DE1812977A1 - UEberzugsmasse fuer poroese keramische Isolierschichten - Google Patents

UEberzugsmasse fuer poroese keramische Isolierschichten

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Description

Isolierschichten
Die Erfindung betrifft eine wasserabstoßende,verschleißfeste, kratzfeste, abplatzfeste, schmutzabweisende Überzugsmasse für poröse keramische Isolierschichten.
Es iB-t bekannt, elektrotechnische Bauteile, wie etwas elektrische Leiter oder Widerstände mit porösem keramischen Material zu isolieren. Diese Isolierschichten können z.B. durch metallkeramische Techniken aufgebracht werden. Als Material für die Isolierschichten können Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Berylliumoxid, 'fhoriumoxid etc. oder Mischungen dieser Verbindungen verwendet werden. Da diese Isoliermaterialien porös sind, ist es oft erforderlich, deren Oberfläche mit einer Schutzschicht zu verwehen, um damit die Absorption von Feuchtigkeit zu verhindern und damit eine Isolation zu gewährleisten.
Überzugsmassen für poröse keramische Isolierschichten sind bereits bekannt. So wird z.B. im US-Patent Mo. 3 032 444 vorgeschlagen, ein Methyl-Silikon-Polymerisat zu verwenden. Obwohl dieses Methyl-Silikon-Polymerisat eine "Verbesserung gegenüber den früheren Überzugsmassen darstellt, ist es doch mit zahl-
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reichen Nachteilen behaftet. Zwar reduzieren'die bisher bekannten Überzugsmassen effektiv die Porosität einer keramischen Isolierschicht doch weisen sie niedere Abrieb-, Kratz— und Abplatzfestigkeit,auf. Die Überzugsschicht wird also.z.B. abgerieben, die keramische Isolierschicht dadurch freigelegt und somit die elektrische Isolierung nicht mehr gewährleistet.
Weiterhin sind viele der bekannten Überzugsmassen nicht genügend flammenbeständig, um sie bei hohen Temperaturen verwenden zu können. Mit anderen Worten verbrennen viele der bekannten
in
Überzugsmassen, wenn sie/Verbindung mit elektrischen Bauteilen, an die hohe Spannungen gelegt werden, verwendet werden, oder es treten IPlammbogen auf.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Isoliermasse für poröse keramische Isolierschichten, die nicht nur flammenbeständig und äußerst resistent gegen ELammbogenbilv dung ist, sondern auch abrieb-, kratz- und abplatzfest sowie wasserabstoßend ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der "Verwendung einer Isoliermasse, die aus
a) teilweise hydrolisiertem Tetra-alkyl-orthosilikat,
b) suspendierten Harzpartikeln,
c) einem Silikon und
d) einem Lösungsmittel, das mit a), b) und c) verträglich ist·, besteht.
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Das partiel hydrolisierte i'etra-alkyl-orthosilikat dient zum Pullen der einzelnen Poren in dem keramischen Material und wirkt als Haftmittel. En bewirkt weiterhin, daß das System flammbogen- \ind flammenresistent ist und reduziert das Hauchen bei sehr hohen Temperaturen. Geeignete partiell hydrolicierte Tetra-o-lkyl-orthor-ilikate eind z.B. Methyl-, Äthyl- oder Propyl-orthosilikate. Insbeondere ;;:eeifnet ist partiell hydroli· sierter I'ebra-äthyl-ortho^ilikat.
Der Hydrolysagrad dei' partiell hydroli..;ifcrten iPetra-alkyl-orthoßilikate ist nihht beronuer-: entscheidend. Im allgemeinen sind aber Tetiia-alkyl--orbhoi?iTlkat;e mü: höherem Ilydolyyefjrad vorzuziehen. Der Hydroly^etcrai kann 10 biö 90 % betrafen.
Die Silikonkompcnente wirkv el;" Haftmittel und Porenfiiller und ve rbe .:.!:· er υ gleichzeitig die Lberfl&cheiibe^co.-i'^enheii. der Scliich Wich,i:;:er i. ·"., da-, darc'i die oiUk-nkoinponeix.-e ein hoher G-rad εη Ab--1·.ιν·7,ΓβΓί irkei: und V/^rserabsL'o3un-;r erreicht wii-d. Welche besondere-t öilikono verv/^T.ie-; v:erderi, irr nich^■ beeonde.-T? eni:- :5cneidend. Jede;; der beka::...:re"- üilikonßcrr.e oder Silikoiizu revrUiV-r.i, iie ein Lo..un.c iai„\:el 'un ein iiärv-ungsmiTtel, welches mit io:. .'.brigen 3e ^--!.nd'eile-. ver.i-H-;"licii ict , eiruh&l-sen, kam verv;enio\ v;avden.
