NO158670B - Leirjordporselensmasse for elektriske isolatorer. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en masse for høyfast leirjordporselen for elektriske isolatorer, bestående av en uplastisk del, i form av kalsinert leirjord, en plastisk del av kaolinitt-montmorillonitt og en flussmiddeldel for brenntemperaturer mellom 1 250 og 1 400°C. Slike masser anvendes spesielt ved fremstilling av store og kompliserte isolatorer.

Leirjordporselen har fått betydning i de siste år p.g.a. deres i forhold til kvartsporselen betraktelig forbedrede fasthet, spesielt på området høyspenningsisolasjon. Allike-vel er det lite kjent over faseoppbygningen av dette materia-let, så vel over dannelses- og oppløsningsprosessene av de forskjellige komponenter i motsetning til kvartsporselen. Det fremgår av en beretning av R. Stabenow og H.W. Hennicke, "Untersuchungen zum Phasenaufbau, Gefllge und mechani senen Eigenschaften von Tonerdeporzellan", Keramische Zeitschrift

(1976), side 227-229. Derved nevnes at glassdelen knapt har innvirkning på fastheten, derimot øker imidlertid økende korunddel fastheten tydelig. Det gås også inn på betydningen av porestrukturen for fastheten av leirjordporselen. Den undersøkte masse inneholder 23 vekt-# korund i form av kalsinert leirjord og ca. 8 vekt-# kommer fra leirdelen, resp. 2056 fra flussmiddeldelen i form av feltspat og nefelinsyenit, således at samlede Algt^-innhold i skårene ligger ved 44 vekt-#. Videre er det fra Ceramic Bulletin, vol. 40 (1961), s. 44-77, kjent å erstatte feltspat som innføres i leirjord-massen fra ortoklas resp. albitt,helt eller delvis med alkaliholdig flussmiddel som nefelinsyenit og å anvende tilsetninger av mangandioksyd og wollastonit.

P.g.a. det høye Na20-innhold fører nefelinsyenit til en aggressiv flussmiddelvirkning og innsnevrer sinterintervallet. Følgelig nedsettes stand- og rivfasthet i brenning. Således sammensatt brente materialer får en høyere del av glassfase og flere porer, hvilket er forbundet med dårligere mekaniske og elektriske fastheter.

Anvendelsen av feltspat, leirer og kalsinert leirjord til fremstilling av elektriske isolatorer er likeledes kjent fra tysk patent 15 71 372, hvori det omtales en leirjordporselen med en sammensetning på 15-45 vekt-56 kalsinert leirjord, 30-60 vekt-# leire og kaolin og en flussmiddeldel < 20 vekt-#. Sistnevnte del består av feltspat og nefelinsyenit og 0,5-4 vekt-5É Ti02~Mn02. Slike flussmidler som mangandioksyd og spesielt titandioksyd fører i aluminiumholdige masser allerede ved mindre tilsetninger på > 0,2 vekt-56, slik de også fremkommer som forurensninger i ubrukbare leirer og kaoliner,til en drastisk innsnevring av sinterintervallet med de ovennevnte følger. Dessuten reagerer begge oksyder følsomt ved reduserende ovnsatmosfære, slik det er vanlig i keramisk brenning. Det danner seg derved de oksygenfattig-ere, halvledende oksyder T1203 og TiO, som i tillegg ukon-trollerbart forsterker flussmiddelvirkningen og minsker den elektriske isoleringsevne.

Spesielt porselensmasser med et innhold på over 40 vekt-56 kalsinert leirjord, tilfredsstiller ikke alle teknologiske og elektromekaniske krav i praksis. Da den kalsinerte leirjord er en uplastisk del, fremkommer vanskeligheter spesielt ved store og kompliserte isolatorer med hensyn til massens formbarhet. På den annen side fører en høy flussmiddeldel til et snevert sintringsområde. Således består den fare, at ved brenning av produktene blir massen for myk og defomerer seg under innvirkning av sin egenvekt. Er på den annen side flussmiddeldelen for liten, så går sintringsprosessen ikke tilstrekkelig fremad, således at det ikke kan oppnås et produkt med den ønskede struktur. I ekstreme tilfeller får man delvis porøse legemer som ikke tilsvarer de krevede elektriske og mekaniske egenskaper. Hittil har man forsøkt, slik det fremgår av teknikkens stand, å løse dette problem på forskjellige måter, uten at man imidlertid erkjente betydningen av flussmiddeldelens egenskap i sin fulle bredde. Oppfinnelsens oppgave er derfor å tilveiebringe en leirjordporselensmasse for spesielt isolatorer av stort format, ved valg av en bestemt flussmiddelkombinasjon som teknologisk bedre kan beherskes og etter brenning har en høy mekanisk fasthet.

