 -Al2 O3 -CaO mit nadeiförmigen ß-WoUastonit-Kristallen

Info

Publication number: DE2644915B2
Application number: DE19762644915
Authority: DE
Inventors: Shigeharu Shiga Nakamura; Takashi Otsu Shiga Sakane
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 1975-10-08
Filing date: 1976-10-05
Publication date: 1978-10-26
Also published as: GB1552663A; AU1848676A; FR2327210B1; FR2327210A1; JPS5245617A; DE2644915A1; DE2644915C3; CA1077273A; AU498846B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Glaskeramik des Systems SiO₂-Al₂O₃-CaO

entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Glaskeramik mit marmorartigem Aussehen ist aus der DE-OS 23 02 312 bekannt. Aus einer derartigen Glaskeramik hergestellte Gegenstände haben ein hohes spezifisches Gewicht im Vergleich zu nach dem Walzverfahren hergestellten Glaskeramik-Gegenständen. Glaskeramik-Gegenstände in Form von Wandplatten für Gebäude haben den Nachteil, daß sie schwierig zu handhaben und zu transportieren sind. Außerdem sind sie verhältnismäßig schwer zu bearbeiten bzw. auf die gewünschten Formen und Abmessungen zu schneiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glaskeramik zu schaffen, die unter Beibehaltung des marmorartigen Aussehens ein geringeres spezifisches Gewicht hat, leicht bearbeitet werden kann und gute schall- und wärmeisolierende Eigenschaften hat.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die gleichmäßige Verteilung der Poren des zweiten Gegenstandes gelingt es, das spezifische Gewicht in der erforderlichen Weise zu verringern. Die Bildung der Poren kann entweder dadurch erfolgen, daß anorganische Hohlkörper oder ein Schaummittel im zweiten Gegenstand verteilt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 bis 4 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig.! a einen Querschnitt der Glaskeramik,

Fig. Ib vergrößert einen Querschnitt eines Teils der Glaskeramik der Fig. la und

Fig.2 bis 4 Querschnitte von mit verschiedenen

j:i porenbildenden Materialien versehenen, in einer Form angeordneten Glaskeramiken.

Wie die F i g. I und 2 zeigen, hat die Glaskeramik eine erste porenfreie Schicht 1 (Gegenstand 1) und eine zweite poröse Schic ht 2 (Gegenstand 2).

Die Schicht 1 ist aus entglasbaren Glasteilchen in Form von Brocken 11 gebildet, die entlang ihrer Zwischenflächen schmelzverbunden sind. Jeder dieser Brocken 11 hat nadeiförmige j3-Wollastonit-Kristalle 12, die sich von der Oberfläche aus senkrecht nach innen

•ti erstrecken. Durch diese Kristalle entstehen Bereiche unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit, durch die das marmorartige Aussehen bewirkt wird.

Die zweite Schicht 2 ist ebenfalls aus entglasbaren Glasteilchen in Form von Brocken 21 gebildet, die

in miteinander schmelzverbunden sind und zwischen denen Poren 22 gleichmäßig verteilt sind. Die Schicht 2 ist mit der Schicht 11 schmelzverbunden.

Die Schicht 2 hat im Vergleich zur Schicht 1 ein geringeres spezifisches Gewicht. Im Vergleich zu einer ohne Poren hergestellten Platte ist eine aus den Schichten 1 und 2 gebildete Platte leichter zu transportieren, als Wandplatte für Gebäude zu verwenden, zu schneiden und zu bohren. Außerdem wirkt die poröse Schicht 2 schall- und wärmeisolierend.

Wi Die zweite Schicht 2 wird auf die gleiche Weise wie die erste Schicht I hergestellt. Zur Herstellung der Schichten 1 und 2 werden Ausgangsmaterialien des Systems

hi 5JiO₂-AI₂O₃-CaO

verwendet, die eine Zusammensetzung wie in der folgenden Tabelle haben können.

