DE1089525B - Alkali-Blei-Silikatglas mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand - Google Patents
Alkali-Blei-Silikatglas mit hohem spezifischem elektrischem WiderstandInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf neue weiche Gläser für elektrische Zwecke mit hohem spezifischem elektrischem
Widerstand.
Weiche Gläser für elektrische Zwecke sind Gläsers
die in weitem Umfange für die Herstellung von Teilen
bei der Fabrikation verschiedener elektrischer Vorrichtungen, beispielsweise Leuchtröhren oder elektronischer
Entladungsröhren, verwendet werden. Diese Gläser sind besonders brauchbar, weil man sie mit fertigen
Glasteilen unter Temperaturen verschmelzen kann, bei denen diese vorgefertigten Teile noch nicht deformiert
werden, und weil sie einen so hohen spezifischen Widerstand aufweisen, daß sie als Isolator wirken
(spezifische Widerstandsfähigkeit ist der Längswiderstand in Ohm pro Längeneinheit einer gleichmäßigen
Stange von Einheitsquerschnitt). Daher eignen sich diese Gläser besonders zum Herstellen von Hälsen und
Blenden von Leuchtröhren, zur Herstellung von Kolben, zur Verwendung bei_ Farbfernsehröhren,
Fluoreszenslampen und anderen elektronischen Entladegefäßen sowie für andere Zwecke. Verbesserungen
bei der Herstellung von elektronischen Geräten führten zur Forderung nach Gläsern, die für solche Zwecke
verwendet werden können und höheren Spannungen bei geringeren Querschnitten und höheren Betriebstemperaturen
widerstehen können, was zu der Forderung führt, daß die Gläser bei erhöhten Temperaturen
höheren spezifischen Widerstand aufweisen müssen.
Die bisher auf solchen Gebieten zur Anwendung gekommenen weichen Glaszusammensetzungen enthielten
Kieselsäure, Bleioxyd und eines oder mehrere der üblichen Alkalioxyde. Während unter dem Begriff
Alkalioxyde bei der Glasherstellung Natriumoxyd und Kaliumoxyd und in einigen Fällen Lithiumoxyd verstanden
wird (s. Glass Glossary, The American Ceramic Society Bulletin, Vol. 27, Nr. 9, S. 353 bis
362, 1948), wird er in der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen im literaturüblichen chemischen
Sinne insofern verwendet, als ein Oxyd eines der Elemente der I. Gruppe des Periodischen Systems, enthaltend
Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Caesium, darunter verstanden werden soll. Als Alkalioxyd
nur Rubidiumoxyd enthaltende Gläser sind an sich bekannt.
Ziel der Erfindung ist die Verbesserung des spezifischen Widerstandes weicher Gläser für elektrische
Zwecke.
Andere Ziele ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit
den Ausführungsbeispielen, die die Erfindung jedoch nicht beschränken sollen.
Alle Prozent- und Anteilangaben der Bestandteile der Glaszusammensetzung sind Gewichtsprozente bzw.
-anteile, wenn nicht anders angegeben ist.
Alkali-Blei-Silikatglas
mit hohem spezifischem elektrischem
Widerstand
Anmelder:
Corning Glass Works,
Corning, N. Y. (V. St. A.)
Corning, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier,
Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. April 1958
V. St. v. Amerika vom 23. April 1958
Robert Hennah Dalton und" George Bigelow Hares,
Corning, N. Y. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
Es hat sich herausgestellt, daß der spezifische Widerstand weicher Glaszusammensetzungen für elektrische
Zwecke wesentlich durch den Einbau von Rb2 O in das
Glas in Anteilen von wenigstens 1 Teil Rb2 O zu
2Q Teilen des gesamten Alkalioxydes verbessert werden kann. Darüber hinaus läßt sich dieser verbesserte
spezifische Widerstand ohne wesentliche Änderung " anderer vorteilhafter Eigenschaften der Gläser erzielen,
da es möglich ist, die Gesamtmole an Alkalioxyden in einer gegebenen Gewichtsmenge dieser Gläser gleich
derjenigen in früheren Gläsern zu halten.
