NO153606B - Elektrisk isolator og fremgangsmaate for dens fremstilling. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en elektrisk isolator og en fremgangsmåte for dens fremstilling og det karakteristiske ved oppfinnelsen er som angitt i patentkravene.

Ved den vanlig anvendte fremgangsmåte underkastes glassdielek-trikummaterialer for termisk herding slik at de fremviser høy overflatekompresjon og høy sentral strekkspenning. Dette resulterer i at det dielektriske material har en svært.mye høyere mekanisk styrke enn normalisert glass og spesielt høy strekkstyrke. Det iakttas imidlertid at under visse forhold som f.eks. kraftig slagpåvirkning, at nærværet av høye indre spenninger medfører faktisk total desintegrasjon av det dielektriske material. Dette påvirker ikke i særlig grad eller i farlig grad den resterende mekaniske styrke av isolatoren, men reduserer dens felt-spredning til tilsvarende avstanden i luft mellom elektrodene.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en isolator fremstilt fra et dielektrisk material med forbedret slagstyrke uten nedsettelse av dets strekkstyrke.

Oppfinnelsen angår spesielt en elektrisk isolator omfattende

et glass-dielektrikum med midlere tykkelse omtrent 10 mm hvor dielektrikumet har vært underkastet en termisk herding som før-te til ytre trykkspenninger med maksimale verdier mellom 200 MPa og 400 MPa, og det særegne ved isolatoren i henhold til oppfinnelsen er at glass-dielektrikumet etter den termiske herding på i det minste en del av sin overflate har vært underkastet en kjemisk herding under betingelser med hensyn til varighet og temperatur slik at dielektrikumet i overflaten av de behandlede deler frembyr en trykksone med tykkelse over 1 mm hvor de maksimale trykkspenninger er mellom 200 og 500 MPa og som i det indre har en strekkspenningssone hvor de maksimale strekkspenninger er mellom 10 og- 50 MPa.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av den nevnte isolator, og det særegne ved fremgangsmåten er at isolatoren først underkastes en termisk herding som medfører ytre trykkspenninger med maksimale verdier mellom 200 MPa og 400 MPa og at i. dét minste deler av isolatoren deretter underkastes en kjemisk herding under betingelser med hensyn til varighet og temperatur slik at isolatoren i overflaten av det behandlede parti oppnår en trykkspenningssone med tykkelse over 1 mm, idet de maksimale trykkspenninger er mellom 200 MPa og 500 MPa og i det indre frembyr en strekkspenningssone med maksimale strekkspenninger mellom 10 og 50 MPa.

Den kjemiske herdingsbehandling under disse betingelser frembringer en diffusjonsdybde Ved ionebyttirig på noen titalls mikrometer.

Oppfinnelsen kan anvendes for et isolerende glass-dielektrikum-materiai.med en tykkelse på omtrent 10 mm. Den kan ikke anvendes for tynne glass-stykker som ikke kunne motstå slike kraftige termiske herdingsspenninger eller analoge kjemiske herdingsbetingelser, spesielt med hensyn til behandlingstempe-raturen. Diffusjonsdybden ved ionebytting ville da være fullstendig utilstrekkelig.

Ved en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen gjennomføres den kjemiske herding ved på det dielektriske material eller en del av dette ved vanlig temperatur å påføre en oppløsning inneholdende alkalimetallsalter og å tørke det påførte belegg eller delen av dette med etterfølgende oppvarming i flere timer ved en temperatur mellom 300 og 500°C.

Ytterligere kjemiske herdingsmetoder som kan anvendes skal beskrives i det etterfølgende.

Oppfinnelsen tilveiebringer en elektrisk isolator fremstilt fra et dielektrisk material fremstilt ved hjelp av metoden som omhandlet i det foregående. Dette dielektriske material er karakterisert ved at delene er blitt underkastet de respektive

typer av herding som har ført til:

meget høy overflatekompresjon, minst tilsvarende som i en isolator som bare er blitt utsatt for termisk herding og fremdeles av høy størrelse i en dybde som kan overstige 1 mm,

under den nevnte dybde en sentral strekkspenning vesentlig lavere enn i en isolator som bare har vært utsatt for termisk herding.

Som et resultat har de deler av isolatoren som er behandlet i samsvar med oppfinnelsen forbedret slagstyrke uten nedsettelse av dens strekkstyrke.

Andre formål og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivel-se av et eksempel i samsvar med oppfinnelsen, sett i forbind-else med den vedføyde tegning.

Fig. 1, 2 og 3 er kurver som viser fordelingen av spenninger i MegaPascal (MPa) i prøver A, B og C av et sodakalkglass med en gjennomsnittlig tykkelse på 10 mm.

Av disse prøver A, B og C ble:

prøve A utsatt for termisk herding i samsvar med tidligere

kjent teknikk,

prøve B ble underkastet kjemisk herding,'

- prøve C ble underkastet termisk herding på samme måte som prøve A etterfulgt av kjemisk herding på samme måte som prøve B.