Denne oppgave løses ved at massen består av 40-65 vekt-% kalsinert leirjord, 15-40 vekt-# plastisk kaolinitt-montmorillonitt og 20-26 vekt-# av en flussmiddelkombinasjon som består av alkali-aluminiumsilikater, vesentlig kaliumalumi-niumsilikater, og 0,1-5 vekt-#, beregnet på totalmassen, jordalkalioksyder, vesentlig BaO, idet BaO inntil halvparten av mengden kan erstattes med MgO og/eller SrO, eventuelt at massen inneholder slike Ba-, Mg- og/eller Sr-forbindelser som i brenningen danner BaO, MgO og/eller SrO.

Den foretrukne utførelsesform ifølge oppfinnelsen består i flussmiddelkombinasjonen av 22-24 vekt-# kaliumaluminiumsili-kater og 0,3-2,5 vekt-SÉ bariumoksyd.

De differensierte egenskaper av disse 2-verdige jordalkali-ioner muliggjør en bedre tilpassing av flussmiddelkombinasjonen til de eventuelle brennebetingelser.

Viktig er det likeledes at utgangsmaterialene males således at 65-95 vekt-5É, fortrinnsvis 85 vekt-Sfc av den samlede masse har en partikkelstørrelse mindre enn 20 pm.

Fordelene ved denne sammensetning ifølge oppfinnelsen forklares nærmere i beskrivelsen og eksemplene.

Kombinasjonen av BaO med 10-50 ganger kaliumaluminiumsilikat-del fører i leirjordporselenmasse til overraskende gode sintringsegenskaper. Derved er det mulig å sintre slike masser tross den høye kalsinerte leirjorddel og uten spesiell finmaling av blandingsbestanddelene ved normal brennetempera-tur.

Dessuten muliggjør den således forbedrede flussmiddelkombinasjon en maksimal utnyttelse av den relativt dyre leirjorddel som fasthetsbærer.

Også BaO selv viser seg i redusert ovnsatmosfære som bestan-dig og danner med AI2O3 og S102 en rekke stabile forbindelser. Denne affinitet av BaO overfor AI2O3 og S102 og den høyere verdighet av Ba<++->ioner bevirker ved avkjøling av de eutektiske faser en sterk utskillelse av mikrokrystaller, som fremfor alt i tillegg påvirker fasthet og densitet av leirjordporselenen gunstig. I tillegg muliggjør den her anvendbare normale til grovkornede maling av utgangsmaterialene en teksturfattig formgivning og nedsetter rissfølsomheten ved tørking og brenning, spesielt av store og kompliserte formlegemer. Dessuten kan p.g.a. den forholdsvis lave del av flussmiddelkombinasjonen de plastiske råstoffdeler innføres i tilstrekkelig mengde og dermed også fordelaktig påvirke massens flyteforhold.

I det følgende skal oppfinnelsen forklares nærmere ved hjelp av noen utførelseseksempler, idet imidlertid massesammenset-ningen ifølge oppfinnelsen på ingen måte derved begrenses. Den kjemiske sammensetningen av de i disse eksempler anvendte utgangsmaterialer fremgår av tabell 1.

I forbindelse med tabell 1 skal det gjøres oppmerksom på at kalsinert leirjord 1 og kalsinert leirjord 2, adskiller seg hovedsakelig i D50 som angir den midlere partikkelstørrelse, samt i den spesifike overflate. Forskjellene i AI2O3-innholdet er som det fremgår av tabell 1 små.

For kalsinert leirjord 1, gjelder følgende data:

D5Q-verdi er lik 3 pm

Spesifik overflate er lik ca. 1 m<2>/g

For leirjord 2 gjelder:

D5Q-verdi er lik 4-6 pm

Spesifik overflate ér lik ca. 0,3 m<2>/g

Fremstillingen av isolatorer fra massen ifølge oppfinnelsen

foregår på i og for seg kjent måte, idet utgangsmaterialene males i en kulemølle, idet vektforholdet mellom malegods til malekuler og vann utgjør 1:1:0,5 til 1. Den oppberedte masse avvannes på en filterpresse og formes ved pressing, streng-trekking, dreiing eller støping. De således dannede formlegemer tørkes deretter etter de i keramikken vanlige metoder og brennes ved 1 250-1 400°C.

Eksempel 1

Denne sammensetningen ifølge oppfinnelsen har med 42,5 vekt-56 et relativt lavt innhold av kalsinert leirjord, idet det imidlertid ble anvendt en optimal løsning med hensyn til flussmiddelkombinasj onen.

