DE1927058B2

DE1927058B2 - Verfahren zur Herstellung eines aus einer Kohlenstoff-Metallmasse bestehenden Dichtungsmaterials

Info

Publication number: DE1927058B2
Application number: DE1927058A
Authority: DE
Inventors: Toshio Yokohama Hiratsuka; Toyonosuke Zushi Kanagawa Kanemaru; Hiroshi Yokohama Yamazoe
Original assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Current assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Priority date: 1969-04-22
Filing date: 1969-05-28
Publication date: 1978-11-09
Also published as: DE1927058A1; JPS511728B1; US3619430A; DE1927058C3; GB1273755A

Description

Es sind bereits viele und verschiedene für mechanische Dichtungen geeignete Materialien bekannt und auf dem Markt erhältlich. Es besteht jedoch eine große Schwierigkeit darin, ein zufriedenstellendes Dichtungsmaterial für die Benutzung in umlaufenden Kammern mit hohen Temperaturen und Drücken, wie beispielsweise Drehkolbengebläsen bzw. Kreiselverdichtern zu schaffen.

Bei Dichtungen aus herkömmlichem Material für stationäre Lagergehäuse ist es lediglich notwendig, daß es eine hohe statische Festigkeit und Druckfestigkeit aufweist, da es nicht bewegt wird. Wird ferner eine Dichtung der bekannten Art unter hohen Temperaturen als drehbares Teil eingebaut, so verliert es bald seine Festigkeit, obwohl die kohlenstoffhaltige Dichtung durch eine Imprägnierung mit einem synthetischen Harz verstärkt ist. Wegen der beträchtlichen Biegebzw. Knickfestigkeit im statischen Zustand tritt bei der Verwendung einer Dichtung der obigen Art bei Maschinen mit starken Vibrationen bald ein daraus sich ergebender Fehler oder eine Zerstörung auf. Auf dem Markt erhältliche Dichtungen erfüllen bei Schwindungsbeanspruchungen kaum die obigen Forderungen. Ebenso ist es sehr schwierig, eine gleichmäßige Qualität bei der Herstellung des Dichtungsmaterials zu erzielen. Mit dem Fortschreiten der Technik werden Dichtungsmaterialien verlangt, die immer höhere Forderungen erfüllen müssen, keine der bekannten Dichtungen -, hat jedoch je die obigen Forderungen erfüllt

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsmaterials anzugeben, das aus einer Kohlenstoff-Metallmasse besteht und bei übermäßig starken ίο Beanspruchungen bei Maschinen mit sehr starken Schwingungen eine ausreichende Haltbarkeit aufweist.

Erfindungsgegenstand ist das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2.

Das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial zur Her- |-, stellung der erfindungsgemäßen Dichtung kann Kokspulver aus Kohle und/oder Erdöl, Ruß, Fettkohle, Anthrazit oder Mischungen daraus sein. Bei der Verwendung von Koks enthält dieser vorzugsweise etwa 0,2% Asche, 99% festen Kohlenstoff und 0,8% flüchtige Bestandteile und feuchtigkeitsgehalt, seine Dichte liegt im Bereich von 1,98 bis 2,02 kg/dm³. Die Härte des Kokses ist durch den durch ASTN D-409-51 definierten Härteindex gekennzeichnet, wobei der Koks um so härter ist, je niedriger der Index. Im Falle der

2ί vorliegenden Erfindung ist es um so besser, je härter der Koks ist. Der Indexwert liegt vorzugsweise unter 25. Es ist festzustellen, daß die Erfindung nicht auf die obige Zusammensetzung und Eigenschaften des Ausgangs-Koksmaterials beschränkt ist.

κι Koks wird lediglich vorzugsweise als Ausgangsmaterial verwendet. Werden jedoch andere Materialien zugegeben, so werden vorzugsweise etwa 5 bis 15 Gew.-Anteile Ruß, beispielsweise Kanal- bzw. Gasruß zu etwa 100 Gewichts-Anteilen Koks zugegeben. Wird

υ Kohle oder Anthrazit zugegeben, so sollte die Menge den oben für Ruß angegebenen Werten entsprechen, jedoch dadurch nicht begrenzt sein.

Sehr wichtig für die erfindungsgemäße Herstellung des gewünschten Erzeugnisses ist die Teilchengröße des kohlenstoffhaltigen Materials. Die maximale Teilchengröße muß bei 40 Mikrometer liegen.

