DE1091474B

DE1091474B - Zinkoxydhaltiger gesinterter keramischer Koerper fuer die Verwendung als Isolator, insbesondere Zuendkerzenisolator

Info

Publication number: DE1091474B
Application number: DEC14776A
Authority: DE
Inventors: Harry George Schurecht
Original assignee: Champion Spark Plug Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 1957-05-03
Filing date: 1957-05-03
Publication date: 1960-10-20

Description

DEUTSCIJES

Die Erfindung befaßt sich mit einem zinkoxydhaltigen gesinterten keramischen Körper, der als Isolator, insbesondere als Zündkerzenisolator, Verwendung finden soll.

Es sind bereits Isolatoren bekannt, die aus Zinkoxyd, Magnesiumoxyd, Zinnoxyd, Ceroxyd, Zirkoniumdioxyd und Tonerde bestehen und in denen der Betrag an Oxyden des Zinks, Cers und Zirkoniums oberhalb 20°/₀ liegt. Dies bedeutet einerseits, daß die Herstellung derartiger Isolatoren verhältnismäßig kostspielig ist, und hat andererseits eine schwierige Fertigung der Isolatoren zur Folge. Diese Isolatoren haben sich infolgedessen in die Praxis auch nicht eingeführt.

Weiterhin gehören Zündkerzenisolatoren zum Stand der Technik, die feingemahlene Tonerde und ein oder mehrere der Oxyde des Bariums, Strontiums, Calciums, Zinks oder Cadmiums enthalten. Hierbei sind jedoch nur verhältnismäßig geringe Gehalte an Zinkoxyd vorgesehen, die bevorzugt zwischen 3 und 10% liegen, wenn man einen Isolator mit für Zündkerzen befriedigenden Eigenschaften herstellen will. Von über 10% hinausgehenden Beträgen an Zinkoxyd wird abgeratep.

Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber ein zinkoxydhaltiger gesinterter keramischer Körper für die Verwendung als Isolator, insbesondere Zündkerzenisolator, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus einer Mischung von mindestens 60 Gewichtsprozent einer Hauptkomponente aus ZnO mit wenigstens einem der Oxyde des Al, Mg oder Be gemäß den Flächen 13-14-27-13, 11-13-27-24-17-11, 11-16-17-11, 24-16-20-24, 24-17-16-24, 24-20-19-24, 24-27-14-19-24 oder 11-13-27-24-17-11 nach den Fig. 4 und 5 und bis zu 40 Gewichtsprozent einer Nebenkomponente aus den Oxyden des Ca, Sr, Ba, Bors sowie des Ti, Zr, Ce und Sn besteht, wobei nicht mehr als 20 Gewichtsprozent von CaO, SrO, BaO, nicht mehr als 5 Gewichtsprozent B₂O₃ und nicht mehr als 20 Gewichtsprozent TiO₂, ZrO₂, CeO₂ oder SnO₂ vorhanden sind, wobei die Summe der Molprozente von TiO₂, ZrQ₂, CeO₂ und SnO₂ nicht; mehr als die Hälfte der Molprozente von Al₂O₃ und MgQ plus ¹Z₂₀ Molprozent BeO beträgt.

Wie durch Versuche festgestellt wurde, genügt ein derartiger Isolator bei der Verwendung als Zündkerzenisolator den hohen Ansprüchen, wie diese an Zündkerzenisolatoren in Motoren mit hoher Verdichtung gestellt werden, für welche ein gebleiter Kraftstoff verwendet wird. Hierbei ist wesentlich, daß der Zinkoxydanteil bei dem aus Aluminiumoxyd und Zinkoxyd bestehenden Isolator in erheblich höheren Mengenverhältnissen vorhanden ist als bei den bekannten Isolatoren. Es kommen auch Mischungen aus Zinkoxyd mit Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd, Magnesiumoxyd und/oder Oxyden des Cers, Zinns, Zirkons, Titans, Calciums, Strontiums, Bariums bzw. Bors in bestimmten Verhältnissen in Betracht, wobei — wie gefunden wurde — gleichfalls Zinkoxydhaltiger gesinterter
keramischer Körper für die Verwendung

als Isolator,
insbesondere Zündkerzenisolator

Anmelder:

Champion Spark Plug Company,
Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Incj. H. Dabringhaus, Patentanwalt,
Düsseldorf 1, Chariottenstr. 38

Harry George Schurecht, Detroit, Mich. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Isolatoren mit vorzüglichen Eigenschaften insbesondere für die oben angedeutete Verwendung erhältlich sind.

