DEP0055730DA

DEP0055730DA - Verfahren zur Herstellung eines gesinterten keramischen Körpers

Info

Publication number: DEP0055730DA
Authority: DE
Inventors: Eric James Hiles; John Anthony Sugden
Original assignee: United Insulator Company Limited, Surbiton, Surrey
Publication date: 1950-09-28

Description

United Insulator Company Limited,

Oakcroft Road, Tolworth, Surbiton, Surrey/England.

■ία dio il un Verfahren

Die Erfindung bezieht sich auf keramische Körper, welche geeignet zur Verwendung als dielektrisches Material in Kondensatoren und anderen Gegenständen sind und als Hauptbestandteil Bariumtitanat enthalten, welches 90 oder mehr Gewichtsprozent des Körpers ausmacht. Solche ■Korper sind vornehmlich wegen des hohen Werts der Durchlässigkeit ^er^^^J^m^^m von Bedeutung, welche bei ihnen erhalten werden kann.

Diese Körper werden gewöhnlich durch ein Verfahren hergestellt, bei welchem die Bestandteile in einem geeigneten Grade von feiner Unterteilung gut miteinander vermischt, gepresst, ihnen die geeignete Form und Ausmaße gegeben und sie dann einer Erhitzung unterworfen v/erden, um die Teilchen zu sintern und einen genügend starken und starren, nicht porösen keramischen Körper zu erzeugen. Die im allgemeinen verwendeten Formen sind dünnwandige Rohre und dünne, flache Scheiben oder rechteckige Platten. Die stärkste Dicke der Rohrwände und der Scheiben oder Platten (im folgenden als Wanddicke bezeichnet) überschreitet normalerweise nicht etwa 5 mm.

Das Erhitzen wird gewöhnlich derart ausgeführt, daß eine große Anzahl der Körper, wenn notwendig auf geeigneten Trägern, zusammen in

einen Ofen eingebracht, der Ofen dann geschlossen, die Temperatur dann allmählich auf dem Sinterungsbereich, welcher etwa zwischen 1200 und 1JOO⁰G ist, gesteigert und dann das Material auf eine verhältnismässig niedrige Temperatur abkühlen gelassen wird, bevor der Ofen geöffnet wird. Bei einer solchen Behandlung kann sich das Ansteigenlassen der Temperatur bis zum Höchstwert über eine Zeit von. 10-bis 12 Stunden oder langer und das Abkühlen von der Höchsttemperatur bis auf 900° herunter über einen Zeitraum von 2-3 Stunden oder mehr erstrecken.

Es wurde gefunden, daß die so hergestellten Körper, während sie eine verhältniamässig hohe Durchlässigkeit (von 500 aufwärts) besitzen, nicht einen genügend hohen Wert an Isolierwiderstand bei gewöhnlicher Raumtemperatur au£§a»-^<H*^<' und eine sehr beträchtliche Verschlech-

terung dieser Eigenschaft er]»* b'OT'M'Mli-ei*, wenn die

Temperatur auf 100⁰C erhöht wird und ferner eine Verschlechterung erleiden, wenn sie einer Dauerspannungsprobe bei dieser und einer niedrigeren Temperatur unterworfen werden. Dieser Mangel beeinträchtigt in ernstlicher Weise die Brauchbarkeit der Körper.

&OTfffi*Voler Erfindung werden verbesserte keramische Körper der angegebenen Zusammensetzung erhalten, welche ein solch inneres Gefüge besitzen, daß ihr Isolierwiderstand bei gewohnlicher Raumtemperatur einen hohen Wert aufweist.

Sie besitzen auch befriedigende Werte des Isolationswiderstandes bei 100 und höheren Temperaturen und erleiden keine große Verschlechterung hierin^(in manchen Fällen überhaupt keine), wenn sie bei dieser Temperatur für eine lange Zeit einer angewendeten Spannung ausgesetzt sind. Die verbesserten Körper besitzen auch hohe Werte an Durchlässigkeit, im allgemeinen höhere als die, welche mit Körpern gleicher Zusammensetzung

aber nach dem bisher bekannten Verfahren hergestellt erhalten werden. Sie können z.B. Durchlässigkeitswerte von I5OO bis 4000 aufweisen.

