DE747351C

DE747351C - Verfahren zur Herstellung von Glaesern von hoher elektrischer Isolierfaehigkeit, grosser chemischer, mechanischer und thermischer Festigkeit

Info

Publication number: DE747351C
Application number: DEW106352D
Authority: DE
Inventors: Herbert Witzenmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1939-09-23
Filing date: 1939-09-23
Publication date: 1953-02-09

Description

Verfahren zur Herstellung von Gläsern von hoher elektrischer Isolierfähigkeit, großer chemischer, mechanischer und thermischer Festigkeit Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gläsern von hoher elektrischer, chemischer, mechanischer und thernischer Festigkeit. Nach diesem Verfahren werden Gläser der folgenden Zusammensetzungen erschmolzen: 3o bis So % Si O2, I5 bis 54% iMnOo bis 35% M9O, o bis 3o % A12 O3, o bis 30% Ca O und/oder Sr O unsl/oder Ba O, o bis 3 % W03, o bis 5 % Ca3 (F O4)2. Durch Abstimmung der Bestandteile des Versatzes und durch später erwähnte Zusätze können die erhaltenen Gläser in verschiedener Richtung beeinflußt werden, je nachdem auf welche. Eigenschaften im Einzelfall besonderer Wert gelegt wird.
Grundbedingung für die Herstellung eines Glasdielektrikums von hoher elektrischer Isolierfähigkeit ist der Ausschluß der Alkalien' aus den erschmolzenen Gemengen, da Alkaliverbindungen und namentlich Alkaliosyde die elektrische Leitfähigkeit erhöhen, die Durchschlagsfestigkeit der Gläser erniedrigen und deren Oberflächenleitfähigkeit steigern.
D)urch den Ausschluß der Alkalien aus den bekannten Zusammensetzungen erhält man aber Gläser, deren Herstellung wegen der durch die hohen Schmelz- und Verarbeitungstemperaturen bedingten Kosten und fabrikatorischen Schwierigkeiten nicht mehr in Frage kommt. Zwar gelingt es, durch Einführung von Borsäure die Schmelz- und Arbeitstemperaturen zu senken und so eine völlige Homogenität der Gläser zu erreichen. Indessen erhöht Borsäure in Mengen von über 3 0M erheblich die Auslaugbarleit der Gläser. Ferner ist bekannt, daß Borosilicate von hoher elektrischer und thermischer Festigkeit nur durch beträchtliche Steigerung des Kieselsäuregehaltes zu erhalten sind. Diese Gläser schmelzen aber ebenfalls erst bei sehr hohen Temperaturen. Die dadurch bedingten technoloischen Schwierigkeiten verursachen neben den an sich hohen Preis der Borsäure eine übermäßige Verteuerung der Gläser. Endlich sind Alkaliverbindungen auch in Gläsern dieser Art praktisch nicht völlig entbehrlich.
Die Erfindung überwindet die gekennzeichneten Schwierigkeiten. Sie ermöglicht, was bisher noch nicht gelungen ist, die Darstellung höchstwertiger, alkali- und borsäurefreier Gläser bei Schmelztemperaturen, die etwa der des Fensterglases entsprechen. Hervorzuheben ist im Zusammenhang damit die leichte Verarbeitbarkeit der betreffenden Gläser. Die hohe Durchschlagsfestigkeit der Gläser bei gleichzeitig günstig liegenden Schmelz- und Verarbeitungstemperaturen der Gläser wird dadurch erreicht, daß man zu alkali- und borfreien Grundglasversätzen Manganoxyde, z. B. Braunstein oder andere Manganverbindungen zuschmilzt, und zwar in solchen Mengen, daß der Prozentgehalt des schließlich erhaltenen Manganglases an Mn O über dem bei den bisher bekannten Gläsern liegt, mindestens aber den Wert von I50% Mn0 übersteigt. Die gewonnenen Gläser liegen zweckmäßig innerhalb der eingangs erwähnten oxydischen Zusammensetzung. Sie zeichnen sich neben anderen guten physikalischen und chemischen Eigenschaften insbesondere durch ihre außerordentlich hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit aus. So ist es z. B. bei Einführung von Manganoxyd in der angegebenen Menge möglich. Gläser zuverschmelzen, welche die Isolierfäligkeit der bisher bekannten Gläser um ein Mehrfaches. und die des bisher besten anorganischen Isolierstoffes, des Glinimers, um das 2 bis 3fache übertreffen. Die nit diesen Manganzusätzen erschmolzenen Gläser erfordern Schmelztemperaturen, die etwa der des Fensterglases entsprechen. Wird Wert darauf gelegt, an Stelle ler leicht schmelzbaren Gläser schwerer schmelzbare fnit den entsprechenden Sondereigenschaften darzustellen, so ist es auch möglich, Gläser mit besonders hohem Kieselsäure- oder Tonerdegehalt in dem durch die Versatzformel angegebenen Bereiche zu entwickeln, die erst hei Temperaturen über I45° schmelzen.
