DE595643C

DE595643C - Verfahren zur Herstellung von keramischen Erzeugnissen

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Publication number: DE595643C
Application number: DE1930595643D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1929-10-15
Filing date: 1930-10-07
Publication date: 1934-04-18

Description

Verfahren zur Herstellung von keramischen Erzeugnissen Die Erfindung betrifft keramische Erzeugnisse, insbesondere Wandplatten, wie Kacheln, und ein Verfahren zur Herstellung derselben durch Formen -und Brennen von Gemischen aus Ton, Silicaten und Glaspulver. Die gemäß dem neuen Verfahren hergestellten Kacheln zeichnen sich durch eine sehr wünschenswerte Porosität, große Festigkeit und einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aus. Das Verfahren selbst zeichnet sich durch eine kurze Brenndauer aus, wobei während dieses Brandes im wesentlichen keime Schrumpfung durch das Trocknen und Brennen stattfindet.
Das Bestreben, die Brenndauer bei der Herstellung von Bausteinen zu verkürzen, ist bekannt und hat schon bei der Herstellung von weniger wertvollen Bausteinen zum Erfolg geführt. Diese bekannten Bausteine bestehen aus Mischungen. von Schlacken, Ton und Glaspulver, die nach ihrer Formgebung sofort gebrannt werden, und zwar zuerst für ungefähr 5o Minuten und dann bei erheblich höherer Temperatur für weitere 30 Minuten. Diese bekannten Bausteine können aber nicht mit Glasuren versehen werden und sind keineswegs so dauerhaft und widerstandsfähig wie die bedeutend schöner aussehenden Kacheln der Erfindung.
Kacheln, welche . aus reinem keramischem Material hergestellt werden, sind h:auptsäch-]ich für dekorative Zwecke in Bauwerken bestimmt. Die Herstellung dieser Kacheln erfordert gewöhnlich zwei Brennperioden, und zwar wird zuerst die Tonplatte gebrannt, und dann findet nochmals .eine Brennung statt, bei welcher die Glasur an den Kacheln angebracht wird. Gewöhnlich ist zwischen diesen beiden Brennperioden eine Kühlperiode vorgesehen, so daß die Ziegelplatten, nachdem sie vorgebrannt worden sind, mit einer Glasurmasse entweder in flüssiger Form oder Pulverform bedeckt werden können. Hierauf werden die Ziegelkörper in den Brennofen zurückgebracht und so lange gebrannt, bis die Glasur dauerhaft geworden ist und sich mit dem Ziegelkörper verbunden hat. Die Ausführung dieses ganzen bekannten Verfahrens nimmt aber gewöhnlich q.o bis 6o Tage in Anspruch.
Die Kacheln der Erfindung sind insbesondere recht widerstandsfähig gegen Frost und Temperaturwechsel. Dieses ist wohl darauf zurückzuführen, daß der Ausdehnungskoeffizient des Ziegelkörpers im wesentlichen gleich dem Ausdehnungskoeffizienten der Glasur ist. Um diese Übereinstimmung in dem Ausdehnungskoeffizienten zu erreichen, ist das Verfahren derart ausführbar, daß man den Ausdehnungskoeffizienten der Ziegelkörper ganz genau überwachen kann.
Es sei nun im folgenden näher auf die Beschreibung der Kacheln und des neun Verfahrens der Erfindung eingegangen.
Es hat sich herausgestellt, daß ein plattenförmiger Ziegelkörper, welcher q.o bis 70 0/0 Kieselsäure (SiO2), 2 bis 12 % Tonerde (A1203), 15 bis 5o o/o Magnesia (Mg0), 5 bis 8 % Kalk (Ca O ), i bis 6 % Bleioxyd (Pb0) und 2 bis 6 % Soda (Na20) enthält, alle wünschenswerten Eigenschaften hat, um die Herstellung von guten Kacheln zu g ewährleisten.
Ziegelkörper, welche aus der obigen Materialmischung bestehen, haben einen Ausdehnungskoeffizienten, welcher im wesentlichen so groß ist wie der Ausdehnungskoeffizient der üblichen Glasurmassen. Im rohen Zustand kann der Ziegelkörper plötzlich hohen Temperaturen ausgesetzt werden, ohne zu zerspringen. Auch hat der Ziegelkörper eine große Festigkeit, wenn @er gebrannt ist, und die fertige Kachel ist äußerst widerstandsfähig gegen wiederholtes Einfrieren, ohne dabei zu zerfallen.
Die Ziegelkörper, welche in die obige Zusammensetzung fallen, werden aus Glas, Tön und calciniertem Mägnesiumsilicat hergestellt: So kann man beispielsweise calcinierten Serpentin, Steatit oder andere Magnesia und Kieselsäure enthaltende Mineralien verwenden. Das verwendete Glas ist vorzugsweise ein Sodakalkglas, jedoch kann auch Bleiglas verwendet werden. Äußerst wünschenswert ist ein Glas, welches reich an Tonerde ist. Borsilicat oder Borax-las kann ebenfalls verwendet werden.
