DE1571372C3 - Tonerdeporzellanmasse für elektrische Isolatoren - Google Patents
Tonerdeporzellanmasse für elektrische IsolatorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Tonerdeporzellanmasse für elektrische Isolatoren mit bis zu 45 Gewichtsprozent
calcinierter Tonerde, mit tonartigen und kaolinischen Stoffen sowie einem MnCte enthaltenden Flußmittel auf
der Basis von gebräuchlichen Alkalialuminiumsilikaten in einer Menge von weniger als 20 Gewichtsprozent.
Die keramischen Massen dieser Art müssen den vielfachen Erfordernissen der Herstellung und des
Brennens genügen, wobei sie gleichzeitig dem Fertigprodukt in gebranntem Zustand erhöhte Werte der
elektromechanischen Eigenschaften verleihen sollen.
Unter diesen Eignungen sind die wichtigsten die Eignung zur Formung und Kalibrierung, zur Trocknung
sowie gleichzeitig eine gute Kohäsion im trocknen Zustand, ein großer Brennbereich und eine gewisse
Unempfindlichkeit gegenüber Veränderungen der Ofenatmosphäre. Der Fachmann versucht, diese verschiedenen,
bisweilen sich völlig widersprechenden Erfordernisse zu vereinigen, indem er besonders mit
Ausgangsstoffen unterschiedlicher Herkunft und der Korngröße variiert. Das ist übrigens auch der Grund
dafür, warum Angaben aus Veröffentlichungen oder Patenten, abgesehen von den sehr genau angegebenen,
überhaupt nicht oder schlecht reproduzierbar sind und selten brauchbar sind, da diese Massen im Hinblick auf
eine bestimmte Eigenschaft oder eine Bedingung entwickelt worden sind. Hierbei werden andere
Gesichtspunkte außer acht gelassen, denen eine Masse ebenfalls genügen muß, damit sie industriell verwertbar
ist.
Wenn man indessen diesen Gegebenheiten bestmöglich Rechnung trägt, hängen die Eigenschaften eines
solchen keramischen Stoffes von bestimmten Verhältnissen der mineralogischen Bestandteile ab. Im allgemeinen
ist eine tonerdehaltige Keramik zur Herstellung von Isolatoren wie folgt zusammengesetzt
15 bis 45 Gewichtsprozent calcinierte Tonerde
25 bis 60 Gewichtsprozent tonartige Stoffe
20 bis 40 Gewichtsprozent Feldspat
25 bis 60 Gewichtsprozent tonartige Stoffe
20 bis 40 Gewichtsprozent Feldspat
Eine derartige Masse wird im allgemeinen zwischen 1100 und 14000C gebrannt.
Die verwendeten Tone und Feldspäte enthalten immer einen bestimmten Prozentanteil an Quarz, der
sich teilweise in dem geschmolzenen Feldspat löst. Ein bestimmter Teil hiervon bleibt jedoch in kristallinem
Zustand in dem Scherben zurück und ruft lokale Spannungen hervor, die die mechanischen Eigenschaften
herabsetzen.
Einige Autoren haben vorgeschlagen, den Feldspat ganz oder teilweise durch Flußmittel zu ersetzen, die
alkalihaltiger sind, um so den freien Quarz der ungebrannten Masse vollständig zu lösen, und zwar
besonders durch Ersatz des Feldspates durch Nephelin-Syenit.
Der Feldspat hat folgende allgemeine Formel:
KAIS13O8 für Orthoklas oder
KAIS13O8 für Orthoklas oder
NaAlSi3OefürAlbit.
Im allgemeinen besteht der natürliche Feldspat aus einem Gemisch dieser Minerale mit einem Gehalt an
Quarz.
Der Nephelin-Syenit entspricht der Formel:
Der Nephelin-Syenit entspricht der Formel:
Nephelin-Syenit ist somit reicher an Alkalien. Damit verbunden ist eine größere Lösungsfähigkeit für freien
Quarz, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Scherbens, wie schon zahlreiche Autoren festgestellt
haben, sowohl bei den tonerdehaltigen Massen als auch bei den herkömmlichen Massen für Porzellan oder
glasartige Stoffe verbessert werden.
