DE2851027A1 - THIN PORCELAIN AND PROCESS FOR ITS PRODUCTION - Google Patents
THIN PORCELAIN AND PROCESS FOR ITS PRODUCTIONInfo
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Description
51 706-BR51 706-BR
Anmelder: United States Borax & Chemical Corporation, 3075 Wilshire Boulevard, Los Angeles? California, USAApplicant: United States Borax & Chemical Corporation, 3075 Wilshire Boulevard, Los Angeles ? California, USA
Dünnes Porzellan und Verfahren zu seiner HerstellungThin porcelain and its method of manufacture
Die Erfindung betrifft die Herstellung von dünnem Porzellan (feinem Steingut bzw. Knochenporzellan, nachfolgend stets als "dünnes Porzellan"bezeichnet) aus Ton, Knochenasche und ei.nem Bor enthaltenden Flußmittel; die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von dünnem Porzellan und eine neue, Bor enthaltende Knochenasche, ein Verfahren zur Herstellung derselben sowie deren Verwendung für die Herstellung von dünnem Porzellan. Der Effekt der Verwendung eines Bor enthaltenden Materials als Flußmittel bei der Herstellung von dünnem Porzellan besteht darin, daß die Bildung der mikrokristallinen Phase, die für dünnes Porzellan charakteristisch ist, gefördert wird, wodurch es möglich ist, dünnes Porzellan unter Anwendung eines breiteren Brenntemperaturbereiches, innerhalb einer kürzeren Zeit und/oder bei niedrigeren Temperaturen als üblich herzustellen. Die Erfindung betrifft speziell ein dünnes Porzellan, das hergestellt wird durch Einarbeitung einer Bor enthaltenden Verbindung in die Ausgangsmischung in wasserunlöslicher Form. Dabei führt die Verwendung der Bor enthaltenden Verbindung zu einer Herabsetzung und Verbreiterung des anwendbaren Brenntemperaturbereiches.The invention relates to the production of thin porcelain (fine earthenware or bone china, hereinafter always referred to as "thin porcelain") made of clay, bone ash and a flux containing boron; The invention particularly relates to a method of making thin porcelain and a new one containing boron Bone ash, a method of making the same, and its use for making thin Porcelain. The effect of using a material containing boron as a flux in the manufacture of Thin porcelain consists in the formation of the microcrystalline phase necessary for thin porcelain is characteristic, is promoted, making it possible to make thin porcelain using a wider one Firing temperature range, to produce within a shorter time and / or at lower temperatures than usual. The invention particularly relates to a thin porcelain made by incorporating a Boron-containing compound in the starting mixture in water-insoluble form. The use of the boron-containing compound leads to a reduction and Broadening of the applicable firing temperature range.
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Dünnes Porzellan wird hergestellt durch Brennen einer Mischung aus Ton, Knochenasche und einem Flußmittel. Normalerweise besteht der Ton überwiegend aus Kaolin oder China-Clay. Das am häufigsten verwendete Flußmittel ist Granitgestein aus Cornwall (Cornish-Stone), es können aber auch andere in der Natur vorkommende Feldspat-Materialien, wie Nephelin und Syenit, verwendet werden.Thin porcelain is made by firing a Mixture of clay, bone ash and a flux. Usually the clay consists mostly of kaolin or china clay. The most common flux is granite from Cornwall (Cornish Stone), it can but also other naturally occurring feldspar materials such as nepheline and syenite can be used.
Knochenasche, wie sie beispielsweise für die Herstellung von dünnem Porzellan verwendet wird, wird hergestellt, indem man zuerst alle Tierknochen mit heißem oder siedendem Wasser behandelt, umGelatine, Kollagen und andere organische Materialien davon zu entfernen. In diesem Zustand liegen die Knochen in entgelatiniertem Zustand vor. Anschließend werden sie bis zu einer Temperatur von etwa 1000 C calciniert, um das restliche organische Material zu verbrennenJ calcinierte Knochen oder Knochenasche bestehen (besteht) im wesentlichen (zu etwa 80 %) aus Calciumphosphat mit etwas Calciumcarbonat und wenig Fluorid.Bone ash, such as that used for the production of thin porcelain, is produced, by first treating all animal bones with hot or boiling water to make gelatin, collagen, and others remove organic materials from it. In this state the bones are in a de-gelatinized state before. They are then calcined to a temperature of about 1000 C to remove the remaining organic material to burnJ calcined bones or bone ash consist (consists) essentially (about 80%) of calcium phosphate with a little calcium carbonate and a little Fluoride.
