DD241895A1 - CERAMIC MASS AND A CERAMIC MATERIAL MADE FROM HERB - Google Patents

CERAMIC MASS AND A CERAMIC MATERIAL MADE FROM HERB Download PDF

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DD241895A1
DD241895A1 DD28188085A DD28188085A DD241895A1 DD 241895 A1 DD241895 A1 DD 241895A1 DD 28188085 A DD28188085 A DD 28188085A DD 28188085 A DD28188085 A DD 28188085A DD 241895 A1 DD241895 A1 DD 241895A1
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DD
German Democratic Republic
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quartz
glass
ceramic
grain size
equal
Prior art date
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DD28188085A
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Udo Muecke
Gottfried Fischer
Wolfgang Schiller
Joachim Wiegmann
Ullrich Fritz
Wolfgang Guether
Walter Liebschwager
Original Assignee
Akad Wissenschaften Ddr
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0036Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents

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Abstract

Erfindungsbetreff ist eine keramische Masse auf der Basis von Glas und Quarz und ein aus ihr hergestellter dichter keramischer Werkstoff, der in seinen Eigenschaften den wesentlichen Anforderungen an elektrokeramische Werkstoffe des Typs KER 220 gemaess TGL 7838 genuegt. Erfindungsziel ist es, einen elektrokeramischen Werkstoff mit den Eigenschaften des Typs KER 220 gemaess TGL 7838 kostenguenstig und aus leicht verfuegbaren Rohstoffen zu entwickeln. Erfindungsaufgabe ist das Auffinden einer keramischen Masse auf der Basis von relativ niedrig schmelzendem Glas, leicht verfuegbarem Quarz und temporaeren Hilfsstoffen, aus der ohne Fluoridzusatz und ohne Kristallisation der Glasphase, durch Sintern unterhalb 1 300 K ein dichter Werkstoff herstellbar ist, der den wesentlichen Eigenschaftsanforderungen an elektrokeramische Werkstoffe des Typs KER 220 gemaess TGL 7838 entspricht. Erfindungsgemaess besteht die keramische Masse nach dem Ausbrennen der Hilfsstoffe aus 40 bis 60 Masse-% eines Quarzpulvers einer bestimmten Korngroesse und aus dem jeweils bis 100% zu ergaenzenden Masseanteil eines kristallisationsstabilen Silicatglaspulvers mit einer bestimmten Halbwertskorngroesse und bestimmten physikalischen Eigenschaften.The subject of the invention is a ceramic mass based on glass and quartz and a dense ceramic material produced therefrom which satisfies in its properties the essential requirements for electroceramic materials of the type KER 220 according to TGL 7838. The object of the invention is to develop an electroceramic material with the properties of the type KER 220 according to TGL 7838 at low cost and from readily available raw materials. It is the object of the invention to find a ceramic composition based on relatively low-melting glass, readily available quartz and temporary auxiliaries, from which a dense material can be produced without addition of fluoride and without crystallization of the glass phase, by sintering below 1 300 K, fulfilling the essential property requirements Electroceramic materials of the type KER 220 according to TGL 7838 corresponds. According to the invention, the ceramic mass after burning out the auxiliaries consists of 40 to 60% by weight of a quartz powder of a certain grain size and of the mass fraction of a crystallization-stable silicate glass powder with a certain half-value grain size and specific physical properties to be supplemented in each case up to 100%.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine keramische Masse auf der Basis von Glas und Quarz sowie einen aus ihr durch Sintern bei einer Temperatur unterhalb 1300 K gefertigten Werkstoff, der in seinen Eigenschaften den wesentlichen Anforderungen an elektrokeramische Werkstoffe des Typs KER 220 gemäß TGL 7838 genügt.The invention relates to a ceramic mass based on glass and quartz and a made of it by sintering at a temperature below 1300 K material whose properties meet the essential requirements of electroceramic materials of the type KER 220 according to TGL 7838.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Keramische Massen zur Herstellung von Werkstoffen gemäß KER 220 (TGL 7838) auf der Basis.natürlicher Magnesiumsilicate, Ton und Feldspat sind bekannt IM. Dabei ist auch der Einsatz synthetischer Magnesiumsilicate in Betracht gezogen wordenCeramic materials for the production of materials according to KER 220 (TGL 7838) based on natural magnesium silicates, clay and feldspar are known in the art . The use of synthetic magnesium silicates has also been considered

Durch einen Brennprozeß bei Temperaturen oberhalb 1600 K ist aus diesen keramischen Massen ein Scherben erhältlich, der neben einer Glasphase Protoenstatit als kristallinen Gefügebestandteil enthält. Durch verschiedene Zusätze zum Grundversatz oder durch einen geeigneten Austausch von Massekomponenten lassen sich das Gefüge des Scherbens und damit dessen Eigenschaften gezielt beeinflussen/1/; die Brenntemperatur wird jedoch nicht grundlegend gesenkt.By a firing process at temperatures above 1600 K from these ceramic masses a shard is available, which contains protoenstatite as a crystalline structural constituent in addition to a glass phase. By various additions to the basic offset or by a suitable exchange of mass components, the structure of the cullet and thus its properties can be specifically influenced / 1 /; However, the firing temperature is not lowered fundamentally.

