Keramikartiger Mischkörper, vorzugsweise für Stromeinführungen. Für die Herstellung von vakuumdichten Stromdurchführungen in Metall-, insbesondere Eisengefässen, wird in grossem Umfang die Verschmelzung mittels Glas benutzt.
Man kann hierbei folgende verschiedene Verfahren unterscheiden: <I>1.</I> Zweistof fsystem. Der ganze Isolator ist aus Glas gefertigt; die Armaturen des Isola- tors sind mit der Glasstrecke unmittelbar ver schmolzen, die auch als tragendes Element und Teil der Gefässwandung dient.
<I>2.</I> Dreistof fsystem. Der Isolator besteht aus Keramik, dessen Armaturen mittels eines Glasflusses mit dem Isolator verbunden sind. Hierbei dient das Glas gewissermassen als Kitt.
In allen Fällen spielen die Ausdehnungs koeffizienten der verwendeten Baustoffe eine ausschlaggebende Rolle. Normalerweise wird man versuchen, diese Ausdehnungskoeffizien ten so weit aneinander anzugleichen, dass die verbleibenden Spannungen gering sind und eine genügende thermische Festigkeit des Ge samtgebildes gewährleistet ist. Im ersten Fall bedeutet das eine Anpassung des Ausdeh nungskoeffizienten des Armaturenmetalles an den des verwendeten Glases, im zweiten Fall die Lösung des Dreistoffproblems, wobei man zunächst das zu verschmelzende Metall. und die Keramik aufeinander abstimmen und eine passende Metallegierung entwickeln wird.
Wegen der geringen zur Verwendung kom menden Glasmengen hat man dann die Mög- lichkeit, ein passendes Spezialglas zum Ver schmelzen auszuwählen. Es werden also ganz spezielle :Ansprüche an die Materialien ge stellt. Obgleich man es bei der unter 1. er wähnten reinen Glaslösung nur mit zwei Kom ponenten zu tun hat, hat man versucht, die spezielle Auswahl der Materialien zu umgehen und auf die einfachsten Rohmaterialien zu rückzugehen, nämlich normales Eisen .und handelsübliches Weichglas.
Die verhältnis mässig grossen Differenzen der Ausdehnühgs= koeffizienten (Eisen zu Glas etwa 13,5:9) machen nun Konzessionen im Hinblick auf die Formgebung und das Verschmelzungsverfah ren notwendig. Die Verwendung der oben erwähnten einfachsten Baustoffe ist gelungen für den Fall, dass das Glas nur benutzt wird; um als Schmelzfluss den Zwischenraum zwi schen zwei konzentrischen Zylindern auszu füllen.
Beim Abkühlen schrumpft der massive Aussenzylinder auf den erstarrenden Glasring auf und erzeugt dadurch hohe radiale Drucke, die den Spannungszustand im Glas vollständig bestimmen und die am Innenzylinder auftre tenden Zugspannungen kompensieren sollen. Beim Vergrössern der Abmessungen ergeben sich bald, besonders an der Oberfläche des Innenleiters, derartig hohe tangentiale Druck spannungen, dass die Fliessgrenze des Eisens überschritten wird.
Man wendet deshalb am Innenleiter eine forcierte Schnellkühlung an, durch die im Endeffekt ein geringer Ausdeh nungskoeffizient des Eisens vorgetäuscht, also eine gewisse Anpassung an das Glas angestrebt wird. Trotzdem sind auch hier Grenzen ge setzt, da die Temperaturfestigkeit derartiger Verschmelzungen verhältnismässig gering ist, so dass trotz des verhältnismässig grossen appa- rativen und verfahrensmässigen Aufwandes kein befriedigendes Ergebnis erzielt wird.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen keramikartigen Mischkörper, vorzugs weise für Stromeinführungen, der aus einer in dichter Packung vorliegenden keramischen körnigen Grundmasse und einem Bindemittel aus Glas besteht, wobei die zwischen den Kör nern der Grundmasse liegenden Hohlräume durch das aus Glas bestehende Bindemittel vollkommen benetzend ausgefüllt sind. Bei der Verschmelzung von Eisen mit dem erfindungs gemässen Mischkörper wird als Grundsubstanz vorzugsweise geschmolzenes Magnesiumoxyd verwendet, dessen Ausdehnungskoeffizient praktisch mit dem des. Eisens übereinstimmt. Das Magnesiumoxyd wird mit möglichst ein heitlicher Korngrösse verwendet.