Die wie vorstehend beschriebene Erfindung sowie weitere Ausführungsformen gehen aus den Zeichnungen hervor, in welchen die einzelnen Figuren darstellen:

Fig. 1 ein dreidimensionales Diagramm, das in Molprozent die Verhältnisse angibt, in welchen Aluminiunioxyd, Berylliumoxyd und ZnO für die erfindungsgemäße Herstellung elektrischer Isolatoren angewendet werden können,

Fig. 2 ein dreidimensionales Diagramm, das die Verhältnisse in Molprozent anzeigt, in welchen Magnesiumoxyd, Berylliumoxyd und ZnQ für die erfindungsgemäße Herstellung elektrischer Isolatoren angewendet werdep können,

Fig. 3 ein dreidimensionales Diagramm, das die Verhältnisse in Molprozent angibt, in welchen Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd und ZnQ für die erfindungsgemäße Herstellung elektrischer Isolatoren angewendet werden können;

Fig. 4 ist ein regulärer Tetraeder, der die Verhältnisse in Molprozent angibt, in welchen Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd, Magnesiumoxyd und ZnO kombiniert werden können für die erfindungsgemäße Herstellung elektrischer Isolatoren,

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I 091 474

Fig. 5 eine andere Ansicht des Tetraeders nach Fig. 4;

Fig. 6 ist eine kombinierte Ansicht der Fig. 1, 2 und 3 in verkleinertem Maßstab und zeigt die Art und Weise, wie diese drei Figuren kombiniert wurden, um Fig. 4 und 5 zu ergeben;

Fig. 7 ist eine Wiedergabe der Fig. 4 mit zusätzlichen Linien, die Ebenen ergeben, welche bevorzugte Zusammensetzungen darstellen;

Fig. 8 ist eine Wiedergabe der Fig. 4 mit anderen zusätzlichen Linien, die wieder andere Ebenen entsprechend anderen bevorzugten Verbindungen darstellen.

Bei genauerer Beschreibung der Zeichnungen zeigt der schraffierte Abschnitt der Fig. 1 die Mengenverhältnisse in Molprozent, in welchen Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd und Zinkoxyd vor dem Brennprozeß kombiniert werden können zur Herstellung elektrischer Isolatoren mit genügend hohem Widerstand bei erhöhten Temperaturen und ausreichender Wärmeleitfähigkeit, die als Zündkerzenisolatoren verwendet werden. Diese schraffierte Fläche kann bezeichnet werden mit 11-13-14-19- 20-16-11. Isolatoren, die durch Brennen von Körpern mit einer Zusammensetzung, wie sie durch den oberen Abschnitt dieser schraffierten Fläche 14-19-20-14 dargestellt ist, haben eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit und werden daher bevorzugt als Zündkerzenisolatoren verwendet. Elektrische Isolatoren, wie sie durch die Fläche zwischen den Linien 41-42 und 45-46 dargestellt sind, haben einen extrem hohen elektrischen Widerstand bei hohen Temperaturen und stellen deshalb ebenfalls bevorzugte Zusammensetzungen dar. Höchste Wärmeleitfähigkeit erreicht man mit Zusammensetzungen, die entlang der Linie 15-22 dargestellt sind.

Die durch die verschiedenen Punkte von Fig. 1 dargestellten Zusammensetzungen zeigt Tabelle A.

stehen, als ausreichend für die Verwendung bei Zündkerzen befunden. Isolatoren, die innerhalb der Fläche 14-19-28-14 liegen, werden bevorzugt, da sie eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, und Isolatoren entsprechend der Fläche zwischen den Linien 40-41 und 44-45 werden bevorzugt, weil sie einen besonders hohen elektrischen Widerstand bei hohen Temperaturen aufweisen. Höchste Wärmeleitfähigkeit wird erzielt bei Zusammensetzungen entlang der Linie 15-26.
ίο Die durch die verschiedenen Punkte der Fig. 2 dargestellten Zusammensetzungen, die in Tabelle A nicht enthalten sind, zeigt Tabelle B.

15	Punkt	Tabelle ]	B	ZnO
²⁰ 24	BeO	Molprozent MgO	0,33 7,4 0,33 40 0,33 2,4 12,4
25	0 0 90,61 0 62,29 0 0	99,67 92,6 9,06 60 37,38 97,6 87,6
26
27
35 28
40
44

Tabelle A

Punkt	BeO	Molprozent Al₂O₃	ZnO
11	0 0 0	50 331/3 20	50 66·/. 80
12	80 92,9	0 0	20 71
13	20	60	20
14	99,67 79,67 94,93 97,9 0 87,9 0 0	0 20 4,74 0 38V₃ 0 28V₃ 75	0,33 0,33 0,33 2,1
15	63,2 72,7	85V₃ 36,8 27,3	12,1
16	25
19	0 0 0
20
22
41
42
45
46
A
B
C
D

Entsprechend Fig. 2 hat man elektrische Isolatoren, die durch Brennen von Zusammensetzungen, wie sie durch die Fläche 14-19-24-27-14 dargestellt werden, ent-

In Fig. 3 zeigt die mit 11-13-27-24-17-11 bezeichnete schraffierte Fläche Zusammensetzungen aus Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd und Zinkoxyd, welche gebrannt werden können, um elektrische Isolatoren zu erzeugen mit Eigenschaften, die sie für die Verwendung bei Zündkerzen geeignet machen. Die Fläche zwischen den Linien 40-42 und 44-46 stellt Zusammensetzungen dar, welche nach dem Brennen einen besonders hohen elektrischen Widerstand bei hohen Temperaturen aufweisen. Punkt 17 stellt eine Zusammensetzung mit 60 Molprozent Al₂O₃, 20 Molprozent MgO und 20 Molprozent ZnO dar.

