-
Verfahren zur Herstellung einer hochwertigen Isolierschicht Die Erfindung
betrifft :Materialien für Isolierschichten, und zwar insbesondere solche Materialien,
welche Aluminiumnitrat enthalten, sowie (las Verfahren zu ihrer Herstellung.
-
Das kataphoretische Verfahren zur Aufbringung einer lsolierschicht
auf eine Metallunterlage wurde bisher angewendet, wenn die Form der Unterlage die
Verwendung des Zieh- oder Spritzverfahrens unzweckmäßig erscheinen ließ. Zum Beispiel
wurden gewendelte Heizdrähte für indirekt beheizte Kathoden vorzugsweise mittels
des kataphoretischen Verfahrens mit einer Schicht versehen, da das Zieh- oder Spritzverfahren
innere Oberflächen des Drahtes unzulänglich bedeckt lassen können. Einige Schichtmaterialien,
welche früher zur kataphoretischen Aufbringung auf eine Unterlage verwendet wurden,
haben Aluminiumoxyd, handelsübliches Aluminiumnitrat, Magnesiumnitrat, Wasser und
einen Alkohol, wie z. B. Methanol, enthalten. Das Aluminiumoxyd ist gewöhnlich der
Hauptbestandteil der festen Anteile der Schicht, wobei die Mengen an Aluminiumnitrat
und Magnesiumnitrat variabel sind und ihr Mengenverhältnis durch die beabsichtigte
Dicke der Schicht bestimmt ist. Die Nitrate liefern das erforderliche negative Radikal
des Elektrolyts, welcher Wasser sowie einen Alkohol, wie Methanol, enthält. Aluminiumoxyd,
Aluminiumnitrat und -I%Iagnesiumnitrat nehmen elektrische Ladungen an, wenn an die
Lösung
an verschiedenen Stellen vermittels geeigneter Elektroden, von denen eine die mit
der Schicht zu überziehende Metallunterlage sein kann, eine Potentialdifferenz angelegt
wird. Nachdem die Metallunterlage mit der Schicht überzogen; ist, wird diese bei
verhältnismäßig hoher Temperatur, z. B. i6oo°, gebrannt, um den flüssigen Bestandteil
auszutreiben und das Magnesiumnitrat und das Aluminiumnitrat in die Oxyde, welche
die guten isolierenden Eigenschaften besitzen, überzuführen.
-
Eine der Schwierigkeiten, welche mit den früheren Verfahren der kataphoretischen
Aufbringung einer Schicht der beschriebenen Art verbunden sind, bestand darin, daß
die fertiggestellte Schicht Narben und eine Anzahl von radialen Sprüngen aufwies,
welche zu einem Abschälen oder Abbröckeln der Schicht von der Unterlage führen.
Offenbar gab es keinen bekannten Weg, um diese unerwünschte Beschaffenheit der Schicht
zu vermeiden oder unter Kontrolle zu halten, so daß es schwierig, wenn nicht unmöglich
war, eine Schicht mit vorauszusagenden Eigenschaften zu erhalten.
-
Eine andere Schwierigkeit liegt in dem Mangel an Stabilität des Schichtmaterials,
wodurch es nötig wurde, das Schichtmaterial verhältnismäßig kurze Zeit nach seiner
Herstellung zu verwenden.
-
Ein Zweck der Erfindung ist die Herstellung eines Materials für Isolierschichten
mit verbesserten Isolier- und Hafteigenschaften.
-
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Herstellung einer Isolierschicht
von verhältnismäßig glatter Oberfläche, die frei von Sprüngen ist.
-
Weiterhin wird ein verbessertes kataphoretisches Verfahren bezweckt,
um eine Isolierschicht auf einer Unterlage aufzubringen.
-
Ein anderer Zweck der Erfindung ist die Herstellung einer neuen Form
von Aluminiumnitrat, welche dazu beiträgt, eine verhältnismäßig stabile Lösung der
Schicht und ein infolgedessen einheitlich glattes und anhaftendes Schichtmaterial
zu erhalten.
-
Zusätzlich wird eine Vorschrift für die Zusammensetzung der Schicht
mit reprodu,z,ierlbaren Endergebnissen bezweckt.
-
Schließlich besteht noch ein Zweck der Erfindung in der Herstellung
einer Schicht, bei welcher eine genaue Überwachung der Dicke der Isolierschicht
gewährleistet ist.
-
Weitere Zwecke und Merkmale werden im weiteren Verlauf der Beschreibung
klar werden. Beim Gegenstand der Erfindung wird ein Material für Isolierschichten
hergestellt, welches die bereits erwähnten Bestandteile enthalten kann, mit der
Ausnahme; daß das handelsübliche Aluminiumnitrat in einer besonderen Weise vorbehandelt
wird, so daß seine Verwendung in der Schicht diese vor Abbröckeln oder Abschälen
bewahrt und dabei das Schichtmaterial für eine längere Zeit als das bisher möglich
war, stabiler macht.
-
Die Behandlung dies erwähnten Aluminiumnitrates besteht nun erfindungsgemäß
darin, daß handelsübliches Aluminiumnitrat mit der chemischen Formel A1 (N O3)3
- 9 H2 0 mehrfachenWärme-Behandlungen in destilliertem Wasser unterworfen wird,
wobei die Wärme unterhalb derjenigen Temperatur gehalten wird, bei welcher Aluminiumnitrat
bereits Aluminiumoxyd bildet. Das Produkt dieser Behandlung besteht aus Aluminiumnitrat
und Aluminiumhydroxyd von nicht kristalliner Beschaffenheit. Die erwähnten Wärmebehandlungen
werden wiederholt, bis das Produkt ein Aluminiumoxydäquivalent von 20 bis 33'/o
aufweist. Diese Wärmebehandlungen stellen ein Verfahren dar, durch welches die Zusammensetzung
von handelsüblichem Aluminiumnitrat auf einen solchen Wert verändert wird, daß das
entstehende Material einer Menge von 2o bis 33 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd chemisch
äquivalent ist.
-
Diese Beziehung zwischen Aluminiumoxyd und Aluminiumnitrat kann am
besten durch folgende theoretische Überlegungen aufgezeigt werden.
-
A1 (N03)3#9 H20 ist äquivalent oder ist für die vorliegenden Zwecke
fähig zur Bildung von Aluminiumoxyd (A12 03) bis zu einer Menge von etwa 13,6 Gewichtsprozent.
Aluminiumnitrat Al (N O3)3 ohne Kristallwasser ist einer Menge von etwa 24 Gewichtsprozent
A1203 chemisch äquivalent. Aluminiumhydroxyd Al (OH), ist einer Menge von
65,4 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd (A1203) chenisch äquivalent. Daher ist,diegeeignetste
Kennzeichnung für ein Aluminiumoxydäquivalent von 2o bis 331/o ein wasserfreies
Aluminiumnitrat mit weiterer Zersetzung eines Teiles dieses Materials zu Aluminiumhydroxyd
oder einer ähnlichen Verbindung plus Salpetersäure, welche später durch die Behandlung
entfernt wird.
-
Die Zersetzung würde nach folgender Reaktion erfolgen
Das vorstehend beschriebene Erhitzen von handelsüblichem Aluminiumnitrat (Al (N
03)3 - 9 H2 0) führt zu folgenden Reaktionen, welche gleichzeitig erfolgen:
Demnach umfaßt,das Verfahren zunächst eine Verringerung des Gehaltes an Wasser und
Salpetersäure im Aluminiumnitrat und dann die Bildung einer bestimmten Menge von
Aluminiumhydroxyd, wodurch die Lösung stabilisiert und geeignete Bedingungen für
die Aufbringung des Isoliermaterials geschaffen werden.
-
Aus den obigen Gleichungen ist zu ersehen, daß es möglich ist, nur
das Kristallwasser aus dem handelsüblichenAluminiumnitrat Al (N 03)3 « 9 H2 0 zu
entfernen und zu einer Zusammensetzung zu gelangen, die einem Aluminiumoxydgehalt
inner-
Diese Gleichungen betreffen Standardmethoden der Analyse. I)ie in diesen Fällen
erforderliche Wärme ist diejenige des Bunsenbrenners. Die aufwärts weisenden Pfeile
deuten an, daß die so gekennzeichnete Verbindung durch die Wärme ausgetrieben wird.
