DE588152C

DE588152C - Process for the production of ceramic objects

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Publication number: DE588152C
Application number: DEH116552D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1926-04-28
Filing date: 1927-04-05
Publication date: 1933-11-13

Description

Verfahren zur Herstellung von keramischen Gegenständen Platten, Rohre und Gefäße aus keramischen Materialien, die ihrer chemischen Natur nach aus Oxyden bzw. Silicaten bestehen, zeichnen sich aus durch ihre Beständigkeit gegen Korrosion und zum Teil durch hohe Säurefestigkeit und Feuerfestigkeit. Anderseits besitzen sie im Vergleich zu Gegenständen aus Metall neben ihrer Sprödigkeit und Zerbrechlichkeit äußerst geringe Wärmeleitfähigkeit und zerspringen beim Erhitzen bzw. bei schroffem Temperaturwechsel.Process for the production of ceramic objects Plates, pipes and vessels made of ceramic materials, the chemical nature of which is made of oxides or silicates are characterized by their resistance to corrosion and partly through high acid resistance and fire resistance. On the other hand own they compared to objects made of metal in addition to their brittleness and fragility extremely low thermal conductivity and cracks when heated or abruptly Temperature change.

Die Herstellung der keramischen Erzeugnisse ist gekennzeichnet durch das Formen plastischer Massen und nachfolgendes Brennen der rohen Formlinge, wodurch die Gegenstände ihre endgültige Gestalt erhalten. Die Metalle hingegen müssen geschmolzen und in feuerflüssigem Zustande in Formen gegossen werden, wozu dann meistens noch eine weitgehende mechanische Bearbeitung tritt.The manufacture of ceramic products is characterized by the shaping of plastic masses and subsequent firing of the raw bricks, whereby the objects get their final shape. The metals, on the other hand, have to be melted and poured into molds in a molten state, for which purpose mostly extensive mechanical processing occurs.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht einerseits die Vorteile der keramischen Arbeitsmethoden auf die Hersteflung metallhaltiger oder metallähnlicher Gegenstände anzuwenden und anderseits die Eigenschaften bekannter keramischer Erzeugnisse, wie Töp- ferware, Steinzeug; feuerfeste Produkte, zu verbessern, insbesondere hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Beständigkeit gegen Temperaturwechsel und der Alkalibeständgkeit. Daneben ist es auch möglich, solche Metallegierungen, beispielsweise Ferrolegierungen, nutzbringend zu verwerten, aus denen durch Gießen oder mechanische Bearbeitung keine brauchbaren Körper- erhalten werden können und die bisher lediglich als Hilfsstoffe der Metallurgie dienten.The present invention allows on one hand the advantages of the ceramic working methods on the Hersteflung apply metal-containing or metal-like objects, and on the other hand the properties of known ceramic products, such as Töp- ferware, stoneware; refractory products, especially with regard to their mechanical strength, thermal conductivity, resistance to temperature changes and alkali resistance. In addition, it is also possible to profitably utilize such metal alloys, for example ferro alloys, from which no useful bodies can be obtained by casting or mechanical processing and which have hitherto only served as auxiliary materials in metallurgy.

Das Verfahren geht aus von einem Gemisch von keramischer Masse bekannter Art und Metallen oder Metallegierungen in pulverisierter bzw. feinkörniger Form. Die so gebildeten rohen., metallhaltigen Massen werden nach bekannten keramischen Arbeitsmethoden geformt und gebrannt. Für die Zusammensetzung des nichtmetallischen Anteildieser Massen eignen sich übliche keramische-Rohstoffe, wie Ton, Kaolin, Speckstein, Feldspat, Quarz, Magnesit, Zirkonoxyd. Für den metallischen Bestandteil des Gemisches eignen sich Schwermetalle oder Legierungen derselben, deren Schmelzpunkt über zooo° liegt, wie Eisen, Chrom, Mangan, Wolfram, Ferrochrom, Chromnickel, Ferromangan, Ferrowolfram u. dgl. Es können gleichzeitig mehrere Metalle oder Legierungen verwendet werden. Diese Massen, bei denen die metallischen Bestandteile ganz oder zum Teil die Magerungsmittel bekannter keramischer Massen ersetzen, lassen sich in gewohnter Weise durch Formen oder Pressen zu gewünschten Gegenständen verarbeiten.The method is based on a mixture of ceramic mass known Type and metals or metal alloys in powdered or fine-grained form. The so formed raw., Metal-containing masses are according to known ceramic Working methods molded and fired. For the composition of the non-metallic Common ceramic raw materials such as clay, kaolin, soapstone, Feldspar, quartz, magnesite, zirconium oxide. For the metallic component of the mixture Heavy metals or alloys of the same with a melting point above zooo ° are suitable lies, such as iron, chromium, manganese, tungsten, ferrochrome, chromium-nickel, ferromanganese, Ferro tungsten and the like. Multiple metals or alloys can be used at the same time will. These masses, in which the metallic components wholly or partly the leaning agent of known ceramic masses replace, let Process themselves into desired objects in the usual way by molding or pressing.

