DE2164691B2

DE2164691B2 - Kohlemikrophon

Info

Publication number: DE2164691B2
Application number: DE2164691A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Amagi; Masaaki Urawa Saitama Nakao; Zenya Shiiki
Original assignee: Kureha Corp; Toyobo Co Ltd
Current assignee: Kureha Corp; Toyobo Co Ltd
Priority date: 1970-12-29
Filing date: 1971-12-27
Publication date: 1979-03-15
Also published as: GB1366159A; JPS4939015B1; DE2164691C3; US3835266A; DE2164691A1

Description

a) Dispergieren des Peches in einem wäßrigen Medium zur Bildung von Mikrokugeln;

b) Aufschäumen der Mikrokugeln durch Anwendung von Wärme zur Ausbildung ihrer hohlen Strukturen;

c) Wärmebehandeln dieser hohlen Kohlenstoffmikrokugeln, zur Erhöhung ihres Erweichungspunktes;

d) Carbonisieren dieser hohlen Kohlenstoffmikrokugeln und

e) Erhitzen der hohlen Kohlenstoffmikrokugeln bei einer Temperatur von 900 bis 2000^cC in einem inerten Gas, in aromatischen Kohlenwasserstoffen, die in dem angegebenen Temperaturbereich gasförmig sind, oder in einer Mischung derselben.

Die Erfindung betrifft ein Kohlemikrophon, das Kohlekörper enthält, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Die Verwendung von Kohlenstoff in Mikrophonen geht auf die Anfänge der Telephonic zurück. Es wurden insbesondere Kohlekörner verwendet, die ein Granulat waren, das durch Zerstoßen oder Brechen eines Produktes hergestellt wurde, das aus Erdölkoks oder ausgewählten Kohlen entstanden war, wie es beispielsweise »n dem Buch von C. L Man tell, »Industrial Carbon«, 2. Auflage, 1947, Seite 320, 3.21, beschrieben worden ist. In neuerer Zeit wurde darüber hinaus die Mehrzahl der Kohlekörper, die bisher für Kohlemikrophone verwendet wurden, aus rauchloser Kohle hergestellt. Ein Teil derartiger Kohlekörper erhielt man aus Divinylbenzolharzen und Phenolharzen. Diese Kohlekörper haben jedoch den Nachteil, daß sie wegen ihrer geringen Empfindlichkeit unter Anwendung hoher elektrischer Ströme eingesetzt werden müssen.

In der eigenen, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 21 26 262.4, die zum Patent Nr. 21 26 262 geführt hat, sind nun aus Pech hergestellte, hohle Mikrokugeln beschrieben, die mit Vorteil als Kohlekörner zur Verwendung in extrem hochempfindlichen Kohlenstoff- oder Schüttelmikrophonen eingesetzt werden können, da derartige kohlenstoffhaltige Mikrokugeln eine glatte Oberfläche und hohe Beweglichkeit besitzen und so dünne Wandstärken aufweisen, daß bei einer Druckänderung eine Wandverformung eintreten kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Kohlemikrophon zu schaffen, daß extrem hochempfindlich ist und mit relativ niedrigen Stromstärken betrieben werden

ίο kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kohlemikrophons anzugeben.

Die Aufgabe wird durch ein Kohlemikrophon gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kohlekörper die Form hohler Kohlenstoffmikrokugeln besitzen, die aus einem Erdöl- oder Kohlepech gebildet worden sind und in einem inerten Gas, in Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, in aromatischen Kohlenwasserstoffen oder in einer Mischung derselben bei einer

Temperatur von 900 bis 2000⁰C behandelt worden sind. Vorzugsweise besitzen die hohlen Kohlenstoffmikro-

kugein eine Teilchengröße von 50 bis i 000 μπι

Durchmesser, eine Wandstärke von 2 bis 50 μπι und eine Teilchendichte von 0,15 bis 1,0 g/cm³. Das Grundmate-

rial für die hohlen KohlenstoffmiKrokugeln enthält harten Kohlenstoff mit geringer Graphitierungsfähigkeit und geringem Gehalt an offenen Poren. Die ein derartiges Grundmaterial enthaltenden Kohlenstoffmikrokugeln werden aus Pechsorten der Erdöl- oder Kohlereihen hergestellt, indem die Pechsorten Behandlungsverfahren zur Feinzerkleinerung, zur Bildung einer Hohlstruktur und zum Unschmelzbarmachen unterworfen werden und. anschließend die behandelten Pechsorten ausgeheizt werden, um eine Karbonisierung zu

J5 bewirken. Ein Verfahren zum Herstellen derartiger hohler Kohlenstoffmikrokugeln ist im einzelnen in dem oben angegebenen deutschen Patent 21 26 262 beschrieben.

