DE2004234C - Hardenable, hydrolytically improved glass for the manufacture of electrical insulating components - Google Patents
Hardenable, hydrolytically improved glass for the manufacture of electrical insulating componentsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Glaszusammensetzungen, die für die Herstellung von elektrischen Isolierbauteilen, beispielsweise von gehärteten Glasisolatoren, bestimmt sind.The invention relates to glass compositions which are intended for the production of electrical insulating components, for example hardened glass insulators.
Gläser für elektrische Isolierzwecke enthalten im allgemeinen Bleioxid. Wegen dieses PbO-Gehaltes sind solche isolierenden Gläser relativ schwer, kostspielig und für eine Härtung (Erzeugung einer Druckvorspannung in der Oberfläche) wenig geeignet. Außerdem wird z.B. für Gleichspannungsisolatoren die Verwendung von Bleiglas deshalb vermieden, weil es bei hohen Feldstärken und Temperaturen sehr leicht zur Bleiausscheidung ("Bleibäume") kommen kann, wodurch die Isolierkörper zerstört werden.Glasses for electrical insulation purposes generally contain lead oxide. Because of this PbO content, such insulating glasses are relatively heavy, expensive and unsuitable for hardening (generating a compressive prestress in the surface). In addition, the use of lead glass for direct voltage insulators, for example, is avoided because at high field strengths and temperatures it can very easily lead to lead precipitation ("lead trees"), which destroys the insulating body.
Für Hochspannungsisolatoren, z.B. Kappenisolatoren aus Glas, werden häufig Alkali-Kalk-Silikatgläser verwendet, bei denen das Verhältnis der Alkalien Na und K zueinander so gewählt ist, dass ein Minimum des Verlustfaktors erreicht wird. Er liegt bei diesen Gläsern allgemein im Bereich um 30 mal 10[hoch]-3 bei 50 Hz; die Dielektrizitätskonstante liegt bei etwa 7, der T[tief]k[tief]100-Wert (kleines Rho = 10[hoch]8 großes Omega mal cm) bei 200 bis 250°C.For high-voltage insulators, e.g. cap insulators made of glass, alkali-lime-silicate glasses are often used, in which the ratio of the alkalis Na and K to one another is chosen so that a minimum of the loss factor is achieved. For these glasses it is generally in the range of 30 times 10 [high] -3 at 50 Hz; the dielectric constant is around 7, the T [deep] k [deep] 100 value (small Rho = 10 [high] 8 large omega times cm) at 200 to 250 ° C.
Der Verlustfaktor der bekannten Isolationsgläser ist jedoch für viele Zwecke noch unerwünscht hoch, der T[tief]k[tief]100-Wert zu niedrig. Insgesamt werden heute Gläser mit einem höheren Isolationsvermögen gefordert.The loss factor of the known insulating glass is, however, still undesirably high for many purposes, and the T [low] k [low] 100 value is too low. Overall, glasses with a higher insulating capacity are required today.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Isolationsgläser ist ihre relativ geringe chemische, insbesondere hydrolytische Beständigkeit. Die hierfür bekannten Gläser liegen in der 4. hydrolytischen Klasse.Another disadvantage of the known insulating glasses is their relatively low chemical, in particular hydrolytic, resistance. The glasses known for this are in the 4th hydrolytic class.
Von besonderer Bedeutung für die Entwicklung moderner Glasisolatoren ist schließlich die Härtung solcher Gläser geworden; durch Erzeugung einer Druckvorspannung in der Glasoberfläche kann die mechanische Festigkeit der Isolatoren erheblich verbessert werden. Viele der bekannten Isolationsgläser haben einen zu niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten und zu niedrige E-Moduls, um optimal gehärtet werden zu können.The hardening of such glasses has become of particular importance for the development of modern glass insulators; by generating a compressive prestress in the glass surface, the mechanical strength of the insulators can be considerably improved. Many of the known insulating glasses have a coefficient of thermal expansion that is too low and a modulus of elasticity that is too low to be optimally hardened.
Ziel der vorliegenden Erfindung sind neue Glaszusammensetzungen für die Herstellung von Glasisolatoren, die die Nachteile der bisher für diesen Zweck verwendeten Glaszusammensetzungen nicht aufweisen und insbesondere folgende Eigenschaften besitzen:The aim of the present invention are new glass compositions for the production of glass insulators which do not have the disadvantages of the glass compositions previously used for this purpose and in particular have the following properties:
1. Hohe Wärmedehnungskoeffizienten und hohe e-Moduls, damit die Gläser optimal gehärtet werden können;1. High coefficient of thermal expansion and high modulus of elasticity, so that the glasses can be hardened optimally;
2. hohe Transformationstemperaturen (Tg-Werte); auch diese Eigenschaft ist für die Härtung eine wichtige Voraussetzung, weil nur damit die hohen oberflächlichen Druckvorspannungen im Betrieb aufrechterhalten werden können;2. high transformation temperatures (Tg values); this property is also an important prerequisite for hardening, because this is the only way to maintain the high superficial compressive stresses during operation;
3. verbessertes elektrisches Isolationsvermögen;3. improved electrical insulation properties;
4. gute chemische Beständigkeit; die neuen Gläser sollten in eine bessere Klasse fallen als die hydrolytische Klasse 4 (meist Verwendung im Freien);4. good chemical resistance; the new glasses should fall into a better class than hydrolytic class 4 (mostly outdoor use);
5. hohe Entglasungsfestigkeit (wichtig und notwendig für Automatenfertigung).5. high devitrification resistance (important and necessary for automatic production).