Die Teilchengröße des Kokspulvers ist eines der wichtigsten Erfordernisse für die Herstellung des gewünschten erfindungsgemäßen Erzeugnisses. Der

ti Rohkoks wird auf eine Teilchengröße von 40 Mikrometer zermahlen oder pulverisiert. Zunächst wird der Koks mittels eines Backenbrechers vorgemahlen, in einer Feinzerkleinerungsmühle feingemahlen und mit einem Luft-Separator auf die gewünschte Teilchengröße von

■■>() 40 Mikrometer gesiebt. Es ist bekannt, daß beim Vermählen von Material auf eine Teilchengröße vorher bestimmter Abmessungen, beispielsweise sehr kleiner Abmessungen wie 40 Mikrometer, die Verteilung der vorherbestimmten Teilchengröße nicht vollständig sein

■>^r> kann, bei einem Mahlverfahren und einer Mahlvorrichtung neigt sie jedoch dazu. Dabei ergibt die Untersuchung der Ablagerung, daß der Anteil von Teilchen mit einer Größe von über 40 Mikrometer gleich Null, der Teilchen mit 40 bis 20 Mikrometer 18,8%, der Teilchen

w) mit 20 bis 10 Mikrometer 31,3%, der Teilchen von 10 bis 5 Mikrometer 31,0% und der Teilchen von weniger als 5 Mikrometer 23,5% ist.

Die Teilchengröße des Ausgangsmaterials ist sehr wichtig, die Größe sämtlicher Teilchen des Materials

dl soll jedoch nicht allein auf 40 Mikrometer beschränkt sein, d. h., die Größe jedes einzelnen Teilchens des Materials soll nicht lediglich auf 40 Mikrometer beschränkt sein. Eine leicht ungleichmäßige Verteilung

der Teilchengröße auf den Bereich von unter 40 Mikrometer und über I Mikrometer ist zulässig, wenn das pulverisierte Material zu 60%, vorzugsweise 80%. auf bekannte Weise auf die gewünschte Teilchengröße pulverisiert ist.

Die Teilchengröße von Ruß liegt bekanntermaßen im allgemeinen unter 40 Mikrometer und auch die Größe des größten Teilchens beträgt weniger als ein Mikrometer, weshalb Ruß allein nicht als erfindungsgemäßes Ausgangsmaterial bevorzugt werden sollte. Es ist festgestellt worden, daß ein erfindungsgemäß hergestelltes Produkt aus Ruß allein eine wesentlich schlechtere Festigkeit aufweist, als Produkte, die aus auf 40 Mikrometer Teilchengröße oder darunter gemahlenem Kokspulver hergestellt sind. Es ist daher vom Standpunkt der Teilchengröße nicht günstig, Ruß mit einer Teilchengröße von ausschließlich weniger als ein Mikrometer als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Produkt zu wählen.

Zur Verbindung der Teilchen des kohlenstoffhaltigen Materials kann als Bindemittel Pech, Teer, verkohlbares Kunstharz oder eine Mischung daraus verwendet werden. Pech z. B. hat einen Erweichungspunkt von 7O⁰C und eine Zusammensetzung von 52% flüchtigen Bestandteilen, 48% freiem Kohlenstoff und 18% Benzol-unlöslicher Bestandteile. Teer besitzt 70% flüchtige Bestandteile, 30% freien Kohlenstoff und 5% Benzol-unlösliche Bestandteile. Das synthetische Harz ist ein beim Brennen stark verkohlbares Harz, wie Phenol- oder Furanharz. Es ist bekannt, daß bei der Zugabe des Bindemittels zum Kokspulver eine Bindemittelmenge zugegeben werden sollte, die ausreichend groß ist, daß sie die Oberfläche jedes Materialteilchens völlig bedeckt, wobei die Oberfläche der Teilchen um so größer ist, je feiner diese sind. In der Praxis wird im allgemeinen eine größere Bindemittelmenge zugegeben

als unbedingt notwendig. Der Grund dafür liegt darin, daß beim Mischen des Pulvers mit der unbedingt notwendigen Bindemittelmenge eine höhere Mischleistung erforderlich ist, als wenn mit einem Überschuß an Bindemittel gemischt wird, und daß ein geeigneter Mischei niemals seine volle Leistungsfähigkeit erreicht. Ferner wurde angenommen, daß mit Hilfe eines Bindemittel-Überschusses leicht ein ausreichender Kontakt mit jedem Teilchen erreicht werden kann.

Nach dem Mischen und Kneten mit einem Bindemittel-Überschuß muß man jedoch feststellen, daß lokale Abweichungen auftreten, mit dem Ergebnis, daß es kaum möglich ist, Gegenstände mit gleichförmiger Struktur zu gewinnen. Ferner ist festgestellt worden, daß ein Bindemittel-Überschuß bei der Herstellung kohlenstoffhaltiger Rohstücke mit poröser Struktur, die für die Herstellung von gemäß der Erfindung mit Metall imprägniertem Dichtungsmaterial bestimmt sind, nicht wünschenswert ist.

