CH208423A - Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus keramischem Isolierstoff. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus keramischem     Isolierstoff.            Die    Erfindung betrifft die Herstellung  eines insbesondere als     Dielektrikum    für  Kondensatoren geeigneten Gegenstandes aus  keramischem Isolierstoff mit     einem        dielek-          trischen    Verlustfaktor, der, bei einer Wellen  länge von 200 m, kleiner als 2 X     10-3    ist.  



  Die Verwendung von     Titandioxyd,    insbe  sondere dessen     Rutilmodifikation,    ist bereits  für diesen Zweck empfohlen worden.  



  Kleine Platten, Röhren oder dergleichen  aus     gesintertem        Titandioxyd    können durch  die bekannten keramischen Verfahren, z. B.  durch Erhitzen des     Titandioxyds,    Mahlen des  erhitzten Materials und Pressen mit     Hilfe     eines organischen Bindemittels, das während  des auf das Pressen folgenden     Sinterns    voll  ständig verbrennt, hergestellt werden.  



  Wir haben nun     gefunden,    dass besondere  Vorkehrungen bei der Verarbeitung von       Titandioxyd    zu dicht gesinterten keramischen  Isolatoren getroffen werden müssen, um Pro  dukte mit geringen     dielektrischen    Verlusten  zu     bekommen,    da es sich gezeigt hat, dass    auch im Falle eines sorgfältig durchgeführ  ten oxydierenden     Sinterns        Produkte    mit  einem hohen     die'lektrischen    Verlustfaktor  entstehen können, welche     insbesondere    als       Kondensatordielektrikum    ungeeignet sind.

    Der Erfindung liegt die     Erkenntnis    zu  grunde, dass dies im wesentlichen auf die  Weise der Abkühlung nach dem     Sintern     zurückzuführen ist.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren zur  Herstellung eines insbesondere als     Dielektri-          kum    für     Kondensatoren    geeigneten Gegen  standes aus keramischem Isolierstoff ist da  durch gekennzeichnet, dass man     einen    dicht  gesinterten     Titandioxydkörper,    der keine  nennenswerte Menge eines     niedrigeren    Titan  oxyds enthält, wenigstens zwischen 1000 und  <B>700'</B> C so     schnell    abkühlen lässt, dass der       dielektrische    Verlustfaktor kleiner als  2 X 10-3 bei einer Wellenlänge von 200 m  wird.

   Die     schnelle    Abkühlung soll jedenfalls  bis     wenigstens   <B>700'</B> C vor sich gehen, da  unterhalb dieser letzteren Temperatur nur      noch geringe Änderungen des     dielektrischen     Verlustfaktors auftreten.  



  Es ist in bezug auf das Sintern zu be  merken. dass sich in den in der keramischen  Industrie meist     verwendeten    Ofen Verbren  nungsgase entwickeln. Dies hat zur Folge,  dass sich das zu sinternde Material in einer  Atmosphäre befindet., die nicht ausschliess  lich aus Luft besteht, sondern mehr oder  weniger Verbrennungsgase enthält. Auch  wenn eine solche Sauerstoffmenge im Ver  hältnis zu den in Frage kommenden Verbren  nungsgasen vorhanden ist, dass die     Sinte-          rungsatmosphäre    im Wesen oxydierend ist,  tritt Bildung eines elektrisch leitenden     Titan-          oxyds    von niedrigerer     Valenzstufe    auf.

   Je  stärker die Atmosphäre durch die Anwesen  heit von Verbrennungsgasen verunreinigt ist,  um so niedriger ist die Temperatur, bei der  diese Bildung niedrigeren     Titanoxyds    ein  setzt.  



  In diesen Fällen, in welchen der Körper  nach dem Sintern niedrigeres     Titanoxyd     enthält, was für den     dielektrischen    Verlust  faktor von Nachteil ist, soll dem Gegenstand  Gelegenheit     gegeben    werden, wieder Sauer  stoff zur Rückbildung des     Titandioxyds    auf  zunehmen.

