DE2645555A1 - Sintered ceramic electrical insulators - made from inexpensive mixt. of natural olivine and alumina-silica clay and having magnesium-ferro-cordierite crystal phase - Google Patents

Sintered ceramic electrical insulators - made from inexpensive mixt. of natural olivine and alumina-silica clay and having magnesium-ferro-cordierite crystal phase

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Abstract

Sintered ceramic mouldings, esp. insulators for the electric industry are based on olivine, and with compsn. by wt. after sintering:- 10-30% MgO+FeO, 15-40% Al2O3, 40-65% SiO2, 3-7% FeO; and the crystal phase obtd. is magnesium-ferro-cordierite. The FeO is pref. present at 5%, and the wt. ratio MgO:FeO pref. 90:10. The moulding may also contain =4% alkali oxides, esp. K2O. In the pref. mfr., a mixt. of olivine plus natural alumina-silica cpds., esp. clay or kaolin is moulded, dried and sintered at 1100-1280 degrees C. The mixt. may also contain feldspar, porcelain flour, mullite, sillimanite, chamotte and/or steatite. An abundant, naturally-occurring, and inexpensive material, viz. olivine, is used with natural clays to obtain insulators with good mechanical strength, high insulation resistance and high resistance to thermal shock.

Description

Keramischer Sinterkörper und Verfahren zum Herstellen Ceramic sintered body and method of manufacturing

Die Erfindung betrifft einen keramischen Sinterkörper, insbesondere einen keramischen Isolator für die Elektrotechnik, auf der Basis des Minerals Olivin. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen keramischen Sinterkörpers.The invention relates to a ceramic sintered body, in particular a ceramic insulator for electrical engineering, based on the mineral olivine. The invention further relates to a method for producing such a ceramic Sintered body.

Es ist bereits bekannt (M.E. Tyrrell, G.V. Gibbs und H.R. Shell, Bulletin 594, Bureau of Mines, 1961), dass aus der Schmelzphase kristallisierter synthetischer Cordierit (2 MgO . 2 Al 203 5 5 SiO2) zusammen mit 10 % Ton zu keramischen Isolatoren verarbeitet werden kann, die gute dielektrische Werte, sehr gute Temperatunwechselbeständigkeit sowie eine Biegefestigkeit aufweisen, die zwischen der des Porzellans und der des Steatits liegt. Die Herstellung von synthetischem Cordierit aus der Schmelzphase ist jedoch verhältnismässig aufwendig, so dass derartige Isolatoren keine wirtschaftliche Bedeutung erlangen konnten.It is already known (M.E. Tyrrell, G.V. Gibbs and H.R. Shell, Bulletin 594, Bureau of Mines, 1961) that synthetic crystallized from the melt phase Cordierite (2 MgO. 2 Al 203 5 5 SiO2) together with 10% clay to make ceramic insulators can be processed, the good dielectric values, very good temperature change resistance and have a flexural strength between that of the Porcelain and that of steatite. The production of synthetic cordierite from the However, the melting phase is relatively expensive, so that such insulators could not attain any economic importance.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen keramischen Sinterkörper zu schaffen, der eine gute mechanische Festigkeit, Temperaturwechsel beständigkeit sowie einen hohen Isolationswiderstand aufweist und aus reichlich vorkommenden und daher preiswerten natürlichen Rohstoffen in einfacher Weise hergestellt werden kann.The invention is now based on the object of a ceramic sintered body to create good mechanical strength, thermal shock resistance and has a high insulation resistance and is made up of abundant and therefore inexpensive natural raw materials can be produced in a simple manner.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen keramischen Sinterkörper, insbesondere keramischen Isolator für die Elektrotechnik, auf der Basis des Minerals Olivin, der erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass er im gesinterten Zustand die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist: MgO + FeO = 10-30% Al203 = 15-40% SiO2 = 40-65 % wobei der FeO-Gehalt 3-7 Gew.% beträgt, und der infolge der Sinterung Magnesio-Ferro-Co rdierit als wesentliche K ristallphase enthält.This problem is solved by a ceramic sintered body, in particular ceramic insulator for electrical engineering, based on the mineral olivine, which is characterized according to the invention in that it is in the sintered state has the following composition in percent by weight: MgO + FeO = 10-30% Al 2 O 3 = 15-40% SiO2 = 40-65% where the FeO content is 3-7% by weight, and as a result the sintering contains Magnesio-Ferro-Co rdierite as an essential crystal phase.

