DE956859C

DE956859C - Coarse-pored, low-dielectric-loss insulating material and process for its production

Info

Publication number: DE956859C
Application number: DEP3842D
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Werner Rath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1941-02-18
Filing date: 1941-02-18
Publication date: 1957-01-24

Description

Grobporiger, dielektrisch verlustarmer Isolierstoff und Verfahren zu dessen Herstellung Es. isf bereits ein poröser keramischer Werkstoff bekannt, der insbesondere als Isolierstoff für Hochfreqüenzzwecke dient. Dieser Isolierstoff besteht aus reinen; sinterfähigen Oxyden, Oxydverbindungen oder Silikaten, die jedoch nicht bis. zur Dichtsinterurig gebrannt sind. Infolge der Porosität dieses Werkstoffes. ergibt sich für diesen eine. kleinere Dielektrizitätskonstante als sieg der dichtgesinterte Werkstoff an sich haben würde, und zwar liegt diese Dielektrizitätskonstante zwischen der Dielektrizitätskonstante der Luft und derjenigen des dichtgesinterten. keramischen Stoffes. Die Poren eines derartigen Stoffes bestehen. aus außerordentlich feinen Kapillaren, deren Größenordnung im wesentlichem, von der Kornfeinheit der Teilchen, und ihrer Packungsdichte abhängt. Es hat sich gezeigt, daß diese Kapillaren sehr oberflächenaktiv sind und das Bestreben haben, Feuchtigkeit mehr oder weniger anzusaugen und festzuhalten, was für Hochfrequenzzwecke nicht erwünscht ist.Coarse-pored, low-dielectric-loss insulating material and process to manufacture it. a porous ceramic material is already known, which is used in particular as an insulating material for high frequency purposes. This insulating material consists of pure; sinterable oxides, oxide compounds or silicates, however not until. are burned to the dense sinter. Due to the porosity of this material. arises for this one. lower dielectric constant than sieg the densely sintered Material would have in itself, namely this dielectric constant is between the dielectric constant of air and that of the densely sintered. ceramic Substance. The pores of such a substance exist. from extraordinarily fine Capillaries, the size of which depends largely on the fineness of the particles, and their packing density depends. It has been shown that these capillaries are very are surface-active and tend to suck in moisture to a greater or lesser extent and record what is undesirable for high frequency purposes.

