AT262235B - Gegenstände aus Graphit - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Gegenstände aus Graphit 
Die Erfindung bezieht sich auf Gegenstände, deren Oberfläche während der Benutzung teilweise oder ganz mit einer Schmelze in Berührung ist. Gegenstände dieser Art sind z. B. Tiegel, Verdampfer, Heizleiter usw., die zum Schmelzen oder Verdampfen von Substanzen benutzt werden. Eine Anzahl von geschmolzenen Salzen und Metallen bewirken, insbesondere wenn sie zur Verdampfung weit über ihren Schmelzpunkt hinaus erhitzt werden müssen, einen mehr oder weniger starken Angriff auf die meisten Tiegelmaterialien. 



   Kohlenstoff in Form von handelsüblichem synthetischen Graphit ist für die Herstellung solcher Gegenstände in vielen Fällen nicht geeignet,
Fester Kohlenstoff kommt in zwei kristallinen Modifikationen vor, nämlich als regulär kristallisierender Diamant und als in hexagonalem Schichtgitter kristallisierender Graphit. Seine besonderen Eigenschaften erhält der Graphit durch die Schichtgitterstruktur. Man soll sich diese Struktur etwa wie folgt vorstellen : Die Gitterebenen des Graphits sind ebene, polymere Gebilde aus Kohlenstoff-Sechserringen. 



  Eine Anzahl solcher Schichten, in einer bestimmten periodischen Folge, bilden einen Graphitkristall. 



  Die Bindungskräfte innerhalb der Gitterebenen sind sehr gross, während sie zwischen benachbarten Ebenen sehr schwach sind. Daher rührt die leichte Schaltbarkeit des Graphitkristalls. Von besonderer Bedeutung ist die strukturbedingte Anisotropie gewisser physikalischer Eigenschaften des Kristalls. Dies gilt   z. B.   von der thermischen Leitfähigkeit, die den Graphitkristall zu einem sehr guten Wärmeleiter in der kristallographischen a-Richtung und zu einem sehr guten Wärmeisolator in der kristallographi-   schen   c-Richtung (c 1 a) macht. 



   Synthetische Graphite sind im allgemeinen polykristallin und daher isotrop. Eine leichte Anisotropie kann zuweilen als Folge des speziellen Fabrikationsprozesses (Extrusion, Formpressen) auftreten. 



   Bei der Herstellung synthetischer Graphite werden z. B. Presskörper aus Russ mit einem Bindemittel (z. B. Teer) in einem Elektroofen erhitzt und graphitiert (daher stammt die Bezeichnung Elektrographit). 



   Pyrolytischer Graphit wird durch thermische Zersetzung von kohlenstoffhaltigen Gasen an einem heissen Substrat erzeugt. Er entsteht dort als Niederschlag, dessen Eigenschaften, wie Dichte, Festigkeit und Orientierung, von den Pyrolysebedingungen abhängen. Die Substrattemperaturen können von etwa 
 EMI1.1 
 10 Torr erhält man zusammenhängende Schichten, deren Dichte an die theoretische Dichte von Graphit (p = 2,26   g/cm3)   heranreicht. Diese Pyrographitschichten zeigen ähnliches Verhalten wie der Graphiteinkristall ; neben der starken Anisotropie der Leitungseigenschaften ist noch zu bemerken, dass sie sehr undurchlässig für Gase und Flüssigkeiten sind und dass sie auf Grund ihrer Struktur eine merklich grössere Oxydations- und Korrosionsbeständigkeit als normaler synthetischer Graphit haben.

   Es wurde nun gefunden, dass das gleiche für das Auflösungsverhalten in geschmolzenen Salzen und metallischen Schmelzen gilt. Wegen dieser letztgenannten Eigenschaft kann Graphit dieser Art vorteilhaft bei der 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
Herstellung von Gegenständen, die   während   der Benutzung mit aggresiven Schmelzen in Berührung stehen, in Anwendung kommen. 



   Gemäss der Erfindung ist vorgesehen, als Bauteile, die gegen geschmolzene Salze und Metalle widerstandsfähig sein sollen, wie Tiegel, Verdampfer, Heizleiter usw., die zum Verdampfen derarti- ger Substanzen dienen, zur Gänze oder wenigstens an der Oberfläche aus Graphit bestehende Gegen- stände zu verwenden, bei denen wenigstens die Oberflächenschichte aus Graphit besteht und wobei wenigstens der beanspruchte Teil dieser Oberfläche aus solchem Graphit besteht, dessen kristallographi- sche c-Achse sich annähernd senkrecht zur Oberfläche des Gegenstandes erstreckt. 



   Mit annähernd senkrecht wird in dieser Hinsicht gemeint, dass nur Abweichungen der c-Achse von der senkrechten Lage von höchstens etwa 150 auftreten. 



   Die Gegenstände gemäss der Erfindung können teilweise oder ganz aus dem erwähnten Graphit bestehen. An Hand der   nachstehenden Beispiele 1 - 4 wird die Herstellung   von einigen Gegenständen nach der Erfindung näher erläutert. 



   Weiter wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Fig. l ein Schiffchen zeigt, das zur Verdampfung von Metallen verwendet werden kann, und Fig. 2 einen Heizleiter zeigt. 