Alle die obengenannten Rohmaterialien werden vorzugsweise in fein zermahlener Form benutzt, und zwar wird die Zerkleinerung so weit getrieben, daß diese Materialien durch ein Sieb hindurchgehen, welches etwa 56o bis 99o Maschen pro Quadratzentimeter enthält. Wenn Sodakalkglas verwendet wird, dann kann man zu der Mischung Bleioxyd;, Bariumcarbonat oder Zinkoxyd oder ein anderes unlösliches Flußmittel hinzusetzen. Alle diese Bestandteile werden, nachdem sie äußerst fein zerkleinert worden sind, in den erforderlichen Verhältnissen miteinander vermischt, so daß eine Masse entsteht, welche die obengenannte chemische Zusammensetzung hat. Nachdem diese Bestandteile gründlich miteinander vermischt worden sind, wird die Masse mit Wasser angefeuchtet, wobei vorzugsweise die Wassermenge nicht größer als 15 % ist. Gewöhnlich genügt eine Wassermenge von 8 bis io %. Diese Masse wird dann durch Anwendung von Druck in die gewünschte Plattenform verwandelt.
Irgendwelcher geeignete Druck kann verwendet werden, und zwar sind zur Herstellung Drücke zwischen 35 bis 3ookg/cm2 mit Erfolg benutzt worden. Diese gepreßten oder geformten Ziegelkörper werden dann vorzugsweise getrocknet, und zwar entweder in der Luft oder in einer geeigneten Trockenvorrichtung. Wenn Trockenvorrichtungen Benutzt werden, dann soll die Temperaturerhöhung nicht sehr hoch sein, und zwar ist es vorteilhaft, wenn man die Temperaturen in der Trockenvorrichtung während der :ersten Stunden unterhalb 6o° C läßt.
Um den Zusammenhang der gepreßten Ziegelkörper während dieser Trocknung zu unterstützen, kann @es wünschenswert sein, in der Masse eine kleine Menge eines organischen Bindemittels einzufügen, und zwar wird dieses Bindemittel dem Wasser zugemischt, welches den trockenen Bestandteilen zugeführt wird. Als organische Bindemittel haben sich beispielsweise Sulfitpech und Caseinlösungen als erfolgreich erwiesen.
Die geformten und getrockneten Ziegelkörper werden dann vorzugsweise in einen vorerwärmten Muffelofen o. dgl. Ofen eingebracht. In dem Brenn- oder Muffelofen sollte eine Temperatur von ungefähr goo bis i 2oo° C herrschen, und zwar hängt die richtige Temperatur von dem Charakter der Ziegelkörper ab. Wenn beispielsweise der Ziegelkörper nur einen kleinen Prozentsatz Blei enthält, dann ist es wünschenswert, die Brenntemperatur logo bis i2oo° C zu wählen. Wenn jedoch der Ziegelkörper eine recht erhebliche Menge von Blei, Barium oder Zink, z. B. ¢ bis 6 %, enthält, dann verwendet man zweckmäßig Brenntemperaturen von 925 bis I040' C. Die plattenförmigen Ziegelkörper werden vorzugsweise auf einer ebenen Fläche unterstützt, wie z. B. auf einer großen feuerfesten Ziegelplatte, so daß während der Brennung die plattenförmigen Ziegelkörper sich nicht werfen oder sonstwie verziehen können. Gitter, welche aus temperaturwiderstandsfähigem Metall bestehen, sind mitErfolg benutzt lvorden.
Die beim Brennen benutzte Temperatur muß genügend hoch sein, um das Glas in den Ziegelkörpern zum Verglasen zu bringen, wobei das calcinierte Magnesiumsilicat oder ein anderes calciniertes Magnesium -und Kieselsäure enthaltendes Mineral in dieser Glasmasse verbleibt. In Anbetracht der Tatsache, daß gewöhnlich ein recht großer Prozentsatz Blei vorhanden ist, ist der Schmelzpunkt des Glases ziemlich niedrig, und daher verflüssigt es sich oder verglast bei :einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur, z. B. zwischen 925 bis i2oo° C. Es ist nun nicht beabsichtigt, den gesamten Ziegelkörper zu verglasen, sondern es ist lediglich beabsichtigt, das Glas genügend flüssig zu machen, um eine Substanz zu bilden, in welcher das calcinierte - Magnesiumsilicät oder ein ,anderes Magnesium -und Kieselsäure @enthalfiendes Mineral suspendiert ist. Aus diesem Grunde bleiben die Ziegelkörper lediglich ungefähr 12 bis 2 5 Minuten in dem Brenn- oder Muffelofen. Es können jedoch an Stelle des Bleies andere Flußmittel verwendet werden, welche den Schmelzpunkt des Glases herabsetzen, wie z. B. Barium oder Zink, entweder allein für sich oder in Kombination.
Bei der Beendigung des Beben bieschriehenen Brandes werden die Ziegelkörper aus dem Ofen entfernt, und während sie noch heiß sind, werden sie sofort mit der gewünschten Glasurmasse bestreut oder bedeckt und dann gleich wieder in den Brennofen oder in den Muffelofeneingebracht. Dieser zweite Brand nimmt nur 2 bis i ö Minuten in Anspruch, und zwar ist dieses ausreichend, um das Email oder die Glasur zum Fließen zu bringen, damit sie sich gleichmäßig über die ganze Oberfläche des Ziegelkörpers verteilt. Am Ende dieser kurzen Brennperiode werden die Kacheln aus dem Ofenentfernt und abgekühlt.
Man kann nun diese letzte Abkühlung an .der Luft vornehmen, jedoch kann es wünschenswert sein, die Kacheln zwecks Abkühlung in eine Kühlkammer einzubringen, in welcher die Temperatur innerhalb 2 Stunden von ungefähr 98o auf ungefähr 200° C verringert wird. Es hat sich herausgestellt, daß bei dieser starken Abkühlung keine Sprünge in den Kacheln auftreten.