Diese Nachteile werden durch einen gleichmäßig grobporigen, dielektrisch verlustarmen Isolierstoff vermieden, der erfindungsgemäß aus einer dichtgebranntem: keramischen Masse besteht; die aus dem flüssigen Zustand durch Einblasen, von Luft in einen, beim Trocknen, und Brennen beständigen Schaum verwandelt. ist.These disadvantages are caused by a uniform, coarse-pored, dielectric low-loss insulating material avoided, which according to the invention consists of a tightly burned: ceramic mass is made; those from the liquid state by blowing in, of air transformed into a foam that is resistant to drying and burning. is.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält die in Schaum verwandelte flüssige keramische Masse etwa 5 0/a Verfestigungsmittel, wie z. B. Dextrin, Stärke, Gummfarabikum oder Bentonit. Diese Masse weist eine. außerordentlich hohen Gehalt an Luft auf, was daraus hervorgeht, daß beispielsweise aus etwa Zoo cms Messeflüssig keit ein Rauminhalt vom, nicht weniger als io 1 ausgefüllt werden kann. Der Messeschaum. läßt sich in Formen streichen, trocknen und brennen.. Besonders vorteilhaft ist es, den Schaum auf Planken in dünner Schicht -zu trocknen und anschließend unter Hindurchreiben durch ein grobes Sieb in Messekörner zu verwandeln, vom. denen jedes stark porenhaltig ist. Dieser gekörnte Werkstoff kann. beispielsweise nach Einfüllen in die bei der keramischen Fertigung üblichen. Brennkapseln bis zur Verfestigung und Dichtlinderung seiner festen Bestandteile gebrannt werden,. Sollen bestimmte Formen,. wie beispielsweise zylindrische oder kegelstumpfförmige Körper oder Platten, erzeugt werden, so brennt man den Werkstoff in entsprechenden feuerfesten Formen. Es ergeben sich dann feste Formstücke mit entsprechenden, durch die eintretende Schwindung verkleinertem. Abmessungen. Aus den Sondermassen der Steatitgruppe (Gruppe II b 2 nach DIN q.o 685) erhält man auf diese Weise Isolierstoffe mit einer Dielektrizitätskons,tante von nur 1,5 bis 2,5 und einem dielektrischen Verlustwinkel 45 - i0--4 bis. 2,5 - i0-4. Auch titandioxyd- (rutil-) haltige keramische Werkstoffe lassen. sich auf diese Weise in einem Schaum verwandeln. Der neue Werkstoff eignet sich besonders als Isolierstoff für Hochfrequenzzwecke. Die in ihm sehr gleichmäßig verteilten zahlreichen und verhältnismä.Big groben Poren. verleihen dem Werkstoff ein schaumartiges Gefüge mit zahlreichen lufterfüllten Stellen, die durch dünne Wände aus dem dichtgesinterten keramischen, Werkstoff voneinander getrennt sind. Eine besondere Kapillaraktivität ist bei diesem Werkstoff nicht vorhanden. Er nimmt daher im Gegensatz zu dem eingangs erwähnten und bereits bekannten porösen-Werkstoff größerer Kapillaraktivität an seiner Oberfläche keine Feuchtigkeit aus der Luft auf. Bei Beanspruchung mit Hochfrequenz ergibt er daher selbst in feuchter Luft bis beispielsweise goo/o relativer Luftfeuchtigkeit einen ebenso niedrigen dielektrischen Verlustwinkel wie der porenlose Werkstoff, aus dem seine festem, Teile bestehen;. Durch die Abstufung des Porengehaltes können beliebige Werte der Dielektrizitätskonstante für den neuen Werkstoff erhalten, werden. Auch ist es möglich, den Werkstoff aus Schichten verschiedenen Porengeholtes und . damit gestufter Dielektrizitätskonstante aufzubauen. Beispielsweise läßt sich eine Schicht aus porenfreien Magnesiumsilikaten mit der Dielektrizitätskonstannte 6,5 herstellen., an. die sich Schichten mit verhältnismäßig geringem Porenraum anschließen, der, beispielsweise durch Beifügen von Ausbrennstoffern, wie Holzkohle, Korkmehl, während des Brandes in der betreffenden Schicht erzeugt sein kann. Daran können sich weitere Schichten eines. verhältnismäßig porenarmen und;. darauf Schichten eines porenreichen Schaumes anschließen, so daß die Dielektrizitätskonstante des so hergestellten Schichtkörpers, z. B. von 6,5 bis auf 1,5 abnimmt. Unter Verwendung titandioxyd- (rutil-) haltiger keramischer Werkstoffe lassen sich auch hohe Dielektrizitätskonstanten in beliebiger Stufung erreichen..According to a further embodiment of the invention, the liquid ceramic mass converted into foam contains about 50 / a solidifying agents, such as. B. dextrin, starch, gummi or bentonite. This mass has a. extraordinarily high content of air, which can be seen from the fact that, for example, a volume of no less than 10 1 can be filled from about zoo cms of mess liquid. The exhibition foam. can be painted in forms, dried and burned .. It is particularly advantageous to dry the foam on planks in a thin layer and then to transform it into mess grains by rubbing through a coarse sieve. each of which is very porous. This granular material can. for example after filling in the usual in ceramic production. Sagging capsules are burned until its solid constituents solidify and leak. Shall certain forms. such as cylindrical or frustoconical bodies or plates are produced, the material is burned in appropriate refractory forms. There are then solid fittings with corresponding, reduced by the occurring shrinkage. Dimensions. From the special dimensions of the steatite group (group II b 2 according to DIN qo 685), insulating materials with a dielectric constant of only 1.5 to 2.5 and a dielectric loss angle of 45 - 10-4 to are obtained in this way. 2.5 - i0-4. Also leave ceramic materials containing titanium dioxide (rutile). turn into a foam in this way. The new material is particularly suitable as an insulating material for high frequency purposes. The numerous and relatively large pores that are very evenly distributed in it. give the material a foam-like structure with numerous air-filled areas that are separated from one another by thin walls made of the densely sintered ceramic material. This material does not have any particular capillary activity. In contrast to the previously mentioned and already known porous material of greater capillary activity, it therefore does not absorb moisture from the air on its surface. When exposed to high frequencies, even in humid air up to, for example, goo / o relative humidity, it results in a dielectric loss angle that is just as low as the non-porous material from which its solid parts are made. By grading the pore content, any desired dielectric constant values can be obtained for the new material. It is also possible to make the material from layers of different pores and pores. to build up a stepped dielectric constant. For example, a layer of pore-free magnesium silicates with a dielectric constant of 6.5 can be produced. which adjoin layers with a relatively small pore space, which can be produced in the layer in question during the fire, for example by adding burnout materials such as charcoal or cork flour. Further layers of one can add to this. relatively pore-free and ;. then connect layers of a pore-rich foam, so that the dielectric constant of the laminated body produced in this way, e.g. B. decreases from 6.5 to 1.5. Using ceramic materials containing titanium dioxide (rutile), high dielectric constants can also be achieved in any increment.

