DE834360C

DE834360C - Verfahren zur Herstellung von keramischem Material, insbesondere fuer Isolatoren vonZuendkerzen

Info

Publication number: DE834360C
Application number: DEG3375A
Authority: DE
Inventors: Carl Frederic Schaefer
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1943-05-13
Filing date: 1950-08-25
Publication date: 1952-03-20

Description

Verfahren zur Herstellung von keramischem Material, insbesondere für Isolatoren von Zündkerzen Die Erfindung betrifft die Herstellung keramischen Materials, insbesondere von Isolatoren für Zündkerzen zu Verl)rennu:ngsmotoren.
Die besten heute zugänglichen Zündkerzen bestehen zur Hauptsache aus Aluminiumoxyd. Der Rest setzt sieh gewöhnlich aus Kieselsäure und, kleinen Mengen Flußmitteln oder anderen Zuschlägen zusammen. Das Endprodukt besteht aus zuisammengesinterten Kristallen, deren Zwischenräume mit Glas ausgefüllt silnd.
Bei der Herstellung solcher Stoffe ergeben sich aus der erforderlichen hohen Brenntemperatur von 165o bis 175o° C praktische Schwierigkeiten. Zur Erreichung solcher Temperaturen sind besondere 1 ,rennstoffe und besonders konstruierte Brennöfen aus den hitzebeständigsten Materialien erforderlich. Die Lebensdauer solchen Materials ist jedoch beschränkt, was erhöhte Ausgaben für Wartung und Erhaltung dieser Öfen nach sich zieht. Auch die Kontrolle des Brennvorganiges, die zur Gewährleiistung befriedigender Ergebnisse unerläßlich ist, bereitet steigende Schwierigkeiten.
Die vorliegentde Erfindung macht Gebrauch von Mischungen aus Tonerde. Kieselsäure und einem Phosphat, die schon in verschiedenen Formen vorgeschlagen, wurden. So wurde die Kieselsäure und ein Teil der Tonerde als Ton zugesetzt, und als Phosphate sind viele Arten, ei.nschließlieh der Erdalkaliphosphate empfohlen worden.
Nach der vorliegenden Erfindung besteht dns Ausgangsmaterial aus einer Mischung von 62 bis 84% Tonerde, 12 'bis 30% Ton und 4 bis 8% Erdalkal'iphosphaten. Die Masse wird geformt und, dann bei Kegel, 16 zu einem festen und dichten., undurchlässigen Körper gebrannt.
Folgende Rohmaterialien !können verwendet werden: Tonerde Als Tonerde wird am besten bei, 'hoher Temperatur gebranntes Aluminiumoxyd, bekannt als täfeliger Korund, verwendet, obwohl man auch von anderem Material, z. B. geschmolzenem Aluminiumoxyd, ausgehen kann.
In manchen Fällen kann es sich als vorteilhaft erweisen, einen Prozentsatz bei tiefer Temperatur gebrannter Tonerde zuzuschlagen. Die Tonerde braucht nicht alkalifrei zu sein, so daß auch die :-Form verwendet werden kann. Durch die prozentuale Zusammensetzung Hassen sich dlie Materialkonstanten in der gewünschten Richtung beeinflussen.
Ein Teil' der Tonerde kann in Form von Aluminiumsilicaten mit höherem Aluminnumoxydgehalt als Ton, z., B. als Cy amte, zugesetzt werden. Erdal@kaliphosphate Gute Ergebnisse sind bei Benutzung von Calcium-, Barium-, Strontium- oder Magnesiutinp4iospliaten erzieht worden. Unter diesen ist Calciumphosphat am vorteilhaftesten, da kleinere Quantitäten erforderlich sind und der Ausgangsstoff billig und leicht zu haben ist. Auch Knochenasche, ein Gemisch von Calciumphosphat und Calciumcarbonat, kann herangezogen werden; doch können dabei Schwierigkeiten hinsichtlich der Unterschiedlichkeit -in der Zusammensetzung auftreten. Manchmal kann sich,die Verwendung einer Mischung der genannten Phosphate als vorteilhaft erweisen.
Ton Am besten hat sich die Benutzung von Kaolin oder gemahlenem Ton erwiesen, da sie, wie später beschrieben, die Herstellung der Formkörper durch Formung im plastischen Zustand ermöglichen.
Besonders eignet sich eine Mischung von englischem gemahlenem Ton und Floridakaolin.. Ein Teil oder auch der gesamte Ton kann als Montmorillonit oder Beätonit zugeschlagen werden. Falls erforderlich, kann der Ton durch äquivalente Mengen Aluminiumoxyd und Siliciumdioxyd ersetzt werden, jedoch erfordert das die Formgebung der StücW auf nicht plastischer Basis. Sonstige Materialzusätze In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, etwas Zirkondioxyd zuzuschtagen, doch leidie't därunter die mechänischeWiderstandsfähigkeit. Ferner kann die Brenntemperatur durch Zusatz von Talk oder einem anderen gängigen hlußmittel heräbgesetzt werden, aber bei der 1--,in-fachheit des Brenn@-vorganges bei Kegel 16 wird hierdurch kein bedeutender Vorteil zu erzielen sein.