   Dies kann dadurch erzielt werden,  dass nach dem Sintern zunächst so langsam  von der zwischen 1400 und<B>1500</B>   C liegen  den     Sinterungstemperatur    bis unterhalb der  Temperatur, bei der die Bildung von niedri  gerem     Titanoxyd    eingesetzt hatte, abgekühlt  wird, oder so lange Zeit auf einer Tempera  tur unterhalb der Temperatur, bei der die  Bildung von niedrigerem     Titanoxyd    einge  setzt hatte, gehalten wird, dass vollständige  Rückbildung des     Titandioxyds    stattfindet.  



  Hierzu ist zu bemerken, dass der soeben  erwähnte Wunsch nach einer langsamen  Kühlung unter gewissen ungünstigen Bedin  gungen dem Bedürfnis nach schneller Küh  lung zwischen 1000 und<B>700'</B> C entgegen  stehen kann, denn wenn die Bildung eines  niedrigeren     Titandioxyds    in wesentlichem  Masse erfolgt ist, kann es vorkommen, dass die  Temperatur, bei der dessen Bildung einge  setzt hatte, so niedrig ist, dass die langsame    Kühlung von der     Sinterungstemperatur    an  bis auf eine Temperatur ganz nahe bei der  oder sogar unter der vorerwähnten Tempera  tur von<B>1000</B>   C fortgesetzt werden     müsste,    so  dass die Erzielung eines guten Endergebnisses  schwierig     bezw.    unmöglich wird.

   Ein solcher       Umstand    kann vorliegen, wenn die Verbren  nungsgase des Ofens direkt mit dem zu  sinternden     Titandioxyd    in     Berührung    kom  men, wie dies z. B. in kontinuierlichen  Durchführungsöfen der     Fall    sein kann.

   Die  Bedingungen zur Erzielung eines guten  Endergebnisses sind daher wesentlich vorteil  hafter, wenn     indirekte    Gasheizung angewen  det wird, wobei die Menge     verunreinigender     Gase auf dasjenige Mass beschränkt ist, das  sich infolge Diffusion durch die feuerfeste  Wand ergibt, die den Heizraum von der Gas  atmosphäre trennt, in     welcher    der zu     sin-          ternde        Titandioxydgegenstand    enthalten ist.  Es ist. deshalb von besonderem     Vorteil,    auch  bei     indirekter    Gasheizung, für     besondere          Lufterneuerung    Sorge zu tragen.  



  Wenn die     Gasverunreinigung        iri    der  oxydierenden Atmosphäre, z. B. durch Er  hitzung in einem elektrischen Ofen mit einer  Platinwicklung als Heizelement, vermieden  oder ganz ausgeschlossen wird, erfolgt Bil  dung von niedrigerem     Titanoxyd    gar nicht  oder in so geringem Masse, dass bei schneller  Abkühlung an der Luft sogar von der     Sinte-          rungstemperatur    bis zur     Zimmertemperatur,     der fertige Gegenstand so wenig vom niedri  geren     Titanoxyd    enthält, dass der     dielek-          trische    Verlustfaktor kleiner ist,

   als 2     >/    10-s  bei einer Wellenlänge von 200 m.  



  Es ist zu erwähnen, dass die Erfindung  mit gutem Erfolg auch bei einem     gesinterten          Titandioxydgegenstand    angewendet werden  kann, bei dessen     Herstellung    die vorher er  wähnten Vorkehrungen nicht getroffen wor  den waren. In diesem Fall wird der Gegen  stand derart von neuem erhitzt, dass der vor  handene Sauerstoff Zeit und Gelegenheit hat,  zwecks Bildung von     T10=        hineinzudiffundie-          ren,    wie dies vorher auseinandergesetzt  wurde.