Es ist bereits früher richtig erkannt worden, daß die Leistungsfähigkeit von Wärmespeichern, sogenannten Regenerätoren, erhöht werden kann, wenn man bei der Erstellung solcher Gasheizapparate Werkstoffe verwendet, welche eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen. Es ist zu diesem Zwecke vorgeschlagen worden, beim Aufbau des Mauerwerks Stäbe oder Platten aus Eisen in dasselbe einzulassen. Dabei war nicht die Herstellung eines besonderen Materials erforderlich, wie es bei dem vorliegenden Verfahren geschieht, sondern lediglich die räumliche Anordnung oder Verteilung von Eisenkörpern in Aussparungen der Wandung oder der Steine beim Aufbau des Mauerwerks oder der Kanäle. Daneben ist der andersartige Vorschlag gemacht worden, das Eisen in Form von kleinen, unregelmäßigen Körpern der feuerfesten Mässe einzumengen, aus welcher die Steine hergestellt werden.It has been correctly recognized earlier that the performance of heat accumulators, so-called regenerators, can be increased if one with the creation of such gas heaters uses materials that have a high thermal conductivity own. It has been suggested for this purpose when building the masonry Embed rods or plates of iron in the same. That wasn't the production a special material is required, as is done in the present process, but only the spatial arrangement or distribution of iron bodies in recesses the wall or the stones when building the masonry or the channels. Besides a different proposal has been made, the iron in the form of small, irregular ones To confine bodies of the refractory measures from which the bricks are made.

Die Herstellung von feuerfesten Steinen aus einem Gemisch von Eisenkörpern mit feuerfester Masse scheitert daran, daß die Masse beim Trocknen und Brennen schwindet. Dieser Sehwindung vermögen die Eisenkörper nicht -zu folgen. Es bilden sich Risse in der Masse, und es sind keine brauchbaren Stücke erhältlich. Dieses Hindernis wird beim vorliegenden Verfahren durch die Anwendung von pulverisierten Metallen oder Legierungen überwunden.The manufacture of refractory bricks from a mixture of iron bodies with refractory mass fails because the mass shrinks during drying and firing. The iron bodies are unable to follow this visual curvature. Cracks form in bulk, and no usable pieces are available. This obstacle is made in the present process through the use of powdered metals or alloys overcome.

Dadurch werden indessen die großen Schwierigkeiten noch nicht beseitigt, die sich beim Brennen der rohen Formlinge ergeben. Die Garbrandtemperaturen für keramische Masse liegen zumeist beträchtlich oberhalb looo°. Schon weit unterhalb dieser Temperatur werden die meisten Metalle und Legierungen oxydiert, besonders wenn sie in zerkleinertem Zustand angewendet werden. In dieser Form bieten sie dem Luftsauerstoff eine große Angriffsfläche und werden rascher in Oxyd verwandelt als massive Metallstücke; die sich zunächst mit einer Oxydhaut überziehen, die den weiteren Angriff verzögert. Durch die Vermischung der zerkleinerten Metalle mit gebräuchlichen keramischen Massen, beispielsweise Porzellan- oder Steinzeugmasse, sind sie nicht gegen Oxydation geschützt, da diese Massen in rohem Zustand porös sind und erst bei hohen Temperaturen dicht sintern. Die Sinterung wird übrigens noch verzögert durch die magernde Wirkung der metallischen Beimischung. Die aus dem Gemisch geformten Körper können deshalb das Eindringen des Luftsauerstoffes bei der Oxydationstemperatur der verschiedenen Metalle bzw. Legierungen nicht verhindern, und in den üblichen keramischen Brennöfen läßt sich die Luft nicht völlig ausschließen. Die geformten Gegenstände fallen deshalb beim Brennen der Zerstörung anheim durch Oxydation der in .der Masse enthaltenen Metalle.This does not, however, remove the great difficulties which result when the raw briquettes are fired. The cooking firing temperatures for ceramic bodies are mostly considerably above 100 °. Far below at this temperature most metals and alloys are oxidized, especially when used in a crushed state. In this form they offer that Oxygen in the air has a large attack surface and is converted into oxide more quickly than massive pieces of metal; which initially cover themselves with an oxide skin, which the other Attack delayed. By mixing the crushed metals with common ones ceramic masses, for example porcelain or stoneware mass, they are not Protected against oxidation, as these masses are porous in their raw state and only sinter tightly at high temperatures. Incidentally, sintering is still delayed due to the lean effect of the metallic admixture. The ones molded from the mixture Bodies can therefore prevent the penetration of atmospheric oxygen at the oxidation temperature of the various metals or alloys do not prevent, and in the usual ceramic kilns cannot completely exclude the air. The molded Objects are therefore destroyed by oxidation when burning metals contained in the mass.