In ausgedehnten Untersuchungen ist festgestellt worden, daß der Banbury-Mischer für das Kneten im erfindungsgemäßen Verfahren eine ideale Maschine für diese Zwecke darstellt. Es ist bekannt, daß der Banbury-Mischer ursprünglich zum Mischen hochviskosen Kautschuks gedacht war. Es ist jedoch festgestellt worden, daß der Banbury-Mischer beim Kneten einer Mischung aus Kokspulver und Pech so wirkungsvoll ist, daß die zuzugebende Bindemittelmenge auf ein Minimum reduziert werden kann, beispielsweise bei der vorliegenden Erfindung auf 40 bis 50 Gew.-% des kohlenstoffhaltigen Materials.

Ein Vergleichsversuch beim Mischen und Kneten zwischen einer Knetmaschine vom Werner-Typ, wie sie in der Kohlenindustrie üblich ist und dem Banbury-Mischer aus der Kautschukindustrie zeigt folgende Ergebnisse:

Mischer El. Leislg. Bindern.-Menge Heizung

(kW/kg Füllung) (%)

Herkömml.:
Erfgem.:

Werner Banbury

0,1-0,5 1-20

Die obige Tabelle zeigt, daß bei Behandlung einer gleichen Füllungsmenge beim Banbury-Mischer 1 bis 20 kW pro kg Füllung und beim Werner-Mischer 0,1 bis 0,5 kW Knetleistung gebraucht werden. Dementsprechend ist im Vergleich beim Banbury-Mischer die Knetleistung 10- bis 200mal so groß wie beim Werner-Mischer. In den durchgeführten Versuchen wurde festgestellt, daß die zum Mischen und Kneten erforderliche elektrische Leistung von 1 kW aufwärts ihre Wirkung entwickelt. Deshalb wird das Kneten bei einer so hohen elektrischen Leistung durchgeführt, daß das Material sich infolge der Kr.etreibung selbst aufheizt und so dessen Mischen erleichtert wird, wodurch eine äußere Heizung wie beim Werner-Mischer nicht benötigt wird. In manchen Fällen muß die Füllung sogar gekühlt werden, um sie vor einer Zerstörung zu bewahren, wenn sie sehr lange Zeit behandelt wird, oder, beispielsweise bei der Benutzung eines synthetischen Harzes als Bindemittel, eine exotherme Reaktion stattfindet.

Infolge des obigen starken Knetvorganges kann die Bindemittel-Zugabe auf das kleinstmögliche Maß 50-60
40-50

von außen
exotherm durch
Reibung

vermindert werden, da ein Überschuß nicht mehr notwendig ist. Die Zugabe einer Mindest-Bindemittelmenge ist eines der wichtigsten Erfordernisse kohlen-

,» stoffhaltiger Gegenstände, um ihre Eigenschaften zu verbessern.

Es wird festgestellt, jedoch nicht als Einschränkung, daß als Zusatzmittel Maschinenöl oder Kreosotöl zur Füllung zugegeben werden können, um den Knetvor-

)) gang zu erleichtern.

Die im Banbury-Mischer vollkommen durchgeknetete Füllung wird darauf abgekühlt und dann auf eine Teilchengröße von etwa 0,147 mm (entsprechend 100 Tyler-mesh) pulverisiert. Dieser Vorgang wird »Nach-

h(i mahlen« genannt. Dieses nachgemahlene kohlenstoffhaltige Material hat eine gleichförmigere Struktur als das vorhergehende. Besondere Sorgfalt muß darauf verwendet werden, daß die Teilchengröße nach dem Nachm?hlen nicht zu fein ist. Die Teilchengröße sollte

ι,-) nach dem Nachmahlen nicht geringer sein als die maximale Teilchengröße des Ausgangsmaterials. Das pulverisierte Material mit einer Teilchengröße bis zu 0,147 mm (entsprechend 100 Tyler-mesh) wird in eine

vorherbestimmte Metallform eingebracht und völlig ohne Bindemittel bei Raumtemperatur geformt. Die verwendete Form besitzt zwei Abmessungen, nämlich ~ 12,7 χ ~ 22,8 cm bzw. ~ 7,6 χ ~ 7,6 cm. Der Preßdruck beträgt ~ 2 t/cm?. Es ist klar, daß das nachgemahlene Pulver unter leichtem Heizen geformt werden kann. Darauf wird der Formling mit einem Anstieg von 5°/h in einem Ofen mit einer Stickstoffatmosphäre auf die Maximaltemperatur von 800⁰C geheizt und für die Dauer einer Stunde auf dieser Temperatur gehalten. Dies ist der sogenannte erste Brennschritt.

