CH144683A - Verfahren zur Herstellung elektrischer Isoliermaterialien. - Google Patents

Description

      Verfahren    zur Herstellung     elektrischer    Isoliermaterialien.    Die vorliegende Erfindung basiert auf  folgenden Erkenntnissen. Die Moleküle oder       Molekülkomplexe        dielektrischer    Stoffe zei  gen polaren Charakter.

   Dieser kommt nach  aussen zur Geltung, wenn man den betreffen  den Stoff in einem Zustand, der eine Be  wegung seiner Teile gegeneinander zulässt,  zum Beispiel in schmelzflüssigem Zustand,  einer Richtkraft, die beispielsweise durch  ein elektrisches Feld hervorgerufen     wird,     aussetzt und dann die einzelnen Teilchen in  ihrer Lage fixiert, zum Beispiel durch Er  starrenlassen aus dem     Schmelzfluss.    Die po  laren Achsen der Teilchen stellen sich dann  vorwiegend in die Richtung des äussern elek  trischen Feldes und behalten nachher diese       Richtung    bei. Nach aussen ist die Ausrich  tung daran zu erkennen, dass die erstarrte  Masse ein deutliches     piezoelektrisches    Mo  ment erhalten hat.

   Um die hier im Isolier  stoff auftretenden Vorgänge zu     verstehen,     ist es zweckmässig, zunächst     einen    Isolier-         stoff    zu betrachten, dessen molekulare     Struk-          tur    wir kennen.     Ein    solcher Stoff, der  gleichzeitig einer unserer besten Isolierstoffe  ist und gleichzeitig     piezoelektrische    Eigen  schaften aufweist, ist der Quarzkristall       (Abb.    1), und zwar senkrecht zu einer elek  trischen Achse geschnitten. Der Träger der       piezoelektrischen    Eigenschaften ist hier nicht  das Molekül des Quarzes, sondern ein Mole  külkomplex, die Einheitszelle (Elementar  bereich).

   Aus der Betrachtung dieser Ein  heitszelle ist zu schliessen, dass ein guter Iso  lator ein solcher Körper ist, bei dem in der  Projektion betrachtet immer abwechselnd  positive und negative Ionen (Atome) neben  einander liegen. Ein solcher Körper     wird     auch     piezoelektrische    Eigenschaften, das  heisst polaren Charakter haben, wenn auf der  Oberseite des Körpers ein positives     bezw.    ne  gatives Atom einem entgegengesetzt gela  denen auf der Unterseite     gegenübersteht.          Ausserdem    dürfen in dieser Richtung senk-      recht zu den Elektroden in dem Körper  keine Hohlräume vorhanden sein, durch wel  che Ionen wandern können.

   Aus diesen Be  dingungen ergeben sich zunächst ganz all  gemeine Forderungen für die Atomzahl des  isolierenden,     piezoelektrisehen    Moleküls. Da  man in die oben erwähnte Einheitszelle zwi  schen die einzelnen Atome eine beliebige An  zahl von Atompaaren einfügen kann, ohne  den Charakter des Körpers als Isolierstoff  in oben bestimmtem Sinne zu ändern, muss  die Atomzahl sein = (3     -i-    2n) . 2, wobei n  jede ganze Zahl sein kann. Die Zahl der po  laren Achsen ist dann gleich der halben  Atomzahl, wobei der Einfachheit halber die  Projektion nur auf einer Ebene betrachtet  Ist.  



  Hat man nun einen Stoff der oben geschil  derten Atomzusammensetzung in einem  (flüssigen, plastischen oder feinverteilten)  Zustand, der eine Bewegung der Moleküle  oder Molekülkomplexe gegeneinander zu  lässt, so lassen sich die polaren Achsen leicht  parallel stellen, zum Beispiel durch ein elek  trisches Feld oder durch starke thermische       Beeinflussungen.    Ist die Masse dann wäh  rend der Einwirkung des Feldes fest gewor  den, so behält sie den erteilten     piezoelektri-          schen    Charakter, das heisst wird auf eine so  erhaltene Platte ein Druck ausgeübt, ent  stehen     Influenzladungen    auf der Elektrode,  oder wenn eine Spannung an die     Platte    ge  legt wird,

   werden in den Molekülen     piezo-          elektrische    Momente erzielt. Treten dagegen  von den Elektroden, deren     Spannung    die       Piezomomente    erregt hat, Ionen in die Masse  ein, so werden diese durch die nach aussen  wirkenden, einzelnen     Piezomomente    der er  regten Moleküle festgehalten und am Weiter  wandern verhindert     bezw.    behindert. Auf  diese Weise wird also beim Anlegen einer       Spannung    an den Isolierstoff durch das er  regte     Piezomament    der Moleküle das Entste  hen einer     Ionenwolke    verhindert und damit  die Grundlage für die Vermeidung eines  Durchschlages geschaffen.

   Man erhält also       Dielektrika    von sehr hoher Durchschlags  festigkeit. Das     Dielektrikum    in formiertem    Zustande hat dann etwa das Aussehen der       Abb_.    2;     a.,    b sind die unter     Spannung    stehen  den Elektroden, zwischen denen die formier  ten Moleküle     bezw.        Molekülkomplexe    liegen.  



