DE1496487C - Verfahren zur Herstellung eines Glas Kristall Mischkorpers mit hoher mechanischer Festigkeit und relativ hohem Warmeausdeh nungskoeffizienten sowie hohem elektrischen Isolationswiderstand - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Glas Kristall Mischkorpers mit hoher mechanischer Festigkeit und relativ hohem Warmeausdeh nungskoeffizienten sowie hohem elektrischen IsolationswiderstandInfo
- Publication number
- DE1496487C DE1496487C DE1496487C DE 1496487 C DE1496487 C DE 1496487C DE 1496487 C DE1496487 C DE 1496487C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- glass
- percent
- weight
- oxide
- thermal expansion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 6
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 title claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 41
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 claims description 19
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 10
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 claims description 10
- 239000002667 nucleating agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 10
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 8
- 238000004031 devitrification Methods 0.000 claims description 7
- DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N Phosphorus pentoxide Chemical compound O1P(O2)(=O)OP3(=O)OP1(=O)OP2(=O)O3 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N Tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K [O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 6
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 4
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 3
- 101700055372 pbo-5 Proteins 0.000 claims description 3
- -1 phosphate ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 2
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N Lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 16
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N Barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L Barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N Potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N Sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006121 base glass Substances 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000002075 main ingredient Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K Aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N Boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N Boron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960003563 Calcium Carbonate Drugs 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N Carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015621 MoO Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004940 Nucleus Anatomy 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000005355 lead glass Substances 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001184 potassium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 1
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052851 sillimanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Inorganic materials [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Description
1 2
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung linen Phase des Glaskeramikkörpers teilnimmt und
eines Glas-Kristall-Mischkörpers mit hoher mecha- hierbei die'Bildung einer unerwünschten Siliziumnischer
Festigkeit und relativ hohen Wärmeaus- dioxidmodifikation, nämlich von Cristobalit, in dem
dehnungskoeffizienten sowie hohem elektrischem Iso- Glaskeramikkörper verhindert und gewährleistet, daß
lationswiderstand, bei dem ein Glas erschmolzen wird, 5 das Siliziumdioxid in dem Keramikkörper in Form
dessen Hauptbestandteil zuzüglich von Kernbildnern von Quarz vorliegt. Hierdurch wird gegenüber den
wenigstens 90 Gewichtsprozent des Glases ausmachen, bisher.bekannten Glaskeramiken mit hohen Wärmebei
dem sodann das Glas in die für den Mischkörper ausdehnungskoeffizienten, die sämtlich in der Kristallgewünschte Form gebracht und schließlich dieser phase Cristobalite enthielten, ein ganz wesentlicher
Formkörper zur Entglasung einer Wärmebehandlung io Vorteil erzielt, da Cristobalit bei einer Temperatur von
unterzogen wird. 250° C strukturelle Änderungen erfährt, die zu einer
Es ist bekannt, daß man in der vorstehend genannten Änderung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
Weise durch gesteuerte Entglasung verschiedener und demzufolge zur Bruchgefahr führen, während
geeigneter Grundgläser Glas-Kristall-Mischkörper Quarz einen konstanten Ausdehnungskoeffizienten bis
(»Glaskeramik«) erhalten kann, die eine höhere 15 400°C aufweist. Den Grenzen für den Bleioxidgehalt
Festigkeit als das Ausgangsglas besitzen und in neuerer kommt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
Zeit für die verschiedenartigsten Anwendungszwecke die folgende Bedeutung zu: bei einem Zusatz von mehr
zunehmende Verwendung gefunden haben. als 30% Bleioxid verschlechtern sich die Eigenschaften
Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die des Produktes, da die Kristallisation langsamer als
, Schaffung derartiger Glaskeramikmischkörper zu- 20 das Schmelzen der Glasphase erfolgt. Dies führt zu
gründe, die insbesondere als Isolationswerkstoffe für einer Deformation des Körpers während der Entelektrische
Armaturen geeignet sind, beispielsweise glasung. Die Menge des Bleioxidzusatzes ist im Zuals
Isolatorwerkstoff für Röhrenquetschfüße u. dgl. sammenhang mit der bei der Kristallisationswärmemit
Leitungsdurchführungen, wobei der als Isolator- behandlung angewandten Temperaturänderungsgewerkstoff
verwendete Glaskeramikmischkörper gleich- 25 schwindigkeit zu bestimmen. Je schneller die Tempezeitig
einen guten und dauerhaften Verbund mit den nituränderung erfolgt, um so niedriger sollte der Bleidurchgeführten
elektrischen Leitern, insbesondere aus oxidgehalt sein. Wenn jedoch der Bleioxidgehalt die
Kupfer, gewährleisten soll. Für einen derartigen guten untere Grenze von 5 Gewichtsprozent unterschreitet,
Verbund zwischen Metall und dem Glaskeramik- so bleibt das gesamte Bleioxid in Glasphase und spielt
mischkörper ist ein möglichst eng an den Wärme- 30 bei der Entglasung keine Rolle, derart, daß die
ausdehnungskoeffizienten des Metalls angepaßter unerwünschte Cristobalitbildiing auftritt.
