DD148761A1 - Verfahren zur herstellung glasierter vitrokeramerzeugnisse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von glasierten, mindestens jedoch teilweise glasierten Erzeugnissen aus maschinell bearbeitbarem Vitrokeram fuer die Materialsubstitution und fuer neue Einsatzgebiete. Das Verfahren realisiert die Erzeugung einer Glasurschicht ohne spezielle technologische Schritte gleichzeitig mit der Urformung und gestattet es, den Vorteil der maschinellen Bearbeitbarkeit an dafuer vorgesehenen Stellen des Erzeugnises zu erhalten. Die Glasierung wird durch Formen hoher Waermeleitfaehigkeit bei Einhaltung definierter Bereiche fuer Grenzflaechentemperaturen an den Kontaktstellen Schmelze/Form im Bereich von 200 bis 800 Grad C erreicht. Bei der Durchfuehrung des Verfahrens sind die Verfahrensschritte -Urformung/Glasierung -Entformung -Kuehlung auf Raumtemperatur abzuarbeiten. D. Verfahren kann z.B.fuer eine Presz-, Schleuder-, Walz- und Giesztechnologie Anwendung finden.

Description

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Verfahren zur Herstellung glasierter Vitrokeramerzeugnisse Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von glasierten, mindestens jedoch teilweise glasierten Erzeugnissen insbesondere aus maschinell bearbeitbarem Vitrokeram für die Materialsubstitution und für neue Einsatzgebiete.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Aufbringen von Glasuren auf Vitrokeram ist bekannt. Die hierfür verwendete Technologie entspricht der keramischen Glasiertechnologie, bei der die Glasur im Spritzverfahren auf den Vitrokeramscherben aufgebracht und anschließend eingebrannt wird·

Der Glasurbrand kann mit der technologischen Stufe der Keramisierung verbunden werden, die bei nicht spontan kristallisierenden* Vitrokeramen ohnehin notwendig ist. Die Glasur wird nach einer speziellen Vorschrift angefertigt und unterscheidet sich in ihrer chemischen Zusammensetzung grundsätzlich von der des Vitrokeram. Bei einem maschinell bearbeitbaren Vitrokeram nach WP 190628 entfällt die technologische Stufe der Keramisierung. lin Glasurbrennprozeß läßt sich hier nicht mit der sonst für Vitrokerame typischen Wärmenachbehandlung koppeln. Eine Glasierung durch Aufspritzen und Einbrennen der Glasur würde technisch aufwendig und ökonomisch ungünstig sein.

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Ziel der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine Gebrauchswerterhöhung voD vorwiegend maschinell bearbeitbaren Erzeugnissen aus spontan kristallisierendem Yitrokeram durch eine gezielte Ausbildung glasierter Oberflächen. Die Vorteile der maschinellen Bearbeitung an dafür vorgesehenen Stellen der Oberfläche bzw. im Innern der Erzeugnisse sowie die Möglichkeiten einer erzeugnisnahen Urformung werden dabei erhalten. Infolge der hohen Abkühlgeschwindigkeiten bilden sich an den behandelten Stellen der Oberfläche feinkristalline Fluorglimmerkristalle heraus, die in ihrer Größe bis zu drei Zehnerpotenzen unter denen der unbehandelten Stellen liegen.

Unabhängig von der angewendeten Urfo rmungstech.no log ie für Erzeugnisse aus maschinell bearbeitbarem Vitrokeram zeichnen sich alle nach diesem Verfahren hergestellten Erzeugnisse durch das Vorhandensein von Glasurschichten auf der gesamten oder definierten Teilen der Oberfläche aus, wobei die Glasurschicht die gleiche chemische Zusammensetzung wie das Grundmaterial hat, Schichtdicken im Bereich von 0,05 bis 5 nun. aufweist und innerhalb dieser Schichtdicke ein kontinuierliches Anwachsen der Kristallgrößen der Fluorglimmerkristalle von 0,05 his 50/um erfolgt. Bedingt durch diesen kontinuierlichen Übergang wird gleichzeitig eine hohe Haftfestigkeit der Glasurschicht auf der Grundmasse erreicht. Desweiteren ist diese Glasur unanfällig gegen für keramische Erzeugnisse typische Haarrißbildung, da Spannungsdifferenzen zwischen Glasur und Grundmaterial infolge unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung oder Porosität nicht möglich sind. Die behandelte Erzeugnisoberfläche weist eine Glasurschicht von glattem, glänzendem Aussehen auf, besitzt eine geringe Oberflächenrauhigkeit, eine höhere chemische Korrosionsbeständigkeit sowie eine erhöhte Härte und Verschleißfestigkeit. "