Tabelle

in Gewichtsprozenten

	Nr. 1	Nr. 2	Nr. 3	Nr. 4	Nr. 5	Nr. 6	Nr. 7	Nr. 8	Nr. 9	Nr. 10
SiO₂	57,5	65,0	61,9	57,4	59,1	58,4	63,9	60,6	61,6	59,7
Al₂O₃	10,0	10,0	4,8	10,0	6,8	8,9	5,3	7,0	7,1	6,9
CaO	32,5	25,0	28,6	32,5	19,1	21,8	19,5	19,6	20,0	19,3
ZnO					6,8	5,1	7,1	7,0	/',8	9,9
BaO					4,3
K₂O					1,6	1,8	1,8	1,7	1,7	1,6
Na₂O			4,7		1,7	1,8	1,8	3,5	1,8	1,7
B1O3					0,6	2,2	0,6	0,6		0,9
Sb₂O₃
Fe₂O₃
NiO
CuO				0,1
in Gewichtsprozenten
	Nr. 12	Nr. 13	Nr. 14	Nr. 15	Nr. 16	Nr. 17	Nr. IS	Nr. 19	Nr. 20
Nr. 1!

Sb₂O₃

Fe₂O₃

56,6
6,5

18,3
6,5
8,2
1,6
1,7
0,6

59,0
6,8

19,1
6,8
4,2
1,6
1,7
0,6

0,2

59,0
6,8

19,1
6,8
4,2
1,6
1,7
0,6

0,2

66,8
3,3

13,6
6,6
4,1
2,3
3,3

72,3 3,3 8,3 6,6 4,1 2,1 3,3 62,6
10,4
9,9
6,6
4,1
2,1
3,3
0,6
0,4

60,3

4,6

11,0

15,2

3,8

2,1

3,0

58,9
4,5

10,8
5,9

14,8
2,1
3,0

61,2
4,6

11,1
6,1
3,8
1,5
3,1
0,5
0,4
7,/

65,5
5,0

12,0
6,6
4,1
2,3
3,3
0,6
0,4

F i g. 2 zeigt einen Teil einer Form 3, in der entglasbare Glasteilchen in Form von Brocken 21, vermischt mit anorganischen Hohlkörpern 23, zur Bildung der porösen Schicht und darüber Brocken 11 zur Bildung der porenfreien Schicht zur nachfolgenden Wärmebehandlung angeordnet sind.

Anstelle der Hohlkörper kann auch, wie F i g. 3 zeigt, ein Schaummittel 24 aus CaCO₃, SiC oder dergleichen verwendet werden, das in einer Menge von zum Beispiel 2 · ΙΟ-⁵ bis 1 · ΙΟ-³ Teilen pro Brocken 21 zugemischt wird.

Es ist auch möglich, ein Trennmittel zu verwenden, durch das die Glasteilchen am Fließen gehindert werden. Hierzu wird jeder Brocken 21 mit einem dünnen Film 25 des Trennmittels beschichtet, bevor er in die Form eingebracht wird. Nach der Wärmebehandlung sind die Brocken 21 nur an den Berührungsstellen miteinander schmelzverbunden, so daß zwischen ihnen Poren gebildet sind. Als Trennmittel kann ein Al₂O₃-, CaCO₃-, MgO-Pulver oder dergleichen verwendet werden.

Nachfolgend werden drei Ausführungsformen unter Verwendung des Beispiels Nr. 5 der vorherigen Tabelle beschrieben.

Bei der Herstellung der Glaskeramik wird das Ausgangsmaterial auf 1400 bis 1500° C erhitzt. Die Viskosität beträgt lO^bei 1440⁰C, 10'^Äei 1310⁰C, lO^r^bei 1240°C und 10³^Aei 1105⁰C. Dabei ergibt

sich eine Dichte von 2,78 g/cm³ (gemessen bei 15° C), ein Wärmeausdehnungskoeffizient von 68,8 · IQ-⁷⁰C, eine Flüssigphase von 1229°C (die gebildeten Kristalle sind a-Wollastonit-Kristalle), einen Spannungspunkt von 628°C, eine Glühtemperatur von 666⁰C und einen Erweichungspunkt von 845"C. Wenn das so gebildete Glas mit einer Geschwindigkeit von 120°/Std., ausgehend von Raumtemperatur erhitzt wird, beginnt die Erweichung des Glases bei einer Temperatur von 850⁰C, wobei sich die einzelnen Brocken bei weiterer

