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Isolieriormstücke für elektrotechnische Zwecke.
Die Elektrotechnik hat einen steigenden Bedarf an Isolierstoffen anorganischer Zusammensetzung, die überwiegend nach keramischer Arbeitsweise verformt werden. Auf Specksteinbasis wurden veredelte Steatitstoffe entwickelt, die im fertig gebrannten Zustand aus kristallisiertem Magnesiumsilikat bestehen und durch besonders niedrigen dielektrischen Verlust ausgezeichnet sind. Anderseits wurden auf Rutil (Titandioxyd) basis Stoffe mit hoher Dielektrizitätskonstante entwickelt, die als Dielektrikum im Kondensatorenbau eine wichtige Verwendung finden.
Wenn auch diese Stoffe in vielen Fällen vollkommen den Ansprüchen genügen, so bleibt doch das Bedürfnis nach Vervollkommnung bzw. nach einer Vereinigung der verschiedenen Vorzüge in einem einzigen Isolierstoff bestehen.
Erfindungsgemäss ist eine bisher unbekannte Gruppe keramischer Stoffe aufgefunden und für die Technik erschlossen worden, welche geeignet ist, auch gesteigerten Anforderungen und erschwerten Bedingungen des elektrophysikalischen Gerätebaues zu genügen. Es handelt sich um Stoffe, die im wesentlichen aus einer Mischung von Magnesiumoxyd und Titandioxyd erbrannt. werden und demzufolge zur Gänze oder zum Teil aus Magnesiumtitanat bestehen. Magnesiumoxyd-in freier, nicht an Kieselsäure gebundener Form-und Titandioxyd gehen im keramischen Brande Verbindungen mit einander ein. Es sind die Verbindungen MgO. Ti02, MgO. 2 Ti02, 2 MgO. Ti02 und 3 MgO. 2 TiOz bekannt.
Entsprechend seinem Anteil an Titandioxyd ist die Dielektrizitätskonstante dieses Stoffes recht hoch.
So enthält eine Masse von der stoechiometrischen Zusammensetzung MgO. Tir : rund 33 Gewichtsteile Magnesiumoxyd und rund 67 Gewichtsteile Titandioxyd, wodurch die Dielektrizitätskonstante gegenüber derjenigen des Porzellans bereits vervielfacht wird. Es ist jedoch durchaus nicht notwendig, die Zusammensetzung der Masse genau entsprechend den stoechiometrischen Zusammensetzungen der Magnesiumtitanate zu wählen, vielmehr kann auch eine der beiden Komponenten im Überschuss vorhanden sein. Soll die Dielektrizitätskonstante hoch sein, so wird überschüssiges Titandioxyd eingeführt, im andern Falle überschüssiges Magnesiumoxyd. Schliesslich kann auch natürliches mineralisches Magnesiumtitanat in die Masse eingeführt werden, soweit die natürlichen Verunreinigungen sich in zulässigen Grenzen halten.
Die geschilderten Magnesiumtitanatmassen vereinigen in sich hohe Härte, erhebliche Feuerfestigkeit, gutes Isolationsvermögen auch bei hoher Temperatur, niedrigen dielektrischen Verlustfaktor und gesteigerte Dielektrizitätskonstante. Wichtig ist hinzuzufügen, dass die Abhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten von der Temperatur sich in besonders engen Grenzen hält.
Die Mischung von Magnesiumoxyd und Titandioxyd ist an sich wenig plastisch. Die keramische Presstechnik erlaubt jedoch noch eine recht reichhaltige Verformung auch bei wenig oder halbplastischen Gemischen. Wenn es unumgänglich notwendig ist, beispielsweise zur Herstellung von Rohren, eine plastischere Masse zu verarbeiten, so muss vorsichtig, in möglichst geringer Menge zur Plastifizierung Tonsubstanz, Bentonit oder ein anderes plastisches Aluminiumsilikat zugesetzt werden. Natürlich können auch organische Hilfsstoffe ohne Schaden zugefügt werden. Die ziemlich hohe Bildungstemperatur der Magnesiumtitanate legt es nahe oder nötigt unter Umständen sogar dazu, Flussmittel in den Versatz einzuführen. Bei einer wahllosen Verwendung der bekannten Flussmittel werden die dielektrischen Eigenschaften in der Regel stark herabgemindert.
