DE3128746A1 - Dielektrikum und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

• Dielektrikum und Verfahren zu seiner Herstellung.
• Die Erfindung betrifft ein Dielektrikum, das auf einem~rohrförmigen oder plattenförmigen, selbsttragenden Metallkörper schichtförmig aufgebracht ist, zur Verwendung bei Ozongeneratoren, und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Dielektrikums.
• Der potentielle Anwendungsbereich des Ozons ist außerordentlich groß und immer noch in schnellem Anstieg begriffen Dieser 3ereich erstreckt sich von der Anwendung des Ozons als "reines" Oxydationsmittel in der Parfümerie- und der Arzneimittelindustrie, oder als Bleich- und Desinfektionsmittel in der Nahrungsmittelindustrie bis zur Hydrometallurgie der seltenen und Buntmetalle, wo es als hochaktives Oxydationsmittel bei der Trennung verschiedener Metalle verwendet wird. Das Ozon verwendet man zum Reinigen und Entkeimen des Trinkwassers in den städtische Wasserversorgungssystemen sowie zur Reinigung der Industr.eabwässer.
• Es wird verwendet bei der Oxydatior. der Kohlenwasserstoffe bei der Kunstfaserproduktion, in der Erdölchemie, als aktives Oxydationsmittel bei der Extraktion von Brom aus den Grubenwässern oder bei der Herstellung reiner chemischer ReaktionsmitteRo In der Zellstoff-, Papier- und Textilindustrie wird das Ozon als Bleichmittel verwendet. In verschiedenen Betrieben dient es als Cxydationsmittel bei der Entgiftung von Abgasen, welche Dämpfe organischer Verbindungen u.ä. enthalten. Man kann es auch zum Oxydieren und Entgiften der Abgase von Wärmekraftwerken und magnethydrodynamischen Generatoren verwenden.
• Für sehr viele der genannten Prozesse sind überaus große Ozonmengen in der Größenordnung von hunderten Kilogramm bis Tonnen pro Stunde erforderlich, und darum können sie praktisch nur dann durchgeführt werden, wenn kompakte Hochleistungsosongene ratoren zur Verfügung stehen, welche derartig hohe Ozonmengen liefern können.
• Bei einem Ozongenerator ist die pro Entladungsflächeneinheit gebildete Ozonmenge Y der elektrischen Leistung W pro Flächeneinheit proportional: Y = KoW Die elektrische Leistung W ist wiederum proportionai et relativen Dielektrizitätskonstante E, und umgekehrt presorcional der Dicke d des Dielektrikums: E W = K' .
• d Wird als Dielektrikum Glas verwendet, so sinu Werte fur die Dielektrizitätskonstante bis E<5 mögliche Die Wandstä@en derartiger Glasdielektrika muß mindestens 2 mm betragen, da anderenfalls aufgrund hoher thermischer Beanspruchungen 3eschädigungen zu befürchten sind Aus der DE-OS 26 58 913 ist ein Ozongenerator bekannt, er aus einer gekühlten Innenelektrode, einer Außenelektrode und einer dazwischen konzentrisch angeordneten Hochspannungsele. rod besteht, wobei die Innenelektrode und die Hochspannungse.ekt£--de jeweils an ihrem Außenmantel mit einem Glas- Email - DieAektrikum beschichtet sind Ein Hochfrequenz-Röhrenozongenerator, bei dem auf die sich gegenUberliegenden Oberflächen von konzentrisch angeordneten Metallrohren je eine Dielektrikumschicht aus Silikatemail oder Glas aufgebracht ists ist aus der DE-PS 25 34 033 bekannt. Aus der DE-OS 26 17 059 ist es bekannt, bei Ozongeneratoren als Dielektrikum eine dünne Kieselgel-Schicht zu verwenden; die auf selbsttragenden Metallelektroden aufgebracht ist.
• Ein Ozongenerator, der aus einem selbsttragenden Keramikrohr als Dielektrikum besteht, welches an seiner Außenmantelfläche mi einer Metallschicht einer Elektrode bedeckt ist und in welchem konzentrisch ein Ne Mtallrohr als Gegenelektrode angeordnet iscS ist aus der DE-OS 23 54 209 bekannt. Ein derartiges, selbsttragendes Keramikrohr kann jedoch nicht.beliebig dünn dimensioniert werden und ist außerdem.sehr bruchempfindlich, Ein Ozongenerator dessen Elektroden aus entkarbonisiertem Stahl bestehen, die mit einer dünnen Keramikschicht als Dielektrikum überzogen sind, ist aus der DE-OS 20 65 823 bekannt. Solche Keramikschichten müssen jedoch bei relativ hohen Temperaturen eingebrannt werden, was zu einem störenden Verzug der selbsttragenden Metallelektroden führen kann.
