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Verfahren zur Herstellung von Mikrophonfüllmasse aus Kohlegrieß Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der aus Kohlegrieß bestehenden
Füllmasse für Mikrophone und bezweckt, die Wechselstromleistung des Mikrophons durch
Verbesserung der mikrophonischen Eigenschaften der Füllmasse zu steigern.
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Wie durch Versuche festgestellt werden konnte, beruht der Mikrophoneffekt
nicht nur allein auf dem Kontakt-Stromenge-Effekt des sich durch die schwingende
Membran ändernden Kontaktdruckes der miteinander in Berührung stehenden Kohlekörner,
sondern es treten auch noch Oberflächeneffekte am »Kohlegrieß « auf. Der aus Kunstkohle
bestehende Kohlegrieß, der aus den bei der Kunstkohleherstellung üblichen Ausgangsstoffen
wie Kohle, Koks und einem Bindemittel (Teer und Pech) durch eine Glühbehandlung
gewonnen wird, enthält daher von Hause aus Verunreinigungen, die auf den Mikrophoneffekt
von erheblichem Einfluß sind.
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Je nach Art der Verunreinigungen tritt eine Verbesserung oder Verschlechterung
der mikrophonischen Eigenschaften des Kohlegrießes ein. So erklärt es sich, daß
die Brauchbarkeit des Kohlegrießes für Mikrophone außerordentlich schwankt. Man
ist daher gezwungen, für die Herstellung von Kohlegrieß, der als Füllmasse für Mikrophone
verwendet werden soll, nur solche Ausgangsstoffe zu wählen, die auf Grund langjähriger
Erfahrungen sich als geeignet erwiesen haben, ohne zu erkennen, worin die Brauchbarkeit
begründet ist.
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Durch die Erfindung können nun für die Herstellung von Mikrophongrieß
die üblichen, bei der Kunstkohleherstellung verwendeten Ausgangsstoffe
benutzt
werden, da durch eine Nachbehandlung des aus der Kunstkohle durch Zerkleinern gewonnenen
Kohlegrießes die gewünschten Eigenschaften des Grießes erhalten werden oder bereits
bei der Herstellung der Kunstkohle während des Glühprozesses erzielt werden können.
Der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Kohlegrieß ist gegenüber
dem handelsüblichen Kohlegrieß in seinen mikrophonischen Eigenschaften erheblich
günstiger, da durch Nachbehandlung von handelsüblichem Kohlegrieß eine Verbesserung
der Sendebezugsdämpfung des Mikrophons etwa um 0,3 Neper eintritt, wie Versuche
zeigen.
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Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß der Kohlegrieß
bei einer Temperatur im Bereich von 80o bis i2oo° C in einem Schutzgas in Gegenwart
von Metall- und/oder Metametalldämpfen und/oder Metalloiddämpfen, vorzugsweise des
Antimons oder Aluminiums oder Gemischen von Metalldämpfen geglüht wird. Als Metametall
werden jene Stoffe bezeichnet, die metallischen Charakter besitzen und sich im periodischen
System der Elemente zwischen den echten Metallen einerseits und den Halbmetallen
oder Halbleitern andererseits befinden. Damit liegen auch die Eigenschaften des
Metametalls, so z. B. Ordnungszustand und Symmetrie der Kristallstruktur, elektrische
Leitfähigkeit und chemischer Charakter, zwischen denjenigen der Metalle und Halbmetalle.
Als Schutzgas eignet sich vorzugsweise das chemisch träge Argon oder ein Puffergemisch
von Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd. Ein solches Puffergemisch als Schutzgas kann
während des Glühprozesses dadurch erzeugt werden, daß für die Bildung des Metalldampfes
von dem Metallsalz einer organischen Säure ausgegangen wird. Der j zu behandelnde
Kohlegrieß wird in diesem Falle beispielsweise mit Aluminiumformiat oder Antimonoxalat
getränkt. Bei den hohen Temperaturen während der Glühbehandlung des Kohlegrießes
zerfällt dann dieses Metallsalz, wobei das Metall in Dampfform übergeht und der
organische Säurerest ein Gemisch aus Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd bildet.