Die besten Erfolge erzielt man durch Einführung
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weiterer Erdalkaliverbindungen, so dass sich gut kristallisierende Mischungen von Magnesiumtitanat mit Caleiumtitanat oder Bariumtitanat bilden.
Titandioxyd kann als Rutil nur dann eingeführt werden, wenn nur mässige Ansprüche an Reinheit der Farbe und an Güte der dielektrischen Eigenschaften gestellt werden. Andernfalls ist ein chemisch gereinigtes und gefälltes Produkt zu verwenden. Dieses : kann in roher oder auch in vorgebrannter Form verwendet werden. Auch das Magnesiumoxyd bietet versehiedene Zustandsmögliehkeiten : Hydroxyd, Magnesia usta, gebrannte Magnesia, geschmolzene Magnesia. Zweckmässig wird die rohe Masse so aufgebaut, dass sowohl künstlieh verdichtete als auch rohe lockere Stoffanteile im Gemisch vorhanden sind.
Der erfindungsgemässe keramische Isolierstoff findet besonders vorteilhafte Anwendung bei Sockeln für Elektronenröhren. In der modernen Kurzwellentechnik werden möglichst verlustfreie Isoliermaterialien zum Aufbau der Geräte, und deren Einzelteile verwendet. Eine grosse Verlustquelle liegt bekanntermassen in den Elektronenröhren selber, weil deren metallische Zuleitungen auf einem verhältnismässig kleinen Raum nebeneinander angeordnet sein müssen. Die Verwendung des praktisch verlustfreien Quarzglases ist an dieser Stelle nur bedingt möglich, weilinfolge der zu grossen Verschiedenheit der Ausdehnungskoeffizienten von Quarz und Metall die vakuumdichte Einschmelzung der Zuführungsdrähte mit einfachen Mitteln nicht zu erreichen ist.
Es sind daher für Elektronenröhren bereits Sockel aus keramischem Isolierstoff vorgeschlagen worden, der im wesentlichen aus Magnesiumsilikat besteht. Die mit diesen Isolierstoffen ausgeführten Versuche haben gezeigt, dass sie den bei der Verwendung an Elektronenröhren auftretenden besonderen Bedingungen noch nicht in jeder Hinsicht gewachsen sind. Wird nämlich der Versatz des Sockelmaterials
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Güte. Umgekehrt bedarf ein Sockel aus weitgehend verlustfreiem Magnesiumsilikatisolierstoff zum Zusammenbau der Röhre besonderer Spezialgläser, deren Gesamteigenschaften dem Elektronenröhrenbau nicht angepasst sind.
Durch die erfindungsgemässe Anwendung des neuen keramischen Isolierstoffes wird ein Sockel geschaffen, der sich einerseits ohne jede Schwierigkeit mit den im Elektronenröhrenbau üblichen Bleigläsern verschmelzen lässt, dessen dielektrische Güte anderseits die der Magnesiumsilikatstoffe übertrifft und der des Quarzglases nahekommt.
Wie bereits erwähnt, ist es nicht notwendig, die Zusammensetzung der Masse genau entsprechend den stoechiometrischen Zusammensetzungen der Magnesiumtitanate zu wählen, vielmehr kann auch eine der beiden Komponenten im Überschuss vorhanden sein. Da ein hoher Ti02-Gehalt die Dielektrizitätskonstante des Isolierstoffes erhöht, was für Elektronenröhrensockel unerwünscht ist, so arbeitet man zweckmässig mit solchen Versätzen, in denen Ti02 gegenüber dem MgO mengenmässig zurücktritt, doch kann der Anteil an Ti02 25% der Masse betragen.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Isolierformstücke für elektrotechnische Zwecke, wie z. B. keramische Elektronenröhrensockel, dadurch gekennzeichnet, dass sie im wesentlichen aus einer Mischung von Magnesiumoxyd und Titandioxyd erbrannt sind und zur Gänze oder zum Teil aus Magnesiumtitanat bestehen.