Um ein Ausführungsbeispiel zu nennen, sind in der folgenden Tabelle die einzelnen Arbeitsschritte zweier Verfahren einzeln aufgeführt, und zwar wurden Kacheln hergestellt, deren Ziegelkörper folgende Zusammensetzung hatten: 66 % Kieselerde, 3 % Tonerde, 7 % Kalk, 18 % Magnesia, 4 % Soda und 2 % Blei.

Gesamtzeit des ersten Brandes der Ziegelkörper ..... 15 Min. 2o Min.

Ofentemperatur bei Beginn des ersten Brandes ...... 1040°C 10q.0° C

Ofentemperatur am Ende des ersten Brandes.. . ..... 995°C I030' C

Durchschnittliche Temperatur während des ersten

Brandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1000°C - 1o15° C

Durchschnittliche Temperatur während des zweiten

Brandes (Glasurherstellung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98o' C 990° C

Durchschnittliche Schrumpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,6 °/0 1,6 0/0

Durchschnittliche Porosität........ . . . . . . . . . . . . . . . . 2o,20/0 22,2 0/0

Durchschnittliche Härte............................ 5,0 5,5

Die Brennperioden zur Herstellung der Glasur nahmen ungefähr 6 Minuten bei den beiden obigen Verfahren in Anspruch. Das Glasurmaterial wurde durch ein mechanisches Rüttelsieb auf die Ziegelkörper aufgebracht. Die Kacheln wurden am Ende der letzten Brennperiode aus dem Ofen entfernt und in eine Kammer eingebracht, durch welche ein Luftzug hindurchging, der die Kacheln in 6 Stunden auf ungefähr 38° C abkühlte. Es war in dieser Weise möglich, vollständig hergestellte Kacheln in weniger als r Stunde herzustellen.

