DE872177C - Verfahren zur Herstellung elektrischer Isolierkoerper - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung elektrischer Isolierkörper Die steigende Anwendung von keramischen Teilen in der Elektrotechnik hat dazu geführt, daß die keramischen Isolierkörper mit einer Reihe anderer Werkstoffe bei in erheblichen Grenzen schwankenden Betriebstemperaturen zusammen arbeiten müssen. Um den Anforderungen zu entsprechen, hat man bereits zur Verbindung mit Gläsern keramische Isolierstoffe entwickelt, deren Wärmeausdehnung den jeweils benutzten Anschmelzgläsern angepaßt ist. Beispielsweise ist es gelungen, auf Magnesiumsilicatbasis aufgebaute keramische Isolierstoffe zu schaffen, deren Wärmedehnung so weit gesteigert ist, daß sie sich mit den in der Röhrentechnik üblichen Bleigläsern verschmelzen lassen. Die Wärmedehnung dieser bekannten Werkstoffe reicht jedoch nicht aus, um sie in beliebiger Weise mit metallischen Teilen zusammenzufügen oder in elektrischen Geräten an Stelle von Metallteilen ohne Änderung der Konstruktion zu verwenden. Auch für allseitig oder an bestimmten Stellen mit einem Metall-, z. B. Eisenüberzug versehene Isolierkörper ist ein keramischer Werkstoff erwünscht, der neben den erforderlichen elektrischen Eigenschaften auch über eine ausreichend hohe Wärmedehnung verfügt. Es besteht daher ein Bedarf nach keramischen Isolierstoffen, deren Wärmedehnung über das übliche Maß hinausgeht und in den Bereich der Wärmedehnung von Metall, insbesondere Eisen, fällt.
• Nach der Erfindung lassen sich elektrische Isolierkörper mit den geforderten Eigenschaften auf Mägnesiumsilicatbasis dadurch herstellen, daß man dem Versatz neben dem Magnesiumsilicat'und den üblichen Plastifizierungs- und Flußmitteln freie Kieselsäure und für deren Umwandlung in Cristobalit erforderliche Mineralisatoren zugibt. Man kann bis zu 30 °/e freie Kieselsäure anwenden, wenn man die Mineralisatoren in einem solchen Umfang zusetzt, däß der Dichtbrand und die eigenschaftsbestimmende Umwandlung -der freien und der im Brande frei werdenden Kieselsäure in Cristobalit bei normalen Brenntemperaturen (im Höchstfalle bei SK r4) erfolgen. Als Mineralisatoren kommen die üblichen, wie beispielsweise Kalkmilch, Phosphate u. dgl. in Frage. Als - besonders vorteilhaft im Rahmen der magnesiumsilicathaltigen Versätze hat sich der Rutil, insbesondere der in natürlich vorkommender, nicht gereinigter Form, erwiesen, der je nach der Höhe der Brenntemperatur in Mengen biss zu zö 8/e zugegeben -werden kann. Das Verfahren nach der Erfindung erbringt keramische Isolierstoffe, die bei einer Zu_ gabe von maximal 30 8/e freier Kieselsäure die -sehr beträchtlichen Wärmedehnungswerte von 14 . . . 15 # I0-6, gemessen zwischen 2o und zoo°, erreichen, ohne daß bei der Herstellung die in der Industrie üblichen Brenntemperaturen bis zu SK 14 überschritten werden müssen. Im Bereich von 2o bis hinauf zu 60o° liegt die Wärmedehnung der nach der Erfindung hergestellten Stoffe oberhalb io . i0-6.
• Bei den Verfahren nach - der Erfindung wird die freie Kieselsäure zweckmäßig in einer die Umwandlung begünstigenden Form, z. B. feingemahlenem Quarzglas oder ebensolchem Flint oder in amorpher Form, zugegeben. Nach der Erfindung aufgebaute Versätze sind beispielsweise folgende:

  1. 83 Gewichtsteile Speckstein öder Talk,

  7 - Plastifizierungs- und Fluß-

  mittel,

  5 - Quarzglas, fein gemahlen,

  5 - natürlicher Rutif. -

  Formkörper aus diesem Versatz haben folgende Wärmedehnungen

  bei 3g,5° 10,0q..10-6,

  - 101,5° 10,48 . i0-6,

  - 17q.,5° 11,64 - 10`6,

  - 2o6,5° 11,77 - 10-c,

  - 312,q.° 1o,76 -,0-6.

  2. 78 Gewichtsteile Speckstein oder Talk,

  - 7 - Plastifizierungs- und Fluß-

  mittel,

  1o - Quarzglas,. fein gemahlen,

  - natürlicher Ruth.

  Formkörper aus diesem Versatz haben folgende Wärmedehnungen

  3. 68 Gewichtsteile Speckstein oder Talk,

  7 - Plastifizierungs- und Fluß-

  mittel,

  20 - Quarzglas, fein gemahlen,

  - natürlicher Rutil.

  Formkörper aus diesem Versatz haben folgende Wärmedehnungen: .

  bei q.6° 12 .1o-6,

  - 97013,9.1o_6,

  - 2o8° 13 .I0-6,

  - 26O° 12,2- 10-8,

  - 60o° 10,5.1O-6.

