DE1007593B

DE1007593B - Glimmerpuelpe und Verfahren zur elektrophoretischen Herstellung von Glimmerschichten

Info

Publication number: DE1007593B
Application number: DES41450A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Met Hans Werner Rotter
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1954-11-04
Filing date: 1954-11-04
Publication date: 1957-05-02
Also published as: GB793267A; CH346415A

Description

Es ist bekannt, Glimmer durch Kalzination und nachfolgender Behandlung mit Säure in einen Zustand zu versetzen, daß er durch entsprechenden Flüssigkeitszusatz in eine Glimmerpülpe übergeführt werden kann, die sich dann ähnlich wie Papierpülpe zu Blättern, Platten, Formkörpern usw. verarbeiten läßt. Es wird also beispielsweise die Glimmerpülpe in dünneren oder dickeren Schichten auf Siebe aufgebracht, damit die Flüssigkeit abtropfen oder abgedampft werden kann, wie es eben in der Papier-Industrie üblich ist. Man kann sie aber auch ähnlich wie den Porzellanbrei bei der Porzellanherstellung unter Zuhilfenahme saugfähiger Formen verarbeiten, Aber bei all diesen und ähnlichen Verfahren kommt doch letzten Endes die Schichtbildung dadurch zustände, daß die Flüssigkeit der Pulpe durch Poren oder Löcher irgendeiner Unterlage abwandert und so die feinen Glimmerteilchen zurückbleiben. Auf metallischen, nicht porösen und nicht siebförmigen Körpern konnte man bisher auf diese Weise keine genügend festsitzende Glimmerschicht erzielen.

Es ist auch bekannt, aus einer Suspension von ge:- mahlenem Glimmer elektrophoretisch Isolierschichten auf Drähten herzustellen. Solche Schichten kreiden aber leicht ab, weil sie keinen genügend festen Zusammenhalt nach dem Trocknen aufweisen.. Erst durch besondere Zusätze zur Suspension, besondere Nachbehandlung der trockenen Schicht usw. läßt sich diese genügend verfestigen.

Die Erfindung geht darauf aus, Glimmerschichten. herzustellen, die schon ohne besondere Zusätze und Nachbehandlung so fest werden, daß sie nach dem Trocknen nicht abkreiden, ja sogar als frei tragende Hüllen, Folien von der Unterlage abgezogen werden können. Während man nun früher zur elektrophoretischen Herstellung von Glimmerschichten eine Dispersion von gemahlenem Glimmer verwendet hat, wird erfindungsgemäß eine Dispersion aus kalziniertem Glimmer (Glimmerpülpe) verwendet. Natürlich wird zuvor der kalzinierte Glimmer entsprechend fein zerkleinert. Beim nachfolgenden Trocknen wird die abgeschiedene Schicht so fest, daß beim Darüberwischen nichts abkreidet.

Im folgenden soll die Erfindung näher erläutert werden. Man arbeitet bei der Elektrophorese der Glimmerpülpe am besten mit einer Gleichspannung von etwa 200 bis 300VoIt oder mehr, je nach Form und Größe des Körpers, auf dem die Glimmerschlicht erzeugt werden soll, und zwar bei einer Stromdichte, die etwa zwischen 20 und 50 mA/cm² liegt. Man erhält dann in etwa 10 bis 30 Sekunden je nach Beschaffenheit des Dispersionsmittels und je nach der Menge der noch weiter unten angegebenen Zusätze eine dünne, gut zusammenhängende Glimmerschicht Glimmerpülpe und Verfahren

zur elektrophoretischen Herstellung

von Glimmerschichten

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Met. Hans Werner Rotter, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

von beispielsweise Vs bis ¹Zt mm. Diese Schicht reicht für viele Zwecke, z.B. für die elektrische Isolation von Leitern, aus. Die Glimmerpülpe wird durch Zusätze oder in anderer bekannter Weise am besten auf ein Pj₁ von 5 bis 6 abgestimmt. Es empfiehlt sich, mit wäßriger Pulpe und wäßrigen Zusätzen zu arbeiten, doch kann man als Dispersionsmittel auch Alkohole oder Ketone verwenden. Wäßrige Mischungen dieser Stoffe, beispielsweise mit 30% Wasser, sind aber im allgemeinen günstiger als reine Alkohole oder Ketone. Dieser Alkohol- oder Ketonzusatz soll vor allem dazu dienen, die Leitfähigkeit des Dispersionsmittels, also z. B. des Wassers, zu verringern und störende elektrolytische Nebenwirkungen zu beseitigen.

