DE1192376B

DE1192376B - Melt-flow silica fiber and method of making

Info

Publication number: DE1192376B
Application number: DEG35061A
Authority: DE
Inventors: Charles Robert Morelock
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1961-05-25
Filing date: 1962-05-24
Publication date: 1965-05-06
Also published as: BE618148A; GB934567A; NL278898A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

C03bC03b

Deutsche Kl.: 32 a-37/10 German class: 32 a -37/10

Nummer: 1192376Number: 1192376

Aktenzeichen: G 35061VI b/32 aFile number: G 35061VI b / 32 a

Anmeldetag: 24. Mai 1962 Filing date: May 24, 1962

Auslegetag: 6. Mai 1965Opening day: May 6, 1965

Die Erfindung betrifft eine im Schmelzfluß hergestellte Siliciumdioxydfaser mit einem Durchmesser von höchstens 50 μ sowie ein Verfahren zur Herstellung. The present invention relates to a melt flow silica fiber having a diameter of a maximum of 50 μ and a method of manufacture.

Siliciumdioxydfasern mit einem Durchmesser von höchstens 50 μ sind bekannt und werden zur Anfertigung von insbesondere zu Isolationszwecken dienenden Matten, Garnen u. dgl. verwendet. Die bisher bekannten Siliciumdioxydfasern weisen jedoch nur eine geringe mechanische Festigkeit auf, so daß ίο ihre Verarbeitung ziemlich schwierig ist. Die geringe mechanische Festigkeit ist darauf zurückzuführen, daß die in herkömmlicher Weise hergestellten Fasern einer Wärmebehandlung unterworfen werden, um die auf den Fasern haftenden Schmiermittel zu beseitigen, wobei vermutlich auf der Faseroberfläche schädliche chemische Reaktionen stattfinden.Silica fibers with a diameter of at most 50 μ are known and are used for production Used in particular by mats, yarns and the like, which are used for insulation purposes. The so far known silicon dioxide fibers, however, have only a low mechanical strength, so that ίο processing them is quite difficult. The low mechanical strength is due to that the conventionally produced fibers are subjected to a heat treatment to the to remove lubricants adhering to the fibers, presumably damaging them on the fiber surface chemical reactions take place.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die mechanische Festigkeit einer im Schmelzfluß hergestellten Siliciumdioxydfaser zu verbessern. Erfindungsgemäß wird dies nun dadurch erreicht, daß sie zur Erhöhung ihrer Festigkeit mit einem dünnen, auf ihr haftenden Überzug aus Kohlenstoff versehen wird. Zum Aufbringen des Kohlenstoffüberzuges wird die Siliciumdioxydfaser bis zur Erweichung erwärmt, in diesem Zustand durch eine Atmosphäre hindurchgeführt, die eine bis unter die Zersetzungstemperatur erwärmte Kohlenstoffverbindung enthält, und so lange mit dieser Atmosphäre in Berührung gehalten, bis sich in unmittelbarer Nähe der Faser die Kohlen-Stoffverbindung unter dem Einfluß der von der Faser ausgehenden Wärme zersetzt und der Kohlenstoff sich als dünner Überzug auf die Faseroberfläche ablagert. The invention is based on the object of improving the mechanical strength of a melt-flow product Silica fiber. According to the invention this is now achieved in that they to increase their strength provided with a thin coating of carbon adhering to them will. To apply the carbon coating, the silicon dioxide fiber is heated until it softens, in this state passed through an atmosphere which is one below the decomposition temperature Contains heated carbon compound, and kept in contact with this atmosphere until In the immediate vicinity of the fiber, the carbon-material bond is under the influence of the fiber outgoing heat decomposes and the carbon is deposited as a thin coating on the fiber surface.

Die Erfindung wird nun näher an Hand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigtThe invention will now be explained in more detail with reference to drawings, in which shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,F i g. 1 shows a schematic representation of an apparatus for performing the method according to FIG Invention,

F i g. 2 einen stark vergrößerten Querschnitt durch eine Siliciumdioxydfaser mit einem durch Wärmeeinwirkung niedergeschlagenen Kohlenstoffüberzug.F i g. Fig. 2 is a greatly enlarged cross-section through a silica fiber with a thermally applied deposited carbon coating.

