DE1471261C - Verfahren zum Herstellen kristalh ner Sinterglaskeramikkorper aus einem Gemisch \on Alummiumsilikatpulver und kristallinen anorganischen Verbindungen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen kristalh ner Sinterglaskeramikkorper aus einem Gemisch \on Alummiumsilikatpulver und kristallinen anorganischen VerbindungenInfo
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Description
und 10 bis 43 Gewichtsprozent Magnesiumoxidpulver als kristalline anorganische Verbindung
unter Ausbildung eines wachsenden Gehaltes an Forsterit und Spinell auf Kosten von Cordierit und
Anorthit bei steigendem Magnesiumoxidzusatz.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen kristalliner Sinterglaskeramikkörper aus
einem Gemisch von Aluminiumsilikatpulver und kristallinen anorganischen Verbindungen, wobei das
Gemisch erhitzt, gesintert und die Komponenten der Mischung durch längeres Verweilen bei der Sintertemperatur
in Reaktion gebracht und dadurch Kristallphasen gebildet werden.
Es ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei welchem einem Silikatglaspulver anorganische
Verbindungen zugesetzt, das Gemisch erhitzt und gesintert und die Komponenten der Mischung durch
längeres Verweilen bei der Sintertemperatur des Glases in Reaktion und hierbei zum Entglasen gebracht
werden. Nach diesem Verfahren gelang es, Sinterkörper zu erhalten, die sich gegenüber Gläsern
durch wesentlich andere physikalische Eigenschaften auszeichnen. Die Formgebung der Massen erfolgte
beispielsweise unter Verwendung einer Vakuumkolbenpresse. Hierdurch konnten Rohre, Stäbe und
andere Profilkörper hergestellt werden. Die vakuumdichte Sinterung dieser Körper erfolgte entweder liegend
oder hängend in elektrisch beheizten öfen stufenweise bis maximal 1400° C während einer Sinterzeit
von maximal 6 Stunden. Die Technologie der 261
Verarbeitung und Fertigung entspricht derjenigen von keramischen Massen.
Es wurde nun gefunden, daß man Formteile, die vorwiegend Cordierit und/oder Anorthit und/oder
Spinell und/oder Forsterit enthalten, mit besonders wünschenswerten chemischen und physikalischen
Eigenschaften dadurch herstellen kann, daß man einem hochtonerdehaltigen Silikatglaspulver der Zusammensetzung
Gewichtsprozent
SiO2 54 bis 68
Al2O3 17 bis 27
MgO 4 bis 12
CaO 0 bis 10
BaO 0 bis 1
B7O3 0 bis 3
TiO2 O bis 3
F O bis 0,5
Alkalien max. 0,4
als anorganische Verbindung 10 bis 43% Magnesiumoxidpulver zusetzt. Die Herstellung der Formkörper
erfolgt dabei in an sich bekannter Weise, indem das Gemisch aus Aluminiumsilikatglaspulver und MgO
erhitzt, gesintert und die Komponenten des Gemisches durch Verweilen bei der Sintertemperatur in Reaktion
gebracht und dadurch Kristallphasen gebildet werden.
Es wurde gefunden, daß mit wachsendem Zusatz von MgO als kristallinischer anorganischer Verbindung
von 10 bis 43 Gewichtsprozent die Cordierit- und Anorthitphasen zugunsten der von Forsterit und
Spinell immer weiter abnehmen und damit die Wärmedehnungskoeffizienten von rund 50 bis 100 · 10~7/°C
(20 bis 300° C) zunehmen, ebenso die Biegezugfestigkeiten von rund 700 auf 1100kp/cm2 und die elektrischen
Verlustwinkel von 34 auf unter 2· 10~4 (tga)
gehen. Daneben nimmt die Wärmeleitfähigkeit etwa auf das Doppelte zu.
Während es nach den bekannten Verfahren nur gelang, Sinterformkörper mit Ausdehnungskoeffizienten
(α · 107) bis zu 40 herzustellen, können nach dem Verfahren dieser Erfindung nunmehr Formkörper
hergestellt werden, deren lineare thermische Ausdehnungskoeffizienten (α · 107) über 40 hinausgehen.
