AT230333B

AT230333B - Verfahren zur Herstellung von aus miteinander verbundenen Teilen aufgebauten Kohle- oder Graphitkörpern

Info

Publication number: AT230333B
Application number: AT557561A
Authority: AT
Original assignee: Great Lakes Carbon Corp
Priority date: 1960-08-05
Filing date: 1961-07-19
Publication date: 1963-12-10

Description

Verfahren zur Herstellung von aus miteinander verbundenen Teilen aufgebauten Kohle- oder Graphitkörpern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aus miteinander verbundenen Teilen aufge- bauten Kohle- oder Graphitkörpern, deren Abmessungen erheblich grösser und deren Formen sehr viel ver- wickelter sein können als diejenigen, die mit den bisherigen Strangpress- oder Formgebungseinrichtungen hergestellt werden können.

Für Kohle- oder Graphitkörper mit grösseren als den gewöhnlichen Abmessungen bestehen zahlreiche
Anwendungsmöglichkeiten. Einige dieser Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise im Flugzeugbau und in der Kerntechnik, erfordern hohe Festigkeit bei verhältnismässig hohen Temperaturen.

Es besteht beispielsweise bei einem in der Flugzeugindustrie häufig angewendeten Verfahren zur Her- stellung von Honigwaben-Fachwerkkonstruktionen für Flugzeug- und Geschossteile ein wesentlicher Fak- tor in der Möglichkeit der Verwendung eines Graphitbettes beim Zusammenlöten von mit extrem kleinen
Toleranzen hergestellten Bauteilen. Da einige dieser Bauteile sehr grosse Abmessungen besitzen, müssen auch die Abmessungen der Graphitplatten oder Graphitlager sehr gross sein und vor allen Dingen beträcht- lich grösser als die Dimensionen von Graphitkörpem, die mit den vorhandenen oder üblichen Formge- bungs- oder Strangpresseinrichtungen hergestellt werden.

Eine andere Anwendungsmöglichkeit, bei welcher ein zusammengesetzter Kohlenstoff- oder Graphitkörper grosser Abmessung erforderlich ist, tritt bei Kernreaktoren auf. So hat man z. B. vorgeschlagen, vier Quadranten aus Graphit miteinander zu verbinden, um einen einzigen Zylinder zu bilden und dann mehrere solche Zylinder miteinander zu verkitten sowie sie in vertikaler Richtung zusammenzufilgen, um einen Reaktorkern mit dem erforderlichen Enddurchmesser und mit der erforderlichen Endhöhe herstellen zu können.

Ein Ergebnis dieser starken Nachfrage nach grossen Kohle- und Graphitkörpern besteht darin, dass man der Technik des Aufbaues derartiger grosser Körper durch Zusammenkitten kleinerer gebrannter oder graphitierter Kohlekörper eine ausserordentlich grosse Aufmerksamkeit schenkte.

Dem Zusammenkitten vorher gebrannter oder graphitierter Kohlekörper haften jedoch verschiedene Nachteile an. So erfordert ein derartiges Verfahren vor allen Dingen sehr viel Zeit und Arbeitsaufwand.

Auch ist die sich ergebende Verbindung gegen Oxydation sehr viel empfindlicher als die miteinander zu verbindenden Teile selbst.

Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, eine Lösung des Problems der Herstellung grosser Körper darin zu suchen, dass man die Teilstücke miteinander verklebt oder auf andere Weise verbindet, solange sie sich im "grünen" Zustand befinden, aber nachdem sie bereits ausgepresst oder gegossen worden sind, worauf in einem anschliessenden Brennvorgang die betreffenden Körper endgültig und bleibend miteinander verbunden werden.

Das Verfahren gemäss der Erfindung zur Herstellung von aus miteinander verbundenen Teilen aufgebauten Kohle-oder Graphitkörpem, bei welchem kohlenstoffhaltige Mischungen zu "grünen" Körpern geformt und gebrannt werden, ist durch folgende Verfahrensstufen gekennzeichnet : (A) Formung kohlenstoffhaltiger Mischungen zu"grünen"Teilkörpem mit den gewünschten Abmessungen ; (B) Überziehen mindestens jeweils einer der zu verbindenden Oberflächen dieser Teilkörper mit einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel ;

(C) Verbindung der Teilkörper mit Hilfe des Bindemittels an ihrer Trennfläche ; (D) Um-

geben der hergestellten Verbindungsstelle (n) der miteinander zu verbindenden Teilkörper mit einem
Tragband, welches dazu dient, ein Entweichen des Bindemittels zu verhindern und (E) Erhitzen der erhal- tenen Stücke in einem Brennofen sowie gegebenenfalls anschliessende Graphitierung. Weitere Einzelhei- ten des neuen Verfahrens sind nachstehend näher erläutert.

