VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES KERAMISCHEN MATERIALS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des ersten un¬ abhängigen Patentanspruchs zur Herstellung eines keramischen Materials.
Es ist bekannt, die wärmedämmenden Eigenschaften von keramischen Mate¬ rialien dadurch zu verbessern, dass ihre Porosität erhöht wird, wozu verschie¬ dene Verfahren beschrieben worden sind. Dabei werden der knet- oder giess- baren Masse, aus der im wesentlichen durch Formen, gegebenenfalls Trock¬ nen und nachfolgendes Brennen Gegenstände aus keramischem Material hergestellt werden, Porosiermittel zugegeben. Diese Porosiermittel sind, wie dies in den Publikationen DE-4315088 oder DE-4135441 beschrieben ist, beispielsweise organische Materialien, wie beispielsweise Kunststoffasern, Textilfasern, Sägemehl oder Griess, welche Materialien beim Brennen der Keramik hauptsächlich zu Kohlendioxid und Wasser verbrennen und Poren hinterlassen. Damit das organische Material sicher total verbrennt, muss für eine oxydierende Atmosphäre gesorgt werden. Das Porosiermittel kann auch aus einem wasserlöslichen Material, beispielsweise einem wasserlöslichen Salz bestehen, wie dies in der Publikation DE-3731649 beschrieben ist, wobei das wasserlösliche Material nach dem Brennen in einem zusätzlichen Herstel- lungsschritt aus den Poren gewaschen wird.
Das Porosierungsmittel ist also ein Feststoff, der während des Brennens oder anschliessend daran aus dem keramischen Material durch chemische oder physikalische Veränderung entfernt wird, wobei sich die Poren bilden. Dafür ist eine Anpassung der Verfahrensparameter (Atmosphäre während dem Brennen) bei der Herstellung oder ein zusätzlicher Verfahrensschritt (Heraus¬ lösen) notwendig.
Mit beiden oben beschriebenen Methoden werden Materialien erzeugt, die gegenüber gleichen Materialien hergestellt ohne Porosierungsmittel eine er¬ höhte offene Porosität aufweisen. Die durch das Porosierungsmittel erzeugten Poren sind offen, denn bei beiden Methoden muss Gas bzw. Flüssigkeit aus den Poren austreten können, bzw. in diese eintreten können. Das heisst mit anderen Worten, die Verbesserung der wärmedämmenden Eigenschaften durch eine Erhöhung der Porosität bringt bei Anwendung der oben beschrie¬ benen Herstellungsmethoden gezwungenermassen auch eine Veränderung aller anderen Eigenschaften des Materials, die von der Erhöhung der offenen Porosität abhängig sind (z.B. Durchlässigkeit für Flüssigkeiten und Gase, Kappillarwirkung etc.), mit sich, eine Veränderung, die aber nicht unbedingt erwünscht ist.
Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Materials mit verbesserten wärmedämmenden Eigenschaften aufzuzeigen, wobei das Verfahren verglichen mit bekannten Verfahren zur Herstellung eines gewöhnlichen, keramischen Materials ohne verbesserte wäimedämmende Eigenschaften, möglichst gleichbleibende Verfahrensschritte und insbesondere keine zusätzlichen Verfahrensschritte aufweisen soll.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren, wie es in den Patenatansprü- chen definiert ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht darauf, eine giess- oder knetbare Masse, die für die Herstellung üblicher Gegenstände aus keramischen Mate¬ rialien, beispielsweise Porzellan, verwendbar ist, in der üblichen Weise herzu¬ stellen und ihr dabei bereits geschlossene Poren in der Form von hohlen Glaskörpern beizumischen. Diese Poren bleiben, wie Experimente zeigen, während eines nach üblichen Kriterien durchgeführten Formens, Trocknens und Brennens im Material weitgehend bestehen.
Die hohlen Glaskörper sind vorteilhafterweise klein (beispielsweise Hohlku- geln mit Durchmessern in der Grössenordnung von 50 bis 200 μm) und verän¬ dern dann kaum die Oberflächeneigenschaften des Materials gegenüber den Oberflächeneigenschaften eines gleichen Materials ohne Glashohlkörper-Bei¬ mischung. Die Oberfläche kann also in unveränderter Weise mechanisch bear¬ beitet, glasiert oder ähnlich behandelt werden.
Die im Material, das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt ist, enthaltenen, mehrheitlich geschlossenen Poren in Form der hohlen Glaskör¬ per erhöhen zwar die wärmedämmende Wirkung des Materials und reduzie- ren sein spezifisches Gewicht, sie wirken sich aber, da sie auch im gebrannten Zustand nicht oder nur teilweise offen sind, beispielsweise nicht oder in einem vernachlässigbaren Ausmass auf die Durchlässigkeit des Materials für Flüssig¬ keiten oder Gase aus. Die Grosse der Poren ist stark abhängig von den Her¬ stellungsparametern wie Brenntemperatur und zeitlicher Verlauf des Bren- nens.