  Die Isolierkörper nach der Erfindung haben eine so hohe Wärmedehnung in dem Temperaturbereich, dem elektrische Geräte im Betrieb ausgesetzt sind, daß sie ohne Schwierigkeiten in bezug auf die Ausdehnung in Verbindung mit Metallteilen Anwendung finden können. Beispielsweise kann man isolierende Achsen von Drehkondensatoren aus einem Werkstoff gemäß der Erfindung verwenden und so die gleiche Ausdehnung von der Stahlwanne mit Lagern und der Achse erzielen. Da die dielektrischen Eigenschaften der Werkstoffe gemäß der Erfindung denjenigen der bekannten Hochfrequenzisolierstoffe auf Magnesiumsilicatbasis ziemlich weitgehend entsprechen, können sich bei diesem Austausch beachtliche konstruktive Vorteile ergeben. Die Anwendung dieser Isolierkörper beschränkt sich aber nicht nur auf Hochfrequenzgeräte, die Körper sind vielmehr auch auf vielen anderen Gebieten der Elektrotechnik von Vorteil, beispielsweise bei der Herstellung allseitig oder an bestimmten Stellen mit einem Metallüberzug, z. B. Eisen, versehener Isolierkörper. Die bisherigen Schwierigkeiten solcher metallisierter Keramikkörper bestanden darin, daß infolge der Wärmedehnungsunterschiede die Metallschichten, insbesondere Schichten von o,1 mm Stärke und darüber, auf der Keramik nicht dauernd festsaßen. Wurde nämlich auf einer ebenen metallisierten Fläche ein Metallteil im Ofen hart aufgelötet, so wurde bei der Abkühlung infolge der stärkeren Zusammenziehung des Metallteiles die Metallschicht und der Keramikkörper unter Zugspannung gesetzt, was zur Lockerung der Verbindung bis zum Abschilfern keramischer. Teile führen konnte. Gleiches gilt von Verbindungen zwischen Metallteilen und Keramikkörpern, bei denen die Grenzschicht zwischen beiden Teilen eine offene Zylinderfläche bildet. Erst dann, wenn diese Grenzschicht als geschlossener Zylinder den Keramikkörper umschließt, ergeben sich Druckspannungen, welche die Keramik anstandslos aufnimmt. Aber auch hierbei bestehen bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen Spannungen wechselnder Größe, die beispielsweise zur Lockerung eines Schrumpfsitzes führen können. Bei den Isolierkörpern gemäß der Erfindung fallen die geschilderten Schwierigkeiten dank der weitgehenden Übereinstimmung der Wärmedehnungen fort. Man kann infolgedessen auf einem keramischen Tragkörper nach der Erfindung auch einen Widerstand in Form einer Metallschicht nach bekannten Verfahren aufbringen und diesen Widerstand bei Temperaturen betreiben, die lediglich durch die beginnende Oxydation des betreffenden Metalls nach oben begrenzt sind.
• Besondere Vorteile bietet die Erfindung bei der Herstellung von Teilen aus Keramik und Metall, z. B. Eisen. Verbindet man zu diesem Zweck Metall und Keramik durch Weich- oder Hartlöten, durch Verschmelzen mittels Metall, z. B. Eisen, durch Verschmelzen mittels Glas oder Glasur, oder schließlich durch Schrumpfen fest miteinander, stets wirkt sich die hohe Wärmedehnung des keramischen Körpers in der Weise aus, daß eine einwandfreie Verbindung auch dann erzielt und aufrechterhalten wird, wenn die zusammengesetzten Teile verschiedenen Betriebstemperaturen unterworfen werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zur Herstellung elektrischer Isolierkörper mit über das übliche Maß hinausgehender Wärmedehnung, welche auf Magnesiumsilicatbasis aufgebaut sind, insbesondere für aus Metall und Keramik zusammengesetzte Geräte und Geräteteile, dadurch gekennzeichnet, daß dem Versatz neben dem Magnesiumsilicat und üblichen Plastifizierungs- und Flußmitteln freie Kieselsäure und für deren Umwandlung im Cristobalit erforderliche Mineralisatoren zugegeben werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß dem Versatz bis zu 30 °/o freie Kieselsäure und Mineralisatoren in einem solchen Umfang zugegeben werden, daß der Dichtbrand und die eigenschaftsbestimmende Umwandlung der freien und im Brande frei werdenden Kieselsäure in Cristobalit bei normalen Brenntemperaturen (im Höchstfalle bei SK 1q.) erfolgen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch z oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Kieselsäure in einer die Umwandlung begünstigenden Form wie Quarzglasmehl, Flintmehl oder als amorphe Kieselsäure zugegeben wird. q..
4. Elektrischer Isolierkörper, hergestellt nach dein Verfahren gemäß Anspruch z oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß seineWärmedehnung, gemessen zwischen 2o und 6oo°, mindestens zo # 1o-6 beträgt.
5. 5. Anwendung von Isolierkörpern nach Anspruch q. an Stelle von Metallteilen in Hochfrequenzgeräten.
6. 6. Anwendung von Isolierkörpern nach Anspruch q. oder 5, welche allseitig oder an bestimmten Stellen nach einem der bekannten Mei:allisierungsverfahren mit einem Metallüberzug, z. B. Eisen, versehen sind, für elektrische Geräte.
7. 7. Anwendung von Isolierkörpern nach Anspruch q., 5 oder 6 bei der Herstellung von Teilen aus Metall, z. B. Eisen, und Keramik, welche durch Löten, durch Verschmelzen mittels Metall, z. B. Eisen, Glas oder Glasur oder durch Schrumpfen fest miteinander verbunden sind, für elektrische Geräte.