Es ist ferner gefunden worden, dass bei Anwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung der endgültige grosse Körper nicht nur die erforderliche hohe Festigkeit bei relativ hoher Temperatur besitzt, sondern auch für alle vorkommenden praktischen Verwendungszwecke ein einziges kontinuierliches Stück ist und dass er im allgemeinen, insbesondere bei höheren Temperaturen, fester ist als ein ähnlicher Körper, der durch Zusammenkleben vorher gebrannter oder graphitierter Stücke hergestellt ist.

In den folgenden Ausführungsbeispielen sind unter"Teilen"stets Gew.-Teile zu verstehen.

Beispiel l : Aus 100 Teilen Kohleteilchen, von denen wenigstens 80% eine Teilchengrösse zwischen 2, 00 und 0, 044 mm haben, und aus 30 Teilchen Steinkohlenteerpech wird eine Mischung hergestellt. Diese Mischung wird dann unter Auspressen durch eine Düse von 60,96 cm Breite und 76, 2 cm Höhe zu Stücken geformt. Nach erfolgter Abkühlung werden die entsprechenden Flächen von zwei aus dieser Mischung stranggepressten Stücken oder Blöcken gleicher Abmessung und gleicher Ausrichtung von 228, 6 cm Länge mit einem Bindemittel angestrichen bzw. überzogen.

Dieses Bindemittel besteht aus ungefähr 65 Teilen Steinkohlenteer und 35 Teilen Steinkohlenteerpech, wobei ein Mindestspalt oder eine Bindemitteldicke von annähernd 3, 17 mm verbleibt, wenn die Flächen der Blöcke aneinandergerückt werden. Mit dem Ausdruck "gleiche Ausrichtung" soll zum Ausdruck gebracht werden, dass die Stücke jeweils mit ihrer Auspressrichtung fluchten.

Die Verbindungsstelle wird rings um ihren gesamten Umfang mit einem Streifen aus Klebeband von 10, 16 cm Breite umgeben und die so miteinander verbundenen Körper werden auf den Boden eines üblichen Brennofens gelegt. Der durchschnittliche Wert des Bruchmoduls der Verbindung beträgt nach dem Brennen bei etwa 9000C 112 kg/cm* und nach der Graphitierung 88 kg/cm*.

Beispiel 2 : Aus 100 Teilen Kohleteilchen, von denen mindestens 80% eine Teilchengrösse zwischen 12,7 und 0, 044 mm haben, sowie 25 Teilen Steinkohlenteer wird eine Mischung hergestellt. Diese Mischung wird stranggepresst und die erhaltenen Teile werden, wie in Beispiel l angegeben, miteinander in Verbindung gebracht und gebrannt. Es ergibt sich eine Verbindung mit einem Bruchmodul nach dem Brennen von 77 kg/cm* und nach dem Graphitieren von 67 kg/cm*.

Beispiel 3 : Aus einem Gemisch aus 50 Teilen Kohle und 50 Teilen pulverisiertem Kohlenstoff, von dessen Bestandteilen mindestens 80% eine Teilchengrösse zwischen 2, 00 und 0, 044 mm haben, sowie 36 Teilen Teer, wird eine strangpressbare Mischung hergestellt. Diese Mischung wird in Stücke gewünschter Grösse, wie in Beispiel 1 angegeben, ausgepresst, zerschnitten, worauf die zusammenpassenden Flächen mit einem Teerbindemittel verbunden werden. Nach dem Brennen hat der mittlere Bruchmodul der
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Die Festigkeiten der Verbindungsstellen verschiedener anderer zusammengesetzter Stücke wurden ebenfalls bestimmt. In vielen Fällen ist die Festigkeit des gebrannten Grundblockes selbst geringer als die Festigkeit der Verbindung nach dem Brennvorgang, d. h., der Bruch erfolgt ausserhalb der Ebene der Verbindungsstelle.

