DE1665271A1 - Elektrisch isolierendes Material - Google Patents
Elektrisch isolierendes MaterialInfo
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Description
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4 ,guste-Vikt-jri.-Siraße 63 Dr.- Ing. HANS RUSCHKt Pienzenauet Straße 2
pai.-An». Dr. Ruschko D ί ρ I. - I η g. HEINZ AGULAR Fai-Anwalt Aguh:
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Tjletiramm-AJresse· Telsqramm-Adresse:
Norton Company, I New BoikI Street,, Woi»C3öter
Mass achus efcts
Elektrisch isoliereiideü Material
Pie Erfindung betrifft körnige feuerfest® Materialien, die
:;ur Verv/sncliiiis al3. elektrisches Iso3.ierungßmafcs?iaJ. zur Her»
stellung von urnhUllten V/lderatantlsheizungaslüinanben geeignet
in der üiJ-Patestscbrift 2 ji8;5 Ö;i9 wird &ln l'yp a
elem^nfcea Do^ohr-ieben, auf waiohai di<j •/?.;i»ll.{-??:€-u»le Erfindung
£>n»reuduav ist, Die US-Patenteohrift: 2 798 00? bcsohrolbt eine
f^uehrnolr.ene i«w-?n^3ias die in aranu^atfor5« in Heiaeleicentcn
αεί* la ilo»% sueret; gextann'u^n JS-i^itifttathrift· b^3-*tn;.l«b&iBn Λ »·.
008845/150$
einem derartigen Heiaelementtyp auf ein Minimum herabzusetzen,
ist es wesentlich, daß die Isolation bei der Betriebstemperatur, dis 90O0C auf der Umhüllung erreichen kann., einen hohen
spezifischen Widerstand basltab« Geschmolzenes Magnesiumoxid,
wie es in der US-Patentschrift 2 798 002 beschrieben wird., ist bssonders geeignet zur Verwendung als elektrische Isolierung
in rohrförmigen He ize lenient en, da es neben einem hohen elektric
sehen Widerstand eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, Im Band
83 der "Transactions of the Electrochemical "Society", (1943)
wird auf den Seiten I91 bis 203 eine Methode zur Bestimmung
des spezifischen Widerstandes von verpreßtem Magnesiumoxid
in Granulatform, welches in Wlclerstandshaiaelementsn verwendet
wird, beschrieben* Die Werbe des spezifischen Widerstandes, welche in der Beschreibung dieses Patentes aufgeführt sind,
werden nach der in der zuletzt genannten Literafcurstelle baschrlebenen
Methode bestimmt, mit dei* Ausnahme., daß die Teststäbe
und -Zylinder nicht- gereinigt werden, wie dies in dem
genannten Artikel beschrieben wird., sondern anodisch in einer
10^-igen Lösung (bezogen auf das Volumen) Schwefelsäure bei
einer StioincUohte von ungefähr 2,j5 A/dm (1,5 A/square inch)
gebeizt werden, Sie :-;et'dim ansjehlleßsnd ahgewLäohfc, getrocknet und In e.lneni langsamen V/asserstoffstrom auf 12i25°C erhitzt.
In noch vrarmsm Zustand weiden sie aus d&m üföti entnommen und
unmittelbar danach in einem Kxsikator über dktlvievtem Aluminiumox/d
aufbewahrt. AIl^ iiuchrolgaaclen Handhabungen m.·folgen unter
Ü09845/1505
BAD
Verwendung einer Zange sowie von Gummihandschuhen«
In der Vergangenheit wurden verschiedene Behandlungsmethoden
zu? Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von geschlo!»