Insbesondere hat sich herausgestellt, daß weiche Gläser für elektrische Zwecke mit etwa 5 bis 60 %>
PbO, etwa 5 bis 25 % Alkalioxyden und mehr als 15'% SiO2 und zweckmäßig bis zu 20 % anderer verträglicher
anorganischer Oxyde, wie Al2O3, MgO,
CaO und BaO, wesentlich höheren spezifischen Widerstand aufweisen, wenn so viel Rb2O im Glas
vorhanden ist, daß das Verhältnis von
Rb2O
Gesamtalkalioxydgehalt wenigstens 1 :20 beträgt. Gemenge mit geringeren Anteilen an Alkalioxyden als
an Rb2O geben keine wesentliche Steigerung des spezifischen Widerstandes, obwohl keine obere Grenze
für den Anteil an Alkalioxyden, die zu Rb2 O zugegeben
009 608/162
werden können, vorhanden ist, überschreitet dieser Anteil vorteilhaft nicht 3 Teile Rb2O zu 10 Teile Gesamtalkalioxyd.
Gläser mit weniger als 15 Gewichtsprozent Si O2, weniger als 5 Gewichtsprozent Pb
und mehr als 60 Gewichtsprozent PbO werden im allgemeinen nicht für die Zwecke nach der vorliegenden
Erfindung verwendet. Es gibt keine bestimmte obere Grenze für die Alkalioxyde, aber wegen der Annäherung
an den Bereich der Instabilität und aus anderen praktischen Gründen verwendet man zweckmäßig
nicht mehr als insgesamt 25 % von letzteren.
Andere verträgliche Oxyde lassen sich in Gesamtmengen von nicht mehr als 20 Gewichtsprozent hinzugeben,
um andere wünschenswerte Eigenschaften des Glases zu modifizieren. So kann man beispielsweise
Aluminiumoxyd in Mengen bis zu 5% hinzugeben, um die chemische Beständigkeit des Glases zu steigern
und seine Neigung zur Entglasung herabzusetzen. Glasmodifikatoren der II. Gruppe des Periodischen
Systems, wie CaO, BaO und MgO, können einzeln oder in Kombination in Mengen nicht über 15% hinzugegeben
werden, um geringere Änderungen in den Verarbeitbarkeitseigenschaften, beispielsweise der
Schmelztemperatur oder dem Anlaßpunkt, hervorzurufen.
Tabelle I erläutert Glaszusammensetzungen, berechnet in Gewichtsprozenten der Glaszusammensetzung,
mit den Vorteilen gemäß der Erfindung zusammen mit den Widerstands werten für jede Zusammensetzung,
gemessen bei 250 und 350° C. Die gemessenen Widerstandswerte für jedes Beispiel werden mit den Widerstandswerten
eines entsprechenden Glases verglichen, in dem das Rb2O durch eine gleiche molare Menge
K2O ersetzt und der Gewichtsprozentsatz von SiO2
so eingestellt ist, daß der Ersatz möglich ist. Es ist die prozentuale Steigerung des spezifischen Widerstandes,
die durch Einführung von Rb2O erreicht wird, wiedergegeben. Zusammensetzungen
chender Gläser, in denen Rb2O fehlt, sind gleichszwecken angeführt.
entsprezu Ver
SiO2
PbO
Li2O
Na2O
K2O
Rb2O
Cs2O
Sb2O3
Spezifischer Widerstand bei
250° C in X 10-8
(0hm cm)
Spezifischer Widerstand bei
350° C in X 10-«
(Ohm cm)
Widerstandszunahme bei
250° C (°/o)
Widerstandszunahme bei
350ö C
68,7
10,0
0,1
1,5
16,4
3,0
0,3
0,3
2,9
4,7 81
42
67,0
10,0
0,1
1,5
14,8
6,0
0,6
0,3
3,8
4,7 138 42 60,4
20,0
0,1
1,5
18,0
0,3
3,8
6,1
3,8
6,1
58,7
20,0
0,1
1,5
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0,3
6,2
8,5 63 39
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10,7 126
75
50,4
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0,1
1,5
18,0
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48,7
30,0
0,1
1,5
16,4
3,0
0,3
0,3
10,8
12,2
64
31
Fortsetzung Tabelle I
11
12
13
SiO2 -
PbO
Li2O
Na2O
K2O
Rb2O
Cs2O
Sb2O3
Spezifischer Widerstand bei 250° C in X ΙΟ-8 (Ohm cm)
Spezifischer Widerstand bei 350° C in X 10-6 (Ohm cm)
Widerstandszunahme bei 250° C (%) .. Widerstandszunahme bei 350° C (%) ..