Im »Ilv;e:noinen oind Silikone vorzuziehen, die aus tr if unkt ioneilen Silane η- der folgenden Struköur, vrobei R ein aliphatischer oder aronatischer Substitueixc .sein kann, hergestellt sind".
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BAi
R - Si - ΟΙ
O
Es hat sich gezeigt, daß diese Silikone Flamm- und Flammbogenwiderstandsfähigkeit mit Flexibilität vereinen.
Wo Flexibilität nicht wichtig ist, können Silikone, die aus tetrafunktionellen Silanen dargestellt sind, verwendet werden. Die Silikone, die aus difunktioneilen Silanen dargestellt sind, sind natürlich entsprechend flexibler. Selbstverständlich können Mischungen von Silikonen verwendet werden, um eine ganz besondere Kombination von Eigenschaften zu erzielen. Weiterhin können im Handel erhältliche Silikone, die ein Lösungsmittel, Dispersionsmittel, Haftmittel oder Härtungsmittel enthalten, verwendet werden.
Die Harzsuspension bewirkt ein Füllen der Oberflächenporen und verbessert die Abrieb- und Kratzfestigkeit der Schicht. Jedes Harzmaterial, das einen niederen Reibungskoeffizient hat, kann verwendet werden. Wo hohe Flamm- und Flammbogenwiderstandsfähigkeit erforderlich ist, sind Suspensionen von Fluor- Kohlenstoff-Harzen, wie etwa Harzen aus Tetra-Pluort-äfchylen, Trifluor-chlor-äthylen, fluoriertem Ithylen-propylen, Vinylidenfluorid, Kopolymerisaten des Tetra-fluor-äthylens und Hexafluor-propylens, ifinyl-fluorid und Telomerisaten des fetra-■fluor-äthylens vorzuziehen.
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Selbstverständlich, kann jedes passende Harz verwendet werden, wenn hohe Flamm- und Flammbogenwiderstandsfähigkeit nicht wichtig ist. Im allgemeinen kann jedes Harz, das einen relativ niederen Reibungskoeffizienten aufweist verwendet werden, um
der die Abrieb- und Iratzfestigkeit zu verbessern. So kann/(statische) Reibungskoeffizient von ca. 0,04 bis ca. 1,00 variieren. Geeignete nichtfluorierte Harze sind z.B. Polyäthylen und Polypropylen.
Ils flüssiger Träger,in welchem das Harz suspendiert ist, kann jede Flüssigkeit verwendet werden, in welcher das Harz unlöslich ist und die mit den anderen Bestandteilen der Mischung verträglich ist. Passende Flüssigkeiten sind Tcfeol, Benzol, Xylol etc. Die Wahl der verschiedenen Dispersionsflüssigkeiten hängt vom gewählten Harz und den restlichen Bestandteilen der Mischung ab.
Die Lösungskomponente der Überzeugsmasse bewirkt eine Erniedrigung der Viskosität und reduziert die Oberflächenspannung der Überzugsmasse. In vielen Fällen wirkt das Lösungsmittel auch als Stabilisator. Im allgemeinen kann jedes relativ wasserfreie organische Lösungsmittel, das mit den restlichen Bestandteilen der Mischung verträglich ist, verwendet werden, z.B. Isopropanol, Trichlor-äthylen, Perch!or-äthylen, n-Propanol, Äthanol, Dichl or-äthyl en, Isobit'tanol, Butanol. Es ist nur notwendig, daß das Lösungsmittel keinen Solvatisierungseffekt in . der Harzkomponente ausübt.
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Die Menge der Bestandteile der Überzugsmasse i*st nicht "besonders ausschlaggebend und hängt zum größten Teil von den gewünschten Eigenschaften der Überzugsschicht ab.