Keramikmischungen für die Herstellung von dünnem Porzellan bestehen in der Regel zu 50 % aus Knochenasche, zu 25 % aus Kaolin (China-Clay) und zu 25 % aus Cornish-Stonee Sie werden durch inniges Mischen und in der Regel durch nasses Vermählen der teilchenförmigen Komponenten zur Herstellung einer wäßrigen Aufschlämmung oder eines Tonschlimmes, der zum Gießen in Gipsformen geeignet ist,Ceramic compounds for the manufacture of thin porcelain are typically 50% bone ash, 25% of kaolin (China Clay) and 25% Cornish stone e They are prepared by wet milling the particulate by intimately mixing and usually Components for the production of an aqueous slurry or clay slurry suitable for casting in plaster molds,
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oder, bei niedrigerem Wassergehalt eines plastischen Tons, der geformt werden kann, zu einem Keramikkörper verarbeitet. Nach dem Trocknen zum Verdampfen des Wassers werden diese Formkörper im "grünen" Zustand dann bis zu einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 1250 C gebrannt zur Piersteilung von unglasiertem "Bis^it-Porzellan" mit einer geringen Porosität und einer charakteristischen Durchsichtigkeit. Das Biskuit-Porzellan wird anschließend mit einem Glasier-Tonschlamm (-Töpferbrei) überzogen und erneut bis zu einer Temperatur von etwa 1100 C gebrannt zur Herstellung von glasiertem Porzellan. Eines der wesentlichen Merkmale des auf diese Weise hergestellten Porzellans ist seine Durchsichtigkeit, gekoppelt mit seiner weißen Farbe, für die dünnes Porzellan (manchmal als Feinporzellan oder englisches dünnes Porzellan bezeichnet) berühmt ist. Wegen seiner Festigkeit ist es auch möglich, Formkörper mit einem dünneren Wandquerschnitt als bei anderen Formen von Keramikwaren (Töpferwaren) herzustellen, wodurch das Gewicht herabgesetzt wird, die Durchsichtigkeit und die Beständigkeit gegen Wärmeschock verbessert werden.or, with a lower water content, a plastic one Clay that can be shaped into a ceramic body. After drying to evaporate the These shaped bodies then become water in the "green" state up to a temperature within the range Fired at 1250 C to divide unglazed "Bis ^ it porcelain" with a low porosity and a characteristic transparency. The bisque porcelain is then glazed with clay (Pottery paste) and re-fired to a temperature of around 1100 C to produce glazed porcelain. One of the essential characteristics of porcelain made in this way is its Transparency, coupled with its white color, for the thin porcelain (sometimes called fine china or English thin porcelain) is famous. Because of its strength, it is also possible to produce molded bodies with a thinner wall cross-section than with other forms of ceramic goods (pottery), whereby the weight is decreased, the transparency and the resistance to thermal shock are improved.
Die Mikrostruktur des schließlich erhaltenen feinen Porzellans ist eine Folge der Reaktivität während des Brennens, wobei die ursprünglich gebildeten kristallinen Materialien sich aufgelöst und neue Kristalle gebildet haben. Feines Porzellan besteht nach dem Brennen zu etwa 70 % aus Kristallen und zu etwa 30 % aus einerThe microstructure of the fine porcelain finally obtained is a result of the reactivity during firing, whereby the originally formed crystalline materials have dissolved and new crystals have formed. After firing, fine porcelain consists of around 70% crystals and around 30 % of crystals
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glasartigen Phase. Die Kristalle bestehen hauptsächlich aus ß-Triealciumphosphat und Anorthit (einem Kalkfeldspat). Der hohe Kristallgehalt des dünnen Porzellans ist für seine gute mechanische Festigkeit verantwortlich.vitreous phase. The crystals consist mainly of ß-triealcium phosphate and anorthite (a lime feldspar). The high crystal content of the thin porcelain is responsible for its good mechanical strength.
Dünnes Porzellan des vorstehend beschriebenen Typs und der vorstehend angegebenen Zusammensetzung wird bereits seit etwa 200 Jahren hergestellt und Änderungen in bezug auf seine Zusammensetzung und Herstellung warm evolutionär. Die Zusammensetzung benötigt eine höhere Brenntemperatur als sie für Steingut erforderlich ist und deshalb ist der Brennzyklus vergleichsweise langer und die Kosten sowohl für die Öfen als auch für den verwendeten Treibstoff, sind höher. Die Brenntemperatur wird auch verlängert gegenüber Steingut, um die Bildung der Phasen auf Calciumphosphatbasis, welche die charakteristische ' Festigkeit und Durchsichtigkeit verleihen, zu erlauben.Thin porcelain of the type and composition described above is already used Manufactured for about 200 years and changes related warm evolutionary on its composition and manufacture. The composition requires a higher firing temperature than that required for earthenware and therefore the burning cycle is comparatively longer and the costs for both the furnace and the fuel used, are higher. The firing temperature is also lengthened compared to earthenware to allow the phases to form based on calcium phosphate, which give the characteristic 'strength and transparency.
Verfahren zur Herstellung von Keramik-Tonwaren, als "Steingut" bezeichnet, aus Ton, Flint (Feuerstein) und einem Flußmittel, wobei bestimmte Bor enthaltende Zusammensetzungen als Flußmittel verwendet werden, sind bereits bekannt. Nach der US-Patentschrift 3 532 522 wird ein anderes Borat als ein Alkaliborat als Flußmittel verwendet, z.B. Calciumborato Nach der US-Patentschrift 3 704 146 wird eine gemahlene glasartige Fritte, die in ihrer Oxidaiialyse B2O3 enthält, als Flußmittel verwendet. .Methods of making ceramic pottery, referred to as "earthenware", from clay, flint and a flux using certain boron-containing compositions as the flux are known. According to US Pat. No. 3,532,522, a borate other than an alkali borate is used as a flux, for example calcium borato. According to US Pat. No. 3,704,146, a ground glass-like frit which contains B 2 O 3 in its oxidialysis is used as a flux. .