47,0
30,0
0,1
1,5
14,8
6,0
0,6
0,3
13,5
14,4 105 44 38,7
40,0
0,1
1,5
16,4
3,0
0,3
0,3
9,4
8,5
34
18
34
18
37,0
40,0
0,1
1,5
14,8
6,0
0,6
0,3
11,6
8,9 66
30,4
50,0
0,1
1,5
18,0
0,3 5,0 4,1
28,7
50,0
0,1
1,5
16,4
3,0
0,3
0,3
5,6
5,8 65 16
27,0
50,0
0,1
1,5
14,8
6,0
0,6
0,3
2,9
6,1 279 22
Fortsetzung Tabelle I
| 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
| 68,8 | 59,7 | 58,8 | 58,0 | 49,7 | 48,8 |
| 20,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 40,0 | 40,0 |
| 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| 8,2 | 9,0 | 8,2 | 7,4 | 9,0 | 8,2 |
| 1,5 | — | 1,5 | 3,0 | — | 1,5 |
| 0,2 | — | 0,2 | 0,3 | — | 0,2 |
| 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| 3,5 | 6,4 | 8,4 | 21,1 | 1,7 | 2,3 |
| 3,2 | 5,6 | 6,8 | 9,4 | 11,1 | 13,6 |
| 46 | — | 31 | 230 | 109 | |
| 10 | 22 | 68 | 23 |
SiO2 ··
PbO
Li2O
Na2O
K2O
Rb2O
Cs2O
Sb2O3
Spezifischer Widerstand bei 250° C in
X 10-10 (Ohm cm)
Spezifischer Widerstand bei 350° C in
X ΙΟ"8 (Ohm cm)
Widerstandszunahme bei 250° C (%) Widerstandszunahme bei 350° C (%)
Fortsetzung Tabelle I
21
22
23
SiO2
PbO
Li2O ....
Na2O
K2O
Rb2O
Cs2O
Sb2O3
BaO
As2O3
Spezifischer Widerstand bei 250° C in X 10-10 (Ohmcm)
Spezifischer Widerstand bei 350° C in X 10-8 (Ohm cm)
Widerstandszunahme bei 250° C (°/o) Widerstandszunahme bei 350° C (°/o)
48,0 40,0 0,1 1,2 7,4 3,0 0,3 0,3
2,9
17,2 164 55
38,8
50,0
0,1
1,2
8,2
1,5
0,2
0,3
50,0
0,1
1,2
8,2
1,5
0,2
0,3
38,0 50,0 0,1 1,2 7,4 3,0 0,3 0,3
3,6
18,8 10,9 67,2
39 51,5
0,2 5,3 2,0
1,5 0,5
89,0
53,6 97,8 80,0
112
75,8 148,0 154,2
Tabellell gibt Beispiele von Glaszusammensetzun- Anwesenheit von Rb2O in der Zusammensetzung ergen
in Gewichtsprozenten, wobei ähnliche Steige--50 halten werden und geringere Anteile von wünschensrungen
des spezifischen Widerstandes durch die werten Bestandteilen vorgesehen sind.
25
26
28
29
SiO2.
PbO .
Li2O
PbO .
Li2O
K2O .
Rb2O
Cs2O
BaO .
CaO .
Al2O3
As2O3
56,5
22,4
0,2
2,6
9,6
1,0 0,1
5,4 0,6 1,2 0,2
57,1 22,5 0,2 2,6 8,5 1,9 0,2 5,5 0,6 0,6 0,2
61,2 20,9
0,1
6,9 6,1 2,1 0,2
0,1
2,1 0,3
57,2 28,6 0,1 3,6 6,5 2,4 0,3
1,0
0,3
Obwohl jede Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung für besondere Zwecke besonders
wertvoll ist, ist das Beispiel Nr. 24 die bevorzugte Zusammensetzung mit extrem hohem spezifischem elektrischem
Widerstand und anderen physikalischen Eigenschaften, die es geeignet machen, um Anschlußdraht
einzuschmelzen.
