DE887623C - Synthetischer Rutil und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Synthetischer Rutil und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von synthetischem Rutil und betrifft insbesondere ein Verfahren zur synthetischen Herstellung eines Rutils, bei dem das Endprodukt gleichförmige und reproduzierbare, elektrische Eigenschaften aufweist.
• Man hat bereits vorgeschlagen, Rutil für die Verwendung bei der elektrischen Isolation und insbesondere als Dielektrikum durch ausgedehnte Calcination von Titandioxydpigmenten bei Temperaturen zwischen 225o und 1q.00° C herzustellen. Das allgemein verwendete Rohprodukt für diese Zwecke ist die stabile Form von Titandioxyd, Anatas, mit einer Teilchengröße von o,2 bis 0,3 Mikron. Bei ausgedehnter Calcination im obengenannten Temperaturbereich erhält man eine wohlentwickelte, kristalline Form des Rutils.
• Die Ergebnisse dieses Verfahrens waren jedoch nicht zufriedenstellend, da in den meisten Fällen, in denen Titandioxydpigmente calciniert wurden, ein Produkt entstand, das als elektrischer Isolator oder Dielektrikum vollständig unbrauchbar war. Der Keramikkörper, der aus solchem calcinierten Titandioxyd hergestellt wurde, zeigte in den meisten Fällen, besonders bei Stücken mit verhältnismäßig dickem Querschnitt, abgesonderte Teile mit dunklem Mittelpunkt und blauen Flecken. Die elektrischen Eigenschaften keramischer Artikel dieser Art waren derart, daß die Gegenstände für ihre besonderen Zwecke, für die man sie hergestellt hatte, unbrauchbar waren. Der Widerstand gegen Spannungsüberschlag betrug die Hälfte bis ein Viertel des eigentlichen Wertes, die Dielektrizitätskonstanten schwankten zwischen 8o und Zoo, die Leistungsfaktoren waren ro- bis ioomal höher als die von sorgfältig hergestellten synthetischen Rutilen, die spezifischen Widerstände lagen bei i X i05 Ohm X cm, und die Temperaturkoeffizienten lagen außerhalb der erlaubten Grenzen. Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Rutils, mit dem ein keramischer Stoff gleichmäßiger elektrischer Eigenschaften reproduzierbar hergestellt werden kann.
• Nach der Erfindung soll ein synthetischer Rutil in Kristallform aus Titandioxydpigment hergestellt werden, von dem sich keramische Körper mit gleichmäßigen elektrischen Eigenschaften erhalten lassen.
• Nach der Erfindung wird durch einen geringen Zusatz von Aluminiumoxyd zu Titandioxydpigment und durch Calcination dieser Mischung bei einer Temperatur zwischen i2oo und 1q.00° ein synthetischer Rutil der gewünschten Qualität erzielt. Die Calcination wird so lange fortgeführt, bis die dabei entstehenden Rutilkristalle eine Größe zwischen i,o und 2,o Mikron haben.
• Im allgemeinen wird Titandioxydpigment mit der Kristallstruktur des Anatas als Rohmaterial verwendet. Dieses gewählte Produkt hat im allgemeinen einen Titandioxydgehalt von wenigstens 98 °/o.
• Nach der Erfindung gibt man so viel eines lösbaren Salzes von Aluminiumoxyd zu dem Titandioxydpigment, daß dieses dann zwischen o,i und o;3 °/o Aluminiumoxyd enthält. Für diesen Zweck kann man die Oxyde oder die Hydrate selbst verwenden, obwohl es vorzuziehen ist, das Aluminiumoxyd in Form eines lösbaren Salzes des Aluminiums hinzuzugeben, wobei man solche Salze verwendet, die beim Calcinieren bei Temperaturen unter annähernd igoo° das Oxyd ergeben. So sind beispielsweise das Sulfat, Nitrat oder Acetat für diesen Zweck geeignet.
• Die Zugabe des Aluminiumoxyds zum Titanoxydpigment erfolgt zweckmäßig durch Herstellung eines Breies von Titanoxyd, der aus 3 Teilen Wassei und i Teil Oxyd besteht. Es wird so viel Aluminiumsulfat in Kristallform zu diesem Brei hinzugegeben, daß ein Aluminiumoxydgehalt von o,i bis 0,3 °/o, berechnet auf den Titanoxydgehalt, entsteht. Nach kurzzeitigem Rühren der Mischung, um eine vollständige Dispersion des Lösungssalzes sicherzustellen, wird der Brei mit Ammoniak auf einen pn-Wert von 6 bis 7 gebracht. Der Brei wird dann durch unmittelbares Verdampfen des Wassers entwässert. Man kann den Brei auch zuerst filtern und dann entwässern. Nach dem Trocknen wird der Rückstand wenigstens 6 Stunden oder so lange calciniert, bis Rutilkristalle mit einer Länge li von i bis 2 Mikron entstehen. Im allgemeinen dauert die Calcinierung zwischen 6 und i2 Stunden. Das so erhaltene Produkt ist feinweiß und frei von reduziertem Titanoxyd. Das Produkt ist vollständig frei von dunklen Schatten und frei von Klumpen, die das folgende Verfahren stören.
• Im Gegensatz zur Calcinierung des Titandioxydpigments in Abwesenheit von Aluminiumoxyd treten kein Nachdunklen oder keine kleinen, abgesonderten Flächen auf, die im Ofen Klumpen hervorrufen, wie es normalerweise bei Abwesenheit von Aluminiumoxyd der Fall ist. Unter dem Mikroskop zeigt das Endprodukt nach der vorliegenden Erfindung die charakteristische Kristallstruktur des Rutils, wobei die Kristalle gut ausgebildet und wohl definiert sind.
• Der nach der Erfindung hergestellte Keramikstoff besitzt definierte, elektrische Eigenschaften in bestimmten Grenzen, nämlich eine Dielektrizitätskonstante von ioo oder darüber und einen Leistungsfaktor von o,i°% oder darunter, gemessen*bei einem MHz, einen spezifischen Widerstand von 5 x i012 Ohm x cm und darüber bei Raumtemperatur. Das Erzeugnis nach der vorliegenden Erfindung besitzt einen negativen Temperaturkoeffizienten der Kapazität und des Leistungsfaktors bei einem MHz in folgenden Grenzen Einen Abfall von annähernd io Einheiten der Dielektrizitätskonstante im Temperaturbereich von 2o bis 15o°, ein Ansteigen des Leistungsfaktors nicht über ioo °/o im gleichen Temperaturbereich, wobei die Änderung der Dielektrizitätskonstante im wesentlichen linear erfolgt.
• Die folgenden Versuche wurden mit Titandioxyd der Kristallform des Anatas und mit einer Teilchengröße von o,2 bis 0,3 Mikron durch 8stündiges Calcinieren bei i250° angestellt.