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren zur Verbesserung der Bildung der mikrokristallinen Calciumphosphat-Phasen durch Einarbeitung einer Bor enthaltenden Substanz. Die Bor enthaltende Substanz kann als Flußmittel oder als Teil des Flußmittels dienen. Diese Zugabe unterstützt die Verglasung und ermöglicht die Herstellung von Porzellan bei einer tieferen Temperatur oder innerhalb eines kürzeren Zeitraumes oder beides. Ein weiterer Vorteil ist der, daß der Temperaturbereich beim Brennen erweitert xcLrd. Dadurch wird der Treibstoffverbrauch herabgesetzt, es können einfachere Öfen verwendet werden, die Brenngeschwindigkeit wird erhöht und eine Verformung des Materials durch die breiteren Temperaturbereiche wird vermieden und es sind niedrigere Temperaturen erforderlich.The present invention now relates to a method for improving the formation of the microcrystalline Calcium phosphate phases by incorporating a Boron containing substance. The boron-containing substance can serve as a flux or as part of the flux. This addition supports the glazing and enables the production of porcelain at a lower temperature or within a shorter period of time or both. Another advantage is that the temperature range when burning expands xcLrd. This will reduce fuel consumption reduced, simpler furnaces can be used, the burning speed is increased and a deformation of the material due to the wider temperature ranges is avoided and lower temperatures are required.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Bor enthaltende Flußmittel mit der Knochenasche kombiniert; dabei kann es sich entweder um eines der an sich in Wasser unlöslichen Borate oder Flußmittel handeln, wie sie weiter oben als Flußmittel für Steingut angegeben worden sind, oder es kann sich dabei um ein wasserlösliches, Boroxid enthaltendes Material handeln (wenn es jedoch wasserlöslich ist, muß es an die Knochenasche gebunden sein, um es unlöslich zu machen). Das Bor enthaltende Material kann dadurch an die Knochenasche gebunden werden, daß es mit calcinierten Knochen geschmolzen oder gesintert oder calciniert wird, oder dadurch, daß es mit den entgelatinier ten Knochen calciniert wird, so daß bei der Cnlci-According to one aspect of the invention, the boron-containing flux is combined with the bone ash; can it is either one of the water-insoluble borates or flux, as they continue above as a flux for earthenware, or it can be a water-soluble, boron oxide act containing material (but if it is water-soluble it must be bound to the bone ash to make it insoluble). The boron containing material can be bound to the bone ash by being melted or sintered or with calcined bone is calcined, or by the fact that it is calcined with the entgelatinier th bones, so that in the Cnlci-
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nierung gleichzeitig die Knochen in Knochenasche überführt und das Bor enthaltende Material daran gebunden wird.at the same time, the bones are converted into bone ash and bonding the boron-containing material thereto.
Bei der Bor enthaltenden Substanz kann es sich um Borphosphat, ein anderes anorganisches Borat als ein Alkalimetallborat (z.B. ein Calciumborat) oder um eine gemahlene Glasfritte handeln, deren Oxidanalyse SiO , B„0„, CaO und/oder MgO sowie Na„0 enthält, wie in der US-Patentschrift 3 704 146 oder in der britischen Patentschrift 1 254 717 beschrieben. Diese Materialien können in dem erfindungsgemäßon Verfahren verwendet werden, entweder durch Einmischen derselben in den Tonschlamm (oder in den plastischen Ton) zusammen mit Knochenasche, Kaolin und gegebenenfalls Cornish-Stone oder durch Kombinieren desselben mit Knochen oder Knochenasche, wie für die wasserlöslichen,Bor enthaltende Materialien erforderlich.The boron-containing substance may be boron phosphate, an inorganic borate other than an alkali metal borate (e.g. a calcium borate) or a ground glass frit, the oxide analysis of which is SiO, B "0", Contains CaO and / or MgO as well as Na “0, as in the US patent 3,704,146 or British Patent 1,254,717. These materials can be used in the According to the invention methods can be used, either by mixing them into the clay sludge (or into the plastic clay) together with bone ash, kaolin and optionally Cornish stone or by combining the same with bone or bone ash as required for the water-soluble boron-containing materials.
