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vertanren zur 11. ersteuung von Graphit
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Es wurde gefunden, dass die obgenannten Erfindungsziele erreicht werden können, wenn man einen kompakten Graphit dadurch erzeugt, dass eine Masse von Graphitpulver mit einem detonierenden Explosivstoff umgeben und letzterer hierauf zur Explosion gebracht wird. Um eine gleichmässige Verdichtung des Pulvers zu erzielen, muss der Explosivstoff gleichmässig über der Masse des Pulvers verteilt sein. Zur leichteren Handhabung und zur Vermeidung von Materialverlusten ist das Pulver vorzugsweise in einem Behälter eingeschlossen.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert, deren Fig. 1 und 2 Längsschnitte durch Vorrichtungen zum Verdichten von Graphit zeigen. In den beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die Graphitpulvermasse 1 befindet sich in dem Stahlrohr 2, das an dem einen Ende durch den Stöpsel 3 und an dem andern Ende durch den Stöpsel 4 verschlossen ist. In Fig. 1 bezeichnet 5 eine rund um das
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inerten Kegel 7 und 8 eine übliche Sprengkapsel mit bleiernen elektrischen Leitungen 9.
In der Ausführungsform der Fig. 2 umgibt die Sprengstoffhülle 5 ein Stützelement, z. B. ein Kartonrohr 10, welches einen ringförmigen Raum 11, der mit Wasser gefüllt ist, zwischen dem Stahlrohr 2 und der Sprengstoffhülle 5 freilässt. Eine Vorrichtung 14 zur Erzeugung linearer Detonationswellen von der Art des in der USA-Patentschrift Nr. 2, 943, 571, Fig. 2 B, beschriebenen "line wave generator" ist an die Sprengstoffhülle 5 angeschlossen. Einer oder mehrere dieser Generatoren sind an dem einen Ende der röhrenförmigen Hülle 5, z.
B. mittels Klebebandes, befestigt, so dass sie mit der Hülle entlang ihrem ganzen Umfang in Berührung stehen ; falls mehrere Generatoren angewendet werden, sollen sie alle gleich gross sein, so dass die Detonationswelle die Hülle 5 an allen an die Generatoren angrenzenden Punkten ihrer Peripherie gleichzeitig erreicht. Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die ganze Anordnung in Wasser eingetaucht, das sich im Behälter 13 befindet und dessen Oberfläche mit 12 bezeichnet ist.
Die Einbringung der Vorrichtung in das Wasser kann einfach so erfolgen, dass man zuerst das den Graphit enthaltende, verschlossene Rohr 2 auf den Boden des Behälters 13 stellt und hierauf die Hülle 5 mit dem angeschlossenen Generator (oder den Generatoren) 14 derart über das Rohr 2 aufsetzt, dass ein ringförmiger Raum 11 mit durchgehend gleichem Abstand zwischen der Sprengstoffhülle 5 und dem Rohr 2 freibleibt.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird durch Betätigung der Zündkapsel 8
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"lineGenerator 14 angrenzenden Kante gleichzeitig gezündet und die Detonation schreitet in Längsrichtung der Hülle 5 vor, ohne dass sich unerwünschte konvergierende Schockwellen ausbilden. Durch die Detonation der Hülle 5 wird das Rohr 2 verengt und das Graphitpulver 1 zusammengepresst.
Die Explosivhülle 5 kann aus einer Folie hergestellt sein, die sich leicht um das Rohr 2 oder das Stützelement 10 legen lässt ; man kann auch einen körnigen Explosivstoff verwenden, der in irgendeiner geeigneten Weise, wie noch beschrieben werden soll, an seinem Platz rund um das Rohr fixiert wird.
Die Einrichtung, mit deren Hilfe die gleichzeitige Zündung der gesamten Kante der Sprengstoffhülle 5 herbeigeführt wird, ist nicht auf die in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausbildungen beschränkt. Beispielsweise können auch andere "line wave generators" verwendet werden, bei denen die an irgendeiner Stelle ausgelöste Detonationsfront derart zur Ausbreitung gebracht wird, dass sie gleichzeitig an einer Vielzahl von Stellen entlang der ganzen Kante der Explosivstoffhülle 5 eintrifft.