Der teilweise Ersatz von Wasser durch leichtflüchtige Alkohole bringt auch noch den Vorteil, daß die Niederschläge schneller trocknen und infolgedessen die Einwirkungszeit der Flüssigkeit auf das Metall verkürzt wird. Dies ist insbesondere für solche Metalle günstig, die durch die Flüssigkeit angegriffen werden. Auch wird natürlich wegen der rascheren Trocknung die Bearbeitungszeit verkürzt.

Die niedergeschlagenen Glimmerteilchen haften an sich gut aneinander, aber unter Umständen ist es vorteilhaft, die Haftung durch Bindemittelzusatz zu erhöhen. Diese Bindemittel setzt man dem Dispersionsmittel zu. Sie müssen so beschaffen sein, daß sie die Stabilität der Dispersion nicht beeinträchtigen. Sollen die niedergeschlagenen Glimmerschichten später höheren Temperaturen standhalten, dann wird man entsprechend temperaturbeständige Bindemittel

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verwenden, ζ. B. eine wäßrige Emulsion von Siliconharzen oder eine alkoholische Suspension von Siliconkautschuk. Natürlich kann man auch statt Silicon entsprechende Kieselsäureester benutzen oder Emulsionen von Fluorverbindungen, wie sie für elektrische Isolierzwecke hoher thermischer Beständigkeit bekannt sind. Auch kolloidale Kieselsäure ist unter Umständen als Bindemittel geeignet. Das Mengenverhältnis von Glimmerschüppchen zu Dispersionsmitteln und Bindemitteln kann in verhältnismäßig weiten Grenzen je nach Bedarf und je nach der gewünschten Beschaffenheit des Niederschlags geändert werden. So kann man z. B. auch ein Gemisch, von 50'% wäßriger Glimmerpülpe und 50% wäßriger Harzemulsion benutzen,, wobei das Mengenverhältnis von Pulpe und Harzemulsion im wesentlichen dadurch gegeben ist, daß man mit den p_H-Wert im Bereich von. etwa 5 bis 6 bleibt. Da nach Herstellung größerer Niederschlagsmengen das Bad an Glimmerteilchen und Bindemittel mehr und mehr verarmt, muß es in bestimmten Abständen erneuert werden, oder es müssen diese Stoffe von Zeit zu Zeit in entsprechender Menge zugegeben werden.

Der so· gewonnene Niederschlag ist für verschiedene Zwecke schon geeignet, namentlich wenn anschließend ein Lack oder ein Tränkmittel aufgebracht wird oder wenn der mit einer Glimmerschicht überzogene Körper in Guß, Spritzguß, Preß- oder Spritzmasse eingebettet wird oder wenn mit derartigen Schichten versehene Körper dicht aufeinandergepackt werden, wie dies beispielsweise bei Kondensatoren üblich ist. Doch wird es meist besser sein, die Festigkeit und Haftfähigkeit der Niederschlagsschicht durch eine besondere Hitzebehandlung zu erhöhen. Sintern scheidet bei solchen Glimmerschichten aus. Dafür kann man die Hitzebehandlung in Anwesenheit von Stoffen durchführen, die sich an die Oberflächen der Glimmerteilchen klammern und sie kolloidal oder oberflächlich chemisch miteinander verbinden., ohne in. die Tiefe der Glimmerteilchen zu wirken. So· kann man z. B. den Niederschlag etwa 1 Stunde lang bei 500° C und bei gleichzeitiger Einwirkung von 10°/oiger Phosphorsäure oder Phosphorsäuredämpfen wärmebehandeln.

Es ist eine Eigenart des elektrischen Feldes, sich an Kanten und Spitzen zu konzentrieren. Infolgedessen wird sich bei kantigen oder spitzen. Körpern an scharfen Vorsprüngen ein dichterer Niederschlag ergeben als an anderen Stellen. Andererseits ist bei der Herstellung von Glimmerschichten mittels saugfähiger Formen die Saugkraft an den Vocsprüngen kleiner als an anderen Stellen., und infolgedessen ergibt sich an. den Vorsprüngen eine geringere Schichtdicke. Man wird deshalb· bei Körpern mit unebenen Flächen beide Verfahren anwenden, indem man eine saugfähige Anode beispielsweise aus porösem Metall oder aus Metallsieb, deren Hohlraum unter Unterdruck steht, verwendet. So kann z. B. der Innenraum eines hohlzylindrischen Siebes an die Saugseite einer Pumpe gelegt werden.

Soll der Niederschlag fest auf der Elektrode, also z. B. auf einem Leiter, haftenbleiben, dann wird man dafür sorgen, daß sich auf der Lederoberfläche keine leicht ablösbaren oder kolloidalen Oxyd- oder Hydroxydschichten bilden. Dies kann man durch entsprechende Abstimmung des Dispersionsmittels erreichen. Auf Eisen und Nickel haftet eine sich etwa bildende Oxydschicht fest, und es wird infolgedessen auch die Glimmerschicht fest auf diesen. Metallen haften. Sollen aber die Leiter aus anderen Metallen, z. B. Kupfer, bestehen, dann muß man die Oxydschichtbildung verhüten oder einschränken, doch kann man auch diese anderen Metalle vor dem Niederschlagen des Glimmers mit einer dünnen Eisen- oder Nickelschicht überziehen, Wenn aber frei tragende, dünnwandige Glimmerkörper hergestellt werden sollen, dann wird man andererseits die Bildung einer leicht ablösbaren oder kolloidalen Oxydschicht od. dgl. begünstigen und Metalle wählen, die sich für solche Zwecke besonders eignen. Der Niederschlag kann dann, vor oder nach der Hitzebehandlung leicht von dem Metallkörper abgelöst werden.

Beispiel 1

In eine wäßrige Glimmerpülpe mit p_H = 5,8 wird eine zylindrische Kathode aus Eisen mit 20 mm Durchmesser und ein. Eisendraht mit 0,5 mm Durchmesser als Anode eingebracht. Läßt man Gleichstrom mit einer Spannung von 200VoIt bei einer Stromdichte von 30 mA/cm² 10 Sekunden einwirken, dann ergibt sich auf dem Draht eine 0,5 mm starke Glimmerschicht, die nach der Trocknung einen festen Überzug bildet.

Beispiel 2

In eine 50% wäßrige Glimmerpülpe mit einem Zusatz einer 50% wäßrigen Siliconharzemulsion in solcher Menge, daß sich ein p_H = 5,4 ergibt, läßt man auf Kupferelektroden von oben angegebenen. Abmessungen und Formen. 15 Sekunden lang eine Gleichspannung von 200¹VoIt bei einer Stromdichte von 80 mA/cm² einwirken. Auf der Anode ergibt sich wieder ein 0,5 mm starker, gut haftender Überzug.

Beispiel 3

Gibt man Glimmerpulver, das zur Pülpenherstellung geeignet ist, in 70%igen Di aceton alkohol und läßt bei der obengenannten Elektrodenanordnung 300 Volt Gleichspannung bei 70 m A/cm² 30'Sekunden lang einwirken, dann erhält man eine 0,2 mm starke Schicht. Diese wird nach dem Verdunsten des Lösungsmittels, also des Alkohols, mit 10%iger Phosphorsäure betstrichen und dann. 1 Stunde lang bei 500'° C Wärme behandet.

Claims

PatentANSPKücHE:

1. Glimmerpülpe zur elektrophoretischen Herstellung von Glimmerschichten, dadurch, gekennzeichnet, daß sie aus einer Dispersion aus kalziniertem Glimmer besteht.

2. Glimmerpülpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Alkohol oder Ketonen, insbesondere in Mischung mit Wasser als Dispersionsmittel.

3. Glimmerpülpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bindemittel enthält, die den Zusammenhalt des Niederschlags oder seine Haftfähigkeit erhöhen, ohna die Stabilität der Dispersion, zu beeinträchtigen,

4. Glimmerpülpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel eine wäßrige Emulsion von Siliconharzen oder eine alkoholische Suspension von Siliconkautschuk enthält.

5. Glimmerpülpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 50% wäßriger Glimmerpülpe in 50% wäßriger Siliconharzemulsion besteht.

6. Glimmerpülpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen p_H-Wert von etwa 5 bis 6 aufweist.

7. Verfahren unter Verwendung einer Glimmerpülpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Gleichspannung von etwa 200 bis 300 Volt bei einer Stromdichte von etwa 30 bis 50 mA/cm² gearbeitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine saugfähige Anode, deren Hohlraum unter Unterdruck steht, verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederschlag etwa 1 Stunde lang bei ungefähr 500° C Wärme behandelt wird unter gleichzeitiger Einwirkung eines Bindemittels für die Glimmerteilchen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel 10%ige Phosphorsäure oder Phosphorsäuredämpfe verwendet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 7 bis 10¹, dadurch gekennzeichnet, daß der Glimmerniederschlag vor oder nach einer Wärmebehandlung von der Elektrode abgezogen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 655 763, 587 039;
USA.-Patentschrift Nr. 2 530 546.