4ϊ Erhöhung der Temperatur verformen. Bei etwa 1000⁰C werden Kristalle von der Oberfläche nach innen gebildet. Bei etwa 1150⁰C tritt eine Fließverformung ein, wobei die Kristalle von der Oberfläche auf einer Länge von etwa 1,5 mm nach innen gebildet werden.

Wenn die Brocken etwa eine Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten werden, wachsen die Kristalle auf einer Länge von etwa 5 mm. Durch Röntgenstrahlenbeugung wurde festgestellt, daß, wenn die Kristalle das Innere erreicht haben, sie etwa 35 bis 40% der Brocken umfassen.

Beispiel 1

Brocken mit einem Durchmesser von 3 mm oder weniger wurden dadurch hergestellt, daß geschmolzenes Glas in Wasser gegossen und abgeschwenkt wurde. 3200 g Brocken wurden mit 1000 g anorganischen Hohlkörpern mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm, die durch Brennen vulkanischen Glases hergestellt wurden, und mit 40 g Polyvinylalkohol gleichmäßig

b^r> gemischt, wobei diese Mischung in eine Form aus wärmebeständigem Material gepackt wurde.

Die Form hatte eine Größe von 320 χ 480 χ 50 mm. Die Innenseite der Form war mit Al₂O₃ oder einem

anderen wärmebeständigen Pulver beschichtet, um ein Ankleben des Glases an der Innenfläche zu verhindern.

3200 g anderer Brocken mit einem Durchmesser von I bis 10 mm des Beispiels Nr. 5, die durch Eingießen geschmolzenen Glases in Wasser und durch Abschrekken hergestellt wurden, wurden danach in der Form auf der zuvor gebildeten Schicht wie in F i g. 2 angeordnet.

Die Form wurde in einen Elektroofen eingebracht, um die Brocken auf 1100°C zu erhitzen, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 120°C/Stunde, wobei diese Temperatur etwa 2 Stunden lang aufrechterhalten wurde, wonach eine Abkühlung mit langsamer Geschwindigkeit von zum Beispiel 100^cC/Stunde erfolgte. Die so gebildete Platte hatte eine porenfreie Schicht mit einer Dicke von 7,5 mm und eine poröse Schicht mit »iner Dicke von 12,5 mm, wie die F i g. 1 a und 1 b zeigen. Die porenfreie Schicht bestand aus schmelzverbundenen Brocken, von denen jeder nacelförmige jS-Wollastonit-Kristalle aufwies, die sich senkrecht von der Oberfläche bis in das Innere erstreckten. Die darunter befindliche poröse Schicht bestand aus schmelzverbundenen Glasbrocken und anorganischen Hohlkörpern, die gleichmäßig in der Schicht verteilt und mit benachbarten Giasbrocken schmelzverbunden waren.

Die Platte hatte ein spezifisches Gewicht von 2,2. Beim Schneiden der 20 mm dicken Platte mit einer Schnittgeschwindigkeit von 60 cm/Min, ergab sich eine Stromaufnahme von 1,3 Ampere. Im Vergleich dazu ergab sich bei einer porenfreien Platte mit einer Dicke von 15 mm und einem spezifischen Gewicht von 2,8 eine Stromaufnahme von 1,6 Ampere.