In den nachfolgenden Beispielen sind spezielle Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben, ohne dass die Erfindung auf diese beschränkt werden soll. Der in den Beispielen genannte natürliche Ceylon-Graphit bestand aus 95-96% Graphit-Kohlenstoff, 1-1, 5% Feuchtigkeit und flüchtigen Stoffen, Rest Asche (Zusammensetzung : 50% Siliciumdioxyd, 25% Aluminiumoxyd und 25% Eisen-, Magnesium- und Calciumoxyde) ; 95% dieses Graphitpulvers gingen durch ein Sieb mit etwa 15. 000 Maschen/cm2 hindurch.
Der in den Beispielen erwähnte künstliche Graphit von "nu- klearem Reinheitsgrad"hatte einen maximalen Aschegehalt von 0, 08%, einen Borgehalt von 1, 5 Teilen pro Million und ging zu 98, 5% durch ein Sieb mit 5840 Maschen/cm2 hindurch.
Beispiel 1 : Ein nahtloses Rohr aus kaltgezogenem vergütetem Stahl mit einer Länge von 22, 86 cm, einem inneren Durchmesser von 4, 13 cm und einer Wandstärke von 1, 6 mm wurde an einem Ende mit einem 1, 27 cm langen Stahlstöpsel versehen, der in das Rohr eingeschweisst wurde. Hierauf wurde das Rohr mit 400 g natürlichem Ceylon-Graphit gefüllt und der Graphit unter einem hydraulischen Druck von 337, 47 kg/cm2 zusammengepresst. Die Länge der Graphitsäule betrug nach dem Pressen 17, 78 cm und ihre Dichte 1, 7 g/cm3. Dann wurde ein Stahlstöpsel von 3, 81 cm Länge in das obere Ende des Rohres eingeschweisst.
Als Explosivstoff diente eine Folie aus einer Mischung von Pentaerythrittetranitrat (PETN) (20%) und Mennige (70%) mit einem Bindemittel (10%), welch letzteres aus 50% Butylkautschuk und 50% eines thermoplastischen Terpenharzes Gemisch von Polymeren des ss-Pinens mit der Formel (C10H16) n] bestand. Diese Folie, deren Explosivstoffgehalt 0, 78 g/cm2 betrug, wurde um ein Kartonrohr von 20, 32 cm Länge und einem Durchmesser, der um 4, 45 cm grösser war als der Aussendurchmesser des den Graphit enthaltenden Stahlrohres, so herumgelegt, dass eine fortlaufende Umhüllung gebildet und die
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Aussenseite des Kartonrohres vollständig verdeckt war. Die Explosivstoffolie wurde durch Umwickeln mit einem Klebeband an dem Kartonrohr befestigt.
In gleicher Weise wurden zwei "line wave generators", wie sie in der USA-Patentschrift Nr. 2, 943, 571 in Fig. 2 B dargestellt sind, derart an dem einen Ende der von dem Kartonrohr gestützten Explosivstoffhülle befestigt, dass eine Grundlinie jeder der den Generator bildenden dreieckigen Folien in Kontakt mit der Explosivstoffhülle gebracht wurde und sie entlang ihres ganzen Umfanges mit der Explosivstoffolie eines Generators in Berührung stand. Die dreieckigen Folien der Generatoren wurden mit ihren den Grundlinien gegenüberliegenden Spitzen miteinander verbunden und an der Verbindungsstelle an eine handelsübliche Sprengkapsel angeschlossen.
Das den Graphit enthaltende Stahlrohr wurde in einen mit Wasser gefüllten wasserdichten Behälter eingetaucht ; die oben beschriebene Sprengvorrichtung wurde so über das Stahlrohr gestülpt, dass sich zwischen diesem und der Explosivstoffhülle ein ringförmiger, mit Wasser gefüllter Raum von 2, 22 cm Weite befand. Die Sprengvorrichtung wurde mit Hilfe von zwei am oberen und unteren Ende des Stahlrohres sitzenden, 2, 22 cm breiten Kartonringen, auf denen sie festsass, in ihrer Stellung gehalten. Nachdem in dieser Weise eine Anordnung, wie in Fig. 2 dargestellt, erzielt worden war, wurde die Sprengkapsel elektrisch gezündet und damit die Detonation der "line wave generators" und der Explosivstoffhülle herbeigeführt. Das den verdichteten Graphit enthaltende Stahlrohr wurde dann noch 24 Stunden auf 430 C erhitzt und sodann herausgenommen.
Die Dichte des Graphits betrug 2, 16 gjcmS, entsprechend 96% der theoretischen Dichte. Der Grad der relativen Kristallitausrichtung wurde mit Hilfe von Röntgenbeugungsmessungen mit 57% ermittelt.
Die Biegefestigkeit einer parallel zur Ebene der höheren Kristallitorientierung herausgeschnittenen Probe betrug 116, 14 kg/cm2, diejenige einer senkrecht zu dieser Ebene entnommenen Probe 75, 23 kg (cm2.
"Biegefestigkeit" bezieht sich hier auf die maximale Zugbeanspruchung (in kg/cm2), der das Material ausgesetzt werden kann, bevor es beim Biegen bricht. Die Druckfestigkeit (maximale Festigkeit unter Druckbelastung in kg/cm2) betrug 171, 9 kg/cm2. Es zeigten sich keine wesentlichen Unterschiede in der Druckfestigkeit zwischen Proben, die parallel, und solchen, die senkrecht zur Ebene der höheren Orientierung entnommen worden waren.
Beispiel 2 : Das Verfahren gemäss Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch der Graphit vor der Verdichtung durch den Explosivstoff nicht hydraulisch gepresst wurde. Das Graphitpulver wurde lediglich von Hand aus bis zu einer Dichte von 0, 75 g (cmS zusammengepresst. Der durch Explosion verdichtete Graphit hatte eine Dichte von 2, 12 g/cms und 8% relative Ausrichtung.
Beispiel 3 : Das Verfahren gemäss Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch der Graphit vor
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von 2, 12 g/cms und 52% relative Ausrichtung.
Beispiel 4 : Das Verfahren gemäss Beispiel l wurde wiederholt, wobei jedoch eine Graphitmischung eingesetzt wurde, die aus 85% natürlichem Ceylon-Graphit und 15% künstlichem Graphit von nuklearer Reinheit bestand und zu 95% durch ein Sieb mit einer Maschenzahl von ungefähr 16. 000/cm2 hindurchging. Der verdichtete Graphit besass eine Dichte von 2, 13 g/cms und 59% relative Ausrichtung.
Beispiel 5 : Ein nahtloses Rohr aus kaltgezogenem vergütetem Stahl mit einer Länge von 20, 32 cm einem inneren Durchmesser von 4, 13 cm und einer Wandstärke von 1, 6 mm wurde an einem Ende mit einem 1, 27 cm langen Stahlstöpsel versehen, der in das Rohr eingeschweisst wurde. Hierauf wurde das Rohr mit 347, 1 g natürlichem Ceylon-Graphit gefüllt und der Graphit unter einem hydraulischen Druck von 351, 5 kg/cm2 zusammengepresst. Die Länge der Graphitsäule betrug nach dem Pressen 17, 8 cm und seine Dichte 1, 7 g/cms. Dann wurde ein Stahlstöpsel von 3, 81 cm Länge in das obere Ende des Rohres eingeschweisst.
Ein Kartonrohr von ungefähr der gleichen Länge wie das Stahlrohr und mit einem inneren Durchmesser, der einen genauen Sitz auf dem Stahlrohr ermöglichte, wurde konzentrisch in einem andern Kartonrohr der gleichen Länge, aber mit einem um 1, 22 cm grösseren inneren Durchmesser angeordnet.