Einern Magnet iiumxyd vorgesehlagen* In der !!.^«Patentschrift
2 669 &5& wSrtl die Zugabe von 60 biß 8o Gew.-# Zirkonsilikat
zu geschmolzenem Magnesiuraoxyci in Granulat form vorgeschlagene
In der genannten Patentschrift .1st angegeben, daß.* obwohl
Zirkonsilikat allein schlechtere elektrische Isolierungseigenschaften als Magnesiumoxid besitzt, diese schlechtere elektrische Isolierungsrigenschaft durch Mischungen aus girkonsilikat
und Magnesiumoxid in den angegebenen Mengenverhältnissen infelge
der bersseren Wärmeleitfähigkeit des Xirkonfsilikats kompensiert vraröen, so <5aß Heiselomento, welche derartige Mischun---
£en enthalten« einen befriedigenden For^promiß i?vjis«ihen der
Wärmeleitfähigkeit und dem eleL:tris«ihen Isolationsvermöger
Es vmrde nnn c-ifunden? dpß 7λι$Ϊ.\ j;e ir---~ kir
oxjfd und {?3«i.;u'tigör Kieselerde, vor^igmn
S(hmol?,eno;p. Z'*rkondioxydfi überr«sehend iä
verleihen»
2irkondi' in F»viti ton ge-
^tige Eigensehafter
Erfindungpjjemüß liird ein elektrisch isolierendes Material zur
g«.ft'-il3t» das aus eii er Mischung aus geßchmoi ^eyjem
Cn9845/15Ü5
BAD
Magnesiumoxid in Teilchenform mit O.?5 bis 8 Gew.-^ einer Mischung
aus kristallinem Zirkondioxyd und glasartiger Kieselerde in
Te Hohe n-f orm besteht* wobei das Zirkondioxyd und die Kieselerde in ungefähr äqutmolaren Msngen vorliegen.
Um die überraschend günstigen Wirkungen der Zugabe von geschmolzenem
Zirkondioxyd zu einer für elektrische Zwecke geeigneten
Magnesia zu zeigen/"werden" die Werte des spezifischen Widerstandes für einige Materialien allein oder in Kombination mit
geschmolzener Magnesia zu Vergleichszwecken gemessen. Es stellt
sich heraus j, daß geschmolzenes Zirkondioxyd bei 9000C und 9800C
Werte des spezifischen Widerstandes von weniger als O1*4 Meg«
ohm-cni (1 megobni-incli) besitzt« Man stellt ferner fest« daß die
Zugabe von geschmolzener Kieselerde in einer Menge von 1/2 bis
8 fo zu einer1 geschmolzenen,.für elektrische Zwecke geeigneten
Magnesia, obwohl es den elektrischen Widerstand des Materials ex'höhtjf der Mischung im Hinblick -auf seine Verwendung zur Hopstellung
von Heizelementen unerwünschte mechanische Eigenschaften verleiht. Ferner stellt sich heraus,-. daß die Zugabe von
geschmolzenem Zirkondloxyd in ähnlichen Mengen zu einer für
elektrische Zwecke geeigneten Magnesia die elektrischen Eigenschaftendes
Mato-rialfi verschlechtert. Schließlich s'etst die
Zugabe Λ*οη Zi,rkon (nicht geschmolzen) zu geschmolzener Magnnsila
in den gleichen Hängen den elektrischen Widerstand der
herab«
00 9 8 4 57 15 0 5
IAO
Zirkon ist die mineral is ohe Bezeichnung fü? die Verbindung
ZiriiCiisilikat; ZrSiOh. Zirkon ist eine echte Verbindung* die
in Kristallinen Formen vorkommt,, Unter geschmolzenem Sirkon
soll ein Zirkon verstanden warden* das bis zu dem flüssigen
Zustand geschmolzen und anschließend abgekühlt worden ist« Das auf diese V/eise behandelte Material besteht nicht mehr aus
der Verbindung Zirkonslllkat* sondern aus einer Mischung aus
Kieselerde und kristallinem Zirkondioxydo Wird das Material
auf die erfindungsgemäß verwendete Korngröße (Teilchen, die durch Siebe mit lichten Masehenweiten von 0?045 bis 0*425 mm
(4a bis 325 mesh) hindurchgehen) vermählen* dann enthalte»
alle einzelnen Körner sowohl SiO0 als auch ZrO0 «,
Es kar«n daher eine erhebliche Verbesserung der elektrischen
Widornbandsfähigkelt eines geschmolzenem Magnesiumoxyds In
Granulatform durch eine mechanische Zugabe-von geschmolzenem
Zlrkonsand in Grtinulatform in einer Menge KViisohen 1/2 und
8 Gew-.-■#, bezogen auf die Gesamtaiisohung, erhielt werden« Die
vorzugsweise augesetste Menge beträgt ungefähr 2 %*
B;s ist interessant festzustellen^ daß die Zugabe keinen nennens·
werten EinfluS auf den. spezifischen V/iciersfesnd der Magnesiakörner
beim ErhltEen dex» Mischung auf Temperaturen bis zv. ungefahr»
9000G ausübt« Naoh einem Erhitzen auf 9000G wird die
V/irkiing; sogar nach einem a^i^hlieSenrlen Abkühlen das
009846/1505
BAD ORlQSNAL
Materials beibehalten. Da das erfindungsgemäße Isolierungsmaterial normalerweise bei Temperaturen oberhalb 900°C verwendet
wird, ist es nicht erforderlich, das Material vor der Einbringung in das Heizelement vorzuerhitzen. Die Art der Reaktion,
die beim Erhitzen auf 900 C oder darüber erfolgt* ist nicht
bekannt»
Geschmolzener Zirkonsand mit einer Siebgröße von 100.P wird
durch Schütteln in einer Flasche mit einer im Handel ernält-.liehen
Magnesia mit einer Siebgröße von 40 F vermischt, wobei swel Teile geschmolzener Zirkonsand auf 99 Teile Magnesia entfallen.