Beispiel 2

Glasbrocken mit einem Durchmesser von 3 mm oder weniger des Beispiels Nr. 5 wurden in der gleichen Weise wie beim vorherigen Beispiel hergestellt. 3200 g Brocken wurden gleichmäßig mit 480 mg SiC-Pulver mit einer Größe von 36 bis 31 μΓη in der gleichen Form wie beim Beispiel 1 angeordnet. Danach wurden 3200 £ in der gleichen Weise hergestellte Glasbrocken mii einem Durchmesser von 1 bis 10 mm auf der zuvoi gebildeten Schicht angeordnet. Anschließend wurde die gleiche Wärmebehandlung wie beim Beispiel 1 durchgeführt. Dabei ergab sich eine Platte mit einer porenfreier Schicht mit einer Dicke von 7,5 mm und eine poröse Schicht mit einer Dicke von 12,5 mm. Die Poren dei porösen Schicht wurden dabei durch die Zerlegung vor ίο SiC gebildet, bei der CCVGas entsteht. Die sich ergebende Glasplatte hatte bei einer Dicke von 20 mrr ein spezifisches Gewicht von 1,7 und ergab beirr Schneiden eine Stromaufnahme von 1,0 Ampere.

_r Beispiel 3

200 g gleichartiger Glasbrocken des Beispiels Nr. S mit einem Durchmesser von 3 mm oder weniger wurden mit 10 g in 10 cm³ Wasser suspendiertem Calciumcarbonat gleichmäßig gemischt, um die Glasbrocken mil

2i) einem dünnen Film CaOCb zu überziehen, und danach in eine Form mit einer Größe von 100x100x30 mm gefüllt. Danach wurden 200 g Glasbrocken mit einem Durchmesser von 1 bis 10 mm auf der zuvor gebildeten Schicht angeordnet. Durch die danach durchgeführte

2") Wärmebehandlung ergab sich eine Platte mit einer porenfreien Schicht von 7,2 mm und eine poröse Schicht mit einer Dicke von 12,8 mm.

Es wurde festgestellt, daß die Brocken der porösen Schicht ihre ursprüngliche Form beibehalten hatten und

jo an ihren Berührungsabschnitten mit den benachbarten Brocken schmelzverbunden waren, so daß sich zwischen den nicht miteinander in Berührung stehenden Abschnitten Zwischenräume ergaben. Durch die CaCCb-Beschichtung wurde somit das Glas während der

jj Wärmebehandlung am Fließen gehindert.

Die sich ergebende Platte hatte bei einer Dicke von 20 mm ein spezifisches Gewicht von 2,2 und ergab beim Schneiden eine Stromaufnahme von 1,4 Ampere.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Glaskeramik des Systems SiO₂-AI₂O₃-CaO, bei dessen Herstellung im nadeiförmigen ß-WoIIastonit-Kristallsystem entglasbare Glasbrocken oder Glasstäbe in eine Form gepackt und oberhalb des Erweichungspunktes, jedoch unterhalb der Flüssigkeitsphase des Glases wärmebehandelt werden, so daß sich dabei die nadeiförmigen j3-Wollastonit-K.ristalle von der Oberfläche der Brocken bzw. Stäbe her zum Inneren hin ablagern und die Brocken bzw. Stäbe dabei nur soweit miteinander verschmolzen werden, daß ihre Strukturen als Muster im Glaskeramik-Gegenstand erhalten bleiben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche dieses Gegenstandes mit einem weiteren, auf die gleiche Weise hergestellten Gegenstand schmelzverbunden ist, der seinerseits aus einem entglasten Glas mit gleichmäßig in seiner Masse verteilten Poren (22) besteht

2. Glaskeramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gegenstand (2) gleichmäßig verteilte anorganische Hohlkörper (23)

enthält

3. Glaskeramik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Hohlkörper (23) durch Brennen aus vulkanischem Glas hergestellt sind.

4. Glaskeramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren (22) durch Schäumen eines gleichmäßig verteilten pulverförmigen Schaummittels (:i!4) gebildet sind.

5. Glaskeramik nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaummittel aus CaCO₃ und SiC besteht.

6. Glaskeramik nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Trennmittel (25) im zweiten Gegenstand (2), das eine Schmelzverbindung der Glasteilchen (21) des zweiten Gegenstandes bei der Wärmebehandlung verhindert.

7. Glaskeramik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel AI₂O₃-, CaCO₃- oder MgO-Pulver ist.