Fig. 4 und 5 sind zwei Ansichten eines Tetraeders, der die Verhältnisse von Magnesiumoxyd, Berylliumoxyd, Aluminiumoxyd und Zinkoxyd darstellt, wie sie für die erfindungsgemäße Herstellung von elektrischen Isolatoren geeignet sind. Fig. 5 zeigt den Tetraeder, entgegen dem Uhrzeigersinn um 120° um eine Vertikalachse durch den oberen BeO-Scheitelpunkt aus der in Fig. 4 gezeigten Stellung gedreht. In Fig. 4 sind die Flächen des Tetraeders sichtbar, die ternäre Mischungen von Al₂O₃, BeO und ZnO (Fig. 1) und MgO, BeO und ZnO (Fig. 2) darstellen. Eine dritte Trennungslinie der geeigneten Verhältnisse ist dem Betrachter zugekehrt, aber verborgen durch die beiden Flächen des Tetraeders. Diese Oberfläche ist mit punktierten Linien schraffiert und mit 13-14-27-13 bezeichnet. Geeignete, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd und ZnO enthaltende Zusammensetzungen sind ferner noch in Fig. 4 dargestellt und liegen innerhalb der Fläche 11-13-27-24-17-11. Diese Fläche ist in Fig. 4 und 5 nicht schraffiert. Von dem Winkel aus, von welchem der Tetraeder nach Fig. 5 betrachtet wird, kann man die verbleibenden Flächen, welche das Areal der geeigneten Zusammensetzungen eingrenzen, leicht sehen. Diese Flächen sind folgende: 11-16-17-11, 24-16-20-24, 24-17- 16-24 und 24-20-19-24. AU diese genannten Areale sind unsichtbar und mit gestrichelten Linien schraffiert, weil sie hinter den Vorderflächen des Tetraeders liegen. Die Fläche, welche ternäre Mischungen von BeO, Al₂O₃ und ZnO darstellt (Fig. 1), ist in Fig. 5 sichtbar. Die anderen

ι uyι 4/4

5 6

beiden Oberflächen, die die geeignete Fläche begrenzen, innerhalb des Umfanges der Patentansprüche sind in den

24-27-14-19-24 (Fig. 2) und 11-13-27-24-17-11 (Fig. 3), folgenden Beispielen wiedergegeben,
können ebenfalls in Fig. 5 festgestellt werden.

Zusammensetzungen, die durch den Abschnitt der Beispiel 1

Fig. 4 dargestellt werden, welcher von einer Ebene durch 5 ^

die Punkte 14, 20 und 28, einer Ebene durch 14, 20 und Gesinterte keramische elektrische Isolatoren wurden 19, einer Ebene durch 14, 19 und 28 und einer vierten aus verschiedenen Zusammensetzungen hergestellt, welche Ebene durch 19, 20 und 28 umschlossen wird, werden Aluminiumoxyd, Beryllium- und Zinkoxyd plus geringe bevorzugt, weil aus ihnen gebrannte elektrische Isola- Mengen eines Oxyds des Calciums, Strontiums oder toren eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. i° Bariums enthielten, die nach und nach in den VerZusammensetzungen, die durch den Abschnitt in Fig. 4 fahrensgang eingeführt wurden. In allen Fällen wurde zwischen einer Ebene durch die Punkte 40, 41 und 42 eine Mischung von wenigstens zwei der drei genannten und einer zweiten Ebene durch die Punkte 44, 45 und 46 Stoffe naß gemahlen bis zu weitgehender Gleichförmigkeit dargestellt werden, werden ebenfalls bevorzugt, weil aus (gewöhnlich 18 Stunden), dann getrocknet und mit ihnen hergestellte Isolatoren einen besonders hohen 15 4 Gewichtsprozent in Tetrachlorkohlenstoff gelöstem elektrischen Widerstand bei hohen Temperaturen auf- Paraffin gemischt. Testzylinder von etwa 1,25 cm Durchweisen. Noch eine andere Gruppe bevorzugter Zu- messer und etwa 1,25 cm Länge wurden dann unter sammensetzungen, die in Fig. 7 dargestellt sind, liegt Anwendung eines Gesamtdruckes von 4,541 aus den zwischen einer Ebene durch die Punkte 25, 19, 11 und gemischten Bestandteilen gepreßt. Diese Zylinder wurden einer zweiten Ebene durch die Punkte 25, 14 und 13. 20 dann bei Kegel 16 oder Kegel 31 gebrannt. Die so her-