Das Aufschäumen der flüssigen keramischen Masse wird, wie bereits bemerkt, durch Einblasen von Luft herbeigeführt, die der Mässe z. B. mit Hilfe mehr oder weniger feinporiger Filterkerzen oder durch feingelochte Bleche, Siebe zugeleitet wird. Der Schaum kann jedoch auch durch irgendeine chemische Reaktion erzeugt werden, die mit einer Gasentwicklung verbunden ist.The foaming of the liquid ceramic mass is, as already noticed, brought about by blowing in air, which the dimensions z. B. with help more or less fine-pored filter candles or through finely perforated metal sheets, sieves will. However, the foam can also be generated by any chemical reaction, which is associated with gas evolution.

Beispielsweise kann. der flüssigen keramischen Masse feinverteilter Metallstaub beigefügt werden, der mit dem Wasser der Masse bzw. mit der darin enthaltenen Säure Wasserstoff in Form feiner Glasbläschen bildet. Zweckmäßig wird dabei ein solches Metallpulver gewählt, das die Eigenschaften des gebrannten Erzeugnisses nicht beeinträchtigt. Bei der Herstellung eines schaumförmigen Magnesiumsilikates. wird daher beispielsweise Magnesium, Aluminium oder Zink in Pulverform als gasentwickelnder Zusatzstoff gewählt.For example, can. the liquid ceramic mass finely divided Metal dust is added, which is with the water of the mass or with the contained therein Acid forms hydrogen in the form of fine glass bubbles. It is useful to have a metal powder chosen that has the properties of the fired product not affected. In the production of a foam-like magnesium silicate. Magnesium, aluminum or zinc in powder form is therefore, for example, more gas-generating Additive chosen.

Vorzugsweise ist der neue Werkstoff als Isolierstoff in solchen Fällen geeignet, in denen es. auf eine niedrige Dielektrizitätskonstante und. einen geringen dielektrischen Verlustwinkel ankommt, wie beispielsweise zur Isolierung von Hochfrequenzleitungen. Er kann aber auch als Isolierstoff bei niedrigen Frequenzen verwendet werden und dann beispielsweise aus Porzellan bestehen, da in diesem Falle die dielektrischen Verluste keine ausschlaggebende Rolle spielen. Ferner läßt sich der neue keramische Werkstoff auch als Füllstoff, Wärmeisolierstoff, Reaktionsträger, Träger für katalytisch wirkende Kontaktmassen, Verteilungsmittel für Gas- oder Flüssigkeitsströme u. dgl. Verwendungszwecke in der chemischen und allgemeinen Technik benutzen. Der neue Werkstoff'läßt sich durch Bohren, Sägen, Abdrehen nach dem Fertigbrand gut bearbeiten.The new material is preferably used as an insulating material in such cases suitable in which there. to a low dielectric constant and. a small one dielectric loss angle matters, such as for the isolation of high-frequency lines. But it can also be used as an insulating material at low frequencies and then consist of porcelain, for example, since in this case the dielectric Losses do not play a decisive role. Furthermore, the new ceramic Material also as filler, heat insulating material, reaction carrier, carrier for catalytic acting contact masses, distribution means for gas or liquid flows and the like. Use uses in chemical and general engineering. The new material leaves work well by drilling, sawing and turning after the final firing.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Uniformly coarse-pored, dielectrically less lossy Insulating material for high frequency purposes, characterized in that it consists of a tightly burned Ceramic mass consists of the liquid state by blowing air is transformed into a foam that is resistant to drying and firing.

2. Insulating material according to claim i, characterized in that the liquid transformed into foam ceramic mass about 5% solidifying agents such as starch, dextrin, gum arabic, Contains bentonite.

3. A method for producing an insulating material according to claim i or 2, characterized in that the dried foam, preferably through Rub through a sieve, granulated or powdered and cut into grain or Powder form is burned in refractory capsules. q ..

Process for the production of insulating moldings made of an insulating material according to claim 1 or 2, characterized in that the dried Foam, preferably by rubbing through a sieve, granular or powdered and fired after pouring into refractory containers of the desired shape (firing forms) will.

5. A method for producing insulating fittings according to claim q. with layers stepped dielectric constant, characterized in that the firing forms be charged in layers with foam of different pore content.

6. Insulating material according to claim r and 2, characterized by its use as insulation for High frequency lines between conductor and shield.