Der wesentliche Faktor zur Erzielung der

verbesserten Struktur isw&ie Verringerung⁰der Zeit für das Erhöhen der Temperatur von 900° zur Höchsttemperatur und die Verringerung der Zeit für das Abkühlen vom Bereich der Höchsttemperatur auf 900⁰G herab. Das Erhitzen von 900° auf die Höchsttemperatur und das anschliessende Abkühlen auf 900° kann z.B. stattfinden in etwa 25 Minuten, von welchen etwa 1/4 Stunde die Zeit ist, um den Körper von der Sintertemperatur auf 900° abzukühlen. Es wurde gefunden, daß die verbesserte Struktur erhalten wird, wenn die gesamte Zeit innerhalb derer der Gegenstand auf eine Temperatur von oberhalb 900 gehalten wird, weniger als 3 Stunden ist. Vorteilhafterweise kann diese Zeit auf 1 Stunde für Körper mit einer Wanddicke von nicht aber höchstens 0,5 mm verringert werden.

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß der verbesserte Korper erhalten wird, wenn die frischen Gegenstände auf die Höchsttemperatur zur Bewirkung des Sinterns erhitzt und dann von dieser Temperatur abgekühlt werden, aber beides in einer raschen Weise erfolgtlf Gleiche Ergebnisse können bisweilen erhalten werden mit Gegenständen, welche γ schon durch das langandauernde bisherige Verfahren JM JLJuju^gewonnen aber dann einer kurzen Wärmebehandlung

unterworfen werden, in welcher sie schnell .auf Sintertemperatur erhitzt und schnell abgekühlt werden. Demnach ist der bestimmende Schritt bei der Behandlung das verhältnismässig rasche Erhitzen und Abkühlen im Bereich von 900° nach oben auf die Höchsttemperatur von 1200 bis 1300° und von der Höchsttemperatur herab auf 900°.

Die mit den verbesserten Körpern erhaltenen

Werte des Kraftfaktors sind nicht höher als die, der nach den bisherigen Verfahren hergestellten Körper, und in einigen Fällen sind sie wesentlich niedriger.

Die verbesserte 'Aärmebeh and lung kann geeigneter Weise in einem Rohrenofen ausgeführt werden, durch welchen die zu behandelnden Körper entweder allmählich oder schrittweise gefördert werden. Dabei erreichen sie die volle Sintertemperatur in dem mittleren Teil der Rohrlänge und die Abkühlzone am Auslaßende. Durch Kontrolle des Grades der Bewegung der Körper durch das Rohr kann ein geeignetes rasches Erhitzen und Abkühlen erzielt werden.

Es ist erwünscht, die Bedingungen so einzustellen, daß eine reduzierend Atmosphäre innerhalb des Rohres nicht erhalten wird. Dies kann die Hervorrufung eines kleinen Luftstroms durch das Rohr eerforderlich machen.

Es wurde nun gefunden, daß das Verfahren der Erfindung besonders geeignet für Korper der Art ist, wie sie in de$ #riiv Patent/586 802 beschrieben und beansprucht sind. Von diesen Korpern zeigen solche, welche Euoride der Metalle der II. Gruppe des Feriodiscben Systems enthalten, diejbemarkemswertesten Verbeosemtngen im Volumen-Leitungswiderstand.

Die folgenden Beispiele erläutern die Anwendung der Erfindung bei der Herstellung gesinterter Korper verschiedener Form und Zusammensetzung und vergleichen die neuen Korper mit den nach den bekannten Verfahren hergestellten.