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Das in Dampfform vorliegende Metall bzw. Metalloid bindet sich an
der Grießoberfläche mit den freien, ungesättigten Kohlenstoffvalenzen und bestimmt
damit die Höhe der Leitfähigkeit durch die Art und Anzahl der an den Kohlenstoff
angelagerten Fremdatome. Auch die Kristallgröße und Kristallbaufehler des Kohlenstoffes
werden durch diese eingelagerten Fremdatome bestimmt. Bekanntlich suchen sich die'
Kohlenstoffatome bei der Molekülbildung in Sechsecknetzen zu ordnen, um so schließlich
das Graphitgitter zu bilden. Bei der Verkokung der organischen Moleküle des Peches,
Teeres, die mit den einzelnen Kohlenstoff=-molekülen gemischt sind, werden bei steigender
Temperatur die randständigen Atome des Wasserstoffes und Sauerstoffes abgetrieben,
so daß die sechseckigen Kohlenstoffnetze immer größer werden. Je länger die Glühbehandlung
fortgesetzt und je höher die Glühtemperatur ist, nehmen die Kernteile des Netzgebildes
immer mehr die Ordnung des Graphitgitters an. Bei 130o° C sind die randständigen
Wasserstoffatome bis auf geringe Reste verschwunden, und das seitliche Vergrößern
der Sechsecknetze ist weitgehend fortgeschritten. Nur an den Rändern dieses Makromoleküls
sind noch freie Kohlenstoffvalenzen, über die Bindungen mit anderen Atomen eingegangen
werden können. Dies erklärt auch, warum eine höhere Glühtemperatur als etwa 1300°
C die Eigenschaften des Mikrophongrießes nicht verbessern kann. Je weiter die Graphitbildung
fortgeschritten ist, bei der eine Anlagerung von Fremdatomen nicht mehr möglich
ist, um so geringer wird der angestrebteMikrophoneffekt. Dies bestätigt auch die
Tatsache, daß beispielsweise Elektrographit für Mikrophone ungeeignet ist. Für die
Herstellung des Kohlegrießes muß daher eine Kunstkohle genommen werden, bei der
die Verkokungstemperatur und die Verkokungsdauer so gewählt ist, daß in der Oberflächenschicht
noch freie Kohlenstoffvalenzen vorhanden sind, d. h. die Kohlenstoffatome sich noch
nicht vollständig zum Graphitgitter geordnet haben.
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Bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens wird daher zerkleinerte
Kunstkohle verwendet, die bei ihrer Herstellung bei der üblichen Verkokungstemperatur
von etwa 120o bis iqoo° C gewonnen ist. Dieser Kohlegrieß wird nun nochmals unter
Schutzgas in Gegenwart von Metalldampf bei 80o bis 120o° C geglüht.
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Als Glühvorrichtung bedient man sich hierfür zweckmäßig eines waagerecht
liegenden elektrisch beheizten -Glührohres aus Porzellan, in dessen Mittelteil der
Kohlegrieß eingebracht wird. Im Vorderteil des Glührohres werden Metalle oder organische
Metallsalze eingelagert, so daß der durch das Glührohr geleitete Schutzgasstrom
die entstehenden Metalldämpfe durch das Kohlegrießpulver hindurchfuhrt und hierbei
sich bei der Glühtemperatur von 80o bis 120o° C die Metallatome an die Kohlenstoffatome,
die an der Oberfläche der einzelnen Kohlepartikelchen liegen, binden.
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Das Verfahren kann auch in der Weise durchgeführt werden, daß das
zurBehandlung kommende Kohlegrießpulver mit dem organischen Salz des einzubringenden
Metalls oder Metalloids getränkt wird. Unter Luftabschluß wird dann das Kohlegrießpulver
bei 80o bis 120o° C geglüht. Ein besonders guter mikrophonischer Effekt wurde bei
dieser Behandlungsweise mit Antimon und Aluminium erreicht. Die Ursache dürfte darin
zu suchen. sein, daß nicht nur Antimonatome an den Kohlestoff in der Oberflächenschicht
gebunden werden; sondern daß auch die den Mikrophoneffekt störenden Fremdatome aus
dieser Schicht durch 'däs@Antimon ausgelöst werden. Hier ist in erster Linie an
den in der Kohle enthaltenden Schwefel gedacht, der mit dem Antimon das leicht flüchtige
Antimonsulfid bildet. Auch Aluminium zeigt ähnliche günstige Ergebnisse, so daß
hieraus der Rückschluß gezogen werden kann, daß auch andere
Metalle
und Metalloide für das vorliegende Verfahren geeignet sind. Versuche mit Kupferdämpfen
haben gleichfalls zu einem günstigen Ergebnis geführt.