Die Vorbereitung des Gemenges, das Schmelzen und die Herstellung der Glaszusammensetzung nach der
vorliegenden Erfindung sind dieselben wie für andere Gläser für ähnliche Zwecke ohne Rb2 O und sind daher
dem Fachmann bekannt. Beispiele typischer Glasgemengezusammensetzungen, die sich für die Herstellung
von erfindungsgemäßen Gläsern eignen, sind in der Tabelle III wiedergegeben und so numeriert,
daß sie den Glaszusammensetzungen nach Tabelle I entsprechen.
12
16
22
Sand
Li2CO3
NaNO3
Na2CO3
K2CO3
PbO
Ba(NOj)8
Gemischte Alkalikarbonate
Sb2O3
As2O3
274,8
0,7
11,0
1,6
52,9
40,0
63,3
1,2
1,2
268,1 11,0
40,0
126,5 1,2 188,1
11,0
11,0
126,5
1,2
1,2
143,5
0,9
13,8
1,6
66,1
250
79,1
1,5
1,5
235,4
0,35
11,0
0,8
26,5
120
0,35
11,0
0,8
26,5
120
31,8
1,2
1,2
194,2
0,45
13,8
0,8
33,1
300
0,45
13,8
0,8
33,1
300
39,5
1,5
1,5
190,0
13,8
13,8
300
79,0
1,5
1,5
195,0
257,0 13,0 55,5
Die gemischten Alkalikarbonate sind im Handel in einer Mischung erhältlich, die folgende Zusammen-Setzung
in Gewichtsprozenten aufweist:
K2CO3 71
Rb2CO3 23
Cs2CO3 2,6
Na2CO3 1,7
Li2CO3 0,8
Feuchtigkeit 0,9
Sb2 O3 und As2 O3 wirken nur als Läuterungsmittel
und haben keine wesentliche Einwirkung auf die grundsätzlichen Eigenschaften des Glases, da sich ein
beträchtlicher Anteil während des Schmelz Vorganges und der Läuterung des Glases verflüchtigt. Die
Schmelze schmilzt leicht unter oxydierenden Bedingungen in einem geschlossenen Behälter oder einer
Schmelzwanne bei etwa 1350 bis 1500° C. Vorzugsweise wird das Glas während des Schmelzens und
Läuterns gerührt, um Schlierenbildung auf ein Minimum herabzusetzen.
Alkali-Blei-Silikatgläser, wie sie in den Ansprüchen bezeichnet werden, bedeuten ein Glas, das wesentliche
Anteile von wenigstens 15 Gewichtsprozent Si O2 als Netzbildner, 5 bis 60 Gewichtsprozent Pb O und eine
Gesamtmenge von 5 bis 25 Gewichtsprozent Alkalioxyden und zweckmäßig bis zu einer Gesamtmenge
von 20 Gewichtsprozent anderer verträglicher anorganischer Oxyde, wie Al2O3, MgO, CaO und BaO,
enthalten.
Claims (4)
1. Alkali-Blei-Silikatglas mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand, dadurch gekenn
zeichnet, daß es Rb2O in solcher Menge enthält, daß das Verhältnis von Rb2O zur Gesamtalkalimetalloxydmenge
1:20 bis 3 :10 beträgt.
2. Glas nach Anspruch 1 mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von über 1 Megohm bei
einer Temperatur von 250° C, gekennzeichnet durch einen Gewichtsanteil von mehr als
15'»/·). Si O2, 5 bis 60«/oPbO und 5 bis 25% Alkalioxyd,
wobei die Gesamtmenge solcher wesentlicher Oxyde wenigstens 80 %>
der Gesamtzusammensetzung beträgt und der Rest verträgliche Oxyde umfaßt.
3. Glas nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Anteil von 0 bis 5 Gewichtsprozent
Al2O3 und einer Gesamtmenge von 0 bis 15 Gewichtsprozent
Erdalkalioxyden, z. B. von MgO, CaO und BaO.
4. Glas nach Anspruch 1, 2 und 3, gekennzeichnet im wesentlichen durch einen Anteil von 39 Gewichtsprozent
SiO2, 51,4 Gewichtsprozent PbO, 0,2 Gewichtsprozent Na2O, 5,1 Gewichtsprozent
K2, 2,0 Gewichtsprozent Rb2O, 0,2 Gewichtsprozent
Cs2O und 1,5 Gewichtsprozent BaO.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 240 085.
Deutsche Patentschrift Nr. 240 085.
© 009 608/162 9.60
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
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