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DE2645555C3 - Ceramic sintered body and method of manufacturing - Google Patents

Ceramic sintered body and method of manufacturing

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DE2645555C3
DE2645555C3 DE19762645555 DE2645555A DE2645555C3 DE 2645555 C3 DE2645555 C3 DE 2645555C3 DE 19762645555 DE19762645555 DE 19762645555 DE 2645555 A DE2645555 A DE 2645555A DE 2645555 C3 DE2645555 C3 DE 2645555C3
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Germany
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ceramic sintered
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DE19762645555
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DE2645555A1 (en
DE2645555B2 (en
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Christoph Von 8563 Grossbellhofen Hoesslin
Andreas Dipl.-Chem. Dr. 8560 Lauf Sarkany
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stettner & Co 8560 Lauf
Original Assignee
Stettner & Co 8560 Lauf
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Publication date
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Publication of DE2645555B2 publication Critical patent/DE2645555B2/en
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    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
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Description

Die F.iTindung betrifft einen keramischen Sinterkörper, insbesondere einen keramischen Isolator für die Elektrotechnik, auf der Basis von Magncsium-Aluminium-Silikat mit einem derartigen Anteil dieser Bestandteile, daß der Sinterkörper eine Cordieritphase enthält. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen keramischen Sinterkörper.The invention relates to a ceramic sintered body, in particular a ceramic insulator for electrical engineering, based on Magncsium aluminum silicate with such a proportion of these components that the sintered body contains a cordierite phase. It also relates to a method for producing such a ceramic sintered body.

Ks ist bereits bekannt (M. E. T ν r r e 11. (!. V. Ci i b b s und H. R. S h e 11, Bulletin 594, Bureau of Mines, 1961), daß aus der Schmelzphase kristallisierter synthetischer CordieritKs is already known (M. E. T ν r r e 11. (!. V. Ci i b b s and H. R. S h e 11, Bulletin 594, Bureau of Mines, 1961), that from the melt phase crystallized synthetic cordierite

( 2 MgO · 2 AI2O3 · 5 SiO2)(2 MgO 2 AI 2 O 3 5 SiO 2 )

zusammen mit 10% Ton zu keramischen Isolatoren verarbeitet werden kann, die gute dielektrische Werte, sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit sowie eine Biegefestigkeit aufweisen, die zwischen der des ίο Porzellans und der des Steatits liegt. Die Herstellung von synthetischem Cordierit aus der Schmelzphase ist jedoch verhältnismäßig aufwendig, so daß derartige Isolatoren keine wirtschaftliche Bedeutung erlangen konnten.together with 10% clay can be processed into ceramic insulators with good dielectric values, have very good thermal shock resistance and flexural strength between that of the ίο porcelain and that of steatite lies. The production of synthetic cordierite from the melt phase is relatively expensive, so that such Insulators could not achieve any economic importance.

Weiterhin ist aus der DE-OS 25 21 213 ein Cordierit-Sinterkörper ausFurthermore, from DE-OS 25 21 213 a cordierite sintered body is made

12,5-15,5 Gew.-% MgO,
34,2-39,5 Gew.-% Al2O3und
48,0-51,6 Gew.-% SiO2 12.5-15.5 wt% MgO,
34.2-39.5 wt% Al 2 O 3 and
48.0-51.6 wt% SiO 2

bekannt. Aus der CH-PS 4 31359 ist außerdem ein Sinterkörper auf Cordieritbasis bekannt,known. From CH-PS 4 31359 is also a Sintered body based on cordierite known,

20-50Gew.-%MgO,
5-20Gew.-% AI2O3,
20-55 Gew.-o/o SiO2und20-50% by weight MgO,
5-20% by weight Al 2 O 3 ,
20-55 wt. O / o SiO 2 and

5-15 Gew.-% Flußmittel,5-15% by weight flux,

z. B. u. a. in Form von Alkalioxiden, enthält.z. B. i.a. in the form of alkali oxides.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen keramischen Sinterkörper mit einer Cordieritphase zu schaffen der gute mechanische Festigkeit, gute Tempeid raturwechselbeständigkeil und einen hohen Isolationswidersland aufweist, der außerdem aus reichlich vorkommenden und daher preiswerten, natürlichen Rohstoffen und in einfacher Weise hergestellt werden kann.The invention is based on the object of providing a ceramic sintered body with a cordierite phase create the good mechanical strength, good temperature change-resistant wedge and a high insulation resistance which also consists of abundant and therefore inexpensive, natural Raw materials and can be produced in a simple manner.

jr) Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß er
10- 30 Gcw.-% MgO + FcO
15-40Ücw.-% Al2Oi
40-65Gcw.-%SiO,
und als wesentliche, aus der Sinterung resultierende Kristallphase, Magnesio-Ferro-Coidicrii enthält.j r ) This problem is solved in that he
10-30 wt% MgO + FcO
15-40 wt% Al 2 Oi
40-65 wt% SiO,
and contains magnesio-ferro-coidicrii as the essential crystal phase resulting from the sintering.

Der erfindungsgemäße keramische Sinterkörper zeichnet sich infolge der vorhandenen Magnesio-Fcrro-Cordierit-Phasc durch geringe Wärmedehnung und gute Tcmperaturwechselbcständigkeii aus und isiThe ceramic sintered body according to the invention is distinguished by the presence of the magnesio-ferro-cordierite phase due to low thermal expansion and good temperature changes

Vi lichlbogcnfcst. Er besitzt einen hohen Isolationswidcrstand sowie gute mechanische Festigkeit und kann daher vorteilhaft als Isolator in der Elektrotechnik eingesetzt werden. Zur Herstellung der keramischen Sinterkörper nach der Erfindung wird als Ausgangsroh· Vi lichlbogcnfcst. It has a high insulation resistance and good mechanical strength and can therefore be used advantageously as an insulator in electrical engineering. To produce the ceramic sintered body according to the invention, the starting raw material

in stoff das reichlich in der Nulur vorkommende Mineral Olivin verwendet.in substance the mineral which occurs in abundance in the natural state Uses olivine.

Zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung werden dem Olivin zusätzlich in der Natur vorkommende Tonerde-Kieselsäure-Verbindungen, insbesondereTo achieve the desired composition, olivine also occurs naturally Alumina-silica compounds, in particular

π Aluminiumsilikal. zugesetzt. Die im Sinterkörper nach der Erfindung vorhandenen Magnesio-Ferro-Cordicril-Mischkristiille stellen die eigenschaftsbcslimmenden Hauptbestandteile des Sinterkörpers dar. Begrenzt man das Eisenoxyd, das das Magnesiumoxyd im Cordierilkri-π aluminum silical. added. The one in the sintered body of the invention present Magnesio-Ferro-Cordicril mixed crystals represent the main constituents of the sintered body that reduce the properties the iron oxide, which the magnesium oxide in the Cordierilkri-

ho stall zu ersetzen vermag, auf 5% des Gesamtgewichtes oder auf 25% der zweifach positiv geladenen Ionen, dann weist der Sinterkörper besonders vorteilhafte mechanische uiul elektrische Fcsligkciiscigcnschaftcn auf. Vorzugsweise betrügt das (!cwichlsvcrhältnis vonho stall able to replace, to 5% of the total weight or to 25% of the doubly positively charged ions, then the sintered body has particularly advantageous mechanical and electrical control shafts on. Preferably the (! Weight ratio of

hr, MgO zu FoO etwa 40 : 10.h r , MgO to FoO about 40:10.

Der Sinterkörper nach der Erfindung kann gegebenenfalls auch noch bis /u 4 dew.-1VIi Alkalioxyde enthalten, beispielsweise K2O, falls bei der HerstellungThe sintered body according to the invention can optionally also contain up to / u 4 dew.- 1 VIi alkali metal oxides, for example K 2 O, if during production

entsprechende Flußmittel zur Förderung der Sinterung zugesetzt werden.Appropriate flux can be added to promote sintering.

Beim Verfahren zum Herstellen eines keramischen Sinterkörpers nach der Erfindung wird eine sinterfähige Rohmischung bereitet, die als Hauptbestandteil das Mineral Olivin enthält und der mindestens ein zusätzlicher Bestandteil von in der Natur vorkommenden Tonerde-Kieselsäure-Verbindungen in einer zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung des Sinterkörpers erforderlichen Menge zugesetzt wird. Aus der Rohmischung wird dann ein Formkörper geformt, der nach dem Trocknen zu einem Sinterkörper gebrannt wird. Die Sintertemperatur beträgt dabei 1100 bis 12800C. Aufgrund dieses verhältnismäßig breiten Sinterbereiches bereitet die Sinterung keinerlei Schwierigkeiten. Vorzugsweise verwendet man als Rohmischung Olivin und Ton und/oder Kaolin. Der Rohmischung kann gegebenenfalls eine geringe Menge von die Sinterung fördernden Zuschlagstoffen (Flußmitteln) zugesetzt werden. Als Zuschlagstoffe eignen sich Feldspat und/oder Porzellanmehl.In the method for producing a ceramic sintered body according to the invention, a sinterable raw mixture is prepared which contains the mineral olivine as the main component and the at least one additional component of naturally occurring alumina-silica compounds in an amount required to achieve the desired composition of the sintered body is added. A shaped body is then formed from the raw mixture which, after drying, is fired to form a sintered body. The sintering temperature is 1100 to 1280 ° C. Because of this relatively wide sintering range, sintering does not present any difficulties. The raw mixture used is preferably olivine and clay and / or kaolin. If necessary, a small amount of sintering-promoting additives (fluxes) can be added to the raw mixture. Feldspar and / or porcelain flour are suitable as additives.

