DEP0055730DA - Method of manufacturing a sintered ceramic body - Google Patents
Method of manufacturing a sintered ceramic bodyInfo
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Description
United Insulator Company Limited,United Insulator Company Limited,
Oakcroft Road, Tolworth, Surbiton, Surrey/England.Oakcroft Road, Tolworth, Surbiton, Surrey / England.
■ία dio il un Verfahren■ ία dio il un procedure
Die Erfindung bezieht sich auf keramische Körper, welche geeignet zur Verwendung als dielektrisches Material in Kondensatoren und anderen Gegenständen sind und als Hauptbestandteil Bariumtitanat enthalten, welches 90 oder mehr Gewichtsprozent des Körpers ausmacht. Solche ■Korper sind vornehmlich wegen des hohen Werts der Durchlässigkeit ^er^^^J^m^m von Bedeutung, welche bei ihnen erhalten werden kann.The invention relates to ceramic bodies which are suitable for use as dielectric material in capacitors and other articles and which contain as the main component barium titanate which makes up 90 or more percent by weight of the body. Such ■ body are mainly due to the high value of the permeability ^ he ^^^ J ^ m ^ m of importance, which can be obtained with them.
Diese Körper werden gewöhnlich durch ein Verfahren hergestellt, bei welchem die Bestandteile in einem geeigneten Grade von feiner Unterteilung gut miteinander vermischt, gepresst, ihnen die geeignete Form und Ausmaße gegeben und sie dann einer Erhitzung unterworfen v/erden, um die Teilchen zu sintern und einen genügend starken und starren, nicht porösen keramischen Körper zu erzeugen. Die im allgemeinen verwendeten Formen sind dünnwandige Rohre und dünne, flache Scheiben oder rechteckige Platten. Die stärkste Dicke der Rohrwände und der Scheiben oder Platten (im folgenden als Wanddicke bezeichnet) überschreitet normalerweise nicht etwa 5 mm.These bodies are usually made by a process in which the ingredients well mixed together in a suitable degree of fine subdivision, pressed, given them the appropriate shape and dimensions and then subjected them to heating, to sinter the particles and make a sufficiently strong and rigid, non-porous ceramic To create bodies. The shapes commonly used are thin-walled tubes and thin, flat discs or rectangular plates. The greatest thickness of the pipe walls and washers or panels (hereinafter referred to as wall thickness) normally does not exceed about 5 mm.
Das Erhitzen wird gewöhnlich derart ausgeführt, daß eine große Anzahl der Körper, wenn notwendig auf geeigneten Trägern, zusammen inThe heating is usually carried out so that a large number of the bodies, if necessary on suitable carriers, together in
einen Ofen eingebracht, der Ofen dann geschlossen, die Temperatur dann allmählich auf dem Sinterungsbereich, welcher etwa zwischen 1200 und 1JOO0G ist, gesteigert und dann das Material auf eine verhältnismässig niedrige Temperatur abkühlen gelassen wird, bevor der Ofen geöffnet wird. Bei einer solchen Behandlung kann sich das Ansteigenlassen der Temperatur bis zum Höchstwert über eine Zeit von. 10-bis 12 Stunden oder langer und das Abkühlen von der Höchsttemperatur bis auf 900° herunter über einen Zeitraum von 2-3 Stunden oder mehr erstrecken.is introduced an oven, then closed, the furnace, the temperature is then gradually increased to the Sinterungsbereich, which is approximately between 1200 and 1JOO 0 G and then allowed to cool the material to a relatively low temperature before the oven is opened. Such a treatment can allow the temperature to rise to its maximum value over a period of. 10 to 12 hours or longer and the cooling from the maximum temperature down to 900 ° extend over a period of 2-3 hours or more.
Es wurde gefunden, daß die so hergestellten Körper, während sie eine verhältniamässig hohe Durchlässigkeit (von 500 aufwärts) besitzen, nicht einen genügend hohen Wert an Isolierwiderstand bei gewöhnlicher Raumtemperatur au£§a»-<H*<' und eine sehr beträchtliche Verschlech-It has been found that the bodies produced, while possessing verhältniamässig high permeability (500 and up), not a sufficiently high value of insulation resistance at ordinary room temperature au £ §a "- <H * < 'and a very considerable dete-
terung dieser Eigenschaft er]»* b'OT'M'Mli-ei*, wenn diealteration of this property er] »* b'OT'M'Mli-ei * if the
Temperatur auf 1000C erhöht wird und ferner eine Verschlechterung erleiden, wenn sie einer Dauerspannungsprobe bei dieser und einer niedrigeren Temperatur unterworfen werden. Dieser Mangel beeinträchtigt in ernstlicher Weise die Brauchbarkeit der Körper.Temperature is increased to 100 0 C and also suffer a deterioration when they are subjected to an endurance test at this and a lower temperature. This deficiency seriously affects the usefulness of the body.