Der keramische Sinterkörper nach der Erfindung zeichnet sich durch geringe Wärmedehnung und gute Temperaturwechselbeständigkeit aus und ist lichtbogenfest. Er besitzt einen hohen Isolationswiderstand sowie gute mechanische Festigkeit und kann daher vorteilhaft als Isolator in der Elektrotechnik eingesetzt werden. Zur Herstellung der keramischen Sinterkörper nach der Erfindung wird als Ausgangsrohstoff das reichlich in der Natur vorkommende Mineral Olivin verwendet.The ceramic sintered body according to the invention is characterized by low thermal expansion and good thermal shock resistance and is arc-proof. It has a high insulation resistance as well as good mechanical strength and can therefore be used advantageously as an insulator in electrical engineering. To the Production of the ceramic sintered body according to the invention is used as the starting raw material uses the abundant naturally occurring mineral olivine.

Zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung werden dem Olivin zusätzlich in der Natur vorkommende Tonerde-Kieselsäure-Verbindungen, insbesondere Aluminiumsilikat, zugesetzt. Die im Sinterkörper nach der Erfindung vorhandenen Magnesio-Ferro-Cordierit-Mischkristalle stellen die eigenschaftsbestimmenden Hauptbestandteile des Sinterkörpers dar. Begrenzt man das Eisenoxyd, das das Magnesiumoxyd im Cordieritkristall zu ersetzen vermag, auf 5 % des Gesamtgewichtes oder auf 25 % der zweifach positiv geladenen Ionen, dann weist der Sinterkörper besonders vorteilhafte mechanische und elektrische Festigkeitseigenschaften auf. Vorzugsweise beträgt das Gewichtsverhältnis von MgO zu FeO etwa 90 : 10.To achieve the desired composition, the olivine is added naturally occurring alumina-silica compounds, especially aluminum silicate, added. The magnesio-ferro-cordierite mixed crystals present in the sintered body according to the invention represent the main properties-determining components of the sintered body. Limited the iron oxide, which can replace the magnesium oxide in the cordierite crystal, to 5% of the total weight or to 25% of the doubly positively charged ions, then the sintered body has particularly advantageous mechanical and electrical strength properties on. Preferably the weight ratio of MgO to FeO is about 90:10.

Der Sinterkörper nach der Erfindung kann gegebenenfalls auch noch bis zu 4 Gew.% Alkalioxyde enthalten, beispielsweise K20, falls bei der Herstellung entsprechende Flussmittel zur Förderung der Sinterung zugesetzt werden.The sintered body according to the invention can optionally also Contain up to 4% by weight of alkali oxides, for example K20, if during manufacture Appropriate flux can be added to promote sintering.

Beim Verfahren zum Herstellen eines keramischen Sinterkörpers nach der Erfindung wird eine sinterfähige Rohmischung bereitet, die als Hauptbestandteil das Mineral Olivin enthält und der mindestens ein zusätzlicher Bestandteil von in der Natur vorkommenden Tonerde-Kieselsäure-Verbindungen in einer zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung des Sinterkörpers erforderlichen Menge zugesetzt wird. Aus der Rohmischung wird dann ein Formkörper geformt, der nach dem Trocken zu einem Sinterkörper gebrannt wird. Die Sintertemperatur beträgt dabei 1100 bis 1280°C. Aufgrund dieses verhältnismässig breiten Sinterbereiches bereitet die Sinterung keinerlei Schwierigkeiten. Vorzugsweise verwendet man als Rohmischung Olivin und Ton und/oder Kaolin. Der Rohmischung kann gegebenenfalls eine geringe Menge von die Sinterung fördernden Zuschlagstoffen (Flussmitteln) zugesetzt werden. Als Zuschlagstoffe eignen sich Feldspat und/oder Porzellanmehl.In the method for producing a ceramic sintered body according to According to the invention, a sinterable raw mixture is prepared, which is the main component the mineral contains olivine and the at least one additional component of in naturally occurring alumina-silica compounds in one to achieve the desired composition of the sintered body required amount is added. A shaped body is then formed from the raw mixture which, after drying, becomes a Sintered body is fired. The sintering temperature is 1100 to 1280 ° C. Because of this relatively wide sintering area, the sintering is ready no difficulties whatsoever. The raw mixture used is preferably olivine and Clay and / or kaolin. The raw mixture can optionally contain a small amount of aggregates promoting sintering (Fluxes) added will. Feldspar and / or porcelain flour are suitable as additives.

