DE1014476B

DE1014476B - Verfahren zur Verbesserung von Eigenschaften keramischer Stoffe

Info

Publication number: DE1014476B
Application number: DEB32341A
Authority: DE
Inventors: Harold Rawson; Jean Eleanor Jamieson Dods
Original assignee: British Thomson Houston Co Ltd
Current assignee: British Thomson Houston Co Ltd
Priority date: 1953-08-24
Filing date: 1954-08-23
Publication date: 1957-08-22

Description

Verfahren zur Verbesserung von Eigenschaften keramischer Stoffe Keramische Stoffe, die aus Forsterit, Steatit und Wollastonit hergestellt sind, besitzen für viele Verwendungszwecke sehr erwünschte Eigenschaften. Auf Grund der Tatsache, daß diese Materialien leicht pulverisiert werden können, ist es z. B. möglich, Formteile aus diesen Massen herzustellen, die dann zu einem festen Körper gebrannt werden.
Bereits seit einiger Zeit ist bekannt, daß der geringe dielektrische Verlust dieser keramischen Stoffe - der als Tangens d gemessen wird, wobei 8 der sogenannte Verlustwinkel ist - auf die kristalline Struktur des Materials zurückgeführt werden kann. Die Zugabe gewisser anderer. Bestandteile zu diesen Stoffen, z. B. von Aluminiumoxyd, um eine geeignete Dichte des Formkörpers zu erhalten, kann auf Grund einer verstärkten Bildung der Glasphase zu einer Zunahme des dielektrischen Verlustes -des gebrannten Materials führen.
Die Erfmdung bezieht sich auf die Hitzebehandlung solcher keramischer Stoffe, damit deren elektrische Eigenschaften verbessert werden. Insbesondere der Verlustfaktor tg 8 der Stoffe soll dadurch verringert werden.
Es wurde wünschenswert, keramische Stoffe mit einem Leistungsfaktor von 0,0005 oder weniger insbesondere für die Verwendung in Stromkreisen bei Ultrakurzwellengeräten herzustellen. Bei vielen keramischen Stoffen liegt jedoch der Verlustfaktor über diesem Wert. Es wurde nun festgestellt, daß man bei manchen dieser Stoffe den Verlustfaktor durch eine geeignete Hitzebehandlung beträchtlich reduzieren kann.

Bekannt ist, daß man durch längeres Erhitzen auf Höchsttemperatur beim Brennen der keramischen Massen eine Herabsetzung des Ausdehnungskoeffizienten erreichen kann. Die Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften wurde bisher nur durch eine Änderung der Zusammensetzung der Massen durchgeführt, insbesondere durch Verringerung des Tonerdegehalts und durch Zugabe von Erdalkalioxyden zu dem keramischen Material.

Tabelle I

Keramisches Kaolin

Taleum Mgo si02 CaCO, BaCOs

Material

A ............. 15,44 52,11 22,18 - 15 -

B ............. 15,44 52,11 37,12 - - 4,34

C ............. 15,44 52,11 28,44 - - 13,02

D ............. 15,44 52,11 32,78 - - 8,68

E ............. 3,8 83,9 5,88 - - 10,00

F ............. 3,9 87;0 4,35 - - 10,00

G ............. 4,0 88;6 3,54 - - 10,00

H ............. 4,0 90,3 2,73 - - 10,00

J ............. 4,3 95,7 0 - - 10,00

K ............. 20,0 80,D 4,78 - - 23,40

L ............. 20,0 - - 38,13 60,42 10,00

M ............. 30,0 - - 33,32 47;60 10,00

Gemäß der Erfindung wird nun ein keramischer aluminiumoxydhaltiger Körper mit Scherben vom Forsterit-, Steatit- oder Wollastonit-Typ oder aus einer Masse, die zu einem wesentlichen Anteil aus Aluminiumoxyd besteht, nach dem Brennen mindestens 20 Stunden lang auf eine unterhalb der ursprünglichen Brenntemperatur liegende Temperatur von 850 bis 1300° C erhitzt, wodurch die gewünschte Abnahme des Verlustfaktors in dem Material eintritt.

Die folgende Tabelle I zeigt Beispiele für die Zusammensetzung einer Anzahl von Massen, die nach dem langdauernden Erhitzen gemäß der Erfindung eine günstige Verminderung hinsichtlich- des Leistungsfaktors zeigen.
Die verlängerte Erhitzung soll mindestens 20 Stunden dauern, doch tritt noch eine weiter ansteigende Verbesserung bezüglich des Verlustfaktors auf, wenn die Erhitzungsdauer weiter ausgedehnt wird. Die Temperatur soll hierbei mindestens etwa 850° C betragen und kann je nach dem keramischen Material bis zu 1300° C hoch sein, eine Temperatur, die unterhalb der liegt, bei der das keramische Material bei der Herstellung gebrannt wird. Die Temperatur, bei der man die Erhitzung durchführt, und deren Zeitdauer sollen möglichst so gewählt werden, daß durch die Behandlung der Wert des Verlustfaktors des Materials mindestens um 10 °/o vermindert wird.

Die folgende Tabelle II zeigt die Verbesserung hinsichtlich des Verlustfaktors, die bei der langdauernden Erhitzung gemäß der Erfindung bei den Beispielen erreicht wurde. Die in der ersten Reihe der Tabelle II verwendeten Symbole entsprechen den Symbolen, die bei der Angabe der Zusammensetzung in der Tabelle I gewählt wurden. Sämtliche Untersuchungen wurden bei einer Wellenlänge von 10 cm durchgeführt.

Tabelle II

Keramisches Vor der Behandlung Nach 60 Stunden bei 1000'C

Versuchsmaterial E tg ö

e I tg 8

A ........................ 6,8 0,0006 6,8 I 0,0004

B ........................ 6,1 0,0004 6,2 0,00009

C ........................ 6,6 0,0007 6,6 0,001

D* ....................... 6,2 0,0005 5,6 0,0001

6,9 0,00008

E ........................ 6,3 0,0007 6,1 0,0002

F ........................ 6,3 0,001 6,2 0,0004

G ........................ 5,4 0,001 5,6 0;0003

H ........................ 5,4 0,002 5,0 0,0002

J .:...................... 6,0 0,002 6,0 0,0004

K ........................ 5,8 0,0004 5,8 0,0002

L ........................ 5,8 0,001 6,7 0,0006

M ........................ 6,8 0,0002 6,3 0,0009

* Mit dem Material D wurden zwei Versuche durchgeführt.

Diese Tabelle läßt auch erkennen, daß teilweise noch eine Verbesserung der Dielektrizitätskonstante (e) der Stoffe bei der erfindungsgemäßen Hitzebehandlung eintritt.

Außerdem wurden verschiedene bekannte aluminiumoxydreiche technische keramische Stoffe behandelt, die in der Tabelle III mit den erhaltenen Resultaten aufgeführt sind. Diese Stoffe enthielten mehr als 90 °/o Aluminiumoxyd.

Tabelle III

Vor der 60 Stunden 60 Stunden 60 Stunden

Keramisches Material Behandlung bei 1300°C bei 1200°C bei 1100°C

s [ tg d s tg d e ( tg 8 e tg 8

A1203-reicher Körper ................ 8,7 0,0006 8,7 0,0005 8,3 0,0004 8,3 0;0004

Rekristall. A1203 ................... 8,3 0,0002 8,3 0,0002 8,6 0,0001 8,6 0;00006

A1203 reicher Körper . . . . . . . . . . . . . . . . 8,9 0,0016 8,9 0;0004 8,8 0,0004 8,8 0,0005

desgl. ................ 7,7 0,0005 7,7 0,0003 7,5 0,0002 7,5 0,0001

Bei dem Material nach Art des Aluminiumoxyds wurde festgestellt, daß ein langdauerndes Erhitzen bei einer Temperatur von über 1300° C im allgemeinen zu einer geringeren Verbesserung hinsichtlich des Verlustfaktors führt als die Behandlung bei darunterliegenden Temperaturen.

Die Verbesserungen der elektrischen Eigenschaften der keramischen Stoffe, die durch die erfindungsgemäße Behandlung erhalten werden, können mit einer Entglasung der glasartigen Phase in dem keramischen Material sowie einer Abnahme der Anzahl von Gitterfehlstellen in den Kristallen des Materials erklärt werden. Die Versuche scheinen diese Vorstellung zu stützen, denn wenn die Hitzebehandlung nicht in geeigneter Weise abgeschlossen wird, kann die Menge an glasartiger Phase und die Anzahl von Gitterfehlstellen zunehmen, was dann zu einer Erhöhung des Verlustfaktors führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit Erfolg insbesondere bei keramischen Stoffen, deren Hauptanteil aus Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd und Siliciumoxyd bestand, wobei die Gewichtsverhältnisse im Bereich von etwa 1 bis 10 °/o Aluminiumoxyd, 30 bis 60 °/o Magnesiumoxyd und 40 bis 70 0/ö Siliciumoxyd lagen, bei einer Temperatur zwischen 850 und 1100° durchgeführt. Auch keramische Stoffe, die einen Hauptanteil an Aluminiumoxyd, Calciumoxyd und Siliciumoxyd in den Gew1GhtS-verhältnissen von etwa 10 bis 25 °/o Alurniuspoxyd, 35 bis 48 °/o Calciumoxyd und 45 bis 55 °/o Sileiumaxyd enthielten, zeigten nach einer Temperaturbehandlung zwischen 800 und 950° eine wesentliche Verbesserung ihrer elektrischen Eigenschaften.

Claims

PATENTANSPROGHE: 1. Verfahren zum Verringern der ditrischen Verluste von gebrannten keramischen Körpern mit aluminiumoxydhaltigen Scherben vom Forsterit-, Steatit- oder Wollastonit Typ oder von in einem wesentlichen Anteil aus Aluminiumoxyd bestehenden Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 20 Stunden auf eine unterhalb der ursprüngliche. Brenntemperatur liegende Temperatur von 850 bis 1300° C erhitzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus 1 bis 10 % Al, 03, 30 bis 60 °/o Mg 0 und 40 bis 70% SiOZ bestehende Körper nach dem. Brennen auf eine Temperatur zwischen 850 und 1100° mindestens 20 Stunden lang in einer oxydierenden Atmosphäre erhitzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daB aus 10 bis 25 °/o A1203, 35 bis 48 °/o CaO und 45 bis 55°/o S'02 bestehende Körper nach dem Brennen mindestens 20 Stunden lang in einer oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 800 und 950° erhitzt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 637 916, 705 568; britische Patentschrift Nr. 424 601.