Keramische Masse auf der Basis von Erdalkalialumoborosilicatglas und den kristallinen Phasen Korund bzw. Zirkon, aus denen bei Brenntemperaturen unterhalb von 1300 K dichte Werkstoffe erhalten werden, sind in den DD-PS 120.008; DD-PS 116.815 und DD-PS 119.200 beschrieben. Sie erfüllen die in der TGL 7838 für den Werkstofftyp KER 220 geforderten Eigenschaften. Zu ihrer Herstellung sind allerdings vergleichsweise teure kristalline Komponenten und hochschmelzende Gläser erforderlich.Ceramic compositions based on Erdalkalialumoborosilicatglas and the crystalline phases corundum or zirconium, from which dense materials are obtained at firing temperatures below 1300 K, are in DD-PS 120.008; DD-PS 116.815 and DD-PS 119.200 described. They fulfill the properties required in the TGL 7838 for the material type KER 220. For their preparation, however, relatively expensive crystalline components and refractory glasses are required.

In der DE-PS 2.706.659 wird eine Masse auf der Basis der Ausgangsstoffe leichtschmelzendes alkalihaltiges Glas und Quarz sowie bestimmter Fluoride vorgeschlagen. Aus ihr kann durch Brennen unterhalb von 1300 K ein Werkstoff hergestellt werden, der im wesentlichen den Eigenschaftsforderungen der TGL 7838 an die Werkstoffe des Typs KER 220 genügt. Des weiteren ist in der DD-PS 132.262 eine keramische Masse auf der Basis von Glas und Quarz angegeben, aus der Werkstoff gemäß KER 220 erhalten wird, wenn die Glasphase nach der Verdichtung in merklichem Umfang rekristallisiert. Der Nachteil der in den beiden letztgenannten Patenten vorgeschlagenen Massen liegt darin, daß das Erreichen einer Biegefestigkeit von 120MPa den Zusatz bestimmter Fluoride und/oder die Rekristallisation der Glasphase erfordert. Beides ist mit einem zusätzlichen technologischenIn DE-PS 2,706,659 a composition based on the starting materials of low-melting alkaline glass and quartz and certain fluorides is proposed. From this, a material can be produced by firing below 1300 K, which essentially meets the property requirements of the TGL 7838 on the materials of the type KER 220. Furthermore, DD-PS 132.262 discloses a ceramic mass based on glass and quartz, from which the material according to KER 220 is obtained when the glass phase recrystallizes to a considerable extent after densification. The disadvantage of the compositions proposed in the two last-mentioned patents is that the achievement of a flexural strength of 120 MPa requires the addition of certain fluorides and / or the recrystallization of the glass phase. Both are with an additional technological

-2- Ζ4Ί »SO-2- Ζ4Ί »SO

Aufwand, z.B. erhöhte Anforderungen an die Führung des Brennprozesses, Maßnahmen zur Vermeidung einer Fluor-Emission und höheren Rohstoffkosten, verbunden.Effort, e.g. increased demands on the management of the firing process, measures to avoid fluorine emission and higher raw material costs associated.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, einen elektrokeramischen Werkstoff mit den Eigenschaften des Typs KER 220 gemäß TGL 7838 kostengünstig und aus leicht verfügbaren Rohstoffen zu entwickeln.The aim of the invention is to develop an electroceramic material with the properties of the type KER 220 according to TGL 7838 inexpensively and from readily available raw materials.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine keramische Masse auf der Basis von relativ niedrigschmelzendem Glas, leicht verfügbarem Quarz und temporären Hilfsstoffen aufzufinden, aus derIt is an object of the invention to find a ceramic composition based on relatively low-melting glass, readily available quartz and temporary auxiliaries, from the

