DE937760C

DE937760C - Verfahren zur Herstellung von aus Glas und keramischen Werkstuecken bestehenden Geraeten

Info

Publication number: DE937760C
Application number: DE1939937760D
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Phil Rath
Original assignee: PORZELLANFABRIK KAHLA SCHOENWALD (OFR)
Current assignee: PORZELLANFABRIK KAHLA SCHOENWALD (OFR)
Priority date: 1939-08-25
Filing date: 1939-08-25
Publication date: 1956-01-12

Description

Verfahren zur Herstellung von aus Glas und keramischen Werkstücken bestehenden Geräten Die Vereinigung keramischer Werkstücke mit Teilen aus Glas und die Verwendung so hergestellter Geräte, vor allem in Form von Luftleergefäßen, vorzugsweise für elektrotechnische Zwecke, ist bereits seit einigen Jahren bekannt. Man hat vorzugsweise keramische Teile aus Massen der Steatitgruppe dafür verwendet, da diese gegenüber dem Porzellan mechanische und dielektrische Vorzüge aufweisen. So sind diese Werkstoffe mechanisch fester und haben geringere dielektrische Verluste als Porzellan. Auch lassen, sie sich wegen ihrer höheren Wärmedehnungszahl leichter mit Glas verschmelzen. Für die lineare Wärmedehnungszahl der Sondermassen der Steatitgruppe für Hochfrequenzzwe.cke wird in der vom Verband Deutscher Elektrotechnischer Porzellanfabriken, herausgegebenen übersichts- und Eigenschaftstafel keramischer Werkstoffe für die Elektrotechnik ein Wert von 62 bis 87 - 1o-7 und für normales Steatit ein Wert von 7o bis go ' io-7 angegeben. Da normales Steatit einen Verlustwinkel vom 25 bis 30 - ro-4 bei 5o Hz und, von 15 bis 20 - zo-4 bei Hochfrequenz hat, eignet sich dieser Werkstoff für die wichtigsten Anwendungen, nämlich für Hochfrequen.zgcräte, nicht, obwohl er hinsichtlich seiner Wärmedehnungszahl geeigneter wäre als die wesentlich verlustärmeren Sondermassen dieser Gruppe, .die im wesentlichen aus besonders reinen, eisenfreien Magnes.iumsilikaten bestehen. Auch dürften Werte der Wärmedehriungszalil von 8o his go - 1o-7 füj Steatit im allgemeinen kaum erreicht werden, d. der wirklich bei. genauesten Messungen erhaltene Mittelwert etwa bei 78 - 1o-7 liegt.
Zum Verschmelzen mit Formstücken aus den Hochfrequenzisolierstoffen der Steatitgruppe (eisenfreie Magnesiumsilikate) sind im allgemeinen nur verhältnismäßig hochschmelzende Gläser geeignet, da die niedrigschmelzenden Gläser mit hohem Bleigehalt im allgemeinen eine zu hohe Wärmedehnungsza'hl haben. Um eine gute, dauerhafte Verschmelzung erzeugen zu können, muß - die Wärmedehnungszahl des keramischen Werkstoffes möglichst etwas höher sein alis die des verwendeten Glases, damit beim Abkühlen der .gegen Spannungen verhältnismäßig empfindliche Glasteil 'keine Zug-, sondern. höchstens Druckspannungen bekommt. Da die Druckfestigkeit etwa zehnmal 'höher als die Zugfestigkeit ist, werden Druckspannungen wesentlich besser ausgehalten. Dem keramischen Teil mit seiner höheren mechanischen Festigkeit und- .im allgemeinen höheren Wandstärke kann. .dagegen eine gewisse Zugbeanspruchung zugemutet werden. Aus diesen überlegungen heraus erscheint die Verwendung eines keramischen Werkstoffes mit höherer Wärmedehnungszahl, als bisher üblich, äußerst vorteilhaft.