Gegebenenfalls kann ein Teil des erforderlichen Aluminiumsilikats in Form von Mullit, Sillimanit oder Schamotte zugeführt werden. Der Rohmischung kann gegebenenfalls auch zusätzlich noch Speckstein zugesetzt werden.If necessary, some of the aluminum silicate required in the form of mullite, sillimanite or chamotte. The raw mix If necessary, soapstone can also be added.

In den nachstehenden Tabellen sind die Zusammensetzung sowie technische Daten von Sinterkörpern gemäss Ausführungsbeispielen der Erfindung angeführt. Die Sinterkörper wurden folgendermassen hergestellt: Fein vermahlenem Olivin wurde die zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung des Sinterkörpers erforderliche Menge Aluminiumsilikat in Form von Ton oder Kaolin zugesetzt. Das Gemisch wurde dann homogenisiert, durch Zusatz von Wasser plastifiziert und zu Formkörpern verformt. Die Formkörper wurden getrocknet und anschliessend bei einer Temperatur im Bereich von 1100 bis 12800C gesintert. Aus den Tabellen ist ersichtlich, dass die mit Hilfe eines unkomplizierten Sinterverfahrens aus leicht zugänglichen Rohstoffen hergestellten Sinterkörper nach der Erfindung hervorragende mechanische und elektrische Eigenschaften aufweisen und daher vorteilhaft als el ektrokeramische Isolatoren eingesetzt werden können.In the tables below are the composition as well as technical Data of sintered bodies according to exemplary embodiments of the invention are given. the Sintered bodies were produced as follows: Finely ground olivine was the amount required to achieve the desired composition of the sintered body Aluminum silicate added in the form of clay or kaolin. The mixture was then homogenized, Plasticized by the addition of water and shaped into molded bodies. The moldings were dried and then at a temperature in the range from 1100 to 12800C sintered. From the tables it can be seen that with the help of an uncomplicated Sintered bodies produced from easily accessible raw materials of the invention have excellent mechanical and electrical properties and can therefore be used advantageously as electroceramic insulators.

TABELLE I Beispiel SiO2 (Gew.%) Al203 FeO MgO 1 59 % 25,1 % 3,2 % 12,7 % 2 59 % 23,1 % 3,2 % 14,7 % 3 56,8 % 22,9 % 3,78 % 16,5 % 4 60 % 25,8 % 2,9 % 11,3 % 5 60 % 28 % 2 % 10% 6 46 % 27,6 % 4,6 % 21,8 % 7 59,5 % 21,4 % 4,8 % 14,3 % 8 48,5 % 30 % 2,2 % 19,3 % TABELLE II Beispiel 1 2 3 4 5 6 7 8 Porosität in 1-3 2-5 1-1,5 0,1-0,5 0,5-1 5-10 1-2 0,5-1 Biegefestig- 2 70- 70- 70- 100- 100- 70- 80- 100-keit in N/mm 80 90 90 120 160 80 90 110 Längenausdehnungskoeffizient 1,8- 1,8- 1,5- 2,1- 2,2- 2,2- 2,3- 2-x10-6 be8i 3 3,2 2,8 3,4 3,8 3 3,1 2,9 +20°..+600°C in grad-1 Temp.-Wech- 400°- 380°- 400°- 250°- 380° 360°- 400° sel beständig- 5000 4000 4500 3000 3000 4500 430° 4200 keit in °C Spez . Durchgengswiderstand bei 800° 106- 106- 106- 106- 106- 106- 106- 106-C und Wech- 107 107 107 107 107 107 107 107 selstrom #cm TABLE I Example SiO2 (wt.%) Al203 FeO MgO 1 59% 25.1% 3.2% 12.7% 2 59% 23.1% 3.2% 14.7% 3 56.8% 22.9% 3.78% 16.5% 4 60% 25.8% 2.9 % 11.3% 5 60% 28% 2% 10% 6 46% 27.6% 4.6% 21.8% 7 59.5% 21.4% 4.8% 14.3 % 8 48.5% 30% 2.2% 19.3% TABLE II Example 1 2 3 4 5 6 7 8 Porosity in 1-3 2-5 1-1.5 0.1-0.5 0.5-1 5-10 1-2 0.5-1 Flexural strength- 2 70- 70- 70- 100- 100- 70- 80- 100-speed in N / mm 80 90 90 120 160 80 90 110 coefficient of linear expansion 1.8- 1.8- 1.5- 2.1- 2.2- 2.2- 2.3- 2-x10-6 be8i 3 3.2 2.8 3.4 3.8 3 3.1 2.9 + 20 ° .. + 600 ° C in degree-1 temp. change 400 ° - 380 ° - 400 ° - 250 ° - 380 ° 360 ° - 400 ° sel resistant- 5000 4000 4500 3000 3000 4500 430 ° 4200 speed in ° C Spec. Sag resistance at 800 ° 106- 106- 106- 106- 106- 106- 106- 106-C and Wech- 107 107 107 107 107 107 107 107 selstrom #cm