Es sei insbesondere darauf aufmerksam gemacht, daß der erste Brand der Ziegelkörper lediglich so weit ausgeführt wird, daß die Tonteilchen genügend flüssig waren, um aneinanderzuhaften. Das Bleioxyd oder ein anderes Flußmittel dient dazu, den Schmelzpunkt der Glassubstanz herabzusetzen. Die Menge des hinzuzufügenden Bleioxydes bestimmt sich aus der Zusammensetzung des Glases und ferner durch die erforderliche Härte und Dichtigkeit des Ziegelkörpers, -um die gewünschte Halbverglasung zu erreichen.
Wenn auch die Schrumpfung bei den beiden beschriebenen Verfahren 1,6 % betrug, so ist es dennoch möglich, Kacheln herzustellen, welche während des Brennens nur eine Schrumpfung von z % aufweisen. Die Schrumpfung während der Trocknung ist so klein, daß sie praktisch vernachlässigt werden kann.
Ferner sei darauf ,aufmerksam gemacht, daß die Kacheln gemäß der Erfindung eine Härtehaben, welche zwischen 4 bis 5,5 liegt. Die Bruchfestigkeit der Kacheln ist über 35o kg/cm2. Die Porosität, welche ungefähr zwischen 2o bis 25 % liegt, gestattet, daß die Kacheln gründlich mit dem Mörtel o. dgl. Zementmischungen sich verbinden, die dazu dienen, die Kacheln zu verlegen. Die Dichtigkeit der Ziegelkörper ist jedoch genügend groß, um eine Entfärbung zu verhüten, welche durch den Mörtel @u. dgl. vorkommen könnte, wenn der Mörtel in die Kacheln eindringt. Auch durch die atmosphärische Feuchtigkeit kann keine Entfärbung vorgerufen werden.
Kacheln, welche gemäß der Erfindung hergestellt worden sind, haben sich bei sehr strengen Kühlprüfungen äußerst widerstandsfähig erwiesen. Man hat beispielsweise die ,Kacheln in kochendes Wasser eingebracht und dann in Eiswasser abgekühlt, -und dieses wurde zehnmal in ziemlich schneller Aufeinanderfolge wiederholt, ohne daß sich irgendwelche Haarrisse in der Glasur der Kacheln zeigten. Ferner wurden nie Kacheln der Erfindung verschiedenen Gefrierprüfungen unterworfen, indem man Salz und Eis als Kühlmittel benutzte, so d.aß es möglich war, die .Temperatur bis auf -8° C herunterzubringen. Die Kacheln, welche mit Wasser durchtränkt waren, wurden mit Hilfe dieses Kühlmittels in -einen Eisblock @eingefroren, und diese gefrorenen Kacheln wurden dann in heißes Wasser geworfen und zeigten nachher keine Spuren irgendwelcher Zersetzung.
Der Ausdehnungskoeffizient der Ziegelkörper kann durch Zusatz von calciniertem Magnesiumsilicat geregelt werden.
Die beispielsweise angeführte Ziegelkörpermasse, bestehend aus 66 % Kieselsäure, 3 % Tonerde, 70/0 Kalk (Ca0), 18% Magnesiumoxyd, 4 % Natriumoxyd und 2 % Bleioxyd, ergibt einen Ziegelkörper, der einen Ausdehnungsk3effizienten von 152,366X io-' hat. Dieser Ziegelkörper ist insbesondere gut geeignet, um mit einer Glasur versehen zu werden, die einen Ausdehnungskoeffizienten von 152,3 bis 152,4X 1o-7 hat.
Gewisse Glasunmassen haben einen Ausdehnungskoeffizienten, welcher eine Verwendung dieser Glasuren an Tonkörper schwer möglich macht. Die Ziegelkörper der Erfindung können jedoch, wie oben auseinandergesetzt ist, mit einem derartigen Ausdehnungskoeffizienten versehen werden, daß sie mit irgendeiner dieser Glasunmassen, die früher kaum benutzt werden konnten, versehen werden können.
Wenn auch im obigen an Hand von Ausführungsbeispielen ganz bestimmte Zusammensetzungen der Ziegelkörpermassen angegeben sind, so ist dennoch die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern ist auch noch an Hand anderer Ausführungsbeispiele ausführbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Herstellen von keramischen Erzeugnissen, insbesondere Wandplatten, durch Formen und Brennen von Gemischen aus Magnesiumsilicaten und einem aus verhältnismäßig leicht schmelzendem Glase erzeugten Pulver, dadurch gekennzeichnet, daß die trockenen Formlinge bei Temperaturen von etwa. 9oo bis i2oo° nicht länger als 3o Minuten -erhitzt, aus der Brennzone entfernt, in warmem Zustand mit einer Glasunmasse versehen und für höchstens i o Minuten wieder in die Brennzone eingebracht werden.
2. Keramisches Erzeugnis nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 4o bis 70 % Kieselsäure, 2 bis 12 % Tonerde, 15 bis 5o % Magnesiumoxyd, 5 bis 8 % Calciumoxyd, i bis 6 % Bleioxyd und 2 bis 6 % Natriumoxyd besteht.