Mikro-Glashohlkugeln zur Verwendung im erfindungsgemässen Verfahren sind im Handel erhältlich. Sie bestehen beispielsweise aus einem alkaliarmen Borosilikatglas und haben je nach Grosse eine Nenndichte von ca. 0,01 bis 0,6 g/cm3 gegenüber der Dichte von üblichem Steingut oder Porzellan, die im Bereiche von ca. 2,3 g/cm3 liegt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus einem keramischen Material wird beispielsweise in den folgenden Schritten durchgeführt: Her- Stellung einer knet- oder giessbaren Masse meist aus variierenden Anteilen von feingemahlener Tonerde, Quarz und Feldspat und aus Wasser; Formen der Masse durch Pressen, Giessen oder Kneten; gegebenenfalls Trocknen; Brennen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird gleich durchgeführt, wobei als weiterer Bestandteil bei der Herstellung der form- oder giessbaren Masse hohlen Glas¬ körper zugefügt werden. Das die Glaskörper enthaltende Material verliert beim Brennen etwas mehr Volumen, was bei der ursprünglichen Formgebung berücksichtigt werden muss. Sonst müssen keine Verfahrensparameter ange- passt werden. Die Brenntemperaturen, der zeitmässige Verlauf des Brennens etc. können unverändert vom Verarbeitungsverfahren desselben Materials ohne Glashohlkörper übernommen werden.
Die Glashohlkörper sind derart zu wählen, dass sie durch die beim Formvor¬ gang entstehenden Drücke, die beispielsweise bei Herstellungsverfahren mit¬ tels Spritzguss recht hoch sein können, nicht beschädigt werden. Für höhere Foπnungsdrücke sind also beispielsweise kleinere Glashohlkugeln und/oder Glashohlkugeln mit dickeren Wandungen zu verwenden.
Als Beispiel für einen aus dem erfindungsgemässen Material hergestellten Gegenstand wird im folgenden eine Espresso-Tasse beschrieben und mit einer Tasse verglichen, die aus demselben Material aber ohne Beimischung von Glashohlkörpern und mit einem bis auf die Beimischung der Glashohlkörper gleichen Verfahren hergestellt wurde.
Das Grundmaterial beider Tassen ist Porzellan, beide Tassen werden nach einem für Porzellan üblichen Verfahren hergestellt. Nach dem erfindungsge- mässen Verfahren wird der formbaren Masse für die eine Tasse ein Anteil von 5 % (Gewichtsanteil) Mikro-Glashoh kugeln der Qualität Kl der Firma 3M (Durchmesser: < 177 μm) zugemischt. Die beiden Tassen werden auf eine für Porzellan übliche Weise geformt und glasiert und bei ca. 1200 °C gebrannt.
Die fertige Tasse, die die Glashohlkörper enthalt, zeigt gegenüber der ande¬ ren fertigen Tasse ein um ca. 20 % kleineres Volumen und eine um ca. 40 9c reduzierte Dichte. Wird in die beiden kalten Tassen dieselbe heisse Flussig- keit (ca. 90 °C) gegossen, hat diese unmittelbar nach dem Eingiessen in der Tasse mit den Glaskörpern eine um ca. 6 °C höhere Temperatur als in der anderen Tasse. Sind die beiden Tassen vorgewärmt, wird kein Unterschied festgestellt. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Tasse hat also eine kleinere Wärmekapazität als die andere Tasse.
Gegenstände, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt sind, sind überall dort vorteilhaft, wo kleine Dichte und/oder hohe wärmedämmen¬ de Wirkung erwünscht ist. Geschirre aus dem erfindungsgemässen Material sind also beispielsweise durch ihr bedeutend geringeres Gewicht für den Ge¬ brauch im Luftverkehr vorteilhaft. Ferner sind nach dem erfindungsgemässen
Verfahren hergestellte Geschirre oder andere Gegenstände für Anwendungen vorteilhaft, in denen eine Vorwärmung nicht möglich ist und/oder eine länge¬ re Wärmeerhaltung erwünscht ist.
Die Anwendung des erfindungsgemäss hergestellten Materials ist auch überall da vorteilhaft, wo trotz unterschiedlicher Vorwärmung eine möglichst kon¬ stante Temperaturführung angestrebt wird. Eine derartige Anwendung ist die Brühkammer einer Kaffeemaschine, die zwecks Energieeinsparung nicht dau- ernd warmgehalten werden soll. Besteht die Brühkammer aus einem nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Material, ist die Brühtempe¬ ratur, die auf den Geschmack des Kaffees einen sehr empfindlichen Einfluss hat, bedeutend unabhängiger davon, ob die Brühkammer kalt oder durch eine vorangehende Brühung bereits heiss ist. Das heisst mit anderen Worten, dass trotz der Energieeinsparung die Kaffeequalität konstant hoch gehalten werden kann.
Ferner kann das erfindungsgemäss hergestellte Material in verschiedenen An- Wendungen als thermisches Isolationsmaterial verwendet werden. Nebst seiner thermischen Isolationsfähigkeit hat es die vorteilhafte Eigenschaft, dass es bei hohen Temperaturen eingesetzt werden kann, ohne beschädigt zu werden. Andere thermische Isolationsmaterialien wie Schaumstoff, Holz etc. versagen bei Temperaturen über ca. 200 °C; das erfindungsgemäss hergestellte Material hingegen kann auch bei noch höheren Temperaturen eingesetzt werden und wirkt thermisch isolierend.