CH238737A - Elektrischer Isolator. - Google Patents

Description

  Elektrischer Isolator.    Zahlreiche verlustarme keramische     Iso-          lierwerkstoffe,    sowohl mit einer hohen als  auch mit     einer    niedrigen     dielektrischen    Kon  stante, sind bekannt. Namentlich bei den  Werkstoffen     mit        einer    hohen     dielektrischen     Konstante ist der Temperaturkoeffizient  häufig sehr wichtig. Entsprechend ihrem  Zweck kann die     Zusammensetzung    derart ge  wählt werden, dass der     Temperatuikoeffizient     der     dielektrischen    Konstante entweder positiv  oder negativ, oder sehr wenig von Null ver  schieden ist.  



  Unter dem Temperaturkoeffizienten der       dielektrischen    Konstante eines     Isolierwerk-          stoffes    ist im vorliegenden Fall der aus       Messungen    der Kapazität eines mit diesem  Material als     Dielektrikum    hergestellten     Kon-          densators    bei verschiedenen Temperaturen  erhaltene     Wert    zu verstehen ohne irgend  welche     Korrektion    für die wegen Wärme  ausdehnungen eintretenden     Änderungen.     



  Die     Erfindung    erlaubt, das Gebiet der  auf keramischem Wege hergestellten verlust-    armen     Isolierwerkstoffe    mit hoher     dielektri-          scher    Konstante, und zwar mit Hilfe von       Ceriogyd,    weiter     auszudehnen.     



  Durch     Sinterung    von     Ceriogyd,    das ent  sprechend seiner Reinheit bei Temperaturen  von 1450 bis 1600  C dichtgesintert werden  kann, können nach der'     Erfindung    Produkte  mit     einer        dielektrischen    Konstante von z. B.  35 und einem schwachen positiven Tempera  turkoeffizienten der     dielektrischen    Konstante,  nämlich     -f-    80 X     10-6    je<B>'</B> C erhalten werden.  



  Zur Herabsetzung der     Sinterungstempe-          ratur    oder zur     Beeinflussung    der     dielektri-          schen    Eigenschaften kann man gewünschten  falls keramische Zuschlagstoffe, z. B. Ton  oder     Speckstein,    verwenden. Dabei muss aber  dem Umstand     Rechnung    getragen werden,  dass     alkalihaltige    Werkstoffe im     allgemeinen     die     dielektrischen    Verluste erhöhen.

   Weiter  ist     hierbei        in    Betracht zu ziehen, dass die er  wähnten Zuschlagstoffe eine niedrige     dielek-          trische    Konstante, z. B. etwa 5, und einen  hohen positiven     Temperaturkoeffizienten    der           dielektrischen    Konstante, z. B. 500     > <     10-1  je   C,     haben,    so dass durch deren Zusatz die       dielektrische    Konstante herabgesetzt und der  Temperaturkoeffizient erhöht wird.  



  Durch Verwendung von     Titandioxy    d als  Zuschlagstoff, das eine hohe     dielektrische     Konstante und einen hohen negativen Tem  peraturkoeffizienten besitzt, lassen sich für  bestimmte Anwendungen     in        dielektrischer     Hinsicht interessante Ergebnisse erzielen, weil  der Temperaturkoeffizient der     dielektrischen     Konstante schwächer positiv, gleich Null  oder     gewünschtenfalls    auch negativ gemacht  werden kann und weiter die     dielektrische     Konstante selbst noch stark gesteigert wird.  



  Wie üblich, werden die     Zuschlagstoffe    in  beschränkten, immer weniger als die Hälfte  des Gemisches betragenden Mengen ver  wendet.  



  Es ist bekannt, dass bei Verwendung von       Titandioxyd    für keramische Isolierwerkstoffe  dafür Sorge getragen werden muss, dass keine  Reduktion zu leitendem niedrigerem Oxyd  eintritt. Dies kann durch Anwendung einer  hinreichend oxydierenden Atmosphäre erzielt  werden.

   Falls beim Sintern eine Reduktion  erfolgt ist, so kann man diese dadurch rück  gängig machen,     da.ss    von der     Sinterungs-          temperatur    an so langsam bis auf eine Tem  peratur unterhalb der     Temperatur,    bei der  beim Erhitzen Sauerstoffabspaltung einzu  treten anfing, abgekühlt wird, oder dass so  lange bei einer     darunterliegenden    Tempera  tur, bei der Sauerstoffaufnahme stattfinden  kann, nacherhitzt wird, bis ein vollständig  oxydiertes Produkt entstanden ist.  