Beim Verfahren nach der Erfindung erwärmt man eine Ausgangsfaser, die einen größeren Durchmesser als die endgültige Siliciumdioxydfaser besitzt, wobei die Temperatur ausreichen muß, um die Faser zu erweichen. Ist diese Temperatur erreicht, die gewöhnlich nicht weniger als 1600° C beträgt, dann wird die Ausgangsfaser auf die endgültige Stärke von höchstens 50 gezogen und unmittelbar darauf in eine kohlenstoffhaltige Atmosphäre gebracht, die vorher auf eine Temperatur erwärmt wurde, die unterhalb In Schmelzfluß hergestellte Siliciumdioxydfaser
und Verfahren zur HerstellungIn the method according to the invention, one heats a starting fiber which has a larger diameter than the final silica fiber, which temperature must be sufficient to soften the fiber. Once this temperature is reached, which is usually not less than 1600 ° C, the starting fiber is drawn to the final thickness of at most 50 and immediately placed in a carbonaceous atmosphere that has been previously heated to a temperature below the silicon dioxide fiber produced in melt flow
and method of manufacture

Anmelder:Applicant:

General Electric Company, Schenectady, N. Y.General Electric Company, Schenectady, N.Y.

(V. St. A.)(V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. M. LichtDipl.-Ing. M. light

und Dr. R. Schmidt, Patentanwälte,and Dr. R. Schmidt, patent attorneys,

München 2, Theresienstr. 33Munich 2, Theresienstr. 33

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Charles Robert Morelock, New York, N. Y.Charles Robert Morelock, New York, N.Y.

(V. St. A.)(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 25. Mai 1961 (112709)V. St. v. America May 25, 1961 (112709)

der Dissoziationstemperatur für. die Atmosphäre liegt. Durch Berührung der ausgezogenen Faser (in warmem Zustand und vor Berührung mit Luft) mit der kohlenstoffhaltigen Atmosphäre bewirkt die Wärme der Faser zusammen mit der des Gases eine Wärmedissoziation des kohlenstoffhaltigen Gases, die lediglich an der Faseroberfläche eintritt, so daß dort ein dünner Kohlenstoffüberzug gebildet wird.the dissociation temperature for. the atmosphere lies. By touching the drawn fiber (in warm state and before contact with air) with the carbonaceous atmosphere causes the Heat of the fiber together with that of the gas results in a heat dissociation of the carbonaceous gas, which only occurs at the fiber surface, so that a thin carbon coating is formed there.

F i g. 1 zeigt ein Schema für eine Vorrichtung, mit deren Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Die Ziffer 10 bezeichnet eine geschmolzene Siliciumdioxydfaser mit einem Ausgangsdurchmesser 11, der verhältnismäßig größer ist als ein endgültiger Durchmesser 12. Die Stärke der Faser wird dadurch verringert, daß diese durch ein erwärmtes Gebiet 15 geschickt wird, in der die Faser erweicht wird, so daß sie mit Hilfe der in der Faser wirkenden Zugkräfte auf einen geringeren Durchmesser ausgezogen werden kann. Die Faser wird durch Sauerstoffgasflammen erwärmt, die die aus einem ringförmigen Heizkörper 20 austreten, der die Faser 10 umgibt. Es leuchtet ein, daß andere Heizkörper, z.B. ein entsprechend angebrachter Ofen, ebenfalls zur Erwärmung der Faser verwendet werden können.F i g. 1 shows a scheme for a device with the aid of which the method according to the invention can be carried out. Numeral 10 denotes a fused silica fiber having an initial diameter 11 which is relatively larger than a final diameter 12. The strength of the fiber is reduced by passing it through a heated area 15 in which the fiber is softened so that it is can be pulled out to a smaller diameter with the help of the tensile forces acting in the fiber. The fiber is heated by oxygen gas flames emerging from an annular heater 20 surrounding the fiber 10. Obviously, other heating elements, such as a suitably installed oven, can also be used to heat the fiber.

509 568/121509 568/121

Unmittelbar unterhalb des Heizringes 20 liegt ein Zylinder 25 aus geschmolzenem Siliciumdioxyd, in den ein kohlenstoffhaltiges Gas eingeleitet wird, z.B. durch das untere, offene Ende des Zylinders 25, so daß die Außenseite der Faser berührt wird. Ein Widerstandsofen 26 umgibt den Zylinder 25, um das kohlenstoffhaltige Gas auf eine Temperatur unterhalb der Dissoziationstemperatur zu erwärmen. Auch in diesem Fall leuchtet ein, daß andere Vorkehrungen zur Erwärmung der Faser und des Gases in der beschriebenen Weise getroffen werden können, daß hier also nur ein Beispiel gegeben wird, das keineswegs eine Beschränkung der Erfindung bedeutet. Verläßt also die Faser den Heizring 20, dann trifft sie auf das kohlenstoffhaltige Gas, so daß die Wärme aus der Faser und die des Gases zusammenwirken und eine Wärmedissoziation des kohlenstoffhaltigen Gases herbeiführen. Auf diese Weise wird ein dünner Kohlenstoffüberzug auf der Außenseite der Faser niedergeschlagen.Immediately below the heating ring 20 is a cylinder 25 made of molten silicon dioxide, in a carbon-containing gas is introduced, for example through the lower, open end of the cylinder 25, see above that the outside of the fiber is touched. A resistance furnace 26 surrounds the cylinder 25 in order to to heat carbon-containing gas to a temperature below the dissociation temperature. Even in this case it is evident that other precautions should be taken to heat the fiber and gas in the described manner can be taken, so that only one example is given here, which by no means means a limitation of the invention. So if the fiber leaves the heating ring 20, then it hits on the carbonaceous gas so that the heat from the fiber and that of the gas interact and cause heat dissociation of the carbonaceous gas. This way one becomes thinner Carbon coating deposited on the outside of the fiber.

Bei der Durchführung eines Ausführungsbeispiels für die Erfindung wurde eine geschmolzene Siliciumdioxydfaser in Form eines Stabes mit einem Durchmesser von 3 mm auf eine Temperatur erwärmt, die ausreichte, um diese aufzuweichen (Temperaturen von mindestens 1600° C haben gewöhnlich diese Wirkung). Nachfolgend wurde die Faser auf einen Durchmesser von etwa 0,5 mm ausgezogen. Dann wurde die Faser sofort in eine Röhre 25 aus geschmolzenem Siliciumdioxyd mit einem Durchmesser von etwa 9,5 mm gegeben, in die ein ununterbrochener Strom von Acetylen eingeleitet wurde. Das Acetylen wurde auf einer Temperatur von 600° C gehalten und in einer Menge von 30 cm³ je Minute zugeführt. Die Wärme der Faser und die des Acetylenstroms reichte aus, um einen dünnen Überzug aus Kohlenstoff auf der Außenseite der Faser niederzuschlagen. Der Niederschlag fand umgehend statt, d. h., der Überzug bildete sich, ohne daß eine nennenswerte Zeit verstrichen war. Die Geschwindigkeit des Kohlenstoffniederschlags ist für die praktische Durchführung des Verfahrens ausschlaggebend, da üblicherweise die Fasern mit einer Geschwindigkeit von 2440 m je Minute ausgezogen werden. Die Stärke des Überzugs betrug etwa 1000 A. F i g. 2 zeigt einen Film, der in der beschriebenen Weise hergestellt wurde. Ziffer 30 bezeichnet den Siliciumdioxydkörper und Ziffer 31 den durch Wärmeeinwirkung entstandenen Kohlenstoffüberzug.In carrying out an embodiment of the invention, a fused silica fiber in the form of a rod 3 mm in diameter was heated to a temperature sufficient to soften it (temperatures of at least 1600 ° C usually have this effect). The fiber was then drawn to a diameter of about 0.5 mm. The fiber was then immediately placed in a tube 25 of fused silica about 9.5 mm in diameter into which a continuous stream of acetylene was introduced. The acetylene was kept at a temperature of 600 ° C. and ^{supplied in an amount of 30 cm 3} per minute. The heat from the fiber and from the acetylene stream was sufficient to deposit a thin coating of carbon on the outside of the fiber. Precipitation took place immediately, that is, the coating formed without any appreciable time having elapsed. The speed of the carbon precipitation is crucial for the practical implementation of the process, since the fibers are usually drawn out at a speed of 2440 m per minute. The thickness of the coating was about 1000 A. F i g. 2 shows a film produced in the manner described. Numeral 30 designates the silicon dioxide body and numeral 31 the carbon coating created by the action of heat.

Die herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von geschmolzenen Siliciumdioxydfasern liefern einen Überzug aus organischen Schlichtmitteln, die zur Schmierung der Fasern während des Verwebens und Verspinnens dienen. Wird jedoch das entstandene Garn oder Gewebe auf annähernd 400° C unter Einwirken von Luft 20 bis 30 Minuten lang erwärmt, dann wird die Schlichtung entzogen und die ursprüngliche Zugfestigkeit des Stoffes erheblich gemindert. The conventional methods of making fused silica fibers provide one Coating of organic sizing agents, which are used to lubricate the fibers during weaving and Serve spinning. However, the resulting yarn or fabric is heated to approximately 400 ° C under action heated by air for 20 to 30 minutes, then the arbitration is withdrawn and the original one The tensile strength of the fabric is significantly reduced.

Die nachstehenden Tabellen vergleichen die Festigkeit von Siliciumdioxydfasern mit einem durch Wärmeeinwirkung aufgetragenen Kohlenstoffüberzug mit der von unüberzogenen, geschmolzenen Siliciumdioxydfasern nach gleicher Schlichtung und gleicher Wärmebehandlung.The tables below compare the strength of silica fibers with a through Heat applied carbon coating with that of uncoated, fused silica fibers after the same arbitration and the same heat treatment.

Fasern, die durch Wärmeeinwirkung
mit Kohlenstoff überzogen wurdenFibers produced by the action of heat
coated with carbon

Probesample Faser
durchmesser
in μfiber
diameter
in μ Wärmebehandlungs
dauer nach
Anwendung
des SchlichtmittelsHeat treatment
duration after
use
of the sizing agent Festigkeit
nach der
Erwärmung
in kg/mm² strength
after
warming
in kg / mm ² 1
2
31
2
3 20
10
2020th
10
20th 20 Minuten
30 Minuten
30 Minuten20 minutes
30 minutes
30 minutes >210
>210
>210> 210
> 210
> 210

Fasern ohne einen Überzug aus KohlenstoffFibers without a carbon coating

Probesample Faser
durchmesser
in μfiber
diameter
in μ 'Wärmebehandlungs
dauer nach
Anwendung
des Schlichtmittels'' Heat treatment
duration after
use
of the sizing agent Festigkeit
nach der
Erwärmung
in kg/mm² strength
after
warming
in kg / mm ² 4
5
64th
5
6th 15
30
4015th
30th
40 Faser brach bei
35 kg/mm² vor der
Wärmebehandlung
30 Minuten
30 MinutenFiber broke off
35 kg / mm ² before the
Heat treatment
30 minutes
30 minutes 70—Bruch
63—Bruch70 — break
63 — breakage

Aus den angegebenen Prüfungsergebnissen geht hervor, daß die Zugfestigkeit der geschmolzenen Siliciumdioxydfasern, die mit einem Kohlenstoffüberzug versehen sind, erheblich verbessert ist. Beispielsweise besitzt die Probe Nr. 5 mit der größten Zugfestigkeit der nicht überzogenen Fasern eine Festigkeit, die nur ein Drittel der Festigkeit beträgt, die alle drei Proben nach der Erfindung besitzen.The test results given indicate that the tensile strength of the fused silica fibers, which are provided with a carbon coating is considerably improved. For example Sample No. 5 with the greatest tensile strength of the uncoated fibers has a strength that is only is one third of the strength that all three samples of the invention have.

Claims

Patent claims:

1. Silica fiber produced in the melt flow with a diameter of not more than 50 μ, characterized in that to increase their strength with a thin, on their adhesive coating is provided with carbon.

2. Silica fiber according to claim 1, characterized in that the carbon coating has a thickness of at most 0.1 μ.

3. A method for producing the silica fiber according to claim 1 or 2, characterized in, that a fiber produced in the melt flow from silicon dioxide with a thickness of at most 50 μ is heated to softening, in this state is passed through an atmosphere which is one below the decomposition temperature contains heated carbon compound, and is in contact with this atmosphere for so long is held until the carbon compound is in the immediate vicinity of the fiber under the influence of the heat given off by the fiber, it becomes thinner and thinner on the fiber Carbon coating is deposited.

4. The method according to claim 3, characterized in that as a carbon compound containing atmosphere acetylene is used, which is heated to a temperature of 550 to 900 ° C is heated.

1 sheet of drawings