Siliziumkarbid enthaltender Gegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung. Die Erfindung betrifft einen Gegenstand, der Siliziumkarbid enthält, und bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung der artiger Gegenstände durch Aufbau (derselben aus einer Mehrzahl von Einzelteilen.
Der Gegenstand kann ein :Siliziumkarbid- widerstand sein, z. B. ein solcher, der durch Wiederkristallisierung von. Siliziumkarbid erhalten -wurde. Solche Widerstände konnten bisher nur in !einfachen Formen, z.
B. in Form gerader 'Stäbe, hergestellt werden, und es war schwierig, dieselben mit geeigneten Ansehlussenden zu versehen, ohne die Her- stellungskosten zu hoch zu halten; die Ver- wenidung solcher Widerstände war .daher beschränkt.
_ Der Gegenstand gemäss vorliegender Er findung besteht aus einer Mehrzahl von Siliziumkarbid enthaltenden Teilen, -die durch mindestens eine Schweissung, welche Silizium enthält,
miteinander verbunden sind.- Einer oder mehrere der Siliziumkarbid enthaltenden 'Teile kann aus wiederkristalli- siertem Siliziumkarbsd bestehen. Weiterhin kann einer odermehrere dieser Teile aus .Sili- ziumkarbid bestehen, das sikziert ist, das heisst einem '.S@iliziumkarbid,
Idas zusätzlieh zu dem an Kohlenstoff gebundenen Silizium noch weiteres Siliziue enthält.
Das Verfahren gemäss .der Erfindung zur Herstellung eines vorgenannten Gegenstan- .des besteht darin, dass zwischen die Berüh rungsflächen von silsziumkarbidhaltigen Tei len kohlenstoffhaltiges Material gebracht wird, wonach man ,die 'Temperatur der da durch gebildeten Verbindungsfuge in An- wesenheit von Kliziumderart erhöht, dass.
das Silizium die Verbindungsstelle durch- .dringt. ' Lider anliegenden Zeichnung sind in ,den Fig: 1 bis 4 verschiedene beispielsweise Aus führungsformen von elektrischen Widerstän den, die gemäss der Erfindung hergestellt sind, gezeigt.
Fig. 1 zeigt einen Widerstand von sechs eckiger Form, bestehend aus einer Mehrzahl
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von <SEP> ;geraden, <SEP> stabartigen <SEP> Widerständen <SEP> <B>10,</B>
<tb> die <SEP> untereinander <SEP> und <SEP> mit <SEP> den <SEP> Anschluss enden <SEP> 11. <SEP> durch <SEP> die <SEP> Schweissstellen <SEP> 12 <SEP> ver bunden <SEP> sind.
<SEP> Die <SEP> Stäbe <SEP> 10 <SEP> werden <SEP> durch
<tb> Wiederkristallisierung <SEP> der <SEP> kompakten <SEP> Form
<tb> des <SEP> Siliziumkarbids <SEP> oder <SEP> von <SEP> Mischungen
<tb> der <SEP> kompakten <SEP> und <SEP> der <SEP> regulären <SEP> Form <SEP> des selben <SEP> erzeugt, <SEP> indem <SEP> man <SEP> durch <SEP> diese <SEP> Stätte
<tb> einen <SEP> elektrischen <SEP> Strom <SEP> schrickt. <SEP> Die <SEP> An sehlussenden <SEP> 11 <SEP> werden <SEP> ebenfalls <SEP> aus <SEP> wieder kristallisiertem <SEP> Siliziumkarbid <SEP> vorgeformt,
<tb> z. <SEP> B. <SEP> indem <SEP> man <SEP> sie <SEP> analog <SEP> wie <SEP> die <SEP> Wider standsstäbe <SEP> 1() <SEP> behandelt. <SEP> oder <SEP> aus <SEP> porösem
<tb> Kohlenstoff, <SEP> wie <SEP> Holzkohle, <SEP> die <SEP> finit <SEP> verkohl barem <SEP> Material, <SEP> wie <SEP> Kasein.
<SEP> gebenden <SEP> ist.
<tb> gebildet.
<tb> Die <SEP> Widerstandsstäl>e <SEP> und <SEP> die <SEP> Ans.chluss enden <SEP> werden <SEP> nun, <SEP> wie <SEP> in <SEP> Fi,g. <SEP> 1 <SEP> gezeigt, <SEP> zu sammengefügt <SEP> und <SEP> zu <SEP> einem <SEP> einzigen <SEP> Ge bilde <SEP> versehweisst. <SEP> Zu <SEP> diesem <SEP> Zwecke <SEP> werden
<tb> die <SEP> zu <SEP> verbindenden <SEP> Enden <SEP> mit <SEP> einem <SEP> ver kohlbaren <SEP> 'Sohweissmaterial <SEP> überzogen, <SEP> z. <SEP> B.