3a
3b

5a
5b

Zusammenset
zung

Form Gesamtzeit

oberhalb 900⁰Q

Volumen-Leitungs- Höchstwiderstand nach dem Teuxu.
Ohm/ccm Bauerversuch G

	W	A	in Minuten	25°G	3	10O⁰G	25	⁰G 10O⁰G	1250 1225
1a 1b	W	A	26 4$0	11 2x10 ' ' 5x1 o⁹	1	.4x10™ 2x10⁸			1250 1225
2a 2b		26 480	5. 2X10¹¹ 5.2X10¹⁰	6x1O¹⁰ .7x1O⁸	2. 1.	11 8x10' ' 1x10¹⁰

26

480

80 480

1.5x10

¹²

1.6x10

¹²

3.1x10

¹¹

1?
1.4x10 ^ 1.4x10

11

5x10

10

,6x10

1238' 1200

4a 4b	Y	B	26 480	1.1x10'^ 2.7x10¹⁰	8.4x1O¹⁰ 1.4x1O¹⁰	1300 1200
5a 5b	Z	A	26 540	3.6x10¹² 1.9x10¹¹	1.6x10' ^! 9x10¹⁰	1350 1325

1250 1225

Bei diesen Beispielen waren die geprüften Körper alle rohrförmig und von folgenden Abmessungen: Form Länge Äusserer Durchmesser Wanddicke

A 10 mm 3 nun 0,3 21m

B 27 mm 4- mm 0,5 mm

G 15 mm 3 mm 0,7 mm

Im Beispiel 1 (a) war der Körper bereits nach dem bekannten Hitzebehandlungsverfahren während 8 Stunden gesintert worden, bevor er die schnelle Wärmebehandlung erhielt.

Die Zusammensetzungen in Gewichtsteilen (bezeichnet mit W X Y Z) waren folgende:

W	Ba TiO,	100
	Bentonit	1
X	BatiO,	98,5
	Mg F₂	1,0
	Zn 0	0,5
Y	H₃ BO₃ Bentonit Ba TiO, Mg ZrO,	1,0 98 2
	Bentonit	1
Z	Ba TiO₃	95
	Mg TiO₃	5
	Bentonit	1
Die erwähnte Dauerprobe bestand darin, daß der
Körper einer Beanspruchung von 800 Volt pro mm

bei 75°C während 170 Stunden unterworfen wurde, die folgende Tabelle erläutert, wie die Durchlässigkeit (K) und der Kraftfaktor in einigen Fällen verbessert sind.

Beispiel	K	Kraftfaktpr (tan χ 10 )
2a 2b	1200 1100	300 300
3a 3b	3000 1600	300 400

Claims

Patentansprüche.

1. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten keramischen, für dielektrische Zwecke geeigneten und 90 oder mehr Gewichtsprozent Bariumtitanat enthaltenden Körpers, gekennzeichnet durch den Schritt des Erhdhens der Temperatur des Körpers auf die Sinterntemperatur oder eine höhere Temperatur und anschliessendes Senken der Temperatur auf 900°, wobei die Gesamtzeit für das Erhöhen und Senken der Temperatur des Körpers 3 Stunden nicht überschreitet.

2. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten keramischen Körpers mit einer maximalen Wanddicke von nicht über 0,5 mm, welcher für dielektrische Zwecke geeignet ist und 90 oder mehr Gewichtsprozent Bariumtitanat enthält, gekennzeichnet durch den Schritt des Erhohens der Temperatur des Körpers auf die Sintertemperatur oder eine höhere Temperatur und anschliessendes Senken der Temperatur auf 900°, wobei die Gesamtzeit für das Erhöhen und Senken der Temperatur des Körpers 1 Stunde nicht überschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper 0,5 - 10% eines Fluorids,eines Metalls der II. Gruppe des Periodischen Systems enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper 0,5 - 10 % eines Fluorids eines Metalls der II. Gruppe des Periodischen Systems enthält.