Nach dem ersten Brennschritt wird das Produkt in einem direkt beheizten Widerstandsofen vom Acheson-Typ einer Temperatur von 1300 bis 1400⁰C ausgesetzt. Wenn es die Brennbedingungen in einem Ofen zulassen, d. h. wenn in einem einzigen Ofen der erste und zweite Brennschritt durchgeführt werden können, so werden der erste und zweite Brennschritt in einem Ofen zusammengefaßt. 2»

Ein Merkmal der Erfindung liegt darin, daß das Erzeugnis bei einer maximalen Temperatur zwischen 1300 und !400⁰C gebrannt wird. Dieser Temperaturbereich wurde deshalb gewählt, weil festgestellt wurde, daß es sich dabei um den für kohlenstoffhaltige Erzeugnisse günstigsten Temperaturbereich handelt, um daraus ein Dichtungsmaterial mit hervorragender Verschleißfestigkeit und Festigkeit herzustellen. Die scheinbare Dichte liegt im Hinblick auf das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial zwischen 1,68 und 1,79 kg/ jo dm³. Wenn das im ersten Brennschritt erhaltene Erzeugnis zum zweiten Mal gebrannt wird, so tritt infolge des Brennens eine Schrumpfung ein, so daß die scheinbare Dichte des zum zweiten Mal gebrannten Erzeugnisses im allgemeinen um etwa 0,1 bis 0,15% ansteigt. Ferner gibt es Fälle, in denen die gewünschte scheinbare Dichte auch durch die Kombination des ersten und zweiten Brennschrittes nicht erreicht werden kann. In diesem Fall wird das zum ersten oder zweiten Mal gebrannte Erzeugnis nochmals gebrannt, nachdem es mit einer Pech-Imprägnierung versehen ist. Die Notwendigkeit der Pech-Imprägnierung hängt von der scheinbaren Dichte des gebrannten Produktes ab.

Liegt die scheinbare Dichte des zum ersten Mal gebrannten Erzeugnisses bei 1,58 kg/dm³ oder darüber so wird es vorzugsweise ohne Pech-Imprägnierung zun zweiten Mal gebrannt. Bei einem Wert von untei 1,58 kg/dm³ wird es nach der Pech-Imprägnierung zun zweiten Mal gebrannt. Hat das zum zweiten Ma gebrannte Produkt eine scheinbare Dichte von untei 1,68 kg/dm³, so wird es nach der Pech-Imprägnieruni nochmals gebrannt. Die Pech-Imprägnierung wire deshalb vorzugsweise verwendet, weil beim Brenner des geformten kohlenstoffhaltigen Gegenstandes di( durch die Verdampfung aufgrund der Verkohlung eine: Teils des Bindemittels gebildeten porenartigen Hohl räume mit Pech gefüllt werden, so daß die scheinbar« Dichte ansteigt.

Der zweite oder zusätzliche Brennschritt wire deshalb nach der Pech-Imprägnierung durchgeführt, urr dem Pech selbst durch Brennen bei einer Temperatui zwischen 1300 und 1400⁰C verbesserte Eigenschafter als Dichtungsmaterial zu geben, ähnlich wie derr Grundmaterial, das bereits im zweiten Brennschriti gebrannt ist.

Jedoch kann nicht jedes der so gebrannten Produkte stets die gewünschte scheinbare Dichte von 1,68 bis 1,79 kg/dm³ erreichen. Es gibt Fälle, in denen durch keine der oben erwähnten Maßnahmen die gewünscht« scheinbare Dichte erreicht werden kann. In diesem FaI kann aus den zum zweiten Mal gebrannten Produkter ein solches mit einer scheinbaren Dichte von weniger als 1,68 kg/dm³ herausgenommen werden und zur Vergrößerung der scheinbaren Dichte mit Pech imprägnieri werden. Die Pech-Imprägnierung sollte vorzugsweise höchstens zweimal vorgenommen werden, da trots einer Vervielfachung der Anzahl der Pech-Imprägnierungen kein Anstieg der scheinbaren Dichte zi erwarten ist. Bei einer zweimaligen oder häufigerer Pech-Imprägnierung besteht die Tendenz einer Veränderung im Kohlenstoffgefüge, so daß der Aufbau jedei Pore ungeeignet für die nachfolgende Metallimprägnierung wird. Deshalb wird bei der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Pech-Imprägnierungen auf höchstens zwei begrenzt.

Ein derart nach dem zweiten Brennen gewonnenes kohlenstoffhaltiges Produkt besitzt die folgenden Eigenschaften:

Scheinbare
Dichte

Shore-Hürte

Biegefestigkeit Pech-Imprägn.

1,70 kg/dm³

mit dem Korn
gegen das Korn

98
102

gegen das Korn 700 kg/cm²
(lOOOOpsi)

Der Ausdruck »Mit dem Korn« bezieht sich auf eine Orientierung parallel zur Kornrichtung, der Ausdruck »Gegen das Korn« auf eine Orientierung vertikal zur Kornrichtung.

Der oben beschriebene Gegenstand aus Kohlenstoff ohne Metall-Imprägnierung mit hoher Festigkeit kann bei statischen Belastungen verwendet werden, jedoch nicht bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten und starken Schwingungsbelastungen bei hohen Temperaturen, worin der Hauptzweck der Erfindung liegt.

Erfindungsgemäß wird als nächster Schritt das nach dem zweiten Brennen gewonnene Kohlenstoffprodukt mit Metall imprägniert, um seine dynamischen Eigenschaften zu verbessern. Dieses Kohlenstoffprodukt muß vor der Metall-Imprägnierung eine scheinbare Dichte von 1,68 bis 1,79 kg/dm³ aufweisen. Wie in den folgenden Beispielen beschrieben, besitzt ein Kohlenstoffprodukt mit einer scheinbaren Dichte von weniger als 1,68 kg/dm³ nur eine verhältnismäßig schwache Festigkeit, während bei einem Produkt mit einer scheinbaren Dichte von mehr als 1,79 kg/dm³ die Metall-Imprägnierung nicht ihre vollen Verstärkungseigenschaften entwickeln kann, da es wegen der geringen Porosität nicht in genügendem Maße in dasselbe eindringt.

Ein geeignetes Metall zum Imprägnieren eines kohlenstoffhaltigen Produktes besteht aus einem Metall oder einer Legierung mit einem Schmelzpunkt von 200 bis 1000°C. Der Grund für die Angabe des obigen Schmelzpunktberciches des Metalls und der Legierung

liegt darin, daß bei einem Imprägnier-Metall oder einer Imprägnier-Legierung mit einem Schmelzpunkt von weniger als 200° C das in die Dichtung eingedrungene Metall oder die eingedrungene Legierung bei hohen Temperaturen geschmolzen und die Dichtung damit zerstört wird, während bei einem Schmelzpunkt von mehr als 1000°C das Imprägnieren schwierig ist.

Es ist festgestellt worden, daß ein verbessertes Dichtungsmaterial mit hervorragenden dynamischen Eigenschaften durch Imprägnieren eines Kohlenstoffproduktes mit einer scheinbaren Dichte von 1,68 bis 1,79 kg/dm³ hergestellt werden kann, wenn es erfindungsgemäß mit den im Anspruch 2 angeführten Metallen oder Legierungen hergestellt wird. Die Schmelzpunkte dieser Metalle und Legierungen liegen im oben angegebenen Bereich.

Das Imprägnierverfahren wird in einem Autoklav durchgeführt, wobei das Kohlenstofferzeugnis in eine Metallschmelze eingetaucht wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Autoklav in der Größe von 1001 mittels einer Vakuum-Pumpe mit einer Leistung von 500 l/min auf ein Vakuum von 5 Torr, vorzugsweise bis zu 1 Torr, gebracht. Darauf wird das Kohlenstoffprodukt zur Vermeidung einer Oxydation des Metalls unter einem Druck von 20 bis 150 kg/cm² 10 bis 30 Minuten lang in einer Stickstoff- oder Argonatmosphäre mit dem geschmolzenen Metall imprägniert. Darauf wird das Produkt herausgehoben, auf Raumtemperatur abgekühlt und das mit Metall behandelte Kohlenstoffprodukt dem Autoklav entnommen. Da das Kohlenstoffprodukt wesentlich leichter als das geschmolzene Metall ist, muß es am Boden des Imprägnierbehälters befestigt werden, so daß es nicht nach oben schwimmen kann.

In verschiedenen Versuchen wurde festgestellt, daß die angegebene Druckreduzierung auf unter 5 Torr und das Aufbringen eines Druckes im Bereich von 20 bis 150 kg/cm² im industriellen Rahmen wegen der feinen Teilchen des Materials, seiner aus der Einstellung der scheinbaren Dichte herrührenden Porosität, der Größe der Poren und der Benetzungsfähigkeit zwischen Kohlenstoff und Metall am günstigsten sind.

