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Die
Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre und ein Verfahren zur Vorbereitung
einer Kathodenstrahlröhre
für die
Befestigung eines Ablenkjochs an dem Glaskolben der Röhre.
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Das
Ablenkjoch einer Kathodenstrahlröhre trägt die Spulen,
die die Elektronenstrahlen so ablenken, daß sie den Phosphorschirm abtasten.
Das Ablenkjoch ist außerhalb
des Glaskolbens um den Hals und den Endbereich des Trichterkonus
montiert. Um sicherzustellen, daß der Elektronenstrahl auf
dem Bildschirm richtig fokussiert wird, muß das Ablenkjoch innerhalb
eines Toleranzbereichs von ± 0,3
mm genau auf der Röhre
positioniert werden und darf sich während der gesamten Lebensdauer
der Kathodenstrahlröhre
nicht bewegen. Eine falsche Positionierung oder Ausrichtung hat
zur Folge, daß die
Farben nicht korrekt wiedergegeben werden oder das Bild schief steht.
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Zum
Anbringen des Jochs werden zwei Verfahren benutzt. Das. erste besteht
darin, daß der Spalt
zwischen Joch und Röhre
mit einem thermoplastischen Harz ausgefüllt wird. Dies ist mit dem Nachteil
verbunden, daß die
Justierung der Position und der Orientierung des Jochs schwierig
ist, nachdem es an Ort und Stelle angeordnet wurde, und daß das Harz
durch die Erwärmung
der Kathodenstrahlröhre
im Betrieb im Laufe der Zeit weich wird, so daß sich das Joch verschieben
kann. Als Alternative kann man das Joch, z.B. mit Hilfe eines Klemmbügels oder dgl.
an dem Hals der Röhre
mechanisch festklemmen. Bei diesem Verfahren ist es schwierig, genügend Reibung
zwischen dem Joch und der Röhre
zu erzeugen, um ein Verschieben des Jochs zu verhindern. Es wurden
verschiedene Lösungen
für dieses Problem
vorgeschlagen, die alle jedoch den einen oder anderen Nachteil haben.
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So
ist es beispielsweise bekannt, von Hand eineinhalb Windungen eines
Glasgewebebands an der Stelle um den Röhrenhals zu wickeln, an der
das Ablenkjoch befestigt werden soll. Dieses Verfahren ist nicht
nur zeitraubend und schwer zu automatisieren, es hat auch den Nachteil,
daß das
Band beim Festklemmen des Jochs oder im Lauf der Zeit, wenn der
Klebstoff weich wird, zum Verschieben neigt. Eine Reduzierung der
Dicke des Klebstoffs verringert zwar die unerwünschte Bewegung des Jochs,
bringt jedoch das Problem mit sich, daß das Festkleben des Bandes
an dem Röhrenhals
erschwert wird.
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Aus
der
DE 43 08 491 A1 ist
eine Kathodenstrahlröhre
bekannt, die eine Elektronenkanone zum Emittieren eines Elektronenstrahls
und eine Ablenkspuleinheit zur Ablenkung des von der Elektronenkanone
emittierten Elektronenstrahls aufweist. Im unteren Bereich der Ablenkspuleinheit
ist eine bedeckende leitende Schicht vorgesehen, die elektrisch
geerdet ist und einen Widerstand von weniger als 10
3 Ohm
pro Flächeneinheit
aufweist. Des weiteren kann eine membranartige isolierende Schicht
zwischen der leitenden Schicht und der Ablenkspuleneinheit eingefügt sein.
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Aus
der JP 5-283020 A ist eine Kathodenstrahlröhre bekannt, die zwischen dem
Ablenkjoch und der äußeren Peripherie
des Trichters der Kathodenstrahlröhre einen leitenden Film aufweist.
Zwischen dem Ablenkjoch und dem leitenden Film ist weiterhin ein
isolierender Film vorgesehen
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Schließlich beschreibt
die
US 3,562,518 eine Farbbildröhre mit
reduzierter Röntgenstrahleindringung,
die durch Elektronenstrahlen hoher Energie erzeugt werden. Dieses
wird dadurch erreicht, dass eine nicht elektrisch leitende Lösung, die
im Wesentlichen aus Wismutrioxid besteht, auf die äußere Oberfläche des
Trichter der Röhre
aufgetragen wird und im Wesentlichen die Farbbildröhre mit
Ausnahme der Planscheibenplatte bedeckt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten Kathodenstrahlröhren bzw.
ihrer Herstellungsverfahren zu vermeiden.
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Gemäß vorliegender
Erfindung ist eine Kathodenstrahlröhre vorgesehen, die auf wenigstens
einem vorbestimmten Bereich der Oberfläche des Röhrenhalses eine anorganische reibungsverstärkende Beschichtung
zur Unterstützung
der Klemmung eines Ablenkjochs auf dem Röhrenhals aufweist.
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Die
Beschichtung bedeckt vorzugsweise mehrere vorbestimmte diskrete
Bereiche, die in Längsrichtung
und/oder in Umfangsrichtung des Röhrenhalses voneinander getrennt
sind. Besonders vorteilhaft ist ein Streifen am oberen Ende und
ein Streifen am unteren Ende des Halses, da sich herausgestellt
hat, daß dies
eine ausreichende Reibung gewährleistet,
um unerwünschte
Bewegungen des Jochs zu verhindern, und leicht anzubringen ist.
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Die
Beschichtung kann anorganische Partikel, vorzugsweise Siliziumcarbid-(SiC)-Partikel
mit einem mittleren Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 50 μm aufweisen,
die durch ein wärmehärtendes
Bindemittel, vorzugsweise Wasserglas (Alkalimetallsilikatlösung) mit
dem Hals verklebt sind, das stabile Maßhaltigkeit aufweist, wenn
die Schicht nachfolgend auf die normale Betriebstemperatur der Kathodenstrahlröhre erwärmt wird.
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Als
Alternative kann das Bindemittel eine Suspension aus einem Schmelzpulver
in einem organischen Lösungsmittel
(z. B. Amylacetat) bestehen, das Nitrozellulose enthält.
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Die
Partikel können
außerdem
eine oder mehrere der folgenden Substanzen enthalten: Aluminiumoxidpartikel,
Keramikpulver oder Glaspulver.
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Die
Breite wenigstens einer der genannten vorbestimmten Regionen parallel
zur Achse des Röhrenhalses
liegt vorzugsweise im Bereich von 15 bis 35 mm.
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Die
Dicke der Beschichtung ist klein im Vergleich zum Durchmesser des
Röhrenhalses
und liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 40 μm.
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Die
vorliegende Erfindung stellt außerdem ein
Verfahren zur Vorbereitung einer Kathodenstrahlröhre für die Befestigung eines Ablenkjochs
zur Verfügung
mit dem Verfahrensschritt, daß auf
wenigstens einem vorbestimmten Bereich der Oberfläche des
Röhrenhalses
eine anorganische, reibungsvergrößernde Beschichtung
aufgebracht wird.
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Die
Beschichtung wird vorzugsweise aufgebracht, indem ein Brei aus anorganischen
Partikeln, z. B. Siliziumcarbidpartikeln mit einem mittleren Durchmesser
im Bereich von 0,5 bis 50 μm
in einem wärmehärtenden
Bindemittel, z. B. Wasserglas (Alkalimetallsilikatlösung) auf
der oder jeder der vorbestimmten Regionen aufgetragen wird und dieser
Brei zum Härten
des Bindemittels erhitzt wird. Der Brei kann aufgetragen werden,
bevor der Trichter und die Frontscheibe der Röhre miteinander verbunden werden.
In diesem Fall findet die Erwärmung
während des
Verbindens von Trichter und Frontscheibe statt. Alternativ kann
der Brei auch nach dem Verbinden von Trichter und Frontscheibe aufgetragen
werden. In diesem Fall findet die Erhitzung während der Evakuierung der Röhre statt.
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Der
Brei besitzt vorzugsweise eine Viskosität im Bereich von 500 bis 1800
cP (Centipoise), speziell im Bereich von 700 bis 100 cP. Er wird
mit Hilfe eines Applikators aufgetragen, der sich mit einer Geschwindigkeit
im Bereich von 5 bis 20 cm/s über
den Hals bewegt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Im
folgenden sei die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
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1 zeigt
eine Schnittansicht des Halses und des Ablenkjochs einer Kathodenstrahlröhre,
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2 zeigt
eine Aufsicht einer Kathodenstrahlröhre ohne Ablenkjoch,
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3 zeigt
eine automatische Vorrichtung zum Auftragen der Beschichtung gemäß der Erfindung
in einer Teilansicht von oben.
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In
den Zeichnungen sind gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
eine Schnittansicht eines Teils einer Kathodenstrahlröhre gemäß der Erfindung.