Durch Variation des Mengenverhältnisses Glas-/ Magnesiumoxidpulver können die Anteile der Kristallphasen
zueinander verändert werden und damit auch die für den technischen Einsatz wichtigen physikalischen
Eigenschaften, wie linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient, dielektrischer Verlustwinkel und
Dielektrizitätskonstante. Die linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a ■ 107 (40 bis 8000C)/0 C
dieser so hergestellten Körper können zwischen 45 und 107 kontinuierlich variiert werden. Die Verlustwinkel
tg δ bei 10 MHz liegen zwischen 2 und 6 ■ 10 ~4, die Dielektrizitätskonstanten zwischen 8
und 10. Diese Eigenschaften wirken sich ganz besonders günstig aus bei der Verwendung der hergestellten
Formteile in der Elektrotechnik, insbesondere in der Elektronik, weil es hierdurch möglich ist, unter Erhaltung
der außerordentlich günstigen elektrischen Eigenschaften die Ausdehnungskoeffizienten jedem ein-
oder anzuschmelzenden Metallteil anzupassen.
Die Formteile können beispielsweise wie folgt hergestellt werden.
Ein Glaspulver mit einer Korngröße < 60 μΐη, das
durch Trockenmahlung eines praktisch alkalifreien
hochtonerdehaltigen Glases der folgenden Zusammensetzung erhalten wurde:
Gewichtsprozent
SiO2 54 bis 68
Al2O3 17 bis 27
MgO 4 bis 12
CaO O bis 10
BaO O bis 1
B2O3 O bis 3
TiO2 O bis 3
F O bis 0,5
Alkalien max. 0,4
wird mit einem Magnesiumoxidpulver der Zusammensetzung
Gewichtsprozent
MgO 87,14
SiO2 3,08
CaO 1,93
Glühverlust 7,00
das eine Körnung < 40 μηα besitzt, in einer Hartporzellankugelmühle
in einem wasserfreien Medium, wie Aceton, Amylalkohol oder Brennspiritus auf eine
Kornfeinheit < 5 μΐη naß vermählen. Danach wird
filtriert, getrocknet und das Mahlgut durch ein Sieb mit 60 μΐη Maschenweite getrieben. Schließlich wird
die Pulvermischung durch Zusatz von 4 bis 8% der beispielsweise auch in der Oxidkeramik üblichen
Plastifizierungsmittel (Zellulosederivate, Wachsemulsionen) in Knetmischern oder sogenannten Granulatoren
in den preßfähigen Zustand gebracht. Mittels Vakuumstrangpressen oder Vakuumkolbenpressen
erfolgt die Formgebung. Das Ausbrennen des Binders und die Sinterung der Formlinge erfolgt liegend oder
hängend in elektrisch beheizten öfen stufenweise bis maximal 1400° C. Die tiefste Sintertemperatur
liegt 30 bis 50° C über dem Erweichungspunkt der Glaskomponente. Eine Sinterzeit von mehr als 6 Stunden
ist nicht erforderlich.
Die folgende Tabelle 1 enthält die Gewichtsprozent-Zusammensetzungen
verschiedener Glas/Magnesiumoxid-Pulvermischungen und der daraus gefertigten Sinterkörper Al bis A10, die sich aus den zugegebenen
Magnesiumoxidanteilen zu dem Glaspulver ergeben. AO entspricht einem gesinterten
Glaspulver ohne MgO-Zusatz. Die einzelnen Komponenten der Zusammensetzung AO können in den
angegebenen Grenzen im Gewichtsverhältnis geändert werden. Diese Änderungen werden so vorgenommen,
daß die gewünschte Bildung von Cordierit, Anorthit, Spinell und Forsterit eintritt, wie es die
Röntgenbefunde gemäß Tabelle 2 anzeigen.
Probe
Nr.
Nr.