Es ist festgestellt worden, daß eine ausreichende Metall-Imprägnierung weder in einem Verfahren, in dem der Druck stark vermindert und darauf der Normaldruck wieder eingestellt wird, noch in einem Verfahren, in dem ohne Reduzierung ein hoher Druck eingestellt wird, erreicht werden kann. Dies wurde zwar zuvor versucht, erwies sich jedoch nicht als zweckmäßig, da die in den Poren eingeschlossenen Gase verhindern, daß das Metall in das Kohlenstoffprodukt eindringt und seine Eigenschaften daher unbefriedigend sind.

Das Kohlenstoffprodukt sollte so vollständig wie möglich mit Metall imprägniert werden. Die für ein befriedigendes Ergebnis notwendigen Voraussetzungen wurden oben beschrieben. Eine einfache Maßnahme zum Messen des Imprägnier-Faktors besteht in der Messung der scheinbaren Dichte des Produktes. Beispielsweise hat ein mit Antimon imprägniertes Kohlenstoffprodukt eine scheinbare Dichte von über 2,32 kg/dm³, ein mit Blei imprägniertes eine scheinbare Dichte von über 2,69 kg/dm³, wenn der Metall-Imprägnierfaktor über 80% liegt. Der Imprägnier-Faktor ergibt sich aus der folgenden Gleichung:

d, - </₂„
■'' L x Pk '

Darin ist:

/; = Metall-Imprägnierfaktor
d, = Dichte des Produktes nach der Imprägnierung
dig= Dichte des zum zweiten Mal gebrannten Produktes

d„,= Metalldichte
Pk= Kohlenstoff- Porosität

Der Imprägnierfaktor, der die Erfordernisse der ίο Erfindung erfüllt, sollte vorzugsweise wenigstens 80% oder mehr betragen. Ein Produkt mit einem Imprägnierfaktor von weniger als 80% sollte nicht verwendet werden, da von ihm keine ausreichende Festigkeit erwartet werden kann.

i) Die spezifische Dichte des erfindungsgemäß mit Metall imprägnierten Produktes ist außen schwächer und in der Mitte höher, wie Qualitätsuntersuchungen ergeben haben. Deshalb kann die gleichförmige Qualität des Produktes verbessert werden, indem der Umfangsteil des Rohstückes eines gewünschten Produktes, beispielsweise in einer Stärke von 5 mm, abgeschnitten wird.

Das imprägnierte Kohlenstoffprodukt wird dem Autoklaven entnommen und darauf einer Endbehandeln, lung unterzogen. Beispielsweise wie oben beschrieben, wird daraus auf herkömmliche Weise ein gewünschtes Dichtungsmaterial hergestellt. Auf diese Weise kann gemäß der Erfindung ein mechanisches Dichtungsmaterial mit hoher dynamischer Festigkeit hergestellt werden.

Zur Prüfung der dynamischen Festigkeit des erfindungsgemäß hergestellten Kohlenstoffproduktes, insbesondere zur Prüfung der Haltbarkeit desselben unter Schwingungsbelastung, wird eine Testprobe (F i g. 2) als j-, Träger in einer elektro-magnetischen Vibrations-Testmaschine angebracht, um daran einen Schlag-Ermüdungsversuch auszuführen. Auf der elektro-magnetischen Vibrations-Testmaschine werden verschiedene Teile von Raketen, Flugzeugen, Automobilen usw. mittels Resonanzfrequenz untersucht. Sie besitzt folgende Daten:

Erregerkraft	180 kg
Frequenz	5-6000Hz
Tisch-Durchmesser	150 mm
Maximale Ausgangsleistung	1,5 kW

Der Test wird folgendermaßen durchgeführt: Aus einem Rohstück des erfindungsgemäßen Kohlenstoffproduktes wird eine Testprobe mit den Abmessungen 6 χ 10 χ 60 mm, Gewicht 8 bis 11 g hergestellt. Die Testprobe wird in einer Ausnehmung von 7 mm in den beiden Stützen einer Testmaschine frei getragen (Fig. 1). Ferner wird an der Testprobe ein Gewicht G von 344 g befestigt. Die Ausnehmung ist 7 mm hoch und die Probe 6 mm stark, so daß sich ein Spiel von 1 mm ergibt.

Der in der Zeichnung gezeigte einfache Aufbau zum Halten der Probe wird auf einen elektro-magnetischen Schwingungstisch gestellt, dessen Antrieb nicht gezeigt ist. Einzelheiten der obigen Testmaschine und des Versuchsaufbaues sind nicht dargestellt, da sie nicht Teil der Erfindung sind.

Der Vibrationstisch kann so aufgebaut sein, daß er mit 1 bis 30 g (Schwerkraft) schwingt, wobei die Schwingung um so stärker ist, je höher die Zahl der g. Wenn ein entsprechender Schalter eingeschaltet ist, so wird der Test mit der im Aufbau befestigten Probe begonnen und g bis zum Schwingen des Tisches schrittweise erhöht.