Prøve A ble underkastet termisk herding ved hjelp av en trykk-luftstrøm. Kurve A viser fordelingen av-strekkspenninger og trykkspenninger i det dielektriske material A. Prøve B ble underkastet kjemisk herding under følgende betingelser: den normaliserte prøve ble anbragt ved vanlig temperatur i en oppløsning med følgende sammensetning:

Denne oppløsning fuktet glasset meget grundig og det dielektriske material var fullstendig dekket med en væskefilm med styrbar viskositet. Etter tørking ble varmebehandlingen gjennomført bestående av oppvarming i 8 timer ved en temperatur på 450°C.

Kurve B i fig. 2 viser fordelingen av strekkspenninger og trykkspenninger i det dielektriske material B.

Prøve C.ble underkastet termisk behandling i likhet med den som prøve A var underkastet, etterfulgt av kjemisk behandling lignende den som prøve B var utsatt for. Som vist i kurve C, er spenningsfordelingen spesielt fordelaktig og er vesens-forskjellig fra den algebraiske sum av spenningsfordelingene A og B. Dette gir prøve C. de nødvendige mekaniske egenskaper: den sentrale strekkspenning er forholdsvis lav og glasset unngår desintegrasjon som følge av kraftig slagpåvirkning mens overflatekompresjonen er forholdsvis høy og strekker seg i en forholdsvis stor dybde slik at glasset har god ■ strekkstyrke.

De termiske herdingsbetingelser kan varieres alt etter sammen- . setningen åv glasset og temperaturen og relativ fuktighet i luftstrømmen.

Den kjemiske herdingsoppløsning kan fremstilles som følger (på vekt-prosentbasis):

Stivelsen kan erstattes med et hvilket som helst ekvivalent emulgerbart bindemiddel.

Varigheten av oppvarmingenkan være flere timer og temperaturen kan være mellom 300 og 500°C.

Slik modifisering av arbeidsbetingelsene frembringer tre typer av dielektrisk material A', B<1> og C med mekaniske egenskaper oppsummert i tabell I.

Bemerk at den kjemiske herdingsmetode anvendt innenfor opp-finnelsens ramme er en industriell prosess med følgende fordeler: den forbruker små mengder av alkalimetallsalter og organisk

bindemiddel da utgangsproduktet er en oppløsning,

den meget høye adhesjon av filmen etter tørking letter

håndtering av de behandlede deler,

dybden av ionisk diffusjon i glasset kan sammenlignes med den som oppnås under anvendelse av andre kjente kjemiske herdingsmetoder- som f. eks.: sprøyting av en blanding av salter i pulverform og økning av temperaturen tilstrekkelig til å smelte deler av pulve-ret,

sprøyting av en varm oppløsning mettet med reagens på det kolde dielektriske material.

Uansett hvilken måte fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen gjennomføres på, oppnås det dielektriske material C med mekaniske egenskaper sammenlignbare med det dielektriske material

C.

Ionebyttingen som foregår under den kjemiske herding kan intensiveres ved å underkaste de således behandlede deler for et elektrisk felt under behandlingen.

Som tidligere nevnt kan. også hele isolatoren behandles i samsvar med oppfinnelsen eller som et alternativ at bare de deler som sannsynlig vil bli utsatt for kraftig slagpåvirkning blir underkastet den dobbelte herdingsprosess.

Claims (6)

1. Elektrisk isolator omfattende et glass-dielektrikum med midlere tykkelse omtrent 10 mm hvor dielektrikumet har vært underkastet en termisk herding som førte til ytre trykkspenninger med maksimale verdier mellom 200 MPa og 400 MPa, karakterisert ved at glass-dielektrikumet etter den termiske herding på i det minste én del av sin overflate har vært underkastet en kjemisk herding under betingelser med hensyn til varighet og témperatur slik at dielektrikumet i ovérflaten av de behandle.de; deler frembyr en trykkspenningssone med tykkelse over 1 mm hvor de maksimale trykkspenninger er mellom 200 og 500 MPa og som i det indre har en strekkspenningssone hvor de maksimale strekkspenninger er mellom 10 og 50 MPa.

2. Fremgangsmåte.for fremstilling av den elektriske isolator som er angitt i krav 1, karakterisert ved at isolatoren først underkastes en termisk herding som medfører ytre trykkspenninger med maksimale verdier mellom 200 MPa og 400 MPa og at i det minste deler av isolatoren deretter underkastes en kjemisk herding under betingelser med hensyn til varighet og temperatur slik at isolatoren i overflaten av det behandlede parti oppnår en trykkspenningssone med tykkelse over 1 mm, idet de maksimale trykkspenninger er mellom 200 MPa og 500 MPa og i det indre frembyr en strekkspenningssone med maksimale strekkspenninger mellom 10 og 50 MPa.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at den • kjemiske herding gjennomføres ved at i det minste deler av isolatoren ved vanlig temperatur påføres en oppløsning inneholdende alkalimetallsalter og deretter tørkes det påførte belgg og oppvarmes i flere timer ved en temperatur mellom 300 og 500°C.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at det anvendes oppløsning med følgende sammensetning på vektprosentbasis:

5. Fremgangsmåte som ancjitt i krav 4, karakterisert ved at det anvendes en oppløs-ning med følgende sammensetning på vektprosentbasis:

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at isolatoren eller en del av denne underkastes et elektrisk felt under den nevnte kjemiske herding.