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es gestattet, Erzeugnisse aus maschinell bearbeitbarem Vitrokeram an ihrer gesamten Oberfläche, mindestens gedoch Teilen ihrer Oberfläche ohne zusätzliche technologische Stufen mit einer Glasur zu versehen, die den Gebrauchswert der Erzeugnisse erhöht und die genannten Mangel bei Anwendung der bisherigen technologischen Lösungen für den vorliegenden Fall überwindet.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf der Entdeckung, daß Schmelzen zur Herstellung von maschinell bearbeitbarem Vitrokeram, die bei der Abkühlung während der Urforinung die gewünschten Kristallphasen ausbilden, in Abhängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit bei gleichen Hauptkristallphasen nach unterschiedlichen Mechanismen kristallisieren und dabei neben unterschiedlichen KristalIträchten vor allem die Hauptkristallphase Fluorglimmer in den Kristallgrößen über mehrere Zehnerpotenzen variiert werden kann.

Es wurde gefunden, daß es möglich ist, aus Schmelzen maschinell bearbeitbarer Vitrokerame im System RpO-MgO-FeO/Fe₂O~- Al₂O^-SiO₂-F (mit R₂O = Na₂O und/oder K₂O), die die Eigenschaft aufweisen, während ihrer Abkühlung im Temperaturbereich von 125O⁰C auf 90O⁰C als Hauptkristallphase Fluorglimmerkristalle auszubilden, bei Einhaltung bestimmter definierter Abkühlbedingungen für die Oberfläche bzw. für das Innere der gewünschten Erzeugnisse, Erzeugnisse mit einer Glasurschicht in einem Arbeitsgang mit der Urformung herzustellen. Dazu realisiert man im Hauptteil der das Erzeugnis bildenden Schmelze Abkühlgeschwindigkeiten im Bereich von 20 bis 50Q°C/min, während die Oberfläche des Erzeugnisses oder definierte Teile der Erzeugnisoberfläche spontan auf Grenzflächentemperaturen im Bereich von 200 bis 800 C abgekühlt werden und diese Grenzflächentemperatur in der ersten Minute der Urformung innerhalb einer Toleranz von * 5O⁰C aufrechterhalten wird.

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Bei dieser Verfahrensweise "bilden sich im Innern der Erzeugnisse bzw. an unbehandelten Stellen ihrer Oberfläche die für maschinell bearbeitbares Vitrokeram typischen Fluorglimmerkirstallstrukturen heraus, während an den Stellen der Erzeugnisoberfläche, die auf Grenzflächentemperaturen zwischen 200 und 800⁰C abgeschreckt worden sind, eine glasurartige Oberflächenschicht gebildet wird, die die gleiche chemische Zusammensetzung wie die Grundmasse aufweist, sich von dieser jedoch in der Kristallphasenzusammensetzung und Kristallstruktur, insbesondere in den Kristalltrachten und Kristallgrößen der gebildeten Hauptkristallphase aus der Mischkristallreihe Fluorphlogopit - Biotit, unterscheidet.

Nachdem die Erzeugnisse auf eine mittlere Temperatur im Bereich von 500 bis 800⁰C abgekühlt sind, wird entformt und mit einer Geschwindigkeit entsprechend der Erzeugnisgröße und -geometrie im Bereich von 0,5 bis 30°C/min auf Raumtemperatur gekühlt.

Zur Durchführung des Verfahrens realisiert man die Grenzflächentemperaturen zwischen 200 und 800⁰C durch Formen hoher thermische Leitfähigkeit, vorzugsweise durch metallische Formen, über die thermische Leitfähigkeit des Formenmaterials sowie die Formentemperatur läßt sich die Dicke der Glasurschicht steuern. Eine hohe thermische Leitfähigkeit des Formenmaterials führt zu einer Erhöhung der Schichtdicke, während eine Steigerung der Formentemperatur zu einer Abnahme der Schichtdicke der Glasur führt. Ebenso läßt sich bei festgelegter thermischer Leitfähigkeit und Temperatur des Formenmaterials die Dicke der Glasurschicht durch die Dimensionierung der Formen bzw. deren konstruktive Gestaltung beeinflussen. '

Als günstig für die Durchführung des Verfahrens haben sich Formentemperaturen für Formen hoher thermischer- Leitfähigkeit im Bereich zwischen 20 und 700⁰C, vorzugsweise 400 bis 500⁰C, erwiesen. Die Temperaturen in diesem Bereich lassen sich durch eine Formenbeheizung bzw. -kühlung und/oder über die Taktzeit

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bei der Urformimg der Vitrokeramschmelze realisieren und steuern. Dabei können die Formen hoher thermischer Leitfähigkeit im einfachsten Falle entsprechende Urformungswerkzeuge für eine Preß-, Schleuder- oder Gießtechnologie sein. Es können jedoch auch speziell gestaltete Formen hoher thermischer Leitfähigkeit zur Behandlung definierter Oberflächenpartien des Erzeugnisses sein, an denen die vorteilhaften Kristallstrukturen erzielt werden sollen» .

