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Verfahren zur Herstellung von geformten kohlehaltigen Gegenständen.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung geformter Gegenstände durch Erhitzen von Mischungen pulverförmiger fester Teilchen, z. B. solcher aus Graphit, Koks, Kohle u. dgl., und kohlenstoffhaltiger Bindemittel, wie z. B. Pech, Teer u. dgl.
Zur Herstellung derartiger Gegenstände ist man bisher im allgemeinen derart verfahren, dass man das z. B. aus Koksteilchen und Pech bestehende Ausgangsgemiseh mit Hilfe einer hydraulischen Presse oder durch Ausstossen aus Matrizen in gewünschte Form brachte, die geformten Gegenstände in Kohlestaub oder Koksstaub einbettete und sie zwecks Zersetzung und Verkokung des Bindemittels einer allmählich fortschreitenden vorsichtigen Erwärmung unterwarf. Nach erfolgter Zersetzung des Bindemittels wurde die Erwärmung unter langsamer Steigerung der Temperaturen fortgeführt, z. B. bis zur weitgehenden oder vollständigen Graphitierung des Produktes. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, dass vielfach unbrauchbare oder minderwertige Gegenstände, z. B. solche, welche zu grosse Porosität oder Rissbildungen oder Deformationen aufweisen, erhalten werden.
Bei Versuchen der Anmelderin, geformte kohlehaltige Körper durch Erhitzen von Mischungen pulverförmiger Teilchen, z. B. solcher aus Graphit, und passender Mengen von Bindemitteln, z. B. von Pech oder Teer herzustellen, hat sich gezeigt, dass bei Durchführung des sogenannten Backprozesses die Körper infolge der Gasentwicklung mehr oder weniger porös wurden, sich aufblähten und vielfach unerwünschte Deformation zeigten.
Das Studium der bei Durchführung des Backprozesses sich abspielenden Vorgänge führte die Anmelderin zur Anwendung eines Verfahrens, welches es ermöglicht, das unerwünschte Porigwerden und Anschwellen der Masse sowie das Auftreten unerwünschter Deformationen zu verhindern.
Dies Ziel wird gemäss der Erfindung z. B. dadurch erreicht, dass man mittels mechanischen Gegendrucks den während der Gasentwicklungsperiode auftretenden Expansionskräften entgegenwirkt. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass man das Backen der geformten Körper in passenden Formen von genügender Druckfestigkeit vornimmt und hiedurch die geformte Masse unter einem ständigen, das Aufblähen derselben oder Deformationen derselben verhindernden Druck hält. Hiebei kann man Vorsorge treffen, dass die entwickelten Gase aus der Form entweichen können, z.
B. durch die schmalen Zwischenräume zwischen dem Pressstempel und den anschliessenden Formwandungen oder dadurch, dass man die Form oder den Pressstempel oder beide ganz oder zum Teil aus porösem gasdurchlässigem Material herstellt oder dadurch, dass man besondere feine Öffnungen in der Form vorsieht, durch welche die entwickelten Gase entweichen können. Selbstverständlich müssen in allen Fällen die Formen derart ausgebildet sein, dass trotz Ermöglichung des Gasabganges die Expansivbewegung der festen Masse unter allen Umständen verhindert wird.
In Ausübung der Erfindung kann man z. B. derart verfahren, dass man eine innige Mischung von z. B. 80% gepulvertem Graphit und 20% Hartpech bei einer Temperatur von etwa 250 C in eine Stahlform presst und den Stempel so einstellt, dass die Masse in der Form unter passendem Pressdruck gehalten wird. Hierauf wird die Form mit ihrem Inhalt dem Backprozess unterworfen, d. h. auf Temperaturen gebracht, bei welchen das Pech zersetzt bzw. verkohlt wird. Diese Temperatur liegt im allgemeinen etwa bei dunkler Rotglut. Während die im Verlaufe der Zersetzung des Pechs sich bildenden Gase aus der Form entweichen, wird die feste Masse infolge des vorhandenen mechanischen Gegendruckes in ihrer ursprünglichen Gestalt gehalten, so dass schädliche Aufblähungen, Deformationen, Rissbildungen u. dgl. nicht stattfinden können.
Nachdem der Zersetzungs-und Verkokungsvorgang beendet ist und Gasentwicklung nicht mehr stattfindet, kann der Backprozess unterbrochen und der Gegenstand aus der Form entfernt werden.
