DE3405205A1 - Gesintertes aluminiumoxidprodukt - Google Patents
Gesintertes aluminiumoxidproduktInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein gesintertes Aluminiumoxidprodukt hoher dielektrischer Durchschlagsfestigkeit
bei erhöhten Temperaturen.
Dicht gesinterte Aluminiumoxidprodukte werden in weitem
Umfang bei hohen Temperaturen als elektrische Isoliermaterialien eingesetzt, da sie eine hohe mechanische
Festigkeit und Isolierbeständigkeit bei erhöhten
Temperaturen mit einer hohen Hitzebeständigkeit und dielektrischen Durchschlagsfestigkeit vereinigen. Die einzige Kenntnis bezüglich ihrer dielektrischen Durchschlagsfestigkeit bei erhöhten Temperaturen besteht darin, daß sie mit zunehmendem Aluminiumoxidgehalt
steigt.
Temperaturen mit einer hohen Hitzebeständigkeit und dielektrischen Durchschlagsfestigkeit vereinigen. Die einzige Kenntnis bezüglich ihrer dielektrischen Durchschlagsfestigkeit bei erhöhten Temperaturen besteht darin, daß sie mit zunehmendem Aluminiumoxidgehalt
steigt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die dielektrische
Durchschlagsfestigkeit gesinterter Aluminiumoxidprodukte in enger Beziehung zur Zusammensetzung
der Hilfskomponenten steht.
Erfindungsgemäß wird dem Fachmann ein gesintertes
Aluminiumoxidprodukt verbesserter dielektrischer
Durchschlagsfestigkeit bei erhöhten Temperaturen an die Hand gegeben.
Aluminiumoxidprodukt verbesserter dielektrischer
Durchschlagsfestigkeit bei erhöhten Temperaturen an die Hand gegeben.
Gegenstand der Erfindung ist ein gesintertes Aluminium-
-ΑΙ _ oxidprodukt mit 90-98 Gew.-% Aluminiumoxid als Hauptkomponente
und als Hilfskomponenten nicht mehr als 1 Gew.-% BaO und 1-10 Gew.-% eines zusammengesetzten
Oxids einer Zusammensetzung innerhalb des in dem in Fig. 1 dargestellten SiO^CaO-MgO-Phasendiagramm liegenden
Sechsecks ABCDEF (mit Ausnahme der Linie AF).
Ferner betrifft die Erfindung ein gesintertes Aluminiumoxidprodukt
mit 90 - 98 Gew.-% Aluminiumoxid als Hauptkomponente und als Hilfskomponenten nicht mehr als
1 Gew.-% BaO, 0,1 - 0,9 Gew.-% B3O3 und 0,1 - 9,9 Gew.-%
eines zusammengesetzten Oxids einer Zusammensetzung innerhalb des in dem in Fig. 1 dargestellten SiO2-CaO-MgO-Phasendiagramm
liegenden Sechsecks ABCDEF (mit Ausnahme der Linie AF).
Die (Ausgangs-)Materialien für die einzelnen Komponenten
der erfindungsgemäßen Sinterprodukte sind nicht auf die in den Ausführungsbeispielen angegebenen Materialien
beschränkt, d.h, es können nicht nur Oxide, sondern auch Hydroxide, Chloride, Carbonate, Nitrate und sonstige
Salze sowie Metallpulver und beliebige sonstige Materialien, die nach dem Sintern in Oxide umgewandelt
wurden, eingesetzt werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 ein SiO^CaO-MgO-Phasendiagramm;
Fig. 2 eine Frontansicht eines schematisch dargestellten gesinterten Aluminiumoxidprüflings·zur Messung
der dielektrischen Durchschlagsspannung;
gg Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
zur Ermittlung der dielektrischen Durchschlagsspannung eines gesinterten Aluminiumoxidprodukts
und
Fig. 4, 5 und 6 graphische Darste'llungen des Profils
der dielektrischen Durchschlagsspannung gegen die Temperatur, den BaO-Gehalt bzw. B3O3-Gehalt.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen
.
Zwei Gruppen eines handelsüblichen pulverförmigen
CX-Al2O3 (durchschnittliche Teilchengröße: 1 ,7 μια) ,
von denen eine in einer Menge von 90 Gew.-%, die andere in einer Menge von 94 Gew.-%, eingesetzt wird,
werden mit den in Tabellen I und II angegebenen Mengen an SiO2 1 CaCO3 und MgCO3 gemischt. Das Gesamtgewicht
der Hilfskomponenten in den fertigen Sinterprodukten beträgt hierbei 10 Gew.-% bzw. 6 Gew.-%. Die jeweiligen
Mischungsproben werden naß auf eine Teilchengröße von
1,5 um vermählen, getrocknet^ unter einem Druck von
98100 kPa zu einem Preßling der in Fig. 2 dargestellten Form mit t = 1 mm verfestigt und bei den in
Tabellen I und II angegebenen Temperaturen gesintert. Mit Hilfe der in Fig. 3 schematisch dargestellten Vorrichtung
wird dann die dielektrische Durchschlagsspan-
nung (Vi) der verschiedenen Sinterprüflinge ermittelt.
Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem elektrischen Ofen 1, zwei röhrenförmige Porzellanisolatoren
2, die aufeinander angeordnet sind, durch die Isolatoren laufenden Elektroden 4 und einer Spannungsquelle
5. Jeder der Prüflinge 3 wird zwischen die Isolatoren eingebracht, worauf auf den Prüfling
wechselnde Spannungen einer Standard-Stoßimpulswelle
(1 χ 40 \is) einer Dauer der Wellenfront von 1 με einig
wirken gelassen wird, bis es zu einem Durchschlag kommt. Die Durchschlagsspannungen (Vi) für die einzelnen
Prüflinge bei 500 C sind in Tabellen I und II angegeben.
Hilfs- kompo- nente Nr.* |
Zusammensetzung in Gew.-% |
3 Si02 | CaO | MgO | Sinter tempera tur in 0C |
Dielek trische Durch schlags spannung** |
Bemerkungen |
1 | Al2O | 8 | 1 | 1 | 1620 | X | |
2 3 |
90 | 6 6,3 |
1 1 |
3 2,7 |
1580 1550 |
X X |
außerhalb |
4 | 90 90 |
6 | 3,5 | 0,5 | 1550 | 0 | der Erfindung |
5 | 90 | 6 | 2,5 | 1,5 | 1550 | A | |
6 | 90 | 5,2 | 4,3 | 0,5 | 1530 | 0 | |
7 8 |
90 | 5,2 4,5 |
3,3 2,5 |
1,5 3,0 |
1550 1570 |
0 | innerhalb |
9 | 90 90 |
4 | 5,5 | 0,5 | 1570 | Δ | der Erfindung |
10 | 90 | 4 | 4,5 | 1,5 | 1570 | Δ | |
11 | 90 | 4 | 3 | 3 | 1570 | Δ | |
12 13 |
90 | 3 3 |
6,5 5,5 |
0,5 1,5 |
1600 1610 |
Δ X |
|
14 | 90 90 |
3 | 4 | 3 | 1610 | X | außerhalb der |
90 | Erfindung |
*Unter Nummer ist zu verstehen, daß der jeweilige Prüfling
die Hilfskomponenten in den durch einen Punkt in
dem Dreikomponentendiagramm gemäß Fig. 1 derselben Zahl
angegebenen Mengen enthält.
**Die Symbole 0, ^ und X in der Spalte "Dielektrische
Durchschlagsspannung" zeigen, daß die Durchschlagsspannung Vi des jeweiligen Prüflings 40 kV oder mehr,
zwischen 30 kV und 40 kV bzw. weniger als 30 kV beträgt.