Wärmeausdehnungskoeffizient des Glaskeramikmisch- Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her-
körpers erforderlich. Die üblichen Leitermetalle gestellten Glaskeramikwerkstoffe besitzen bei hoher
haben einen verhältnismäßig hohen Wärmeausdeh- mechanischer Festigkeit Wärmeausdehnungskoeffinungskoeffizient,
so Kupfer beispielsweise einen WAK 35 zienten in der Größenordnung von 150 · 10"' pro °C,
in der Größenordnung von 190 · 10~7 pro cC (in dem und zwar weitgehend konstant über einen Bereich
hauptsächlich interessierenden Temperaturbereich von von 20 bis 500°C (dank der Vermeidung der uner-Zimmertemperatur
bis zu mehreren huntert Grad C). wünschten Cristobalitphase durch den Bleioxidgehalt)
Des weiteren soll der Werkstoff eine hohe Festigkeit und gute elektrische Isolationseigenschaften mit einem
und gute dielektrische Eigenschaften besitzen. Durch 40 dielektrischen Verlustwinkel von weniger als 10~3 über
die Erfindung soll daher ein Verfahren zur Flerstellung einen Frequenzbereich von 10 kHz bis 1000 MHz.
eines durch Entglasung gewonnenen Glas-Kristall- Die Entglasung im Rahmen des erfindungsgemäßen
Mischkörpeis geschaffen werden, der bei hoher Verfahrens kann in an sich bekannter Weise in einer
mechanischer Festigkeit einen hohen .. Wärmeaus- zweistufigen Wärmebehandlung erfolgen. Nach bedehnungskoeffizienten
in der Größenordnung der 45 vorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist dabei Wärmeausdehnungskoeffizienten von Leitermetallen vorgesehen, daß der Formkörper bei der Wärmeundgute
dielektrische Eigenschaften, d. h. einen hohen behandlung auf eine Kernbildungstemperatur im
elektrischen Isolationswiderstand, aufweist. Bereich von 440 bis 5200C erhitzt wird und daß
Zur Erzielung eines Glas-Kristall-Mischkörpers mit sodann der Formkörper auf eine End-Kristallidieser
Eigenschaftskombination ist bei einem Ver- 50 sierungstemperatur im Bereich von 700 bis 9000C
fahren der eingangs genannten Art gemäß der Er- erhitzt wird.
findung vorgesehen, daß die Hauptbestandteile Lithi- Die Verwendung von Bleioxid als Bestandteil in
umoxid, Zinkoxid, Siliziumoxid und Bleioxid in den entglasbaren Gläsern ist an sich bekannt,
folgenden Zusammensetzungsbereichen sind: Die französische Patentschrift 1281746 beschreibt
55 die Herstellung von Glaskeramikkörpern durch Entglasung von Gläsern im Grundsystem SiO2-AI2Oj-Li2O,
L12O 7 bis 15% wobei diese drei Hauptbestandteile mindestens 90 Ge-
ZnO 10 bis 25% wichtsprozent ausmachen; daneben können als Neben-
■n 4Sh' 79°/ bestandteile ZnO, SrO, BaO und PbO vorgesehen sein.
