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Verfahren zum Herstellen von keramischen Erzeugnissen, insbesondere
von Zündkerzensteinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von keramischen
Gegenständen, insbesondere von Zündkerzensteinen, aus Massen, die vorwiegend aus
hochfeuerfesten, unelastischen Stoffen bestehen, durch Formen und Brennen dieser
Massen.
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Bei der Verarbeitung derartiger Massen ist die Art der Formgebung
wirtschaftlich und fertigungstechnisch von großer Bedeutung und kann auch für die
Güte des fertiggebrannten Erzeugnisses entscheidend sein. Es ist bekannt, feingemahlene,
reine Oxyde, z. B. Korund, durch Behandlung mit Säuren zu gießfähigen Massen aufzubereiten.
Nach dem Gießverfahren können auch solche Massen verformt werden, die einen Zusatz
von plastischem Ton oder Kaolin erhalten haben. Ferner ist schon vorgeschlagen worden,
Massen aus vorwiegend unelastischen Stoffen zu Formlingen zu verpressen. Dabei sind
die Massen, um sie möglichst bildsam zu machen, entweder mit plastisch machenden
anorganischen Stoffen, z. B. Ton, vermengt worden, oder man hat ihnen organische
Bindemittel, wie Dextrin, zugesetzt, die im wesentlichen als Klebmittel wirken und
eine Formung der Masse durch Pressen, Stampfen u. dgl. gestatten. Bei gewissen Gehalten
der Masse an organischen Stoffen, z. B. Kunstharz, konnte dabei auf die Verwendung
von Anmachwasser verzichtet und Formlinge im Trockenpreßverfahren hergestellt werden.
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Die genannten Verfahren befriedigen aber oft nicht, insbesondere,
wenn der Anteil an plastischen Stoffen gering ist und wenn Gegenstände schwieriger
Formgebung und massive oder dickwandige Gegenstände hergestellt werden sollen. Beispielsweise
läßt sich die Bildung von Lunkern und Rissen an Gegenständen, die nach dem Gießverfahren
geformt und dann gebrannt sind, schwer vermeiden. Das Preßverfahren andererseits
ergibt meist eine ungleichmäßige Verdichtung der Masse, so daß im beispielsweise
zylinderförmigen Preßkörper die Verdichtung an den Enden desselben groß, in der
Mitte jedoch gering ist. Diese Umstände wirken sich beim Schwinden der Formlinge
während des Trocknens
und Brennens ungünstig aus, indem im Innern
des Erzeugnisses Spannungen auftreten; die die Temperaturwechselbeständigkeit des
Erzeugnisses in Frage stellen. Da ferner das Preßv erfahren nur die Formung einfach
gestalteter Körper zuläßt, ist meist eine nachträgliche Formgebung durch Bearbeitung
mittels Werkzeugen erforderlich, die beträchtliche Kosten verursachen kann.
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Die Erfindung bezweckt die Vermeidung clei: angeführten Nachteile.
Gemäß der Erfindung werden die zu brennenden, rohen Formlinge aus den in Frage stehenden
Massen in der Weise hergestellt, daß die keramischen Massen mit geeigneten organischen
Bindemitteln, z. B. thermoplastischem Harz, in solcher Menge versetzt werden, daß
sie spritzfähig werden und darauf nach dem für Künstharzmassen bekannten Spritzverfahren
verarbeitet werden.
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Das für Kunstharzinassen bekannte Spritzverfahren besteht darin, daß
eine ein thermoplastisches Harz enthaltende Masse erwärmt wird und in diesem Zustand
durch eine enge Düse in abgekühlte Formen hineingespritzt wird, in denen die Mässe
die gewünschte Gestalt erhält.
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Die gemäß der Erfindung zu verarbeitende, spritzfähige Masse enthält
zwei Gruppen von Stoffen.