-
Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Wärmebehandlung so ausgeführt
werden, daß etwa 225 g handelsübliches Aluminiumnitrat (Al (N O3)3 » 9 H2(>) in
einer großen Eindampfschale etwa 35 Dlintiten lang auf eine Temperatur unterhalb
von 135 " C erhitzt werden, wobei man das Material finit fortschreitender
Verdampfung annähernd auf diese Temperatur kommen läßt. Das Material wird zunächst
am Ende von 15 Minuten flüssig, geht darin aber in einen festen nicht kristallinen
Zustand über, nachdem weitere 20 Minuten verstrichen sind. In diesem Zustand kann
das Material als von sirupöser Konsistenz angesprochen werden. Während des Erhitzens
ist ständiges Rühren der Mischung erforderlich; und es soll die Geschwindigkeit
des Rührens erhöht werden, wenn das Material fest zu werden beginnt.
-
Zu dem festen Material werden dann 300 bis 400 ccm destilliertes
Wasser zugefügt, in welchem man das -Material sich unter vorsichtigem Erwärmen lösen
läßt. Dann wird die Temperatur auf einen Wert unterhalb von r35° C erhöht, bis das
Wasser verdampft ist und das Material den festen und etwas sirupösen Zustand wieder
erlangt hat. Dieser Schritt wird noch einmal wiederholt, worauf das Material einer
Prüfung zur Bestimmung seines Aluminitunoxydäquivalentes unterworfen wird. Wenn
das Aluminiumoxydäquivalent weniger als 20% des behandelten Aluminiumnitrates beträgt,
muß diese Stufe des Verfahrens wiederholt werden, lins dieser Wert des Aluminiumäquivalentes
oder ein 33% nicht überschreitender Wert sichergestellt ist. Darin wird es einer
praktischen Prüfung unterworfen, welche als Kontrolle für seine Verwendbarkeit ausgearbeitet
ist. Diese der Bequemlichkeit halber zur Bestimmung des hergestellten Aluminiumnitrates
verwendete Prüfmethode ist eine tatsächliche Anwendung in einer Schichtsuspension.
Sie besteht darin, daß eine kleinere Menge der Lösung der Schicht bereitet und in
üblicher Weise als Isoliermaterial aufgebracht wird. Wenn sich eine glatte Schicht
ergibt, die vor und nach dem Einbrennen frei von Sprüngen ist, ist das hergestellte
N iträt zur Verwendung geeignet. Ist die Schicht rauh oder rissig, so ist eine weitere
Behandlung des Nitrates erforderlich.
-
Die Erfindung liefert ein neues Material, welches als Bestandteil
einer Isolierschicht geeignet ist und welches die erwünschten Eigenschaften hat,
um dem Schichtmaterial eine stabile Leitfähigkeit zu erteilen, die sich aus einem
erwünschten Wert der Wasserstoffionenkonzentration bei einer zweckmäßigen Höhe je
Volumeneinheit ergibt.
-
Die erfindungsgemäße Verringerung der Menge von Kristallwasser des
Aluminiumnitrates von 9 -Molekülen auf einem niedrigeren Wert schaltet eine Quelle
für Wasser aus, welches die Neigung hat, während des Lagerns,des Materials zu Salpetersäure
zu hydrolysieren. Salpetersäure verringert die Stabilität des Schichtmaterials und
ihre Vertreibung oder wenigstens ihre wesentliche Verringerung führt zu einer verhältnismäßig
stabilen Lösung.
-
Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft die relativen Mengen von
Magnesiumnitrat und von in beschriebener Weise behandeltem Aluminiumnitrat, welche
in einer Isolierschicht zur Erzielung der besten Ergebnisse erforderlich sind. Beispielsweise
kann ein erfindungsgemäßes Schichtmaterial enthalten:
2358,7 g Alunidum,
1620 CCM eines Lösungsmittels wie etwa denaturierter Alkohol, iSoo ccm destilliertes
Wasser, 47,25 g Magnesiumnitrat sowie eine Menge von Aluminiumnitrat, die durch
folgende Formel bestimmt ist:
wobei C das Aluminiumoxydäquivalent bedeutet, ausgedrückt als Bruchteil des Aluminiumnitrates,
dessen Wert zwischen den Grenzen o,2o und
0,33
liegen soll. Der Zähler 13,95
ist eine Konstante und stellt das Aluminiumoxydäquivalent des Aluminiumnitrates
in Gramm dar, welches mit 47,25 g Magnesiumnitrat verwendet werden soll.
-
Verschiedene Ausführungsformen können bei dem Verfahren der Erfindung
angewendet werden, ohne von ihrem Grundgedanken abzuweichen.