Keramischer Isolator. Die Erfindung bezieht sich auf einen keramischen Isolator für hohe Wechselspan nung hoher Frequenz, z. B. zur Anwendung als Elektrodenstütze in Entladungsröhren.
5 Die üblichen keramischen Isolierstoffe ein schliesslich der in Radioröhren häufig an gewendeten Metalloxyde veranlassen hohe Verluste, besitzen eine hohe Dielektrizitäts- konstante und werden in Hochfrequenzfeldern i sehr heiss. So kann z. B. eine aus derartigem Material hergestellte Elektrodenstütze in einer Radioröhre, die bei 70 MHz betrieben wird, infolge des im Isolator erzeugten Stromes schmelzen. Ein Isolator für Radio- 5 röhren soll jedoch geringe Verluste geben, ferner soll er mechanisch kräftig und einfach herzustellen sein und sich im Vakuum leicht entgasen lassen.
Im Hinblick auf eine ein fache Herstellung, insbesondere bei Massen erzeugung, soll der Isolator innerhalb eines grossen Temperaturbereiches bis zur ge wünschten Härte gebacken werden können, ohne dass Vitrifikation auftritt.
Die Erfin dung betrifft nun einen keramischen Isolator mit guten mechanischen und isolierenden Eigenschaften, dessen Backtemperatur sich innerhalb weiter Grenzen ändern kann und der bei Anwendung von Ultrahochfrequenz- wecUselstrom geringe' dielektrische Verluste veranlasst, sogar bei hoher Temperatur.
Der poröse, nicht glasartige keramische Isolator besteht nach der Erfindung aus 75 bis 96 Gewichtsprozenten Magnesiumoxyd und im übrigen aus Siliziumoxyd und Alu miniumoxyd in einem Verhältnis von 1,9 bis 5,
0 Gewichtsteilen Siliziumoxyd zu einem Gewichtsteil Aluminiumoxyd. Beide letzt genannten Oxyde dienen als Bindemittel für das zermahlene und ebenfalls zusammen backende Magnesiumoxyd und können bei der Herstellung des Isolators dem Magne- siumoxyd in. Form von Talk und alkali- freiem Kaolin zugesetzt werden.
Ein Ausgangsgemisch, das vor dem Brennen aus 70-95 Gewichtsprozent Magne- siumoxyd, 1,5-21 Gewichtsprozent reinem Talk und 1,5-21 Gewichtsprozent reinem Kaolin besteht, wobei das Verhältnis von Kaolin zu Talk sich zwischen 0,4 und 2,3 be wegen darf, hat nach dem Brennen einen Ge halt an Magnesiumoxyd von 75-96 Ge wichtsprozent, an Siliziumoxyd von 2,6-l8 Gewichtsprozent und an Aluminiumoxyd von 0,6-8,6 Gewichtsprozent. Das Verhält nis zwischen dem Siliziumoxvd und dem Aluminium nach dem Brennen schwankt zwischen 1,9 und 5,0.
Zur Erläuterung der Erfindung sei darauf hingewiesen, dass ein Gehalt von mehr als etwa 96 Gewichtsprozenten Magnesiumoxyd im fertigen Isolator den letzteren spröde und leichtreissend macht, während ein Gehalt von weniger als 7 5 Gewichtsprozenten Magne- siumoxvd unerwünschte dielektrische Ver luste in L ltrahochfrequenzfeldern herbei führt.
Weiterhin ist das Gewichtsverhältnis zwischen Kaolin und Talk im Ausgangs gemische deshalb zwischen 0,4 und 2,3 ge wählt, weil ein grösserer Talkgehalt die Viskosität des bei der Backtemperatur ent stehenden glasigen Bindemittels verringert, so dass Entmischung des festen llagnesium- oxyds auftreten könnte; ist der Kaolingehalt grösser als das genannte Verhältnis, so wird die mechanische Festigkeit des Isolators geringer.
Der erfindungsgemässe Isolator kann bei spielsweise wie folgt hergestellt werden: Als Magnesiumoxyd wird eine im Handel erhältliche Qualität mit weniger als 0,02 Ge wichtsprozent Alkali, die gegebenenfalls ge schmolzen gewesen sein kann, verwendet. Ist das i#lagnesiumoxyd nicht geschmolzen ge wesen, so wird es vorzugsweise während 1 Stunde bei 1500-1600 C kalziniert, bevor es angewendet wird. Das Magnesiumoxyd wird in einer Kugelmühle zermahlen, bis <B>90%</B> des Materials eine Feinheit von 2 ls und weniger erreicht hat, worauf es mit Hilfe eines Siebes von 40 Maschen je laufendes cm gesiebt wird.
In bezug auf Lackmus neu traler Talk wird pulverisiert und mit Hilfe eines Siebes von 130 Maschen je laufendes cm gesiebt, und Kaolin, vorzugsweise Han delskaolin, das frei von Unreinigkeiten ist, die dielektrische Verluste veranlassen können, wie Eisenoxyd und Alkali, wird auf eine Teilchengrüsse gebracht, die einem Sieb von 130 oder mehr Maschen je laufendes cm ent spricht.
Gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn die genannten drei Pulver in einem Ge wichtsverhältnis von 90% Magnesiumoxyd, 5 % Talk und 5 % Kaolin gemischt werden. Zur Herstellung eines Isolators aus einem derartigen Pulvergemische werden 300 g des Gemisches 250 cm' Tetrachlorkohlenstoff und 18 g eines organischen Bindemittels wie Paraffin zugesetzt, worauf in einer Por- zellankugelmühle gemahlen wird.
Nachdem nach langem Mahlen die Teilchen des Ge misches vollkommen und gleichmässig mit Paraffin bekleidet worden sind, wird der Tetrachlorkohlenstoff dadurch aus dem Ge mische ausgetrieben, dass letzteres während 12 Stunden bei etwa 1l0 C an der Luft er hitzt wird. Das getrocknete Gemisch wird zerrieben, mit Hilfe eines Siebes von 16 Maschen je laufendes cm gesiebt und dann mittels einer Stempelpresse mit Stahlform in die gewünschte Form gepresst, z. B. unter einem Druck von 350 kg/cm'. Ein derartiges Pressstück ist ohne Bruchgefahr zu hand haben.
Bevor das Pressstück gebacken wird, wird es vorzugsweise in Luft einer Vor erhitzung in der Weise unterworfen, dass zu nächst die Temperatur langsam auf 220 C gesteigert und diese Temperatur während 6 Stunden aufrechterhalten wird; dann wird die Temperatur bis auf 800 C erhöht und während 45 Minuten auf diesem Wert gehal ten, worauf sie bis auf 1100 C gesteigert wird, welche Temperatur gleichfalls 45 Mi nuten lang eingehalten wird; dann wird langsam abgekühlt. Infolge dieser Vor erhitzung wird das Paraffin ausgetrieben und erhält das Material eine hinreichende Festigkeit und Zusammenhang, um erforder lichenfalls mechanisch bearbeitet werden zu können.
Das eigentliche Backen des Isolators erfolgt in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1450 C während 1 Stunde, wodurch ein gut zusammenhängen der Körper entsteht, der für die üblichen Anwendungen von Isolatoren, z. B. als Elek- trodenstütze in einer Radioröhre, eine genü gende Festigkeit besitzt. Die Oberfläche des auf diese Weise erhaltenen porösen Isolators unterscheidet sich von der glasartigen, wechselfarbigen Oberfläche verglaster kera mischer Isolatoren durch ein gleichmässig satinweisses Aussehen.
Der Isolator ergibt einen Verlustwinkel von nur 3.10-4 bei 400 C in einem Feld mit einer Frequenz von 70 MHz und eignet sich vorzüglich zur An wendung bei hohen Frequenzen. Er eignet sich besonders zur Massenerzeugung. Die Backtemperatur, die zum Erhalten eines kräftigen und gut porösen Produktes erfor derlich ist, ist verhältnismässig niedrig und ein genaues Innehalten einer bestimmten Backtemperatur, wie bei der Herstellung der üblichen Metalloxydisolatoren, ist nicht er forderlich.
Zur Erläuterung der Erfindung sei noch folgendes bemerkt: Siliziumoxyd allein ist als Bindemittel für Magnesiumoxydteilchen bei Temperaturen unterhalb 1720 C wenig geeignet. Kaolin kann bereits bei Tempera turen von 1200 C als Bindemittel auftreten. Bei Anwendung eines Gemisches von Kaolin und Talk innerhalb eines geräumigen Tempe raturbereiches ein Silikatglas hoher Viskosi tät gebildet, das die Magnesiumoxydteilchen zusammenbindet und bei Temperaturen unterhalb 1600 C mit dem festen Magne- siumoxyd gut vermischt bleibt.
Obwohl der Isolator, vorzugsweise aus den im Handel er hältlichen Pulvern von Magnesiumoxyd, Talk und Kaolin erzeugt wird, kann er selbst verständlich auch in der Weise hergestellt werden, dass die Metalloxyde, aus denen der Talk und das Kaolin im wesentlichen be- stehen, mit dem Magnesiumoxyd vermischt werden und die Verhältnisse, unter denen gebacken wird, einem derartigen Gemisch an gepasst werden.
Reines Kaolin frei von Alkali und von andern Unreinigkeiten, besteht in der Hauptsache aus etwa 40 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd, etwa 46 Gewichtsprozent Siliziumoxyd und im übrigen aus Wasser; reiner Talk besteht aus etwa 32 Gewichts prozent Magnesiumogyd, etwa 64 Gewichts prozent Siliziumoxyd und im übrigen aus Wasser.
Das Verhältnis von Siliziumoxyd und Aluminiumoxyd eines natürlichen Kaolins kann sehr verschieden sein, während im na türlichen Talk häufig freies Siliziumoxyd nebst Magnesiumsilikat vorhanden ist. Der Metalloxydgehalt in einem Isolator gemäss der Erfindung ist daher von den Kaolin- und Talksarten abhängig, die als Ausgangs produkte benutzt werden.