DE4036909A1 - Verfahren zur oberflaechengestaltung von keramischen werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächen­ gestaltung von keramischen Werkstücken.

Es sind vielerlei Verfahren bekannt, um die Oberfläche keramischer Werkstücke zu gestalten. Meist ist die Ober­ flächengestalt durch die Art der Formgebung der Keramik bestimmt. Die Formgebung kann durch Drehen oder Formen keramischer Masse mit einem Wassergehalt von 20 bis 30% erfolgen oder durch Gießen der Masse (Wassergehalt über 30%) in Formlinge. Nach Vortrocknung der keramischen Masse ist die Formgebung auch durch Pressen möglich. Man unter­ scheidet hierbei, je nach Wassergehalt, zwischen Naß- (19 bis 21%), Feucht- (8 bis 15%) und Trockenpressen (2 bis 7%). Preßform und Preßstempel bestimmen dabei die Ober­ flächengestalt der Keramik. Nach erfolgter Formgebung wird das keramische Werkstück getrocknet und anschließend gebrannt. Die Zusammensetzung der keramischen Masse und der Brennvorgang charakterisieren das keramische Werkstück z. B. als Steingut, Steinzeug oder Porzellan. Die Oberflächen­ gestalt der Keramik kann jetzt noch durch ganze oder teilweise Glasur verändert werden. Die Oberfläche des unglasierten Werkstücks ist glatt bis rauh und entsprechend geformt. ("Technologie der Feinkeramik", ohne Autor, VEB Leipzig, 1979, S. 89ff)

Es ist oft erwünscht, keramische Werkstücke mit großer Oberflächenrauhigkeit herzustellen.

Bei Fliesen und Platten für Böden und Wände sowie Ziegel­ waren und Baukeramik werden häufig rauhe Oberflächen angestrebt. Die Rauhigkeit kann sowohl von praktischem Nutzen als auch von ästhetischem Wert sein. Mit den bis­ herigen bekannten Verfahren läßt sich die Oberflächen­ rauhigkeit allenfalls erhöhen, indem die Porosität der Keramik insgesamt erhöht wird. Dazu muß aber die Zusammen­ setzung der keramischen Ausgangsmasse verändert werden. Eine andere Möglichkeit ist das Einprägen feiner Ober­ flächenstrukturen in die Keramik, um deren Oberfläche weniger glatt zu gestalten.

Mit diesen Verfahren ist es jedoch nicht möglich, die Ober­ flächenrauhigkeit zu erhöhen, ohne den keramischen Werk­ stoff in seiner Zusammensetzung zu verändern oder aber die Oberfläche zu formen und zu prägen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächengestaltung keramischer Werkstücke zu entwickeln, das bei gegebener Zusammensetzung der keramischen Masse eine neue Oberflächenstruktur, unabhängig von Form- oder Prägeverfahren, erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche des keramischen Werkstücks beim Herstellungs­ prozeß mit einer Flamme beaufschlagt wird, die durch Verbrennen eines Gemisches aus Brenngas und Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Gases erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren verändert gezielt und in völlig neuer Art die Oberflächenstruktur der keramischen Werkstücke. Durch das Beaufschlagen mit der Flamme werden im wesentlichen drei physikalische Prozesse in der Oberflächenschicht ausgelöst.

Erstens wird ein Spannungsunterschied zwischen Oberflächen­ schicht und dem Inneren aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung erzeugt, zweitens wird in der keramischen Masse vorhandenes Wasser aus der Oberfläche verdampft und drittens können Modifikationsänderungen der Kristallstruktur des in der keramischen Masse enthaltenen Quarzes bei bestimmten Temperaturen auftreten.

Das Verfahren kann erfindungsgemäß in verschiedenen Stadien des Herstellungsprozesses angewendet werden. Vor dem Trocknen, nach dem Trocknen oder aber nach dem Brennen des keramischen Werkstücks.

Weiterhin können erfindungsgemäß zur Flammenerzeugung verschiedene Brenngase, wie Acetylen, Propan oder Wasser­ stoff verwendet werden, die wiederum in verschiedenen Verhältnissen mit Sauerstoff gemischt werden können. Dadurch können Flammen mit unterschiedlicher Geometrie und Temperaturverteilung erzeugt werden. Außerdem haben Abstand des die Flamme erzeugenden Brenners vom keramischen Werk­ stück und die Beaufschlagungsdauer Einfluß auf die Ober­ flächenstruktur.

Außer den genannten physikalischen Reaktionen können bei hohen Flammentemperaturen und genügend langer Beauf­ schlagungsdauer auch chemische Reaktionen ausgelöst werden, wie sie für den Brennvorgang der Keramik typisch sind. Dies sollte jedoch insbesondere bei noch ungetrockneten Materialien vermieden werden, da dadurch der Trocknungs­ vorgang stark behindert wird oder sogar eine Zerstörung der Keramik durch Risse und Sprünge während der Trocknung auftreten kann.