2 .45 bis / In 6o J0J00J1 Jn ejner Menge von insgesamt weniger als 5%.
PbO 5 bis 30% Selbst wenn man als einzigen Nebenbestandteil Blei
oxid verwenden würde, läge dessen Anteil (kleiner als 5 Gewichtsprozent) außerhalb des erfindungsgemäßen
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis Bereiches. Wie oben ausgeführt, bleibt bei einem
zugrunde, daß bei Verwendung von Bleioxid in einem 65 Bleioxidgehalt unter 5 Gewichtsprozent das gesamte
Anteil von 5 bis 30 Gewichtsprozent als weiterer Bleioxid in Glasphase und vermag das Auftreten von
Hauptbestandteil in dem Grundglas des Li2O-ZnO- Cristobalit in der Kristallphase nicht zu verhindern.
SiO2-Systems das Bleioxid an der Bildung der kristal- Die deutsche Auslegeschrift 1095 186 betrifft die
Herstellung von Glaskeramikformkörpern durch Entglasung von Gläsern des Aluminosilikatsystems
(SiO2 — Al2O3), mit Zugabe einer Kombination von
sieben verschiedenen Oxiden, darunter Bleioxid, zusammen mit einer bestimmten Menge Fluor an Stelle
von Sauerstoff als Keimbildner. Soweit der Entgegenhaltung überhaupt konkretere Angaben über die
Anteilsverhältnisse einzelner Bestandteile zu entnehmen sind, sollen fünf dieser Oxide, darunter Bleioxid
in Kombination nicht mehr als 10 bis 25% der Zusammensetzung ausmachen. Die überraschende
Erkenntnis der Erfindung, daß durch Verwendung eines Grundglases im Li2O-ZnO-SiO2-System mit Bleioxid
als einem weiteren Hauptbestandteil in einer Menge von 5 bis 30 Gewichtsprozent ein Glaskeramikkörper
mit der vorteilhaften Eigenschaftskombination: hoher Wärmeausdehnungskoeffizient, gute dielektrische und
Isolatoreigenschaften, hohe mechanische Festigkeit, erzielen läßt, ist dieser französischen Patentschrift
nicht zu entnehmen.
Die deutsche Auslegeschrift 1 085 305 zeigt Beispiele für entglasbare Bleigläser mit Bleioxidgehalten im
Bereich von 70 bis 80 Gewichtsprozent. Abgesehen von den völlig verschiedenen Grundgläsern wäre für
das erfindungsgemäße Verfahren ein Bleioxidgehalt in der Größenordnung von 70 bis 80 Gewichtsprozent
völlig unbrauchbar.
Nach weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen sein, daß als Kernbildner
ein Molybdänoxid und/oder ein Wolframoxid in einer solchen Menge enthalten ist, daß im Endprodukt
zwischen 0,5 und 4 Gewichtsprozent Molybdäntrioxid und/oder Wolframtrioxid vorliegen, und daß als Kernbildner
zusätzlich ein Phosphat in einer solchen Menge enthalten ist, daß im Endkörper eine 0,5 bis 6 Gewichtsprozent
Phosphorpentoxid entsprechende Phosphationenmenge vorliegt. Jedoch darf angenommen
werden, daß sich auch anderweitige, an sich bekannte Kleinbildner für die Zwecke der Erfindung eignen.
Im folgenden wird die Herstellung von wärmeempfindlichen Gläsern und ihre gesteuerte Entglasung
zur Herstellung von Glaskeramikkörpern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren näher erläutert.
Bei der Glasherstellung werden die folgenden Beschickungsstoffe als Hauptbestandteile verwendet:
Lithiumkarbonat Li2CO3
Zinkoxid ZnO
Quarzsand SiO2
Bleioxid PbO oder Pb3O4
Bariumkarbonat BaCO3 ;
Borsäure H3BO3
Die Beschickungsstoffe werden vor dem Schmelzen einer vollkommenen Durchmischung unterzogen.
