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Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und Rissefreiheit
von durch Wärmebehandlung bis mindestens zur Glühhitze verfestigten mineralischen
Massen Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erhöhung der
mechanischen Festigkeit und Rissefreiheit von durch. Wärmebehandlung bis mindestens
zur Glühhitze verfestigten mineralischen Massen, Gegenständen und Schichten, also
etwa von Porzellan, Steinzeug, Steingut, Specksteinerzeugnissen oder anderen magnesiumhaltigen
Silikaten u. dgl., aber auch von Glas, Glasuren und emaillierten Gegenständen.
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Bei mineralischen Erzeugnissen der bekannten Art ist die Beanspruchungsmöglichkeit
auf Zug durchweg nur etwa lAo von derjenigen auf Druck. Dieser Mangel, verbunden
mit dem Fehlen jeglicher Nachgiebigkeit dieser Stoffe in der Kälte oder bei gewöhnlicher
Temperatur, bedingt das häufige Auftreten von Spannungsrissen und die große Empfindlichkeit
solcher Körper gegen Erschütterungen und Schläge wie auch gegen Temperaturwechsel.
Es ist bekannt, daß die erwähnten Massen um so empfindlicher in dieser Beziehung
sind, je homogener glasig sie aufgebaut sind; aber auch die verhältnismäßig am wenigsten
glasige Bindemittel enthaltenden Erzeugnisse, wie Porzellan und Steinzeug, sind
weit davon entfernt, rissesicher zu sein. Die Unempfindlichkeit von Quarzglas gegen
Erhitzen und Abschrecken ist nur scheinbar eine Ausnahme, weil sie auf einem sehr
kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten beruht. Gegen mechanische Beanspruchung ist
Quarzglas
sogar noch 'empfindlicher als gewöhnliches Glas.
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Die Behebung der vorstehend beschriebenen Mängel durch Einbetten von
Metalldrähten oder Drahtgeweben zur Aufnahme der auftretenden Zugspannungen wie
im Eisenbetonbau ist nur in seltenen Fällen und nur bei ebener Gestaltung möglich.
Aber auch wenn Drähte oder Drahtgewebe benutzt werden, wie z. B. bei Drahtglas,
ist die Wirkung nur für größere Flächen gegeben. An einer einzelnen Stelle hocherhitztes
Drahtglas beispielsweise erhält doch noch Risse, nur zerfällt es nicht so leicht
in Scherben wie gewöhnliches Glas: Für die die Zugspannungen aufnehmenden Einlagen
hängt die Mindestgröße von der Art des Grundstoffes, insbesondere seiner Bindekraft
und seinem einheitlichen Gefüge, und von den Ausmaßen des zu schützenden Gegenstandes
ab. Für die Verwendung von Asbest als Zusatz zu Zement liegt z. B. die untere Grenze
der Größenbemessung der Fasern bei mindestens mehreren Millimetern bis etwa ao mm
Länge; kürzere Fasern von Asbestmehl oder Metallteile geringer Länge oder kleiner
Flächenausdehnung wirken bei Zementerzeugnissen sogar festigkeitsmindernd.
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Es wurde gefunden, daß im Gegensatz zu Eisenbeton bei durch eine Wärmebehandlung
verfestigten Erzeugnissen das makroskopische Prinzip der Bewehrung durch Metall
oder andere zugfeste Einlagen infolge der homogenen Beschaffenheit und größeren
Bindekraft dieser Massen auch noch im Mikroverhältnis eine bessere Zugfestigkeit
ergibt, und daß es dabei erforderlich ist, die metallischen oder mineralischen Teilchen
in Form von Flittern verhältnismäßig geringer Längen-und Flächenausdehnung (etwa
i mm Länge und darunter öder i qmm Fläche und darunter) bei sehr geringer Dicke
(unter o,i nim bis zu o,ooi mm) anzuwenden. Die Flitter müssen dabei jedoch so ausgewählt
werden, daß sie, entsprechend der besonderen Verarbeitung der zu verbessernden Erzeugnisse
durch Erhitzen auf Glühtemperatur, teilweise sogar bis zur Schmelzung des Erzeugnisses,
auch dann noch eine genügende chemische und thermische Beständigkeit besitzen, damit
sie als solche erhalten bleiben und beim Brand nicht oxydieren oder von dem Erzeugnis
aufgelöst werden. Haben die einzubettenden Flitter keine genügende Beständigkeit
in dieser Beziehung, so können sie für besondere Verwendungszwecke erst nachträglich
zu der bereits vorgeglühten Masse gegeben werden, etwa zu keramischen Massen, oder
sie werden zu solchen Schichten von Email oder Glasur gegeben, die erst nachträglich
auf eine Unterage aufgebracht und dann auch nur kurz festgebrannt werden, um ein
Iniösunggehen zu vermeiden, das von der Einwirkungszeit der Schmelze abhängt. Gegebenenfalls
kann auch eine Oxydation oder Oberflächenverzunderüng der Metallflitter dadurch
vermieden werden, daß die Glühbehandlung in einer indifferenten oder reduzierenden
Atmosphäre erfolgt. Wesentlich ist jedenfalls, daß beider auf die Einbettung folgenden
Wärmebehandlung die metallischen oder mineralischen Flitter als solche erhalten
bleiben, damit sie auch nach der Abkühlung imstande sind, festigkeitserhöhend auf
das Erzeugnis zu wirken.