Zusatz an MgO in Gewichts prozent |
SiO2 | MgO | Gewichtsprozent-Zusammensetzung der Glas/MgO-Pulvermischungen und der daraus gefertigten Sinterkörper |
Al2O3 | B2O3 | CaO | BaO | Na, O | K2O |
54,50 | 4,60 | 26,40 | 2,90 | 10,00 | 0,90 | 0,30 | 0,10 | ||
— | 52,10 | 8,50 | 25,20 | 2,80 | 9,70 | 0,90 | 0,30 | 0,10 | |
3,90 | 50,10 | 12,20 | 24,20 | 2,30 | 9,40 | 0,90 | 0,30 | 0,10 | |
7,60 | 46,60 | 18,50 | 22,30 | 2,40 | 8,80 | 0,80 | 0,30 | 0,10 | |
13,90 | 43,30 | 24,10 | 20,60 | 2,20 | 8,30 | 0,70 | 0,20 | 0,10 | |
19,50 | 40,80 | 28,80 | 19,40 | 2,00 | 7,90 | 0,60 | 0,20 | 0,10 | |
24,20 | 38,20 | 32,90 | 18,00 | 1,90 | 7,50 | 0,60 | 0,20 | 0,10 | |
28,30 | 36,20 | 36,50 | 16,90 | 1,80 | 7,20 | 0,60 | 0,20 | 0,10 | |
31,90 | 32,60 | 42,60 | 15,10 | 1,60 | 6,60 | 0,50 | 0,20 | 0,10 | |
38,00 | 31,10 | 45,20 | 14,40 | 1,60 | 6,40 | 0,50 | 0,20 | 0,10 | |
40,60 | 29,80 | 47,60 | 13,70 | 1,50 | 6,20 | 0,50 | 0,10 | 0,10 | |
43,00 | |||||||||
AO.
Al .
A2.
A3 .
A4.
A5.
A6.
A7.
A8.
A9.
AlO
Al .
A2.
A3 .
A4.
A5.
A6.
A7.
A8.
A9.
AlO
0,30
0,30
0,30
0,30
0,20
0,20
0,20
0,20
0,20
0,20
0,10
0,30
0,30
0,30
0,20
0,20
0,20
0,20
0,20
0,20
0,10
Kristalliner Phasengehalt der Sinterkörper AO bis A10.
Während des Sinterprozesses erfolgt eine Kristalli- Magnesiumoxid unter Bildung von Cordierit, Anor-
sation sowohl des Glassinterkörpers (AO) als auch 55 thit, Forsterit und Spinell. Röntgenbeugungsaufnah-
der Mischkörper (A 1 bis A10) durch chemische Um- men dieser feingepulverten Proben mit Cu-Ka-Strah-
setzung der Glaskomponente mit dem zugemischten lung ergaben folgenden Befund:
Cordierit 2 MgO-2Al2O3-5 SiO2 |
Tabelle ι | Forsterit 2 MgO ■ SiO2 |
Spinell MgO ■ Al2O3 |
|
Probe Nr. |
S. V. V. V. |
Anorthit CaO Al2O3 SiO2 |
S. S. W. S. S. W. |
— |
AO .... Al .... A2.... |
V. V. V. |
|||
Fortsetzung
Probe | Cordierit | Anorthit | Forsterit | Spinell |
Nr. | 2 MgO-2Al2O3-5 SiO2 | CaO · Al2O3 · SiO2 | 2 MgO ■ SiO2 | MgO ■ Al2O3 |
A3.... | V. | S. V. | S. W. | — |
A4 .... | W. | V. | W. | — |
A5.... | S. W. | V. | V. | S. W. |
A6 .... | S. S. W. | W. | V. | W. |
Al .... | S. S. W. | W. | S. V. | W. |
A8..... | — | S. S. W. | S. V. | V. |
A9.... | — | S. S. W. | S. V. | V. |
AlO... | S. S. W. | S. V. | V. |
s. v. = sehr viel, v. = viel, w. = wenig,
Erklärung
s. w. = sehr wenig, s. s. w. = sehr sehr wenig.
A3 A4
Man erkennt aus der Tabelle 2, daß im reinen Sinterglas Cordierit und Anorthit kristallisieren (AO). 25 probe
Bei steigender Zugabe von MgO nimmt der Cordierit- Nr.
Gehalt stark ab, im schwächeren Maße ebenfalls der Anorthit-Gehalt, während die Forsterit- und Spinell-Anteile
stark ansteigen. Die Reihenfolge Cordierit A j
— Forsterit — Spinell mit steigendem MgO-Zusatz 30 geht konform mit den Konzentrationsverhältnissen
der Hauptkomponenten SiO2; Al2O3, MgO in den
Sinterkörpern.
