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Keramisches Isoliermaterial
Keramische Materialien sind bekanntlich anorganische, nicht metallische, überwiegend oder aus- schliesslich kristalline Stoffe, die ihre endgültige Beschaffenheit durch Einwirkung hoher Temperatur erhalten. Im allgemeinen unterscheidet man zwischen feinkeramischen und grobkeramischen Er- zeugnissen.
Sämtliche keramischen Isolierstoffe sind der Feinkeramik zuzuordnen. Als die bekanntesten Produkte sind zu nennen Porzellane, Steatit, Kordierite und Oxydkeramiken. Ausser ihren guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften zeichnen sie sich im allgemeinen durch gute Alterungsbeständigkeit, Unbrennbarkeit und Formstabilität, selbst bei hohen Temperaturen, aus.
Als wesentlicher Nachteil ist aber, neben der geringen Schlagbiegefestigkeit, der Umstand zu erwähnen, dass es besonders schwierig ist, enge Toleranzen von beispielsweise maximal : 1 : 20/0 zu erreichen. was dem Einsatz keramischer Teile, vor allem im Kleinapparatebau, sehr hinderlich ist. Tatsächlich werden die bei keramischen Produkten feststellbaren Fabrikationstoleranzen von üblicherweise t2 bis 5% durch die ungleichmässige Verfestigung der Masse beim Herstellen des Formlings, die Variation der Trockenschwindung und die Variation der Brennschwindung verursacht. Die ungleichmässige Verfestigung der Masse rührt von Schwankungen der Korngrössenanteile bzw. von ungleichmässiger Plastizität bei angefeuchteten Massen her. Sie lässt sich erfahrungsgemäss z.
B. durch genaue Fabrikationprozesse, gleichmässige Korngrösse u. dgl. einigermassen unter Kontrolle halten.
Hingegen tritt die Trockenschwindung bei jenen Fabrikationsarten auf, bei denen die keramische Masse durch Anfeuchtflüssigkeit plastisch gemacht werden muss. Einzig bei geometrisch einfacheren Formteilen ist dies nicht nötig ; diese lassen sich denn auch trockenpressen.
Der Anteil Anfeuchtflüssigkeit in der keramischen Masse variiert je nach dem angewendeten Fabrikationsverfahren, wie z. B. Pressen, Strangpressen oder Giessen, und kann bis zu 30 VoL -0/0, bezogen auf die keramische Masse, betragen. Die daraus resultierende Trockenschwindung kann, linear gemessen, bis zu 10% ausmachen.
Alle Formteile, ohne Unterschied der Fabrikationsart, weisen bekanntlich vor dem Brand Poren auf, welche entweder von der verdunsteten Anfeuchtflüssigkeit oder aber beim Trockenpressen körniger Massen von den Zwischenräumen der Kugelpackung herrühren. Werden solche Formlinge gebrannt, so tritt daher immer eine Reduktion des Volumens auf, indem die erwähnten Poren bei porös bleibenden Massen reduziert, bei dichten Massen zum Verschwinden gebracht werden. Demzufolge variiert die Brennschwindung je nach Rezept, Kugelpackung, Anteil an Anfeuchtflüssigkeit und Restanteil an Poren im fertig gebrannten Formling, wobei die Brennschwindung gewisser keramischer Massen in vielen Fällen bis zu zirka zo linear gemessen, betragen kann.
Da die vorerwähnten Faktoren innerhalb der Fabrikationsserien, sicher aber von Serie zu Serie variieren, bilden diese den wesentlichen Grund für die erwähnte, höchst unerwünschte, grosse Toleranz gebrannter Keramikteile.
Es ist naheliegend, dass es nicht an Versuchen gefehlt hat, diese Schwierigkeit zu beheben.
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So wurde insbesondere das Trockenpressen eingeführt, das keine Trockenschwindung aufweist Da der wesentliche Teil der Schwindung jedoch beim Brand entsteht, führte dies nicht zur Verkleinerung der
Toleranz.
Es wurde zudem die Kugelpackung beim Trockenpressen so gewählt, dass ein möglichst kleiner
Zwischenraum entsteht Da aber die dabei notwendige Mischung mehrerer Korngrössen schwer herzu- stellen und zudem jede Entmischung starke Abweichungen im Ergebnis zeitigt, konnte auch auf diesem
Weg das gewünschte Ziel nicht erreicht werden.