Die Menge der partiell hydrolisierten Tetra-alkyl-orthosilikatejzf kann von ca. 1 Gew.% bis ca. 95 Gew.% variieren. Bei niederen Gehalten an partiell hydrolisierten Tetra-alkyl-orthosilikaten ist .die Flamm- nand IPlammbogenwiderstandsfähigkeit geringer, während höhere Gehalte an partiell hydrolisierten Tetra-alkyl-ortho Silikaten die Oberflächenreibung der Höhen und die Abplatz- und Kratzfestigkeit erniedrigen. Weiterhin ist bei höheren Gehalten an partiell hydrolisierten Tetra-alkjl-orthosilikaten die schmutzabweisende Wirkung der Überzugsmasse geringer. Wenn also Temperatur- und PlammwiderStandsfähigkeit nicht unbedingt notwendig sind, können niedere Gehalte an Ester verwendet werden. Wo Abplatz- und Kratzfestigkeit von sekundärer Bedeutung sind, müssen höhere Gehalte an Ester verwendet werden. Im allgemeinen ergeben Gehalte von ca. 16 bis ca. 50 Gew.% an partiell hydrolysiertem Tetra-alkyl-orthosilikat eine gute Kombination von einerseits Temperaturwiderstandsfähigkeic und andererseits Abplatz- und Kratzfestigkeit sowie Schmutzabweisung. j
Die Mengen des verwendeten Silikons können von ca. 1 Gew.% bis . ca. 90 Gew.% variieren. Auch bestimmen die gewünschten Eigen- \ schäften den Gehalt an Silikon. Bei niederen Konzentrationen ; wird die Abplatz- und Kratzfestigkeit sowie die Schmutzabwei- . sung erniedrigt. Eine höhere Konzentration kann zur Bildung " . einer dicken Schicht der Überzugsmasse führen, was wiederum das j
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Springen während eines Härtungsprozesses "begünstigt. Weiterhin werden bei höheren Gehalten an Silikon die Flamm- und Flammbogenwiderstandsfähigkeit erniedrigt.
Der Gehalt an Harzsuspension kann von 1 bis ca. 75 Gew.% variieren. Die Menge der verwendeten Suspension hängt von zwei Faktoeen ab:
1) dem Prozentgehalt des Harzes in der Suspension und
2) dem Gehalt an Lösungsmittel in der gesamten Überzugsmasse.
Im allgemeinen kann, der Gehalt an Harz in der Suspension von ca. 0,1 bis ca. 52 Gew.% variieren. Niedere Gehalte an Harzsuspension in der gesamten Überzugsmasse erniedrigen die Abriebwiderstandsfähigkeit. Bei höheren Gehalten wird die Äbplatz- und Kratzfestigkeit erhöht. Gehalte von ca. 7 bis ca. 35 Gew.% an Harzsuspension in der Überzugsmasse sind am vorteilhaftesten Selbstverständlich kann stat^ einer Harzsuspension als Bestandteil der Überzugsmasse das Harz auch in der Lösungsmittelkomponente der überzugsmasse dispergiert sein.
Die Größenverteilung der Harzpartikel kann vom Submikron-Bereich bis zu etwa 100 Mikron variieren. Es ist unbedingt erforderlich, daß Lösungsmittel und Trägerflüssigkeit so gewählt werden, daß die Harzpartikel in der Überzugsmasse in fein verteilter Suspension gehalten bleiben, iieben ihrer Eigenschaft die Kratz- und Abriebwiderfetandsfähigkeit zu erhöhen, haben die Harzpartikel die Fähigkeit in die Poren des keramischen
isoliermaterials einzudringen und damit als Isoliergr.und zu 9Q8827/136 5
wirken.
Der Betrag an Lösungsmittel kann von ca. 1 bis ca. 80 Gew.% variieren. Hohe Beträge an Lösungsmittel erniedrigen die Abplatz- und Kratzfestigkeit sowie die Schmutzabstoßung, erniedrigen abor nicht den Reibungskoeffizienten der Oberfläche der keramischen Isolierschicht. Bei Verwendung kleinerer Lösungsmittelmengen ergibt sich eine hochviskose Mischung, die schlechte Imprägnierungseigenschaften aufweist. Zu bevorzugen sind Mangen von ca. 10 bis ca. 40 Gew.% Lösungsmittel.
Es sei erwähnt, daß mit "Lösungsmittel" solche Flüssigkeiten gemeint- sind, die mit den partiell hydrolysierten Tetra-alkylorthosilikaten und den Silikonbestandteilen der tjberzugsmasse sowie mit der Trägerflüssigkeit für die Harzsuspehsion verträglich sind, das Harz selbst jedoch nicht lösen.
Im allgemeinen kann jede konventionelle Beschichtungsmethode zum Aufbringen der erfindungsgemäßen Überzugsmasse auf die porösen keramischen Isolierschichten angewendet werden. Erwähnt seien Aufspritzen, Tauchüberziehen, elektrostatisches Besprühen, Aufstreichen, etc.
Selbstverständlich können der erfindungsgemäßen Überzugsmasse auch konventionelle Färb- und Füllstoffzusätze beigemischt werden. Hier seien erwähnt: anorganische Hochtemperaturfarbstoffe, wie etwa Eisenoxid, Kobalt-Aluminat und Chromoxid und. Füllstoffe wie etwa Aluminiumoxid, Kieselsäure und Gl immerτ
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.g'e nach. Silikonbestandteil kann es notwendig sein, das überzogene Teil zu/härten. Es gibt daher verschiedene Silikonzusammensetzungen, die in der Lösung eines Silikons und des Härtungsmittels dispergiert sind. Bei evtl. Heißhärtung liegt die Hartungstemperatur im Bereich von ca. 150 "bis ca. '250 0.