Das Bor enthaltende Material kann alternativ bestehen aus mit Borat behandelten Knochen, die erhalten werden durch Umsetzung der Knochen mit Borsäure oder einem ihrer wasserlöslichen Salze. So kann beispielsweise Borsäure oder ein Salz davon mit der Knochenasche kombiniert werden, indem man sie zusammen mit der Asche schmilzt oder sintert und das dabei erhaltene Material als pulverförmiges Material in den Tonschlamm einarbeitet. Ein anderes Kombinationsverfahren besteht darin, daß man eine wäßrige Lösung des B„0_ enthaltenden Materials (oder eine wäßrige Suspension eines in Wasser unlöslichen>Bor enthaltenden Materials) an den Knochen adsorbiert, vorzugsweise nachdem die Knochen entgelatiniert und bevor sie zur HerstellungThe boron-containing material may alternatively consist of borate treated bones that are obtained by reacting the bones with boric acid or one of its water-soluble salts. For example, boric acid or a salt thereof can be combined with the bone ash by melting or sintering them together with the ash and the material obtained thereby as a powdery material incorporated into the clay mud. Another combination method is that you get an aqueous solution of the B "0_ containing material (or an aqueous suspension of a water-insoluble> boron-containing material) adsorbed to the bone, preferably after the bone is de-gelatinized and before it is used for manufacture
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von Knochenasche calciniert worden sind, und anschließend die Knochen und das Adsorbat oder Absorbat calciniert, Bevorzugte wasserlösliche,Boroxid liefernde Materialien sind Borsäure, Natriumborat mit einem Verhältnis von Na~O ; B„0 von 1 : 4 und Borax (Natriumtetraboratdecahydrat)Q have been calcined from bone ash, and then calcined the bones and the adsorbate or absorbate. Preferred water-soluble, boron oxide-producing materials are boric acid, sodium borate with a ratio of Na ~ O; B "0 of 1: 4 and borax (sodium tetraborate decahydrate) Q
Die Calcinierung von Knochen, die Borsäure oder ein ähnliches Material enthalten, ist nicht immer ausreichend, um das B«CL vollständig in Wasser unlöslich zu machen, und es wurde daher gefunden, daß die Insolubilisierung dadurch verbessert werden kann, daß man auch den Vorläufer mindestens eines weiteren glasbildenden Oxids, wie z.B. Natriumsilikat, Kaliumcarbonat, Aluminiumsulfat und Calciumhydroxid, verwendet. Alternativ oder zusätzlich kann Borphosphat als ein unlösliches, Bor enthaltendes Flußmittel verwendet werden. Es kann in Form von hergestelltem Borphosphat, das in situ gebildet wird durch Zugabe einer äquimolaren Mischung von Borsäure und Phosphorsäure zu den Knochen vor der Calcinierung zugegeben werden.Calcining bones containing boric acid or similar material is not always sufficient, to make the B «CL completely insoluble in water, and it was therefore found that the insolubilization can be improved by also including the precursor of at least one other glass-forming oxide, e.g. Sodium silicate, potassium carbonate, aluminum sulfate and calcium hydroxide are used. Alternatively or additionally can Boron phosphate can be used as an insoluble, boron-containing flux. It can be manufactured in the form of Boron phosphate, which is formed in situ by adding an equimolar mixture of boric acid and phosphoric acid to it added to the bones prior to calcination.
Die Knochenbruchstücke, die in einer wäßrigen Flüssigkeit, welche die B«0_-Quelle und gegebenenfalls das zusätzliche Oxid enthält, eingeweicht werden, werden getrocknet und dann bei einer Temperatur calciniert, die ausreicht für die Reaktion mit oder für die einfache Bildung einer Glasschicht auf den Oberflächen der Knochen. Es ist nicht wesentlich, daß die Glasschicht in dieser Stufe vollständig mit dem Calciumphosphatsubstrat reagiert, es ist jedoch zweckmäßig, daß das gebildete Boratglas in Wasser.The fragments of bones, which in an aqueous liquid, which is the B «0_ source and possibly the additional Containing oxide, are soaked, dried, and then calcined at a temperature sufficient for the reaction with or for the simple formation of a layer of glass on the surfaces of the bones. It is not It is essential that the glass layer fully reacts with the calcium phosphate substrate at this stage however, it is advisable that the borate glass formed in water.
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ausreichend unlöslich ist, so daß durch Zugabe von Ton und anderen Bestandteilen nach" dem Mahlen vergießbare Tonschlämme oder formbare Tone in zufriedenstellender Weise hergestellt werden können. Alternativ können die vorcalcinierten Knochen auch in Borat enthaltenden Flüssigkeiten eingeweicht, getrocknet und erneut calciniert werden, um die absorbierten oder adsorbierten Salze vor dem Mahlen unlöslich zu machen. Es ist bekannt, daß Knochenasche-Calciumsulfat eine große spezifische Oberfläche besitzt und deshalb ein hohes Flüssigkeitsabsorptionsvermögen aufweist, es wurde jedoch gefunden, daß die Porosität und die innere Oberflächengröße der entgelatinierten, jedoch nicht-calcinierten Knochen ausreichen, um für die praktische Durchführung der Erfindung genügend Borsäure- oder Borsalzlösung aufzunehmen. Der Vorteil der Verwendung von entgelatinierten Knochen ist der, daß nur ein