Der spezifische Widerstand der Mischung beträgt 15*5 Megohm-cm
(38,8 megohm-inches) bei 9800C , während die Magnesia ohne
Zugabe des geschmolzenen Zirkon einen spezifischen Widerstand von 10,5 Megohm-cm {26,3 tnegohm-inches) aufweist»
Die Siebanalyse der in diesem Eeispiel verwendeten geschmolzenen
Magnesia beträgt in typischer Weisej
% der auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,425 mm (40 mesh) zurückbleibenden
Teilchen 0
c/j der durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,425 mrn (40 mesh) hindurchgehenden und
auf einem Slab mit einer lichten Naschenweite von Ο,250 mm (60 mesh) zurückbleibenden Teilchen 29,6
fo der durch ein Sieb mit einer Höhten* Ma3chenweito
von 0,250 min (Co 1.130h) durchgehend en und auf einem
Si ab mit einer lichten Maschenweitö von 0*175 nun
180 mesh) zurUokblsibenden Teilchen 215,0
0 9845/ 1 SOS bad -original
Presents at ε der durch ein Sieb mit einer lichten
Maschenweite von 0*175 im» (^O mesh) hindurchgehenden
und auf einem Sieb mit einer lichten Mascshenweite
von Ο* 075 mta (200 mesh) zurückbleibenden Teilchen, 35*5
Prozentsatz der öurch ein Sieb mit einer lichte»
Maschenweite"von 0,050 mm (3OQ mesh) hindurchgehenden
und auf einem Sieb mit einer Höhten Masshenweite von
0ro45 mm (325 mesh) zurückbleibenden Teilchen 7s0
Prozentsatz der durch ein Sieb mit einer lichten
Maschenweite von OfQ45 mm (325 mesh) hindurchgehenden"
unü auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von Q,035 mm (423 mesh) zurückbleibenden Teilchen. 4*5
Prozentsatz der äurch ein Stete mit einer lichten
Maßchenwei-te von 0,053 mm (425 mesh) hindurchgehenden
Teilchen 1,0«
Diese Magnesia fiird als Magnorlt (Warenzeichen) Sl4 bezeichnet
und ist von der Korton Companya Worcester p Massachusetts, er·»
hältlieh. Die Siebanalyse beruht auf der U8-Sta,ndard~Siebreihe.
Alle Körner gehen durch ein Sieb mit einer lichten Mascherl·»
weite von 0,450 rot (4o mesh) -hindurch, 25 bis 51 % gehen durch'
ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0^4JjO mm {kQ mesh)
hindurch und bleiben auf einem Sieb mit einer lichten Maschen*
weite von 0-S50 mm (60 mesh) zurück, 5 bis 11 # gehen durch, ein
Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,050 mm (JOO mesh) hin
durch und bleiben feuf einem Sieb mit einer lichten Kasohenweite
von O.,O45 ram (.325 mesh) zurück, wählend .nicht mehr als 6 %
©in Sieb mit einer lichten Mascteenweite von Oi045 mm
0098 45/150B
(325 mesh) hindurchgehen.
Die Teilchen des geschmolzenen Zirkons besitzen eine derartige
Größe, daß alle Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,150 ram (100 mesh) hindurchgehen. Die Klassierung
wird anderweitig nicht kontrolliert, so daß das Produkt eine derartige Klassierung besitzt, wie sie bei dem Vermählen
^ in einer Waisenmühle auf natürliche Welse erhalten wird. In
einem derartigen Material wird eine beträchtliche Menge an feinen Teilchen erzeugt, die durch ein Sieb mit einer lichten
Maschenweite von 0,045 mm (325 mesh) hindurehsugehaii vermögen.