— ohne Zusatz anorganischer Fluoride- without addition of inorganic fluorides

— ohne Kristallisation der Glasphase- Without crystallization of the glass phase

durch einen im wesentlichen nichtreaktiven Sinterprozeß bei einer Temperatur unterhalb 1300 K ein dichter Werkstoff herstellbar ist, der aufgrund seiner substantiellen Zusammensetzung und einer spezifischen Gefügeausbildung den wesentlichen Eigenschaftsforderungen an elektrokeramische Werkstoffe des Typs KER 220 gemäß der TGL 7838 entspricht. Erfindungsgemäß besteht die keramische Masse nach dem Ausbrennen der Hilfsstoffe aus 40 bis 60Ma.-% eines Quarzpulvers, dessen Korngröße für mehr als 99,9% derTeilchen unter 0,010 mm und dessen d^-Wert der Korngrößenverteilung vorzugsweise unter0,005mm liegt, und aus dem jeweils bis 100%zu ergänzenden Masseanteil eines kristallisationsstabilen Silicatglaspulvers. Erfindungsgemäß hat das Silicatglaspulver eine Halbwertskorngröße d5o gleich oder kleiner als 0,005mm und weist darüber hinaus folgende Eigenschaften aufa dense material can be produced by a substantially non-reactive sintering process at a temperature below 1300 K, which corresponds to the essential property requirements of electroceramic materials of the type KER 220 according to the TGL 7838 due to its substantial composition and a specific microstructure. According to the invention, after the auxiliary materials have burned out, the ceramic mass consists of 40 to 60% by weight of a quartz powder whose grain size is less than 0.010 mm for more than 99.9% of the particles and whose particle size distribution is preferably less than 0.005 mm, and from US Pat in each case up to 100% to additional mass fraction of a crystallization-stable silicate glass powder. According to the invention, the silicate glass powder has a half-value grain size d 5 o equal to or less than 0.005 mm and moreover has the following properties

T9 gleich oder kleiner als 840KT 9 equal to or less than 840K

C1300...700K gleich oder größer als 8 · 10"6K"1 C1300 ... 700K equal to or greater than 8 · 10 " 6 K" 1

Τχίοο gleich oder größer als 550 KGleichοο equal to or greater than 550 K

tan δ gleich oder kleiner als 35 · 10"4 (tan δ bei 1 MHz)tan δ equal to or smaller than 35 x 10 "4 (tan δ at 1 MHz)

Das Quarzpulver besteht vorzugsweise aus einem quarzreichen Rohstoff mit mindestens 97Ma.-% Quarz, vorzugsweise aus einem Glassand, einem Quarzsand, einem Rückstand der Gesteinsaufbereitung, beispielsweise der Kaolinaufbereitung, oder einem Gemisch der genannten Komponenten, bzw. es kann durch Zerkleinern daraus in bekannter Weise hergestellt werden. Das Silicatglas hat vorzugsweise folgende chemische Zusammensetzung (in Mol.-%)The quartz powder preferably consists of a quartz-rich raw material with at least 97Ma .-% quartz, preferably from a glass sand, a quartz sand, a residue of rock treatment, such as kaolin treatment, or a mixture of the components mentioned, or it can be prepared by crushing it in a known manner getting produced. The silicate glass preferably has the following chemical composition (in mol%)

SiO2 65 bis 77SiO 2 65 to 77

AI2O3 3,0 bis 5,5Al 2 O 3 3.0 to 5.5

B2O3 0 bis 12B 2 O 3 0 to 12

BaO 1 bis 5BaO 1 to 5

Erdalkalimetalloxide 2,5 bis 8,5Alkaline earth metal oxides 2.5 to 8.5

Alkalimetalloxide 11 bis 16Alkali metal oxides 11 to 16

PbO 0bis2PbO 0bis2

Erfindungsgemäß erhält man durch Aufbereitung der keramischen Masse, Formgebung und im wesentlichen nichtreaktives Sintern bei einer Temperatur unterhalb 1300 K einen dichten keramischen Werkstoff mit einem Glas-Quarz-Pore-Gefüge, dessen Gefüge Quarzpartikel enthält, von denen mehr als 99,9% eine Korngröße kleiner als 0,001 mm aufweisen, wobei die Korngrößenverteilung im Werkstoff im wesentlichen der der keramischen Masse entspricht, die Quarzpartikel praktisch vollständig von der Glasphase benetzt und eingeschlossen sind, die Poren überwiegend in der Glasphase dispergiert und gerundet sind und der Scherben die wesentlichen für Elektrokeramik des Typs KER 220 gemäß TGL 7838 geforderten mechanischen und elektrischen Eigenschaften aufweist.According to the invention, by treating the ceramic mass, shaping and substantially non-reactive sintering at a temperature below 1300 K, a dense ceramic material having a glass-quartz-pore structure, the microstructure of which contains quartz particles of which more than 99.9% has a particle size have smaller than 0.001 mm, wherein the grain size distribution in the material substantially equal to the ceramic mass, the quartz particles are almost completely wetted and enclosed by the glass phase, the pores are dispersed and rounded mainly in the glass phase and the shards the essential for electroceramics of the type KER 220 according to TGL 7838 required mechanical and electrical properties.