Zusammensetzungsverhältnis der Stoffe Die folgenden Zählen geben (las günstigste Verhältnis der Bestandteile wieder:

Tonerdle ................. 84 .bis 62%,

Ton .................... 12 - 30"/0,

Calciump'hosphat ........ 4 - 80/0,

das entspricht Oxydgehalxen: von

Aluminiumoxyd .... 88,74 bi,s 73,85 0/0,

Siliciumd'ioxyd' .... 5,58 - r3,950/0,

Calciumoxyd ...... 2,17 - 4340/0,

Phosphorpentoxyd . . 1,83 - 3,66%,

Wasser ............ 1,68 - 4,200/0..

Nach der bisherigen Entwicklung hat sich folgende Zusammensetzung als besonders günstig erwiesen:

Englischer gemahlener Ton ..... 15 %,

Floridakaolin .................. 50/0,

Calciumphosphat ............... 50/(),

tafeliger Korund ............... 75)/0-

Zubereitung des Brenngutes Der täfelige Korund wird so gemahlen, d!aß er durch ein Sieb mit 130 Maschen/cm getrieben werden 'kann. Dabei werden magnetische Partikel abgetrennt. Dann wird das -\Iaterial in der obengenannten Zusammensetzung in einer Kugelmühle mit Wasser angetei,gt und nach weiterem Sieben und Abtrennen in einem Mischer, z. B. einem der bekannten Laneaster- oder Simpsonmischer durchgeknetet. Während des Mischvorganges wird der Feudhti!gkeitsge'halt,der Masse durch Wasserzusatz auf den gewünschten Betrag gesteigert. Die anfallende plastische Masse wird in schmale Streifen geschnitten und in eine Vaku@ummörtel'mühle eingeführt, aus der sie in Form zylindrischer Körper ausgestoßen wird. Diese werden vorgetrocknet und mit der Bohrung für die Elektrode versehen. Nach weiterer Trocknung bis zu einer le,derähnl-ichen Konsistenz werden sie in die Form des Isolators gedreht. Dann folgt die vollständige Trocknung und das Brennen etwa bei Kegel 16 in gewöhnlichen Tunnelöfen zu einem festen, undurchlässigen Körper.: Dieser Prozeß kann etwas abgeändert werden, indem man die Körper auf Knochenhärte trocknet und dann durch Schleifen in die endgültige .Form bringt.

Die Brennkörper können auch auf andere Art hergestellt werden, z. B. durch Guß aus der teigigen Konsistenz heraus oder durch Einpressen in Gummiformen oder aber durch Mischung mit einem Bindemittel, das nach der Formgebung 'herausgebrannt wird. Bei Anwendung des letztgenannten Verfahrens wird der Ton erst gebrannt. Dann werden die Stoffe vor der Formung fein gemahlen und mit dem Bindemittel durchmischt, Die Herstellung der fier genannten Körper wird durch einen großen Spielraum in der Brenndauer erleichtert.
Die Brenntemperaturen nach Kegel 16, etwa 145o° C, reichen normalerweise zum vollständigen Durchbrennen der Körper aus. Bei einem Zusatz von über 5% Calciumphosphat genügt eine Temperatur von etwa 1400° C, also nach Kegel' 14.
Die Materiulkonstanten dieses verbesserten Brenngutes beweisen die bedeutende ÜbeTlagenheit über das gewöhnliche Porzellan und nähern sich den Qualitäten der Sinterkörper, die bei bedeutend höheren Temperaturen wie 1750 ° C werden müssen. So beträgt die Zerreißfestigkeit: 2246 kg/cm2 bei d'em Brenngut der Erfindung, 2584 kg/cm2 bei den Sinterprodukten, 12 i o kg/em2 bei .gewöhnlichem Porzellan, das bei Kegel 16 gebrannt wurde, Die Temperatur, bei der der spezifische Widerstand der Isoliermasse bei einer definierten hochfrequenten Wechschspannung einen bestimmten Wert unterschreitet, die Isolierwirkung also gewissermassen zusammenbricht, beträgt für die neuen; Kerzen 693°' C gegenüber 725° C für die gesinterten Hochtemperaturkörper und 64o° C für den Porzellanikörper. Der lineare Ausdehnungskoeffizient im Bereich von Zoo bis 6oo° C beträgt bei den neuen Körpern 6,93 - 1o--6 Grad -i gegenüber 7,76# io-s Grad -1 für die Hochtemperaturkörper und 4,21 - i9--6 Grad -i für .den Porzellankörper; der neue Körper kann in Ofen der normalen Porzellanerzeugung gebrannt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung vonkeramischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß 84 bis 62% Tonerde, 12 bis 30% Ton und 4 bis 8% Erdalkaliphosphate gemischt, zur gewünschten Gestalt geformt und die Formkörper bei Kegel 16 zu einem festen und undurchlässigen Körper gebrannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus 15% gemahlenem Ton, 5% Kaolin, 5% Calciumphosphat und 75 % täfeligem Korund besteht.
3. Keramisches Material, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch i und 2.
4. Keramisches Material für Isolatoren von Zündkerzen, dadurch gekennzeichnet, daß es nach chemischer Analyse folgende Zusammensetzung aufweist: 89 bis 74% Aluminiumoxyd, 5 bis 14% Kieselsäure, 2 bis 4,5% Erdalkalioxyd, 1,8 bis 3,7% P'hosphorpentoxyd und 1,7 bis 4,2% chemisch gebundenes Wasser.