Diese Oxydation kann dadurch vermieden werden, daß man die rohen Gegenstände in an sich bekannter Weise unter vollkommenem Luftabschluß oder in einer sauerstofffreien Atmosphäre brennt. Diese Bedingungen sind in den gebräuchlichen Brennöfen der keramischen Industrie schwer realisierbar, können aber in entsprechend konstruierten kleinen Öfen verwirklicht werden.This oxidation can be avoided by removing the raw objects in a manner known per se with complete exclusion of air or in an oxygen-free one The atmosphere is burning. These conditions are common in ceramic kilns Industry difficult to implement, but can be made in appropriately designed small Furnaces are realized.

Eine einfache Methode zum Schutz gegen Oxydation, die in manchen Fällen zum Ziel führt und das Brennen in gebräuchlichen Öfen gestattet, ergibt sich aus der beim Brennen von Graphittiegeln oder Kohlenstoffsteinen angewandten Arbeitsweise. Die rohen Formlinge werden dementsprechend in geschlossene Kassetten oder Kästen aus Schamotte gesetzt und die Zwischenräume mit zerkleinerter Kohle ausgefüllt.A simple method of protection against oxidation, which in some cases leads to the goal and permits burning in conventional ovens, it follows from the working method used when firing graphite crucibles or carbon bricks. The raw briquettes are accordingly placed in closed cassettes or boxes made of fireclay and the spaces between them filled with crushed charcoal.

Es hat sich nun weiterhin gezeigt, daß die Oxydationserscheinungen beim Brennen auch durch eine besondere Zusammensetzung des nichtmetallischen Anteils der metallhaltigen Masse vermieden werden können. Ein Schutz ist dann gewährleistet, wenn die Masse verhältnismäßig leicht sintert, so daß bei der Temperatur, bei der normalerweise eine rasche Oxydation eintreten würde, die Poren bereits größtenteils verschlossen sind, wodurch der Luftzutritt zu den im Material verteilten Metallteilchen unterbunden ist. Es gibt Tone, welche von Natur aus infolge eines natürlichen Gehaltes an Flußmitteln bei verhältnismäßig tiefer Temperatur sintern. In den meisten Fällen ist es aber notwendig, der Masse Flußmittel, wie sie in der Keramik beispielsweise zur Herstellung leichtschmelzbarer Glasuren bekannt sind, beizufügen. Besonders günstige Resultate werden erzielt bei Verwendung von leicht schmelzbaren Stoffen,. welche Borsäure bzw. Borate enthalten, beispielsweise Boratfritten. Durch einen solchen Flußmittelzusatz wird es möglich, auch bei Gegenwart von Luft, die rohen Massen so zu brennen, daß die darin enthaltenen Metalle bzw. Legierungen auch im Fertigprodukt in chemisch unveränderter Form enthalten sind.It has now also been shown that the oxidation phenomena during firing also due to a special composition of the non-metallic part the metal-containing mass can be avoided. Protection is then guaranteed when the mass sinters relatively easily, so that at the temperature at which Normally a rapid oxidation would occur, the pores already for the most part are closed, whereby air access to the metal particles distributed in the material is prevented. There are clays which are naturally due to a natural content sintering on fluxes at a relatively low temperature. In most cases But it is necessary to use the mass flux, as in ceramics for example for the production of easily fusible glazes are known to be attached. Particularly favorable results are achieved when using easily fusible materials. which contain boric acid or borates, for example borate frits. Through a such flux addition becomes possible, even in the presence of air, the raw To burn masses so that the metals or alloys contained therein also in the Finished product in chemically unchanged form are included.