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE 1. Keramischer Sinterkörper, insbesondere keramischer Isolator für die Elektrotechnik, auf der Basis des Minerals Olivin, dadurch gekennzeichnet, dass er im gesinterten Zustand die folgende Zusammensetzu ng in Gewichtsprozent aufweist: MgO + FeO = 10-30 % Al2O3 = 15-40 % SiO2 = 40-65 % wobei der FeO-Gehalt 3-7 % beträgt, und dass er Magnesio-Ferro-Cordierit als wesentliche, aus der Sinterung resultierende Kristallphase enthält. PATENT CLAIMS 1. Ceramic sintered body, especially ceramic Insulator for electrical engineering, based on the mineral olivine, characterized in that it has the following composition in percent by weight in the sintered state has: MgO + FeO = 10-30% Al2O3 = 15-40% SiO2 = 40-65% where the FeO content 3-7%, and that he is Magnesio-Ferro-Cordierite as essential, from sintering resulting crystal phase contains. 2. Keramischer Sinterkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen FeO-Gehalt von höchstens 5 Gew.%.2. Ceramic sintered body according to claim 1, characterized by an FeO content of at most 5% by weight. 3. Keramischer Sinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von MgO zu FeO etwa 90 : 10 beträgt.3. Ceramic sintered body according to claim 1, characterized in that that the weight ratio of MgO to FeO is about 90:10. 4. Keramischer Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass er gegebenenfalls bis zu 4 Gew. % Alkalioxyde enthält.4. Ceramic sintered body according to one of claims 1-3, characterized characterized in that it optionally contains up to 4% by weight of alkali oxides. 5. Keramischer Sinterkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkalioxyde in Form von K20 vorhanden sind.5. Ceramic sintered body according to claim 4, characterized in that that the alkali oxides are present in the form of K20. 6. Verfahren zum Herstellen eines keramischen Sinterkörpers nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass eine sinterfähige Rohmischung bereitet wird, die als Hauptbestandteil das Mineral Olivin enthält und der mindestens ein zusätzlicher Bestandteil in Form von in der Natur vorkommenden Tonerde-Kieselsäure-Verbindungen in einer zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung des Sinterkörpers erforderlichen Menge zugesetzt wird, die Rohmischung zu einem Formkörper verformt, der Formkörper getrocknet und dann gesintert wird.6. A method for producing a ceramic sintered body according to a of claims 1-3, characterized in that a sinterable raw mixture is prepared which contains the mineral olivine as its main component and which contains at least one additional component in the form of naturally occurring alumina-silica compounds in a required to achieve the desired composition of the sintered body Amount is added, the raw mixture is formed into a shaped body, the shaped body dried and then sintered. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete Formkörper bei einer Temperatur von 1100 bis 12800C gE-sintert wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the dried Molded body is gE-sintered at a temperature of 1100 to 12800C. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohmischung neben Olivin als zusätzlicher Bestandteil Ton und/oder Kaolin vorgesehen wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that in the raw mixture, in addition to olivine, clay and / or kaolin are an additional component is provided. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohmischung geringe Mengen von das Zusammensintern fördernden Zuschlagstoffen zugesetzt werden.9. The method according to any one of claims 6-8, characterized in, that the raw mix contains small amounts of aggregates that promote sintering can be added. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Zuschlagstoffe Feldspat und/oder Porzellanmehl verwendet werden.10. The method according to claim 9, characterized in that as aggregates Feldspar and / or porcelain flour can be used. 11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des zusätzlichen Bestandteils der Rohmischung in Form von Mullit, Sillimanit oder Schamotte zugeführt wird.11. The method according to claim 8, characterized in that a part the additional component of the raw mix in the form of mullite, sillimanite or Chamotte is fed. 12 Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohmischung gegebenenfalls zusätzlich Speckstein zugesetzt wird.12 The method according to claim 6, characterized in that the raw mixture if necessary, soapstone is also added.
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