Im Ergebnis einer Untersuchung zum Einfluß der Kerngrößenverteilung des in der Masse eingesetzten Quarzes wurde ein unerwartet hoher Festigkeitsanstieg beobachtet, wenn die Korngröße aller Quarzpartikel in der keramischen Masse und damit auch im Werkstoff einen Wert von 0,010mm und die Durchgangskorngröße dMder Korngrößenverteilung einen Wert von 0,005mm unterschreitet. Dieser Festigkeitsanstieg geht deutlich über das Maß hinaus, das bekannterweise bei einer schrittweisen Verringerung der mittleren Korngröße der Dispersphase erwartet werden kann und an dem untersuchten Glas-Quarz-Sintermaterial in einem Korngrößenbereich oberhalb der genannten Grenzwerte gefunden wurde. Überraschend ist auch, daß der unerwartet hohe Festigkeitsanstieg gerade dann eintritt, wenn das Verhältnis aus mittlerer Quarz- und mittlerer Glaskorngröße den Wert 1 erreicht bzw. unterschreitet und damit jenen Bereich verläßt, der in den DD-PS 115.104,132.262 und 114.250 beansprucht wird bzw. als Vorzugsbereieh gekennzeichnet ist. Gefüge- und Schallemissionsuntersuchungen deuten auf folgende Erscheinungen hin, die für den unerwarteten Effekt verantwortlich sein könnten: Bei einer schrittweisen Verringerung des mittleren Durchmessers der Dispersphasenpartikeln kommt es zu einer Annäherung an den für die spontane Mikrorißbildung kritischen Durchmesserwert bzw. zu dessen Unterschreitung. Dabei nimmt die Wahrscheinlichkeit der spontanen wie auch der alterungsbedingten Mikrorißbildung ab, bis schließlich eine nahezu mikrorißfreies Gefüge besonders hoher Festigkeit und Bruchzähigkeit vorliegt /3/.As a result of an investigation into the influence of the core size distribution of quartz used in the mass, an unexpectedly high increase in strength was observed when the grain size of all quartz particles in the ceramic mass and thus also in the material a value of 0.010mm and the passage grain size d M of the particle size distribution a value of 0.005mm falls below. This increase in strength goes far beyond the level which, as is known, can be expected with a gradual reduction in the average particle size of the disperse phase and was found on the examined glass-quartz sintered material in a particle size range above the stated limit values. It is also surprising that the unexpectedly high increase in strength occurs just when the ratio of mean quartz and average glass particle size reaches or falls below the value 1 and thus leaves that range which is claimed in DD-PS 115.104.132.262 and 114.250 or is marked as preferential. Microstructural and acoustic emission studies indicate the following phenomena that could be responsible for the unexpected effect: A gradual reduction of the mean diameter of the disperse phase particles leads to an approximation of the critical diameter for the spontaneous microcracking or its undershoot. The probability of spontaneous as well as age-related microcracking decreases until finally there is an almost micro-crack-free microstructure of particularly high strength and fracture toughness / 3 /.

Bei dieser dem Fachmann bekannten Betrachtungsweise bleibt allerdings eine die Festigkeit ebenfalls beeinflussende Größe, der Grad der Einbingung der Quarzpartikeln in das Matrixmaterial, unberücksichtigt.In this view known to those skilled in the art, however, a size which also influences the strength, the degree of the binding of the quartz particles into the matrix material, is disregarded.

Es wird stets von der Annahme ausgegangen, daß der Einbindungsgrad bereits hinreichend hoch ist somit praktisch keine Möglichkeit einer zusätzlichen Festigkeitssteigerung durch eine weitere Erhöhung des Einbindungsgrades besteht. Für das fluoridfreie Glas-Quarz-Sintermaterial ist jedoch eine im allgemeinen ungenügende und von Versatzaufbau und Sintertemperatur abhängige Quarzeinbindung charakteristisch. Erst mit der erfindungsgemäßen Quarzkorngrößenverteilung wird dieser Nachteil überwunden und gleichzeitig die über den oben diskutierten Korngrößeneffekt deutlich hinausgehende Festigkeitssteigerung erreicht. Die Verbesserung der Quarzeinbindung kann somit als Ursache dieses zusätzlichen Festigkeitsanstiegs angenommen werden.It is always assumed that the degree of integration is already sufficiently high, so there is practically no possibility of an additional increase in strength due to a further increase in the degree of integration. For the fluoride-free glass-quartz sintered material, however, a generally insufficient and dependent on the composition of the composition and sintering temperature quartz inclusion is characteristic. Only with the quartz grain size distribution according to the invention is this disadvantage overcome and, at the same time, the above-discussed grain size effect significantly exceeds the increase in strength achieved. The improvement in the quartz inclusion can thus be taken as the cause of this additional increase in strength.

Überdie Bedeutung des Verhältnisses aus Quarz- und Glaskorngröße können zurZeitnurVermutungen angestellt werden. Fest steht jedoch, daß bei der Annahme des Verhältniswertes ÖQ/aa die zum Erreichen des Verdichtungs'maxismus erforderliche Sintertemperatur anwächst und sich damit die Bedingungen für die Benetzung der Qarzteilchen durch das Matrixglas verbessern.For the time being, the meaning of the ratio of quartz and glass grain size can only be assumed. It is clear, however, that assuming the ratio Ö Q / aa, the sintering temperature required to reach the compression maximum increases and thus the conditions for the wetting of the quartz particles by the matrix glass improve.

Das Gefüge des Werkstoffs mit nahezu vollständiger Quarzeinbindung ist durch eine geringe Porenzahl und -größe sowie durch im Glas dispergierte und gerundete Poren gekennzeichnet. Die Anzahl der Rißbildungskeime und deren Rißbildungsneigung ist somit bedeutend geringer als bei demfluoridfreien Glas-Quarz-Sintermaterial des Standes der Technik.The structure of the material with almost complete quartz inclusion is characterized by a low pore number and size as well as by pores dispersed in the glass and rounded. The number of cracking nuclei and their tendency to crack are thus significantly lower than in the fluoride-free glass-quartz sintered material of the prior art.

Als glasiges Ausgangsmaterial für die erfindungsgemäße Masse können alle an sich kristallisationsstabilen Silicatgläser mit einem mittleren linearen Ausdehnungskoeffizienten von mindestens 8 · 10"6K"1 und einerTransformationstemperatur unterhalb der Hoch-Tief-Quarzumwandlung dienen.As a glassy starting material for the inventive composition can all serve a transformation temperature below the high-low quartz transition itself crystallization-stable silicate having an average linear expansion coefficient of at least 8 × 10 "6 K" 1 and.

Die elektrischen Eigenschaften des Glases müssen gewährleisten, daß der erfindungsgemäße Werkstoff den entsprechenden Forderungen an Werkstoffe des Typs KER 220 gemäßTGL7838 genügt. Ein dafür geeigneter Glaszusammensetzungsbereich istThe electrical properties of the glass must ensure that the material according to the invention meets the corresponding requirements for materials of the type KER 220 according to TGL7838. A suitable glass composition range is

SiO2 65 bis 77SiO 2 65 to 77

AI2O3 3,0 bis 5,5Al 2 O 3 3.0 to 5.5

B2O3 0 bis 12B 2 O 3 0 to 12

BaO Ibis 5BaO Ibis 5

Erdalkalimetalloxidealkaline earth metal oxides

(außer BaO) 2,5 bis 8,5(except BaO) 2.5 to 8.5

Alkalimetalloxide 11 bis 16Alkali metal oxides 11 to 16

PbO 0bis2PbO 0bis2

Die Korngrößenverteilung des Glases ist so zu wählen, daß eine möglichst hohe Grünlingsdichte und eine gleichmäßige Verteilung der Quarzpartikeln in der Glasmatrix des Sinterkörpers erreicht wird. Vorteilhaft ist ein Glaspulver, dessen Halbwertskorngröße d50 unter 0,005mm liegt.The grain size distribution of the glass is to be chosen so that the highest possible green density and a uniform distribution of quartz particles in the glass matrix of the sintered body is achieved. A glass powder whose half-value grain size d 50 is less than 0.005 mm is advantageous.

Die Aufbereitung der erfindungsgemäßen keramischen Masse erfolgt in an sich bekannter Weise aus Quarzpulver mit einer Korngröße unterhalb 0,010mm und dem vorzerkleinerten Glas nach für nichtplastischen Massen üblichen keramtechnologischen Verfahren.The preparation of the ceramic composition according to the invention is carried out in a conventional manner from quartz powder having a particle size below 0.010 mm and the pre-shredded glass according to conventional non-plastic mass ceramic techniques.

Der Einsatz von temporären Hilfsstoffen, vorzugsweise zur Plastifizierung, die durch Ausbrennen bei Temperaturen unter 830 K entfernt werden können, ist vorgesehen. Vorteilhaft ist eine Mischmahlung des Versatzes. Vorzugsvarianten der Formgebung sind das isostatische Pressen mit ggf. anschließender Weißbearbeitung, das Trockenpressen und das Heißspritzen. Die Formlinge werden in an sich bekannten Aggregaten bei einer Temperatur unterhalb 1300 K dicht gesintert.The use of temporary excipients, preferably for plasticization, which can be removed by burning at temperatures below 830 K, is provided. Advantageously, a Mischmahlung the offset. Preferred variants of the shaping are isostatic pressing with possibly subsequent white machining, dry pressing and hot spraying. The moldings are densely sintered in units known per se at a temperature below 1300 K.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei sie nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.The invention will be explained in more detail by the following embodiments, wherein it is not limited to these examples.

Ausgangsstoffe:Starting materials:

1. Silicatglas der chemischen Zusammensetzung in Mol.-%: SiO2 75 CaO 3,71. Silicate glass of chemical composition in mol .-%: SiO 2 75 CaO 3.7

AI2O3 3,1 BaO 4,6Al 2 O 3 3.1 BaO 4.6

B2O3 1,9 Na2O 3,2B 2 O 3 1.9 Na 2 O 3.2

Fe2O3 0,1 K2O 8,5Fe 2 O 3 0.1 K 2 O 8.5

sowie mit den nachfolgenden physikalischen Eigenschaften α3οο...7οοκ = 8,6 · 10 K~ T9 = 840K ρ = 2,61 g/cm3 and with the following physical properties α3οο ... 7οοκ = 8.6 × 10 K ~ T 9 = 840K ρ = 2.61 g / cm 3

31 kg des genannten Glases werden in einer 100-l-Kugelmühle mit 79 kg Flintsteinen als Mahlkörper unter Zusatz von 0,25% Ethanol (bezogen auf die Trockensubstanz) 168 Stunden gemahlen. Das Mahlprodukt weist die Korndurchgangswerte da* = 0,0084mm d50 = 0,0029 mm d16 = 0,0007 mm und eine spezifische Oberfläche von 3,6m2/g auf. Der SiO2-Mahlabrieb beträgt 2,5Ma.-%.31 kg of said glass are ground in a 100-l ball mill with 79 kg flint stones as grinding media with the addition of 0.25% ethanol (based on the dry matter) for 168 hours. The milled product has the grain transmission values da * = 0.0084 mm d 50 = 0.0029 mm d 16 = 0.0007 mm and a specific surface area of 3.6 m 2 / g. The SiO 2 milling abrasion is 2.5Ma .-%.

2. Quarzsand Weferlingen Sorte B2. Quartz sand Weferlingen variety B

16kg des Quarzsandes werden in einer 40-l-Kugelmühle mit einer Mahlkörperfüllung von 30 kg Flintsteinen unter Zusatz von 0,25% Ethanol 96 Stunden gemahlen. Vom Mahlprodukt wird durch Windsichten eine Fraktion mit den Korngrößendurchgangswerten16 kg of the quartz sand are milled in a 40-l ball mill with a Mahlkörperfüllung of 30 kg flint stones with the addition of 0.25% ethanol for 96 hours. From the ground product by air classification becomes a fraction with the grain size passage values

ds4 = 0,0039 mm"ds4 = 0.0039 mm "

d50 = 0,0027 mmd 50 = 0.0027 mm

d16 = 0,0016mmd 16 = 0.0016mm

sowie einer spezifischen Oberfläche von 3,5m2/g abgetrennt. Die Fraktion enthält keine Quarzpartikeln mit einer Korngröße oberhalb 0,006mm.and a specific surface of 3.5m 2 / g separated. The fraction contains no quartz particles with a particle size above 0.006 mm.

Masseaufbereitung und Prüfkörperherstellung:Mass preparation and test specimen production:

200-g-Versätze aus der abgetrennten Quarzkornfraktion und dem Glaspulver mit den Glas-Quarz-Volumenverhältnissen 60/40, 45/55 und 40/60 werden ca. eine Stunde in einem Turbulator vorgemischt und anschließend unter Zusatz von 0,05 η Essigsäure (Feststoff-Flüssigkeits-Masseverhältnis 1:1) durch intensives Rühren in einen Schlicker überführt, dessen pH-Wert um 8 gehalten wird. Als Stell-und Preßhilfsmittel dient ein spezieller Polyvinylalkohol (PVA, 2g PVA auf 100g Versatz). Das aus dem Schlicker hergestellte Sprühgranulat wird uniaxial mit einem Druck von 100MPa zu Probekörpern trocken verpreßt. Dem Ausbrennender Hilfsstoffe (bis ca. 770K) schließt sich der Sinterprozeß bei 1145 K an. Die Brenndauer beträgt 15 min.200 g portions of the separated quartz grain fraction and the glass powder with the glass-quartz volume ratios 60/40, 45/55 and 40/60 are premixed for about one hour in a turbulator and then with the addition of 0.05 η acetic acid ( Solid-liquid mass ratio 1: 1) by intensive stirring in a slip whose pH is kept by 8. A special polyvinyl alcohol (PVA, 2g PVA per 100g offset) serves as setting and pressing aid. The spray granules prepared from the slurry are pressed dry uniaxially with a pressure of 100 MPa to test specimens. The burning out of the auxiliary materials (up to approx. 770 K) is followed by the sintering process at 1145 K. The burning time is 15 min.