So ist es ohne weiteres möglich, durch Kombination von Formenmaterialien unterschiedlicher thermischer Leitfähigkeit und deren geometrischer Anordnung Glasurschichten an ganz bestimmten Oberflächenpartien zu erzeugen, während die restliche Oberfläche des Erzeugnisses die für maschinell bearbeitbares Vitrokeram typischen Kristallstrukturen beibehält. Ebenso kann man durch Einlage von Formenmaterial geringer thermischer Leitfähigkeit in eine Form hoher thermischer Leitfähigkeit die Ausbildung der Glasurschicht an bestimmten Stellen der Oberfläche des Erzeugnisses unterdrücken. In welcher Weise man verfährt, hängt ausschließlich von praktischen Erwägungen bei der Verfahrensgestaltung ab.

Von Vorteil für die Ausbildung einer qualitativ hochwertigen Glasur ist die Ausnutzung eines erhöhten Anpreßdruckes der Schmelze an die Form, wie er z. B. durch den Einfluß der Zentrifugalkraft bei einer Schleudertechnologie gegeben ist. Zur Herstellung von plattenförmigen Erzeugnissen, die einseitig mit einer glatten Glasuroberfläche geringer Rauhigkeit versehen werden sollen, kann als Form hoher thermischer Leitfähigkeit auch die Oberfläche einer Metallschmelze entsprechender Temperatur verwendet werden. ·

Bei der Durchführung des Verfahrens ist zur Erzeugung reproduzierbarer Strukturen und Schichtdicken für die Glasurschicht eine exakte Temperaturmessung an der Form unerläßlich. Während diese Messung im allgemeinen nach bekannten Verfahren durchge-

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führt wird, kommt bei der Durchführung des Verfahrens mit rotierenden Formen zur Temperaturmessung eine Schleifring-Bürste-Kombination zur Anwendung.

Ausführung sbe i spie1

Die Erfindung soll anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

1. Ein Schmelzposten spontan kristallisierender Schmelze zur Herstellung von Erzeugnissen aus maschinell bearbeitbarem Vitrokeram mit einer Temperatur von 135O⁰C wird in eine rotierende Schleuderform aus Grauguß oder Stahl mit einer Formentemperatur von 400 C eingegossen und durch die konstruktive Gestaltung der Form während der ersten Minute der Urformung eine Grenzflächentemperatur an den Kontaktstellen ßchmelze/Form von (520 - 50) ⁰C aufrechterhalten, während das Innere des Erzeugnisses mit einer Geschwindigkeit von (400 i 100) °C/min abgekühlt wird.

Nach Erreichen -einer mittleren Erzeugnistemperatur von 600⁰C wird das Erzeugnis der Form entnommen und mit 30°C/min auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Erzeugnis besitzt eine glänzende, glatte Glasurschicht von 1 mm Dicke.

2. Schmelze wie im Beispiel 1 beschrieben, wird in eine Preßform aus legiertem Stahl mit einer Formentemperatur von 500⁰C eingegossen und durch die konstruktive Gestaltung der Form beim Preßvorgang in der ersten Minute auf der gesamten Erzeugnisoberfläche eine Grenzflächentemperatur von (600 i 50) ⁰C aufrechterhalten. Der Preßling wird nach Erreichen einer mittleren Temperatur von 500⁰C entformt und mit 15°C/min auf Raumtemperatur abgekühlt.

Die Glasurschichtdicke beträgt etwa 0,5

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3. Schmelze wie im Beispiel Λ beschrieben, wird, in eine Graugußkokillenform mit einer Formtemperatur von 20⁰C eingegossen. Entsprechend der konstruktiven Gestaltung der Form wird in der ersten Minute der Urformung eine Grenzflächentemperatur von (200 - 5O)⁰C eingestellt, während das Innere des Erzeugnisses mit 100°C/min abgekühlt wird. Das Gußstück wird nach Erreichen einer mittleren Temperatur von 70O⁰C entformt, mit einer Geschwindigkeit von 5°C/min auf Raumtemperatur abgekühlt und besitzt an den Kontaktstellen zum Formenmaterial eine 2 mm dicke, glänzende und leicht wellige Glasurschicht mit erhöhter Oberflächenhärte.

4. Schmelze wie im Beispiel 1 beschrieben, wird in eine vorgewärmte Kokillenform aus legiertem Stahl gegossen. Entsprechend der konstruktiven Gestaltung der Form wird in der ersten Minute der Urformung eine Grenzflächentemperatur von (750 i 5O)⁰C aufrechterhalten, während das Innere des Gußstückes mit einer Geschwindigkeit von 20°C/min abgekühlt wird.

