DE1077132B

DE1077132B - Verfahren zum Verbinden von Kohlenstoffkoerpern

Info

Publication number: DE1077132B
Application number: DEM38803A
Authority: DE
Inventors: John William Hayes; Albert Edward Sutherland White
Original assignee: Morgan Crucible Co PLC
Current assignee: Morgan Crucible Co PLC
Priority date: 1957-09-02
Filing date: 1958-09-02
Publication date: 1960-03-03

Description

Verfahren zum Verbinden von Kohlenstoffkörpern Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von Kohlenstoffkörpern, z. B. aus Graphit.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Kohlenstoffkörper miteinander dadurch zu binden, daß eine Fläche des einen Körpers mit einer Fläche des anderen Körpers, mit dem der eine Körper verbunden werden soll, in Berührung gebracht wird und zwischen diese beiden Flächen ein Metall, z. B. Molybdän, eingebracht wird, worauf die Körper und das Metall auf die Verbindungstemperatur erhitzt werden, wobei das Metall schmilzt und zwischen den beiden Körpern ein Metallkarbid gebildet wird, das sie aneinanderbindet.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Bindung zwischen zwei Kohlenstoffkörpern, die bei erhöhten Temperaturen oxydationsbeständig, die ferner chemisch beständig ist und einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist.
Gemäß der Erfindung ist das Verfahren zum Verbinden von Kohlenstoffkörpern dadurch gekennzeichnet, daß Silizium und/oder ein oder mehrere Metaldsilizide in geschmolzenem Zustand unter nicht oxydierenden Bedingungen zwischen die zu verbindenden Flächen der Körper gebracht werden, wobei anschließend abgekühlt wird.
Das Silizium und/oder ein bzw: mehrere Silizide können in einem vorgeschmolzenen Zustand in die Verbindungsstellen eingeführt werden, z. B. durch Tauchen der Verbindung in die Schmelze. Sie können auch im festen Zustand zwischen die Enden der Körper gebracht werden und anschließend unter nicht oxydierenden Bedingungen bis zum Schmelzen und zum Einfließen in die Verbindung. In letztem Fall können das Silizium und/oder das bzw. die Silizide in einem Medium, z. B. in einer Suspension enthalten sein, wobei als Träger ein Lösungsmittel geeigneter Viskosität, das ein Klebemittel enthält, verwendet wird. Eine oder beide der zu verbindenden Flächen können mit einem solchen Mittel überzogen werden, wobei anschließend nach Troclnung, zur Verflüchtigung des Lösungsmittels, unter nicht oxydierenden Bedingungen die Teile der Körper, die verbunden werden sollen, erhitzt werden, um das Silizium und/oder das bzw. die Silizide des Mittels zum Schmelzen und zum Einfließen zwischen die zu verbindenden Körper zu bringen.
Das Erhitzen kann zweckmäßigerweise durch Verwendung einer Hochfrequenzheizung vorgenommen werden.
Bevorzugt werden die Silizide hitzebeständiger Metalle, wie Molybdän, Wolfram, Titan, Zirkon, Tantal oder Chrom.
Das Silizid kann in der Verbindung in situ gebildet werden, indem eine Mischung von Silizium und des Metalls, das sich damit verbinden soll, aufgebracht wird und darauf durch Wärmeanwendung zunächst die Bildung des Silizides und anschließend die Verbindung bewirkt wird. Selbstverständlich kann der Anteil an Silizium in der Mischung größer sein als der, der zur Bildung des Metallsilizides erforderlich ist.
Vorzugsweise haben Kohlenstoffkörper, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung verbunden werden sollen, ein ziemlich dichtes Gefüge, so daß eine übermäßige Tränlung durch das Verbindungsmittel nicht eintritt, da eine solche Tränkung ein teilweises Bersten des Kohlenstoffkörpers begünstigen könnte. Wenn jedoch Silizide oder Silizum-Metall-Mischungen verwendet werden, ist das Gefüge der Kohlenstoff-oder Graphitkörper von geringer Bedeutung, da eine Tränkung in einem weitaus geringeren Ausmaß eintritt als bei der Verwendung von Silizium allein. -In dieser Hinsicht sind Silizde und Silizium-Metall-Mischungen vorzuziehen.
Im folgenden wird das Verfahren gemäß der Erfindung zum Verbinden zweier Kohlenstoffkörper an Hand von Beispielen näher beschrieben.
Beispiel I Es werden zwei Körper aus Elektrographit genommen, die die Form von Rohren haben, wobei das eine Rohr mit einem Abschnitt verringerten Durchmessers ausgeführt ist, der in eine entsprechende Ausnehmung in dem anderen Rohr eingreift. Die Abmessungen sind so gewählt, daß beim Einsetzen des Abschnittes verringerten Durchmessers des einen Rohrs in die Ausnehmung des anderen Rohres eine Überlappung mit Spiel entsteht, so daß ein Ringspalt zwischen den beiden Rohren bleibt. Um das Einbringen des Verbindungsmittels zu erleichtern, kann der Zugang zu diesem Spalt nach außen erweitert sein.
Der Spalt hat in seinem schmalsten Teil eine Stärke zwischen 0,05 und 0,1 mm.
Ein durch Suspension von 25 g Siliziumpulver einer Teilchengröße unterhalb von 0,076 mm in 5 g handelsüblichem Kollodium, das mit 25 ccm Aceton verdünnt ist, hergestelltes Auftragsmittel wird dann in den Spalt eingebracht. Natürlich- ist die Menge des verwendeten Auftragsmittels nicht kritisch, sie muß jedoch ausreichen, um zu ermöglichen, daß überschüssiges Silizium zurückbleibt, nachdem die Poren der Rohre in der Nähe der Verbindung mit geschmolzenem Silizium gefüllt worden sind. Der Spalt wurde daher ausreichend groß gemacht, um zu gewährleisten, daß eine ausreichende Siliziummenge vorliegt.
Die Verbindung wurde dann in Luft getrocknet, so daß das flüchtige Lösungsmittel verdampfen konnte, und anschließend im Vakuum von 0,1 mm Hg so lange erhitzt, bis das Silizium schmolz und die Bildung der Verbindung bewerkstelligte. Es wurde festgestellt, daß dieses bei ungefähr 1410° C eintrat. Die Verwendung von Hochfrequenzheizung ermöglichte, die Erwärmungszone auf einen Abschnitt von nur 25,4 mm auf beiden Seiten der Verbindung zu begrenzen. Nach dem Abkühlen wurde etwas Siliziumkarbid festgestellt, das sich an der Verbindungsstelle gebildet hatte. Beispiel II Ein Verbindungsmittel, enthaltend 25g eines Gemisches aus Molybdän- und Siliziumpulver einer Teilchengröße von 0,076 mm, in der das Verhältnis von Molybdän zum Silizium 1 : 2 betrug, das in einer Mischung von 5 g Kollodium und 25 ccm Aceton suspendiert war, wurde auf jeweils eine Fläche von zwei zu verbindenden Kohlenstoftkörpern aufgebracht. Die Körper wurden dann mit ihren überzogenen Flächen miteinander in Berührung gebracht und in einem Graphitrohrwiderstandsofen in einer Argonatmosphäre bei normalem Druck erhitzt. Durch Reaktion in festem Zustand wurde bei ungefähr 1200° C die Verbindung im Mosi2 gebildet. Als die Temperatur auf 1900 bis 2100° C erhöht wurde, schmolz diese Verbindung und floß in und um die Verbindungsstelle. Nach dem Ab- kühlen wurde festgestellt,- daß die Verbindung sehr fest und gasundurchlässig war. Beispiel III Ein Verbindungsmittel, enthaltend 25g eines Gemisches aus Chrom- und Siliziumpulver einer Teilchengröße unterhalb von 0,076 mm, wobei das Ge- 55 wichtsverhältnis von Chrom zu Silizium 24: 76. be= trug,'wurde auf jeweils eine Fläche von zwei zu verbindenden Kohlenstoffkörpern aufgebracht. Dabei wurde in ähnlicher Weise, wie unter Beispiel II beschrieben, verfahren. Die Verbindungsstelle zwischen den Körpern wurde dann auf 1350° C im Vakuum von ungefähr 0,1 mm Hg erhitzt, wobei das Verbindungsmittel schmolz und in die Verbindungsstelle in Form eines Gemisches aus Silizium und Chromdisilizid einfloß. Nach dem Abkühlen wurde festgestellt, daß die Bindung fest und gasundurchlässig war. Beispiel IV Ein Verbindungsmittel, enthaltend 25g eines Gemisches aus Siliziumpulver einer Teilchengröße unterhalb von 0,076 mm und Zirkonhydridpulver einer Teilchengröße unterhalb von 0,053 mm, wobei das Gewichtsverhältnis von Silizium zu Zirkonhydrid 50!: 50 betrug, wurde auf jeweils eine Fläche von zwei zu verbindenden Kohlenstoffkörpern aufgebracht. Dabei wurde in ähnlicher Weise, wie unter Beispiel III beschrieben, verfahren. Die Verbindungsstelle wurde dann im Vakuum von weniger als 0,001 mm Hg so lange erhitzt, bis das Verbindungsmittel als eine Mischung von Silizium und Zirkondisilizid schmolz. Nach dem Abkühlen wurde festgestellt, daß das Mittel in die Verbindungsstelle eingedrungen war und daß eine feste Bindung zwischen den Körpern vorlag.

Claims

PATENTANSPRüCHE: 1. Verfahren zum Verbinden von Kohlenstoffkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß Silizium und/oder ein oder mehrere Metallsilizide in geschmolzenem Zustand unter nicht oxydierenden Bedingungen zwischen die zu verbindenden Flächen der Körper gebracht werden, worauf abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizium und/oder ein bzw. mehrere Silizide in vorgeschmolzenem Zustand zwischen die Körper eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizium und/oder ein bzw. mehrere Silizide in fester Form zwischen die Körper eingebracht und anschließend in nicht oxydierender Atmosphäre bis zum Schmelzen und Fließen des Siliziums bzw. des Gemisches aus Silizium und einem oder mehreren Siliziden erhitzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der zu verbindenden Flächen mit einer Suspension, welche ein in der Hitze leicht verbrennbares Trägermittel und das Silizium und/oder ein bzw. mehrere Silizide enthält, überzogen werden.
5. Verfahren nach -Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Silizium und einem Metall, wie Molybdän, Wolfram, Titan, Zirkon, Tantal oder Chrom, oder eine entsprechende in der Hitze zersetzbare Metallverbindung an den Verbindungsstellen der- Körper aufgebracht wird.