Gefüge und Eigenschaften:Structure and properties:

Die gewonnenen Prüfkörper zeigen das offenbarte Gefüge mit den Bestandteilen Glasphase, Quarz und Poren. Die geschlossene Porosität erreicht Werte bis zu 7 Vol.-%. Mit einem mittleren Biegefestigkeitswert von 135MPa erfüllen die Prüfkörper die für Elektrokeramik des Typs KER 220 bestehenden Festigkeitsforderungen. Die notwendigen elektrischen Eigenschaften werden mit Ausnahme des Volumenwiderstandes bei 873 K ebenfalls erreicht.The test specimens obtained show the disclosed structure with the components glass phase, quartz and pores. The closed porosity reaches values of up to 7% by volume. With a mean flexural strength value of 135MPa, the test specimens meet the strength requirements for KER 220 electroceramics. The necessary electrical properties are also achieved with the exception of the volume resistivity at 873 K.

Vergleichsbeispiel:Comparative Example:

Ausgangsstoffe, Masseaufbereitung und Prüfkörperherstellung:Starting materials, mass preparation and test specimen production:

Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Ausgangsstoffe sowie die Bedingungen der Masseaufbereitung und Prüfkörperherstellung werden beibehalten. Abweichend dazu wird der gemahlene Quarzsand mit den Korngrößendurchgangswerten ds4 = 0,0160 mm dso = 0,0065 mm d16 = 0,0018mmThe starting materials described in the exemplary embodiments and the conditions of the mass preparation and test specimen production are maintained. By way of derogation, the ground quartz sand having the grain size passage values ds4 = 0.0160 mm dso = 0.0065 mm d 16 = 0.0018 mm

sowie einer spezifischen Oberfläche von 3m2/g ohne vorherige Klassierung mittels Windsichten zur Masseaufbereitung eingesetzt.and a specific surface of 3m 2 / g without prior classification by means of air classification for mass preparation.

Gefüge und Eigenschaften:Structure and properties:

Bedingt durch den Grobkornanteil des Quarzes weist das Gefüge im Mittel größere Poren als die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Werkstoffe auf. Vor allem die größeren Quarzpartikeln sind zum Teil nur unvollständig von dem Matrixglas eingehüllt bzw. von eigenspannungsbedingten Ringrissen umgeben. Die mittlere Biegefestigkeit erreicht mit nur 106MPa nicht den für elektrokeramische Werkstoffe des Typs KER 220 geforderten Wert und liegt mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von weniger als 0,1 % unter der Biegefestigkeit der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Werkstoffe. LiteraturDue to the coarse grain content of the quartz, the microstructure has on average larger pores than the materials described in the exemplary embodiments. In particular, the larger quartz particles are partially incomplete enveloped by the matrix glass or surrounded by intrinsic stress-induced ring cracks. The average bending strength of only 106 MPa does not reach the value required for KER 220 electroceramic materials and, with a probability of error of less than 0.1%, is below the bending strength of the materials described in the working examples. literature

/1/ Hecht.A. — Elektrokeramik,2.Auflage, Springerverlag, Berlin 1976, S.334 /2/ Krahl, K., Palatzk, A. — Hermsdorfer Technische Mitteilungen, 2 (1962) 5,117 ff. /3/ Storch, M., et al. — cfi /Ber. Dt. Keram. Ges. 61, (1984) 7,335 ff./ 1 / Hecht.A. - Electroceramics, 2nd edition, Springerverlag, Berlin 1976, p.334 / 2 / Krahl, K., Palatzk, A. - Hermsdorfer technical communications, 2 (1962) 5,117 ff. / 3 / Storch, M., et al. - cfi / Ber. Dt. Keram. Ges. 61, (1984) 7,335 ff.