• Ein Dielektrikum für Ozongeneratoren, das aus einem Keramikmaterial mit Al203, Si02 und mindestens einem Alkalioxid oder Erdalkalioxid besteht und eine Dielektrizitätskonstante zwischen 5 und 10 besitzt und 0,5 mm bis 1 mm dick ist, ist aus der DE-AS 26 18 243 bekannt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde', ein Dielektrikum der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das eine hohe relative Dielektrizitätskonstante über 10 und eine relativ hohe Durchschlagfestigkeit besitzt, so daß mit- dünnen Schichten in der Größenordnung einiger 100cm eine hohe Ozonausbeute erzielt wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Kunststoff homogen mit einem dielektrischen Keramikpulver gefüllt ist. Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Dielektrikums und Verfahren zur Herstellung desselben sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in der hohen Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums und in seinem niederen Verlustwinkel tan #. Durch den niederen Verlustwinkel tan # wird die den Wirkungsgrad des Ozongenerators erniedrigende Verlustwärme reduziert und der endotherme Zerfall des Ozons vermindert. Ein erheblicher Vorteil liegt darin, daß bei dünnen Dielektrikumwandstärken hohe Durchschlagfestigkeiten erzielbar sind. Diese Eigenschaften und die einfache Aufbringbarkeit des Dielektrikums auf eine selbsttragende Metallelek-.
• trode ergeben bei Verwendung des erfindungsgemäßen Dielektrikums in Ozongeneratoren eine hohe Ozonausbeute.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend beschriebeno 1.) 50 Gew-% eines PhenylmethySpolysiloxan-Harzes wurden mit 50 Gew-% Granulat des Keramikpulvers N 5600 (entsprechend Katalog der Anmelderin "Keramik Kondensatoren" Seiten 18 bis 17) während 24 Stunden in einer Trommelmühle orermahlen und durch Spritzen auf einen ebenen Metallträger aufgebracht.
• Nach einem Trockenvorgang wurde die Schicht bei 2000C während 4 Stunden eingebrannt. Dabei wurden folgende elektrische Eigenschaften erzielt: Dielektrizitätskonstante DK = 19 t l Verlustfaktor tan # bei 1kHz = (1,5 # 0,5).10-3 Durchschlagfestigkeit ED = 60 kV/mm Isolationswiderstand R15 (lOOV- > 1013 Di 2.) 50 GeW- eines Phenylmethylp@lysiloxan-Harzes wurden mit 50 Gew-% Granulat des Keramikpulvers R 10000 (entsprechend Katalog der Anmelderin "Keramik Kondensatoren" Seiten 19 bis 23) entsprechend Beispiel 1.) verarbeitet Dabei wurden folgende elektrische Eigenschaften erzielt: Dielektrizitätskonstante DK = 22 + 2 Verlustfaktor tan C bei lkHz = (7 + l).l0 Durchschlagfestigkeit ED = 50 kV/mm Isolationswiderstand RIS (100V)= >l0l3.2 3.) 50 Gew-% polyestermodifiziertes Silikonharz wurden mit 50 Gew-% Keramikpulver N 5600 entsprechend Beispiel 1.j und mit additiv 15 Gew-% Verdünnungsmittel 24 Stunden gemischt und entsprechend Beispiel l.) weiterbehandelt. Dabei wurden folgende elektrische Eigenschaften erzielt: Dielektrizitätskonstante DK = 16 + 1 Verlustfaktor tan # bei 1kHz = (5 + l).lC 3 Durchschlagfestigkeit ED = (72 # 8) kV/mm Isolationswiderstand RIs (lOOV)= >1012 # Die aufgeführten Beispiele zeigen, daß der Einsatz eines Keramikpulvers mit sehr hoher Dielektrizitätskonstante DK = 10000 keine wesentliche Erhöhung der Dielektrizitätskonstante des kunststoffgebundenen Dielektrikums ergibt. Dagegen tritt eine deutliche Verschlechterung des Verlustfaktors tan # ein. Deshalb wurden weitere Versuche mit dem Keramikpulver N 5600 angestellt und sein Gewichtsanteil über weite Bereiche variiert. In der Zeichnung sind die Abhängigkeit der Dielektrizitätskonstante DK, des Verlustfaktors tan , der Durchschlagfestigkeit ED und des Isolationswiderstandes RIS vom Gewichtsanteil des N 5600 -Granulates dargestellt. Hieraus ist zu ersehen, daß unter 30 Gew-% N 5600 - Pulver die Dielektrizitätskonstante klein ist und daß über 50 Gew-% N 5600 - Pulver die Durchschlagfestigkeit ED momentan abfällt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Dielektrikum, das auf einen röhrenförmioen oder plattenfö@ migen, selbsttragenden Metallkörper schichtförmig auge bracht ist, zur Verwendung bei Ozongeneratoren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Kunststoff homogen mit einem dielektrischen Keramikpulver gefüllt ist 2. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gelcennzeichnet, daß ein Kunststoff mit 30 Gew- % bis 60 Gew- % 4ielektrischem Keramikpulver homogen gefüllt ist0 3. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoff mit 30 Gew-% bis 50 Gew-% dielektrischem Keramikpulver homogen gefüllt ist.