Fremstillingen av prøvene foregikk etter ovennevnte frem-gangsmåter, idet 85SÉ av råmassen ble bragt til en malefinhet på < 20 jjm. Uglasserte formlegemer for den mekaniske fasthet ble fremstilt ifølge DIN 40 685 og for gjennombøyning under brenning ifølge DKG-Fachausschussbericht nr. 5 og undersøkt. Brenningen foregikk i en industriovn ved 1 350°C. Den derav dannede leirjordporselen har en densitet på 2,75 kg/dmJ , en bøyefasthet på 192 N/mm<2> og en gjennombøyning under brenning på 16 mm. Den kjemiske analyse i dette eksempel ga etter brenning følgende sammensetning:

Eksempel 2

For bedre forståelse av oppfinnelsen, sammenlignes i et ytterligere utførelseseksempel leirjordporselensmassen ifølge oppfinnelsen med 58 vekt-£ kalsinert leirjord, en fra teknikkens stand kjent sammensetning med samme leirjordinn-hold og meget lik mineralogisk sammensetning.

Fremstillingen av de uglasserte formlegemer innbefattende brenning, foregikk ifølge eksempel 1. Det er å bemerke at massen I ifølge oppfinnelsen har en god forarbeidbarhet og at ved alle fremgangsmåtetrinn av oppberedning, forming, tørking og brenning ikke var nødvendig med spesielle forholdsregler. Egenskapene av under samme forsøksbetingelser dannet leirjordporselen, fremgår av tabell 3.

Denne sammenligning med sammensetning I ifølge oppfinnelsen viser entydig at ved den kjente sammensetning II, forsterker aggressive flussmidler som nefelinsyenit, MnO£ og TiC>2, deformasjonen i brenning, nedsetter sintertetthet og gjør bøyefasthet dårligere.

Leirjordporselen fremstilt av massen ifølge oppfinnelsen, utmerker seg ved en forbedret mekanisk fasthet, elektrisk isoleringsevne, korrosjonsbestandighet og varmesJokkbestan-dighet. Dette er å tilbakeføre på det sintrede material som har en forholdsvis liten glassfasedel, en høy densitet og en høy mekanisk fasthet. Videre økes ved påføring av en passende skarpildglasur på i og for seg kjent måte bøyefastheten på normerte staver ennå en gang rundt ca. 2556.

Ved forsøkene ble sammensetning og forsøksbetingelser spesielt avstemt på de teknologiske krav for fremstilling av elektriske storisolatorer for at massen også skal være industriell utnyttbar. De optimale sintringsegenskaper av flussmiddelkombinasjonen av alkall-aluminiumsilikater med Jordalkalioksyder i form av Jordalkaliforbindelser, muliggjør anvendelsen av en midlere malefinhet og en tilstrekkelig plastisk massedel og en meget høy leirjorddel på 40-65 vekt-5^ ved ellers normale brennebetingelser mellom 1 250 og 1 400"C.

Claims (4)

1. Leirjordporselensmasse for elektriske isolatorer bestående av en uplastisk del i form av kalsinert leirjord, en plastisk del av kaolinitt-montmorillonitt og en flussmiddeldel for brenntemperaturer mellom 1 250 og 1 400<*>C, karakterisert ved at massen består av 40-65 vekt-# kalsinert leirjord, 15-40 vekt-# plastisk kaolinitt-montmorillonitt og 20-26 vekt-sé av en flussmiddelkombinasjon som består av alkali-aluminlumsillkater, vesentlig kaliumalu-miniumsillkater, og 0,1-5 vekt-Æ, beregnet på totalmassen, Jordalkalioksyder, vesentlig BaO, idet BaO inntil halvparten av mengden kan erstattes med MgO og/eller SrO, eventuelt at massen inneholder slike Ba-, Mg- og/eller Sr-forbindelser som i brenningen danner BaO, MgO og/eller SrO.

2. Leirjordporselensmasse Ifølge krav 1, karakterisert ved at flussmiddeldelen består av 22-24 vekt-# kaliumalumlniumsilikater og 0,3-2,5 vekt-SÉ bariumoksyd.

3. Leirjordporselensmasse Ifølge krav 1-2, karakterisert ved at Na20-mengden ikke utgjør mer enn 0,4 vekt-SÉ av den samlede masse.

4. Leirjordporselensmasse ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at 65-95 vekt-#, fortrinnsvis 85 vekt-# av den samlede masse har en partikkel-størrelse på mindre enn 20 pm.