Aufgrund der Schwingung des Tisches, die von 1 g aufwärts eingestellt werden kann, wird der Probeaufbau nach oben und unten in Schwingungen versetzt. Da die Probe im Aufbau frei getragen ist, schlägt sie in der Ausnehmung nach oben und unten. Wenn die Beschleunigung in einem Zeitraum von ungefähr 5 see 30 g erreicht, wird die Zeit vor der Zerstörung der Probe mit einer Stoppuhr gemessen. Materialien mit geringer dynamischer Festigkeit werden gewöhnlich vor 10 g zerstört. Selbstverständlich ist die Probe mit dem Gewicht so angeordnet, daß sie nicht durch die Schwingungen aus dem Aufbau herausgerüttelt wird.

Eine Zeitdauer von mehr als 10 Minuten bei 30 g dient als Zeitmarke für den obigen Test des erfindungsgemäßen Dichtungsmaterials.

Aus dem Vergleich zwischen einem praktischen Test und einem Stoß-Ermüdungstest wurde festgestellt, daß ein gutes Dichtungsmaterial diesen Test wenigstens 30 Minuten länger bei 30 g überstehen sollte. Bei der Anwendung der Dichtung wurde jedoch festgestellt, daß ein Dichtungsmaterial, das den Haltbarkeitstest langer als 10 Minuten bei 10 bis 30 g überstanden hat, zufriedenstellende Ergebnisse bringt.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Als Koksmaterial wurde Koks der höchsten Güteklasse (Härteindex 25 oder darunter, festgelegt durch ASTM, D-409-51) gewählt. Dieser Koks wurde auf eine maximale Teilchengröße von 40 Mikron oder darunter gemahlen. 100 Gewichtsteile Kokspulver und 43 Gewichtsteile Bindemittel, bestehend aus einem Gewichtsteil Teer und 9 Gewichtsteilen Pech wurden gemischt. Diese Mischung wurde mit einem Banbury-Mischer mit einer elektrischen Leistung von 17 kW/kg Füllung geknetet. Die sich ergebende Mischung wurde abgekühlt, nachgemahlen und mit einem Sieb mit 0,147 mm lichter Maschenweite (entsprechend 100 Tyler-mesh) oder weniger gesiebt. Dieses Pulver wurde in eine Metallform mit den Abmessungen ~ 76 χ ~ 76 χ ~ 25 mm gegeben und mit einem Formdruck von 2 t/cm² geformt. Der Formling wurde mit einem Anstieg von 5°C/h bis zur Maximaltemperatur von 800° C in einem Ofen mit Stickstoff atmosphäre gebrannt und darin eine Stunde lang gehalten. Dieses einmal gebrannte Produkt wurde mit Pech imprägniert und darauf in einem direkt beheizten Widerstands-Elektro-Ofen vom Achesontyp 30 Minuten lang bei 1350°C gebrannt. Die scheinbare Dichte dieses zweimal gebrannten Produktes lag zwischen 1,68 und 1,81 kg/ dm³. Sämtliche zweimal gebrannten Produkte wurden zur Imprägnierung mit einer geschmolzenen Legierung von 7 Gewichtsanteilen Sb und 3 Gewichtsanteilen Cu in einen Autoklav gebracht. Dort wurden sie bei reduziertem Druck von 0,1 Torr bei der Temperatur von 660° C und unter dem Druck von 60 kg/cm² mit der geschmolzenen Legierung imprägniert. Die physikalischen Eigenschaften des Endproduktes sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Nr. der Testprobe 1

Scheinb. Dichte des 2 X gebr. Prod, (kg/dm³)

Scheinb. Dichte d. mit Met. imprügn. Prod.

(kg/dm³)

Imprägnierfaktor (%)

Biegefestigkeit (kg/cm²)

Dynamische Festigkeit 30 g

1,70	1,78	1,66	1,81
2,67	2,49	2,76	2,44
88	88	88	91
940	980	920	870
30 min	30 min	nach 8 min	n. 4 min
langer	langer	zerstört	zerstört

Beispiel 2

Als Ausgangsmaterial wurde handelsüblicher Erdöl-Koks (Härteindex 30) gewählt. Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde ein zweimal gebranntes Produkt gewonnen, als Imprägniermetall wurde Antimon gewählt. Das zweimal gebrannte Produkt wurde mit Antimon bei einem reduzierten Druck von 0,05 Torr bei der Temperatur von 700°C und unter dem Druck von 100 kg/cm² imprägniert. Die Eigenschaften des Endproduktes sind:

Nr. der Testprobe
5 6

Scheinb. Dichte des 2 X gebr. Prod. 1,68 (kg/dm³)

Scheinb. Dichte des m. Met. imprügn. Prod. 2,62 (kg/dm³)

Imprügnierlaktor (%)

Biegefestigkeit (kg/cm²) 1080

Dynamische Festigkeit 30 g 30 min

länger

1,73	1,71
2,55	2,44
90	74
1200	870
30 min	nach 2 min
länger	zerstört

Beispiel 3

Als Ausgangsmaterial wurde handelsüblicher Kohlen-Koks (Härteindex 18) gewählt. Das zweimal gebrannte Produkt wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gewonnen. Das zweimal gebrannte Produkt wurde mit Blei bei einem reduzierten Druck von 0,5 Torr bei der Temperatur von 450⁰C und bei einem Druck von 50 kg/cm² imprägniert. Die Eigenschaften des Endproduktes sind folgende:

	Nr. der
	Test
	probe 8
Scheinbare Dichte des 2X gebrannten	1,73
Produktes (kg/clnr¹)
Scheinbare Dichte des mit Metall	3,07
imprägnierten Prod, (kg/dm¹)
Impriignierfaktor (%)	87
Biegefestigkeit (kg/cnr)	900
Dynamische Festigkeit 30 g	30 min
	länger

Beispiel 4

Das gleiche Ausgangsmaterial wie in Beispiel 3 wurde auf eine Teilchengröße von 74 Mikrometer pulverisiert. Diesem Pulver wurden 43 Gewichtsteile Pech-Binde-

mittel zugefügt. Die Mischung wurde darauf in einem Werner-Mischer geknetet. Die weiteren Verfahrensschritte waren die gleichen wie in Beispiel 1. Das so gewonnene zweimal gebrannte Produkt wurde mit einer Legierung aus Antimon und in Zinn unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 imprägniert. Die Eigenschaften des Endproduktes sind folgende:

II)	Nr. der
	Testprobe y
,- Scheinbare Dichte des 2X gebrannten	1,71
Produktes (kg/dm'')
Scheinbare Dichte des mit Metall	2,52
imprägnierten Produktes (kg/clnv')
Impriignierfaktor (%)	82
Biegelestigkeit (kg/cnr)	920
Dynamische Festigkeit 30 g	zerstört
	bei lüg

Wie sich aus der voraufgegangenen Beschreibung und den Beispielen ergibt, weist das aus einer Kohlenstoff-Metall-Masse bestehende erfindungsgemäß hergestellte Dichtungsmaterial eine dynamische und statische Festigkeit auf, die bei hohen Schwingungen, hohe ι Umdrehungsgeschwindigkeiten und hohen Temperaturen bisher nicht erreichbar war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsmaterials, wobei man ein kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial, nämlich Kokspulver aus Kohle und/oder Erdöl, Ruß, Fettkohle, Anthrazit oder Mischungen daraus — im Falle von Ruß nur als Mischung — und ein Bindemittel mischt, die Mischung knetet und ihr anschließend unter Druck in einer Form eine vorbestimmte Form gibt, worauf man den kohlenstoffhaltigen Formling in einem Ofen brennt, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ausgangsmaterial auf eine Teilchengröße von maximal 40 Mikrometer mahlt, mit 40 bis 50 Gewichtsprozent — bezogen auf das gemahlene Ausgangsmaterial Bindemittel mischt, die Mischung aus gemahlenem Ausgangsmateria! und Bindemittel in einem Banbury-Mischer knetet, die so geknetete Mischung auf eine Teilchengröße von maximal 0,147 mm mahlt, die gemahlene Mischung in einer Form verformt, daß man den kohlenstoffhaltigen Formling bei einer Maximaltemperatur von 1300 bis 1400⁰C in einem Ofen brennt und daß man die gebrannten kohlenstoffhaltigen Formlinge mit einer scheinbaren Dichte zwischen 1,68 bis 1,79 kg/dm³ mit einem geschmolzenen Metall oder einer geschmolzenen Legierung in einem Autoklav imprägniert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall oder die Legierung einen Schmelzpunkt von 200 bis 1000° C aufweist und Zinn, Blei, Antimon, Silber, eine Antimon-Kupfer-Legierung, eine Antimon-Blei-Legierung, eine Antimon-Zinn-Legierung, eine Blei-Silber-Legierung oder eine Legierung, bestehend aus 3,5 bis 4,5% Cu₁1,2 bis 1,8% Mg, 1,7 bis 2,3% Ni und gegebenenfalls weniger als 0,6% Si, weniger als 0,1% Zn, weniger als 0,8% Fe, weniger Als 0,1% Mn und/oder weniger als 0,2% Ti und im übrigen aus Al, ist.