   4. Dielektrikum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichret, daß ein Kunststoff mit 50 Gew-% dielektrischem Keramikpulver homogen gefüllt ist..

   5. Dielektrikum nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff Siloxane oder Silikone una als Keramikpulver Granulate an sich bekannter keramiscner Dielektrika verwendet werden.

   6. Dielektrikum nach einem-der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff Phenylmethylpolysiloxane oder modifizierte Silikon in Form von Polyester oder Epoxy verwendet werden.

   7. Dielektrikum nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennz.eichnet, daß als Keramikpulver Granulat von eine lineare Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante und einen relativ kleinen Verlustwinkel besitzenden Dielektrika, sogenannte Klasse 1 - Dielektrika, verwendet werden.

   8. Dielektrikum nach Anspruch 7, dadurch gekennzeIchnet, Jaß Granulat von eine relativ große Dielektrizitätskorstante besitzender Keramik verwendet wird.

   9. Dielektrikum nach Anspruch ? oder 8, dadurch gekennzeichnet1 daß ein Keramikpulver verwendet wird, dessen Nennwert des Temperaturkoeffizienten der Kapazität -56D0.10 6 pro Grad beträgt.

   10. Verfahren zur Herstellung eines Dielektrikums nach einem der AnsprUche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß 5f Gew-% eines Siloxanharzes mit 50 Gew-X Keramikpulver 24 Stunden gemahlen, auf einen selbsttragenden Metallkörper aufgebracht, getrocknet und bei Temperaturen um 200 0C während bis 5 Stunden eingebrannt wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Siloxanharz und dem Keramikpulver 15 Gew-% Verdünnungsmittel additiv zugegeben werden.

   L?. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Kunststoff und Keramikpulver und eventuell Verdünnungsmittel auf den selbsttragenden Metallkörper durch Tauchen, Wal3er, Spritzen oder Streichen. aufgebracht wird.