Fig. 6 zeigt den Tetraeder der Fig. 4 und 5 mit seinen gestellten Körper wurden geprüft, um ihre Eignung für drei Flächen, welche an dem Be O-Scheitelpunkt zu- den Gebrauch als Zündkerzenisolatoren festzustellen, sammenstoßen und um ihre jeweiligen, dem Beryllium- Der elektrische Widerstand der 1,25-cm-Zylinder wurde oxyd-Scheitelpunkt gegenüberliegenden Grundlinien in bei 732° C bestimmt. Obgleich der für Zündkerzenisodie Ebene der Grundlinie des Tetraeders gedreht sind. 25 latoren erforderliche Widerstand bis zu einem bestimmten Man sieht bei Betrachtung der Fig. 6, daß Fig. 1, 2 und 3 Ausmaß von der Gestaltung der Zündkerze abhängt, darin abgebildet sind; daraus erhellt, daß der Tetraeder sollte der annehmbare Mindestwert für solche Zylinder der Fig. 4 und 5 aus Fig. 1, 2 und 3 abgeleitet ist. Es ist wenigstens 1 Megohm bei 732° C betragen. Ein anderer bekannt, Gemische, die durch Vermengen in allen Pro- Standardtest wurde durchgeführt, um das Temperaturportionen von zwei durch zwei Punkte auf einem drei- 30 leitvermögen für Isolatoren aus den verschiedenen Zudimensionalen Diagramm dargestellten Mischungen ent- sammensetzungen zu vergleichen. Die Prüfung bestand stehen, durch eine gerade Linie, die diese beiden Punkte darin, daß man einen Kristall aus Zitronensäure auf das verbindet, darzustellen. Ähnlich werden die Gemische, eine Ende des gesinterten 1,25-cm-Zylinders legte und welche durch Vermengen in allen Proportionen zweier das andere Ende des Zylinders in ein Metallbad von binärer, ternärer oder quaternärer Mischungen, die auf 35 315⁰C bis zu einer Tiefe von 0,31 cm tauchte. Die Anzahl einem regulären Tetraeder dargestellt sind, entstehen, der Sekunden, die erforderlich waren, bis die durch den durch eine diese beiden Punkte verbindende gerade Isolator geleitete Wärme den Zitronensäurekristall Linie dargestellt. Es folgt daraus, daß die Ebene in Fig. 4, schmolz (Schmelzpunkt 153° C), ist in den Tabellen unter z.B. durch die Punkte 13, 14 und 27, die Zusammen- »Temperaturleitvermögen« genannt. Diese Zahl ist der Setzungen von Mischungen, in allen Verhältnissen, eines 4° thermischen Leitfähigkeit umgekehrt proportional. Das binären Gemisches von Aluminium- und Zinkoxyd, dar- so gemessene Temperaturleitvermögen eines Isolators gestellt durch Punkt 13, einer binären Mischung von sollte nicht mehr als 50 Sekunden und vorzugsweise nicht Beryllium- und Zinkoxyd, dargestellt durch Punkt 14, mehr als 40 Sekunden betragen, damit der Isolator für und einer binären Mischung von Magnesium- und Zink- Zündkerzen verwendet werden kann. Ein zweckmäßiges oxyd, dargestellt durch Punkt 27, bedeutet. Aus dem 45 Brennen unter Einhaltung von Standardbedingungen Vorhergehenden ergibt sich auch, daß die Abschnitte ist ebenfalls ein wichtiges Kriterium eines keramischen der Fig. 4 und 5, die durch die schraffierten Ebenen be- Körpers, da es die Porosität, die Festigkeit und andere grenzt werden, Mischungen in allen Proportionen dar- Eigenschaften bestimmt. Erstere wird gemessen durch stellen von Zusammensetzungen, die durch die schraf- einen Standard-Farbtest, der auf der Einwirkung einer fierten Ebenen der Fig. 1, 2 und 3 gebildet werden. 50 verdünnten Lösung von Fuchsin in Äthylalkohol auf

Innerhalb der Grenzen der erfindungsgemäßen Mi- einen gebrannten Isolator beruht. Im wesentlichen ist schungen von Mg O, Be O, Zn O und Al₂ O₃ wurde gefunden: ein unterbrannter Isolator porös. Er absorbiert Farbstoff Wenn von zwei Körpern verschiedener Zusammen- und wird von ihm gefärbt, während ein richtig gesetzung jeder für Zündkerzen geeignete Isolatoren liefert, brannter Isolator nicht nennenswert gefärbt wird. Ein so erbringen Isolatoren aus Zusammensetzungen, die man 55 überbrannter Isolator kann möglicherweise auch Farbais Mischungen der beiden Zusammensetzungen ansehen stoff absorbieren und gefärbt werden, ist aber von einem kann, ebenfalls Isolatoren, welche für Zündkerzen ver- richtig gebrannten, mit Sicherheit durch seine geringe wendet werden können. Die Körper 31, 32 und 36 aus Dichte im Vergleich zu einem richtig gebrannten Isolator Tabelle II demonstrieren dieses Prinzip ebenso wie die der gleichen Zusammensetzung zu unterscheiden. Die Körper 1, 4, 5, 36, 38, 40, 41, 43, 44 und 45 aus Tabelle I 60 abgekürzten Bezeichnungen in den Tabellen der vor- und II. liegenden Erfindung geben die gezogenen Schlußfolge-