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Als metallische Flitter kommen in erster Linie feine Teilchen aus
solchen Metallen in Betracht, die bei der Glühtemperatur der keramischen Erzeugnisse
noch nicht schmelzen, oder die bei dieser Temperatur besonders widerstandsfähig
gegen Oxydation sind, z. B: hitzebeständiger Stahl, Nickel oder Speziallegierungen.
` Für geringere Temperaturen können Flitter aus Kupfer, Silber oder Graphit angewendet
werden, wobei bei diesen Stoffen ein Oberflächenschutz durch Versilberung, Verchrömung
o. dgl. vorteilhaft sein kann. Derartige Flitter kommen namentlich in Frage bei
solchen Körpern, die bei ihrer Erzeugung oder wenigstens beim Fertigbrand ziemlich
weich werden oder sogar ganz zum Schmelzen kommen (Gläser), weil in diesem Falle
die Gefahr besteht, däß die Metallflitter durch die glasige Masse deformiert werden
und nicht mehr ihre blättchenförmige Gestalt behalten; da sie selbst bei der Glühtemperatur
flüssig sind. Handelt es sich hingegen um keramische Körper, die nur sintern ohne
zu schmelzen, so kann der Schmelzpunkt der eingebetteten Metallflitter sogar niedriger
sein als die Brenntemperatur, weil dann auch bei dem Fertigbrand die Flitter ihre
blättchenförmige Gestalt behalten und nicht zu Kügelchen zusammenlaufen. Selbstverständlich
muß aber natürlich die Schmelztemperatur höher als die Gebrauchstemperatur des keramischen
Gegenstandes sein, wenn eine Festigkeitserhöhung im Gebrauch erzielt werden soll.
Das Verfahren der Erfindung ist deshalb nicht anwendbar auf grobkeramische Erzeugnisse,
die einer hohen Gebrauchstemperatur ausgesetzt sind, wie feuerfeste Erzeugnisse.
' Für Emaillierungen können statt der erwähnten metallischen Flitter auch Glimmerteilchen
o. dgl. angewandt werden; hierbei ist es nötig, um ein Aufblähen beim Glühen des
Emails zu vermeiden, bereits vorgeglühte und dadurch entwässerte Glimmerteilchen
zu verwenden.
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Je nach den gewünschten Eigenschaften der keramischen Körper kann
man auch v erschiedenartige
Flitter, etwa verschiedenartige metallische
oder metallische und'mineralische Flitter; nebeneinander in den Erzeugnissen verwenden.
Auch können für besondere Erzeugnisse die flitterhaltigen Schichten nur an der Oberfläche
oder vorwiegend an der Oberfläche vorhanden sein.
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Die Flitter. können je nach den Erzeugnissen in der verschiedensten
Weise angemischt werden. Bei stärkeren, beliebig geformten keramischen Stücken ist
die einfachste. Art die der Einmischung in die trockene oder feuchte Rohstoffmasse
nach dem Mahlen, worauf die rohen Erzeugnisse wie üblich geformt, getrocknet und
gebrannt werden. Bei dünnschichtigen Erzeugnissen, wie Gläsern,-Email und Glasuren,
können die Flitter natürlich auch zu der Grundmasse gegeben werden. Man kann in,
diesen Fällen aber auch die Flitter vor, während oder nach einem Glühprozeß aufpudern,
diese Puderung mit anderen, z. B. keramischen oder Glasmassen, nochmals aufpudern
und, wenn nötig, erneut glühen. Eine zuletzt auf eine Glasur oder ein Email aufgepuderte
Glimmerschicht ruft ein . schönes silberiges Aussehen hervor und bewirkt eine hohe
Säure- und Alkalibeständigl:eit; sie reißt auch nicht und ist sehr schlagbeständig.