   Zu diesem Zwecke kann diese Er  hitzung während einer hinreichend langen      Zeit in einer     geeigneten.'    oxydierenden Atmo  sphäre bei einer Temperatur von zum Bei  spiel 1200   C durchgeführt werden, darauf  kann genügend schnell bis zur Zimmertem  peratur gekühlt werden.  



  Weil keine der     dielektrischen    Konstante  nachteiligen keramischen Hilfsstoffe zuge  setzt zu werden brauchen, hat der gemäss der       Erfindung    erhaltene     keramiscbe    Gegenstand  den besonderen     Vorteil    eines niedrigen     dielek-          trischen    Verlustfaktors, sowie einer     besonders     hohen     dielektrischen    Konstante. Auf diese  Weise kann eine     dielektrische        Konstante    von  etwa 90 erhalten werden.  



  Bekanntlich können Verunreinigungen,  wie     Alkaliverbindungen,    den     dielektrischen     Verlustfaktor ungünstig beeinflussen. Es ist  deshalb erwünscht, von einem nicht zu un  reinen     Titandioxydhandelsprodukt    auszu  gehen und ferner zu verhindern, dass während  des Brennens solche Verunreinigungen aus  der Umgebung aufgenommen werden können.  



  An Hand einiger Ausführungsbeispiele  soll die Erfindung näher erläutert     werden.     <I>Beispiel I:</I>       Titandioxyd    in der     Anatasmodifikation     wird<B>1.5</B> Minuten lang auf<B>1300'</B> C erhitzt,  wobei das Material sintert und in     Rutil    über  geführt wird.     DiQ    so erhaltenen harten Brocken  werden zerschlagen und das Pulver in einer  Kugelmühle, deren Material aus einer harten  Porzellanart mit guten     dielektrischen    Eigen  schaften besteht, unter Zusatz von destillier  tem Wasser zermahlen.

   Darauf wird das       Titandioxyd    mit     Tragant    und destilliertem  Wasser gemischt, in Form kleiner Röhren  gepresst und getrocknet. Die so erhaltenen  Röhrchen werden in passende Kassetten aus  gesintertem reinem Aluminiumoxyd gescho  ben und in einem Ofen, mit dem kontinuier  lich     gearbeitet    werden kann und in dem die  Verbrennungsgase nicht von erhitzten Kas  setten getrennt gehalten werden, geheizt, wo  bei die Röhrchen sich annähernd 10 Minuten  in der heissesten Zone (annähernd 1470' C)  befinden und darauf in annähernd     1#.    Stunde  bis annähernd<B>500'</B> C abkühlen, worauf eine         Abkühlung    auf     Zimmertemperatur    folgt.

   Die       gesinterten    Röhrchen ohne Kassetten werden  nun annähernd 10     Minuten    lang auf 1200   C  in     einem    Rohrofen mit indirekter Gasheizung  erhitzt und es wird für gute Lufterneuerung  in der Röhre Sorge getragen. Nach Ablauf  dieser Erhitzung lässt man die     Röhrchen     ausserhalb des     Ofens    an der Luft bis auf  Zimmertemperatur rasch abkühlen.  



  Das so erhaltene Produkt hat einen       dielektrischen        Verlustfaktor    von 0,7 bis  1,0 X 10-3 bei 200 m und     eine        dielektrische     Konstante von 90.  



  <I>Beispiel</I>     II:     Eine kleine, auf die in Beispiel I be  schriebene Weise geformte und getrocknete       Titandioxydplatte    wird in einem waagrecht  angeordneten Rohrofen an einem     Alumi-          niumoxydstäbchen    aufgehängt und unter An  wendung     indirekter    Gasheizung 10 Minuten       lang    auf 1470   C erhitzt. Darauf lässt man  den Ofen in 20 Minuten bis auf<B>1100'</B> C ab  kühlen und nimmt dann das gesinterte  Plättchen aus dem Ofen, um es in Luft bis  auf     Zimmertemperatur    rasch abkühlen zu  lassen.  