Die so zusammengesetze Masse wird durch Anfeuchten mit Wasser plastisch und kann zu Platten, Rohren oder Gefäßen verarbeitet werden, die man vorteilhaft bei etwa 130o° brennt. Sie überziehen sich beim Brennen mit einer feinen, dunklen Oxydhaut;, die Bruchfläche besitzt das Aussehen von Gußstücken aus Metall. Neben der hohen mechanischen Festigkeit ist :die Temperaturwechselbeständigkeit von Gegenständen aus diesem Material sehr groß.The mass composed in this way becomes plastic when moistened with water and can be processed into plates, tubes or vessels that are advantageous burns at about 130o °. When they burn, they become coated with a fine, dark color Oxide skin; the fracture surface has the appearance of castings the end Metal. In addition to the high mechanical strength: the resistance to temperature changes of objects made of this material are very large.

Hinsichtlich des Mischungsverhältnisses zwischen keramischer Masse und Metall bzw. Legierung bestehen keine Grenzen. Je nachdem der nichtmetallische oder der metallische Anteil der Masse überwiegt, nähern sich die-Eigenschaften des Materials mehr denjenigen keramischer oder metallurgischer Erzeugnisse. Die Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechselb;eständigkeit wird beispielsweise beim Steinzeug schon durch verhältnismäßig geringe Beimischung von Metallen zur Masse beträchtlich erhöht. Daneben besteht die Möglichkeit, durch Auswahl verschiedener keramischer Rohstoffe und verschiedener Metalle bzw. Legierungen die Eigenschaften der hergestellten. Artikel ihrem Gebrauchszweck weitgehend anzupassen. Die geformten Gegenstände können überdies glasiert werden, und zwar kann die Glasur auf den noch ungebrannten oder vorgebrannten Formling aufgetragen werden, oder man emailliert den fertigen Körper.With regard to the mixing ratio between ceramic mass and metal or alloy, there are no limits. Depending on the non-metallic or the metallic part of the mass predominates, the properties of the Materials more like those of ceramic or metallurgical products. The thermal conductivity and thermal shock resistance is already evident in stoneware, for example relatively small admixture of metals to the mass considerably increased. There is also the option of choosing different ceramic raw materials and various metals or alloys the properties of the manufactured. To adapt articles to their intended use to a large extent. The molded objects can In addition, the glaze can be glazed on the as yet unfired or pre-fired molding can be applied, or the finished body is enamelled.

Die metallhaltigen keramischen Massen eignen sich zufolge ihrer erhöhten Beständigkeit gegen Temperaturwechsel besonders zur Herstellung von Kochgeschirren für den Haushalt und Kochkesseln oder Destillierapparaten für die Industrie. Infolge der hohen Wärmeleitfähigkeit tritt die Wärme rasch durch die Wandung hindurch. Massen mit hohem Metallgehalt bilden einen wertvollen Baustoff für Muffeln oder Rohre von Rekuperatoren, an welche hohe Anforderungen hinsichtlich Temperaturwechselbeständigkeit gestellt werden und deren Leistungsfähigkeit in hohem Maße von der Wärmeleitfähigkeit des Baumaterials abhängt.The metal-containing ceramic masses are suitable due to their increased Resistance to temperature changes, especially for the manufacture of cookware for the household and kettles or stills for the industry. As a result Due to the high thermal conductivity, the heat quickly passes through the wall. Crowds with a high metal content form a valuable building material for muffles or pipes from Recuperators, which have high requirements in terms of resistance to temperature changes and their performance depends to a large extent on the thermal conductivity depends on the building material.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Process for the manufacture of ceramic objects with. good thermal conductivity, thermal shock resistance and mechanical strength by mixing ceramic raw materials with crushed metals and shapes and firing the masses, characterized in that the ceramic raw materials are pulverized Heavy metals such as iron, chromium, manganese or their alloys with one another, and Easily meltable flux to prevent those that otherwise occur during firing Oxidation of the metals are added.

2. The method according to claim z, characterized in that that the oxidation in a manner known per se by burning in oxygen-free Atmosphere or in closed containers filled with carbon.