Als weitere Möglichkeit wird noch die wesentliche Erhöhung des spezifischen Pressdruckes angewen- det, um die Kugelpackung enger zu gestalten. Dieses Verfahren ist jedoch in der Anwendung dadurch sehr beschränkt, dass Pressdrucke von über 500 kg/cm2 meist nicht zur Verfügung stehen und zudem die
Pressformen wegenbrach und Abnutzung zu sehr gefährdet sind. Dieses Verfahren hat daher nur für kleine und einfache Formteile Eingang gefunden, bei denen man mit niedrigeren Drucken auskommt.
Die Erfindung hat sich nun die Schaffung von keramischen Isolierstoffe zum Ziele gemacht, wel- che, trotz hervorragenderqualitäten, während des Brennvorganges einen Schwindungsfaktor von vorzugs- weise weniger als 2 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der keramischen Masse, aufweisen.
Es zeigte sich nämlich, dass durch gänzliches oder teilweises Ersetzen einzelner Rohstoffe einer keramischen Masse durch, mindestens ein chemisch gleichwertiges Produkt, das im Brand sein Volumen nicht verkleinert, sondern im Gegenteil vergrössert, keramische Massen mit gleichwertigen mechanischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften erhalten werden, die zudem den gesuchten, bedeu- tenden Vorteil bieten, praktisch keine Brennschwindung aufzuweisen. Man kann aber auch gemäss der Erfindung ein beim Brand den üblichen Schwund verhinderndes Material zur Anwendung bringen.
Das erfindungsgemässe Isoliermaterial ist somit dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der für derartige Isoliermaterialien üblichen Rohstoffe, wie z. B. Chamotte, Ton, Speckstein, Feldspat, Quarz u. dgL, mindestens teilweise durch einen Rohstoff aus der Gruppe Pyrophillit oder Agalmatholit ersetzt ist, welcher beim Brand eine Volumenvergrösserung des Isoliermaterials in solchem Ausmasse zu verursachen vermag, dass der beim Brand durch die übrigen Rohstoffe verursachte Schwund weitgehend ausgeglichen wird.
Es wurde festgestellt, dass es auf diese Weise möglich ist, die Masstoleranzen stark zu verkleinern und so zur Herstellung keramischer Präzisionsteile zu gelangen.
Bei der Herstellung der neuen Isoliermaterialien wird man so vorgehen, dass man die beim Brand eineVolumenvergrösserung bewirkenden Rohstoffe mit den übrigen konventionellen Rohmaterialien innig vermischt. Beim anschliessenden Brand füllt das wachsende Volumen der ersteren die vom Trocknungsvorgang oder vom Trockenpressen herrührenden Zwischenräume ganz oder teilweise aus. Je nach Mischungsverhältnis der beiden Rohstoffgruppen kann daher die Schwindung variiert werden.
Als Rohstoffe, welche beim Brand eine Volumenvergrösserung des Isoliermaterials verursachen und für die erfindungsgemässen Zwecke Verwendung finden können, seien Pyrophillit oder Agalmatholit genannt Diese beiden Minerale sind Alumosilikate der Formel (OH) 2AY : SiPl 'Als beim Brand den üblichen Schwund verhinderndes Material sei beispielsweise Aluminiummonophosphat genannt Selbstverständlich lassen sich anStelle der vorgenannten Materialien sämtliche übrigen Materialien mit gleichem Verhalten verwenden.
Es versteht sich von selbst, dass durch Kombination von Rohstoffen, die ihre Volumen beim Brand vergrössern, mit den bislang für Isoliermaterialien verwendeten Materialien neuartige Massen entstehen. die ebenfalls schwindungsfrei sind, daneben aber andere, spezielle Werkstoffeigenschaften besitzen, die für besondere technische Anwendungen von Interesse sind.
Die folgenden Beispiele, in denen es sich jeweils um Volumenprozent handelt, erläutern die Erfindung, ohne sie aber einzuschränken. Zu Vergleichszwecken wird jeweils das entsprechende, bis jetzt bekannte Material nebst dessen Schwindungseigenschaften erwähnt.
Beispiel 1 : a) Isoliermaterial bekannter Zusammensetzung
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