Gegebenenfalls kann ein Teil des erforderlichen Aluminiumsilikats in Form von Mullit, Sillimanit oder Schamotte zugeführt werden. Der Rohmischung kann gegebenenfalls auch zusätzlich noch Speckstein zugesetzt werden.Optionally, some of the required aluminum silicate can be in the form of mullite, sillimanite or Chamotte are fed. Soapstone can optionally also be added to the raw mixture will.

Tabelle ITable I.

In den nachstehenden Tabellen sind die Zusammensetzung sowie technische Daten von Sinterkörpern gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung angeführL Die Sinterkörper wurden folgendermaßen hergestellt:
ί Fein vermahlenem Olivin wurde die zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung des Sinterkörpers erforderliche Menge Aluminiumsilikat in Form von Ton oder Kaolin zugesetzt Das Gemisch wurde dann homogenisiert, durch Zusatz von Wasser plastifiziertThe following tables show the composition and technical data of sintered bodies according to exemplary embodiments of the invention. The sintered bodies were produced as follows:
ί The amount of aluminum silicate in the form of clay or kaolin required to achieve the desired composition of the sintered body was added to finely ground olivine. The mixture was then homogenized and plasticized by adding water

ίο und zu Formkörpern verformt. Die Formkörper wurden getrocknet und anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 1100 bis 1280° gesintert. Aus den Tabellen ist ersichtlich, daß die mit Hilfe eines unkomplizierten Sinterverfahrens aus leicht zugänglichen Rohstoffenίο and deformed to moldings. The moldings were dried and then sintered at a temperature in the range from 1100 to 1280 °. From the tables it can be seen that with the help of an uncomplicated sintering process from easily accessible raw materials

r> hergestellten Sinterkörper nach der Erfindung hervorragende mechanische und elektrische Eigenschaften aufweisen und daher vorteilhaft als elektrokeramisehe isolatoren eingesetzt werden können.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Masse besteht darin, daß beim Sintern entsprechend der gewählten Zusammensetzung eine mehr oder weniger dichte Oberflächenselbstglasur gebildet wird. Dadurch wird die die Temperaturwechselbeständigkeit und den elektrischen Oberflächenwiderstand negativ beeinflus-The sintered bodies produced according to the invention have excellent mechanical and electrical properties and can therefore be used advantageously as electroceramic insulators.
A particular advantage of the composition according to the invention is that a more or less dense surface self-glaze is formed during sintering in accordance with the selected composition. This has a negative impact on the resistance to temperature changes and the electrical surface resistance.

2ϊ sende Feuchtigkeitsaufnahme vermindert bzw. verhindert. 2ϊ sending moisture absorption reduced or prevented.

Beispielexample

SiO1 (Gcw.-%)SiO 1 (weight%)

FeOFeO

MgOMgO

Tabelle 11Table 11

59 %59%

59 %
56,8 %59%
56.8%

60 Vo
60%
46%
59,5 %
48,5 %60 Vo
60%
46%
59.5%
48.5%

25,1 % 23,1 % 22,9 % 25,8 % 28% 27,6 % 21,4% 30 % 3,2 %
3,2 %
3,78 %
2,9 %
2%
4,6 %
4,8 %
2,2 %25.1% 23.1% 22.9% 25.8% 28% 27.6% 21.4% 30% 3.2%
3.2%
3.78%
2.9%
2%
4.6%
4.8%
2.2%

12,7%12.7%

14,7 %14.7%

16,5%16.5%

11,3%11.3%

10%10%

21,8%21.8%

14,3%14.3%

19,3%19.3%

Beispielexample

1 21 2

Porosität in%Porosity in%

1-31-3

2-52-5

1-1,5 0,1-0.5 0.5-11-1.5 0.1-0.5 0.5-1

5-105-10

0,5 -10.5 -1

Biegefestigkeit 70-XO 70-90 70-90 100 120 100-160 70-80 80-90 100-110Flexural strength 70-XO 70-90 70-90 100 120 100-160 70-80 80-90 100-110

in N/ninr «in N / ninr "