Die Röhre 1 umfaßt zwei
Teile: den Röhrentrichter,
bestehend aus dem Konus 1a und dem Hals 1b, sowie
die (nicht dargestellte) Frontscheibe. Der Trichter und die Frontscheibe
werden getrennt hergestellt und nach dem Aufbringen der erforderlichen
inneren Beschichtungen und Ausrüstungsteile
durch Schmelzschweißen
miteinander verbunden. Dies geschieht durch das Auftragen einer
Schmelzpaste auf den Trichter, Anbringen der Frontscheibe und Zusammenbacken in
einem Schmelzdichtofen bei 430 bis 440°C, um die Schmelzpaste zum Schmelzen
zu bringen. Die Elektronenkanone wird in den Hals 1b eingesetzt
und dort fixiert. Sodann wird die Röhre evakuiert, während sie in
einem Abzugofen am Hals auf über
150°C erwärmt wird,
und versiegelt.
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Anschließend wird
das Ablenkjoch, das die für
die Ablenkung der Elektronenstrahlen benötigten Spulen enthält, auf
dem Hals montiert. Das Joch muß auf
dem Hals genau positioniert sein, um zu gewährleisten, daß das Bild
auf dem Bildschirm korrekt ausgerichtet ist und die Strahlen genau
die zugeordnete Phosphorschicht abtasten. Es ist wichtig, daß die Winkelorientierung
des Jochs relativ zu den drei orthogonalen Achsen und seine Position
entlang des Halses korrekt sind. Die ideale Position und Orientierung
differieren für
jedes Joch aufgrund von Fertigungstoleranzen geringfügig, so
daß jedes
Joch individuell justiert werden muß, bevor es auf der Röhre festgeklemmt
wird. Das Joch wird mit einem Spannband 4 oder einem Klemmbügel festgeklemmt
und zusätzlich
durch einen Keil 5 gehalten. Der Keil trägt einen
Teil des Gewichts des Ablenkjochs, das Joch wird jedoch von dem
Spannband 4 in seiner Position fixiert.
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Um
die notwendige Reibung zwischen dem Ablenkjoch 3 und dem
Hals 1b zu gewährleisten,
ist auf dem Hals eine Siliziumcarbidschicht 6 vorgesehen.
Diese überdeckt
einen Streifen, der in einem Abstand I, von etwa 20 bis 60 mm von
der Schmelzlinie 7 des Halses beginnt und in einem Abstand
I2 zwischen etwa 45 und 85 mm von dieser
Linie endet. Die Abstände
I1 und I2 hängen von
der Größe der Kathodenstrahlröhre ab.
Die Schicht 6 besitzt so eine Breite von wenigstens etwa
25 mm. Eine Breite von 10 mm genügt,
um die notwendige Spannfestigkeit zu gewährleisten. Die zusätzliche
Breite ist vorgesehen, um die Position des Jochs verändern zu
können.
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Zur
besseren Erkennbarkeit ist die Dicke der Schicht in den Zeichnungsfiguren übertrieben
dargestellt. Die tatsächliche
Dicke der Schicht liegt im Bereich von etwa 5 μm bis 40 μm und ist im Vergleich zum Durchmesser
des Halses, auf dem die Schicht aufgebracht ist, vernachlässigbar.
Falls sie sehr viel dünner
ist als 5 μm,
liefert sie nicht die notwendige Reibung. Wenn die Schicht hingegen
wesentlich dicker als 40 μm
ist, besteht die Gefahr, daß sie
sich abschält,
weil sie während
des Trocknens schrumpft.
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Die
Schicht besitzt vorzugsweise eine Breite von 25 mm in Achsenrichtung
des Röhrenhalses
und ist über
zwei Regionen im oberen und unteren Teil des Röhrenhalses aufgetragen. Die
Klemmschraube des Klemmbügels,
der das Joch auf dem Röhrenhals festklemmt,
ist normalerweise vertikal ausgerichtet. Die Schicht kann sich auch
als fortlaufender Streifen um den Hals der Röhre erstrecken.
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Die
Siliziumcarbidschicht wird auf den Röhrenhals 1b aufgebracht
und mit diesem verbunden, indem ein Brei aus Siliziumcarbidpartikeln
in Wasserglas auf den Röhrenhals
aufgetragen und dann bei einer Temperatur von mehr als 150°C wenigstens eine
Minute lang verbacken wird. Falls sie nicht bei 150°C verbacken
wird, entweicht nicht alles Wasser, so daß das Wasserglas sich in der
atmosphärischen Feuchtigkeit
wieder lösen
kann. Ein Verbacken bei höherer
Temperatur und längerer
Zeit ist unschädlich.
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Der
Brei wird aus 1 kg Siliziumcarbidpartikeln mit einem mittleren Durchmesser
zwischen etwa 0,5 μm
und 50 μm,
vorzugsweise 8 μm,
hergestellt, die in einer Kugelmühle
mit 1 bis 2,5 kg Wasserglas (Kaliumsilikatlösung, K2O·nSiO2), vorzugsweise OHKASEAL Typ A der Firma
Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., durch Kugelmahlen in einer Chinaflasche
vermischt. Es werden Keramikkugeln mit einem Durchmesser zwischen
10 und 20 mm zugegeben und die Flasche mit einer Umfangsgeschwindigkeit
zwischen 40 und 300 m/min 12 bis 24 Stunden lang gedreht. Sodann wird
die Viskosität
geprüft
und erforderlichenfalls durch Zugabe von 50 bis 200 ml Wasser auf
500 bis 1800 cP (Centipoise) eingestellt. Die Viskosität des Breies
liegt vorzugsweise zwischen 700 und 1100 cP.
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Der
Brei wird dann mit Hilfe von Schwammapplikatoren, die sich mit einer
Geschwindigkeit zwischen 5 und 20 cm/s bewegen, auf den Röhrenhals
aufgetragen. Falls der Schwamm zu schnell bewegt wird, ist die Qualität der Beschichtung ungleichmäßig, und
wenn er zu langsam bewegt wird, wird zu wenig Substanz abgelagert.
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Die
Röhre wird
dann erhitzt, um das Wasserglas zu trocknen und die Siliziumcarbidpartikel
mit dem Glas des Röhrenhalses
zu verbinden. Der Brei wird vorzugsweise aufgetragen, bevor der
Trichter und die Frontscheibe der Röhre verbunden werden, so daß das Härten der
Siliziumcarbidschicht in dem Abzugofen stattfindet, der normalerweise
auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die mehr als 450°C beträgt und damit
sehr viel größer ist
als die für
das Trocknen des Wasserglases erforderliche Temperatur. Dadurch
wird vermieden, dass in dem Herstellprozeß ein zusätzlicher Erwärmungsschritt
vorgesehen werden muß.
Alternativ kann der Brei auch auf die bereits zusammengesetzte Röhre aufgetragen werden,
bevor diese jedoch evakuiert und versiegelt wird. In diesem Fall
erfolgt das Trocknen der Siliziumcarbidschicht in dem Abzugsofen,
der normalerweise auf mehr als 150°C erwärmt wird, was zum Aushärten des
Wasserglases genügt
und ebenfalls einen separaten Erwärmungsschritt erübrigt.
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Falls
der Brei auf eine fertiggestellte Röhre aufgetragen wird, wird
die Siliziumcarbidschicht vorzugsweise durch lokale Infraroterwärmung ausgehärtet. Um
die Trocknungszeit bei diesem Verfahren herabzusetzen, kann dem
Brei ein dunkler Farbstoff oder Kohlenstoffpulver zugesetzt werden.
Falls ein Farbstoff verwendet werden soll, ist dessen Farbe oder
Typ nicht kritisch. Er wird im Verhältnis 1 Teil in 1000 oder 100
000 zugesetzt. Falls Kohlenstoff verwendet wird, wird 1 Teil in
100 oder 100 000 mit einem mittleren Durchmesser zwischen 0,1 und
30 μm zugesetzt.
Der Zusatz von einem zu großen
Anteil an organischem Material setzt die von der Schicht bewirkte
Reibung herab.
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Es
wurden Experimente durchgeführt,
um die optimale Dicke und die optimale räumliche Anordnung der Siliziumcarbidschicht
zu bestimmen. Zu diesem Zweck wurde ein Brei nach folgendem Verfahren
hergestellt.
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Zunächst wurden
1000 g Wasserglas Ohkaseal-A, 500 g Siliziumcarbid-Pulver (Klasse
Nr. 8000 der Firma Fujimi Kenmazai) und 1700 g Keramikkugeln mit
einem Durchmesser von 20 mm in eine 5-Liter-Keramikflasche gegeben.
Die Flasche wurde dann 19 ± 2
Stunden lang mit 75 Umdrehungen/Minute gedreht.
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Der
Brei wird in eine 5-Liter-Kunststofflasche umgefüllt, und seine Viskosität wird geprüft. Wenn die
Viskosität
größer ist
als 900 cP, wird eine geringe Menge Wasser zugefügt und die Flasche für weitere 15
Minuten mit 75 Umdrehungen/Minute gedreht. Diese Prozedur wird wiederholt,
bis die Viskosität
des Breies 900 ± 200
cP beträgt.