Weiter wird der Masse eine geeignete Menge eines kernbildenden Agens beigegeben.
Das kernbildende Agens ist vorzugsweise ein Phosphat. In diesem Fall ist es ratsam, es in einem
solchen Maß zu verwenden, daß es im Endprodukt eine Menge des Phosphat-Anions ergibt, die von 0,5
bis 6,0 Gewichtsprozent Phosphorpentoxid entspricht; jedoch können auch die Oxide von Molybdän und/oder
Wolfram als kernbildendes Agens in einer Menge verwendet werden, die im Endprodukt 0,5 bis 4,0 Gewichtsprozent
von Molybdäntrioxid oder Wolframtrioxid oder beiden zusammen entspricht. Weiterhin
können die Oxide von Molybdän und Wolfram in Verbindung mit einem Phosphat verwendet werden.
Wo ein Phosphat verwendet wird, kann dieses in Form eines metallischen Phosphates vorliegen, vorzugsweise
eines Phosphates eines Metalls, dessen Oxid einen Hauptbestandteil der Glaszusammensetzung
bildet, d. h. Lithium, Zink oder Blei.
Die Masse wird weiter in einem Schmelztiegel vom Schamotte-, Sillimanit- oder Hoch-Zirkon-Typ in
einem elektrischen oder gasbefeuerten Schmelzofen geschmolzen, um ein Glas mit den Hauptbestandteilen
in den folgenden Bereichen (in Gewichtsprozent) herzustellen :
Li2O 7 bis 15
ZnO 10 bis 25
SiO2 45 bis 79
PbO 5 bis 30
und als Nebenbestandteile:
Natriumkarbonat Na2CO3
Natriumnitrat NaNO3
Kaliumkarbonat K2CO3
Kaliumnitrat KNO3
Aluminiumoxid Al2O3
Aluminiumhydroxid Al(OH)3
Magnesiumoxid MgO
Calziumkarbonat CaCO3
Zusammen mit dem kernbildenden Agens belaufen sich die obengenannten Bestandteile auf wenigstens
90% der Glasmasse.
Das Glas kann auch einen oder mehrere der folgenden Nebenbestandteile enthalten, im ganzen
aber nicht über 10 Gewichtsprozent der Gesamtglasmasse:
a) Alkali-Metalloxide (Na2O und K2O) bis zu 5 Gewichtsprozent,
einzeln oder zusammen,
b) Aluminiumoxid (Al2O3) bis zu 10 Gewichtsprozent,
c) Magnesiumoxid (MgO) bis zu 10 Gewichtsprozent,
d) Calciumoxid (CaO) und Bariumoxid (BaO) bis zu 5 Gewichtsprozent, einzeln oder zusammen,
e) Boroxid (B2O3) bis zu 10 Gewichtsprozent.
60
60
Die Masse sollte in einer oxydierenden Atmosphäre, z. B. in Luft, geschmolzen werden, und die Schmelztemperatur
sollte je nach der Zusammensetzung zwischen 1200 und 15000C liegen, und die Temperatur
sollte so gewählt werden, daß sie zu einer homogenen Schmelze führt.