Calcinierungs- und Mahlvorgang zur Herstellung einer zufriedenstellenden Keramikkörper-Komponente erforderlich ist, wodurch Kosten- und Treibstoffeinsparungen erzielt werden könneno is sufficiently insoluble that by adding clay and other ingredients after "milling, castable clay slurries or malleable clays can be satisfactorily prepared or adsorbed salts prior to grinding It is known that bone ash calcium sulfate has a large specific surface area and therefore has a high liquid absorbency, but it has been found that the porosity and internal surface area of the de-gelatinized but uncalcined bones The advantage of using de-gelatinized bones is that only one calcination and milling process is required to produce a satisfactory ceramic body component ch is, whereby cost and fuel savings can be achieved o
Wenn Borsäure (oder B20„ oder Metaborsäure) allein als B„0 - Quelle verwendet wird und kein anderer glasbildender Oxid-Vorlaufer eingeführt wird, reagieren die Knochen beim Calcinieren unter Bildung von CaO-P2O -B20_-Phaseno Zusammensetzungen in allen möglichen Verhältnissen innerhalb dieses ternären Phasensystems wurden bisher nicht untersucht, in der Literatur ist lediglich angegeben, daß eiii Calciumborphosphat mit der ZusammensetzungIf boric acid (or B 2 O "or metaboric acid) is used alone as the B" 0 source and no other glass-forming oxide precursors are introduced, the bones react during calcination to form CaO-P 2 O -B 2 O_ phases or the like Compositions in all possible proportions within this ternary phase system have not yet been investigated, the literature only states that a calcium boron phosphate may be used with the composition
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2CaO * Po^c* ^9^0 c^in:c^ Wasser zersetzt wird. Ks wurde nun gefunden, daß Calciumborphosphat—Zusammensetzungen beim Erhitzen auf eine hohe Temperatur disproportionieren. So schmilzt beispielsweise die Zusammensetzung 2CaO · P^O1-• B„0„ inkongruent bei etwa 1050 C unter Bildung von ß-2CaO · Po°5 und flüssigem B3O .Verwandte Zusammensetzungen innerhalb dieses ternären Systems verhalten sich ähnlich und es wird angenommen, daß der Effekt einer Calciumphosphatphasen-Kristallisation und der Synärese einer B„0 enthaltenden flüssigen Phase auch in Zusammensetzungen auftreten, in die zu Beginn Na^1O eingeführt worden ist. Während des Brennens von konventionellem dünnem Porzellan reagieren das Knochenphosphat, das Kaolin und der Cornish-Stone miteinander unter Bildung von Glasphasen, aus denen anschließend ß-Calciumphosphat und Anorthit auskristallisieren. Ein vollständiges Schmelzen tritt nicht auf und die schwerer schmelzbaren Phasen bleiben bestehen und unterstützen die Beibehaltung der Form und die relative Starrheit des Formkörpers während des Brennens. Erfindungsgemäß wird die Wechselwirkung zwischen den teilchenförmigen Komponenten beschleunigt durch die Anwesenheit einer B20_ enthaltenden Substanz in den calcinierten Knochen,, Dies ermöglicht die Erzielung eines entsprechenden und zufriedenstellenden Grades der Verglasung bei tieferen Temperaturen und unter Anwendung kürzerer Brcnnzeiten, ohne daß eine Verformung des Formkörpers auftritt. Der Mechanismus ist noch nicht vollständig geklärt, es wird jedoch angenommen, daß an2CaO * Po ^ c * ^ 9 ^ 0 c ^ in: c ^ water is decomposed. It has now been found that calcium borophosphate compositions disproportionate when heated to a high temperature. For example, the composition 2CaO · P ^ O 1 - • B "0" melts incongruently at about 1050 C to form β-2CaO · Po ° 5 and liquid B 3 O. Related compositions within this ternary system behave similarly and it will assumed that the effect of a calcium phosphate phase crystallization and syneresis occur a B "0-containing liquid phase in compositions, has been introduced in the beginning of Na ^ O 1. During the firing of conventional thin porcelain, the bone phosphate, the kaolin and the Cornish stone react with one another to form glass phases, from which ß-calcium phosphate and anorthite then crystallize. Complete melting does not occur and the more difficult-to-melt phases persist, helping to maintain the shape and maintain the relative rigidity of the molded article during firing. According to the invention, the interaction between the particulate components is accelerated by the presence of a substance containing B 2 O_ in the calcined bones occurs. The mechanism is not yet fully understood, but it is believed that an
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B O reiche Phasen freigesetzt werden und daß diese mit den kieselhaltigen Komponenten reagieren und sich damit verbinden. Die mikrokristallinen Phasen, die nach dem Abkühlen bestehen bleiben, ähneln wahrscheinlich denjenigen, die in konventionellem dünnem Porzellan enthalten sind, die Größe und Form ihrer Kristallite und die Mengenanteile der jeweiligen krstistallinen Phasen sind jedoch davon verschieden.B O rich phases are released and that these with react with the siliceous components and combine with them. The microcrystalline phases that appear after the Cooling persists, likely resembling those found in conventional thin china are, the size and shape of their crystallites and the proportions of the respective crystalline phases are different from it.
Beim Calcinieren bis zu einer geeigneten Temperatur tritt eine Insolubilisierung der anfänglich gut löslichen Bo^" Substanz, wie z. B. Natriumborat, auf durch chemische Umsetzung mit dem Calcium-und Phosphatgehalt der Knochen.When calcining to a suitable temperature, insolubilization of the initially readily soluble Bo ^ " Substance, such as B. sodium borate, by chemical reaction with the calcium and phosphate content of the bones.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Knochenasche für die Herstellung von dünnem Porzellan, die enthält oder besteht aus calcinierten Knochen, in die durch Calcinieren eine B^O^-Quelle eingearbeitet worden ist„ Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieser Knochenasche, das darin besteht, daß man Tierknochen entgelatiniert, die Bruchstücke der Knochen in einer wäßrigen Lösung oder Suspension einer B90„ enthaltenden Verbindung einweicht, wodurch B„O„ oder ein Vorläufer davon von den. .Knochen absorbiert oder an den Knochen adsorbiert wird, und die Knochen calciniert, um sie in Knochenasche zu überführen. Auf diese Weise kann ein Borat-Flußmittel in feinteiliger Form vor oder während der Calcinierung in die Knochen eingeführt werden, so daßAccording to a further aspect, the present invention relates to a bone ash for the production of thin porcelain, which contains or consists of calcined bones into which a B ^ O ^ source has been incorporated by calcination. According to a further aspect, the present invention relates to a method for the production of these bone ash, which consists in that one animal bones degelatinised, the fragments of the bone "soaking-containing compound, whereby B" 9 0 in an aqueous solution or suspension of a B O 'or a precursor thereof of the. .Bone is absorbed or adsorbed to the bone, and the bone is calcined to convert it to bone ash. In this way, a borate flux in finely divided form can be introduced into the bones before or during the calcination, so that
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während der Endstufen dieser Calcinierung das Calciumphosphat und das B„O enthaltende Material miteinander zu reagieren beginnen.calcium phosphate during the final stages of this calcination and the B "O-containing material to each other begin to react.
Die Menge der in die Knochen-Ton-Mischung eingearbeiteten B„0„ enthaltenden Verbindung sollte ausreichen, um eine Zusammensetzung mit etwa 0,5 bis etwa 6 Gew.-% B„0 , vorzugsweise etwa 1 bis etwa 4-Gew.-% B„0 zu erSehen0 Wenn mit Borat behandelte Knochen verwendet werden, sollten die Knochen einen Gehalt an B„0 von etwa 1 bis etwa 12 Gew«-%, vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 8 Gew.-% aufweisen. The amount of B "0" -containing compound incorporated into the bone-clay mixture should be sufficient to produce a composition with about 0.5 to about 6% by weight of B "0", preferably about 1 to about 4% by weight. B "0 to he S e hen 0 If bones treated with borate are used, the bone should have a content of B" 0 from about 1 to about 12 weight "-% preferably from about 2 to about 8 wt .-%.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.The invention is illustrated in more detail by the following examples, without, however, being restricted thereto.
Vier Knochenproben A, B, C und D in der folgenden Tabelle I, wurden aus Knochen hergestellt, die entgelatiniert und calciniert worden waren, und 5 Proben, die Proben E, F., G, II und J in der folgende! Tabelle I, wurden aus Knochen hergestellt, die entgelatiniert, jedoch nicht calciniert worden waren. Die Proben A und E x-nirden mit einer wäßrigen Borsäurelösung behandelt, um die in der folgenden Tabelle I angegebene B„0„—Menge einzuführen, die Proben B und FFour bone samples, A, B, C and D in Table I below, were prepared from bone that had been de-gelatinized and had been calcined, and 5 samples, Samples E, F., G, II and J in the following! Table I, were made from bones that had been de-gelatinized but not calcined. Samples A and E x -nirden with an aqueous Boric acid solution treated to that in the following Table I the specified B "0" quantity, samples B and F
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wurden.mit einer Aiäßvigpn Nntriumborntlösung (Nn9O : B^O = 1 : 4) behandelt, umdie in der folgenden Tabelle angegebenen Mengen an Na2O und B_0 einzuführen, die Proben C und G wurden mit einer Boratlösung behandelt, um die in der Tabelle I angegebenen Mengen an Ka9O und B2O einzuführen, die Proben D und H wurden mit einer wäßrigen Lösung von Borax und Natriumsilikat behandelt, um die in der Tabelle I angegebenen Mengen an B„0 , Ua?0 und SiO einzuführen,und die Probe J wurde mit einer wäßrigen Lösung von Borsäure und Phosphorsäure erhitzt, um die in der Tabelle I angegebenen Mengen an II„B0„ und II PO, einzuführeit.were treated with an aluminum borate solution (Nn 9 O: B ^ O = 1: 4) in order to introduce the amounts of Na 2 O and B_0 given in the following table, samples C and G were treated with a borate solution to give the in to introduce the amounts of Ka 9 O and B 2 O given in Table I, samples D and H were treated with an aqueous solution of borax and sodium silicate in order to obtain the amounts of B “0, Ua ? 0 and SiO, and the sample J was heated with an aqueous solution of boric acid and phosphoric acid to introduce the amounts of II "B0" and II PO shown in Table I.
A B C D E FGHJ (Teile)A B C D E FGHJ (parts)
Calcinierte KnochenCalcined bones
entgelatinierte
Knochende-gelatinized
bone
H3B03 H 3 B0 3
9,89.8
2,22.2
86,486.4
9,4 4,29.4 4.2
78,978.9
8,68.6
9,69.6
2,92.9
88
9,888
9.8
2,22.2
87,6
8,687.6
8.6
3,83.8
80,1 8,680.1 8.6
8,8 2,58.8 2.5
100100
5,8 9,25.8 9.2
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Für jede Probe wurden die Knochen in die wäßrige Losung eingetaucht, getrocknet und dann bei 1000 C calciniert. Nach dem Calcinieren wurden die Proben A bis D, die aus einem calcinierten Pulver hergestellt worden waren, leicht gesintert und dann wurden sie erneut gemahlen, bis sie ein Sieb mit einer lichten Mäschenx^eite von 0,045 mm (350 B.S. mesh.) passierten. Nach dem Calcinieren wurden die Proben E bis J, die in Form von kleinen Klumpen der behandelten Knochen vorlagen, zerkleinert und gemahlen, bis sie ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,045 mm (350 13.S. mesh.) passierten.For each sample, the bones were immersed in the aqueous solution immersed, dried and then calcined at 1000C. After calcining, Samples A through D, from a calcined powder, lightly sintered and then ground again, until they have a sieve with a mesh size of 0.045 mm (350 B.S. mesh.) passed. After calcining, Samples E through J were in the form of small lumps the treated bones were presented, crushed and ground until they passed a sieve with a clear mesh size of 0.045 mm (350 13.S. mesh.) passed.