Längenaus- 1,8-3 1,8-3,2 1,5-2,8 2,1-3,4 2.2-3,8 2,2-3 2,3-3,1 2-2,9Lengths 1.8-3 1.8-3.2 1.5-2.8 2.1-3.4 2.2-3.8 2.2-3 2.3-3.1 2-2.9

ilehnungs-dislocation

koelH/.icnlkoelH / .icnl

x H) "heix H) "hot

ι 20°.... t600°Cι 20 ° .... t600 ° C

in grad 'in degrees

Temp.-Wcchsel- 400 500° 380 400° 400-450° 250-300° 250-300° 380-450° 360-430° 400-420°Temp. Change 400 500 ° 380 400 ° 400-450 ° 250-300 ° 250-300 ° 380-450 ° 360-430 ° 400-420 °

hesläniligkeilhesläniligkeil

Spe/. Durch- H)" K)'' K)"l0' H)" K)' 10"-K)' 10"-K)7 IO"-1O7 U)'1- K)' H)"- K)Spe /. Through- H) "K)" K) "l0 'H)"K)' 10 "-K) '10" -K) 7 IO "-1O 7 U)' 1 - K) 'H)" - K )

gangswiclerstanilgangswiclerstanil

hei SOO0C undhot SOO 0 C and

WechselstromAlternating current

Claims (11)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Keramischer Sinterkörper, insbesondere keramischer Isolator für di; Elektrotechnik, auf der Basis von Magnesium-Aluminium-Silikat mit einem derartigen Anteil dieser Bestandteile, daß der Sinterkörper eine Cordieritphase enthält, dadurch gekennzeichnet, daß er1. Ceramic sintered body, especially ceramic insulator for di; Electrical engineering, based of magnesium-aluminum-silicate with such a proportion of these constituents that the sintered body contains a cordierite phase, characterized in that it 10—30 Gew.-% MgO + FeO10-30 wt% MgO + FeO 15-40 Gew.-°/o AI2O3 15-40% by weight Al 2 O 3 40-65 Gew.-°/o SiO2 40-65% by weight SiO 2 und als wesentliche, aus der Sinterung resultierende Kristallphase, Magnesio-Ferro-Cordierit enthält.and contains magnesio-ferro-cordierite as the essential crystal phase resulting from the sintering. 2. Keramischer Sinterkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen FeO-Gehalt von höchstens 5 G ew.-%.2. Ceramic sintered body according to claim 1, characterized by an FeO content of at most 5% by weight. 3. Keramischer Sinterkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von MgO zu FeO etwa 90 : 10 beträgt.3. Ceramic sintered body according to claim 1, characterized in that the weight ratio from MgO to FeO is about 90:10. 4. Keramischer Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß er gegebenenfalls bis zu 4 Gew.-% Alkalioxide enthält.4. Ceramic sintered body according to one of claims 1-3, characterized in that it optionally contains up to 4 wt .-% alkali metal oxides. 5. Keramischer Sinterkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalioxide in Form von K2O vorhanden sind.5. Ceramic sintered body according to claim 4, characterized in that the alkali oxides are present in the form of K 2 O. 6. Verfahren zum Herstellen eines keramischen Sinterkörpers nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß eine sinterfähige Rohmischung bereitet wird, die als Hauptbestandteil das Mineral Olivin enthält und der mindestens ein zusätzlicher Bestandteil in Form von in der Natur vorkommenden Tonerde-Kieselsäure-Verbindungen in einer zur Erzielung der gewünschten Zusammensetzung des Sinterkörpers erforderlichen Menge zugesetzt wird, die Rohmischung zu einem Formkörper verformt, der Formkörper getrocknet und anschließend bei einer Temperatur von 11000C bis 12800C gesintert wird.6. A method for producing a ceramic sintered body according to any one of claims 1-3, characterized in that a sinterable raw mixture is prepared which contains the mineral olivine as the main component and the at least one additional component in the form of naturally occurring alumina-silica compounds of the sintered body is in a quantity required to achieve the desired composition added to the crude mixture deformed into a shaped body, the shaped body is dried and then sintered at a temperature of 1100 0 C to 1280 0 C. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohmischung neben Olivin als zusätzlicher Bestandteil Ton und/oder Kaolin zugesetzt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the raw mixture in addition to olivine as additional component clay and / or kaolin is added. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohmischung geringe Mengen Sintcrhilfsmitlcl zugesetzt werden.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the raw mixture is low Quantities of sintering aids can be added. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Sinlcrhilfsmittel Feldspat und/oder Porzcllanmehl verwendet werden.9. The method according to claim 8, characterized in that feldspar and / or as Sinlcrhilfsmittel Porcelain flour can be used. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche b bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zusätzlichen Bestandteils der Rohmischung in Form von Mullit, Sillimanil oder Schamotte zugeführt wird.10. The method according to any one of claims b to 9, characterized in that part of the additional component of the raw mixture is supplied in the form of mullite, sillimanil or chamotte. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohmischung gegebenenfalls zusätzlich Speckstein zugesetzt wird.11. The method according to any one of claims 6 to 10, characterized in that soapstone is optionally additionally added to the raw mixture.
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DE2645555A1 DE2645555A1 (en) 1978-04-13
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