DE1646924B1 - Verfahren und Vorrichtung zum UEberziehen eines Fadens mit Graphit - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum UEberziehen eines Fadens mit GraphitInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- unvermeidbar sind und in der Natur des Verfahrens
richtung zum Überziehen eines Fadens mit Graphit und der verwendeten Materialien liegen,
aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen unter Anwen- An erster Stelle ist bezüglich der Natur des Ver-
dung elektrischen Stromes. fahrens darauf hinzuweisen, daß der Niederschlag
Fäden aus Metallen oder Mineralien, die zu einem 5 des Kohlenstoff- oder Graphitüberzuges unmittelbar
Gewebe oder sonstigen Gebilde verarbeitet werden, nach dem Ausziehen des Fadens erfolgt. Das ist
bei denen ein Verschlingen oder ein Verdrehen des offenbar wünschenswert, da die für das Ausziehen
Fadens oder der Fäden erforderlich ist, werden mit erforderliche Wärme in gleicher Weise für den
einem Überzug versehen, der die Verdrillung und Niederschlagsprozeß beitragen kann. Nichtsdesto-
Verwebung der Fäden erleichtert. Der aufgebrachte io weniger ergibt sich eine extrem rasche Abkühlung
Überzug hat dabei die Aufgabe, die Rolle eines des Fadens, wenn er den eigentlichen Ausziehkonus
üblichen Schmiermittels zu übernehmen, welches die verläßt, und dies macht die Bildung eines Nieder-
zu unliebsamen Fadenbrüchen führende Reibung Schlages nur in einem sehr kurzen Zeitraum möglich,
erheblich herabsetzt und so die Verdrillung der Fä- Dies ist aber in automatischen Maschinen ein sehr
den und deren Weben bei verminderter Bruchgefahr 15 schwerwiegender Nachteil, denn es ergibt sich daraus
ermöglicht. Als Überzug wird häufig Graphit ver- eine Begrenzung der Betriebsgeschwindigkeit, der
wendet. Qualität des Niederschlages und der Auswahl der
Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem unter Materialien, die man erfolgreich als Quelle für den
Verwendung elektrischen Stromes Wolframfäden mit Kohlenstoff oder den Graphit verwenden kann,
einem Überzug aus Graphit versehen werden. Der 20 An zweiter Stelle gilt, das man im allgemeinen als zu überziehende Wolframfaden wird dabei unter Materialien für den Überzug Kohlenwasserstoffe verStrom gesetzt und in einem Gemisch aus Hydro- wendet, mit denen man pyrolytischen Graphit durch d Halogen-Kohlenstoffzusammensetzungen gehalten, Zersetzung bei hoher Temperatur erzielen kann. ™ die bis zu 30°/o mit Argon verdünnt sind. Der Unter den mit Erfolg anwendbaren Kohlenwasserunter Strom stehende und elektrisch leitende 25 stoffen sind in der Reihenfolge ihres wachsenden Wolframfaden wird dabei mit einer verhältnismäßig Widerstandes gegen die Pyrolyse zu nennen: Acedicken Schicht aus pyrolytischem Graphit überzogen, tylen, Propan, Butan und Methan. Die Temperatur, das eine Dicke zwischen einigen hundert Mikron bis bei der sich der Niederschlag ergibt, ist eine Funkzu etlichen Millimetern aufweist. Die aus diesem be- tion des Widerstandes gegen die Pyrolyse des verkannten Verfahren hervorgehenden Fäden sind für 30 wendeten Produktes. Um bei erhöhten Temperaturen eine Weiterverarbeitung, die ein starkes Verdrehen, arbeiten zu können, und um einen Niederschlag mit Verdrillen und Verschlingen der Fäden erforderlich der erwünschten hohen Dichte zu erzielen, ist es macht, ungeeignet, da die Elastizität und Biege- erforderlich, Kohlenwasserstoffe zu verwenden, die freudigkeit der einzelnen Fäden mit zunehmender einen großen Widerstand gegen Pyrolyse haben. Ge-Dicke abnimmt. Darüber hinaus ist dieses bekannte 35 nauer ausgedrückt bedeutet dies, daß Acetylen einen Verfahren für das Überziehen von Fäden aus nicht- verhältnismäßig geringen Pyrolysewiderstand aufleitenden Materialien, wie beispielsweise Quarz, mit weist und sich zu Pyrograpiht bei einer Temperatur einer Schicht aus Graphit vollkommen unbrauchbar. im Bereich von 900 bis 1000° C zersetzt. Propan Da das bekannte Verfahren darauf beruht, daß der und Butan liefern einen Pyrographitniederschlag bei zu überziehende Faden ein unter Strom setzbarer 40 einer etwas höheren Temperatur, während Methan elektrischer Leiter ist, kann mit diesem Verfahren keinen merklichen Pyrographitniederschlag bei Temauf einen elektrisch nichtleitenden Faden kein Über- peraturen unter 1200° C ergibt,
zug aufgebracht werden. Auf Grund seiner größeren Stabilität und der Tat- g
einem Überzug aus Graphit versehen werden. Der 20 An zweiter Stelle gilt, das man im allgemeinen als zu überziehende Wolframfaden wird dabei unter Materialien für den Überzug Kohlenwasserstoffe verStrom gesetzt und in einem Gemisch aus Hydro- wendet, mit denen man pyrolytischen Graphit durch d Halogen-Kohlenstoffzusammensetzungen gehalten, Zersetzung bei hoher Temperatur erzielen kann. ™ die bis zu 30°/o mit Argon verdünnt sind. Der Unter den mit Erfolg anwendbaren Kohlenwasserunter Strom stehende und elektrisch leitende 25 stoffen sind in der Reihenfolge ihres wachsenden Wolframfaden wird dabei mit einer verhältnismäßig Widerstandes gegen die Pyrolyse zu nennen: Acedicken Schicht aus pyrolytischem Graphit überzogen, tylen, Propan, Butan und Methan. Die Temperatur, das eine Dicke zwischen einigen hundert Mikron bis bei der sich der Niederschlag ergibt, ist eine Funkzu etlichen Millimetern aufweist. Die aus diesem be- tion des Widerstandes gegen die Pyrolyse des verkannten Verfahren hervorgehenden Fäden sind für 30 wendeten Produktes. Um bei erhöhten Temperaturen eine Weiterverarbeitung, die ein starkes Verdrehen, arbeiten zu können, und um einen Niederschlag mit Verdrillen und Verschlingen der Fäden erforderlich der erwünschten hohen Dichte zu erzielen, ist es macht, ungeeignet, da die Elastizität und Biege- erforderlich, Kohlenwasserstoffe zu verwenden, die freudigkeit der einzelnen Fäden mit zunehmender einen großen Widerstand gegen Pyrolyse haben. Ge-Dicke abnimmt. Darüber hinaus ist dieses bekannte 35 nauer ausgedrückt bedeutet dies, daß Acetylen einen Verfahren für das Überziehen von Fäden aus nicht- verhältnismäßig geringen Pyrolysewiderstand aufleitenden Materialien, wie beispielsweise Quarz, mit weist und sich zu Pyrograpiht bei einer Temperatur einer Schicht aus Graphit vollkommen unbrauchbar. im Bereich von 900 bis 1000° C zersetzt. Propan Da das bekannte Verfahren darauf beruht, daß der und Butan liefern einen Pyrographitniederschlag bei zu überziehende Faden ein unter Strom setzbarer 40 einer etwas höheren Temperatur, während Methan elektrischer Leiter ist, kann mit diesem Verfahren keinen merklichen Pyrographitniederschlag bei Temauf einen elektrisch nichtleitenden Faden kein Über- peraturen unter 1200° C ergibt,
zug aufgebracht werden. Auf Grund seiner größeren Stabilität und der Tat- g
Zum Auftragen eines Graphitüberzuges auf elek- sache, daß es von den obenerwähnten Gasen das f
trisch nichtleitende Fäden mußte daher ein anderes 45 widerstandsfähigste ist, ergibt Methan Niederschläge
Verfahren gewählt werden. Bei einem derartig be- von größerer Dichte und besserer Qualität als die
kannten Verfahren wird das Graphit auf pyrolyti- anderen Gase, obgleich von geringerer Dicke bei
schem Wege während des Ausziehens des Fadens gleicher Niederschlagstemperatur. Aus allen diesen
aufgebracht. In diesem Verfahren wird ein Quarz- Gründen bevorzugt man Methan als Quelle für
stab mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser 50 Kohlenstoff für das erste Umkleidungsmaterial der
auf seine Erweichungstemperatur erhitzt und an- SiO2-Fäden, trotz der Tatsache, daß es für seinen
schließend von diesem Stab ein Faden mit dem ge- Niederschlag eine deutlich höhere Temperatur bewünschten
Enddurchmesser abgezogen. Dieser Faden nötigt, die in der Apparatur bei den zur Zeit zur
wird unmittelbar in eine Atmosphäre eingebracht, Anwendung kommenden Verfahren schwierig oder
welche pyrolysierbare Kohlenstoffverbindungen ent- 55 unmöglich aufrechtzuerhalten ist.
hält und sich auf einer Temperatur befindet, die Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unter derjenigen liegt, bei der die Dissoziation dieser Verfahren für den Niederschlag von Kohlenstoff auf Verbindungen erfolgt. Dabei wird die Temperatur Siliciumdioxidfäden zu schaffen, bei dem die oben von Faden und Gas ausreichend hoch gehalten, da- angegebenen Unbequemlichkeiten beseitigt sind und mit sich eine thermische Dissoziation des carbonier- 60 das unter anderem die folgenden Vorteile zu erten Gases auf der Oberfläche des Fadens ergibt, die reichen gestattet:
zur Folge hat, daß sich auf dem Faden ein dünner
hält und sich auf einer Temperatur befindet, die Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unter derjenigen liegt, bei der die Dissoziation dieser Verfahren für den Niederschlag von Kohlenstoff auf Verbindungen erfolgt. Dabei wird die Temperatur Siliciumdioxidfäden zu schaffen, bei dem die oben von Faden und Gas ausreichend hoch gehalten, da- angegebenen Unbequemlichkeiten beseitigt sind und mit sich eine thermische Dissoziation des carbonier- 60 das unter anderem die folgenden Vorteile zu erten Gases auf der Oberfläche des Fadens ergibt, die reichen gestattet:
zur Folge hat, daß sich auf dem Faden ein dünner
Kohlenstoffbelag bildet. Dieses Verfahren ist weit- Es erlaubt die Aufrechterhaltung von für den
gehendst durchentwickelt und führt unbestreitbar zur wirksamen Niederschlag von Pyrography aus
Herstellung von gewebten Produkten od. dgl. aus 65 Kohlenwasserstoffen passenden Temperaturen
Siliciumdioxidfäden mit überlegener Qualität. Jedoch ^hr-fd des Ausziehvorganges des Sihcium-
zeigt dieses Verfahren verschiedene Mängel, und dioxids;
man war bis jetzt der Ansicht, daß diese Mängel es erleichtert die Anwendung von Methan als
_ Lieferant für pyrolytisches Graphit für die Um- oder darüber aufweisen kann. Zwei Walzen 13 ziehen
kleidung des Quarzfadens; diesen Stab nach unten in die Mitte einer ringförmi-
es verlängert den Zeitraum, in welchem der S^ Heizvorrichtung 14. Die ringförmige Heizvor-
Graphitniederschlag während des Ausziehens Achtung 14 kann em Ringbrenner, em elektrischer
der Quarzfäden entstehen kann; 5 Ofen- °d<* "^endeme andere Einrichtung sein, die
es ermöglicht, die Temperatur des Stabes bis auf
es ermöglicht die Automatisation der Verfahren den Erweichungspunkt zu erhöhen, um einen Aus-
zum Niederschlagen des Graphits auf dem ziehkonus zu erzeugen.
Quarzfaden. Die Walzen 13 ziehen den Stab mit einer Ge-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe io schwindigkeit, die im allgemeinen zwischen mehreren
wird dadurch gelöst, daß aus SiO2 (Quarz) bestehende Zehntelmillimeter und einigen Millimeter pro Minute
Fäden unmittelbar nach deren Ausziehen aus einem liegt, je nach den Abmessungen des Stabes, der Zieh-
Quarzstab mit einem Graphitüberzug versehen wer- geschwindigkeit des Fadens, des Fadendurchmessers
den, der beim Hindurchleiten durch ein in einer usw.
Kammer strömendes und schwer krackbare Kohlen- 15 Am unteren Ende der Zeichnung erkennt man
Wasserstoffe enthaltendes Gas bei der entsprechenden eine Trommel 16, die zum Ausziehen des Fadens 17
Kracktemperatur aufgetragen wird, wobei der ange- aus dem Stab 12 dient und auf der der Faden sich
legte elektrische Strom lediglich durch den Graphit- in Form einer kontinuierlichen Fadenspule sammelt,
überzug zur Aufrechterhaltung der Kracktemperatur Die Drehgeschwindigkeit dieser Trommel ist derart
der Kohlenwasserstoffe im Gas über ein längeres 20 gewählt, daß sich der Faden mit einer Geschwindig-Fadenstück
geschickt wird. keit bewegt, die zwischen mehreren Kilometern und Grundsätzlich basiert die Erfindung auf der An- mehreren 10 km pro Stunde liegt und die zum Teil
wendung der geringen elektrischen Leitfähigkeit des von dem Durchmesser des zu produzierenden Fadens
Kohlenstoffniederschlages auf dem Quarzfaden unter abhängt. Im Prinzip kann der Durchmesser des Fader
Einwirkung der beiden Temperaturen von Faden 25 dens von einigen Mikron bis zu einigen Zehnern von
und Gas, um den Faden auf einer Temperatur zu Mikron variieren.
halten, bei welcher der Niederschlag am Graphit Betrachtet man den oberen Teil der F i g. 1, dann
weiter erfolgen kann. erkennt man, daß der Faden den Ausziehkonus im Der Widerstand der Graphitschicht kann zwischen Inneren des Heizelementes 14 verläßt, um in ein
einigen 10 und mehreren 100 000 Ohm/cm liegen, 30 Rohr aus hitzebeständigem, isoliertem Material ein-
und der Faden läßt sich auf einer Temperatur zwi- zutreten, beispielsweise in ein Rohr 19 aus geschmolschen
1000 und 1300° C halten, indem man eine zenem Siliciumdioxid (Quarz). Erforderlichenfalls
Spannung in der Größenordnung von 1000 Volt an- kann das Rohr 19 erwärmt werden. Das Rohr 19
legt. Die erforderliche Leistung kann in der Größen- enthält ein T-förmiges Verbindungsstück 21, durch
Ordnung von einigen Bruchteilen von Watt pro Zenti- 35 das ein gasförmiger Kohlenwasserstoff mit erhöhter
meter liegen. Temperatur in das Rohr 19 eingeführt wird. Man Eine besonders für die Durchführung des erfin- kann alle gasförmigen Kohlenwasserstoffe verwenden,
dungsgemäßen Verfahrens bevorzugte Ausführungs- die bei hoher Temperatur kracken und somit einen
form enthält vorteilhaft eine Stromzuführung in der Niederschlag aus Pyrographit liefern.
Nähe des Ausziehkonus des Fadens, die zweckmäßig 40 Sobald der Faden den Ausziehkonus verläßt, beso angeordnet ist, daß ein Strom im Zuge des Aus- findet er sich noch auf einer extrem hohen Tempeziehvorganges die ionisierte Gasschicht durchfließt, ratur, um bei Eindringen in die Kohlenwasserstoffweiche den erhitzten Teil, der Siliciumdioxidstange atmosphäre am Mundstück des Rohres 19 sich mit umgibt. Ein Kontakt ist möglich, und zwar über eine einem Niederschlag aus Pyrographit zu bedecken. Flamme, aber auch über ein Heizelement je nach 45 Das hitzebeständige Rohr 19 kann eine Länge in der der Wärmequelle, die für den Ausziehvorgang Ver- Größenordnung von 5 bis 30 cm haben. Am Auswendung findet. Am anderen Ende des Fadens wird gang dieses Rohres durchläuft der Faden einen ein Kontakt mit der Kohlenstoffumhüllung mittels Metallring 23, der durch die Flamme eines Brenners eines Graphitelementes oder eines Metallelementes 24 erhitzt ist. Die Erhitzung des Metallringes 23 ist hergestellt, mit dem der Faden beim Durchlauf Be- 50 nicht unentbehrlich. Ein elektrischer Kontakt, dessen rührung aufnimmt, oder mittels einer nichtoxydieren- Aufgabe später noch näher erläutert werden soll, den Flamme oder durch eine andere geeignete Ein- kann mittels eines metallischen Leiters oder des richtung. Graphits hergestellt werden. Übrigens genügt eine Weitere Merkmale und Vorteile gemäß der Er- Flamme allein, wenn sie richtig eingestellt ist, genaufindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung 55 so.wie ein metallischer Kontakt mit einer radioaktivon zwei Ausführungsbeispielen. ven Substanz, die eine Ionisation der Luft hervor-Die Beschreibung nimmt dabei Bezug auf die rufen kann. Auch ein solches Element kann als ein Zeichnungen, in denen zeigt gewünschter elektrischer Kontakt verwendet werden. F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Zieh- Wenn man eine Flamme allein oder in Kombination und Umkleidungsvorrichtung gemäß der vorliegen- 60 mit einem anderen Element verwendet, muß sie den Erfindung, selbstverständlich gegen die aus dem Rohr austreten-F ig. 2 eine schematische Darstellung einer ande- den Kohlenwasserstoff gase geschützt werden, und es ren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ein- müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, darichtung, die aufeinanderfolgend die Ablage von mit nur der mittlere nichtoxydierende Teil der pyrolytischem Graphit auf einem Siliciumdioxidfaden 65 Flamme mit dem umkleideten Faden in Berührung ermöglicht. kommt, um eine Beschädigung der bereits auf dem
Nähe des Ausziehkonus des Fadens, die zweckmäßig 40 Sobald der Faden den Ausziehkonus verläßt, beso angeordnet ist, daß ein Strom im Zuge des Aus- findet er sich noch auf einer extrem hohen Tempeziehvorganges die ionisierte Gasschicht durchfließt, ratur, um bei Eindringen in die Kohlenwasserstoffweiche den erhitzten Teil, der Siliciumdioxidstange atmosphäre am Mundstück des Rohres 19 sich mit umgibt. Ein Kontakt ist möglich, und zwar über eine einem Niederschlag aus Pyrographit zu bedecken. Flamme, aber auch über ein Heizelement je nach 45 Das hitzebeständige Rohr 19 kann eine Länge in der der Wärmequelle, die für den Ausziehvorgang Ver- Größenordnung von 5 bis 30 cm haben. Am Auswendung findet. Am anderen Ende des Fadens wird gang dieses Rohres durchläuft der Faden einen ein Kontakt mit der Kohlenstoffumhüllung mittels Metallring 23, der durch die Flamme eines Brenners eines Graphitelementes oder eines Metallelementes 24 erhitzt ist. Die Erhitzung des Metallringes 23 ist hergestellt, mit dem der Faden beim Durchlauf Be- 50 nicht unentbehrlich. Ein elektrischer Kontakt, dessen rührung aufnimmt, oder mittels einer nichtoxydieren- Aufgabe später noch näher erläutert werden soll, den Flamme oder durch eine andere geeignete Ein- kann mittels eines metallischen Leiters oder des richtung. Graphits hergestellt werden. Übrigens genügt eine Weitere Merkmale und Vorteile gemäß der Er- Flamme allein, wenn sie richtig eingestellt ist, genaufindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung 55 so.wie ein metallischer Kontakt mit einer radioaktivon zwei Ausführungsbeispielen. ven Substanz, die eine Ionisation der Luft hervor-Die Beschreibung nimmt dabei Bezug auf die rufen kann. Auch ein solches Element kann als ein Zeichnungen, in denen zeigt gewünschter elektrischer Kontakt verwendet werden. F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Zieh- Wenn man eine Flamme allein oder in Kombination und Umkleidungsvorrichtung gemäß der vorliegen- 60 mit einem anderen Element verwendet, muß sie den Erfindung, selbstverständlich gegen die aus dem Rohr austreten-F ig. 2 eine schematische Darstellung einer ande- den Kohlenwasserstoff gase geschützt werden, und es ren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ein- müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, darichtung, die aufeinanderfolgend die Ablage von mit nur der mittlere nichtoxydierende Teil der pyrolytischem Graphit auf einem Siliciumdioxidfaden 65 Flamme mit dem umkleideten Faden in Berührung ermöglicht. kommt, um eine Beschädigung der bereits auf dem
Aus F i g. 1 erkennt man einen Siliciumdioxidstab Faden niedergeschlagenen Schicht zu vermeiden.
12, der einen Durchmesser von mehreren Millimeter Um eine elektrische Spannung am verkleideten
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Faden anzulegen, wird eine elektrische Quelle 25 digen Rohres 19 a, in das ein Kohlenwasserstoff
zwischen das Kontaktelement 23 und das Ringele- durch das T-förmige Anschlußstück 21a eingeführt
ment 14 eingeschaltet. Diese elektrische Quelle er- wird. Eine zweite elektrische Quelle 25 α ist zwi-
zeugt vorzugsweise eine elektrische Spannung in der sehen den Kontakt 23 und einen analogen Kontakt
Größenordnung von 1000 Volt. Im allgemeinen ist 5 23 a geschaltet, so daß der anfängliche Umkleidungs-
es vorzuziehen, daß der Ring 14 auf Massepotential prozeß wiederholt werden kann,
gehalten wird, während die Hochspannung an den Wie bei der Anordnung nach F i g. 1 kann man
Kontakt 23 angelegt wird. ein Auslaßrohr 27 vorsehen, durch welches ein inertes
Wenn man eine Flamme oder die Kombination Gas geführt wird, um die Schwierigkeiten zu vereiner
Flamme mit einem Ring verwendet, um den io meiden, auf die man jedesmal dann trifft, wenn der
unteren elektrischen Kontakt herzustellen, dann umkleidete Faden mit der Außenatmosphäre bei erkann
es vorteilhaft sein, zu verhindern, daß der um- höhter Temperatur in Berührung kommt, wie bereits
kleidete Faden unmittelbar auf die Außenatmosphäre im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach
trifft, während er sich noch auf einer erhöhten Tem- F i g. 1 erläutert wurde.
peratur befindet. Dafür genügt es, um einen inerten 15 Die Dicke der Pyrographitschicht verstärkt sich
Gasstrom auf den Faden zu leiten, sobald er die proportional mit dem Abstand, der durch den Fa-Flamme
verläßt, ihn auf eine Temperatur abzuküh- den in den Vorrichtungen wie beispielsweise nach
len, die niedriger ist als diejenige, bei der die Ver- F i g. 1 durchlaufen wird. Das heißt, daß in jedem
brennung seiner Umkleidung erfolgen könnte. In Fall die auf dem Faden niedergeschlagene UmAbänderung
davon kann diese Eventualität dadurch ao kleidung am Austritt des Rohres dicker als an seinem
vermieden werden, daß man den Faden durch ein Eintrittsende ist. Daraus resultiert eine fortschreianderes
Rohr 27 laufen läßt, in das ein inertes Gas tende Änderung des Widerstandes über die Länge g
— beipielsweise Stickstoff — durch ein T-förmiges des Fadens zwischen dem Einlaß und dem Auslaß ^
Anschlußstück 29 eingeführt wird. Auch hier dient des Rohres. Damit erheben sich wenigstens zwei Prodas
inerte Gas dazu, die Verbrennung der nieder- 25 bleme: An erster Stelle können die »warmen Stellen«
geschlagenen Schicht zu vermeiden. durch den Joule-Effekt hervorgerufen werden und
Die an dem umkleideten Faden angelegte Span- infolgedessen Bruchstellen des Fadens bilden. An
nung läßt einen Strom längs des Fadens fließen, so zweiter Stelle kann der Graphitniederschlag unregel-
daß durch den Widerstand der niedergeschlagenen mäßig werden.
Schicht Wärme entwickelt wird. Diese Spannung 30 Wenn man deshalb einen extrem dicken Niederkann
geregelt werden, um den Faden auf einer mit schlag aufzubringen wünscht, eignet sich die Vorden
normalen Ausziehtemperaturen von Silicium- richtung nach F i g. 2 in besonderer Weise. In dieser
dioxidf äden möglichst übereinstimmenden erhöhten Vorrichtung wird ein vergleichsweise dünner Nieder-Temperatur
zu halten. Im allgemeinen liegt diese schlag auf dem Faden im ersten Rohr 19 erzeugt,
Temperatur zwischen 1000 und 1500° C. Die durch 35 worauf ein zweiter Niederschlag auf dem ersten im
den Stromfluß erzeugte zusätzliche Wärme ermög- Rohr 19 α gebildet wird. Die durch die elektrischen
licht die Bildung eines Pyrographitniederschlages aus Quellen 25 und 25 a angelegten Spannungen lassen
dem Gas, beispielsweise Methan, Butan oder Propan, sich derart unabhängig voneinander verändern, daß
welcher bei Fehlen dieser zusätzlichen Wärme nur die Schwierigkeiten vermieden werden, die mit Nie-Niederschläge
geringer Dichte oder geringer Dicke 4Q derschlägen zu großer Dicke in dem einen oder
ergeben würde. anderen der beiden aufeinanderfolgenden Umklei-
Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen dungsverfahren verbunden sind. Nach dem DurchVerfahrens
gewonnenen Erfahrungen haben gezeigt, gang des Fadens durch das zweite Rohr 19a läßt sich
daß die Dicke der zu erhaltenden Pyrographitschicht die Spannung als Funktion des dünnen Pyrographit- |
sich regeln und im Vergleich zu den nach bekannten 45 Überzuges, der bereits während des ersten Vorganges
Verfahren erhaltenen Schichten beträchtlich ver- niedergeschlagen worden ist, bestimmen. Außerdem
mehren läßt. Diese Vorteile der Erfindung erhält kann man wegen der Vermeidung der durch warme
man unter Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 1, Stellen und unregelmäßige Niederschläge verur-
und sie lassen sich verstärken, wenn man die Länge sachten Schwierigkeiten einen Überzug erhalten,
des umhüllten Fadens, die von Strom durchflossen 50 dessen Gesamtdicke viel größer ist, als bisher erzielwird,
reguliert. bar waren. Im Zusammenhang damit ist darauf hin-
F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrich- zuweisen, daß die Anzahl der für die Umkleidung
tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- verwendeten Rohre in keiner Weise auf zwei Rohre
fahrens, die noch vorteilhafter als die beschriebene beschränkt ist und daß die in jedem dieser Rohre
Vorrichtung ist, wenn man eine außerordentlich 55 erzielten Niederschläge genau geregelt werden kön-
dicke und guthaftende Umkleidung erreichen will. nen. Man kann folglich also jede vorbestimmte
Die Anordnung der Siliciumdioxidstange, der Ein- Verkleidungsdicke innerhalb vernünftiger Grenzen
zugswalzen, des Ausziehkonus und des oberen elek- erzielen.
irischen Kontaktes ist die gleiche wie bei der Aus- Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der
führungsform nach Fig. 1, und infolgedessen sind 60 Erfindung sind im vorhergehenden verhältnismäßig
diese Teile in F i g. 2 nicht mehr im einzelnen wieder- allgemein beschrieben worden, jedoch derart, daß
gegeben. Wie durch die Verwendung gleicher Be- jeder Fachmann in der Lage ist, sie zu verwirklichen. ·
zugszeichen angedeutet ist, sind auch die elek- Im folgenden soll noch ein besonderes Ausfüh-
trische Quelle 25, das Rohr 19 und die unteren Kon- rungsbeispiel wiedergegeben werden,
takte 23 und Brenner 24 die gleichen wie bei der 65 In diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist ein
zuerst beschriebenen Ausführungsform. Jedoch läuft Faden mit einem Durchmesser von 15 Mikron und
der den unteren Kontakt 23 verlassende umkleidete mit einer Pyrographitumkleidung von 5000 Ä das
Faden längs der Achse eines zweiten hitzebestän- Endprodukt. Um dieses Endprodukt zu erhalten,
verwendet man Methan und hält den Faden auf einer Temperatur von etwa 1300° C, wobei gleichzeitig an
ihn eine Spannung von 1200VoIt angelegt wird. In diesem Beispiel liegt der Widerstand des Fadens auf
einer Länge von 30 cm bei etwa 400 000 Ohm und die angelegte Leistung bei etwa 3,6 Watt.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wurde die Erfindung im vorhergehenden in ihrer Anwendung
auf das Ausziehen und Umhüllen eines einzigen SiIiciumoxidfadens beschrieben. Selbstverständlich kann
man gleichzeitig Lunten oder Gruppen von Fäden aus Siliciumdioxid ausziehen und überziehen, indem
man einfach entsprechende Änderungen an der wiedergegebenen Vorrichtung vornimmt. So kann
man z. B. an Stelle eines Rohres, durch das ein Faden hindurchläuft, vorteilhaft eine Kammer mit quadratischem
oder rechteckigem Querschnitt verwenden, die an die Geometrie der Gruppe oder des
Flieses aus Fäden auf dem Ausziehweg angepaßt ist. Die elektrischen Anschlüsse können über die einzelnen
Fäden oder über Fadengruppen angelegt werden, und zwar entsprechend den Gegebenheiten und damit
den Bedürfnissen oder dem Wunsch, den Heizstrom in den einzelnen Fäden zu regeln.
Darüber hinaus wurde erwähnt, daß der Pyrographit sich am leichtesten mit pyrolysierbaren Verbindungen
erzielen läßt. Jedoch sind damit auch alle Kohlenstoffverbindungen umfaßt, die bei erhöhter
Temperatur gasförmig sind und Pyrolysereaktionen unterworfen werden können.
Die Erfindung ist somit nicht auf die wiedergegebenen und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt,
sondern kann in zahlreichen Varianten verwirklicht werden.
35
Claims (9)
1. Verfahren zum Überziehen eines Fadens mit Graphit aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen
unter Anwendung elektrischen Stromes, dadurch gekennzeichnet, daß aus SiO2
(Quarz) bestehende Fäden unmittelbar nach deren Ausziehen aus einem Quarzstab mit einem Graphitüberzug
versehen werden, der beim Hindurchleiten durch ein in einer Kammer strömendes und schwer krackbare Kohlenwasserstoffe enthaltendes
Gas bei der entsprechenden Kracktemperatur aufgetragen wird, wobei der angelegte
elektrische Strom lediglich durch den Graphitüberzug, zur Aufrechterhaltung der Kracktemperatur
der Kohlenwasserstoffe im Gas über ein längeres Fadenstück, geschickt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Ströme in mehreren
aufeinanderfolgenden Abschnitten der Fadenlänge durch diesen Faden geleitet werden, wobei
jeder dieser Ströme von einer unabhängigen Stromquelle geliefert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen der verschiedenen
Stromquellen unabhängig geregelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Graphit umkleidete
Faden in eine inerte Atmosphäre geführt wird, um seine Berührung mit der Umgebungsatmosphäre
zu verzögern.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen ersten elektrischen Kontakt (14) mit dem Faden in der Nachbarschaft des Ausziehkonus
(12) und vor dem Eintritt des Fadens in das die pyrolysierbaren Kohlenstoffverbindungen enthaltende
Gas und durch einen zweiten elektrischen Kontakt (23) in der Nachbarschaft des Gasaustritts,
wobei beide Kontakte an eine Stromquelle (25) angeschaltet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste elektrische Kontakt
mit dem Faden über ein Bett ionisierten Gases erfolgt, welches den erhitzten Teil der Siliciumdioxidstange
(12) in der Höhe des Ausziehkonus umgibt, während der zweite elektrische Kontakt
durch einen erhitzten Metallring (23) im Wege des Fadens gebildet ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den nach dem
ersten Teil folgenden Teil des Fadens zugeordneten elektrischen Kontakte für den Durchgang
des Fadens durch zwei erhitzte Metallringe (23, (23 d) gebildet sind.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen
Kontakte durch Reibung des Fadens auf Graphit oder einem polierten Metallstück und durch Ionisation
der Luft mit Hilfe einer radioaktiven Substanz hergestellt sind.
9. Siliciumdioxid bzw. Quarzfaden, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Pyrographitüberzug
aufweist, der nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt
ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
COPY 009 523/252
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GB1134133A (en) | 1968-11-20 |
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