DE755098C

DE755098C - Dielektrikum fuer Hochfrequenzkondensatoren oder Isolierteile fuer Hochfrequenzzwecke

Info

Publication number: DE755098C
Application number: DEP66696D
Authority: DE
Inventors: Werner Rath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1932-12-24
Filing date: 1932-12-24
Publication date: 1951-10-31

Description

Dielektrikum für Hochfrequenzkondensatoren oder Isolierteile für Hochfrequenzzwecke Für Hochfrequenz-, insbesondere Kurzwellenzwecke ist es erforderlich, daß die verwendeten Geräteteile möglichst geringe dielektrischeVerluste aufweisen. Die für solche Geräteteile und insbesondere als Dielektrikurn für Kondensatoren bisher verwendeten Preßstoffe u. dgl. genügen den zu stellenden hohen Anforderungen hinsichtlich niedrigen Verlustwinkels nicht mehr. Auch die bekannten keramischen Massen, wie Porzellan u. dgl., sind für die genannten Verwendungszwecke in der Hochfrequenztechnik ungeeignet, da sie alle einen außerordentlich hohen dielektrischen Verlustwinkel aufweisen. Es sind zwar schon Isolierstoffe für solche FIochfrequenzzwecke verwendet worden, die einen gewissen Fortschritt gegenüber den genannten Werkstoffen bedingen, und zwar handelt es sich hierbei außer dem Glimmer, dessen Verarbeitungsfähigkeit beschränkt ist, in der Hauptsache um steatitartige Werkstoffe, die nach besonderen Gesichtspunkten verbessert sind. Immerhin ist für viele Hochfrequenzzwecke der dielektrische Verlust aus diesen Werkstoffen gefertigter Kondensatoren, Geräteteile usw. noch immer zu groß.
Bei den bekannten niedrigen dielektrischen Verlusten des Quarzkristalles und Quarzglases lag es nun nahe, daß keramische Massen einen besonders niedrigen dielektrischen Verlustwinkel aufweisen und daher für Hochfrequenzzwecke besonders geeignet sein würden, die in das kieselsäurereiche Gebiet des Dreistoffsystems Mg 0-A12 03 S' 02 fallen. Überraschenderweise wurde jedoch gefunden, daß die erforderliche- Eigenschaft geringer* dielektrischer Verluste in erster Linie dadurch gesteigert werden kann, daß man außer der bekannten Maßnahme des Fortlassens von Alkali vorzugsweise magnesium- und aluminiumreiche Silicate verwendet.
Nimmt der Kieselsäuregehalt der Massen über ein gewisses Maß zu, so erhält man Isolierstoffe mit größeren dielektrischen Verlusten, wie sie beispielsweise im Steatit u. dgl. vorliegen. Um den beabsichtigten Zweck möglichst gut zu erreichen, muß man daher den Kieselsäuregehalt so gering halten, wie es die Verarbeitungsmöglichkeiten gestatten. Vollkommen kieselsäurefreie Massen, d. h. also dichtgesinterte Magnesia, dichtgesinterter Spinell würden sich also besonders gut als Isolierstoffe für Hochfrequenzbeanspruchung eignen. Da diese Stoffe indessen erst bei außerordentlich hohen Temperaturen dichtgesintert werden und außerdem ein gewisser Kaolin-oder Specksteingehalt zur besseren Verarbeitung erforderlich ist, wodurch ja auch Kieselsäure eingeführt wird, wird man in der Regel Rohstoffe mit einem gewissen Kieselsäuregehalt verwenden. Erfindungsgemäß werden daher nur solche Massen verwendet, die ihrer hauptsächlichen Zusammensetzung nach zu dem Dreistoffsystem Si 02-iN1g 0-A-., 03 gehören und die im kieselsäurearmen Teil des Dreistoffsystems liegen, das begrenzt wird durch die geradlinigen Verbindungen der Punkte, deren Mischungsverhältnis den Formeln für Enstatit, Mg O-Si 02, Cordierit, 2 II-O-a A1_ O3-5 Si O, und z1""03-2S'0.', der Zusammensetzung des gebrannten Kaolins, entspricht. Diese Grenze ist in dem Schaubild des Dreistoffsy stems Si 02 A12 03-llg O durch die strichlierte, gebrochene Linie x, y, N an-(Tedeutet. Wenn eine gewisse tTberschreitung , dieser Grenze auch nicht mit einem -Male ein :elir starkes Steigen des Verlustwinkels be-<lint, so ist es doch empfehlenswert, mit dein Kieselsäureehalt nicht über den durch diese _@l)",renzuti" bestimmten Gehalt zu -eben.
Danach sind derartige Isolierstofie für die Iloclifreqtienzüeansl)rticlitin" besonders geeignet, die der Hauptsache nach bestehen aus den Mineralien Enstatit,. Forsterit, . Periklas, Spinell, Korund und Sillimanit, wohingegen freie Kieselsäure in Form von Cristobalit als stabile Phase vermieden wird.
Demgegenüber haben die jetzt bereits für Hochfrequenzbeanspruchung benutzten Rohstoffe mit höherem Verlustwinkel, z. B. Steatit, einen so hohen Kieselsäuregehalt, daß die Entstehung reinen Meta-Silicates ohne Freiwerden von Kieselsäure in Form von Cristobalit nicht möglich ist. Im Gebiet der stärker tonerdehaltigen Massen, die Verwandtschaft haben mit porzellanähnlichen Erzeugnissen, werden gleichfalls die besten Ergebnisse dann erhalten, wenn man den Massen die Zusammensetzung des Sillimanits A1203 Si0, gibt. In Massen aus reiner gebrannter Tonsubstanz A120.-2 Si 02 wird zwar durch Bildung von Mullit Kieselsäure frei. Es hat sich indessen herausgestellt, daß in diesen geringen Mengen eine wesentliche Erhöhung des Verlustwinkels noch nicht eintritt, so daß man mit einer geringen Steigerung des Tonerdegehalts über den der reinen Tonsubstanz' hinaus auch sehr gut brauchbare Isolierstoffe bekommt, die dazu den Vorteil geringerer Ausbrennhöhe haben.
Besonders vorteilhaft ist es für die Fertigung, die Massen so zusammenzusetzen, daß beim Brennen eine gewisse :Menge des ternären Eutektikums 25 1190 21 Al, 03 54 SiO, entsteht. Der Schmelzpunkt dieses Eutektikums liegt bei 136o°. Wenn die liischung so zusammengesetzt ist, daß ein Teil eine derartige eutektische Schmelze bildet, so kommt man zu Massen mit so niedrigen Ausbrenntemperaturen, daß eine wirtschaftlich vorteilhafte Verarbeitung möglich ist.
Weiter hat sich herausgestellt, daß die günstigen Eigenschaften der Isolierstoffe dann nicht verändert werden, wenn man einen Teil der Magnesia durch andere Erdalkaliverbindungen. wie z. B. Kalk oder durch Berv lliumoiy d ersetzt.
Es ist zwar bereits die Verwendung unter Umständen zum Teil in das vorbezeichnete Gebiet des Dreistoffsystems fallender künstlicher, plagioklasartiger -lassen und Cordieritmassen wegen deren großen Widerstandsfähigkeit gegen Säuren und Basen und hohen mechanischen Festigkeit für Gefäße und Geräte, sowie Isolatoren aller Art vorgeschlagen worden. Die besonders vorteilhaften, den Ge-enstand der I?rfiidttng bildenden Anwen-<Ittii@sniöt,Iiclil;eiten derarti-er -lassen Für Norhfrequenzkondensatoren und Isolierteile für I Ioclifrequenzzwecke wurden bisher jedoch nicht erkannt. Für die elektrische Industrie ist auch elektrischer Isolierstoff aus künstlich erzeugtem Aluminiummagnesiumsilicat (synthetischer Glimmer) vorgeschlagen worden. In diesem Falle handelt es sich jedoch um einen im Schmelzverfahren und nicht um einen auf keramischem Wege hergestellten Isolierstoff.