Die Herstel lung eines derartigen Mischkörpers kann so erfolgen, dass die Magnesiumoxydschüttung mit Glas überdeckt und das Ganze im Ofen so weit erhitzt wird, dass das geschmolzene Glas in die Grundmasse einsickert. Man kann die sen Vorgang unmittelbar mit der Herstellung der Stromeinführung verbinden, indem bei spielsweise der Raum zwischen zwei konzentri schen Eisenzylindern mit den Magnesiumkör- nern ausgefüllt und eine dosierte Menge Glas daraufgeschichtet wird, die beim Erhitzen die Hohlräume der Grundmasse restlos ausfüllt, womit die Verschmelzung fertiggestellt ist.
Die Dosierung der Glasmenge braucht nicht sehr genau zu sein, weil der Glasfluss nicht beliebig weit einsickert, sondern auf Grund der Oberflächenspannung an der obern .Be grenzung der Schüttung als dünner Film er haltenbleibt, an dem das Glas entsprechend dem eingebrachten Volumen mehr oder weni ger tief in die Schüttung hereinreicht. Es bil det sich so im obern Teil der feste Isolator, während das überschüssige lose Magnesium oxyd leicht entfernt werden kann.
Unter Um ständen ist es vorteilhafter, den Mischkörper getrennt herzustellen und zu zerkleinern, diese Masse in geeigneter Korngrösse in eine Form zu bringen und bei genügend hoher Tempera tur zu verpressen. Beim Pressen wird die Sub stanz verdichtet und glasärmer, was 4insicht- lich des Ausdehnungskoeffizienten erwünscht ist. Der Ausdehnungskoeffizient des Misch körpers richtet sich nach dem Mischungsver hältnis der beiden Komponenten.
In der Praxis lässt sich der Glasanteil auf 40% des Volumens beschränken.
Geht man von norma lem Bleiglas mit einem Ausdehnungskoeffi zienten von 9,0.10-6 und Magnesiumoxyd mit 13,5.10-6 aus, so erhält man für den Mischkörper einen Ausdehnungskoeffizienten 12.10-6, also nur 11 bis 1211/o weniger als Ei- sen gegenüber 33% beim reinen Bleiglas. Die Druckspannungen innerhalb der Verschmel zung verringern sich also auf ein Drittel,
so dass auch Stromeinführungen sehr grosser ra dialer Abmessungen ohne forcierte Kühlung oder dergleichen herstellbar sind, sondern nur einfach ausgetempert zu werden brauchen. Die Eisenteile können dünner gehalten wer den, ohne dass die Tangentialspannungen die gefährliche Nähe der Fliessgrenze erreichen.
Die bei der Verschmelzung des Mischkör pers gegenüber reinem Glas erzielte Verrin gerung der Beanspruchung in den Hauptspan nungsrichtungen ist in Form von Mikrospan nungen gleichmässig und regellos über das Volumen verteilt. Um jedes Einzelkorn bildet sich im umgebenden Glasfirm ein Bereich von Druckspannungen, wobei die zugehörigen Zug spannungen von den hochfesten Magnesium körnern aufgenommen werden. In den Berüh rungsbereichen zwischen den einzelnen Kör nern entstehen regellose Zugspannungen im Glas, deren Grösse der Korngrösse direkt pro portional ist. Man wird die Korngrösse also so klein wie möglich wählen, so dass gerade noch ein exaktes Ausfüllen der Hohlräume möglich ist.
Man wird hier um so weiter gehen kön nen, je geringer die Viskosität des verwen deten Glases ist.
Die untere Grenze der Korngrösse, die noch einen viskosen Einstrom der Glasmasse in die das Gerüst bildende Grundmasse zu- lässt, liegt bei einigen Zehntelmillimetern. Un ter Umständen kann es vorteilhaft sein, das Hereinfliessen der Glasschmelze in die Grund masse durch Anwendung eines gewissen Über druckes zu beschleunigen.
Gegenüber dem Bekannten ist folgendes festzustellen: Bei dem mit Micalex bezeichne ten bzw. ähnlichen Körpern aus Glas und Glimmerpulver hat man es mit einer normalen Mischung eines Pulvers mit einem erstarren den Bindemittel zu tun, die nicht dicht ist, während gemäss. der Erfindung die Grund masse als Gerüst und die die Grundmasse völ lig benetzende Glasmasse als Bindesubstanz dienen und ein keramikartiger, dichter Kör per entsteht. Man könnte den beschriebenen Mischkörper deshalb treffend mit dem Aus druck Glaskeramik bezeichnen, der die Struktur der Keramik und die niedrige Er weichungstemperatur des Glases besitzt.