Die so hergestellten hohlen Kohlenstoffmikrokugeln

können als solche für Kohlemikrophone verwendet werden. Jedoch ist eine weitere Nachbehandlung der Kohlenstoffmikrokugeln vorzuziehen, um ihren elektrischen Widerstand und ihren Gehalt an offenen Poren einzustellen. Diese Nachbehandlung wird ausgeführt, indem die Kohlenstoffmikrokugeln bei einer Temperatur, die höher als die Ausheiztemperatur (900⁰C) der unbehandelten Kohlenstoffmikrokugeln, aber niedriger als 2000⁰C ist, einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Die Zeit der Wärmebehandlung liegt vorzugs weise bei 10-200 Minuten. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise in einer inerten oder karbonisierenden Atmosphäre ausgeführt, wohingegen die Verwendung einer oxy-lierenden oder reduzierenden Atmosphäre vermieden werden sollte. Eine vorzugsweise

·>-, inerte Atmosphäre bildet gasförmiger Stickstoff, Argon oder Helium. Ein gasförmiger aliphatischen Kohlenwasserstoff, der 1 — 10 Kohlenstoff atome in dem Molekül besitzt, oder ein gasförmiger aromatischer Kohlenwasserstoff wird vorzugsweise zur Bildung einer karbonisiere renden Atmosphäre benutzt. Es können ebenfalls diese Kohlenwasserstoffe, verdünnt mit den obengenannten inerten Gasen, Verwendung finden. Die Wärmebehandlung in einer derartigen karbonisierenden Atmosphäre erlaubt die Herstellung von Kohlenstoffmikrokugeln, die einen besonders niedrigen Gehalt an offenen Poren besitzen.

Dementsprechend ist das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung eines Kohlemikrophons

dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffmikrokugeln hergestellt werden, indem das Pech in einem wäßrigen Medium zur Bildung von Mikrokugeln dispergiert wird, die Mikrokugeln durch Anwendung von Wärme zur Ausbildung ihrer hohlen Strukturen aufgeschäumt werden; die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln zur Erhöhung ihres Erweichungspunktes einer Wärmebehandlung unterworfen werden und dann karbonisiert werden und schließlich bei einer Temperatur von 900 bis 2000⁰C in einem inerten Gas, in aromatischen Kohlenwasserstoffen, die in dem angegebenen Temperaturbereich gasförmig sind, oder in einer Mischung derselben erhitzt werden.

Da die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln, wie oben beschrieben, hervorragende Empfindlichkeit besitzen, ist es möglich, bei Verwendung der Mikrokugeln wesentlich geringeren elektrischen Strom und geringere Leistung anzuwenden, als das bei konventionellen Kohlckörpern nötig ist Außerdem besitzen die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln weit höhere Schalldruckempfindlichkeit, grötSeren Frequenzgang und längere Lebensdauer im Vergleich zu bekannten herkömmlichen Kohlekörpern.

Die Erfindung wird im einzelnen anhand des folgenden Beispieles erläutert, das jedoch nicht den Rahmen der Erfindung begrenzen soll.

Beispiel
Herstellung des Ausgangspeches

Als Ausgsangsmalerial wurde ein Pech verwendet, das einen Erweichungspunkt von 190° C besaß und dadurch erhalten worden war, daß Ceria-Rohöl in überhitzten Dampf von 1800⁰C zum Zwecke des thermischen Crackens eingesprüht und der entstandene Teer destilliert worden war, um Fraktionen mit Siedepunkten unterhalb 500⁰C zu entfernen. 10 Gewichtsteile Pech wurden mit 2,25 Gewichtsteilen Benzol gemischt, und das benzolhaitige Pech wurde in Wasser, das teilweise verseiftes Polyvinylacetat als Suspensionsmittel enthielt, dispergiert, um Pech mit Mikrokugelstruktur zu erhalten.