Zur Einhaltung eines gleichmässigen Abstandes von 0, 61 cm zwischen den beiden Rohren wurde ein entsprechender Kartonring an dem einen Ende zwischen den Rohren eingeführt und mit Paraffinwachs auf seinen Platz fixiert. Der ringförmige Zwischenraum wurde sodann mit 200 g granuliertem Trinitrotoluol (TNT) gefüllt und das offene Ende mit einem weiteren Kartonring entsprechender Breite versehen, der ebenfalls mit Paraffinwachs fixiert wurde. Dann wurde die fertige Hülse über das Stahlrohr gezogen. Auf den 3, 81 cm langen Stahlstöpsel wurde ein Tonkegel von 4, 45 cm Höhe aufgesetzt und mit einer Explosivstoffolie umgeben, die aus einer Mischung von PETN mit Butylkautschuk und einem thermoplastischen Terpenharz Gemisch von Polymeren des ss-Pinens der Formel (C1oH16) n] bestand und einen Explosivstoffgehalt von 0, 62 g/cm2 hatte.
Die Explosivstoffolie wurde mittels Klebebandes mit dem äusseren Kartonrohr verbunden. Eine handelsübliche Zündkapsel wurde an der Spitze des Kegels befestigt. Nachdem in dieser Weise die in Fig. 1 dargestellte Anordnung erzielt worden war, wurde die Sprengkapsel elektrisch gezündet und damit die Detonation der Explosivstoffolie und des TNT herbeigeführt. Das das verdichtete Material enthaltende Rohr wurde dann noch 24 Stunden auf 430 C erhitzt und hernach herausgenommen.
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Um die für die erfindungsgemässe Verdichtung erforderlichen hohen Drücke zu erreichen, muss der Explosivstoff detonieren. Ein Sprengstoff, der, nicht eingeschlossen, bloss abbrennt, kann den gewünschten
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nisse und werden daher bevorzugt.
Die Auswahl eines bestimmten detonierenden Explosivstoffes kann von dem Fachmann unter Berücksichtigung von Faktoren wie die Grösse und Gestalt des herzustellenden verdichteten Körpers leicht getroffen werden. Offensichtlich muss die Menge an Explosivstoff in der den
Pressling umgebenden Schicht gross genug sein, dass sich die Detonation durch die ganze Schicht der
Länge nach fortpflanzen kann. Im Falle von kleinen Presslingen kann die je Flächeneinheit erforderliche
Explosivstoffmenge so klein sein, dass sich bei manchen Explosivstoffen mit niedrigerer Detonations- geschwindigkeit die Detonation nicht entsprechend fortpflanzt ; es muss dann ein Explosivstoff mit höherer
Detonationsgeschwindigkeit verwendet werden. Für grosse Formkörper kann ein viel weiterer Bereich von Explosivstoffen Anwendung finden.
Es wurde gefunden, dass Explosivstoffolien aus 92, 5-70 Gew.- Teilen an initialzündbaren, hochexplosiven Stoffen und 7, 5-30 Gew.-Teilen eines Bindemittels, bestehend aus 25-75 Gew.-% eines organischen Kautschuks und 75-25 Gew.-% eines thermoplastischen
Terpenkohlenwasserstoffharzes, besonders geeignet sind. Explosivstoffolien mit einem Gehalt von
15 bis 45 Gew.-% einer hochexplosiven Verbindung wie PETN oder Cyclotrimethy1en-trinitramin,
10-20 Gew.-% des obgenannten Kautschuk-Terpenkohlenwasserstoffbindemittels und einem grösseren Anteil, z. B. 30-75 Gew.-%, Mennige (PbgO ) werden besonders bevorzugt.
Aber auch TNT in
Granulat-oder Flockenform sowie andere detonierende Explosivstoffe wie Cyclotetramethy1en-tetra- nitramin oder Sprengstoffe auf Basis von Nitroglycerin können verwendet werden.