Die Gläser sollten weiter nach herkömmlichen Verfahren bearbeitet werden, wie sie in der Glasindustrie
55
5 6
üblich sind, ζ. B. durch Gießen, Ziehen oder Pressen. PbO 14,0
Dann werden die Gläser bei geeigneter Temperatur PO 2 7
getempert und können sich vor der Wärmebehandlung 2 5 '
auf Zimmertemperatur abkühlen. Alternativ können K2O 2,0
die Gläser unmittelbar nach der Bearbeitung einer 5
Wärmebehandlung unterworfen werden, ohne ge- Die Masse wurde bei 130O0C geschmolzen. Das
tempert und abgekühlt zu werden. Glas wurde dann bearbeitet und getempert, wie oben
Die Wärmebehandlung der Gläser erfolgt in zwei beschrieben. Die so geformten Erzeugnisse wurden
Stufen: einer Wärmebehandlung durch Erhöhen der Tempeln der ersten Stuf e werden sie in einem Ofen mit einer ίο ratur mit einer Geschwindigkeit von 5° C pro Minute
Geschwindigkeit bis zu 1O0C pro Minute und Vorzugs- bis zur Einleitung der Kernbildung bei 5000C unterweise
zwischen 3 und 50C pro Minute bis ungefähr zogen, welche für 2 Stunden aufrechterhalten wurde,
auf den dilatometrisch bestimmten Mg-Punkt der Die Temperatur der Erzeugnisse wurde weiter mit
Glasmasse erhitzt, vorzugsweise innerhalb ±10°C einer Geschwindigkeit von 5°C pro Minute bis zur
vom Mg-Punkt, welcher im Falle der Gläser gemäß i5 endgültigen Kristallisationstemperatur von 7250C erder
Erfindung je nach der Zusammensetzung im höht, welche für 1 Stunde aufrechterhalten wurde.
Bereich von 440 bis 5200C liegt. Dann wurden die Erzeugnisse weiter auf Zimmer-
Der Mg-Punkt oder die obere Temper-Temperatur temperatur im Ofen gekühlt.
ist als die Temperatur definiert, bei der die Viskosität Der so gebildete glaskeramische Stoff hatte einen
1011 bis 1012 Poise beträgt. Wenn die Proben unmittel- 2o thermischen Ausdehnungskoeffizienten in dem Bereich
bar nach dem Tempern einer Wärmebehandlung unter- von 20 bis 500° C von 145 · 10~7 pro Grad C, und hatte
zogen werden sollen, werden sie in einen Ofen über- einen Bruchmodul zwischen 21 und 24,6 kg/mm2,
führt, in dem diese Temperatur aufrechterhalten wird. gemessen mit Dreipunktbelastung bei einer Belastungs-Diese
Temperatur wird für einen Zeitraum von wenig- länge von 38 mm und einer Probe von 4 bis 5 mm
stens einer Stunde aufrechterhalten, währenddessen 25 Durchmesser. Dieser glaskeramische Stoff erwies sich
sich Kristallkeime in der Glasmasse bilden und der als ein guter elektrischer Isolator mit einem dielek-Prozeß
der Kristallisierung eingeleitet wird. irischen Verlustwinkel zwischen 8,5 · 10~4 und 5,3 · 10~4
Die Gläser werden weiter mit einer Geschwindigkeit bei Frequenzen zwischen 10 kHz und 1000 MHz.
von nicht über 1O0C pro Minute und vorzugsweise Die Dielektrizitätskonstante für diesen Frequenzmit
einer Geschwindigkeit von 3 bis 5°C pro Minute 30 bereich betrug zwischen 5,8 und 5,9.