  Obwohl in geringerem Masse als bei Titan  dioxyd, besteht auch bei     Cerioxyd    die Gefahr  der Bildung eines leitenden niedrigeren  Oxyds, was bei den Isolatoren nach der Er  findung vermieden werden kann. Dazu ist  im allgemeinen Sintern an der Luft hin  reichend. Bei Verwendung von     Titandioxy    d  als Zuschlagstoff ist es erwünscht, in höherem  Masse der Reduktion entgegenzuwirken, z. B.  durch Lufterneuerung oder durch Anwen  dung einer Sauerstoffatmosphäre.

   Falls beim         Sintern    eine gewisse Sauerstoffabspaltung  erfolgt ist, so kann durch das Verfahren der  langsamen     Abkühlung    oder Nacherhitzung,  das oben für     Titandioxyd    erwähnt worden  ist, das reduzierte Oxyd wieder vollständig  oxydiert     werden.     



       Weiter        hat    man zur Erzielung von kera  mischen Isolatoren aus     Titandioxy    d mit  niedrigen     dielektrischen    Verlusten empfohlen,  nach dem     Sintervorgang    von einer Tempera  tur von wenigstens 1100  C rasch abzukühlen.

         Aueli    bei den Isolatoren nach der Erfindung,  insbesondere falls sie     Titandioxyd    enthalten,  kann zum Zwecke, die     dielektrischen    Ver  luste niedrig zu halten, entsprechend vor  gegangen werden,     wodurch    Erzeugnisse mit       einem        tg        ö    kleiner als     10-3,    gemessen bei       ?00        ni        Wellenlänge,        crlialten    werden.  



  Diejenigen     erfindungsgemässen    Isolatoren,  die einen niedrigen Temperaturkoeffizienten  der     dielektrischen    Konstante     haben,    sind ins  besondere zur     Verwendung    als     Dielektrikum          für        Kondensatoren    geeignet, die zur Verwen  dung in     Schaltungen    bestimmt sind, bei  denen Temperaturabhängigkeit der Kapazi  tät     unerwünscht    ist; ausserdem haben diese       Isolatoren    noch den Vorteil einer hohen     di-          elektrischen    Konstante.  



  Für     bestimmte    Schaltungen, z. B. zum  Ausgleich des     Temperatureinflusses    von Kon  densatoren mit     Dielektrika    mit einem hohen  negativen     Temperaturkoeffizienten    und einer  hohen     dielektrischen    Konstante, die z. B.  ganz oder teilweise aus     Titandioxyd    be  stehen,     kann        man    vorteilhaft     Dielektrika     nach der Erfindung verwenden, die einen  hohen positiven Temperaturkoeffizienten und  eine noch ziemlich hohe     dielektrische    Kon  stante haben. Dazu kann man z.

   B.     alkali-          arme    Tonarten mit einem hohen positiven       Temperaturkoeffizienten    als Zuschlagstoff,  und zwar bis zu einem Maximum z. B. von  etwa.<B>30%</B> des Gemisches, verwenden, weil  sonst die     dielektrische    Konstante zu niedrig  wird.  



  Die     Erfindung    wird an Hand einiger  Ausführungsbeispiele näher erläutert.      <I>Beispiel 1:</I>       Pulverförmiges        Cerioxyd    (Analyse: 98,8 %       Ce02,    0,3 %     Si02,    0,55 %     FeO"    0,31 % Glüh  verlust)     wird    unter hohem Druck zu einem  Plättchen gepresst und während einer halben  Stunde bei 1500 C an der Luft gesintert,  worauf in     etwa    einer halben Stunde bis  Zimmertemperatur abgekühlt wird.

   Das er  haltene dichtgesinterte Erzeugnis hat eine       dielektrische    Konstante von 35, ein     tg        ö    von  4 X     10-4    bei 200 m und einen Temperatur  koeffizienten der     dielektrischen    Konstante  von     -f-    80 X     10-6    je   C.