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Die erste Gruppe, die den Hauptteil der spritzfähigen Masse bildet,
besteht aus dem oder den keramischen Rohstoffen, die ausreichend fein gemahlen und
gegebenenfalls innig miteinander vermischt sind. Die Auswahl dieser Stoffe hat nach
den bekannten keramischen Grundsätzen zu erfolgen, wobei die Eigenschaften, die
das fertige Erzeugnis haben soll, maßgebend sind. Diese Gruppe kann durch einen
einzigen hochfeuerfesten Stoff, z: B. Koründ, dargestellt sein oder mehrere nicht
plastische Stoffe, z. B. Korund, Erdalkalioxyde, Titanoxyd, enthalten. Aber auch
plastische anorganische Stoffe, z. B. Ton, können vorhanden sein. Es hat sich jedoch
herausgestellt, daß Ton zweckmäßigerweise nur in einer Menge bis zu ro% in der Masse
vertreten ist, da nur bei solchen geringen' Mengen an plastischen anorganischen
Stoffen die Masse während des Spritzvorganges entlüftet werden kann. Bei höherem
Tongehalt verschmiert der Ton die Oberfläche des gespritzten Stranges und läßt die
Lufteinschlüsse nicht heraus.
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Die zweite Gruppe von Stoffen, aus denen die spritzfähige Masse besteht,
enthält die die Spritzfähigkeit der Masse im wesentlichen bestimmenden organischen
Stoffe. Der Anteil der spritzfähigen Masse .an diesen Stoffen soll möglichst gering
sein, damit die keramischen Bestandteile im gespritzten Körper möglichst dicht aneinanderliegen.
Im allgemeinen ist ein Gemisch von Stoffen zu ver-" wenden, das bei Temperaturen
um roo° C weich wird, bei niedrigen Temperaturen, beiijelsweise o° C, erhärtet und
genügende Bindekraft entwickelt. Die organischen Stoffe sollen sich während des
keramischen Brandes verflüchtigen. Sie haben nicht die Aufgabe, mit den keramischen
Stoffen der ersten Gruppe zu reagieren, sondern dienen lediglich dazu, diese Stoffe
zu einer spritzfähigen Masse zu verbinden, so daß die gespritzten Formlinge genügend
fest sind, um, falls nötig, mechanisch überarbeitet und in den Ofen befördert werden
zu können. Die während des Brandes sich verflüchtigenden organischen Stoffe hinterlassen
Poren im gebrannten Scherben: Eine gewisse Porosität ist meist sehr erwünscht, zumal
wenn es sich um thermisch stark beanspruchte Gegenstände handelt. Ein bestimmter
Porositätsgrad kann weitgehend beliebig erhalten werden, indem die organischen Stoffe
der Art und der Menge nach dem Zwecke entsprechend ausgewählt werden und die Stoffe
der ersten Grüppe eine entsprechende Korngrößenabstufung aufweisen und die Garbrandtemperatur
beim Brennen der Formlinge richtig eingestellt wird.
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Für die Verflüchtigung der organischen Stoffe der zweiten Gruppe während
des Brennens bestehen zwei Möglichkeiten: Die Stoffe können unter Bildung von Oxydationsprodukten
herausbrennen, oder sie können in Gasform übergehen, ohne Verbrennungsprodukte zu
liefern. Es wurde gefunden, daß die Bildung von Oxydationsprodukten zu Schäden führen
kann; die Verbrennung der organischen Stoffe ergibt verhältnismäßig sehr große Gasmengen,
die den Formling, da sie im Innern desselben entstehen, sprengen können. Es ist
daher zweckmäßig, solche organische Stoffe als Vertreter der zweiten Gruppe zu verwenden;
die bei den Temperaturen des i keramischen Brandes, insbesondere denen der Anheizperiode
bis 4oo° C, zum größten Teil verdampfen, ohne einer Oxydation zu bedürfen. Auf diese
Weise wird erreicht; daß die organischen Stoffe während des Brennens vollständig
unter Zurücklassung feinster Poren entweichen und die Sinterung der keramischen
Stoffe der Masse während des Garbrandes ungestört und in dem gewünschten Ausmaß
stattfinden kann.
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Die organischen Stoffe der zweiten Gruppe müssen mit den anorganischen,
keramischen Stoffen der ersten Gruppe innig vermischt werden. Dies geschieht zweckmäßigerweise
in Mischmaschinen, die die Masse reibend und drückend bewegen, z. B. in einem Kollergang
mit rotierendem Teller.