Claims (4)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Keramische Masse auf der Basis von Glas, Quarz und temporären Hilfsstoffen, vorzugsweise Plastifikatoren, gekennzeichnet dadurch, daß sie nach dem Ausbrennen der Hilfsstoffe aus 40 bis 60 Ma.-% eines Quarzpulvers, dessen Korngröße für mehr als 99,9% der Teilchen unter 0,010 mm und dessen d^-Wert der Korngrößenverteilung vorzugsweise unter 0,005mm liegt, und aus dem jeweils bis 100% zu ergänzenden Masseanteil eines kristallisationsstabilen Silicatglaspulvers mit einer Halbwertskorngröße d50 gleich oder kleiner als 0,005 mm und folgenden physikalischen Eigenschaften T9 gleich oder kleiner als 840 K1. Ceramic mass on the basis of glass, quartz and temporary auxiliaries, preferably plasticizers, characterized in that they after burning out the excipients from 40 to 60 wt .-% of a quartz powder whose grain size for more than 99.9% of the particles below 0.010 mm and its d ^ value of the particle size distribution is preferably below 0.005 mm, and from each to 100% to be supplemented mass fraction of a crystallization-stable silicate glass powder having a half-grain size d 50 equal to or less than 0.005 mm and the following physical properties T 9 equal to or less as 840 K Txioo gleich oder größer als 550 KT x ioo equal to or greater than 550 K α3οο...7οοκ gleich oder größer als 8 · 10"6K"1 α3οο ... 7οοκ equal to or greater than 8 · 10 " 6 K" 1 tanö gleicher oder kleiner als 35-iO"4(tanö bei 1 MHz)tanö equal to or less than 35 -10 " 4 (tanö at 1 MHz) besteht.consists. 2. Keramische Masse nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Quarzpulver nach Punkt Taus einem quarzreicnen Rohstoff mit mindestens 97 Ma.-% Quarz, vorzugsweise aus einem Glassand, einem Quarzsand, einem Rückstand der Gesteinsaufbereitung, beispielsweise der Kaolinaufbereitung, oder einem Gemisch der genannten Komponenten besteht bzw. durch Zerkleinern daraus in an sich bekannter Weise hergestellt wird.2. Ceramic composition according to item 1, characterized in that the quartz powder to point Taus a quartz-pure raw material with at least 97 wt .-% quartz, preferably from a glass sand, a quartz sand, a residue of the rock treatment, for example kaolin treatment, or a mixture of consists of components mentioned or is made by crushing it in a conventional manner. 3. Keramische Masse nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Silicatglas nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Silicatglas nach Punkt 1 folgende chemische Zusammensetzung in Mol.-% aufweist:3. Ceramic composition according to item 1 or 2, characterized in that the silicate glass according to item 1 or 2, characterized in that the silicate glass according to item 1 has the following chemical composition in mol .-%: SiO2 65 bis 77SiO 2 65 to 77 AI2O3 3,0 bis 5,5Al 2 O 3 3.0 to 5.5 B2O3 0 bis 12B 2 O 3 0 to 12 BaO Ibis 5BaO Ibis 5 Erdalkalimetalloxide . 2,5 bis 8,5
Alkalimetalloxide 11 bis 16
Alkaline earth metal oxides. 2.5 to 8.5
Alkali metal oxides 11 to 16
PbO 0bis2PbO 0bis2
4. Dichter keramischer Werkstoff mit einem Glas-Quarz-Pore-Gefüge, der durch im wesentlichen nichtreaktive Sintern bei einer Temperatur unterhalb 1300 K aus der keramischen Masse nach Punkt 3 hergestellt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Gefüge des Scherbens Quarzpartikeln enthält, deren Korngröße zu mehr als 99,9% kleiner als 0,010mm ist, wobei4. A dense ceramic material having a glass-quartz-pore structure, which is prepared by substantially non-reactive sintering at a temperature below 1300 K from the ceramic composition according to item 3, characterized in that the structure of the cullet contains quartz particles whose grain size to more than 99.9% is less than 0.010mm, where — die Korngrößenverteilung des Quarzes im Werkstoff im wesentlichen der der keramischen Masse entspricht;- The grain size distribution of the quartz in the material substantially equal to the ceramic mass; — die Quarzpartikeln praktisch vollständig von der Glasphase benetzt und eingeschlossen sind;- The quartz particles are almost completely wetted by the glass phase and enclosed; — die Poren überwiegend in der Glasphase dispergiert und gerundet sind;- The pores are predominantly dispersed in the glass phase and rounded; — der Scherben die wesentlichen für Elektrokeramik des Typs KER 220 gemäß TGL7838 geforderten mechanischen und elektrischen Eigenschaften aufweist.- the shards have the essential mechanical and electrical properties required for electroceramic type KER 220 according to TGL7838.
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