Es 1st zweckmäßig* daß wenigstens 20 Gew.~$ des geschroolsenen
Zirkonmaterials durch ein Sieb mit einer lichten Masohenweite
von 0,0*15 mm {325 mesh) hindurchgehen. Oute Ergebnisse werden
dann erzielt, wenn die Teilchengrößemrerteilung des geschmolzenen
Zirkons innerhalb der Teilchengrößenverteilung, wie sie
für die Magnesia angegeben wurde, liegt oder in einen klei«
" neren Bereich fällt, Dies bedeutet, daß keine nennenswerte
Menge an Teilchen des geschmolzenen Zirkons eine Teilchengröße
besltstfii sollten, die größer als die maiclmalö Ör3ße der
geschmolzenen Magnesia 1st«
Eine Probe aus geschmolzener Magnesia, die der In Beispiel 1
beeehr!ebenen ähnelt, jedoch bei 9800C einen spezifischen Wider
0Ü9Ö45/1GDB;
'. ' ■ ■ .'■■■-.■ .. ■ gAD ORfßlNAL
stand von 6,8 Megohm-cm (17*4 megohm-inches) besitzt, zeigt
beim Vermischen mit 4 Gew„~$ eines geschmolzenen Zirkonsandes
einen spezifischen Vilderst'and bei 900°C von 12*7 Megohra-cm
(31.,7- megohm-inches).
^ ■
Die Zugabe von geschmolzenem Zirkonsand in einer Menge von 1/2
bis 8 Gew.~# ergibt eine Verbesserung s wobei jedoch Zusätze
von ungefähr 2 Gew.-# bevorzugt werden»
Der Zirkon besitzt eine theoretische Analyse von 53 % Kiesel«
erde und 67 % Zlrkondioxyd, bezogen auf das Gewicht. Dar· geschmolzene
Zirkon gemäß Beispiel 1 besitzt ©inen Kieselerdegehalt
von 21,2 %9 während der geschmolzene Sirkon gemäß
Beispiel 2 einen Kieselerdegenalt von 28 % aufweist» Daher
braucht das Material nicht stöOhiometrlseh zu sein. Ss werden
gute Ergebnisse mifc sowohl ©inem Überschuß an Klessl©i'de als
auch einem Überschuß an Zirkondioxyd erzielt»
Im allgemeinen neigt das geschmolzene Zirkonmatsrlal dazu, einen
Überschuß an Kieselerde aufzuweisen* Dies kann Jedoch durch Zugabe
von Kieae3a%sde £u d«r Of^beschickung zum Ausgleich dsa
Kteselerdeverlustes du?eh Heauktlon und Yerflüöhtiguiig
v/erden- Ein achnellös Abschrecken des Produkts erlotchfcert
Vermählen. Dios«& Absohrecken kann durch Absolirecken in Luft oder
naoh anderen Methoäan, die sin sahnellss■ Absnlireoken gestatten,
0 09845/150S
Claims (3)
1. Elektrisch isolierendes Material., das eine Mischung aus Magnesiumoxyd in Teilchenform und ein Zirkondioxyd- und Kieselerdeprodukt
in Teilchenform enthält,-dadurch, gekennzeichnet,
daß das Zirkondioxyd- und Kieselerdeprodukt aus kristallinem Zirkondioxyd und glasartiger Kieselerde in ungefähr äqulmolaren
Mengen, vorzugsweise aus geschmolzenem Zirkon, besteht und das
Produkt 0,5 bis 8 Gew. -% der Gesamtmischung ausmacht»
S. Material nach*Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet.» daß dia
Teilohengrüßenverteilung des geschmolzenen Sirkons j wenigstens
derjenigen des Magnesiuffloxyds entspricht, wobei die Teilchen
vorzugsweise durch ein Sieb mit einer lichten Maeohanweite von
0,150 mm (100 mesh) hindurchgehen und wenigstens 20 % der·
Teilchen duroh ein Sieb mit einer lichten Masöhaasreite von
0,045 sw {325 mesh) hlMurohgehea. '
3. Material nach einem der Ansprüche 1 und 2a d&auroh gekernt
■zelehnot, daß das Material auf wenigeteßs 90G°Ü ©rhit2t worden
4, Verv;endiing einer Mischung aus geschmolzenem Aluminiurnoxyd
In 'TeilchenTorm und '0*5'bis 8 G^w^·-^ einer Mischung aus geschmolzenem.
Zirkon ■ in'Tallchenform als elektrißöh isolierendes
Material. .
0098AS/150H
- . . ; SAD ORfQINAL -
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