<tb> mit <SEP> einer <SEP> wässerigen <SEP> Iaseinpaste, <SEP> und <SEP> dann
<tb> auf <SEP> einer <SEP> Kohlenplatte, <SEP> welche <SEP> durch <SEP> Ein schaltang <SEP> in <SEP> einen <SEP> elektrischen <SEP> Stromkreis
<tb> auf <SEP> hohe <SEP> Temperaturen <SEP> erhitzt <SEP> werden <SEP> kann,
<tb> zusa.mmengebra,eht.
<SEP> Auf <SEP> jede <SEP> Verhiudu <SEP> ngs stelle <SEP> und <SEP> auf <SEP> die <SEP> Ansehlussenden <SEP> wird <SEP> eine
<tb> kleine <SEP> Menge <SEP> granuliertes <SEP> Silizium <SEP> gebracht
<tb> und <SEP> ein <SEP> elektrischer <SEP> Strom <SEP> durch <SEP> die <SEP> Xohlen platte <SEP> geschickt, <SEP> um <SEP> deren <SEP> Temperatur
<tb> raseh <SEP> zu <SEP> erhöhen. <SEP> Die <SEP> Temperatur <SEP> der <SEP> zu
<tb> vereinigenden <SEP> Teile <SEP> wird <SEP> sehr <SEP> hoch <SEP> gebraelit,
<tb> z. <SEP> B. <SEP> oberhalb <SEP> 1800 <SEP> <SEP> C, <SEP> so <SEP> da-ss <SEP> das <SEP> Silizium
<tb> rasch <SEP> in <SEP> die <SEP> Ansehlussenden <SEP> und <SEP> in <SEP> das
<tb> Schweissmaterial <SEP> h,inei.ndrin-t <SEP> und <SEP> so <SEP> die
<tb> Teile <SEP> zusammenschweisst.
<SEP> Wenn <SEP> die <SEP> An schlussenden <SEP> aus <SEP> wiederkristallisiertem <SEP> Sili ziumka.rbid <SEP> vorgebildet <SEP> sind, <SEP> imprägniert <SEP> das
<tb> Silizium <SEP> lediglielr <SEP> den <SEP> Gre-eitstand. <SEP> Sind <SEP> die
<tb> Anschlussenden <SEP> aus <SEP> porösem <SEP> Kohlenstoff <SEP> vor gebildet, <SEP> verbindet <SEP> sieh. <SEP> das <SEP> in <SEP> diese <SEP> eindrin gende <SEP> Silizium <SEP> mit <SEP> dem <SEP> Kohlenstoff <SEP> unter
<tb> Bildung <SEP> eines <SEP> Siliziumkarbids <SEP> besonderer
<tb> Art. <SEP> Die <SEP> L:
<SEP> ntersuchung <SEP> dieses <SEP> Silizium karbids <SEP> nach <SEP> dem <SEP> röntgenographischen <SEP> Ver fahren <SEP> zeigt, <SEP> dass <SEP> dasselbe <SEP> das <SEP> Röntgen dia--ramm, <SEP> eines <SEP> kubischen <SEP> Materials <SEP> auf-
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weist, <SEP> ini <SEP> Gegensatz <SEP> zu <SEP> den <SEP> üblichen <SEP> Sili zinmkarbida,rten, <SEP> die <SEP> Röntgendiagramme <SEP> be .sitzen, <SEP> wellte <SEP> dem <SEP> trigonalen <SEP> oder <SEP> hega gonalen <SEP> System <SEP> entspreehen.
<SEP> Die <SEP> Struktur
<tb> des <SEP> gab <SEP> ldeten <SEP> Silizinrnka,rbids <SEP> ist <SEP> übrigens
<tb> zellartig, <SEP> das <SEP> heisst <SEP> das <SEP> Siliziumkarbid <SEP> bildet
<tb> ein <SEP> im <SEP> wesentlichen <SEP> kontänuierliehes <SEP> Netz werk <SEP> oder <SEP> Skelett <SEP> durch <SEP> den <SEP> ganzen <SEP> Gegen stand <SEP> hindurch. <SEP> Ausser <SEP> dem <SEP> S.iliziumkarbid
<tb> enthält <SEP> der <SEP> Gegenstand <SEP> in <SEP> den <SEP> Zwi.schen rä <SEP> unien <SEP> des <SEP> Siliziumkarbidnetzwerkes <SEP> oder
<tb> -Skelettes <SEP> siliziumrei,ches <SEP> Material <SEP> und <SEP> kann
<tb> mich <SEP> ungebundenen <SEP> Kohlenstoff <SEP> enthalten.