Außerdem sollen die Gläser ein so günstiges Zähigkeitsverhalten aufweisen, dass sie bei relativ tiefen Temperaturen erschmolzen, geläutert und vollautomatisch verarbeitet werden können.In addition, the glasses should have such a favorable toughness behavior that they can be melted, refined and processed fully automatically at relatively low temperatures.
Es wurde nun gefunden, dass sich diese Bedingungen in vollem Maße erfüllen lassen durch Gläser, die folgenden Zusammensetzungsbereich in Gewichtsprozent aufweisen:It has now been found that these conditions can be fully met by glasses with the following composition range in percent by weight:
SiO[tief]2 57,4 bis 66,5SiO [deep] 2 57.4 to 66.5
B[tief]2O[tief]3 2,5 bis 10,7B [deep] 2O [deep] 3 2.5 to 10.7
Al[tief]2O[tief]3 5,0 bis 7,6Al [deep] 2O [deep] 3 5.0 to 7.6
Na[tief]2O 3,5 bis 5,0Na [deep] 2O 3.5-5.0
K[tief]2O 13,0 bis 16,7K [low] 2O 13.0 to 16.7
BaO 2,0 bis 5,0BaO 2.0 to 5.0
CaO 2,0 bis 4,0CaO 2.0 to 4.0
MgO 0,0 bis 2,0MgO 0.0 to 2.0
Es hat sich gezeigt, dass die Gläser einen hohen Wärmedehnungskoeffizienten > 88 mal 10[hoch]-7/°C sowie ein elektrisches Isolationsvermögen T[tief]k[tief]100 > 300°C aufweisen.It has been shown that the glasses have a high coefficient of thermal expansion> 88 times 10 [high] -7 / ° C and an electrical insulation capacity T [low] k [low] 100> 300 ° C.
Die Tabelle enthält fünf Ausführungsbeispiele in Gewichtsprozent aus dem zuvor genannten Zusammensetzungsbereich, zusammen mit den Eigenschaftswerten.The table contains five exemplary embodiments in percent by weight from the aforementioned composition range, together with the property values.
Alle Gläser nach der Erfindung lassen sich entweder mit maximal 0,10 Gewichtsprozent As[tief]2O[tief]3 oder mit maximal 0,15 Gewichtsprozent Na[tief]2O als Sulfat läutern, bei gleichzeitiger Einführung von 0,70 Gewichtsprozent Na[tief]2O oder 0,70 Gewichtsprozent K[tief]2O als Nitrat.All glasses according to the invention can be refined either with a maximum of 0.10 percent by weight As [deep] 2O [deep] 3 or with a maximum of 0.15 percent by weight Na [deep] 2O as sulfate, with the simultaneous introduction of 0.70 percent by weight Na [deep] ] 2O or 0.70 percent by weight K [deep] 2O as nitrate.
Die Gläser nach der Erfindung lassen sich zwischen 1440 und 1470°C erschmelzen; die Läutertemperatur beträgt 1480°C. Die Verarbeitungstemperaturen bei Einsatz eines Pressautomaten liegen zwischen 1100 und 1200°C und die Kühltemperaturen für die gefertigten Artikel zwischen 560 und 580°C. Die Kühlzeit hängt ab von der Wandstärke der Artikel. Im allgemeinen sind ½ bis 2 Stunden ausreichend.The glasses according to the invention can be melted between 1440 and 1470 ° C; the refining temperature is 1480 ° C. The processing temperatures when using an automatic press are between 1100 and 1200 ° C and the cooling temperatures for the manufactured articles between 560 and 580 ° C. The cooling time depends on the wall thickness of the article. In general, ½ to 2 hours is sufficient.
Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1
Erforderliche Rohstoffmengen für 100 kg berechnetes Glas: 49,00 kg Sand, 3,80 kg Rasorit, 26,20 kg Kalifeldspat, 0,34 kg Natriumsulfat, 1,90 kg Natriumnitrat, 4,94 kg Soda, 15,00 kg Pottasche, 5,40 kg Kalk, 6,50 kg Bariumkarbonat.Required raw material quantities for 100 kg calculated glass: 49.00 kg sand, 3.80 kg rasorite, 26.20 kg potassium feldspar, 0.34 kg sodium sulfate, 1.90 kg sodium nitrate, 4.94 kg soda, 15.00 kg potash, 5.40 kg of lime, 6.50 kg of barium carbonate.
Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4
Erforderliche Rohstoffmengen für 100 kg berechnetes Glas: 43,00 kg Sand, 11,00 kg Rasorit, 26,20 kg Kalifeldspat, 0,34 kg Natriumsulfat, 0,80 kg Soda, 1,50 kg Kaliumnitrat, 18,96 kg Pottasche, 7,20 kg Kalk, 3,90 kg Bariumkarbonat.Required raw material quantities for 100 kg calculated glass: 43.00 kg sand, 11.00 kg rasorite, 26.20 kg potassium feldspar, 0.34 kg sodium sulfate, 0.80 kg soda, 1.50 kg potassium nitrate, 18.96 kg potash, 7.20 kg lime, 3.90 kg barium carbonate.
Claims (4)
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