Zusammensetzung | % | SiO2 | CaO | TABELLE II | Sinter- | Dielek | Bemerkungen | |
Hilfs- | Gew.-' | [ in | tempera- | trische | ||||
kompo- | Al2O3 | 4,8 | 0,6 | tur in 0C | Durch schlags |
|||
nente Nr.* |
3,6 | 0,6 | MgO | spannung** | ||||
94 | 3,8 | 0,6 | 1660 | X | außerhalb | |||
1 | 94 | 3,6 | 2,1 | 0,8 | 1620 | X | der | |
2 | 94 | 3,6 | 1,5 | 1,8 | 1580 | X | Erfindung | |
3 | 94 | 3,1 | 2,6 | 1,6 | 1580 | Λ | ||
4 | 94 | 3,1 | 2 | 0,3 | 1580 | Δ | ||
5 | 94 | 2,7 | 1,5 | 0,9 | 1560 | 0 | innerhalb | |
6 | 94 | 2,4 | 3,3 | 0,3 | 1580 | Δ | der | |
7 | 94 | 2,4 | 2,7 | 0,9 | 1610 | Δ | Erfindung | |
8 | 94 | 2,4 | 1,8 | 1,8 | 1610 | 0 | ||
9 | 94 | 1,8 | 3,9 | 0,3 | 1610 | 0 | ||
10 | 94 | 1,8 | 3,3 | 0,9 | 1610 | Δ | ||
11 | 94 | 1,8 | 2,4 | 1,8 | 1640 | Δ | ||
12 | 94 | 0,3 | 1650 | X | außerhalb der |
|||
13 | 94 | 0,9 | 1650 | X | Erfindung | |||
14 | 1,8 | |||||||
*Unter Nummer ist zu verstehen, daß der jeweilige Prüfling die Hxlfskomponenten in den durch einen Punkt in
dem Dreikomponentendiagramm gemäß Fig. 1 derselben Zahl angegebenen Mengen enthält.
**Die Symbole 0, Δ und X in der Spalte "Dielektrische
Durchschlagsspannung" zeigen, daß die Durchschlagsspannung Vi des jeweiligen Prüflings 40 kV oder mehr,
zwischen 30 kV und 40 kV bzw. weniger als 30 kV beträgt.
Die Tabellen I und II zeigen, daß Prüflinge, bei welchen
die Hilfskomponenten eine Zusammensetzung innerhalb des
erfindungsgemäß definierten Bereichs aufweisen, höhere dielektrische Durchschlagsspannungswerte aufweisen als
die Prüflinge, deren Hilfskomponenten eine Zusammensetzung
außerhalb der Erfindung aufweisen. Folglich müssen also erfindungsgemäß die Mengenanteile SiO2,
CaO und MgO innerhalb des in Fig. 1 festgelegten Sechsecks ABCDEF liegen.
Drei Proben A^O.-Pulver, deren Mengen 88, 90 bzw.
98 Gew.-% betragen, werden mit den Hilfskomponenten in den durch Punkt 15 in Fig. 1 festgelegten Mengen
gemischt und dann in der geschilderten Weise weiterverarbeitet. In Fig. 4 sind die bei drei unterschiedlichen
Temperaturen gemessenen dielektrischen Durchschlagsspannungen (Vi) der einzelnen Prüflinge dargestellt,
wobei die Kurven a, b und c den Prüflingen mit 88, 90 bzw. 98 Gew.-% Al2O- entsprechen. Aus Fig.4
geht hervor, daß die dielektrische Durchschlagsfestigkeit der Prüflinge mit 90 bzw. 98 Gew.-% Al3O3 bei höheren
Temperaturen nicht vermindert ist. Es ist jedoch bei dem Prüfling mit 88 Gew.-% Al3O3 nicht der Fall. Folglich
erreicht man also keine akzeptable dielektrische Durchschlagsfestigkeit bei erhöhten Temperaturen, wenn
in dem Sinterkörper weniger als 90 Gew.-% Al-O- enthalten sind. Andererseits treten bekanntlich auch
Schwierigkeiten beim Sintern auf, wenn der Aluminiumoxidgehalt 98 Gew.-% übersteigt. Folglich muß also der
Aluminiumoxidgehalt erfindungsgemäß im Bereich von 90-98 Gew.-% liegen.