Claims

PATENTANSPRÜCHE.-i. Dielektrikum für Hochfrequenzkondensatoren oder Isolierteile für Hochfrequenzzwecke aus dichtgesinterten keramischen Massen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herabsetzung des dielektrischen Verlustwinkels nur solche Massen verwendet sind, die ihrer hauptsächlichen Zusammensetzung nach zu dem Dreistoffsystem S i 02-Mg 0-A12 0;3 gehören und die im kieselsäurearmen Teil des Dreistoffsystems liegen, das begrenzt wird durch die geradlinigen Verbindungen der Punkte, deren Mischungsverhältnis den Formeln für Enstatit, NI- O-SiO=, Cordierit, 2 Mg O-2 AL= 03-_3 Si O, und AI, O.3-2 Si 02, der Zusammensetzung des gebrannten Kaolins, entspricht.
2. Dielektrikum für Hochfrequenzkondensatoren oder Isolierteile für Hochfrequenzzwecke nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet. daß ein Teil der 'Magnesia durch äquivalente Mengen von anderen Erdalkaliverbindungen oder Berylliumoxvd ersetzt ist. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Ihr. 469 616, 4 8 7 724, 61o 407; französische Patentschrift N r. 73s 222; ETZ 1932, 3. 3., S. 2o5 bis 207; ETZ 1932, 29.9., S. 93i ff.; Berichte der Keramischen Gesellschaft, Bd. 15, 1934, S. 203.