Bei zylindrischer Anordnung der Vorrichtung können gut aussehende Presslinge durch Zündung der Explosivstoffschicht in einer solchen Weise erhalten werden, dass die Druckwellen der Detonation nur im Mittelpunkt des Presslings zusammenlaufen. Erfolgt die Zündung der Schicht nur an einem Punkt, so schreitet die Detonation sowohl radial als auch linear fort und die Detonationsfronten konvergieren in einer Linie, die 1800 um den Zündungspunkt liegt. Die Konvergenz der Detonationswellen erzeugt entlang dieser Linie viel höhere Drücke als an allen übrigen Stellen des Presslings, wodurch Verzerrungen und sogar Risse entstehen können. Wie früher beschrieben, kann das Auftreten von in ungünstiger Weise konvergierenden Druckwellen vermieden werden, wenn die ganze Kante gleichzeitig gezündet wird.
Dies kann, wie in den Beispielen gezeigt wurde, durch Verwendung einer kegelförmigen Ladung aus einer Explosivstoffolie unter Ausfüllung des kegelförmigen Hohlraumes mit einem inerten Material, oder vermittels eines "line wave generators" der in der erwähnten Patentschrift beschriebenen Art erreicht werden. Es können aber auch andere Anordnungen, durch welche lineare Druckwellen erzeugt werden, z. B. eine in der Mitte gezündete flache Explosivstoffscheibe, verwendet werden.
Zur leichteren Handhabung und Vermeidung von Materialverlusten ist der zu verdichtende Graphit vorzugsweise in einem Behälter eingeschlossen. Da eine Nahtstelle an dem Behälter eine Ungleichmässigkeit an dessen Oberfläche darstellt, kann durch eine solche Naht an der entsprechenden Stelle der Oberfläche des Graphitpresslings ein Fehler entstehen, so dass vorzugsweise nahtlose Behälter verwendet werden. Durch Verwendung eines Behälters mit hinreichend schweren Wänden können ein Zusammenschrumpfen des Behälters und dadurch Unregelmässigkeiten des Presslings vermieden werden, da dann der Behälter im Masse der durch die Verdichtung des Graphits bedingten Volumverminderung gleichmässig zusammengepresst wird.
Beim erfindungsgemässen Verfahren kann die Sprengladung dicht anschliessend an den Graphitbehälter angeordnet sein oder man kann zwischen dem Behälter und der Sprengladung einen Wasserring vorsehen. Es zeigte sich, dass mitunter das Aussehen des verdichteten Graphits verbessert wird, wenn man den Explosionsdruck durch Wasser lenkt. Auch andere Materialien als Wasser, zwischen den Graphitbehälter und der Sprengladung eingebracht, erwiesen sich als wirksam. So kann man z. B.
Schichten aus Karton oder einem Schaumkunststoff wie Polystyrol zwischen der Ladung und dem Behälter anordnen.
Zur Herabsetzung des bei der Detonation der Explosivstoffhülle entwickelten Lärms und Luftstromes wird zweckmässig die ganze Anordnung vor der Zündung unter Wasser gebracht. Da das Wasser nicht für die Fortleitung des bei der Detonation der Sprengladung erzeugten Druckes benötigt wird, braucht es sich nicht in einem allseits geschlossenen Behälter zu befinden. Bei Eintauchen der Vorrichtung muss die verwendete Explosivstoffmischung natürlich wasserbeständig sein.
Zur allfälligen Vermeidung von Rissbildungen während der Entfernung des Rohres ist es zweckmässig, das den verdichteten Graphit enthaltende Rohr vorher auf eine Temperatur in der Gegend von 400 bis 5000 C, vorzugsweise auf etwa 4300 C, zu erhitzen. Eine solche Wärmebehandlung ist jedoch für die Herstellung des neuen Graphits gemäss der Erfindung nicht wesentlich, sondern stellt lediglich eine zweckmässige Massnahme dar, um jede Beschädigung des Presslings sicher zu vermeiden.
Die Beispiele veranschaulichen die Herstellung des neuen Graphits in Form von kompakten Stäben mit einem Durchmesser von 4, 13 bzw. 6, 03 cm. Es können aber auch Presslinge von viel grösserem Durch- messer erhalten werden. Da die Explosivstoffolie oder -schicht beliebig lang sein kann, besteht keine Begrenzung hinsichtlich der Länge des zu erzeugenden Presslings. Beispielsweise wurde der erfindung-
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