Der Brei kann bis zu 7 Tagen aufbewahrt werden, während er
mit 20 Umdrehungen/Minute gedreht wird.
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Experimente
zur Wirksamkeit verschiedener räumlicher
Anordnungen der Beschichtung haben gezeigt, daß die besten Resultate erreicht
werden, wenn die Beschichtung im oberen und unteren Teil des Röhrenhalses über einen
Winkel von etwa 124° aufgebracht
wird, wie dies in 2 dargestellt ist. Wenn man
eine Schicht über
den gesamten Umfang des Röhrenhalses
vorsieht, erschwert dies die Herstellung, ohne daß ein großer zusätzlicher
Widerstand gegen ein Verschieben des Ablenkjochs gewonnen wird.
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Der
Brei kann von einer automatisch arbeitenden Vorrichtung auf den
Röhrenhals
aufgetragen werden. 3 zeigt die Hauptteile einer
solchen Vorrichtung.
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Es
wird entweder die komplette Röhre
oder nur der Trichter ohne Frontscheibe mit Hilfe einer (nicht dargestellten)
bekannten Fördereinrichtung
an die Vorrichtung zum Auftragen des Breies herangeführt. Die
Position und die Winkelausrichtung der Röhre werden dann mit Hilfe einer
(nicht dargestellten) bekannten Positionierungsvorrichtung auf die korrekte
Position justiert.
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Der
Brei wird durch Schwämme 8 mit
einer Dicke zwischen 5 und 15 mm auf der oberen und unteren Seite
des geeigneten Teils des Röhrenhalses 1b aufgetragen.
Die Schwämme 8a und 8b sind
auf Bügeln 10a und 10 an
Armen 11a und 11b montiert. Die Position von Haltern 9a und 9b an
den Bügeln 10a und 10 kann
in Anpassung an verschiedene Röhrenhalsgrößen oder
Schwämme
justiert werden.
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Der
Röhrentrichter
wird an die Vorrichtung zum Auftragen des Breies herangeführt, während die Arme 11a und 11b zurückgezogen
sind und Abstand voneinander haben. Sie befinden sich dann in der
in 3 in gestrichelten Linien dargestellten Position. Zum
Auftragen des Breis werden die Arme mit einer Geschwindigkeit im
Bereich von 5 bis 20 cm/s in die in 3 dargestellte
Position aufeinander zubewegt. Anschließend werden die Arme mit der
gleichen Geschwindigkeit wieder auseinanderbewegt und zurückgezogen,
so daß die
Röhre entnommen
werden kann. Der Brei wird über
(nicht dargestellte) Silikongummiröhren an die Schwämme geliefert.
Eine peristaltische Pumpe dient zur Ausgabe einer spezifischen Breimenge
für jede
Röhre.
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Als
Alternative zu dem Kugelmahlverfahren zur Herstellung des Breies
können
das Siliziumcarbid und das Wasserglas auch mit einem rotierenden Rühr- und
Zerkleinerungsmischer gemischt werden. Bei diesem Verfahren läßt man eine
gezahnte Rührscheibe
10 bis 30 Minuten lang schnell mit einer Umfangsgeschwindigkeit
der Scheibe zwischen 10 und 30 m/s rotieren.
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Statt
den Brei durch Schwämme
aufzutragen, ist es auch möglich,
ihn auf den Röhrenhals
zu sprühen.
In diesem Fall sollte er eine Viskosität im Bereich zwischen 100 und
700 cP haben.
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Anstelle
von Silikoncarbid-Partikeln kann auch Aluminiumoxid, Keramik- oder
Glaspulver mit einem mittleren Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 50 μm verwendet
werden.
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Als
Alternative zu Kaliumsilikat-Wasserglas kann auch Wasserglas eines
anderen Alkalimetalls (z.B. Natrium) verwendet werden. Wasserglas
(Alkalimetallsilikatlösung)
hat den Vorteil, daß es
bei Raumtemperatur und auch nach dem Aushärten als Bindemittel für die Partikel
wirkt. Statt dessen kann Schmelzglas verwendet werden, um die Partikel nach
dem Aushärten
zu binden. In diesem Fall verwendet man zur Herstellung des auf
die Röhre
aufzutragenden Breies eine Flüssigkeit,
z.B. Amylacetat, die Nitrozellulose enthält. Das Amylacetat und die
Nitrozellulose werden ausgetrieben, wenn die Röhre zum Aushärten des
Fritteglas erhitzt wird. Dies muß bei einer höheren Temperatur
erfolgen als bei der Verwendung von Wasserglas.