Die Eignung verschiedener Zusammensetzungen inner- rungen in bezug auf die Gleichmäßigkeit des Brennens

halb des Abschnitts der Fig. 4 und 5, der durch die der verschiedenen Isolatoren wieder. Die Schlüsse werden

schraffierten Ebenen begrenzt wird und zusätzliche oder auf Grund visueller Prüfung der Probestücke und deren

modifizierende Oxyde innerhalb der oben festgesetzten 65 Schüttgewicht gezogen.

Verhältnisse enthält, für die Verwendung in der Her- In den nachfolgenden Tabellen bedeutet die Abkürzung

stellung von elektrischen Zündkerzenisolatoren wurde »g«, daß der Körper geeignet war, und zwar in dieser

bewiesen durch Herstellen mehrerer Isolatoren und Hinsicht vollständig ausreichend; »üb.«, daß er über-

Prüfung der Eigenschaften eines jeden. Zusammen- brannt wurde, »unt.«, daß er unterbrannt wurde, und

Setzungen und Eigenschaften für verschiedene Isolatoren 70 »1.« vor »unt.« oder »üb.«, daß er nur leicht über- bzw.

I 091

unterbrannt wurde. Im allgemeinen kann man einen Über- oder Unterbrand korrigieren durch Variation des Flußmittelgehaltes oder der Brenntemperatur.

Typische Prüfergebnisse für Körper, die aus zwei oder mehr der drei genannten Bestandteile hergestellt wurden, sind in Tabelle I wiedergegeben.

Tabelle I

Körper
Xr.

BeO	Al₂O₃	ZnO
84,4	6,9	8,7
47,4	23,3	29,2
71,5	17,5	11,0
69,7	8,6	21,5
48,8	36,0	15,1
	44,4	55,6
	39,5	60,5
	34,6	65,4
	34,9	64,1
92,5		7,5

Farbtest

Kegel 16 Kegel 31

Elektrischer Widerstand

(Megohm)

bei 732° C

Kegel 16 j Kegel 31

Temperaturleitvermögen (Sekunden)

Kegel 16 I Kegel 31

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

unt.

g-

unt. unt. 1. unt. 1. unt.

üb.

unt.

üb.

üb. 100 >
100 >

12

50
6
100 >

95

100 >
100 >

75

100 >
60

100 >
100 >
100 >

9,2 17,4 18,5

8,5 26,9 24,0 24,8 20,9 31,4

5,3

11,8

11,1 17,0 24,8 24,9 23,5

8,3

Wenn man für Vergleichszwecke, aber nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, Isolatoren, wie vorher beschrieben, herstellt aus Zusammensetzungen, die 84,3 Molprozent ZnO, 45,5 Molprozent ZnO und 23,8 Molprozent ZnO, Rest Aluminiuimoxyd, enthalten, findet man in jedem Beispiel, daß der elektrische Widerstand bei 732°C kleiner ist als 1 Megohm. Solche Isolatoren eignen sich also nicht für Zündkerzen. Ähnlich sind Isolatoren mit mehr als 16²/₃ Molprozent und bis zu 72,7 Molprozent Berylliumoxyd, Rest Aluminiumoxyd, verhältnismäßig ungeeignet für Zündkerzen.

Zu Vergleichszwecken sind die Eigenschaften von Isolatoren aus im wesentlichen reinem Zinkoxyd, die nach der vorher beschriebenen Weise hergestellt wurden, ebenfalls in Tabelle C dargestellt.

Tabelle C

Körper
Nr.

Molprozent
ZnO

Zusätze: Gramm auf 1000 g ZnO Kreide*) Talk Bentonit

Farbtest
Kegel 16

Elektrischer Widerstand

(Megohm)

eines 12,7-mm-Zylinders 482° C 537° C

Temperaturleitvermögen (Sekunden)

100
100
100
100
100

15,5 15,5 15,5 31,5

20,8 25,9

15,5 15,5 g·
g·
g·
g·
g-

0,1
0,3
0,02
0,02
23,0

0,05

0,01

15,9 13,8 15,0 15,0 17,7

·) Unter »Kreide« ist in dieser und in den folgenden Tabellen Schlämmkreide zu verstehen.