Die in den mehrschichtigen Werkstücken auftretenden Spannungen sind abhängig vom Unterschied der Verwendungs- und- Herstellungstemperatur und .damit auch vom Unterschied der Transformabionstemperatur des . Glia-ses und der Verwendungstemperatur des Gerätes. Daher ist die Verwendung eines niedrigschmelzenden Glases mit niedrigem Transformationspunkt besonders günstig. Auch bedeutet es einen großen Vorteil, wenn das Verschmelzen bei möglichst niedriger Temperatur erfolgen kann, vor allem bei den Arbeiten, die der Glasbläser in der offenen Flamme ausführt. Es ist einleuchtend, daß bei niedrigen Anglasungstemperaturen die Yereinigungsstellen des Glas- und des keramischen; Körpers, weniger hoch erhitzt zu werden brauchen, so daß. die Temperaturunterschiede, die an den Stücken auftreten, geringer sind. Auch dieser Grund macht die Verwendung eines niedrigschmelzenden Glases und damit zwangläufig verbunden die Verwendung einer keramischen Masse mit höherer Wärmedehnungszahl notwendig, als die bisherigen Hoehfrequenzsondermassen der Steabitgruppe sie aufweisen und selbst das normale Steatit günstigsten, falls annehmen kann. Die dafür in Frage kommenden weicheren. und zum Teil bleireicheren Gläser sind außerdem in großer Anzahl ,im Handel zu niedrigen Preisen zu haben, während die bisher in Frage kommenden Sondergläser zium Teil schwierig zu beschaffen und teuer waren.
Bei der Herstellung derartiger Geräte isst es für den vordringlichsten Verwendungszweck, nämlich für Hochfrequenzbeanspruchung, notwendig, daß der Verlustwinkel des keramischen Werkstoffes möglichst klein gehalten wird, so daß aus diesem Grunde das übliche Steatit, auch wenn es entgegen der Norm eine Wärmedehnungszahl von 85: bis 9o - 1o-7 haben ,sollte, ausscheidet.
Die erfindungsgemäß zusammengesetzten keramischen Werkstoffe zeigen zwischen 2o und ioo ° C Wä@rmedehnungsza'hlen von 85 bis 1o,5 - io 7. Zwischen 2o und 14o ° kann -die Wärmedehnungszahl sogar bis auf i io - r0-7 ansteigen, vermutlich infolge a-ß-Umwandlungen der in dem Werkstoff enthaltenen kristallographischen Kiesels,äuremodifikabion Tridymit. Dieser Anstieg der Wärmedehmungszahl zwischen io und 14o ° ist ein bedeutender Vorteil, da auch die Gläser in höheren Temperaturgebieten meistens- größere Wärmedehnungszahlen zeigen als unter ioo.°.
Die Erhöhung der Wärmedehrnungszahl der keramischen Massen wird durch Zusatz von Kieselsäure erreicht zu den -in. der Hauptsache aus Speckstein oder Talkum und zum geringeren Teil aus Tonsubstanz bestehenden Massen der Steatitgruppe, so daß das- Molverhältnis von A1203 zu S102 über 1 ::21 liegt -und bis zu 1 :3o ansteigen kann. Darüber hinaus wird es schwierig, die Massen zur Dichtsinterung zu bringen. Das günstigste Molverhältnis von A1203 ZU S120 liegt bei 1 :2:2 bis 1 ::26. Derartige Massen 'haben eine Wärmedehnungszahl von go bis 1o2 - 1o-7. Im Gegensatz zu den normalen Steatitmassen ,sind die erfirndungs@gemäß zusammengesetzten Massen frei von Feldspät und anderen alkalihaltigen Zusätzen, die die Ursache für den schlechten Verlustwinkel des normalen Steatits sind. Zur Erleichterung der Dichbsinterung und Herabsetzung des. Verlustwinkels können dagegen Zuschläge von Erdalkaliverbindungen und/oder Berylliumoxydverbindungen hinzugefügt werden.
Zur Verbesserung der Temperaturwechselbeständi.gkeit kann man den Massen kleine Zusätze von Manganverbiindungen beifügen.
Der Zusatz der Kieselsäure erfolgt am besten ,in Form von reinem Kristallquarz oder Quarzsand. Auch ein quarzreicher Ton, der weniger als 700/a Tonsubstanz und mehr als 30% Quarz. enthält, ist geeignet. Die Quarzrohstoffe müssen der üblichen Feinmahlung wie die übrigen Versatzbestandteile Speckstein und Flußmittel unterworfen werden.