Jede der Proben A bis J des Beispiels 1 wurde als Komponente in einer Keramikmischung verwendet und zwei Proben aus calcinierten, jedoch nicht mit Borat behandelten Knochen wurden in entsprechender Weise als Verg.leichsmaterial (Kontrolle) in einer Keramikmischung verwendete Die Zusammensetzung der 11 Mischungen sind in der folgenden Tabelle II angegeben*Each of Samples A to J of Example 1 was used as a component in a ceramic mixture and two samples Bones made from calcined but not treated with borate were used in a corresponding manner as reference material (Control) Used in Ceramic Mixture The compositions of the 11 mixes are as follows Table II indicated *
909822/0800909822/0800
Stone
(Teile)Cornish
Stone
(Parts)
(Teile)kaolin
(Parts)
le 1Control
le 1
Knochen (50)Calcined
Bone (50)
le 2Control
le 2
delte Knochen Atreated with borate
delte bones A.
Die trockenen Pulver wurden gründlich durchgemischt und zu 2,54 cm (l inch) langen Stäben mit einem Durchmesser von 1,27 cm (1/2 inch) gepreßt. Sie wurden in einen Ofen eingeführt und die Temperatur wurde mit einer Geschwindigkeit von 100°C/Stunde auf 1050QC erhöht, 6 Stunden lang bei 1050 C gehalten und langsam auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Außerdem wurden Proben der "Stnndnrd-Fein-Porzellan-Mischung" (Kontrolle 2) auf 1250 C, die normale Brenntemperatur für dünnes Porzellan, erhitzt.The dry powders were mixed thoroughly and pressed into 2.54 cm (one inch) long rods 1.27 cm (1/2 inch) in diameter. They were introduced into a furnace and the temperature was raised at a rate of 100 ° C / hour to 1050 Q C for 6 hours maintained at 1050 C and slowly cooled to ambient temperature. In addition, samples of the "standard fine porcelain mixture" (control 2) were heated to 1250 ° C., the normal firing temperature for thin porcelain.
9-09822/08009-09822 / 0800
TrS- -TrS- -
Mit den Proben wurden Druckfestigkeitsmessungen durchgeführt, um den Verglasungsgrad festzustellen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in folgenden Tabelle III angegeben. Compressive strength measurements were carried out with the samples, to determine the degree of glazing. The received Results are given in Table III below.
peratur
(0OBurned
temperature
( 0 O
kg/ cm'Print free
kg / cm '
(psi)activity in
(psi)
. die Kontrolle 2x times longer than
. control 2
trol
le 1Con
trol
le 1
trol
le 2Con
trol
le 2
909822/0800909822/0800
Anstatt Knochen zu verwenden, in die eine B„0„ enthaltende Substanz vorher eingearbeitet worden ist, ist es auch möglich, BoOo ·*-η Form einer getrennten Zusammensetzung in Mischung mit den Knochen und anderen Körper-Komponenten in die Keramikmischung einzuführen. In diesem Beispiel wurde ein Formkörper hergestellt durch gemeinsames Vermählen von 50 Teilen calcinierten Knochen, 10 Teilen Borat-Flußmittel "24 S50" wie in der US-Patentschrift 3 707 146 beschrieben, 20 Teilen Kaolin und 20 Teilen Cornish Stone, der dann 6 Stunden lang bei 1050 C gebrannt wurde. Der gebrannte Formkörper wies eine Druck--Instead of using bones into which a substance containing B "0" has been previously incorporated, it is also possible to introduce BoOo · * - η in the form of a separate composition in admixture with the bones and other body components into the ceramic mixture. In this example, a molded article was made by grinding together 50 parts of calcined bone, 10 parts of borate flux "24 S50" as described in US Pat. No. 3,707,146, 20 parts of kaolin and 20 parts of Cornish stone for 6 hours was fired at 1050 C. The fired molding exhibited a pressure
2
festigkeit von 886,2 kg/cm (12600 psi) auf, die das 26-fache derjenigen des Kontroll-Formkörpers (aus 50 Teilen
Knochen, 25 Teilen Kaolin, 25 Teilen Cornish Stone), der unter identischen Bedingungen hergestellt und gebrannt
worden war und dessen Druckfestigkeit das 1,2-fache derjenigen des bei 1250 C gebrannten Kontroll-Formkörpers
betrug, aufv/ies.2
strength of 886.2 kg / cm (12600 psi), which was 26 times that of the control molding (made from 50 parts of bone, 25 parts of kaolin, 25 parts of Cornish stone) which had been produced and fired under identical conditions and the compressive strength of which was 1.2 times that of the control molded body fired at 1250 ° C., on v / ies.