Im ungebrannten keramischen Werkstück führt das Beauf­ schlagen mit der Flamme zum schlagartigen Verdampfen des noch vorhandenen Restwassers aus einer Oberflächenschicht, wodurch eine mikroskopisch zerklüftete Struktur erzeugt wird. Thermische Spannungsunterschiede zwischen dieser Oberflächenschicht und dem Inneren der Keramik können insbesondere beim bereits getrockneten Werkstück zum Abplatzen kleiner Bereiche aus der Oberfläche führen. Dieser Effekt verstärkt die unregelmäßige, rauhe Struktur der Oberfläche, die das keramische Werkstück nach dem abschließenden Brennvorgang aufweist.

Betragen die Flammentemperaturen über 500°C, treten Modifikationsänderungen der Kristallstruktur des in der keramischen Masse enthaltenen Quarzes in der erhitzten Oberflächenschicht auf. Dabei ändert sich das vom Kristallgitter des Quarzes eingenommene Volumen sprunghaft um etwa 0,8%. Diese Volumenänderungen bleiben bei ungebrannten keramischen Werkstücken bei der Oberflächen­ behandlung unbemerkt, da die Elastizität des umgebenden Materials noch ausreicht, um diese Volumenänderung in der Oberflächenschicht zu kompensieren.

Bei gebrannter Keramik hingegen bewirkt diese lokale Volumenänderung in der Oberflächenschicht so starke Spannungsunterschiede, daß Risse und Sprünge der Keramik die Folge sind.

Es ist deshalb von Vorteil, wenn keramische Werkstücke nach dem Brennen und vor Beaufschlagen mit der Flamme auf die die Modifikationsänderung des Quarzkristalls bewirkende Temperatur aufgeheizt werden. Die Volumenänderung findet dann in der gesamten Keramik ohne lokale Spannungsunter­ schiede statt. Das anschließende Beaufschlagen mit der Flamme erzeugt bei gebrannter Keramik wiederum thermische Ausdehnungsunterschiede zwischen den benachbarten Schichten in der Oberfläche, die zum Abplatzen kleiner Bereiche führen. Hierdurch wird eine unregelmäßige, rauhe Ober­ flächenstruktur erzeugt.

Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Oberflächengestaltung der keramischen Werkstücke im Herstellungsprozeß automatisch integriert wird. Dazu kann die Beaufschlagung mit der Flamme durch Brenner stattfinden, die an der Transportschiene für die in der Herstellung befindlichen keramischen Werkstücke angebracht sind.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel das erfindungs­ gemäße Verfahren näher erläutern.

Die meisten Wand- und Bodenfliesen werden keramisch zum Feinsteinzeug gerechnet. Steinzeug besitzt einen dicht gesinterten, weißen oder farbigen, nicht durchscheinenden Scherben. Die Masse für Feinsteinzeug besteht aus einer gemahlenen Mischung von Steinzeugton, Feldspat und Quarz. Durch Wasserzusatz wird diese Masse plastisch verformbar. Die Formgebung findet durch Pressung statt. Die zu Fliesen gepreßte keramische Masse wird getrocknet und anschließend gebrannt. Beim Brennen bei Temperaturen über 1000°C wird zunächst das die Bildsamkeit der Tonsubstanzen ausmachende, in der Kristallstruktur chemisch gebundene Wasser ausgetrieben. Die anschließend aus Feldspat und Quarz entstehende Schmelze wirkt verkittend und verglasend (Sinterung). Der Quarzumwandlungspunkt von α- in β-Quarz bei 575°C muß besonders beim Kühlvorgang langsam durchfahren werden.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem solchen Feinsteinzeug wird an den getrockneten Fliesen­ formen vorgenommen und dient hier der Erhöhung der Rutschfestigkeit der Fliesen. Die Flamme wird durch Verbrennen eines Acetylen/Sauerstoff-Gemisches erzeugt. In der Flamme herrschen je nach Mischverhältnis Maximal­ temperaturen von etwa 2500 bis 3200°C. Der Brennerkopf wird im Abstand von etwa 5 mm gleichmäßig über die Ober­ fläche der Werkstücke geführt. Danach werden die Fliesen wie üblich gebrannt. Die derart erzeugte rauhe Oberflächen­ struktur erhöht die Rutschfestigkeit der gebrannten, unglasierten Steinzeugfliesen und ist darüber hinaus auch von ästhetischem Wert.

Claims (3)

1. Verfahren zur Oberflächengestaltung von keramischen Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober­ fläche des keramischen Werkstücks beim Herstellungs­ prozeß mit einer Flamme beaufschlagt wird, die durch Verbrennen eines Gemisches aus Brenngas und Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Gases erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke nach dem Brennen und vor Beaufschlagen mit der Flamme auf eine Temperatur über 500°C erhitzt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung mit der Flamme mittels Brenner, die an der Transportschiene für die keramischen Werkstücke angebracht sind, beim Herstellungsprozeß ausgeführt wird.