Herstellung der kohlenstoffhaltigen
Mikrokugelschalen

Das Pech mit Mikrokugelstruktur wurde an der Luft getrocknet, um einen Teil des Benzols zu entfernen, wobei sich der Gehalt an Benzol auf 5 Gewichts-% erniedrigte. Das Pech wurde danach schnell auf 165° C

to erhitzt, um ein Aufschäumen zu ermöglichen, wobei eine hohle Struktur gebildet wurde. Das entstandene Pech mit der Struktur von hohlen Mikrokugelschalen wurde von 120⁰C auf 260⁰C mit einer Temperaturerhöhungsrate von 20°C/h erhitzt, wobei die Luft einen Gehalt von 1 °/o NOi-Gas aufwies, um das Pech einer Behandlung zu untL.-werfen, die es unschmelzbar machte, und anschließend wurde es von 400⁰C auf 850⁰C mit einer Temperaturerhöhungsrate von 150°C/h in einem N2-Strom erhitzt, um kohlenstoffhaltige Mikrokugelschalen zu erhalten, die eine durchschnittliche Teilchengröße von 150 μπι, eine durchschnittliche Wandstärke von 5 μπι und eine durchschnittliche Teilchendichte von 035 g/cm³ aufwiesen.

,_ä Nachbehandlung der kohlenstoffhaltigen

Mikrokugelschalen

Ein Teil der kohlenstoffhaligen Mikrokugelschalen wurde bei 1010⁰C und 1230°C 3 Stunden lang im N2-Strom einer Wärmebehandlung unterworfen. Ein anderer Teil der kohlenstoffhaltigen Mikrokugelschalen wurde bei 1100°C3 Sntnden lang in Argon-Atmosphäre mit einem CH₄-GeHaIt von 15 VoI.-% einer Wärmebehandlung unterworfen. Die entstandenen Mikrohohlkugeln wurden mit einem Sieb klassiert und getestet, um ihre Leistungsfähigkeit als Kohlekörner bei der Verwendung in Kohlemikrophonen zu bestimmen. Die Testmethode umfaßte das Einfüllen der Mikrokugeln in ein kommerziell erhältliches Mikrophon und das Messen ihrer Empfindlichkeit. Zum Vergleich wurde auch die Empfindlichkeit von kommerziell erhältlichen Kohlekörnern gemessen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 und 2 angegeben.

Tabelle 1

Größe: Teilchengröße 147-246 μ, Teilchendichte 0,38 g/cm³ Wärmebehandlung: Zeit 3 Stunden, Stickstoffatmosphäre Messung: Frequenz 1000 Hz, Lautstärke 90 dB

Behandlungc- temperatur	Zugefuhrter elektrischer Strom	Statischer Widerstand	Schalldruck empfindlichkeit	Elektrische Leistungs- empfindlichkeit
lOlO'C lOlO'C lOlO'C	2,5 mA 5 mA 10 mA	235 LJ 230 Li 226 Ll	-34,5 dB -31,8 dB -28,8 dB	-58,2 dB -55,3 dB -52,OdB
123O"C 1230C 1230 C	2,5 mA 5 mA 10 mA	12012 11212 11012	-36,4 dB -33,7 dB -30,8 dB	-59,1 dB -56,3 dB -53,OdB
Kommerziell erhältliche Kohlekörner	2,5 mA 5 mA 10 mA	47<2 4612 4512	-39,2 dB -36,5 dB -34.4 dB	-68J dB -63,4 dB -59.0 dB

Tabelle 2

Größe: Teilchengröße 175-246 μ, Teilchendichte 0,29 g/cm³ Wärmebehandlung: Zeit 3 Stunden, Argon-Atmosphäre mit 15% CH₄ Messung: Frequenz 1000 Hz, Lautstärke 9OdB

Behandlungstemperatur

Zugeführter elektrischer Strim

Statischer Widerstand

Schalldruckempfindlichkeit

Elektrische Leistungsempfindlichkeit

1010 C	5 mA	213 U	-32	,7 dB	-55,8 dB
1100 C	1OmA	210U	-27	,8 dB	-52,5 dB

Claims

Patentansprüche:

t. Kohlemikrophon, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlekörper die Form hohler Kohlenstoffmikrokugeln besitzen, die aus einem Erdöl- oder Kohlepech gebildet worden sind und in einem inerten Gas, in Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, in aromatischen Kohlenwasserstoffen oder in einer Mischung derselben bei einer Temperatur von 900 bis 2000⁰C behandelt worden sind.
2. Kohlemikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln eine Teilchengröße von 50 bis 1000 μπι Durchmesser, eine Wandstärke von 2 bis 50 μπι und eine Teilchendichte von 0,15 bis 1,0 g/cm³ besitzen.
3. Verfahren zur Herstellung eines Kohlemikrophons nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffmikrokugeln in folgenden Verfahrensschritten hergestellt werden: