DE1671141C - Hochorientierte Graphitprodukte und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

bracht werden.

Die erfindungsgemaßen Produkte zeigen eine ho!·.· hidt hiklih

Die erfinngg g

Dit Erfindung betrifft neue Produkte aus Graphit, as Anisotropie der verschiedensten physikalisch

die sich durch eine besonders hohe Orientierung aer Eigenschaften, die ihre Anwendung auf vielen Berc.

Kristallite auszeichnen. Die Herstellung der erfin- chen der Technik begründet. Wie oben bereits an^i. -

dunfsgemäßen Produkte geschieht durch gleichzeitige deutet, kann die Wärmeleitfähigkeit und Wännedeh-

Einwirkung von Druck- und Scherkräften auf eine nung einerseits und die elektrische Leitfähigkeit v<»n

Dispersi-»n der Graphitkristallite in einem hochvisko- 30 Graphitprodukten in c-Achse gegenüber der a-Ach.->c

sen Medium. um Größenordnungen auseinanderliegen. Aus dieser

Es ist bekannt, daß die physikalischen und elektri- hohen Anisotropie der erfindungsgemäßen Produkte

sch^n Eigenschaften von Graphit in Richtung der a- ergeben sich die verschiedensten Anwendungsgebiete

bzw c-Achse des hexagonalen Schichtgitters von So lassen sich z. B. zwei streifenförmige Produkte

Graphit sehr unterschiedlich sind. Will man nun aus 35 nach der Erfindung so miteinander vereinigen, daß in

diesen interschiedlichen Eigenschaften, also dieser einer Ebene die c-Achse des einen Streifens und in

Anisotropie, von polykristallinen Graphitprodukten die andere die α-Achse des anderen Streifens zu lic-

einen Nutzen ziehen, so kommt es auf die Ausrich- gen kommt. Derartige Doppelstreifen eignen sich in-

tung der Kristallite hinsichtlich ihrer c- bzw. α-Ach- folge ihrer unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit in

sen an. 40 solchen Bauteilen, wo bisher Bimetallstreifen zur An-

Die Herstellung von Graphitformkörpern wie Wendung gelangen. Die unterschiedlichen thermo-Kunstkohlen u. ä. geschieht im allgemeinen dadurch, elektrischen und elektronischen Eigenschaften gestatdaß man ein Graphitpulver mit Teer oder Pech ver- ten die Anwendung in elektronischen Bauteilen, die mischt, wobei das Mischen im allgemeinen durch aus irgendwelchen Gründen aus nichtmetallischem Rühren vorgenommen wird, und dieses Gemisch dann 45 Material bestehen sollen. Die erfindungsgemäßen in entsprechender Weise formt. Das Formen kann Produkte wenden also überall dort anwendbar sein, unter Druck erfolgen. Es zeigte sich jedoch, daß die wo neben ihrer Feuerfestigkeit im Sinne von Kunstanisotropen Eigenschaften derartiger Graphitpro- kohlen od. dgl. die Anisotropie, insbesondere der dukte für die Nutzbarmachung dieser unterschiede elektrischen oder thermischen Eigenschaften, eine chen physikalischen und elektrischen Eigenschaften 50 Rolle spielt.

in Richtung der beiden wesentlichen Achsen des Gra- Für die Auswahl des Dispersionsmeiiums für die

phitgefüges nicht ausreicht. erfindungsgemäßen Produkte ist nur von Bedeutung,

Andererseits ist bekannt, daß man durch Zerset- daß sie während der Vp—jbeitung der Dispersion ein zung von gas- oder dampfförmigen Kohlenwasser- ausreichendes Gleiten und damit Orientieren der stoffen an heißen Flächen unter hohen Temperaturen 55 Graphitkristallite ermöglichen und in den Fertigprosogenannten pyrolytischen Graphit abscheiden kann,' dukten dann ausreichende Festigkeit aufweisen, daß der eine^ hohe Orientierung aufweist. Nun läßt sich die orientierten Kristallite nicht wieder desorientiert die Herstellung von pyrolytischem Graphit nur in ge- werden.

ringem Umfang an ebenen oder gekrümmten Flächen Die Verarbeitung der Graphitdispersion in dem im Hochvakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre 60 thermoplastischen Kunststoff oder Wachs erfolgt durchführen. Es ist nach diesem Verfahren nicht zweckmJßigerweise auf einem Walzenstuhl oder einer möglich, beliebig geformte Körper oder gar Massen- ähnlidur Vorrichtung. Bei einer bevorzugten Ausprodukte herzustellen. führungsform wird die Dispersion an beiden Seiten

Es ist also festzustellen, daß zur Zeit hochorien- mit einer Metall-, Kunststoff- cder Papierfolie abge-

tierte Graphitprodukte nicht in beliebigen Formen 65 deckt, um ein Haften an der Walze zu verhindern,

und nicht in größerem Ausmaß einerseits und an- Auch lassen sich zu diesem Zweck Trennmittel wie

dererseits Graphitprodukte beliebiger Form und auch Silicone anwenden,

als Massenartikel hergestellt wurden können, diese je- Die Verarbeitung am Walzenstuhl od. dgl. erfolgt

1 671441

je nach «ier Konsistenz des Dispersionsmediums bei erhöhter Temperatur. Als Beispiele für erfindungsgemäß anwendbar thermoplastische Kunststoffe kann Polyvinylchlorid genannt werden, welches eine Arbeitstemperatur von 100° C zuläßt. Bei stärker weichgestellten Polyvinylchloriden kann man mit der Temperatur, wenn gewünscht, heruntergehen. Weitere Beispiele für thermoplastische Dispersionsssedien sind Polyacrylate, wie Polymethylmethacrylat, polyvinylaromatische Kohlenwasserstoffe wie Polystyrol, Polyvinylester wie Polyvinylacetat, Polyvinylidenchlorid sowie Celluloseether und -ester, insbesondere Celluloseacetat. Auch können kohlenstofffreie thermoplastische Polymere, wie Silicone, zur Anwendung gelangen.

Außer dwi thermoplastischen Kunststoffen kann man auch Wachse anwenden, die bei Temperaturen zwischen z. B. 60 und 100° C ausreichend fließfähig sind und bei tieferer Temperatur so weit erstarren, daß eine fixe Einbettung der Kristallite gewährleistet ist. Ein Beispiel dafür ist ein in eier Hochvakuumtechnik angewandtes Kohlenwasserstoff wachs.

Beispiel

Ausgehend von Polyvinylchloridfolien erhält man eine entsprechende Dispersion, indem man die Folie in den Schlitz eines Zweiwalzenstuhls (Waizendurchmesser 10, 16 bzw. 5,08 cm) einführt, wobei die eine auf einer Temperatur von 170 und die andere auf 190° C gehalten wird. Auf diesem Walzenstuhl wurde der Graphit 5 min eingewalzt und dann die Bahn ähnlich wie bei der Kautschukherstellung vom Walzenstuhl abgenommen und auf eine ebene Fläche zum Abkühlen gelegt

Um die Orientierung weiter zu verbessern, wurde -dieses Folienmaterial bei Arbeitstemperaturen zwischen 150 und 200, vorzugsweise 160 und 170⁰C weiter durchgearbeitet, und zwar wurde das Folienmaterial langsam im Schlitz zwischen den zwei Walzen vor- und rückbewegt (insgesamt 6 Durchgänge),

ίο so daß man eine Folienstärke zwischen 0,6 und 0,2 mm erhielt.

Diese an sich für die verschiedensten Anwendungsgebiete bereits wertvollen Produkte können gegebenenfalls noch einer verkokenden und graphitierenden Wärmebehandlung bei einer Temperatur in der Größenordnung zwischen 2000 und 3000° C unterworfen werden. Bei dieser Behandlung verkokt das organische Dispersionsmedium, die wohlorientierten üraphitkristallite bleiben in ihrer Lage, so daß kein

ao merklicher Verlust der Anisotropie auch bei den gebrannten Graphitprodukten beobachtet wird.

Als Graphitmaterial kann man beliebige natürliche .Graphite anwenden. Es erscheint zweckmäßig, sie von den verschiedenen begleitenden Me'allverbin-

»5 düngen und anderen Verunreinigungen zi befreien; so kann matt den Rohgraphit mahlen und mit heißer Salzsäur; und anschließend kalter Flußsäore behändem, um die Metallverbindungen zu entfernen, und gegebenenfalls auf maximal 2400° C erhitzen, um

fremde organische Substanzen zu verkoken und zu ■ grr.phitieren.

Claims (2)

doch eine für die angegebenen Zwecke zu geringe Γ?ΐ Pateatansprüche: Orientierusg besitzen. Die besten dieser bekannten -.. P Produkte werden, wie erwähnt, durch Pressen erhal- ,£

1. Hochorienüerte Graphitprodukte, ge kenn- ten. Beim Pressen allein verfugen die Kristallite in zeichnet durch 100 Gewiditsteile in 5 bis 5 der Grundmasse in Form von Pech oder Teer nicht 90 Gewichtsteilen einer Grundmasse aus einem über die erforderliche Beweglichkeit,daß eine entthermoplastischen Kunststoff oder festen Wachs sprechende Orientierung stattfinden konnte. Darüber , achsparallel ausgerichteter Graphitkristallite. hinaus ist Teer und Pech nicht in der Lage, Urapnit

2. Verfahren zur Herstellung der Graphitpro- zu benetzen. . .

dukte nach Anspruch 1, durch Einwirkung von io Die Erfindung betrifft somit nocnonenüerte Ura-Druck- und Scherkräften auf eine Dispersion der phitp'odukte, die gekennzeichnet sind durch lüü Oe-Graphitkristallite in einer hochviskosen brgani- wichtsteile in 5 bis 90 Gewichtstellen einer Grund- sehen Masse, dadurch gekennzeichnet, daß man masse aus einem thermoplastischen K-imststotf oder die Druck- und Scherkräfte auf eine Graphitdi- festen Wachs acbsparallel ausgerichteter Orapnitkri- , spersion in thermoplastischem Kunststoff oder i₅ stalütc. Die Herstellung der erfindungsgemaßen Cr ■ Wachs durch Walzen in zumindest zwei verschie- phitprodukte geschieht durch Einwirkung von Dru«.> denen Richtungen unter Vergrößerung der Länge und Scherkräften auf eine Dispersion der Kristall <■: der Masse um zumindest 50 ⁰Zo in jede Richtung in einem hochviskosen Medium. Dies kann insbeso: zur Einwirkung bringt. dere dadurch erfolgen, indem die Graphitdispers,

ao durch Walzen in zumindest zwei verschiedenen Rn, Hingen unter Vergrößerung der Länge der Masse urn

zumindest 50«. in jede Richtung zur Einwirkung g.