bis zur endgültigen Kristallisationstemperatur, welche Bei dem zweiten Beispiel wurde eine Masse bei einer
bis zur endgültigen Kristallisationstemperatur, welche Bei dem zweiten Beispiel wurde eine Masse bei einer
in Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung Temperatur von 1225° C geschmolzen, um ein Glas
zwischen 700 und 9000C liegt, erhitzt. Diese Tempe- folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozenten zu
ratur wird gewöhnlich etwas unterhalb der Temperatur erhalten:
gewählt, bei welcher die Kristallphase mit dem 35
gewählt, bei welcher die Kristallphase mit dem 35
niedrigsten Schmelzpunkt zu schmelzen beginnt. Das Li2O 7,3
Glas wird für wenigstens 1 Stunde auf der endgültigen ZnQ 11 0
Kristallisationstemperatur gehalten, währenddessen
sich die Kristallisation im Glas entwickelt und ein ^1O2 47,8
dichtes glaskeramisches Produkt, welches eng in- 40 PbO 29,9
einander verzahnte Kristalle aufweist, gebildet wird. ρ q 24
Die Erzeugnisse werden dann mit einer Geschwindig- 2 5 '
keit von nicht über 1O0C pro Minute und vorzugsweise K2O 1,6
bei der normalen Kühlgeschwindigkeit des Ofens
gekühlt. 45 Nach dem Bearbeiten und Tempern gemäß der
Die glaskeramischen Stoffe, die bei diesem Prozeß obigen Beschreibung wurden die so gebildeten Ergebildet
werden, sind mikrokristallin und können Zeugnisse einer Wärmebehandlung durch Steigerung
geformt werden, ohne daß eine Deformation während der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 50C
der Wärmebehandlung eintritt. Die Kernbildungs- pro Minute bis zu einer Einleitung der Kernbildung
Wärmebehandlung erfolgt während der Entwicklung 50 bei 4400C unterworfen. Diese Temperatur wurde für
der Kristallisation bis zu einem solchen Ausmaß, 1 Stunde aufrechterhalten. Die Temperatur der Erdaß
die Gläser während der endgültigen Wärme- Zeugnisse wurde dann mit einer Geschwindigkeit von
behandlung bei der höheren Temperatur im wesent- 50C pro Minute bis zur endgültigen Kristallisationslichen
formhaltig bleiben. Die mechanischen Festig- temperatur auf 7000C gesteigert, welche für 1 Stunde
keiten so geformter glaskeramischer Erzeugnisse sind 55 beibehalten wurde; dann wurden die Erzeugnisse
gut, und die Materialien eignen sich gut als elektrische im Ofen gekühlt.
Isolatoren. Der so hergestellte glaskeramische Stoff hatte einen
Isolatoren. Der so hergestellte glaskeramische Stoff hatte einen
Zwei besondere Beispiele zur Herstellung glas- thermischen Ausdehnungskoeffizienten in dem Bereich
keramischer Erzeugnisse gemäß der Erfindung sollen 20 bis 5000C von 127 · 10~7 pro Grad C und besaß
im folgenden beschrieben werden: 60 außerdem eine hohe mechanische Festigkeit.
Im ersten Beispiel wurden Beschickungsstoffe ge- In der nachfolgenden Tabelle sind weitere Beispiele
schmolzen, um ein Glas mit folgender Zusammen- von durch Entglasung erfindungsgemäß zusammensetzung
(in Gewichtsprozenten) zu erhalten: gesetzter Ausgangsgläser erhaltenen Glas-Kristall-Mischkörpern
zusammengestellt, die durchweg hohe
9 0 65 Werte des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten
' mit Werten von 118 bis 174 · 10~7 pro Grad C auf-
13>1 weisen (über einen Temperaturbereich von 20 bis
SiO2 59,2 500°C).
Li2O | Na2O | 7 | ZnO | PbO | Gewichtsprozent) | B2O3 | SiO2 | P2O5 | MoO3 | 8 | C/lh | :700 | Lineare | Durch- | |
7,1 | _ | 19,7 | 29,3 | 42,6 | 1,8 | C/lh | :800< | WAK | biegungs- bruch- |
||||||
9,0 | — | 22,1 | 5,0 | — | 59,2 | 2,7 | — | C/lh | :800< | pro°C •io7 |
festigkeit | ||||