      <I>Beispiel 2:</I>  Ein     Gemisch    von 90 Gewichtsprozent       Cerioxyd    (Analyse: 98,4%     Ce02,    1,24%       S10,    0,06%     Fe203,    0,14%     Glühverlust)    und  10     Gewichtsprozent    Ton (Analyse:

   46,1       S102,    39,3.%     A1203,   <B>0,8%</B>     Fe2O3,    0,15       Ca0,        0,15%        Na20        +        K20,    13,4%     Glüh-          verlust)    wird mit einer wässerigen     Tragant-          lösung    zu einer plastischen Masse geknetet.  Davon wird ein Röhrchen gepresst, das       während    20 Minuten bei 1350 bis 1400 C au  der Luft gesintert und darauf rasch ab  gekühlt wird.  



  Das erhaltene dichtgesinterte Produkt  hat eine     dielektrische    Konstante von 26, ein       tg        Ö    von 9 X     10-4    bei 200 m und einen  Temperaturkoeffizienten der     dielektrischen     Konstante von     +   <B>380</B> X     I0-6    je   C.

      <I>Beispiel 3:</I>  Ein Gemisch von 95 Gewichtsprozent       Cerioxyd    (Analyse:     99,6%        Ce02,    0,09       SiO2,    0,2%     Fe203,        0,15%    Glühverlust) und 5  Gewichtsprozent     Titanoxyd    (Analyse:

   98,6       T102,    0,2%     Fe20a,   <B>0,3%</B>     A1203,   <B>0,5%</B>     S03,     0,2 %     P20,    0,1 %     Glühverlust)    wird entspre  chend     Beispiel    2 zu einem Röhrchen ge  presst, während einer halben     Stunde    bei etwa  1300  C in einem Sauerstoffstrom erhitzt,  darauf in 10 Minuten bis zu 1100 C und  dann rasch an der Luft abgekühlt.  



  Das erhaltene dichtgesinterte Erzeugnis  hat eine     dielektrische    Konstante von 36, ein       tg        ö    von 8,1 X     10-4    bei 200 m und     einen            Temperaturkoeffizienten    der     dielektrischen          Konstante    von     -i-    8,4 X     10-6    je   C.    <I>Beispiel</I>  Ein Gemisch von 90 Gewichtsprozent       Cerioxyd    und 10 Gewichtsprozent     Titanoxyd     (Analyse entsprechend Beispiel 3)     wird     gemäss Beispiel 3 verarbeitet.  



  Das erhaltene dichtgesinterte     Produkt    hat  eine     dielektrische    Konstante von 39, ein     tg        Ö     von 6,2 X 10--4 bei 200 m     und        einen    Tempe  raturkoeffizienten der     dielektrischen    Kon  stante von -64 X     10-6    je     a    C.

Claims (1)

1. PATENTANSPRüCHE: I. Elektrischer Isolator, dadurch gekenn zeichnet, dass er aus einer dichtgesinterten Masse besteht, die mindestens 50 Gewichts prozent Cerioxyd enthält. II. Verfahren zur Herstellung eines elek trischen Isolators nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine mindestens 50 Gewichtsprozent Cerioxyd enthaltende Masse nach dem Formen in einer oxydieren den Atmosphäre dichtgesintert wird. UNTERANSPRüCHE: 1.

   Elektrischer Isolator nach Patentan spruch I, dadurch gekennzeichnet, dass er einen alkaliarmen Zusatzstoff enthält. 2. Elektrischer Isolator nach Patentan spruch I und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass er Titandioxyd als Zusatz stoff enthält. 3. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass der Isolator von einer Temperatur von wenigstens 1100 C so schnell abgekühlt wird, dass der dielektrische Verlustfaktor, gemessen bei einer Wellen länge von 200 m weniger als 10<B>--3</B> beträgt. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass der Isolator von der Sinterungstemperatur an so langsam bis auf eine Temperatur unterhalb der Tempera tur; bei der beim Erhitzen Sauerstoffabspal tung einzutreten anfing, abgekühlt wird, dass ein vollständig oxydiertes Produkt entsteht. 5. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass der Isolator so lange bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur, bei der beim Erhitzen Sauer stoffabspaltung einzutreten anfing, nach- erhitzt wird, bis ein vollständig oxydiertes Produkt entstanden ist.