DE174637C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Widern Standskörper aus Siliziumkarbid und Borkarbid, bei dem aus dem kristallförmigen Siliziumkarbid oder Borkarbid mittels eines Brennprozesses ein homogenes stromleitendes Material von porösem Gefüge und hohem Widerstand gewonnen wird, welches sehr starke Belastungen erträgt und einen hohen

ίο Grad von Feuerbeständigkeit besitzt.

' Es ist eine lange bekannte Tatsache, daß die kristallinischen Verbindungen von Kohle mit Silizium und Bor in ihren einzelnen Teilchen die Elektrizität leiten. Es ist daher auch bereits auf verschiedene Weisen ver-' sucht worden, die genannten Karbide zur Herstellung elektrisch leitender Körper zu benutzen.

Der Verwendung der nach diesen bekannten Verfahren sich ergebenden Körper als elektrische Widerstände stellen sich jedoch erhebliche Schwierigkeiten entgegen.

Bildet man z. B. die Widerstandskörper aus geschmolzenen Karbiden, so haben diese einen verhältnismäßig geringen Widerstand und sind von vornherein so hart, daß sie sich nachträglich nicht mehr in der erforderlichen Weise bearbeiten lassen. Auch wird beim Schmelzen die Kristallform des verwendeten Rohmaterials ■ völlig aufgegeben. Man erhält einen Körper von kompaktem Gefüge, während es zur Erzeugung der elektrischen Widerstandskörper gerade wünschenswert ist, daß die Karbide ihre Kristallform beibehalten, damit die homogene stromleitende Masse poröses Gefüge besitzt. Dieses poröse Gefüge macht die Widerstände ganz besonders geeignet für starke Belastung, da ein poröser Körper eben ein sehr viel besseres Wärmeausstrahlungsvermögen besitzt wie ein kompakter Körper von dichtem Gefüge.

Die bekannte Herstellung von elektrischen Stromleitern aus Karbiden, welchen in fein gepulvertem Zustande kohlehaltige Bindemittel zugesetzt werden, ist zur Herstellung von elektrischen Widerständen aus Siliziumkarbid und Borkarbid überhaupt nicht geeignet. Aber selbst wenn man auf diese Weise elektrische Widerstandskörper aus Siliziumkarbid oder Borkarbid herstellen könnte, so wurden dieselben infolge des Zusatzes von Kohle nur einen geringen Widerstand besitzen und außerdem auch nicht für hohe Temperaturen verwendet werden können, da die Kohle beim Gebrauch verbrennen, also der leitende Körper zerstört werden würde. ,

Die elektrischen Stromleiter, welche man in der Weise erhält, daß man fein zerteiltes Silizium oder Bor mit Sulfozellulosekleister innigst vermischt und dann die Umwandlung in Siliziumkarbid oder Borkarbid durch Glühen unter Luftabschluß bewirkt, sind lediglich als Glühlampenfäden ο. dgl., aber nicht als elektrische Widerstandskörper von hohem Widerstände zu verwenden. Derartige

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fadenartig« Körper müssen mit Rücksicht auf ihren Verwendungszweck möglichst dicht sein und dürfen keine Porosität besitzen, während es bei den elektrischen Widerstandskörpern von hohem Widerstand darauf ankommt, massige Körper zu erzielen, welche zwecks guten Wärmeausstrahlungsvermögens möglichst porös sein müssen.

Die Bildung von Glühfaden aus Silizium

ίο oder Bor und Sulfozellulosekleister setzt übrigens auch voraus-, daß nach Formung der fadenartigen Körper noch eine chemische Veränderung eintritt, da das Silizium oder Bor erst durch das Glühen selbst in Silizium- oder Borkarbid übergeführt wird.

Außerdem würden die aus pulverförmigem Silizium oder Bor hergestellten Widerstands- -. körper sich so teuer stellen, daß ihre Anwendung in der Praxis ausgeschlossen wäre.

Die vorliegende Erfindung geht nun darauf aus, die einzelnen Kristalle der kristallförmigen Karbide unter Beibehaltung ihrer Kristallform so eng aneinander zu lagern, daß sie als Ganzes leiten. Als ein geeignetes Mittel zur Erreichung dieses Zweckes erwies sich die Anwendung eines Brennprozesses, wobei die ungeformten kristallinischen Karbide zu formlosen, elektrisch leitenden Blöcken zusammengebrannt' oder zusammengebacken werden, aus denen sodann die Widerstandskörper in beliebige Formen zerschnitten und zwecks -Härtung in sehr schwer schmelzbare . Emaille getaucht und nochmals einem Brennprozeß zum Einbrennen der Emaille unterworfen werden.

Ein Brennprozeß ist . auch früher schon bei Herstellung poröser Gegenstände aus Siliziumkarbid und Borkarbid angewendet worden. Dabei handelte es sich aber um bereits fertig geformte Stücke aus amorphem Material, die bei der Erzeugungstemperatur des Karbides gebrannt wurden, um das amorphe Karbid nachträglich in den kristallinischen Zustand überzuführen. Da nun die Kristalle ein wesentlich, kleineres Volumen einnehmen, so werden nach dem bekannten Verfahren sehr poröse und leichte Körper erhalten. Die Porosität ist aber so groß, daß die Körper nicht als Ganzes leiten und infolgedessen als elektrische Widerstände nicht in Frage kommen könne.

Dahingegen werden nach vorliegender Erfindung die noch ungeformten Karbide einem Brennprozeß unterworfen, und es wird bei diesem die Temperatur so niedrig gehalten, daß weder durch Schmelzen noch durch Umkristallisation eine Zustandsänderung des Rohmateriales eintritt, das verwendete Rohmaterial also sein kristallförmiges Gefüge auch in den fertigen Stücken beibehält.

Die nach vorliegender Erfindung hergestellten Widerstandskörper sind porös, also wasseraufsaugend und können deshalb auch sehr viel stärker belastet werden als z. B. die geschmolzenen Karbidkörper. Sie besitzen bei großem Wärmeausstrahlungsvermögen einen hphen Grad von Feuerbeständigkeit, weshalb sie ganz besonders geeignet sind, als elektrische Widerstände für hohe Temperaturen zu dienen. Die Widerstände, welche sowohl für Koch- und Heizzwecke, für Anlasser, Belastungs- und Regulierzwecke 0. dgl. geeignet sind, stellen sich in der Herstellung außerordentlich billig, da es sich einerseits bei den Rohmaterialien um ganz wohlfeile Nebenprodukte und andererseits auch um ein ganz einfaches Herstellungsverfahren handelt. Die Widerstandskörper können ganz bedeutende Überlastungen aushalten. Sie können leicht bestimmte, ihren Zwecken angepaßte Formen, z. B. Stabform, Röhrenform oder Scheibenform erhalten. Sie können in beliebiger Größe ausgeführt werden. Man kann z. B. Stücke von Backsteingröße bilden, aus denen die gewünschten Formen ausgeschnitten werden. Das poröse, bimssteinartige Widerstandsmaterial läßt sich eben leicht schneiden und auch bohren, schleifen · ■ u. dgl. mehr.

Die Herstellung der porösen Widerstandskörper kann in verschiedener Weise geschehen, da es nach vorliegender Erfindung darauf ankommt, das kristallförmige Siliziumkarbid, Borkarbid o. dgl. unter Beibehaltung des kristallförmigen Gefüges durch einen Brennprozeß zu einer zusammenhängenden, stromleitenden Masse zusammen zu brennen oder zusammen zu backen. Das kann z. B. in folgender Weise geschehen.

Das im elektrischen Ofen in Form von Kristallen erzeugte Karborundum wird fein gesiebt oder geschlemmt und in elektrische Ofen gebracht, deren Temperatur die Erzeugungstemperatur des Karbids selbst nicht erreichen darf. Dazu eignet sich Vorzugsweise der bekannte elektrische Ofen, bei welchem zwei Kohlenelektroden durch einen als Widerstand wirkenden dünnen Kohlenstab verbunden sind. . Man kann den erforderlichen Brennprozeß aber auch in der no Weise ausführen, daß in einem geschlossenen feuerbeständigen Rohr ein Lichtbogen gebildet und dann Karbid nachgefüllt wird. Dabei wirkt die immer neu zugeschüttete Masse nach kurzer Zeit als Widerstand, indem die nachgefüllten Kristalle leitend werden und so einen Widerstand bilden.

Nachdem der elektrische Strom längere Zeit auf das feingepulverte, kristallförmige Karbid eingewirkt hat, ist letzteres in eine zusammenhängende stromleitende Masse von porösem Gefüge. umgewandelt worden.

A^r? H

Statt das kristallförmige Karbidmaterial unter der Einwirkung des elektrischen Stromes in die Form homogener Stromleiter überzuführen, könnte man diese Überführung auch in einem sonst geeigneten Brennprozeß bewirken.

Um. den aus dieser Masse hergestellten Widerstandskörpern genügende mechanische Festigkeit zu verleihen, werden dieselben in

ίο schwer schmelzbare Emaille getaucht und danach in einem durch Kohlen geheizten Muffelofen gebrannt. Man ist auch in der Lage, dem Rohmaterial solche Körper zuzusetzen , welche den spezifischen . Widerstand erhöhen.

Außer den bereits genannten Verwendungszwecken lassen sich die neuen Widerstandskörper auch als leitende Kerne bei der Erzeugung von Borkarbid oder Siliziumkarbid oder zur Reduktion oder zum Schmelzen von metallischen Substanzen verwenden.

Infolge der Porosität wird das Innere der Körper auch bei ganz hoher Belastung nicht so leicht überhitzt, denn bei der hohen Temperatur findet gewissermaßen eine Abkühlung des Inneren durch die Poren statt, oder die Wärme wird durch die Poren nach außen abgeführt. Die neuen Widerstände werden z. B. bei Temperaturen von schätzungsweise 2000⁰ noch nicht weich und können z. B. in vielen Fällen als Ersatz des teuren Platins dienen, während zu ihrer Herstellung z. B. das früher als wertloses Nebenprodukt betrachtete amorphe Karborundum ausgenutzt werden kann.

Claims (1)

1. Patent-An-spru ch:

   \^erfahren zur Herstellung elektrischer Widerstandskörper aus Siliziumkarbid, Borkarbid o. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß .die ungeformten kristallinischen Karbide bei einer Temperatur gebrannt werder, die so niedrig gehalten wird, daß weder durch Schmelzen noch durch Umkristallisation eine. Zustandsveränderung des verwendeten Rohmaterials eintritt, so daß formlose Blöcke erzeugt werden, aus denen die Widerstandskörper in beliebige Formen zerschnitten, zur Festigung in schwer schmelzbare Emaille o. dgl. getaucht und nochmals einem Brennprozeß zum Einbrennen der Emaille unterworfen werden.