kera- | 9,0 | — | 17,1 | 10,0 | BaO | — | 59,2 | 2,7 | — | C/2h | : 700c | im Bereich | in kg/mm2 | ||
Mr | 9,0 | — | 13,1 | 14,2 | _ | : | 59,1 | — | 2,7 | C/2h | :700c | 20 bis | |||
ΓΝΓ. | 9,0 | — | 13,1 | 13,8 | — | 58,8 | 2,2 | 1,1 | C/lh | :725C | 500° C | ||||
9,0 | 5,0 | Zusammensetzung (in | 19,4 | 5,0 | — | 5,0 | 54,2 | 2,4 | — | Wärmebehandlung | C/lh | :650c | 118 | — | |
1 | 9,0 | 5,0 | 14,4 | 10,0 | — | 5,0 | 54,2 | 2,4 | — | C/lh | :700c | 160 | — | ||
2 | 9,0 | 5,0 | 9,4 | 15,0 | — | 5,0 | 54,2 | 2,4 | — | C/2h | :700c | 170 | 17,600 | ||
3 | 9,0 | 1,0 | K2O | 13,1 | 14,0 | — | — | 59,2 | 2,7 | — | C/lh | :700c | 130 | 37,200 | |
4 | 8,5 | 5,0 | 2,0 | 12,5 | 13,3 | — | — | 56,2 | 2,6 | — | 500° | C/lh | :750c | 166 | — |
5 | 9,2 | — | 2,0 | 14,7 | 10,7 | — | — | 60,6 | 2,7 | — | 520° | C/lh | :800c | 137 | — |
6 | 9,5 | — | 2,0 | 16,4 | 7,3 | — | — | 62,0 | 2,7 | — | 480° | C/lh | :800C | 138 | — |
7 | 9,5 | 0,7 | 2,0 | 16,4 | 7,3 | — | — | 62,2 | 2,8 | — | 500° | C/lh | : 800c | 148 | — |
8 | 9,1 | — | 2,0 | 13,2 | 10,5 | — | — | 60,0 | 2,7 | — | 500° | C/lh | :800° | 153 | — |
9 | 9,3 | — | — | 13,2 | 7,1 | — | — | 60,7 | 2,7 | — | 450° | C/lh | :800° | 112 | — |
10 | 9,6 | 0,7 | — | 13,8 | 7,3 | — | — | 64,7 | 2,8 | — | 425° | C/lh | :800° | 122 | 174 |
11 | 9,6 | 0,7 | — | 11,3 | 7,4 | 2,4 | — | 67,1 | 2,8 | — | 425° | 174 | — | ||
12 | 1,0 | 4,9 | 500° | 174 | — | ||||||||||
13 | 1,9 | — | 400° | 116 | — | ||||||||||
14 | 2,1 | — | 450° | °C/lh | 124 | — t | |||||||||
15 | 2,1 | 450° | 5 C/lh | 139 | — | ||||||||||
16 | 1,1 | 450° | 'C/lh | 122 | |||||||||||
17 | 2,1 | 500° | !C/lh | ||||||||||||
2,1 | 500° | C/lh | |||||||||||||
1,1 | 500° | !C/lh | |||||||||||||
1,1 | 600° | C/lh | |||||||||||||
C/lh | |||||||||||||||
C/lh | |||||||||||||||
C/lh | |||||||||||||||
C/lh | |||||||||||||||
C/lh | |||||||||||||||
C/lh | |||||||||||||||
C/lh | |||||||||||||||
C/lh | |||||||||||||||
C/lh | |||||||||||||||
C/lh | |||||||||||||||
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines Glas-Kristall-Mischkörpers mit hoher mechanischer Festigkeit
und relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie hohem elektrischem Isolationswiderstand,
bei dem ein Glas erschmolzen wird, dessen Hauptbestandteile zuzüglich von Kernbildnern wenigstens
90 Gewichtsprozent des Glases ausmachen, bei dem sodann das Glas in die für den Mischkörper ge- 3S
wünschte Form gebracht und schließlich dieser Formkörper zur Entglasung einer Wärmebehandlung
unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptbestandteile Lithiumoxid, Zinkoxid, Siliziumdioxid und Bleioxid in den
folgenden Zusammensetzungsbereichen (in Gewichtsprozent) sind:
Li2O 7 bis 15%
ZnO 10bis25°/0 ^5
SiO2 45 bis 79%
PbO 5 bis 30%
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kernbildner ein Molybdänoxid
und/oder ein Wolframoxid in einer solchen Menge verwendet wird, daß im Endprodukt zwischen 0,5
und 4 Gewichtsprozent Molybdäntrioxid und/oder Wolframtrioxid vorliegen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kernbildner zusätzlich ein
Phosphat in einer solchen Menge verwendet wird, daß im Endkörper eine 0,5 bis 6 Gewichtsprozent
Phosphorpentoxid entsprechende Phosphationenmenge vorliegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper bei
der Wärmebehandlung auf eine Kernbildungstemperatur im Bereich von 440 bis 52O0C erhitzt
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper auf
eine End-Kristallisierungstemperatur im Bereich von 700 bis 900° C erhitzt wird.