Dieses Beispiel zeigt, daß die Verwendung eines getrennten Flußmittels nicht wesentlich ist, wenn die erfindungsgemäßen, mit Borat behandelten Knochen verwendet werden. 100 Teile calcinierte Knochen wurden mit 20 Teilen wasserfreiem Borax und 10 Teilen Siliciumdioxid gemischt. Diese MischungThis example shows that the use of a separate flux is not essential when the inventive, borate treated bones can be used. 100 parts of calcined bone were mixed with 20 parts of anhydrous Borax and 10 parts silica mixed. This mixture
909822/0800909822/0800
wurde bei 1000 C calciniert und gemahlen, bis sie ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,045 mm (350 mesh B.S.), passierte.was calcined at 1000 C and ground until it passed a sieve with a mesh size of 0.045 mm (350 mesh B.S.) happened.
Aus 65 Teilen dieser mit Borat behandelten Knochen und 35 Teilen Kaolin wurde eine Mischung hergestellt, die wie in Beispiel 2 gepreßt und bei 1050 G gebrannt wurde. Die gebrannten Formkörper hatten die gleiche Festigkeit wie ein bei 1250 C gebrannter Kontroll-Formkörper.A mixture was prepared from 65 parts of these borate-treated bones and 35 parts of kaolin pressed as in Example 2 and fired at 1050 G. The fired molded articles had the same strength like a control molded body fired at 1250 ° C.
Dieses Beispiel zeigt, daß Formkörper aus dünnem Porzellan mit einer ausreichenden Festigkeit und Durchs ichti.gkeit hergestellt werden können unter Verwendung des erfindungsgemäßen Flußmittels als einzigem. Flußmittel und Brennen bei Temperaturen, die beträchtlich unterhalb 125O°C liegen.This example shows that moldings made of thin porcelain have sufficient strength and transparency can be prepared using the flux of the present invention as the only one. Flux and firing at temperatures well below 125O ° C.
Es wurden Formkörper hergestellt durch Tränken der in der folgenden Tabelle IV angegebenen Zusammensetzung mit Wasser, Entfernen des überschüssigen Wassers auf einer Gips-Kelle und Extrudieren durch eine entlüftete Mischtrommel,, Zur Bestimmung der Durchsichtigkeit wurden 15,24 cm (6 inches) lange Stäbe mit einem Durchmesser von 1,27 cm (1/2 inch) hergestellt. Der Bruchmodul wurde bestimmt durch Bestimmung der auf das Zentrum aufgelegten Last, die erforderlich war, um eine Probe zu zerbrechen, die an 10,16 cm (4 inch) -Zentren unterstützt war. Die Durchsichtigkeit wurde bestimmt durch Messen des durch dieMoldings were produced by impregnating the composition given in Table IV below with water, Remove the excess water on a plaster trowel and extrude through a vented mixing drum, Rods 15.24 cm (6 inches) long and 1.27 cm in diameter were used to determine transparency (1/2 inch) made. The modulus of rupture was determined by determining the load applied to the center, which was required to break a sample supported at 10.16 cm (4 inch) centers. The transparency was determined by measuring the throughput
909822/0800909822/0800
Probe hindurchgelassenen Lichtes und sie wurde ausgedrückt als Prozentsatz der Lichtmenge der gleichen Intensität, die von üblichem, bei 1250 C gebranntem dünnem Porzellan hindurchgelassen wurde. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der weiter unten folgenden Tabelle V angegeben.Sample transmitted light and it was expressed as a percentage of the amount of light of the same intensity, which was let through by conventional thin porcelain fired at 1250 ° C. The results obtained are given in Table V below.
Zusam- Calci- Kao- Bento- Borat+/BoratV BorphosphatTogether- Calci- Kao- Bento- Borat + / BoratV Borphosphat
men- nierte lin nit 24 S50 A S50mated lin nit 24 S50 A S50
setzungsettlement
Wr. KnochenWr. bone
/wie in der US-Patentschrift 3 704 146 angegeben./ as disclosed in U.S. Patent 3,704,146.
■909822/0800■ 909822/0800
setzung
Nr.Together
settlement
No.
peratur
(0C)Burned
temperature
( 0 C)
kg/crn2( Ibs/inch )Modulus of rupture in ^
kg / crn2 (lbs / inch)
sichtigkeit
(%)By ~
sightseeing
(%)
Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.Although the invention has been explained in more detail above with reference to preferred embodiments, it is however, it goes without saying for the person skilled in the art that it is by no means restricted to this, but that this is in can be changed and modified in many ways without thereby falling outside the scope of the present Invention is abandoned.
909822/0800909822/0800
Claims (2)
oder wäßriges Natriumborat verwendet.11. The method according to claim 9 or 10, characterized ^ that aqueous boric acid is used as the boron oxide source
or aqueous sodium borate is used.
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Cited By (1)
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Families Citing this family (1)
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NL188034B (en) | 1991-10-16 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: REDIES, B., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 40 |
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8141 | Disposal/no request for examination |