Beispiel 2

Die nachfolgende Tabelle II gibt typische Prüfungsergebnisse, die man mit Körpern erzielte, welche variierende Anteile an Al₂O₃, BeO, ZnO und verschiedenen Zusatzstoffen enthalten, und zeigt in Verbindung mit Tabelle I den allgemeinen Lehrsatz, daß, wenn ein Körper hergestellt wurde, der zwei oder mehr der Hauptbestandteile Al₂O₃, BeO, ZnO und MgO enthält, ein

geeigneter Körper aus diesen Bestandteilen hergestellt

werden kann in den gleichen Verhältnissen, aber mit

geringen Mengen der erfindungsgemäßen Zusatzstoffe oder

modifizierenden Bestandteile. In allen Beispielen wurden

die in Tabelle II beschriebenen Körper auf die gleiche

Weise hergestellt wie die in Tabelle I beschriebenen.

Tabelle II

10

Körper Nr.

BeO

Molprozent ALO₃

ZnO

Zusätze:

Gramm auf 1000 g BeO, Al₂O₃ und ZnO

Elektrischer

Widerstand

(Megohm)

bei 732° C

Kegel 16 Kegel 31

Temperaturleitvermögen (Sekunden)

Kegel 16 Kegel

Farbtest

Kegel

18. 19. 20. 21 . 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31 . 32. 33 . 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41 . 42. 43. 44, 45.

21,6

92,5 92,5

92,5 86,0 83,0 92,5

78,4 7,5 7,5

7,5 14,0 17,0

7,5

98,7	54,8	1,3
97,0	43,5	3,0
95,0	35,6	5,0
98,8	34,6	1,2
97,4	25,8	2,6
95,6	18,2 ί	4,4
98,9	26,1	1.1
97,6	20,0	2,4
96,0	19,4	4,0
98,4	9,9 ■	1,6
96,3	15,3	3,7
93,8	7,7	6,2
98,0	5,3 ^;	2,0
22,6	3,2 I	22,5
28,6	1,5 ί	27,7
28,8
33,2	32,1
37,1	27,0
41,0	40,7
47,7	26,1
53,9	26,0
61,0	19,4
72,3	16,9
76,7	8,1
84,5	7,7
89,5	5,3
93,6	3,2
96,9 ι	1,5

15,5 g Kreide

je 15,5 g Kreide und Bentonit *

15,5 g Bentonit

25,9 g ZrO₂

31,0 g Kreide

64,0 A* 136,OA* 219,0 A*

69,4 B* 149,3 B* 241,0 B*

72,8 C* 157,OC* 250,0 C*

52,2 D* 110,OD* 166,5 D* **

15

100 > 100 >

90 6

1,5 100 >

55

100 >

32 100 >

72

30

90

28 3

38

50

90 100 >

95 100 >

90

92,5 100 >

72,3 100 >

95

92,5

66,0

92,5

70,0

90

>
95

>
9

11
>

58

55

>
>

33

100
>
>
>

>
>
>

>
>
>
>

44,8 5,8 5,6

5,9 6,7 7,0

5,7 8,0 6,4 11,7 6,7 6,5 6,6 6,0 6,5 6,7 6,9 6,9 7,2 6,3 29,7 24,1

23,8 17,7 16,8 19,2

16,7 9,0

10,4 9,4 9,33

8,7 6,6

8,0 8,7 8,9

9,2

15,8

13,8

15,9

9,4

8,5

10,5

5,8

6,0

5,3

unt.

S-1. unt.

S-

S-unt.

unt.

1. unt.

g·

S-

unt.

S-

unt.

er S-

unt. unt. unt. unt. unt.

S-

S-S-S-

S-

1. unt.

S-

S-S-S-S-S-S-S-S-

* Bedeutet, daß Zusatzstoffe, bestehend aus 15,5 g Kreide, 20,7 g Talk und 15,5 g Bentonit, mit 1000 g der genannten Zusammensetzung gemischt wurden. Wenn einer Zahl ein Buchstabe folgt und ein Sternchen, so zeigt diese Zahl die Anzahl Gramm an modifizierendem Bestandteil an, auf welche sich der Buchstabe bezieht, gemischt mit 1000 g der Zusammensetzung, und das Sternchen bedeutet Kreide, Talk und Bentonit in den oben angegebenen Mengen. A bezieht sich auf ZrO₂, B auf SnO₂, C auf CeO₂ und D auf TiO₂.
** Der Körper 30 enthielt 104 g Kreide und 21,6 g Talk auf 1000 g BeO und ZnO.

.Beispiel ο solchen Zusammensetzungen in den erfindungsgemäßen

Zusätzlich zu den Körpern in Tabelle I und II, bei Proportionen zu demonstrieren. Beispiele dafür sind in

welchen Aluminiumoxyd verwendet wurde, wurden weitere Tabelle III zu finden. In allen Beispielen waren die Körper hergestellt mit wenigstens zwei der Bestandteile Isolatoren nach der im Beispiel 1 geschilderten Weise

ZnO, BeO und MgO, um die Eignung von Körpern aus 70 hergestellt.

009 628/359

11

Tabelle III

Körper Nr.