  TiO2 ..... 98,50 ZrO2 ..... o,oi

  A1202 .... 0,04 Ca0 ...... 0,15

  SiO2 ..... 0,50 M90 ..... 0,03

  Fez0...... o,oi Sb203..... 0,o2

  Beispiel Eine iooo-g-Probe des obigen Produktes wurde calciniert, und es stellte sich heraus, daß kurze Zeit nach dem Brennen, das Produkt nachzudunkeln begann, wobei die Verfärbung fortschreitend schlechter wurde, wenn man die Calcinierung fortsetzte. Im heißen Produkt bildeten sich kleine Klümpchen. Das kalte Calcinierungsprodukt hatte eine dunkelgraue Farbe, die besonders in den kleinen Klumpen ausgeprägt war. Diese Klumpen waren äußerst zäh und hart und erforderten eiil äußerst kräftiges Mahlen, um sie auf die richtige Größe zu zerkleinern. Unter dem Mikroskop zeigte sich die Kristallstruktur dieses dunkelgrauen Calcinierungsprodukts als schlecht entwickelt und, definiert.
• Die Prüfung der elektrischen Eigenschaften des daraus hergestellten keramischen Stoffes ergaben Resultate, die nicht in dem obenerwähnten Bereich lagen.
• Eine andere iooo-g-Probe der oben angeführten Zusammensetzung wurde mit 3000 ml Wasser gemischt und gerührt. Es wurden 9 g Aluminiumsulfat hinzugefügt und io Minuten untergerührt. Der Brei wurde dann mit Ammoniak auf einen p117 Wert von 6,o bis 6,5 gebracht. Der Brei wurde darauf durch Filtration entwässert, getrocknet und anschließend 8 Stunden bei 1250° calciniert. Während des Vorganges im Ofen wurden keine Klumpen oder graue Stellen beobachtet, und das Endprodukt war feinweiß, frei von dunklen Stellen und Klumpen abgesonderten Materials. Die elektrischen Eigenschaften des daraus hergestellten keramischen Körpers fielen in den oben angeführten Bereich.
• Das Aluminiumoxyd läßt sich mit dem zu calcinierenden Stoff beispielsweise durch ein Vorgemisch vereinigen, d. h. synthetischer Rutil wird hergestellt, der bis zu io °/o und mehr Aluminiumoxyd enthält, und eine Menge dieses Materials wird dem Titandioxydpigment zugefügt und das ganze wie oben angeführt calciniert. Die Menge des das Aluminiumoxyd enthaltenden Titandioxyds soll so groß sein, daß das zugesetzte Aluminiumoxyd o,i bis 0,30/, beträgt.
• Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß nach der vorliegenden Erfindung ein Verfahren vorgesehen wird, durch das sich synthetischer Rutil mit gleichmäßigen elektrischen Eigenschaften reproduzierbar herstellen läßt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Aus Rutilkristallen in der Größenordnung von i bis 2 Mikron bestehendes dielektrisches Kondensatormaterial mit einem Gehalt von o,i bis 0,3 °/o zugefügtem Aluminiumoxyd, berechnet auf das Gewicht des Titandioxyds.
2. 2. Dielektrisches Kondensatormaterial nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß es mitcalciniertes Aluminiumoxyd enthält.
3. 3. Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Kondensatormaterials nach Anspruch i oder 2 aus Titandioxyd, dessen Kristallstruktur nicht der des Rutils entspricht, gekennzeichnet durch Erhitzen des Dioxyds bis auf eine Temperatur von annähernd i2oo° in Gegenwart von o,i bis 0,3 °/o Aluminiumoxyd, berechnet auf das Gewicht des Titandioxyds, bis die Kristallgröße im Bereich von i bis 2 Mikron liegt.