&OTfffi*Voler Erfindung werden verbesserte keramische Körper der angegebenen Zusammensetzung erhalten, welche ein solch inneres Gefüge besitzen, daß ihr Isolierwiderstand bei gewohnlicher Raumtemperatur einen hohen Wert aufweist.& OTfffi * Voler invention are improved ceramic bodies of the specified composition obtained, which have such an internal structure that their insulation resistance with ordinary Room temperature has a high value.
Sie besitzen auch befriedigende Werte des Isolationswiderstandes bei 100 und höheren Temperaturen und erleiden keine große Verschlechterung hierin^(in manchen Fällen überhaupt keine), wenn sie bei dieser Temperatur für eine lange Zeit einer angewendeten Spannung ausgesetzt sind. Die verbesserten Körper besitzen auch hohe Werte an Durchlässigkeit, im allgemeinen höhere als die, welche mit Körpern gleicher ZusammensetzungThey also have satisfactory insulation resistance values at 100 and higher temperatures and suffer no great deterioration in this ^ (in some cases none at all) if they are exposed to an applied voltage at this temperature for a long time. The improved bodies also have high levels of permeability, generally higher than those with bodies of the same composition
aber nach dem bisher bekannten Verfahren hergestellt erhalten werden. Sie können z.B. Durchlässigkeitswerte von I5OO bis 4000 aufweisen.but can be obtained by the previously known method. For example, you can use permeability values from 150 to 4000.
Der wesentliche Faktor zur Erzielung derThe main factor in achieving the
verbesserten Struktur isw&ie Verringerung0der Zeit für das Erhöhen der Temperatur von 900° zur Höchsttemperatur und die Verringerung der Zeit für das Abkühlen vom Bereich der Höchsttemperatur auf 9000G herab. Das Erhitzen von 900° auf die Höchsttemperatur und das anschliessende Abkühlen auf 900° kann z.B. stattfinden in etwa 25 Minuten, von welchen etwa 1/4 Stunde die Zeit ist, um den Körper von der Sintertemperatur auf 900° abzukühlen. Es wurde gefunden, daß die verbesserte Struktur erhalten wird, wenn die gesamte Zeit innerhalb derer der Gegenstand auf eine Temperatur von oberhalb 900 gehalten wird, weniger als 3 Stunden ist. Vorteilhafterweise kann diese Zeit auf 1 Stunde für Körper mit einer Wanddicke von nicht aber höchstens 0,5 mm verringert werden.improved structure isw & ie reduction 0 of time for increasing the temperature of 900 ° to the maximum temperature and reducing the time for cooling from the area of maximum temperature to 900 0 G down. The heating from 900 ° to the maximum temperature and the subsequent cooling to 900 ° can take place, for example, in about 25 minutes, of which about 1/4 hour is the time to cool the body from the sintering temperature to 900 °. It has been found that the improved structure is obtained when the total time that the article is held at a temperature above 900 is less than 3 hours. This time can advantageously be reduced to 1 hour for bodies with a wall thickness of not more than 0.5 mm.
Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß der verbesserte Korper erhalten wird, wenn die frischen Gegenstände auf die Höchsttemperatur zur Bewirkung des Sinterns erhitzt und dann von dieser Temperatur abgekühlt werden, aber beides in einer raschen Weise erfolgtlf Gleiche Ergebnisse können bisweilen erhalten werden mit Gegenständen, welche γ schon durch das langandauernde bisherige Verfahren JM JLJuju^gewonnen aber dann einer kurzen WärmebehandlungFrom the foregoing it will be seen that the improved body is obtained when the fresh articles are heated to the maximum temperature to effect sintering and then cooled from that temperature, but both are done in a rapid manner. Similar results can sometimes be obtained with articles which γ already obtained through the long-lasting previous JM JLJuju ^ process but then a short heat treatment
unterworfen werden, in welcher sie schnell .auf Sintertemperatur erhitzt und schnell abgekühlt werden. Demnach ist der bestimmende Schritt bei der Behandlung das verhältnismässig rasche Erhitzen und Abkühlen im Bereich von 900° nach oben auf die Höchsttemperatur von 1200 bis 1300° und von der Höchsttemperatur herab auf 900°.be subjected, in which they are quickly heated to sintering temperature and quickly cooled will. Accordingly, the determining step in the treatment is the relatively rapid heating and cooling in the range of 900 ° upwards to the maximum temperature of 1200 to 1300 ° and from the maximum temperature down to 900 °.
Die mit den verbesserten Körpern erhaltenenThe ones obtained with the improved bodies
Werte des Kraftfaktors sind nicht höher als die, der nach den bisherigen Verfahren hergestellten Körper, und in einigen Fällen sind sie wesentlich niedriger.Values of the force factor are not higher than those produced by the previous processes Body, and in some cases they are much lower.