Wichtig ist, wie schon oben erwähnt, die
Entlüftung der Masse während des Spritzvorgangs, damit der gespritzte Formling frei
von Lufteinschlüssen erhalten wird. Zu die-5 sem Zweck kann der durch Pressen erzeugte
Massestrang in mehrere Stränge geteilt werden und sind diese Stränge wieder miteinander
zu vereinigen, bevor die Masse durch die Spritzdüse hindurchgedrückt wird. Selbstverständlich
ist die Spritzform, die der Masse die Gestalt des gespritzten Formlings gibt, so
auszubilden, daß die verdrängte Luft aus der Form austreten kann. Beispielsweise
wird dies dadurch erreicht, daß die Spritzform an 15 geeigneter Stelle geteilt ist,
so, daß die Luft durch die Trennfugen entweichen kann. Eine Teilung der Spritzform
erweist sich meist schon mit Rücksicht auf die Gestalt des Formlings als notwendig,
damit derselbe 20 leicht aus der Form herausgenommen oder ausgestoßen werden kann.
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An dem Beispiel einer vorwiegend Korund enthaltenen Masse wird gezeigt
werden, wie die Masse beschaffen sein kann, damit die 25 Erfindung verwirklicht
wird. Eine solche Masse ist spritzfähig und ergibt hochwertige elektrische Isolatoren,
wenn sie folgendermaßen zusammengesetzt ist: 70 bis 900,10 fein gemahlener
Korund einschließlich Zusätzen 30 von bis zu 20'1, Erdalkaliverbindungen,
o bis io°/° Ton oder Kaolin, bis zu io°/° Kunstschellack, bis zu io°/° Holzteeröl,
bis zu 51/° Weichasphalt.
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Der Kunstschellack wird mit den kerami-35 sehen Stoffen zweckmäßigerweise
mittels Trockenmahlung innig vermischt. An Stelle von Kunstschellack oder als teilweiser
Ersatz desselben können auch andere thermoplastische Kunststoffe verwendet werden,
40 z. B. polymere Vinylverbindungen, wie die im Handel unter dem Namen Mipolam oder
Igelite erhältlichen Erzeugnisse.
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An Stelle von Holzteeröl kann mit Vorteil auch eine wäßrige Teerölemulsion
verwendet 45 werden, die durch Destillation von Holzteeröl gewonnen worden ist und
sämtliche Übergänge von ioo° C bis 35O° C enthält.
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Als Weichasphalt wird zweckmäßigerweise ein solcher verwendet, der
einen Erweichungs-5o Punkt nach Kraemer-Sarnow (vgl. Zeitschrift Die Chemische Industrie,
1903, Nr.26, S.5,5) von nicht mehr als etwa 9o1 C hat. Dieser Weichasphalt kann
in dem vorstehend erwähnten Holzteeröl gelöst wer-55 den, bevor er der Masse zugesetzt
wird, oder er kann der Masse in wäßriger Aufschwemmung als Bitumenemulsion zugegeben
werden. Der Weichasphalt darf kein Alkali enthalten, wenn es sich um die Herstellung
hochfeuerfester Gegenstände oder elektrischer Isolatoren handelt.
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Sofern die spritzfähige, Korund enthaltende Masse Wasser enthält,
ist es angebracht, dafür zu sorgen, daß der Wassergehalt der Masse vor deren Verspritzung
501, nicht übersteigt.
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Die oben näher angegebenen, Korund enthaltenden Massen werden zweckmäßigerweise
derart verarbeitet, daß die Masse auf 8o bis I20' C erwärmt und unter Druck durch
eine Düse in Formen, die eine Temperatur von = io° C bis -E- 1q.0° C aufweisen,
gespritzt wird.
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Die zur Verspritzung erforderlichen Drucke richten sich nach der jeweiligen
Beschaffenheit der zu verspritzenden Masse. Am Ende des Spritzvorgangs, wenn die
Verdichtung des Formlings erfolgt, sind die höchsten Drucke anzuwenden; diese liegen
im allge-. meinen im Bereich von ioo bis 5oo kg/cm=.