Einige Beispiele der erfindungsgemäß zusammengesetzten Massen und der dazu passenden Gläser gibt folgende Zusammenstellung:

Beispiel i

Speckstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86%

Fetton ............. ........... io%

Hohenboekaer Sand . .. .. ....... . 4°/0

i000/0

Wärmedehnungszahl = gi 1-o-7. Dielektriseher Verlustwinkel tgd = 4 bis 8 i0-4. Molverhältnis A1203 zu S'02 = 1 :23. Dazu ,geeignetes Jenaer Normalglas 1611I: Erweichungstemperatur 580 ° C, Transformationspunkt ¢1o° C. Wärmedehnungszahl zwischen o :und ioo° = 79 - 1o-7, zwischen o und 3100° = 87 - 10-7.

Beispiel 2

Speckstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881/o

Fetton. .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80/0

gebrannter Fliint ......... . ...... 40/0

i000/0

Wärmedehnungszahl = 85,5 - i0-7. Dielektrischer Verlustwinkel tgd = 8 - i o-4. Molverhältnis A12 03 zu, S'02 = 1: 27. Dazu geeignetes Jenaer Normalglas i6111: Erweichungstemperatur 58o° C, Transformationspunkt: 41o° C. Wärmedehnungszahl zwischen o und 1a0° = 79 - i0-7, zwischen o und 300° = 87 - 10-7.

Beispiel 3

Speckstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770/0

Fetton; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 i 0/0

Bariumkarbonat . . . . . . . . . . . . . . . . 20/0

Hohenbockaer Sand ............. io%

10o0/0

Wärmedehnungszahl zwischen 22,3 und- ioo° =ioo,6' io-7,zwischen22,3undiio°=i06,0' i0-7, zwischen 22,3 und 12o° = i08,3 - 1o-7, zwischen 22,3 und 130°=1o9,9 - i0-7, zwischen 22,3 und 140° = i09,9 - i0-7. Dielektrischer Verlustwinkel tgd = io - 1O-4. Molverhältnis-A1203 zu S'02 = 1 :22,5. Dazu geeignetes sehr weiches Thüringer Geräteglas von Osram 122 p: Wärmedehnungszah .1 zwischen 20 und 75° C = 94 - 1o`7, Transformationspunkt 500° C.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von aus Glas und keramischen Werkstücken bestehenden Geräten., dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Werkstücke aus einer zur Steatitgruppe gehörigen, dichtgesinterten keramischen Masse mit einem Molverhältnis des A1203 zum S'02 gleich oder größer als i : 21 hergestellt werden, deren lineare Wärmedehnun@gszahl, zwischen 2o und ioo° C gemessen, zwischen 85 - 1o-7 und 1o5 ' i0-7 liegt.
2. Verfahren zur Herstellung von aus Glas und keramischen Werkstücken bestehenden Geräten. nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Werkstücke aus einer zur Steatitgruppe gehörigen, feldspatfreien, dichtgesinterten keramischen Masse mit niedrigem dielektri,schem Verlustwinkel mit einem Molverhältnis des A1203 zum Si02 zwischern i : 22 und 1 :26 hergestellt werden, deren lineare Wärmedehnungszahl, zwischen 2o und ioo° C gemessen, zwischen 9i - i0-7 und i02 - i0-7 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Werkstücke aus einer Masse hergestellt werden, die in der Hauptsache aus etwa 5o b.i,s 93'/o Speckstein oder Talkum, 5 bis 2o%aTon, Kaolin, Sillimanit oder Tonerde und, gegebenenfalls aus kleinen Zusätzen von Flußmitteln besteht und .die außerdem einen Zusatz von. Kieselsäure von 2 bis 2o % enthält.
4. Verfahren nach: Anspruch i bis 3., dadurch gekennzeichnet, daß der die Erhöhung der Wärmedehnungszahl bewirkende Kieselsäurezusatz als kristalliner Quarz eingeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure durch einen quarzreichen Ton: mit weniger als 70% Ton-,s.ubstanz und mehr als 30% Quarz eingeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch i bis s, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Werkstücke aus einer Masse hergestellt werden, die außer Kieselsäure noch einen Zusatz an Erdalkaliverbindungen und/oder Berylliumverbindungen enthält.
7. Verfahren nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die 'keramischen Werkstücke aus einer Masse hergestellt werden, die außer Kieselsäure noch einen Zuschlag von 0,5 bis 5% Braunstein oder sonstigen Manganverbindungen enthält. Angezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 42,46o1, 475 575; USA.-Patentschrift Nr. 2 168230; »Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik« von Espe und Knoll, 1936, S. 351 und 352.