Unter Verwendung von 90 Gew.-% Al-O-j-Pulver werden in
entsprechender Weise drei weitere Prüflinge hergestellt, wobei jedoch als zusätzliche Hilfskomponente BaO in
Mengen von 0,5, 1,0 bzw. 1,5 Gew.-% und die sonstigen
Hilfskomponenten in den durch Punkt 15 in Fig. 1 angezeigten
Mengen zugegeben werden. Die bei 50O0C gemessenen dielektrischen Durchschlagsspannungen (Vi) der einzelnen
Prüflinge sind in Fig. 5 dargestellt. Aus Fig. 5 geht hervor,.daß die dielektrische Durchschlagsspannung bei
hohen Temperaturen mit zunehmendem Gehalt an BaO steigt. Es ergeben sich jedoch SinterSchwierigkeiten, wenn der
BaO-Gehalt 1,0 Gew.-% übersteigt. Folglich muß erfindungsgemäß der BaO-Gehalt auf höchstens 1,0 Gew.-% beschränkt
werden.
Unter Verwendung von 94 Gew.-% Al2O3-Pulver und 0,8
Gew.-% BaO werden in entsprechender Weise weitere fünf Prüflinge hergestellt, wobei jedoch 0,1, 0,3,
0,6, 0,9 bzw. 1,2 Gew.-% B3O3 mitverwendet und die
sonstigen Hilfskomponenten in den durch Punkt 15 in Fig. 1 angezeigten Mengen eingesetzt werden. In Fig. 6
sind die bei 500°C gemessenen'dielektrischen Durch-Schlagsspannungen
(Vi) der verschiedenen Prüflinge dargestellt. Aus Fig. 6 geht hervor, daß die dielektrische
Durchschlagsspannung bei hohen Temperaturen durch Zusatz von B~0_ geringfügig steigt. Wenn jedoch der B-O-Gehalt
0,9 Gew.-% übersteigt, kommt es zu einem abnormalen Wachstum von Al20_-Kristallen. Wenn der B3O -Gehalt
unter 0,1 Gew.-% liegt, stellt sich die gewünschte Verbesserung der dielektrischen Durchschlagsspannung
nicht ein. Folglich muß erfindungsgemäß der B2O3-GeIIaIt
auf 0,1 - 0,9 Gew.-% beschränkt werden.
Die vorherigen Ausführungen dürften gezeigt haben, daß erfindungsgemäße gesinterte Aluminiumoxidprodukte
eine verbessere dielektrische Durchschlagsfestigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen und durch die bekannte
Keramiktechnologie herstellbar sind. Folglich lassen
1 sich die erfindungsgeraäßen Produkte in weitern Umfang
auf industriellen Anwendungsgebieten einsetzen. Beispiele hierfür sind röhrenförmige Isolatoren, Endstücke
für elektronische Teile und sonstige Isoliermaterialien,
5 die hohen Temperaturen ausgesetzt werden.
■41-
- Leerseite -
Claims (2)
- PATENTANSPRÜCHEGesintertes Aluminiumoxidprodukt mit 90 - 98 Gew.-% Aluminiumoxid als Hauptkomponente und als Hilfskomponenten nicht mehr als 1 Gew.-% BaO und 1-10 Gew.-% eines zusammengesetzten Oxids einer Zusammensetzung innerhalb des in dem in Fig.1 dargestellten SiO2-CaO-MgO-Phasendiagramm liegenden Sechsecks ABCDEF (mit Ausnahme der Linie AF), wobei die jeweiligen Scheitelpunkte wie folgt definiert sind:
SiO2 CaO MgO A 60 40 0 B 60 25 15 C 45 25 30 D 40 30 30 E 40 55 5 F 45 55 0. - 2. Gesintertes Aluminiumoxidprodukt mit 90-98 Gew.-% Aluminiumoxid als Hauptkomponente und als Hilfskomponenten nicht mehr als 1 Gew.-% BaO, 0,1-0,9 Gew.-% B3O3 und 0,1 - 9,9 Gew.-% eineszusammengesetzten Oxids einer Zusammensetzung innerhalb des in dem in Fig. 1 dargestellten SiO3-CaO-MgO-Phasendiagramm liegenden Sechsecks ABCDEF (mit Aus-., nähme der Linie AF), wobei die jeweiligen Scheitelpunkte wie folgt definiert sind:SiO,CaOMgO
A 60 40 0 B 60 25 15 C 45 25 30 D 40 30 30 E 40 55 5 F 45 55 0.
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