  Das so erhaltene Produkt hat einen       dielektrischen    Verlustfaktor von 0,3 X 10-3  bei 200 m und eine     dielektrische        Konstante     von 90.  



  <I>Beispiel</I>     III:     Ein auf die in Beispiel I beschriebene  Weise geformter und getrockneter Titan  dioxydgegenstand wird in einem     schräg    an  geordneten Rohrofen, der an beiden Enden  geöffnet ist, durch     indirekte    Gasheizung  10 Minuten lang auf 1470' C erhitzt. Nach  Ablauf dieser Zeit entfernt man den gesin  terten Gegenstand langsam aus dem Ofen, so.

    dass die Abkühlung des Gegenstandes in eini  gen     Minuten    bis auf<B>1100'</B> C in weniger  heissen Zonen des Ofens vor sich geht oder  man zieht auch den     Gegenstand    schnell aus  dem Ofen und bringt ihn in einen kleinen  elektrischen Ofen von<B>1000'</B> C mit Nickel  chromwindungen ein, wo er     annähernd    1 Mi  nute lang verbleibt, darauf lässt man ihn      ausserhalb des Ofens rasch auf Zimmer  temperatur abkühlen. Wird eine genügend  grosse Luftmenge     durch    das Ofenrohr gebla  sen, so können die     Abkühlungszeiten    noch  verkürzt "erden.  



  Das so erhaltene Produkt hat einen       dielektrischen    Verlustfaktor von 0,5 X 10-3  bei     \2(_1l1        m    und eine     dielektrische        Konstante     von 90.  



       Beispiel   <I>IU:</I>  Ein auf die im Beispiel I     lic        schriebene     Weise     geformter    und getrockneter     Titan-          dioxydgegenstand    wird in einen elektrischen  Ofen, dessen Heizelement aus     einer    Platin  drahtwicklung besteht. 10     ?Minuten    'lang auf  1470' C erhitzt, worauf eine rasche Abküh  lung ausserhalb des Ofens bis auf Zimmer  temperatur folgt.  



  Das so erhaltene Produkt hat einen       dielektrischen    Verlustfaktor von 1,3 X     l0-3     bei 200 m und eine     dielektrische    Konstante  von 90.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zur Herstellung eines insbeson dere als Dielektrikum für Kondensatoren geeigneten Gegenstandes aus keramischem Isolierstoff, dadurch gekennzeichnet, dass man einen dichtgesinterten Titandioxyd- körper, der keine nennenswerte Menge eines niedrigeren Titanoxyds enthält, wenigstens zwischen 1000 und 700 C so schnell ab kühlen lässt, da.ss der dielektrisehe Verlust faktor kleiner als 2 y 10-3 bei einer Wellen länge von 200 m wird.

   UN TERANSPRtrCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass ein dicht gesinterter Titandioxydkörper, der nie- drigeres Titanoxyd enthält, nach dem Sintern zunächst so langsam von der Sinterungstemperatur bis unterhalb der Temperatur, bei der die Bildung von nie drigerem Titanoxyd eingesetzt hatte, ab gekühlt wird, dass vollständige Rückbil dung des Titandioxyds stattfindet. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass ein dicht gesinterter Titandioxydkörper, der nie drigeres Titanoxyd enthält., nach dem Sintern zunächst so lange Zeit auf einer Temperatur unterhalb der Temperatur, bei der die Bildung von niedrigerem Titan oxyd eingesetzt hatte, gehalten wird, dass vollständige Rückbildung des Titan- dioxyds stattfindet. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der Titan dioxydkörper erhalten wird durch Mischen von Titandioxyd mit einem beim Sintern vollständig verbrennenden organischen Bindemittel, darauffolgendes Pressen, Trocknen und Sintern. 4. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern mittels Gasheizung er folgt und die Lufi in dem Raum, in dem der zu sinternde Titandioxy dkörper ent halten ist, erneuert wird. PATENTANSPRUCH 1I: Nach dem Verfahren gemäss Patentan spruch I erhaltener Gegenstand.