DE2645555C3

DE2645555C3 - Keramischer Sinterkörper und Verfahren zum Herstellen

Info

Publication number: DE2645555C3
Application number: DE19762645555
Authority: DE
Inventors: Christoph Von 8563 Grossbellhofen Hoesslin; Andreas Dipl.-Chem. Dr. 8560 Lauf Sarkany
Original assignee: Stettner & Co 8560 Lauf
Current assignee: Stettner & Co 8560 Lauf
Priority date: 1976-10-08
Filing date: 1976-10-08
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2645555B2; DE2645555A1

Description

Die F.iTindung betrifft einen keramischen Sinterkörper, insbesondere einen keramischen Isolator für die Elektrotechnik, auf der Basis von Magncsium-Aluminium-Silikat mit einem derartigen Anteil dieser Bestandteile, daß der Sinterkörper eine Cordieritphase enthält. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen keramischen Sinterkörper.

Ks ist bereits bekannt (M. E. T ν r r e 11. (!. V. Ci i b b s und H. R. S h e 11, Bulletin 594, Bureau of Mines, 1961), daß aus der Schmelzphase kristallisierter synthetischer Cordierit

( 2 MgO · 2 AI₂O₃ · 5 SiO₂)

zusammen mit 10% Ton zu keramischen Isolatoren verarbeitet werden kann, die gute dielektrische Werte, sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit sowie eine Biegefestigkeit aufweisen, die zwischen der des ίο Porzellans und der des Steatits liegt. Die Herstellung von synthetischem Cordierit aus der Schmelzphase ist jedoch verhältnismäßig aufwendig, so daß derartige Isolatoren keine wirtschaftliche Bedeutung erlangen konnten.

Weiterhin ist aus der DE-OS 25 21 213 ein Cordierit-Sinterkörper aus

12,5-15,5 Gew.-% MgO,
34,2-39,5 Gew.-% Al₂O₃und
48,0-51,6 Gew.-% SiO₂

bekannt. Aus der CH-PS 4 31359 ist außerdem ein Sinterkörper auf Cordieritbasis bekannt,

20-50Gew.-%MgO,
5-20Gew.-% AI₂O₃,
20-55 Gew.-o/o SiO₂und

5-15 Gew.-% Flußmittel,

z. B. u. a. in Form von Alkalioxiden, enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen keramischen Sinterkörper mit einer Cordieritphase zu schaffen der gute mechanische Festigkeit, gute Tempeid raturwechselbeständigkeil und einen hohen Isolationswidersland aufweist, der außerdem aus reichlich vorkommenden und daher preiswerten, natürlichen Rohstoffen und in einfacher Weise hergestellt werden kann.

j^r) Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß er
10- 30 Gcw.-% MgO + FcO
15-40Ücw.-% Al₂Oi
40-65Gcw.-%SiO,
und als wesentliche, aus der Sinterung resultierende Kristallphase, Magnesio-Ferro-Coidicrii enthält.

Der erfindungsgemäße keramische Sinterkörper zeichnet sich infolge der vorhandenen Magnesio-Fcrro-Cordierit-Phasc durch geringe Wärmedehnung und gute Tcmperaturwechselbcständigkeii aus und isi

Vi lichlbogcnfcst. Er besitzt einen hohen Isolationswidcrstand sowie gute mechanische Festigkeit und kann daher vorteilhaft als Isolator in der Elektrotechnik eingesetzt werden. Zur Herstellung der keramischen Sinterkörper nach der Erfindung wird als Ausgangsroh·

in stoff das reichlich in der Nulur vorkommende Mineral Olivin verwendet.

Zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung werden dem Olivin zusätzlich in der Natur vorkommende Tonerde-Kieselsäure-Verbindungen, insbesondere

π Aluminiumsilikal. zugesetzt. Die im Sinterkörper nach der Erfindung vorhandenen Magnesio-Ferro-Cordicril-Mischkristiille stellen die eigenschaftsbcslimmenden Hauptbestandteile des Sinterkörpers dar. Begrenzt man das Eisenoxyd, das das Magnesiumoxyd im Cordierilkri-

ho stall zu ersetzen vermag, auf 5% des Gesamtgewichtes oder auf 25% der zweifach positiv geladenen Ionen, dann weist der Sinterkörper besonders vorteilhafte mechanische uiul elektrische Fcsligkciiscigcnschaftcn auf. Vorzugsweise betrügt das (!cwichlsvcrhältnis von

h^r, MgO zu FoO etwa 40 : 10.

Der Sinterkörper nach der Erfindung kann gegebenenfalls auch noch bis /u 4 dew.-¹VIi Alkalioxyde enthalten, beispielsweise K₂O, falls bei der Herstellung

entsprechende Flußmittel zur Förderung der Sinterung zugesetzt werden.

Beim Verfahren zum Herstellen eines keramischen Sinterkörpers nach der Erfindung wird eine sinterfähige Rohmischung bereitet, die als Hauptbestandteil das Mineral Olivin enthält und der mindestens ein zusätzlicher Bestandteil von in der Natur vorkommenden Tonerde-Kieselsäure-Verbindungen in einer zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung des Sinterkörpers erforderlichen Menge zugesetzt wird. Aus der Rohmischung wird dann ein Formkörper geformt, der nach dem Trocknen zu einem Sinterkörper gebrannt wird. Die Sintertemperatur beträgt dabei 1100 bis 1280⁰C. Aufgrund dieses verhältnismäßig breiten Sinterbereiches bereitet die Sinterung keinerlei Schwierigkeiten. Vorzugsweise verwendet man als Rohmischung Olivin und Ton und/oder Kaolin. Der Rohmischung kann gegebenenfalls eine geringe Menge von die Sinterung fördernden Zuschlagstoffen (Flußmitteln) zugesetzt werden. Als Zuschlagstoffe eignen sich Feldspat und/oder Porzellanmehl.