Ist man z. B. ausgegangen von einer Mischung, welche 80% Graphit und 20% Hartpech enthält, so wird der aus dem Backprozess hervorgehende Gegenstand neben der ursprünglich vorhandenen Graphitmenge nur noch die aus dem Pech durch Verkokung gebildete Kohle enthalten, so dass der Prozentgehalt des Graphits nunmehr mehr als 80% beträgt. Derartig hergestellte Gegenstände besitzen bereits bei Beendigung des Backprozesses sehr gute Eigenschaften mit Bezug auf Stärke und Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchungen, Einwirkung von Flüssigkeiten u. dgl. und eine für viele elektrische und elektrochemische Zwecke ausreichende Leitfähigkeit.
Man kann ihre Eigenschaften insbesondere mit Bezug auf Dichte und elektrische Leitfähigkeit aber noch dadurch erheblich verbessern, dass man sie einer weiteren Erhitzung auf höhere Temperaturen, z. B. bis. auf 10000 und höher, unterwirft. Bei diesem Erhitzungsprozess erfolgt eine Kontraktion und hiemit eine Erhöhung der Dichte, während anderseits eine Graphitierung der durch Verkokung des Bindemittels entstandenen Kohle stattfindet. Man
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kann den Graphitierungsprozess bis zum gewünschten Grad, gegebenenfalls so weit fortsetzen, dass als Endprodukt ein praktisch 100%iger Graphitkörper erhalten wird.
Durch die Nacherhitzung der erfindungsgemäss unter Anwendung von mechanischem Gegendruck gebackenen Gegenstände gelangt man zu Erzeugnissen, welche mit Bezug auf mechanische Eigenschaften, Dichte und elektrische Leitfähigkeit die besten im Handel befindliehen Erzeugnisse übertreffen, u. zw unter weitgehender Vermeidung von Fehlbränden, da die bei dem Backprozess in Form gehaltenen Gegenstände auch bei dem darauf folgenden unter Kontraktion verlaufenden Graphitierungsvorgang unter Deformationen, Rissbildungen u. dgl. nicht zu leiden haben.
Der als Ausgangsstoff verwendete Graphit kann z. B. in einem besonderen Verfahren durch Graphitieren von Kohle nach üblichen Methoden hergestellt werden.
Man kann z. B. auch derart vorgehen, dass man als Ausgangsstoff für die Erfindung Kokspulver, Kohlepulver od. dgl. verwendet. Hiebei wird z. B. derart verfahren, dass eine Mischung von Kokspulver mit einem passenden Zusatz eines kohlenstoffhaltigen Bindemittels in der oben beschriebenen Weise in Form gepresst und in der Form zwecks Zersetzung und Verkokung des Bindemittels gebacken wird.
Die hiebei entstehenden aus der angewendeten Kohle und der aus dem Bindemittel entstandenen Kohle zusammengesetzten Körper besitzen nach Entfernung derselben aus der Pressform bereits eine bemerkenwerte mechanische Stärke und Festigkeit sowie eine erhebliche Widerstandsfähigkeit gegen den Einfluss von Flüssigkeiten u. dgl., so dass sie bereits in dieser Form für manche Anwendungszwecke mit gutem Erfolg brauchbar sind. Durch weitere Erhitzung, z. B. auf Temperaturen von 10000 und mehr, kann man diese Körper mehr oder weniger weitgehend, gegebenenfalls vollständig graphitieren und hiedurch ihre Eigenschaften insbesondere mit Bezug auf elektrische Leitfähigkeit verbessern. Auch in diesem Falle gelangt man zu ausgezeichneten Produkten unter Vermeidung der obenerwähnten Nachteile der Deformation, Rissbildung usw.
Schliesslich kann man das Verfahren mit Erfolg auch in solchen Fällen anwenden, bei welchen kohlefreie oder kohlearme pulverförmige Ausgangsstoffe mit Hilfe kohlenstoffhaltiger Bindemittel, wie Pech, Teer usw. in feste geformte Körper übergeführt werden sollen.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, geformte Gegenstände aus Kohle bzw. Graphit unter Vermeidung unerwünschter Porenbildung, Rissbildung und Deformationen herzustellen und im übrigen die Eigenschaften der Gegenstände dem gewünschten Verwendungszweck genau anzupassen.
Für manche Anwendungszwecke genügt es z. B., wenn die Gegenstände eine gute mechanische Festigkeit und Stärke besitzen, dass sie eine Oberfläche besitzen, welche Erosionswirkungen zu widerstehen vermag, z. B. der Einwirkung von Waschflüssigkeiten u. dgl., bei welchen es aber nicht von Wichtigkeit ist, dass sich dieselben durch ausgezeichnete Leitfähigkeit für den elektrischen Strom auszeichnen.