Bei Ersatz von AI2O3 durch S1O2 ist zum Brennen der
Massen bei den für die herkömmlichen Porzellane üblichen Bedingungen die Verwendung von Flußmitteln
bzw. Zuschlägen notwendig, die eine größere Quarzlöslichkeit bewirken bzw. in größerer Menge eingesetzt
werden.
Auf Grund dieser Betrachtungen wurde schon vorgeschlagen, tonerdehaltige keramische Massen zur
Herstellung von Isolatoren mit einem Versatz zu verwenden, der sich zwischen folgenden Grenzen
bewegt:
40
40
15 bis 45 Gewichtsprozent Tonerde
25 bis 60 Gewichtsprozent tonartige und kaolinische
Stoffe,
20 bis 40 Gewichtsprozent Flußmittel bzw. Zuschläge, die im wesentlichen Feldspat und Nephelin-
Syenit enthalten.
Derart hohe Anteile an Flußmitteln bzw. Zuschlagen bringen den Nachteil mit sich, den Brennbereich durch
Schaumbildung zu verkleinern. Dies bedingt wieder eine Verminderung der Biegefestigkeit und eine Neigung zu
Verformungen im Verlauf des Brennens. Zum anderen sind bei einer alkalireichen Masse die elektrischen
Eigenschaften des Endprodukts verschlechtert.
Durch die Erfindung wird also die Aufgabe gelöst, den Anteil an teueren Flußmitteln und Zuschlägen reduzieren
zu können, ohne gleichzeitig zur Erzielung einer guten Biegefestigkeit den Anteil an Tonerde erhöhen zu
müssen. In diesem Zusammenhang sei auf einen Aufsatz in American Ceramic Society, Ceramic Bulletin, 1961,
Vol. 40, Nr. 2, S. 74 bis 77, hingewiesen, wo als Grundmaterial 65% Tonerde, d. h. ein sehr teueres
Material, verwendet wird.
Dies wird bei einer Tonerdeporzellanmasse der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß ein Flußmittel verwendet wird, das neben dem MnO2 als weiteren Flußmittelbestandteil T1O2
enthält, wobei der Gehalt an T1O2 und MnO2, bezogen
auf die Gesamtmasse, 0,5 bis 4 Gewichtsprozent beträgt.
Vorteilhafterweise liegt das Gewichtsverhältnis der Bestandteile TiCh und MnCh bei etwa einem Drittel TiCh
auf zwei Drittel MnCh.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die keramische tonerdehaltige Masse folgendermaßen
zusammengesetzt:
15 bis 45 Gewichtsprozent calcinierte Tonerde,
30 bis 60 Gewichtsprozent tonartige und kaolini- ι ο sehe Stoffe,
weniger als 20 Gewichtsprozent Flußmittel bzw. Zuschläge, wobei diese 0,5 bis 4 Gewichtsprozent
(bezogen auf die keramische Masse) TiCh- MnCh enthalten.
Eine derartige keramische Mischung kann in üblichen öfen bei üblichen Temperaturen gebrannt werden, d. h.
zwischen 1280 und 1350° C.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist das Gewichtsverhältnis der tonartigen Stoffe zum Gewicht
der kaolinischen Stoffe in der keramischen Masse kleiner als 1.
Keramiken solcher gut verformbarer Massen zeigen vorteilhafterweise erhöhte mechanische Eigenschaften.
Im folgenden werden Beispiele für erfindungsgemäße keramische tonerdehaltige Massen mit den erstrebten
Eigenschaften gebracht.
Aus der folgenden Tabelle gehen Zusammenstellung und Zusammensetzungen der verwendeten Ausgangsstoffe
hervor:
Brenn | S1O2 | AbCh | Fe2Ch | CaO | MgO | K2O | Na-O | TiOj | |
verlust | |||||||||
Ton A | 9,7 | 57,7 | 30,0 | 0,7 | 0,4 | 0,5 | 1,8 | 0,6 | |
Ton B | 12,6 | 54,4 | 30,1 | 0,6 | 0,7 | 0,7 | 0,4 | 0,9 | |
Ton C | 13,1 | 53,5 | 30,0 | 1,4 | 0,3 | 0,4 | 0,4 | 0,2 | |
Ton D | 11,7 | 55,62 | 30,0 | 0,58 | 0,11 | 0,16 | 0,83 | 0,18 | 0,72 |
Kaolin E | 12,9 | 47,0 | 37,6 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,6 | 0,1 | |
Kaolin F | 12,7 | 48,1 | 36,4 | 0,9 | 0,6 | 0,5 | 0,9 | 0,1 | |
Feldspat | 0,2 | 65,4 | 19,1 | 0,4 | 0,3 | 0,1 | 11,5 | 3,1 | |
Nephelin-Syenit | 0,6 | 61,2 | 21,0 | 0,3 | 0,1 | — | 5,8 | 11,0 | |
Tonerde 1 | 99,2 | wobei | 70% dieser | Tonerde | eine K | ornerößi | ; kleiner als |
Tonerde 2
5 μ und eine spezifische Oberfläche in der Größenordnung von 4000 bis 4500 cm2/g haben
99,59 wobei 75% dieser Tonerde eine Korngröße kleiner als
5 μ und eine spezifische Oberfläche in der Größenordnung von 5000 cm2/g haben
Tonerde 1
Ton A
Ton B
Kaolin E
Nephelin-Syenit
Zuschlag T1O2 - MnO2
39% 11,5%
8% 25% 14,5%
2%
Diese Mischung hat eine Biegefestigkeit von kg/cm2 im Trockenzustand, gemessen an einem
Zylinder von 8 mm 0 (Stützenabstand von 60 mm) bei einer Temperatur von 110° C. Die Massen wurden in
einem industriellen Tunnelofen bei 1350° C gebrannt.
Die Masse hatte dann eine Dichte von 2,76 g/cm3, eine Biegefestigkeit von 2200 kg/cm2, gemessen an einem
Probestab von 6 mm 0 (Stützenabstand von 25 mm). Passend glasiert zeigt dieser Probestab eine Biegefestigkeit
von 2760 kg/cm2.
Tonerde 1
Ton C
Kaolin F
Nephelin-Syenit
Feldspat
Zuschlag TiO2-MnO2
40%
15%
26%
10%
7%
2%
Nach dem Brennen in einem industriellen Tunnelofen bei einer Temperatur von etwa 1280° C ergab sich für
den gebrannten Gegenstand eine Dichte von 2,94 g/cm3 sowie eine Biegefestigkeit für 6 mm starke Rundstäbe
von 2425 kg/cm2 und für glasierte Stäbe von 2625 kg/ cm2. Der Brennbereich dieser Masse beträgt etwa 70°C.
Nach dem Brennen in einem industriellen Tunnelofen in reduzierender Atmosphäre erhält man eine Biegefestigkeit
für das unglasierte Stäbchen von 2620 kg/cm2 und von 3140 kg/cm2 für das passend glasierte Stäbchen.
55
6o
45 Tonerde 2
Ton D
Ton E
Kaolin F
Nephelin-Syenit
Feldspat
Zuschlag TiO2-MnO2
30% 8%
13%
30% 8,5% 8,5% 2%
Die Biegefestigkeit im trockenen Zustand beträgt 36 kg/cm2. Nach dem Brennen bei den Bedingungen des
Beispiels 2 erhält man eine Dichte von 2,8 g/cm3 und eine Biegefestigkeit für ein Stäbchen von 6 mm 0 von
2220 kg/cm2. In reduzierender Atmosphäre ergab sich eine Biegefestigkeit von 2510 kg/cm2 für ein unglasiertes
Stäbchen und 2895 kg/cm2 für ein glasiertes Stäbchen.
Tonerde 2
Kaolin F
Nephelin-Syenit
Feldspat
Zuschlag TiO2-MnO2
30%
15%
36% 8,5% 8,5% 2%
Die Biegefestigkeit im trockenen Zustand beträgt 35 kg/cm2. Bei den schon genannten Brennbedingungen
ist die Dichte 2,84 g/cm3 und die Biegefestigkeit für ein Stäbchen von 6 mm 0 2160 kg/cm2.
Der Prozentanteil und die Zusammensetzung des Zuschlags TiCh-MnCh, der erfindungsgemäß in die
keramische Masse eingeführt wurde, kann je nach dem Gehalt der Hauptbestandteile so variieren, daß die im
vorstehenden angezeigten Bedingungen, d. h. ein Gehalt zwischen 0,5 und 4% sowie ein Verhältnis von TiCh zu
MnCh von 1 : 2, erreicht werden. Die Verwendung von TiCh — MnO2 bewirkt nicht allein spezifisch die Erniedrigung
der Brenntemperatur, sondern beeinflußt ebenso das Gefüge des Scherbens.
Beim Vergleich einer tonerdehaltigen Masse von gleicher chemischer Zusammensetzung und sehr verwandter
mineralogischer Zusammensetzung, beispielsweise der folgenden Zusammensetzung 5:
Tonerde 1 | 40% |
Feldspat | 24% |
Bindeton A (Ball Clay) | 25% |
Kaolin F | 11% |
Diese spezifische Wirkung des Flußmittels tritt genauso in der Masse 4 im Vergleich mit einer Masse 6
hervor, bei der das TiCh — MnCh enthaltende Flußmittel durch die gleiche Menge einer Mischung von
Feldspat-Nephelin-Syenit ersetzt wurde. Man erhält für die Masse 4 eine Dichte von 2,84 g/cm3 und eine
Biegefestigkeit von 2160 kg/cm2, anstatt einer Dichte von 2,70 g/cm3 und einer Biegefestigkeit von
1890 kg/cm* für die Masse 6.
Man stellt ebenfalls fest, daß die Masse 4 mit 30% Tonerde Eigenschaften hat, die der vorstehenden Masse
5 entsprechen, die 40% Tonerde enthält. So können 25% calcinierte Tonerde, d. h. ein relativ teures
Hauptmaterial, eingespart werden.
Erfindungsgemäß ist in den Beispielen 1,2,3 und 4 das
Verhältnis
Gewicht der tonartigen Stoffe
Gewicht der kaolinischen Stoffe
Gewicht der kaolinischen Stoffe
kleiner als 1. Dieses Verhältnis beträgt für die 4 angeführten Massen:
erhält man für ein Probestäbchen und bei den im vorstehend dargelegten Versuchsbedingungen tatsächlich
eine mechanische Festigkeit über 2200 kg/cm2 für ein unglasiertes Stäbchen und eine Dichte von
2,846 g/cm3. Die Dichte der Masse nach Beispiel 2 beträgt 2,94 g/cm3, was, welbst wenn man die Einführung
des schweren Oxides TiCh- MnCh berücksichtigt, eine Verbesserung der Dichte von 2% ergibt. Diese
Verdichtung des Scherbens spiegelt sich in der mechanischen Festigkeit wieder, die von 2200 kg/cm2
auf 2425 ansteigt.
19,5
25
36
während das gleiche Verhältnis in der Masse 5
beträgt.
Die aus den erfindungsgemäßen Massen hergestellte Keramik weist einen verhältnismäßig geringen Glasphasenanteil
auf; darauf sind die guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften der mit diesen Massen
hergestellten Keramik zurückzuführen.
Claims (3)
1. Tonerdeporzellanmasse für elektrische Isolatoren mit bis zu 45 Gewichtsprozent calcinierter
Tonerde, mit tonartigen und kaolinischen Stoffen sowie einem MnCh enthaltenden Flußmittel auf
Basis von gebräuchlichen Alkalialuminiumsilikaten in einer Menge von weniger als 20 Gewichtsprozent,
gekennzeichnet durch ein Flußmittel, das neben dem MnCh als weiteren Flußmittelbestandteil
T1O2 enthält, wobei der Gehalt an T1O2 und MnCte,
bezogen auf die Gesamtmasse, 0,5 bis 4 Gewichtsprozent beträgt.
2. Tonerdeporzellanmasse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gewichtsverhältnis von
TiCh zu MnÜ2 von 1 : 2.
3. Tonerdeporzellanmasse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gewichtsverhältnis von
tonartigen Stoffen zu kaolinischen Stoffen kleiner als 1.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR5006 | 1965-02-10 | ||
DEC0038172 | 1966-02-10 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1571372C3 true DE1571372C3 (de) | 1978-02-02 |
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