DE1203657B - Verfahren zur Herstellung von geformten Kohlenstoff-Gegenstaenden grosser Dichte - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b -8/12

Nummer: 1203 657

Aktenzeichen: M 47125 VT b/80 b

Anmeldetag: 15. November 1960

Auslegetag: 21. Oktober 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von geformten, weitgehend undurchlässigen Kohlenstoff-Gegenständen großer Dichte aus einem Kohlenstoffpulver, dessen Partikeln ohne Beigabe eines harzartigen oder anderen flüssigen Bindemittels aneinandergebunden werden. Der Ausdruck »Kohlenstoff« gilt für sämtliche Formen des Kohlenstoffes, einschließlich des Graphits.

Bekannte Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Gegenständen, bei denen von Kohlenstoffpulver ausgegangen wird, bestehen darin, daß man die einzelnen Kohlenstoffteilchen mit Bindemitteln, beispielsweise Kunstharzen oder Pech, zunächst bindet und dann das Ganze einer Verkokungsbehandlung unterwirft.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Kohlenstoffpulver mit dem Bindemittel durchzumischen, um Rohkörper herzustellen, die dann verkohlt oder verkokt und anschließend sehr fein pulverisiert werden; die dabei erhaltenen, sehr kleinen Teilchen werden wiederum mit einem Bindemittel gemischt und das erhärtete Produkt daraufhin nochmals pulverisiert, um ein Pulver von möglichst gleichmäßiger Korngröße zu erhalten. Bei der Herstellung von Gegenständen aus derartigen Pulvern werden abgemessene Mengen des Pulvers mit Drücken zwischen 70 und 1400 at in die gewünschte Form gepreßt und das erhaltene Produkt anschließend durch eine Hitzebehandlung durch und durch verkokt.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Herstellung geformter Kohlegegenstände wird ein Pulver aus bituminöser Kohle guter Bindefähigkeit mit einer breiten Korngrößenverteilung ohne Zusatz von Bindemitteln durch Anwendung eines Druckes von etwa 300 kg/cm² bei Raumtemperatur zu einem Formkörper gepreßt, der nachfolgend bei einer Temperatur oberhalb von 550° C unter nichtoxydierenden Bedingungen gebrannt wird. Dabei wird dem Kohlepulver vor dem Verpressen zur Verhinderung von Treiberscheinungen beim Aufheizen infolge der in einer Kohle mit guter Bindefähigkeit enthaltenen flüchtigen oder zersetzlichen Bestandteile ein geeigneter Anteil eines festen, diese Treiberscheinungen vermindernden Materials zugemischt. Gegebenenfalls soll auch ein Pulver aus Kohle mit geringer Bindefähigkeit angewandt werden, das dann unter erhöhtem Druck von größenordnungsmäßig 1000 kg/cm² vor dem Brennen zu einem Formkörper verpreßt wird.

Bei allen diesen Verfahren werden bindemittelhaltige oder mit Bindemitteln gemischte Kohlenstoffpulver unter Anwendung von zum Teil sehr hoch liegenden Preßdrucken zu einem Formkörper mit Verfahren zur Herstellung von geformten
Kohlenstoff-Gegenständen großer Dichte

Anmelder:

Minister of Aviation in Her Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain
and Northern Ireland, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,

München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:
Robert Lewis Bickerdike,
Garyth Hughes,
William Watt,
Farnborough, Hampshire (Großbritannien)

_a5 Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 20. November 1959 (39 509)

relativ hoher Dichte verpreßt, wobei eine Deformation einzelner Bereiche oder Pulverteilchen bzw. innere Spannungen in den Formkörper, insbesondere bei Herstellung kompliziert gestalteter Gegenstände, praktisch unvermeidbar sind, die dann bei den nachfolgenden Behandlungen bei hoher Temperatur zu unerwünschten Treiberscheinigungen und Auftreten von Rissen führen. Bei Verwendung relativ hoher Bindemittelzusätze wird ein Schrumpfen der Formkörper bei der Hitzebehandlung beobachtet.

Alle diese Erscheinigungen bedingen hohe Ausfallquoten bei der Fertigung und beeinträchtigen die Maßhaltigkeit.

Ein weiterer großer Nachteil dieser bekannten Herstellungsverfahren liegt in der verhältnismäßig großen Unregelmäßigkeit hinsichtlich der Porengröße und der Porenverteilung, wodurch die folgenden Bemühungen, Kohlenstoff in den Poren derartiger Gegenstände auf pyrolytischem Wege niederzuschlagen — um die Porosität zu verringern oder praktisch ganz zu beseitigen —, nicht immer erfolgreich oder unerwünscht umständlich bzw. kostspielig sind.

509 718/425

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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen Die auf diese Weise beladene Form wurde in einen von geformten, weitgehend undurchlässigen Kohlen- Ofen zum pyrolytischen Niederschlagen von Kohlenstoff-Gegenständen großer Dichte aus einem Kohlen- stoff eingebracht und während 4 Stunden lang auf stoffpulver, dessen Partikeln ohne Beigabe eines 880° C gehalten, während eine gasförmige Mischung harzartigen oder anderen flüssigen Bindemittels an- 5 aus Stickstoff und Benzoldampf, in der der Partialeinandergebunden werden, durch das die vorstehend druck des Benzols 8 cm Hg betrug, durch den Ofen angegebenen Nachteile vermieden werden, ist im strömte. Während dieser Zeit wurden die Rußteilwesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß man ein chen in der Form durch den sich pyrolytisch nieder-Kohlenstoffpulver sehr kleiner und gleichmäßiger schlagenden Kohlenstoff aneinandergebunden, so daß Partikelgröße in eine Form füllt, das Pulver in der io sie einen einheitlichen, aber stark porösen Form-Form unter Aufrechthalten der Porenzwischenräume gegenstand bildeten, der in seiner äußeren Gestaltung zwischen den Partikeln beispielsweise durch Vibra- den Abmessungen der Form entsprach,
tion leicht verdichtet, anschließend die Partikeln des Nach dieser Behandlung wurde der noch stark nogh in der Form befindlichen Pulvers durch an sich poröse Gegenstand aus der Form entnommen, er bekanntes Niederschlagen von durch Pyrolyse einer 15 hatte eine scheinbare Dichte von 0,33 g/cm³ und gasförmigen Kohlenstoffverbindung gebildetem Koh- war stabil oder fest genug, um aus der Form entlenstoff in sämtlichen Poren des Forminhalts fest nommen und weiterbehandelt zu werden, ohne daß aneinanderbindet, den so verfestigten porösen Form- dabei Beschädigungen auftraten. Der geformte gegenstand aus der Form entnimmt und das pyroly- Gegenstand wurde dann in den Ofen eingebracht tische Niederschlagen von Kohlenstoff in den Poren 20 und einer weiteren pyrolytischen Niederschlagsdes Gegenstandes fortsetzt, bis die Bindungen zwi- behandlung bei 860° C für die Dauer von 16 Stunschen den Partikeln fester und der Gegenstand dicht den unterzogen, wodurch seine scheinbare Dichte auf und im wesentlichen undurchdringlich geworden ist. einen Wert von 0,59 g/cm³ anstieg.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Aus diesem Gegenstand wurden dann Werkstücke

Herstellung von spannungsfreien Formkörpern ohne 25 herausgearbeitet, die die Form von Platten und

Bindemittelzusatz oder -gehalt von beliebiger Gestalt Rohren hatten. Diese Stücke wurden nochmals einer

ohne Verwendung teurer Preßformen für hohe pyrolytischen Niederschlagsbehandlung bei 806° C

Drücke. unterzogen, um in sämtlichen Poren der Gegen-

Die erfindungsgemäß gewonnenen Produkte sind stände Kohlenstoff niederzuschlagen; die Dichte stieg

für verschiedene Zwecke geeignet. Sie dienen z. B. 30 dabei auf 1,55 g/cm³, und die Gegenstände wurden

zur Aufnahme von Spaltprodukten in Kernspaltungs- praktisch undurchlässig,

anlagen. Weiterhin sind die erfindungsgemäß ge- . .

wonnenen Gegenstände sehr brauchbar zur Herstel- Beispiel 2

lung äußerst genauer Elektroden und Formen. Sie Ruß wie im Beispiel 1 wurde in einer Form ver-

haben sich für die genannten Verwendungsmöglich- 35 dichtet und in praktisch der gleichen Weise wie im

keiten als sehr erfolgreich erwiesen, speziell für die Beispiel 1 behandelt. Es wurden jedoch diesmal die

Herstellung semipermanenter Graphitformen, die folgenden Vorgänge mehrfach wiederholt: Füllen der

zum Metallguß Verwendung finden, sowie die Er- Form, Verdichten des Forminhalts, Niederschlagen

zeugung hochbeständiger Graphitelektroden, die bei von Kohlenstoff in dem Forminhalt, Mahlen des

Bearbeitungsverfahren im elektrischen Lichtbogen 40 geformten Gegenstandes zu einem feinen Pulver,

sehr brauchbar sind. " Sieben des Pulvers auf eine Korngröße, die kleiner

Das Niederschlagen von Kohlenstoff in den Poren war, als sie einem 300-Maschen-Sieb (B. S. S.) ent-

des Gegenstandes kann in der Weise durchgeführt spricht, dann erneutes Füllen der Form mit dem

werden, daß man den Forminhalt bzw. den ausge- durchgesiebten Pulver usw.

formten Gegenstand auf eine Temperatur im Bereich 45 Nach mehreren vollständigen Wiederholungen

zwischen 500 und 1500° C erhitzt, während ein eine dieser Vorgänge wurde der Gegenstand nach dem

Kohlenstoffverbindung enthaltendes Gas oder ein Niederschlagen des Kohlenstoffs in seinen Poren

Dampf einer Kohlenstoffverbindung mit einem unter einem mechanischen Festigkeitsversuch unterzogen,

oder nur wenig über Atmosphärendruck liegendem und es wurde gefunden, daß seine Biegefestigkeit

Druck über ihn hinwegstreicht. 50 etwa 984 kg/cm² und seine Druckfestigkeit ungefähr

Das neue Verfahren kann auch einen abschließen- 5270 kg/cm² waren. Es sei hierzu darauf hingewiesen,

den Verfahrensschritt umfassen, indem der Gegen- daß entsprechende Vergleichswerte für übliches Koh-

stand nach dem Niederschlagen von Kohlenstoff lenstoffmaterial ungefähr 280 kg/cm² bzw. 560 kg/cm²

einer Graphitierungsbehandlung unterworfen wird. sind.

Die leichte Verfestigung des Kohlenstoffpulvers in 55 Bemerkenswert ist, daß das Verfahren gemäß der

der Form kann durch Vibration oder einen mäßigen vorliegenden Erfindung eine sehr einfache Herstel-

Druck erfolgen. lung von praktisch undurchlässigen Kohlenstoff-

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden Gegenständen ermöglicht, die beispielsweise eine

nunmehr zwei Beispiele der Durchführung des Ver- Permeabilität von nur 5 · IO-⁹ cm²/sec haben.

fahrens beschrieben. 60 _

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   Beispiel 1 j Verfahren zum Herstellen von geformten, Eine abgemessene Menge trockenen Rußes wurde weitgehend undurchlässigen Kohlenstoff-Gegenin eine Graphitform geschüttet, deren Wände mit ständen großer Dichte aus einem Kohlenstoffeinem das Haften vermeidenden Mittel überzogen 65 pulver, dessen Partikeln ohne Beigabe eines waren; die Form wurde sodann in Vibrations- harzartigen oder anderen flüssigen Bindemittels bewegung versetzt, um die eingeschüttete Rußpulver- aneinandergebunden werden, dadurch gemenge leicht zu verdichten, kennzeichnet, daß man ein Kohlenstoff-

   pulver sehr kleiner und gleichmäßiger Partikelgröße in eine Form füllt, das Pulver in der Form unter Aufrechterhalten der Porenzwischenräume zwischen den Partikeln beispielsweise durch Vibration leicht verdichtet, anschließend die Partikeln noch in der Form befindlichen Pulvers durch an sich bekanntes Niederschlagen von durch Pyrolyse einer gasförmigen Kohlenstoffverbindung gebildeten Kohlenstoff in sämtlichen Poren des Forminhalts fest aneinanderbindet, den so verfestigten porösen Formgegenstand aus der Form entnimmt und das pyrolitische Niederschlagen von Kohlenstoff in den Poren des Gegenstandes fortsetzt, bis die Bindungen zwischen den Partikeln fester und der Gegenstand dicht und im wesentlichen undurchdringlich geworden ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Niederschlagen des Kohlenstoffs den Forminhalt bzw. den ausgeformten Gegenstand auf 500 bis 1500° C erhitzt und ein Gas oder einen Dampf der Kohlenstoffverbindung mit einem unter oder nur wenig über Atmosphärendruck liegenden Druck über ihn hinwegstreichen läßt.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verfahrensschritte der Verdichtung eines Kohlenstoffpulvers in einer Form, des Niederschlages von Kohlenstoff in den Poren der geformten Masse mehrmals wiederholt, indem man den aus der Form entnommenen Gegenstand — gegebenenfalls erst nach einer weiteren Behandlung zur Erzeugung des Kohlenniederschlages in seinen Poren — zu einem sehr feinen Pulver zerkleinert und erneut in die Form einbringt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 936 855, 746 195,
   832189;

   österreichische Patentschrift Nr. 1774;

   britische Patentschrift Nr. 595 759;

   USA.-Patentschriften Nr. 2 817 605, 2 818 355,
   038;

   französische Patentschrift Nr. 1196 685.

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