CH511667A - Verfahren zum Löten von Graphitteilen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zum Löten von Graphitteilen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Löten von Graphitteilen.



   Die Erfindung kann bei Erhitzern, Kernreaktoren und ähnlichen Einrichtungen, wo   Graphitteille    eingesetzt werden, weite Verwendung finden.



   Verfahren zum Löten von   Graphitteilén    sind weitgehend bekannt. Bei diesen Verfahren wird eine Metallschicht zwischen den Stossflächen der zusammenzulötenden Teile angebracht und die Stossstelle bis zur Schmelz- bzw. Karbidbildungstemperatur dieses Metalls erhitzt.



   Die Erhitzung bis zu der erwähnten Temperatur sichert aber entweder infolge eines grossen Unterschieds zwischen dem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der sich bildenden Karbidzwischenschicht und dem des Graphits oder infolge eines   Übersteigens    der Betriebstemperatur der Lötverbindung gegenüber der Schmelztemperatur der erwähnten Zwischenschicht keine hohe Wärmebeständigkeit der Lötverbindung, die z. B. bei einer Temperatur von mehr als   20000 C    eingesetzt wird.



   Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Löten von Graphitteilen zu schaffen, das eine erhöhte Beständigkeit der Lötverbindung gegen hohe Temperaturen (von mehr als 20000 C) sichert.



   Die gestellte Aufgabe wird durch ein Lötverfahren von Graphitteilen gelöst, bei dem eine Metallschicht zwischen den Stossflächen der zusammenzulötenden Lötteile angebracht und die Stossstelle erhitzt wird, wobei erfindungsgemäss die Erhitzung auf eine Temperatur vorgenommen wird, die die Temperatur, bei der sich das Eutektikum Metallkarbid-Kohlenstoff bildet, nicht unterschreitet.



   Es ist zweckmässig, die Erhitzung auf eine Temperatur vorzunehmen, die um 20500 C höher ist als die des Bildungsbeginns des Eutektikums   Meta'l'lkarbid-    Kohlenstoff, um eine zuverlässige Lötverbindung herzustellen.



   Die vorliegende Erfindung wird zweckmässig folgendermassen ausgeführt. Zwischen den Stossflächen von zu lötenden Graphitteilen wird eine als Lot dienende Metallschicht angebracht und die Stossstelle erhitzt. Als Lot wird ein Metall angewandt, das bei Erhitzung mit Graphit die flüssige   eutektische    Phase   Metallkarbid-    Kohlenstoff bildet.



   Als Lot können   beispieisweise    folgende Metalle Verwendung finden: Molybdän mit   eutektischem    Schmelzpunkt   2500 C,    Yttrium mit eutektischem Schmelzpunkt   24000 C,    Zer mit   21500 C,    Borkarbid mit 21500 C, Nickel mit 13200 C u. a.



   Unter Verwendung von   leichtschmelzenden    Metallen, wie z. B. Ni bzw. deren Verbindung kann die   Lot    temperatur herabgesetzt werden, ohne dass sich die Wärmebeständigkeit einer Lötnaht verringert.



   Die Erhitzung an der Stossstelle zwischen Lötteilen und Lötmetall erfolgt bis zu einer Temperatur, die die Temperatur, bei der sich das Eutektikum Metallkarbid Kohlenstoff bildet, nicht unterschreitet.



   An der Stossstelle kristallisieren sich beim Erhitzen Graphitkörner heraus, die zugleich den zu lötenden Teilen gehören, und die Struktur wandelt sich von einer reinen Karbidstruktur zu einer gemischten, aus Karbid und Graphit bestehenden Struktur.



   Das Lötmetall dient als Zwischenelement, d. h.



  Eutektikumkohlenstoffbildner und bietet die Möglichkeit, Nähte herzustellen, die bei hohen Temperaturen zuverlässig sind.



   Dadurch, dass an der Stossstelle Graphit vorherrscht und eine scharf ausgeprägte Karbidstruktur fehlt, wird die Wärmebeständigkeit der Verbindung erhöht, und die wärmephysikalischen und mechanischen Eigenschaf  ten der Lötverbindung nähern sich den Kennwerten von Grundmaterial, d. h. Graphit, an.



   Um eine gleichmässige Durchwärmung im gesamten Querschnitt der Stossflächen der zu lötenden Teile, insbesondere der Teile mit   grossen    Abmessungen bzw.



  mit einer komplizierten Form zu ermöglichen, wird zweckmässigerweise die Erhitzung auf eine etwa um   20-50    C höhere Temperatur im Vergleich zu der Temperatur des   Bildungsbeglnns    des Eutektikums Metallkarbid-Kohlenstoff   auslgeführt.   



   Nachstehend wird die Erfindung an Hand konkreter Ausführungsbeispiele näher erläutert.



   Beispiell
Zur Verbindung wählt man zwei Rundstäbe aus Graphit mit einer Dichte von 1,9 g/cm3. Als Lot dient Molybdän, das das Eutektikum Metallkarbid-Kohlenstoff bei 24500 C bildet. Zwischen den Graphitstossflächen wird eine 0,3 mm starke Molybdänfolie angebracht, eine Kraft von 0,3   kg/mm2    angelegt und mit Haltezeit von 2,5 min in einem inerten Medium auf 2470 C erhitzt.



   Die   mikrophotographische    Untersuchung hat ergeben, dass sich eine scharf ausgeprägte Nahtgrenze nicht feststellen lässt. Beim Zugversuch bei 20000 C war die Lötnahtfestigkeit der von Grundmaterial, d. h. Graphit, nahe. Obwohl die Nahtfestigkeit bei 28000 C bis 60 % zur Festigkeit des Graphitgrundmaterials, d. h. 115 bis 155   kp/cm2    betrug, ist auch diese Festigkeit beim Einsatz der Graphitteile in Verhältnissen von hohen, d. h.



  mehr als 20000 C, Temperaturen genügend.



   Unter Berücksichtigung dessen, dass die Schmelztemperatur von Molybdänkarbiden 27000 C nicht übersteigt, müssten die Probestäbe wegen des Schmelzens der Karbidzwischenschicht   zerfallen.    Dies findet aber nicht statt. Die letztere Tatsache weist darauf hin, dass Molybdän bloss eine Zwischenrolle spielt und die Verbindung der Teile durch Graphitkörner erfolgt, die sich aus der Flüssigphase   Metallkarbid-Kohienstoff    ausscheiden.



   Beispiel 2
Zur Verbindung wählt man zwei im Durchmesser 100 mm grosse und 10 mm starke Rohre aus Graphit mit einer Dichte von 1,85 g/cm3. Als Lot dient eine dünne Schicht Nickelpulver, das bei 13200 C das Eutektikum Nickelkarbid-Kohlenstoff bildet. Man legt eine Kraft von 0,2   kp/mm2    an. Die Erhitzung wird in einem Argonmedium mit Haltezeit von 3 min auf   1360    C durchgeführt. Beim Zugversuch waren die Festigkeitskennwerte denen im Beispiel 1 analog.



   Die Versuchsergebnisse weisen darauf hin, dass die Löttemperatur herabgesetzt werden kann, ohne dass sich die Nahtbeständigkeit gegen hohe Temperaturen dabei verringert.



   In Übereinstimmung mit dem Obendargelegten darf man behaupten, dass die vorgeschlagene Erfindung es ermöglicht, Graphitlötverbindungen mit erhöhter Beständigkeit gegen hohe Temperaturen   herzustellen.   



   Dank Verwendung von leichtschnelzenden Metallen, beispielsweise Ni, als Lot, kann man ferner die Löttemperatur herabsetzen, ohne die Wärmebeständigkeit der Naht verringert zu haben.



   Die erwähnten Vorteile können beim Löten von Graphitteilen, die für die Atomtechnik bestimmt sind, wo es besonders wichtig ist, dass sich die Naht in Zusammensetzung und Eigenschaften von dem Grundmaterial nicht unterscheidet, sowie beim Löten von Teilen mit grossen Abmessungen, wo die Erhitzungstemperatur der Verbindungsplatte ein limitierender Faktor ist, realisiert werden. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zum Löten von Graphitteilen, bei dem eine Metallschicht zwischen den Stossflächen der zu sammenzulötenden Lötteile angebracht und die Stossteile erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung auf eine Temperatur vorgenommen wird, die die Temperatur, bei der sich das Eutektikum Metallkarbid-Kohlenstoff bildet, nicht unterschreitet.

   UNTERANSPRUCH Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung auf eine Temperatur vorgenommen wird, die um 20-500 C höher als die des Bildungsbeginns des Eutektikums Metallkarbid-Kohlenstoff ist.