Das Erzeugnis wird nach Erreichen einer mittleren Temperatur von 800⁰C entformt, mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/min auf Raumtemperatur abgekühlt und besitzt eine 0,3 mm dicke, glänzende und glatte Glasurschicht.

5. Schmelze wie im Beispiel 1 beschrieben,wird in eine teilweise mit Formsand beschichtete Kokillenform aus Stahl mit einer Formtemperatur von 20⁰C gegossen.

Nach Erreichen einer mittleren Temperatur von 650⁰C wird das Erzeugnis entformt und mit einer Geschwindigkeit von 2°C/min auf Raumtemperatur gekühlt. An den mit Formsand beschichteten Stellen fehtl die Glasurschicht, die Erzeugnisoberfläche ist gut bearbeitbar, und an den Kontaktstellen Schmelze/Stahl bildet sich analog Beispiel 3 eine Glasurschicht von 2 mm Dicke aus.

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6. Schmelze wie im Beispiel 1 beschrieben, wird in eine Sandform gegossen, in die eine Stahlplatte von 20⁰C an einer Stelle eingelegt wurde, wo an der Oberfläche des Erzeugnisses eine verschleißfeste Schicht erzeugt werden soll. Bei einer mittleren Temperatur von ?oo°C wird das Erzeugnis entformt und mit 0,8°C/min auf Raumtemperatur abgekühlt. Während die Kontaktfläche Sand/Schmelze gut bearbeitbar ist, ist die Kontaktfläche Stahlplatte/Schmelze mit einer 1 mm dicken verschleißfesten Glasurschicht bedeckt.

7. Schmelze wie in Beispiel 1 beschrieben, wird auf die Oberfläche eines Zinnbades gegossen, das eine Temperatur von 600⁰C anweist.

Nach Erreichen einer Temperatur von 650⁰C wird die Platte entnommen und mit einer Geschwindigkeit von 10°C/min auf Raumtemperatur gekühlt. Die Kontaktstelle Schmelze/Zinnbad weist eine 0,3 ium dicke glatte, glänzende Glasurschicht auf.

Claims (4)

-9" 21 8 462 j&rf indunff san spruch

1. Verfahren zur Herstellung glasierter Vitrokeramerzeugnisse unter Verwendung bekannter Formgebungstechnologien, wie

z. B. Preß-, Schleuder-, Gieß- oder Walztechnologien, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer bei ihrer Abkühlung spontan kristallisierenden Schmelze in einem technologischen Schritt das Vitrokeramerzeugnis urgeformt und gleichzeitig mindestens teilweise glasiert wird, wobei für die im Temperaturbereich von 1250 bis 900⁰C zu maschinell bearbeitbarem Vitrokeram kristallisierende Schmelze während der Urformung auf ihrer gesamten Oberfläche, mindestens jedoch an definierten Teilen der Oberfläche wenigstens in der ersten Minute der Urformung eine Grenzflächentemperatur im Bereich von 200 bis 800⁰C aufrechterhalten wird, während das Innere des Erzeugnisses bzw. unbehandelte Stellen seiner Oberfläche Abkühlgeschwindigkeiten im Bereich von 20 bis 500°C/min, vorzugsweise im Bereich von 20 bis 300°C/min, unterworfen werden, anschließend das Erzeugnis nach Erreichen einer mittleren Temperatur von 500 bis 800⁰C der Form entnommen wird und mit einer Abkühlgeschwindigkeit im Bereich von 0,5 bis 30°C/min auf Raumtemperatur abgekühlt wird, daß die Grenzflächentemperaturen der gesamten oder von definierten Teilen der Erzeugnisoberfläche durch Formenmaterial hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Metallformen, realisiert werden, daß das Formenmaterial hoher Wärmeleitfähigkeit eine Temperatur zwischen 20 und 70O⁰C, vorzugsweise zwischen 400 und 500 C, aufweist und über die Temperatur des Formenmaterials und/oder dessen Wärmeleitfähigkeit die Struktur und Dicke der gebildeten Glasurschicht gesteuert werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Temperatur der Formen hoher Wärmeleitfähigkeit

im Bereich von 20 bis 700⁰C durch Formenbeheizung bzw. -kühlung und/oder durch die Vitrokeramschmelze über die Taktzeit eingestellt wird.

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3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet^ daß bei rotierenden Formen hoher Wärmeleitfähigkeit die Messung der erforderlichen Formentemperatur durch ein Thermoelement erfolgt, dessen Meßwerte über eine Schleifring-Bürste-Kombination der Auswertung zugeführt werden.

4·. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet_r daß die Formen hoher Wärmeleitfähigkeit durch die Oberfläche einer tallschiaelze gebildet werden.