<tb> Durch <SEP> die <SEP> @itzellehandlung <SEP> in <SEP> Anwesenheit
<tb> von <SEP> Silizium <SEP> dringt <SEP> < aas <SEP> Silizium <SEP> auch <SEP> in <SEP> :
das
<tb> Sc@ltweissmaterial <SEP> ein <SEP> und <SEP> bildet <SEP> dort <SEP> Sili ziunikarl>id, <SEP> wodureh <SEP> die <SEP> Widerstände <SEP> 1(1 <SEP> zu samineitgeschwe@isst <SEP> und <SEP> die <SEP> Ansehlussenden
<tb> finit <SEP> diesen <SEP> verbunden <SEP> werden. <SEP> Bei <SEP> diesem
<tb> Verfahren <SEP> wird <SEP> das <SEP> Silizium <SEP> auch <SEP> in <SEP> die <SEP> den
<tb> Vei-bindurig^sstellen <SEP> 10 <SEP> unmittelbar <SEP> benach harten <SEP> Teile <SEP> der <SEP> Widerstände <SEP> eindringen.
<tb> Die <SEP> reit <SEP> Sil.izi.umkarbid <SEP> imprägnierten
<tb> Anschlussenden <SEP> lstehen.
<SEP> aus <SEP> siliziertem <SEP> Sili ziu=inkarbid, <SEP> und <SEP> ihr <SEP> spezifischer <SEP> ZViderstanrd
<tb> ist <SEP> infolgedessen <SEP> nieilr,ger <SEP> als <SEP> derjenige <SEP> des
<tb> Hauptteils <SEP> des <SEP> Widerstandes, <SEP> welcher <SEP> aus
<tb> wiederkristallisiertem <SEP> Siliziuntkarbid <SEP> besteht.
<tb> Infolgedessen <SEP> werden <SEP> diese <SEP> Ansehlussenden
<tb> im <SEP> Betrieb <SEP> geg < >nüt>i-r <SEP> dein <SEP> Hauptteil <SEP> des
<tb> Widerstandes <SEP> vc;rh@,@ltnisinässi@ <SEP> kühl <SEP> bleiben.
<tb> Eine <SEP> Mischun;, <SEP> "@-elche <SEP> sieh <SEP> für <SEP> das <SEP> Zu der <SEP> Verbindungsstellen
<tb> zwischen <SEP> den <SEP> einzelnen <SEP> Widerstandsteilen <SEP> als
<tb> besondc:@rs <SEP> geegilet@ <SEP> erwiesen <SEP> hat., <SEP> besteht <SEP> aus
<tb> folgenden <SEP> Bestandteilen:
<tb> ?00 <SEP> g <SEP> Getreidemehl
<tb> 500 <SEP> g <SEP> Kohle
<tb> 200 <SEP> g <SEP> Holzkohle.
<tb> Die <SEP> ol)eli,geutinuteil <SEP> Bestandteile <SEP> werden
<tb> trocken <SEP> innig <SEP> veriniseht <SEP> und <SEP> so <SEP> viel <SEP> Kasein leim <SEP> zugesetzt, <SEP> bis <SEP> die <SEP> gewünschte <SEP> Konsistenz
<tb> hergestellt <SEP> ist. <SEP> Letztere <SEP> kann <SEP> beträchtlich
<tb> variieren.
<SEP> Für <SEP> grosse <SEP> porö <SEP> @se <SEP> Gegenstände <SEP> sollte
<tb> die <SEP> @'IisK@httulr <SEP> die <SEP> Konsistenz <SEP> eines <SEP> eher <SEP> schwe ren <SEP> Mörtels <SEP> besitzen, <SEP> und <SEP> die <SEP> zu <SEP> vereinigenden
<tb> Oberflächen <SEP> sollten <SEP> ausgiebig <SEP> mit <SEP> Kaseinleim benetzt werden, wonach man den Leimübex- achuss vor dem Auftragen der Mischung wie der wegwischt. Kleine Gegenstände erfordern eine dünnere Mischung, und für empfindliche Gegenstände verwendet man eine Mischung, die etwa so dünn ist wie Anstrichfarbe.
Fig. 2 zeigt eine Draufsieht, teilweise im Schnitt, eines komplizierten elektrischen Widerstandes. Dieser Widerstand eignet sich zum Beispiel für eine Temperaturregeleinrich- tung und kann einen geringen spezifischen Widerstand besitzen als der in Fig. 1 ge zeigte.
In Fzg. 2 werden ein schraulbenliuien- förmiges Element 13, ein zentraler An schlussstab 14 und eine äussere Anschluss- muffe 15 je für sich allein aus porösem Kohlenstoff, der durch .ein verkohlbares Material gebunden ist, vorgeformt. Das schraubenlinienförmige Element 13 ist an seinen Enden an den Anechlussstab 14 und die Anschlussmuffe 15 durch Schweässung verbunden.