109 551/238
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2404623C3 (de) | Entglasbares, in eine Glaskeramik umwandelbares Glas des Systems SiO2 -Al2 O3 - CaO - MgO - Na2 O und als Keimbildner TiO2, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung | |
DE4423794C1 (de) | Zr0¶2¶-haltige Glaskeramik, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung | |
DE1421907C3 (de) | Glas Kristall Mischkorper, Verfahren zu seiner Herstellung und zur Herstellung geeignetes thermisch knstallisierbares Glas | |
DE2602429C2 (de) | Sinterfähiges Glaspulver im System MgO-Al&darr;2&darr;O&darr;3&darr;-SiO&darr;2&darr;-MO | |
DE2263234A1 (de) | Verfahren zur herstellung von hochfesten und temperaturwechselbestaendigen glasgegenstaenden durch oberflaechenkristallisation | |
DE1471162B2 (de) | Keramischer stoff und verfahren zu dessen herstellung | |
DE2428678C2 (de) | Glaskeramische Gegenstände großer Festigkeit und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE1471161B2 (de) | Verfahren zur herstellung eines keramischen werkstoffes | |
EP2782882B1 (de) | Glaskeramik als dielektrikum im hochfrequenzbereich | |
DE1421859B2 (de) | Verfahren zur herstellung eines glas keramik formkoerpers mit in einem breiten bereich variierbarem waermeausdehnungskoef fizienten | |
DE1421866B2 (de) | Verfahren zur herstellung eines mechanisch sehr festen glas kristall mischkoerpers mit relativ niedrigem waermeausdehnungs koeffizienten | |
DE1496488B2 (de) | Verfahren zur herstellung eines glas kirstall mischkoerpers optimaler festigkeit durch gesteuerte entglasung eines glases des systems li tief 2 0 si o tief 2 unter verwendung eines phosphats als keimbildner | |
DE1496466A1 (de) | Glas-Kristall-Mischkoerper und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE1771652A1 (de) | Hitzebestaendige Glas-Keramik-Materialien und entglasungsfaehige Glasmaterialien und Verfahren zu deren Herstellung | |
EP0974559B1 (de) | Komposit-Lotglas mit niedriger Aufschmelztemperatur, ein Füllstoff hierfür, sowie deren Verwendung | |
DE1496487B2 (de) | Verfahren zur herstellung eines glas kristall mischkoerpers mit hoher mechanischer festigkeit und relativ hohem waermeausdehnungskoeffizienten sowie hohem elektrischen isolations widerstand | |
DE1596948B2 (de) | Optisches Glas mit verbesserten Bearbeitungseigenschaften | |
DE2422567A1 (de) | Opake glaskeramik | |
DE1496487C (de) | Verfahren zur Herstellung eines Glas Kristall Mischkorpers mit hoher mechanischer Festigkeit und relativ hohem Warmeausdeh nungskoeffizienten sowie hohem elektrischen Isolationswiderstand | |
DE2613502A1 (de) | Verfahren zum herstellen von kupferhaltigen glaszusammensetzungen | |
DE2658035C2 (de) | Zusammensetzung für maschinell bearbeitbare glimmerhaltige Glaskeramiken | |
DE1496489A1 (de) | Glas-Keramik-Stoff | |
DE1421859C (de) | Verfahren zur Herstellung eines Glas Keramik Formkorpers mit in einem breiten Bereich variierbarem Warmeausdehnungskoef fizienten | |
DE2413724C3 (de) | O-ZnO- SulfidschwefeKMgO) | |
DE2058210C (de) | Getrennte Phasen aufweisende Borosilicatgläser mit geringem Wärmedehnungskoeffizient, hoher Deformationstemperatur und guten mechanischen Eigenschaften sowie Verfahren zu deren Herstellung |