In den Zusammensetzungen der Proben AO bis A 5 AlO sind die Komponenten SiO2, Al2O3 und MgO 35
als Hauptbestandteile anzusprechen. Neben einer A 6 gewissen Bedeutung des CaO (Anorthitbildung) spielen ^ 7
die übrigen Komponenten eine Nebenrolle. Berücksichtigt man nur das prozentuale Verhältnis dieser A 8
Hauptbestandteile zueinander in den Proben AO 40 . „ bis A10, so erhält man folgende Werte:
AlO Tabelle 3
Verhältnis der Hauptbestandteile in Gewichtsprozent
SiO,
57,90
53,30 49,20 45,80 42,90 40,40 36,10 34,30 32,70
Al2O3
28,00 25,50 23,40 21,80 20,20 18,90 16,70 15,90 15,00
MgO
14,10 21,20 27,40 32,40 36,90 40,70 47,20 49,80 52,30
Probe
Nr.
Verhältnis der Hauptbestandteile in Gewichtsprozent
45
SiO2
63,70
60,70
60,70
Al2O3
30,90
29,40
29,40
MgO
5,40 9,90 Im Vergleich zu den Verhältniszahlen der Hauptbestandteile
in Tabelle 3 sind in Tabelle 4 die entsprechenden Werte für Cordierit, Forsterit, Spinell
und Anorthit aufgeführt, zusammen mit den aus der Literatur entnommenen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.
Kristallart
Gewichtsprozent | MgO | CaO | |
SiO2 | Al2O3 | 13,8 | — |
51,4 | 34,8 | 57,2 | — |
42,8 | — | 28,3 | — |
— | 71,7 | 20,2 | |
43,2 | 36,6 |
lin. therm. Ausdehnungs-Koeffizient
α · 10"V0C im Bereich von Raumtemperatur bis
3000C
5000C
7000C
Cordierit
2MgO-2Al2O3-5SiO2....
Forsterit
Forsterit
2MgO-SiO2
Spinell
MgO · Al2O3
Anorthit
CaO-Al2O3 · 2SiO2
11*)
105 bis 112**)
75*)
43*)
*) Nach R. F. G e 11 e r, J. Res. Nat. Bur. Stand 9 (1932).
**) Nach W. E s ρ e, Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik, Bd. II, S. 514, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1960.
Zur Veranschaulichung werden die Gewichtsprozent-Anteile der Hauptbestandteile SiO2, Al2O3 und
MgO von Tabelle 3 in das Phasendiagramm des Dreistoffsystems SiO2—Al2O3—MgO (nach Rankin,
Merwin und Greig) eingetragen. Man erkennt hieraus, daß die Zusammensetzungen der
Proben AO bis A10 auf einer Geraden liegen. AO und
Al liegen im Mullitgebiet, A2 und A3 im Cordieritbereich,
und ab A4 bis A10 bewegen sich die Zusammensetzungen zwischen Spinell und Forsterit. Diese
Lage der Proben AO bis AlO im Phasendiagramm stimmt gut überein mit den Röntgenbefunden in
Tabelle 2.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
209 531/366
Claims (1)
1
Patentanspruch:
Anwendung des Verfahrens zum Herstellen kristalliner Sinterglaskeramikkörper aus einem
Gemisch von Aluminiumsilikatpulver und kristallinen anorganischen Verbindungen, wobei das
Gemisch erhitzt, gesintert und die Komponenten der Mischung durch längeres Verweilen bei der
Sintertemperatur in Reaktion gebracht und dadurch Kristallphasen gebildet werden, auf ein
hochtonerdehaltiges Silikatglaspulver der Zusammensetzung
Gewichtsprozent
SiO2 54 bis 68 '5
Al2O3 17 bis 27
MgO 4 bis 12
CaO O bis 10
BaO O bis 1
B2O3 O bis 3
TiO2 O bis 3
F O bis 0,5
Alkalien max. 0,4
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEJ0023373 | 1963-03-16 | ||
DEJ0023373 | 1963-03-16 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1471261A1 DE1471261A1 (de) | 1968-12-19 |
DE1471261B2 DE1471261B2 (de) | 1972-07-27 |
DE1471261C true DE1471261C (de) | 1973-02-22 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10054125B4 (de) * | 2000-10-31 | 2008-12-11 | Refratechnik Holding Gmbh | Feuerfester Förmkörper, Versatz und Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung des Versatzes |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10054125B4 (de) * | 2000-10-31 | 2008-12-11 | Refratechnik Holding Gmbh | Feuerfester Förmkörper, Versatz und Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung des Versatzes |
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