Gegebenenfalls kann ein Teil des erforderlichen Aluminiumsilikats in Form von Mullit, Sillimanit oder Schamotte zugeführt werden. Der Rohmischung kann gegebenenfalls auch zusätzlich noch Speckstein zugesetzt werden.

Tabelle I

In den nachstehenden Tabellen sind die Zusammensetzung sowie technische Daten von Sinterkörpern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung angeführL Die Sinterkörper wurden folgendermaßen hergestellt:
ί Fein vermahlenem Olivin wurde die zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung des Sinterkörpers erforderliche Menge Aluminiumsilikat in Form von Ton oder Kaolin zugesetzt Das Gemisch wurde dann homogenisiert, durch Zusatz von Wasser plastifiziert

ίο und zu Formkörpern verformt. Die Formkörper wurden getrocknet und anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 1100 bis 1280° gesintert. Aus den Tabellen ist ersichtlich, daß die mit Hilfe eines unkomplizierten Sinterverfahrens aus leicht zugänglichen Rohstoffen

r> hergestellten Sinterkörper nach der Erfindung hervorragende mechanische und elektrische Eigenschaften aufweisen und daher vorteilhaft als elektrokeramisehe isolatoren eingesetzt werden können.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Masse besteht darin, daß beim Sintern entsprechend der gewählten Zusammensetzung eine mehr oder weniger dichte Oberflächenselbstglasur gebildet wird. Dadurch wird die die Temperaturwechselbeständigkeit und den elektrischen Oberflächenwiderstand negativ beeinflus-

2ϊ sende Feuchtigkeitsaufnahme vermindert bzw. verhindert.

Beispiel

SiO₁ (Gcw.-%)

FeO

MgO

Tabelle 11

59 %

59 %
56,8 %

60 Vo
60%
46%
59,5 %
48,5 %

25,1 % 23,1 % 22,9 % 25,8 % 28% 27,6 % 21,4% 30 % 3,2 %
3,2 %
3,78 %
2,9 %
2%
4,6 %
4,8 %
2,2 %

12,7%

14,7 %

16,5%

11,3%

10%

21,8%

14,3%

19,3%

Beispiel

1 2

Porosität in%

1-3

2-5

1-1,5 0,1-0.5 0.5-1

5-10

0,5 -1

Biegefestigkeit 70-XO 70-90 70-90 100 120 100-160 70-80 80-90 100-110

in N/ninr «

Längenaus- 1,8-3 1,8-3,2 1,5-2,8 2,1-3,4 2.2-3,8 2,2-3 2,3-3,1 2-2,9

ilehnungs-

koelH/.icnl

x H) "hei

ι 20°.... t600°C

in grad '

Temp.-Wcchsel- 400 500° 380 400° 400-450° 250-300° 250-300° 380-450° 360-430° 400-420°

hesläniligkeil

Spe/. Durch- H)" K)'' K)"l0' H)" K)' 10"-K)' 10"-K)⁷ IO"-1O⁷ U)'¹- K)' H)"- K)

gangswiclerstanil

hei SOO⁰C und

Wechselstrom

Claims

Patentansprüche:

1. Keramischer Sinterkörper, insbesondere keramischer Isolator für di; Elektrotechnik, auf der Basis von Magnesium-Aluminium-Silikat mit einem derartigen Anteil dieser Bestandteile, daß der Sinterkörper eine Cordieritphase enthält, dadurch gekennzeichnet, daß er

10—30 Gew.-% MgO + FeO

15-40 Gew.-°/o AI₂O₃

40-65 Gew.-°/o SiO₂

und als wesentliche, aus der Sinterung resultierende Kristallphase, Magnesio-Ferro-Cordierit enthält.

2. Keramischer Sinterkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen FeO-Gehalt von höchstens 5 G ew.-%.

3. Keramischer Sinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von MgO zu FeO etwa 90 : 10 beträgt.

4. Keramischer Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß er gegebenenfalls bis zu 4 Gew.-% Alkalioxide enthält.

5. Keramischer Sinterkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalioxide in Form von K₂O vorhanden sind.

6. Verfahren zum Herstellen eines keramischen Sinterkörpers nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß eine sinterfähige Rohmischung bereitet wird, die als Hauptbestandteil das Mineral Olivin enthält und der mindestens ein zusätzlicher Bestandteil in Form von in der Natur vorkommenden Tonerde-Kieselsäure-Verbindungen in einer zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung des Sinterkörpers erforderlichen Menge zugesetzt wird, die Rohmischung zu einem Formkörper verformt, der Formkörper getrocknet und anschließend bei einer Temperatur von 1100⁰C bis 1280⁰C gesintert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohmischung neben Olivin als zusätzlicher Bestandteil Ton und/oder Kaolin zugesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohmischung geringe Mengen Sintcrhilfsmitlcl zugesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Sinlcrhilfsmittel Feldspat und/oder Porzcllanmehl verwendet werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche b bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zusätzlichen Bestandteils der Rohmischung in Form von Mullit, Sillimanil oder Schamotte zugeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohmischung gegebenenfalls zusätzlich Speckstein zugesetzt wird.