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Die Menge der zugesetzten Flitter kann je nach dem gewünschten Zweck
und dem spezifischen Gewicht in sehr weiten Grenzen schwanken. Schon r °/o Glimmerzugabe
zeigt eine erhebliche Wirkung. Man kann sich in einfacher Weise von der Wirkung
der Flitterzugabe und der erforderlichen Menge von deren Zusatz überzeugen, wenn
man z. B. 5 g Emailglasur in einen Porzellantiegel bringt und die Emaille bei 8oo°
C niederschmilzt. Hierauf entfernt man den Tiegel sofort aus dem Ofen und stellt
ihn auf eine kalte Steinplatte. Die nicht mit Flitter versetzte Schmelze im Tiegel
wird nach dem Erkalten dann mehrere Risse durch die Mitte der Masse aufweisen. Fügt
man der Emaille aber vorher 2o °/o versilberten Kupferflitter (Silberbrokat) zu
und schmilzt dann nieder, so zeigt die auf gleiche Weise abgekühlte Schmelze keine
Risse mehr. Bei Verwendung von Glimmerflitter genügt sogar schon eine Zugabe von
5 0%0. Für besondere Zwecke kann aber auch die Menge von Silberbrokat auf 6o o/o
und mehr gesteigert werden.
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Es ist zwar schon vorgeschlägen worden, in glasige Massen von niedrigem
Schmelzpunkt Glimmerpulver einzumischen, jedoch diente diese Maßnahme nur dazu,
um bei nicht zu hoher Temperatur eine homogene Auflösung der Glimmerteilchen in
dem Glas zu erreichen, aus der sich dann später gegebenenfalls neue kristalline
Teilchen bilden sollten. Diese Teilchen sind -aber in ihrer Struktur völlig verschieden
von dem Glimmer und dienen nicht mehr zur Erhöhung der Zugfestigkeit, sondern vorzugsweise
zur Verbesserung der Isoliereigenschaften gegen Elektrizität und= Wärme sowie zur
Hervorrufung .einer Trübung. 2 Ebenso hat auch die Einverleibung von Metallpulvern
und runden Einzelkörnern nichts .mit der Erfindung zu tun, denn solche runden Metallteilchen
sind nicht imstande, Zugspannungen aufzunehmen und die Festigkeit des Erzeugnisses
zu erhöhen, namentlich auch deshalb; weil die Haftung zwischen Metall und der Grundmasse
ungenügend ist. Beispiele z. Für Porzellan, Steinzeug, Specksteinerzeugnisse u.
dgl.: Man fügt der gemahlenen Rohmasse zo °/o ihres Trockengewichtes feine Metallflitter
z. B. aus hitzebeständigem Stahl, Nickel oder verchromtem Stahl, versilbertem oder
vernickeltem Kupfer bei, miengt auf Mischschnecken gut durch und verarbeitet die
Masse auf den üblichen Wegen, z. B. auf der Töpferscheibe, in Strangpressen oder
in Stanzpressen, wobei sich die -Flitter von selbst in die für die Beanspruchung
später geeignete Lage richten. Ebenso können die Flitter auch zu keramischen Gießmassen
gegeben werden, die durch Eingießen in Gipsformen verformt werden. Die Größe der
Flitter richtet sich nach der Körnigkeit der Rohrnasse; sie sind bei Steinzeug bei
etwa z qmm Fläche am günstigsten, bei den anderen angegebenen Produkten etwa bei
1/4 qmm Fläche. Bei Verwendung von Kupferflittern mit Nickelüberzug hat der Nickelüberzug
etwa dreimal soviel Masse als die Kupferflitter für sich allein.
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2. Für Steingut: Das Arbeitsverfahren ist dasselbe wie bei Beispiel
r ; nur genügen hierbei weniger hitzebeständige Metalle oder bei Kupferflittern
eine geringere Vernickelung.. ' 3. Für Glas Man überbläst die aus geläutertem Glas
hergestellten Glasprodukte noch bei hoher Temperatur mit Silberflittern (je nach
Wandstärke etwa r bis 2 °%), läßt unter weiterer Einwirkung der Temperatur die Flitter
in die Glasmasse einsinken und kühlt dann, wie üblich, langsam ab. Für dieses Verfahren
können auch Eisenflitter, die stark mit Kupfer und Chrom überzogen sind, verwendet
werden.
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q,. Für Glasuren: Man mischt der Glasurschlicker oder dem Glasurpuder
- feine versilberte Kupferflitter
bei, trägt auf und brennt wie
üblich. Mengenzugabe 5 bis 2,o %.
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Für Glasuren: Die fertige Glasur wird in der Glühhitze mit bis zur
Entwässerung geglühten Glim-._ merflittern überstäubt: Nach Abkühlung entfernt man
den Überschüß des Glimmers und bringt noch eine sehr dünne Glasur auf.
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6. Für Email: Man fügt den einzelnen zu verwendenden Emailschlickern
io % Silberbrokat zu, brennt zuerst, wie üblich, einen mit solchen Flittern versehenen
Fritteemail auf, trocknet, glüht, bringt nach Abkühlen Deckemails mit Metallflittern
und emailliert fertig wie üblich.