	Molprozeni	ZnO
BeO	MgO	2,2
95,5	2,2	4,7
90,5	4,7	21,0
21,8	47,3	24,2
18,3	56,5	16,6
17,2	66,2	12,2
12,3	75,4	7,9
8,0	83,9	3,9
3,9	92,0	2,1
	97,9	4,7
	95,3	7,8
	92,2	1,9
	98,1	4,2
	95,8	7,0
	93,0	3,8
	96,2	6,3
	93,7	3,2
	96,8	6,8
	93,2	8,2
80,5	11,3	9,7
63,2	27,1	24,9
40,5	34,6

Zusätze:

Gramm auf 1000 g
BeO, MgO und ZnO

Elektrischer

Widerstand

(Megohm)

bei 732° C

Kegel 16

Temperaturleitvermögen (Sekunden)

Kegel 16 I Kegel 31

Farbtest

ι Kegel 16 Kegel

48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62

64,OA* 136,8 A* 219,0 A*

69.4 B* 149,3 B* 241,OB* 157,0 C* 256,OC*

104 g Kreide 21,6 g Talk 16,2 g Bentonit

218 g Kreide

22.5 g Talk 16,9 g Bentonit >

87

63
9

87

>
>

33

68

40

50

>
>

95
>

87

50
62
bei 590°C

6,4
6,8
30,9
22,9
29,8
29,2
23,7
22,6
24,4
30,8
33,3
28,8
30,5
36,4
27,4
27,8

23,8

18,3
8,05
11,10
17,26

5,9 5,5

23,4

1. unt.

g·

g-

S-

g-

g·

1. unt.

g·

* Bedeutet, daß Zusätze, bestehend aus 15,5 g Kreide, 20,7 g Talk und 15,5 g Bentonit, mit 1000 g der angegebenen Zusammensetzung gemischt wurden. Wenn einer Zahl ein Buchstabe folgt und ein Sternchen, so gibt die Zahl die Grammanzahl eines modifizierenden Bestandteils an, auf welchen sich der Buchstabe bezieht, gemischt mit 1000 g der Zusammensetzung, und das Sternchen bedeutet Kreide, Talk und Bentonit in den oben angegebenen Mengen. A bezieht sich auf ZrO₂, B auf SnO₈ und C auf CeO₂.
** Körper 66 wurde nicht oberhalb 590° C getestet.

Beispiel 4

Beispiele von Körpern, die Al₂O₃, MgO und ZnO ent- waren die Körper nach einem mit Beispiel 1 identischen halten, sind in Tabelle IV gezeigt. In jedem Beispiel Verfahren hergestellt.

Tabelle IV

Körper Nr.

	Molprozent	ZnO
Al₂O₃	MgO	2,3
2,3	95,1	4,9
4,9	90,0	7,9
7,9	84,1	11,3
11,4	77,4	15,4
14,3	70,3	19,9
19,9	60,2	24,4
27,9	47,6	30,7
34,5	34,8	38,2
42,5	19,3	20,9
58,1	20,9	26,4
47,2	26,4	31,3
37,2	31,3

Zusätze:

Gramm auf

1000 g Al₂O₃,

MgO und ZnO Elektrischer Widerstand

(Megohm)

bei 732° C

Kegel 16 | Kegel 31

Temperaturleitvermögen (Sekunden)

Kegel 16 I Kegel

Farbtest Kegel

>
>
>
>
>

50
>

95
>

>
98

>
>
85

>
>

23,7
27,3
31,3
33,4
36,5
40,8
28,1
29,8
29,4
47,8
43,9
30,7

14,8 17,0 20,2 22,3 30,5 28,1 17,3 25,8 21,7

23,1 24,5

g· g· g·

1. unt. 1. unt. 1. unt. 1. unt.

S-unt.

unt. g·

Bedeutet, daß die Zusätze aus 15,5 g Kreide, 20,7 g Talk und 15,5 g Bentonit auf 1000 g Al₂O₃, MgO und ZnO bestanden.

Beispiel 5

Es wurden Isolatoren hergestellt, die verschiedene Verhältnisse von BeO, Al₂O₃, MgO und ZnO enthielten.

In jedem Beispiel waren die Isolatoren entsprechend dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt. Zusammensetzungen und Prüfergebnisse sind in Tabelle V wiedergegeben.

Tabelle V

Körper
Nr.

Molprozent
BeO Al₂O₃ MgO

ZnO

Zusätze: Gramm auf 100OgBeO, Al₂O₃, MgO

und ZnO Elektrischer

Widerstand

(Megohm)

bei 732° C

Kegel 16 Kegel 31

Temperaturleitvermögen
(Sekunden)

Kegel 16

Kegel 31

Farbtest

Kegel 16

Kegel 31

47,3
39,6
22,9
58,9
43,6
62,4

16,1

5,6

5,8

10,6

11,0

15,8

16,1
35,8
55,5
17,1
35,1
16,7

20,4
19,0
15,8
13,3
10,2
5,0

100 >
100 >
100 >

100 >

14,9
16,2
23,3
12,5
15,6

14,4
16,4
22,2
12,5
15,4
13,0

S-S-

unt.