   Beispiel 1 : Beschichtung eines Schiffchens von 20 mm Durchmesser aus Elektrographit. In Fig. l ist mit a eine Draufsicht auf das Schiffchen und mit b ein Schnitt nach der Linie b-b in a bezeichnet. Die Öffnung 1 hat eine Tiefe von etwa 13 mm, eine Länge von etwa   60   mm und eine Breite von 10 mm. Das Schiffchen hat eine Länge von 120 mm. Als Pyrolysegas wurde Benzoldampf verwendet. Benzoldruck : 6 mm Hg. Temperatur des   Substrats : 20000C.   Das Schiffchen wurde in einer Anordnung nach Fig. 2 mit einer Graphitschicht gemäss der Erfindung bedeckt. Dauer der   Pyrolse :   30 min. 



  Schichtdicke etwa 83 p. (Dies entspricht einer Wachstumsgeschwindigkeit von 2, 8 p/min). 



     Beispiel 2 :   Beschichtung eines Tantal-Drahtes in Form eines Bügels von 0,5 mm Durchmesser. In Fig. 2 ist mit 2 ein solcher Ta-Draht bezeichnet. Zunächst wird TaC gebildet (4). Danach wird die Graphitschicht 3 gebildet. Als Pyrolysegas wurde Methan verwendet. 



     Methandruck :   25 mm Hg
Temperatur des   Substrats : 1900 C  
Dauer der   Pyrolse :   600 min   Schichtdicke : etwa 400 p Wachstumsgeschwindigkeit : 6, 7 p/min.    



   Die Körper, die nach diesem Beispiel erzeugt worden sind, können als Heizleiter in handelsüblilichen Tiegeln aus keramischem Material angebracht werden, die ihrerseits mit dem zu verdampfenden Material beschickt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, dass der Schmelze in dem Stadium des Auflösungsvorganges immer   nur "auflösungsträge" Flächen   des Heizelementes angeboten werden. Mit Bügeln der in Fig. 2 dargestellten Art wurde   z. B.   Aluminium aus einem Tiegel 5 im Vakuum verdampft. Bei Schichtdicken von 1 mm Pyrographit auf 0, 5 mm Ta bzw. TaC wurden Lebensdauern von 5 h erreicht. Als Tiegelelement wurde für die ersten Versuche Sinterkorund genommen. 



  Es hat sich jedoch gezeigt, dass man für die Verdampfung von Aluminium mit einfachen Porzellentiegeln auskommen kann. 



    Be is pie I 3 : Beschichtung eines Tantal-Drahtes von 1 mm Durchmesser. Als Pyrolysegas wurde    ein Gemisch aus Methan und Benzoldampf verwendet. 



   Methandruck : etwa 6 mm Hg
Benzoldruck : etwa 7 mm Hg
Temperatur des   Substrats : 20000C  
Dauer der Pyrolyse : 215 min
Schichtdicke : etwa 1570 p   Wachstumsgeschwindigkeit :   7,3   p/min.   



   Beispiel 4 : Beschichtung eines Flachstückes aus Elektrographit. Als Pyrolysegas wurde ein Gemisch aus Stickstoff (Trägergas) und Benzoldampf verwendet. 



   Benzoldruck : etwa 3 mm Hg
Stickstoffdruck : etwa 27 mm Hg
Temperatur des   Substrats : 20300C  
Dauer der Pyrolyse : 300 min
Schichtdicke : etwa 350 p   Wachstumsgeschwindigkeit : 1,   2   p/min.   

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



   Es wurden folgende Salze in Graphittiegeln, die mit einer Schicht aus pyrolytischem Graphit gemäss der Erfindung überzogen waren, bis über den Schmelz- oder Sublimationspunkt während   1 - 2,   teilweise während 15 - 24 h   erhitzt : LiCl, NaCl,   KOH, NaOH,   (NHNOg, KNOy KClOg.   



   In keinem Fall wurde die Schicht angegriffen. 



   Es wurden im Vakuum und unter Inertgas (Schutzgas) verschiedene Metalle in gemäss der Erfindung   geschützten Tiegeln   geschmolzen. Es wurde dabei vorwiegend die Wechselwirkung zwischen Aluminium und Pyrographit untersucht. Als Ergebnis dieser Versuche stellte sich heraus, dass die Auflösung von Pyrographit in Aluminium stark gehemmt ist. Damit ist auch die Reaktion 
 EMI3.1 
 behindert. 



   Es konnte z. B. Al bei   1400C   aus einem mit einer Graphitschicht mit einer Dicke von 60   I   beschichteten Tiegel 2 h lang verdampft werden. Dagegen ist ein ungeschützter Graphittiegel gar nicht verwendbar, weil die Al-Schmelze (auch schon bei niedrigeren Temperaturen) so heftig mit dem Kohlenstoff reagiert, dass der Tiegel innerhalb 1 min zerstört wird. 



     Weiter ? wurden   im Tiegel nach der Erfindung Legierungen von Zink und Kadmium, von Aluminium und Arsen und Phosphor, von Gallium und Arsen oder Phosphor geschmolzen, wobei die Tiegel nicht angegriffen wurden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Die Verwendung von zur Gänze oder wenigstens an der Oberfläche aus Graphit bestehenden Gegenständen, bei denen wenigstens die Oberflächenschichte aus Graphit besteht und wobei wenigstens der beanspruchte Teil dieser Oberfläche aus solchem Graphit besteht, dessen kristallographische c-Achse sich annähernd senkrecht zur Oberfläche des Gegenstandes erstreckt, als Bauteile, die gegen geschmolzene Salze und Metalle widerstandsfähig sein sollen, wie Tiegel, Verdampfer, Heizleiter usw., die zum Verdampfen derartiger Substanzen dienen.