Das Mischen und die Reihenfolge der Zugabe der verschiedenen Bestandteile der Mischung bereiten keine Schwierigkeiten. Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Überzugsmasse beschrieben.
Beispiel 1
Eine überzugsmasse folgender Zusammensetzung wurde hergestellt:
Partiell hydrolisiertes Tetra-äthyl-orthosilikat (
(Silbond H-4,Stauffer Chemical Company) 8 Gew.Teile
Silikon (S2-45C, Midland Industrial Finishes Company)
Wasserfreies Isopropanol
Teflon Suspension (MS-14-2C, Miller-Stephens on Company, 2-3% Teflon in Toluol)
5 Gew.Teile
6 Gew.Teile
5 Gew.T ile
Es zeigte sich, daß obige Komponenten untereinander verträglich waren und daß die Gesamtmischung bei Zimmertemperatur unbegrenzt unveränderlich haltbar ist.
Beispiel 2
Verschiedene PP-4, 39^ Zinnoxid-Widerstände wurden mit einer keramischen Isolierschicht versehen, die Aluminiumoxid- und Siliziuiuoxid-Filllstoffe, Titandioxid und Kobalt-Aluminat-Farb-
* eftflfi?7M365 ___^_
stoffe, Isopropanol und ein vorhydrolisxertes Tetra-athylorthosilikat-Bindemittel enthielt. Diese beschichteten Widerstände wurden in der Hitze gehärtet; die keramische Isolierschicht hatte eine Dicke von 15 Mil, Die erhaltenen Teile wurden mit der in^Beispiel 1 beschriebenen Mischung überzogen und nochmals in der Hitze gehärtet.
Die Widerstände wurden 50-facher Überladung ausgesetzt. Dabei war weder Brennen, Hauchen noch Flammbogenbildung zu beobachten; eher unterbrachen die Widerstände den Stromkreislauf. Die Widerstände zeigten eine außerordentlich hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abplatzen, Kratzen, Abrieb und Schmutz. Beim Eintauchen in Wasser absorbierten die Widerstände das Wasser nicht; Nach dem Herausziehen aus dem Wasser hafteten nur, wenige kleine Tropfen an der Oberfläche des Widerstands, was auf einen hohen Grad an Wasserabstoßung schließen läßt. Im Gegensatz dazu wirken normale keramische Isolierschichten als "Schwamm" und absorbieren beim Eintauchen in Wasser große Mengen.
Die erfindungsgemäße Überzugsmasse ist nicht nur auf keramische Isolierschichten beschränkt. Sie kann auch zum Schutz irgendeines anderen porösen keramischen Materials, wie etwa den' anorganischen, auf Zinkb&sis hergestellten überzügen, die als Beschichtung für Schiffskörper^ Panzer, Baustahl etc. verwendet werden, dienen. Ganz allgemein kann jedes keramische Mate-' rial durch die erfindungsgemäße Überzugsmasse geschützt werden
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Claims (7)

Patentansprüche
1) Überzugsmasse für poröse keramik ehe Isolierschichten, dadurch gekennzeichnet, daß z±e au.-; einer Iiiscliung aus teilweise hydrolysiert em 'i'etra-alkyl-orthofc'ilikat, einem Silikon, suspendierten Hai-spar i;ikeln und einen Lö.-3U%;c:mii:tel
'besteht.
2) Überzugsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dap Grthosilikar zu ca. 1 bit, 9? Gew.%, da;; Silikon zu ca. 1 bis 90 Gew.%, die Harpartikel zu ca. 1 bis 75 Gev»r.% und das Lösungsmittel bu ca. 1 bis 60 Gew.# enthalten sind.
3) überzugsmasse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Orthosilikat partiell hydrolisiertes Tetra-äthyl-orthosilikat enthält.
4) Überzugsmasse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Silikon sich aus einem trifunktionellen Silan
:;) Überzugsmasse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension der Harzpartikel eine Suspension von Polytevrafluoräthylen in einer Trägerflüssigkeit enthält.
6) Überzugsmasse nach Anspruch ?y dadurch gekennzeichnet, daß * die Träererflüs. i^keit ein Aromat ist.
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BA" ^ ν
- 12 - Ί 81 2977
7) Überzugsmasse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ^kennzeichnet, daß das Lösungsmittel isopropanol ist.
o) Elektrotechnisches Bauteil mit einer porösen keramischen Isolierschicht, dadurch fiekennzeichnet, daß die poröse keramische -Isolierschicht mit einer Überzugsmasse nach den Ansprüchen 1 t>i"3 7 überzogen ist.
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