S-S-S-S-

* Bedeutet, daß die Zusätze aus 15,5 g Kreide, 20,7 g Talk und 15,5 g Bentonit auf 1000 g BeO, Al₂O₃, MgO und ZnO bestanden*

Unter Bezugnahme auf Tabelle I und II ist festzustellen, daß Körper, die aus binären Mischungen von BeO und ZnO innerhalb der hier beanspruchten Grenzen ao besonders vorteilhaft sind, weil sie einen weiten Brennbereich haben, da viele dieser Körper geeignet sind, wenn sie bei Kegel 16 oder Kegel 31 gebrannt wurden. Isolatoren, die vorherrschend aus ZnO und BeO in Verhältnissen von 1 Mol ZnO zu 4 bis 300 Mol BeO zusammengesetzt sind, werden besonders bevorzugt. Das wünschenswerteste Verhältnis ist dabei 1 Mol ZnO auf 4 bis 13 Mol BeO. Eine andere Gruppe bevorzugter Isolatoren innerhalb dieser Gruppe hat eine Zusammensetzung von wenigstens 80 Molprozent BeO und wenigstens ¹J₃ Molprozent ZnO.

Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung sich nicht auf die Verwendung reiner Oxyde beschränkt, sondern daß man in gleicher Weise Karbonate, Hydroxyde und andere Verbindungen verwenden kann, welche beim Brennen die Oxyde liefern. Zum Beispiel können Mg (O H)₂, Al(OH)₃, MgCO₃, ZnCO₃ u. dgl. an Stelle von Al₂O₃, ZnO und MgO verwendet werden. Wenn man solche Verbindungen an Stelle der Oxyde verwendet, sollte man sie in solchen Proportionen einsetzen, daß der gebrannte Isolator das Oxyd in den hier angegebenen Mengenverhältnissen enthält.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zinkoxydhaltiger gesinterter keramischer Körper für die Verwendung als Isolator, insbesondere Zündkerzenisolator, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Mischung von mindestens 60 Gewichtsprozent einer Hauptkomponente aus ZnO mit wenigstens einem der Oxyde des Al, Mg oder Be gemäß den Flächen (13-14-27-13, 11-13-27-24-17-11, 11-16-17-11, 24-16-20-24, 24-17-16-24, 24-20-19-24, 24-27-14-19-24 oder 11-13-27-24-17-11) nach den Fig. 4 und 5 und bis zu 40 Gewichtsprozent einer Nebenkomponente aus den Oxyden des Ca, Sr, Ba, Bors sowie des Ti, Zr, Ce und Sn besteht, wobei nicht mehr als 20 Gewichtsprozent von Ca O, Sr O, Ba O, nicht mehr als 5 Gewichtsprozent B₂O₃ und nicht mehr als 20 Gewichtsprozent TiO₂, ZrO₂, CeO₂ oder SnO₂ vorhanden sind, wobei die Summe der Molprozente von TiO₂, ZrO₂, CeO₂ und SnO₂ nicht mehr als die Hälfte der Molprozente von Al₂O₃ und MgO plus V₂O Molprozent BeO beträgt.

2. Isolator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung der Hauptkomponente gemäß der Fläche (11-13-14-19-20-16-11) nach Fig. 1.

3. Isolator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung der Hauptkomponente, wie sie durch die Fläche (14-19-24-27-14) nach Fig. 2 dargestellt ist.

4. Isolator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung der Hauptkomponente, wie sie durch die Fläche (11-13-27-24-17-11) nach Fig. 3 dargestellt ist.

5. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkomponente im wesentlichen aus ZnO und BeO im Verhältnis 1 Mol ZnO zu 4 bis 300 Mol BeO besteht.

6. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkomponente im wesentlichen aus ZnO und BeO im Verhältnis 1 Mol ZnO zu 4 bis 13 Mol BeO besteht.

7. Isolator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung von 80 bis 99²/₃ Molprozent BeO und 20 bis ¹J₃ Molprozent ZnO.

8. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkomponente im wesentlichen aus 20 bis 50 Molprozent Al₂O₃ und 80 bis 50 Molprozent ZnO besteht.

9. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkomponente im wesentlichen aus 61²/₃ bis 71²/₃ Molprozent ZnO und 38V₃ bis 28V₃ Molprozent Al₂O₃ besteht.

10. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkomponente im wesentlichen aus 60 bis 99²/₃ Molprozent MgO und 40 bis V₃ Molprozent ZnO besteht.

11. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkomponente im wesentlichen aus 2,4 bis 12,4 Molprozent ZnO und 97,6 bis 87,6 Molprozent MgO besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 892 531;
USA.-Patentschriften Nr. 2 427 034, 2 749 246;
britische Patentschrift Nr. 484 314.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen