DE1771970C3

DE1771970C3 - Verfahren zur Herstellung von hitzebeständigen, kohlenstoffhaltigen Körpern

Info

Publication number: DE1771970C3
Application number: DE19681771970
Authority: DE
Inventors: Karl Joachim 7500 Karlsruhe Zeitsch
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1967-08-14
Filing date: 1968-08-09
Publication date: 1974-07-04
Also published as: FR1360633A; DE1771970A1; FR95305E; DE1771970B2; JPS535325B1

Description

Die firlindung betrifft ein Verfahren /ur Herstellung \on hitzebeständigen, kohlenstoffhaltigen Körpern aus einem Gemisch von kohlenstoffhaltigem Material, Silicium und weiteren Metallverbindungen durch !Weisen des Gemisches bei einem Druck von wenigstens 175 kg/cm- und Temperaturen von zumindest IHOO C.

Zur Herstellung von Kohlenstoffkörpern für Kernreaktoren isi ein Verfahren bekannt, bei dem eine Mischung aus fcin\erteiltem Kohlenstoff mit weniger als K) Gewichtsprozent eines Zusatzes wie Zirkon, Niob. Molybdän, Titan, Nickel, Chrom oder mit zersetzharen Verbindungen dieser Metalle auf zumindest 15(K) C erwärmt und einem mechanischen Imick von über 210 kg'cm² ausgesetzt wird. Nach diesem bekannten Verfahren werden extrem dichte Kohlcnstoffkörper mit niedriger Diffusionskonstantc erhalten

Aufgabe der Hrlindting ist die Herstellung von hstzcbeständigen, kohlenstoffhaltigen Körpern mit einer weitgehend undurchlässigen .Schutzhülle, die beständig gegen Oxydation sind und hohe Dauerbiegefestigkeit aufweisen.

Nach dem erfindungsgemäßcn Verfahren wird ein Gemisch, das auf 100 Gcwichtsleile kohlenstoffhaltigen Materials 10 bis 160 Gewichtsteile eines Gemisches am·- Silicium und Zirkoniumdioxid und/oder Hafniumdioxid enthält, unter einem Druck von wenigstens 175 kg/cm² auf zumindest 1800"C erwärmt. Unter diesen Bedingungen wird eine flüssige Phase gebildet. Diese flüssige Phase dringt in die Poren des festen kohlenstoffhaltigen Materials ein, und beim Abkühlen entsteht ein undurchlässiger, halblegierter, hiitzebeständiger, kohlenstoffhaltiger Körper, der sehr beständig gegen Oxydation ist und sich mechanisch bearbeiten läßt. Bevorzugt werden die Bestandteile des Gemisches, das eine flüssige Phase bildet, so ausgewählt, daß eine vernetzende Schmelze mit besonders hoher Viskosität gebildet wird, die den elektrischen Strom nicht leitet. Bei den angegebenen Bedingungen sollte die Viskosität der Schmelze etwa 10' bis 10⁸ Poise betragen. Vorzugsweise wird ein Gemisch verwendet, das auf 100 Gewichisteile kohlenstoffhaltigen Materials, wie Graphit, etwa 64 Gewichts-

teile Zirkoniumdioxid und etwa 37 Gewichtsteile Silicium enthält. Ebensogut eignet sich ein Gemisch, das auf 100 Gewichtsteile kohlenstoffhaltigen Materials wie Graphit, etwa 64 Gewichtsteile Hafniumdioxid und etwa 37 Gewichtsteile Silicium enthält. Die Ausgangsstoffe sollen in feinverteilter Form vorliegen, vorzugsweise mit Teilchendurchmessern unter 0.075 mm. ^

Es ist wesentlich, das Ausgangsgennsciii unter Diuck so hoch zu erhitzen, daß das feste kohlenstoffhaltige Material plastisch wird und eine flüssige Phase gebildei wird. Während der Herstellung darf der Druck die Druckfestigkeit des Materials bei der gegebenen Temperatur nicht übersteigen. Die Mindestiemperatur bei der Durchführung des Verfahrens hängt zum Teil von der thermischen Vorgeschichte des kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials ab. In jedem Falle muß die Temperatur so hoch gewählt werden, daß das kohlenstoffhaltige Material in Graphit übergeführt wird und daß die Stoffe, welche den Überzug bilden.

schmelzen. Eine Temperatur von etwa 1800"C ist in der Regel die Mindesttemperatur; häufig sind Temperaturen über 1900" C zweckmäßig. Gleichzeitig wird unter einem Druck über 175 kg/cm² gearbeitet. Die erforderliche Zeit beträgt mindestens 1000 Sekunden, um die gewünschte Undurchlässigkeit des Verbundmaterials zu erreichen.

Zur Feststellung dieser Eigenschaften wurden mehrere Muster mit den Abmessungen 5-0,63-0.63 cm 10 Minuten lang an Luft bei verschiedenen Tcrnpcratüren belassen, und anschließend wurde der Gewichtsverlust festgestellt. Die Muster wurden durch Hindurchlciten eines elektrischen Stromes erhitzt. Die Tabelle enthält die Ergebnisse dieser Versuche. Zum Vergleich sind die Versuchsergebnisse eines anderen erfindungsgemäß nicht beanspruchten Verbundmaterials, das aus Graphit. Pech, Zirkoniumborid und Silicium besteht, mit aulgenommen.

Tabelle

Zusammensetzung in Gewichtsteilen	55	77,5 (iraphit	.....	18,5Si J	1400	Gewichtsverlust ",', Temperatur C	1600	1700	1X00
	22,5 Pech 82,5 ZrB₂	60 77,5 Graphit		1500
	22,5 Pech 64 ZrO₂
37 Si	1,75		2,30	3,40	7,00
65 77,5 Graphit		1,90
22,5 Pech 64 HfO₂
37 Si	8,36		5,44	5,08	5,31
		6,60

	6,66		5,98	5,44	6,15
		6,75

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Bei niederen wnd bei höheren Temperaturen ist die Oxydationsbeständigkeit verhältnismäßig gut.

Gewisse Änderungen in der Zusammensetzung der Ausgangsstoffe haben keinen groPen Einfluß auf die Oxydationsbeständigkeit. Vorzugsweise bestehen 32 bis 62 Gewichtsprozent des Ausgangsgemisphes aus nicht Kohlenstoffhaltigem Material, wie Silicium und Zirkoniumdioxid oder Hafniumdioxid, Der Rest besteht aus kohlenstoffhaltigem Material, d. h. Koks 5 oder Graphit, und gegebenenfalls dem Bindemittel.

Claims

1 771 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines hitzbeständigen, kohlenstoffhaltigen Körpers aus einem Gemisch von kohlenstoffhaltigem Material, Silicium und weiteren Metallverbindungen durch Pressen des Gemisches bei einem Druck von wenigstens 175 kg/cm² und Temperaluren von zumindest 1800⁰C, dadurch gekennzeich net, daß 100 Gewichtsteilen des kohlenstoffhaltigen Materials 10 bis 160 Gewichtsteile eines Gemisches aus Silicium und Zirkoniumdioxid und/oder Hafniumdioxid zugegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch, das aus lOOGewichtsteilen Graphit, etwa 64 Gewichtsteilen Zirkoniumdioxid und etwa 37 Gewichtsleiien Silicium besteht, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch, das aus 100 Gewichtsteilen Graphit, etwa 64 Gewichtsteilen Hafniumdioxid und etwa .17 Gewichtsleiien Silicium besteht, verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch wenigstens 1000 Sekunden lang erhitzt wird.