Die verbesserte 'Aärmebeh and lung kann geeigneter Weise in einem Rohrenofen ausgeführt werden, durch welchen die zu behandelnden Körper entweder allmählich oder schrittweise gefördert werden. Dabei erreichen sie die volle Sintertemperatur in dem mittleren Teil der Rohrlänge und die Abkühlzone am Auslaßende. Durch Kontrolle des Grades der Bewegung der Körper durch das Rohr kann ein geeignetes rasches Erhitzen und Abkühlen erzielt werden.The improved Aärmebeh and treatment can suitably be carried out in a tube furnace through which the body to be treated either gradually or gradually promoted will. They reach the full sintering temperature in the middle part of the Pipe length and the cooling zone at the outlet end. By controlling the degree of movement of the Body through the tube, suitable rapid heating and cooling can be achieved.
Es ist erwünscht, die Bedingungen so einzustellen, daß eine reduzierend Atmosphäre innerhalb des Rohres nicht erhalten wird. Dies kann die Hervorrufung eines kleinen Luftstroms durch das Rohr eerforderlich machen.It is desirable to adjust the conditions so that a reducing atmosphere is not obtained inside the pipe. This can evoke a small one Require air flow through the tube.
Es wurde nun gefunden, daß das Verfahren der Erfindung besonders geeignet für Korper der Art ist, wie sie in de$ #riiv Patent/586 802 beschrieben und beansprucht sind. Von diesen Korpern zeigen solche, welche Euoride der Metalle der II. Gruppe des Feriodiscben Systems enthalten, diejbemarkemswertesten Verbeosemtngen im Volumen-Leitungswiderstand.It has now been found that the method of the invention is particularly suitable for bodies of the type is as described and claimed in de $ #riiv Patent / 586 802. Of these Corpses show those which euorides of the metals of group II of the Feriodisc system contain the most noticeable wear and tear in the volume line resistance.
Die folgenden Beispiele erläutern die Anwendung der Erfindung bei der Herstellung gesinterter Korper verschiedener Form und Zusammensetzung und vergleichen die neuen Korper mit den nach den bekannten Verfahren hergestellten. The following examples illustrate the use of the invention in manufacture sintered bodies of different shape and composition and compare the new bodies with those produced by the known methods.
3a
3b3a
3b
5a
5b5a
5b
Zusammenset
zungPut together
tongue
Form Gesamtzeit Form total time
oberhalb 9000Qabove 900 0 Q
Volumen-Leitungs- Höchstwiderstand nach dem Teuxu.
Ohm/ccm Bauerversuch GVolume-line maximum resistance according to the Teuxu.
Ohm / ccm Bauer test G
12251250
1225
1b1a
1b
4$026th
4 $ 0
2x10 ' '
5x1 o9 11
2x10 ''
5x1 o 9
2x108 .4x10 ™
2x10 8
12251250
1225
2b2a
2 B
48026th
480
5.2X1010 5.2X10 11
5.2X10 10
.7x1O8 6x1O 10
.7x1O 8
1.2.
1.
8x10' '
1x1010 11
8x10 ''
1x10 10
2626th
480480
80 48080 480
1.5x101.5x10
1212th
1.6x101.6x10
1212th
3.1x103.1x10
1111th
1?
1.4x10 ^ 1.4x101?
1.4x10 ^ 1.4x10
1111th
5x105x10
1010
,6x10, 6x10
1238' 12001238 '1200
4b4a
4b
48026th
480
2.7x1010 1.1x10 '^
2.7x10 10
1.4x1O10 8.4x1O 10
1.4x1O 10
12001300
1200
5b5a
5b
54026th
540
1.9x1011 3.6x10 12
1.9x10 11
9x1010 1.6x10 ' !
9x10 10
13251350
1325
1250 12251250 1225
Bei diesen Beispielen waren die geprüften Körper alle rohrförmig und von folgenden Abmessungen: Form Länge Äusserer Durchmesser Wanddicke In these examples, the bodies tested were all tubular and of the following dimensions: shape length outer diameter wall thickness
A 10 mm 3 nun 0,3 21mA 10 mm 3 now 0.3 21 m
B 27 mm 4- mm 0,5 mmB 27 mm 4 mm 0.5 mm
G 15 mm 3 mm 0,7 mmG 15 mm 3 mm 0.7 mm
Im Beispiel 1 (a) war der Körper bereits nach dem bekannten Hitzebehandlungsverfahren während 8 Stunden gesintert worden, bevor er die schnelle Wärmebehandlung erhielt.In example 1 (a), the body had already been subjected to the known heat treatment process sintered for 8 hours before receiving the rapid heat treatment.
Die Zusammensetzungen in Gewichtsteilen (bezeichnet mit W X Y Z) waren folgende:The compositions in parts by weight (denoted by W X Y Z) were as follows:
Bentonit
Ba TiO,
Mg ZrO,H 3 BO 3
Bentonite
Ba TiO,
Mg ZrO,
98
21.0
98
2
bei 75°C während 170 Stunden unterworfen wurde, die folgende Tabelle erläutert, wie die Durchlässigkeit (K) und der Kraftfaktor in einigen Fällen verbessert sind.was subjected at 75 ° C for 170 hours, the following table explains how the permeability (K) and the force factor are improved in some cases.
(tan χ 10 )Force factor
(tan χ 10)
2b2a
2 B
11001200
1100
300300
300
3b3a
3b
16003000
1600
400300
400
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