Vor der Schmelze werden die aufs feinste zerkleinerten Rohmaterialien auf geeignete Weise, z.B. in einer Trommelmühle gemischt. Das Gemisch wird fn geeigneten Behältern bei Temperaturen zwischen I25o und I45o° (mit Ausnahme der erwähnten höher schmelzenden Sonderformen) geschmolzen. Man kann auch einzelne Bestandteile des Gemenges zunächst zurückbehalten und sie während des Schmelzens der übrigen Bestandteile allmählich zusetzen.
Die Komponenten des bereits eingangs genannten Versatzes: 3o bis 8oo/o Si02 I5 bis 54% MnO,o bis35%o Mg0, o bis 3o%A1,O3. o bis 3oV% CaO und/oder Sr O und/oder Ba O, o bis 3 %l W03,o bis 5 % a Ca3,PO4) können auch ganz oder teilweise in anderer Forn eingeführt werden. So kann die Kieselsäure (Si O2) ganz oder teilweise durch Si C, das Manganoxyd (Mn 0) durch MnO2, Mn2 O3, Mn113O4, MnCO3, Mn Cl2 MI H P O oder MIn S, das Magnesiumoxyd (Mg 0) durch Mg (Al O2)2, llg \ H4 As O4, Mg Br2 Mg CO, Mg C12 Mg F2 Mg (O H)2, Mg (N O3)2, Mg2P2O7,Mg2SiO4, MgSiO3 oder MgSO4, die Tonerde (Al, 03) durch r14 C3, Al Cl3, Al F3, AlN , Al (O H)3, AlPO4, A12 (S O4)3, Al2 53, das Calciumoxyd (CaO) durch CaBr2, Ca C2 CaCO3, CaCl2, CaCN2, CaF2, Caj2, Ca (Mn O4)2, Ca (N O3)2, Ca (P 03)2 Ca Si O3 oder Ca WV O4, ersetzt werden. Ferner können das Calciumoxyd bzw. die calciumhaltigen Zusätze ganz oder teilweise ersetzt werden durch die entsprechenden Strontium- und Bariumverbindungen. Barium ist als Flußmittel bekannt. Bei einigen Versätzen nit hohem Mangangehalt darf jedoch der Bestandteil an Barium nicht hoch sein, da sonst die Masse inhomogen und porös wird. Strontium ist in vielen Fällen besser geeignet, das Barium ganz oder teilweise zu ersetzen. zweckmäßig in Form von Strontiumcarbonat, Strontiumchlorid oder Strontiumsulfat.
Außerdem können den Gläsern die an sich Bekannten Färbengsnittel zugesetzt werden. Durch Zusatz von Titanverbindungen kann die Dielektrizitätskonstante erhöht werden. Durch Zusatz von Zirkon Verbindungen zusaiiiinen finit Tonerde wird insbesondere die \Viderstandsfälligl:eit gegen hydrolytische l:nllüssc u11<1 eggen _1lkalien erhöht. Der Schmelze können ferner noch Reduktionsinittel,wie Weinstein, Weinsteinsäure, Harnstoff, Zucker, Holzkohle u. a., und Läuterungsnittel, wie Antimon. Antimonsulfid, Arsenverbindun gen u. a., zugesetzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Verfahren zur Herstellung von Gläsern von hoher elektrischer Isolierfähigkeit, großer chemischer, mechanischer und thermischer Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß in alkali- und borfreie Grundgläser Manganoxyd oder alkali-und borfreie Manganverbindungen in solcher Menge eingeführt werden, daß der Gehalt des fertigen Glases an MnO über dem bei Gläsern üblichen liegt und einen Mindestwert von I5%o des Glasgewichtes übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wahrung des Mindestgehaltes an MnO das Magnesiumoxyd dieser Gläser ganz oder teilweise durch andere magnesiumhaltige Verbindungen wie Mg (Al 02)2, MgN H4 As 04, Mg ßr2, Mg C 03, Mg Cl2, Mg F2 Mg (OH)2, Mg (N03)2, Mg3 P2O7, Mg2SiO4, Mg S' 03, ML,,SO4, ersetzt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumosyd ganz oder teilweise durch aluminiumhaltige Verbindungen, wie Al4 C3, Al Cl3, AI F3, Al N, Al P O4, Al2 (SO4)3. Al2, S3, ersetzt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen I his 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Calciumoxyd ganz oder teilweise durch calciunihaltige Verbindungen, wie CaBr2 CaC2, CaCo3, CaCl2, CaCN2,, CaF2, CaJ2, Ca (Mn O4)2, Ca (NT 03)2, Ca (P O3)2, Ca Si03, Ca WO4, ersetzt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen I his 4, dadurch gekennzeichnet, daß die calciumhaltigen Bestandteile ganz oder teilweise durch entsprechende Strontium-oder Bariumverbindungen ersetzt werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu erschmelzenden Stoffgemisch Titanverbindungen zugesetzt werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen I his 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu erschmelzenden Stoffgemisch Zirkonverbindungen zugesetzt werden. ZurA Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. II 763, 24277, 4I2 I56, 495 941; französische Patentschriften \Tr. 6oo 945, S44 874; »Glastechnische Tabellen«, 1932, Berlin, S. 66o, V 350; S. 66.1;V 426, 432; S. 667. 17- 5 I9.