Zwischen die zu verbindenden Teile wird ein kohlenstoffhaltiges Schweiss- materia.l, wie es oben beschrieben wurde, ge bracht und der -Gegenstand einer Tempera tur von mindestens <B>18,00'</B> C in Anwesenheit von granuliertem Silizium ausgesetzt. Durch diese Behandlung werden die Einzelteile 13, 1,4 und 15 vom Silizium durchdrungen und in eine silizierte Siliziumkarbidkomposition übergeführt.
Gleichzeitig werden die Verbin dungsstellen zusammengeschweisst, und es entsteht ein einheitlicher Gegenstand, indem das iSohweissmaterial vom Silizium durch drungen wird.
Der Anschlussstab 14 und die Anschlussmuffe 15 werden mittels eines iso- lierenden feuerfesten Zementes 17 vonein ander getrennt gehalten. Gewüuschtenfalls können die Einzelteile 13, 14 und 15 zuerst mit Silizium behandelt werden, wobei sili- ziumk,arbidhaItige Körper entstehen,
die nachher in der beschriebenen Weise zusam- men,gesehweisst werden.
Fig. 3 zeigt ein Widerstandselement in der üblichen Stabform aus 'Siliziumkarbid, das mit sogen. kalten Enden versehen ist. Der Hauptteil 18 des Widerstandes besteht aus wiederkristallisiertem Siliziumkarbid, das erhalten wurde, indem man einen elek trischen Strom durch einen Stab aus der ge wöhnlichen, kompakten Abart des 8iIi7,
ium- karbids chickt. An jedem Ende dieses Stabes ist ein Ans chlusselement 19 aus porö sem Kohlenstoff, der durch, ein verkühlbares Material gebunden ist, vorgesehen.
Diese Enden stehen mit dem Hauptteil 18 des Widerstandes durch je eine Zwischenschicht aus einem Schweissmaterial, wie es vor <B>gängig</B> besehrieben wurde, in Verbindung, welche die Verbindungsstellen 220 darstellen.
Die Auschlussenden und Verbindungen wer den dann :einer Temperatur oberhalb un gefähr 18,00 C in. Anwesenheit von granu liertem Silizium :
derart ausgesetzt, dass d#as- se#lbe .in diese eindringt, um einerseits den gewünschten ,geringen Widerstand herzu stellen und arndenseits die Ansehlussenden mit dem Hauptteil 18 des Widerstandes zu ver binden.
Fig. 4 zeigt einen elektrischen Wider stand, bestehend aus einem Hauptheizteil 21 von schraubenlinienförmiger Form mit ge raden Enden 22., welche mit ,dem schrauben linienförmigen Teil 2-1 durch die ;Schweiss- stellen 23 verbunden sind.
Der Hauptteil und die geraden Teile bestehen aus silRzier- tem_ Siliziumkarbid und werden aus porösem Kohlenstoff, .der mit verkohlbar.em Binde- material .gebunden ist, vorgeformt, wonach man sie einer Temperatur oberhalb etwa <B>1800'C</B> aussetzt, wobei man für .die An wesenheit von Silizium Sorge trägt.
Die ver schiedenen Teile werden dann mittels eines kohlenstoffhaltigen ,Schweissmaterials verbun den und wie vorbeschrieben in Anwesenheit von Silizium einer Hitzebehandlung unter worfen.
Eine Variante besteht darini die Teile in ihrer uirsprünglichen Form zusam- menzufügen, so @dass eine einzige Hitze- behand,lung in Anwesenheit von Silizium genügt.
Siliziumkarbidgegenstäntde, welche aus Gemischen, die porösen Kohlenstoff ent- halten" hergestellt sind, haben zahlreiche Eigenschaften, welche dieselben insbeson- dere für die Herstellung elektrischer Wider- stände, und ganz besonders zur Bildung der sogen. kalten Enden, sowie von Verbindungs- stäben für :
solche Widerstände geeignet machen. Die wichtigste Eigenschaft in dieser Beziehung ist der äusserst niedrige spezifische Widerstand im Vergleich zu Körpern aus wiederkristallisiertem Siliziumkarbid, wo durch bei der Verwendung beträchtlich weniger Strom verschwendet, und auch die Temperatur der Anschlussenden stark er niedrigt wird.
Dieses Material besitzt auch einen wesentlich geringeren Kontaktwider stand, wodurch die Funkenbildung an den Anschlussstel,len vermindert und die örtliche Erhitzung herabgesetzt wird.
Wenn infolge eines fehlerhaften Kontaktes solche Funken auftreten, besitzen dieselben eine geringere Neigung, bestehen zu bleiben als bei den bisher bekannten Ausführungsformen von Widerständen mit kalten Enden. Es ist auch möglich, die kostspieligen Wasserkühlanla gen, die bis jetzt verwendet wurden, weg- zulassen.