  Der leicht bewegliche Zustand der Mole  küle oder     Molekülkomplexe    lässt sich auch in  anderer Weise herstellen. Der Stoff wird  pulverisiert, das Pulver sehr stark erhitzt  und nun, während es im geschmolzenen Zu  stand auf eine Unterlage auffällt, gleichzeitig  noch während des     Fallens    (also in einem  Zustand, in dem das einzelne Element grosse  Beweglichkeit hat) so ausgerichtet, dass die  polaren Momente in den Pulverteilchen alle  parallel und gleichgerichtet sind, so dass  dann beim Auffallen auf eine Unterlage,  beim     Erstarren    der Einzelteilchen und Zu  sammenschweissen der Teilchen, die Momente  in allen Elementen im selben Sinne parallel  gerichtet sind und nach dem Erstarren auch  bleiben.

   Bei einigen Stoffen genügt es, für die       Ausrichtung    die Pulverteile einer sehr gro  ssen Erhitzung auszusetzen, dann werden die       pyroelektrischen    Momente in den einzelnen  Elementen erregt und diese bilden gewisser  massen in sich das Feld. Die wirksamste  Methode besteht aber darin, die Pulverteile,  während sie fallen, der Richtkraft eines elek  trischen Feldes auszusetzen. Die Methode  lässt sich auf eine grosse Zahl von Stoffen  anwenden; besonders geeignet sind hier alle  Silikate, zum Beispiel auch amorpher Quarz,  der, wie Untersuchungen ergeben haben, in  Pulverform zerteilt, erkennen lässt, dass seine  meisten Elemente aus Komplexen von Ein  heitszellen bestehen, also     polaren    Charakter  haben.

   Während das Pulver durch die Heiz  vorrichtung fällt, kann selbstverständlich  dem Pulver der     Substanz    mit dem elektri  schen Moment vielfach zweckmässig irgend  eine andere, Substanz, die an sich kein Mo  ment hat,     beigemengt    werden, so dass auf  diese Weise sehr verschiedenartige Kristall  kombinationen entstehen.  



  Um die Bearbeitung der nach diesem  Verfahren hergestellten Kristallkörper zu er  leichtern, ist es zweckmässig, der Fläche,  auf welche sich das Kristallpulver nieder-      setzt, gleich eine solche Form zu geben, in  der man nachher den Kristallkörper verwen  den will.  



       Abb.    3 zeigt schematisch ein Ausfüh  rungsbeispiel. Das Pulver fällt über den  Trichter c durch das Heizrohr a' auf eine  kegelförmige Form d, die auf der Unterlage  b' steht. Zwischen a' und b' kann ein Span  nungsfeld E gelegt werden.  



  Das Verfahren ist auch anwendbar auf  die Herstellung von Isoliermaterialien aus  Kunstharzen, also zum Beispiel aus     Phenol-          Formaldehyd-Kondensaten.    Bei ihnen wird  während der Kondensation das elektrische  Feld angelegt, so dass die Teilchen während  der Überführung in den harten Zustand aus  gerichtet werden-.  



  Es ist selbstverständlich nicht erforder  lich, dass der verwendete Stoffein einheit  licher Körper ist. In derselben Weise lassen  sich auch hochwertige Isolierstoffe aus Mi  schungen verschiedener Bestandteile herstel  len, zum Beispiel Paraffin gemischt mit  Quarzpulver, Natur- oder Kunstharz mit  Füllstoffen, Mischungen von Asphalten mit  Ölen. Wachsen usw.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung elektrischer Isoliermaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Elemente eines oder mehrerer Ausgangsstoffe in leicht bewegli chem Zustande in bezug auf ihre polaren Momente in gleichem Sinne ausgerichtet wer den. UNTERANSPRüCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung durch ein angelegtes elektrisches Feld er folgt. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bezw. die Ausgangsstoffe durch Erwärmung verflüssigt werden und dann in einem elektrischen Feld erkalten.

   B. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein härtbares Kunst harz als Ausgangsstoff verwendet wird und dessen Molekülkomplexe während der Überführung in den harten Zustand aus gerichtet werden. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bezw. die Ausgangsstoffe in Pul verform verwendet werden, und während man das Pulver auf eine Unterlage fallen lässt. dieses in den Schmelzzustand bezw. nahe dem Schmelzzustand gebracht wird. wobei es gleichzeitig in bezug auf seine polaren Momente ausgerichtet wird. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 und 4. dadurch gekenn zeichnet. dass als pulverförmiger Aus gangsstoff ein Silikat verwendet. wird. 6. Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 und 4, dadurch gekenn zeichnet, dass dem verwendeten Pulver mit polarem Charakter auch Pulver an derer Substanzen nicht polaren Charak ters beigemengt wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 und 4, dadurch gekenn zeichnet, dass das Pulver auf eine Unter lage solcher Form auffällt, dass sie dem Endprodukt eine bestimmte Form gibt.