Vorzugsweise wird das Bindemittel auf jede der Oberflächen oder Seiten der miteinander zu verbin- denden "grünen" Körper aufgebracht. In manchen Fällen kann es jedoch zweckmässig oder wünschenswert sein, das Bindemittel lediglich auf eine der miteinander zu verbindenden Flächen aufzubringen. Häufig haben die Flächen oder Seiten der miteinander zu verbindenden grünen Körper die gleiche Länge und die gleiche Breite, d. h. sie sind einander entsprechend dimensioniert. Bei manchen Endprodukten, insbesondere bei jenen mit sehr komplizierter Raumform, kann dies jedoch nicht der Fall sein.

Das Bindemittel wird im allgemeinen bei einer Temperatur von etwa 1300C aufgebracht, wobei die miteinander zu verbindenden Körper etwa Raumtemperatur haben. Im allgemeinen wird eine ausreichende Menge von Bindemitteln angewendet, um einen Mindestspalt oder eine Mindestbindemitteldicke von annähernd 3, 17 mm frei zu lassen, wenn die Flächen der Blöcke aneinandergerückt werden. Die in der Praxis maximale Breite des Spaltes oder die Dicke der Verbindungsstelle beträgt ungefähr 6,35 mm.

Nachdem nun die Blöcke miteinander verbunden worden sind und jeglicher Überschuss an Bindemittel oder Klebstoff entfernt worden ist, wird ein breiter Streifen (etwa 10. 16 cm breit) eines Tragbandes, z. B. eines Klebestreifens aus Gewebe, um die Verbindungsstelle gewickelt, um ein Auslaufen des Bindemittels vor dem Verkoken desselben zu verhindern. Es kann natürlich jedes geeignete feste Tragband verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Tragbandes besteht dieses aus einem Material, welches in hohem Masse während des nachfolgenden Brennvorganges verkohlt oder verdampft wird. Man kann aber

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<Desc/Clms Page number 4> oder"grünen" Teilkörpern mit den gewünschten Abmessungen ; (B) Überziehen mindestens jeweils einer der zu verbindenden Oberflächen dieser Teilkörper mit einem kohlenstoffhaltigen Bindemittel ; (C) Verbindung der Teilkörper mit Hilfe des Bindemittels an ihrer Trennfläche : (D) Umgeben der hergestellten Verbindungsstelle (n) der miteinander zu verbindenden Teilkörper mit einem Tragband, welches dazu dient, ein Entweichen des Bindemittels zu verhindern und (E) Erhitzen der erhaltenen Stücke in einem Brennofen sowie gegebenenfalls anschliessende Graphitierung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man jeweils beide der zu verbindenden Oberflächen mit dem kohlenstoffhaltigen Bindemittel bedeckt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die miteinander zu verbindenden Oberflächen einander entsprechend dimensioniert und in ähnlicher Ausrichtung verbindet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man "grüne" Teil- körper mit im wesentlichen ähnlicher Zusammensetzung u. ähnl. physikalischen Eigenschaften einsetzt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Bindemittel verwendet, das aus einer Mischung von etwa 85 Geit.-% bis etwa 15 Gew. -% Steinkohlenteerpech und EMI4.1

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Bindemittel verwendet, das aus einer Mischung von etwa 35 Gew. -0/0 Steinkohlenteerpech und etwa 65 Gew. -0/0 Steinkohlenteer be - steht.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Bindemittel, mit dem jede zu verbindende Oberfläche überzogen ist, in einer Dicke von etwa 1, 59 bis etwa 3, 17 mm aufträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Tragband verwendet, welches im wesentlichen verkohlbar und verflüchtigbar ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stücke so in den Brennofen einlegt, dass die Ebene (n) der Verbindungsstelle (n) horizontal liegt (liegen).

10. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das Bindemittel auf eine Temperatur von etwa 1300C erwärmt und die miteinander zu verbindenden Teilkörper ungefähr auf Raumtemperatur hält.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man auf die Verbindungsstelle zwischen den Stücken des zusammengesetzten Körpers während des Brennvorganges einen Druck von''lenigstens 0, 0703 kg/cm% ausübt.