DE2027041A1

DE2027041A1 -

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Publication number: DE2027041A1
Application number: DE19702027041
Authority: DE
Priority date: 1969-06-02
Filing date: 1970-06-02
Publication date: 1970-12-17
Also published as: BE751247A; GB1300664A; NL7007942A; DE2027041B2; JPS5334201B1; US3634116A; FR2049743A5

Description

20J7841

PATENTANWÄLTE

DR. I. MAAS

DR. W. P F E I F F E R DR. F. VOITHENLEITNER

β MÜNCHEN 23 UNQERERSTR. a· - TEL. 39 02 36

Dow Coming Corporation/ Midland, Michigan, V. St .A.

Graphitgegenstände mit Giliclumcarbiduinhüllung und

ihre Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf verbesserte Graphitgegenstände und betrifft insbesondere Graphitkärper, die von einer harten abriebfesten Umhüllung mit mikroskopischen GberflächenunregelmäSigkeiten eingeschlossen sind, und auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Graphitgegenstände werden gegenwärtig auf vielen Gebieten verwendet, auf denen sie zerstörendem Verschleiß ausgesetzt sind«, Dies gilt beispielsweise für Anwendungen, bei denen sich Flüssigkeiten iait hoher Geschwindigkeit während längerer Zeitdauer gegen die Oberfläche der Graphitgegenstände bewegen.

BAD ORIGiNAL

O098S1M4O4

Einein solchen zerstörenden Verschleiß sind auch Graphitlager fliehen und steetsaaiieh© Graphitdiehtungen unterwarfen.

Ferner werden «Sie meietea dai-artigea Qsaphlfcgegenstlmd© mit einem Bindemittel _f «uns Beispiel Asphalt oder eine® Phenolharz, geformt und gebunden. Pm ihre Zerstörung 25ti vermeiden , können daher solche Graphltgegens.tände nur in solchen Umgebungen angewandt werden, ate mit ihren Bindemitteln nicht reagieren«, - ,

um die Zerstörung von Graphitgegenständen_f die längerem Verschleiß ausgesetzt
kann auf dm& Außenfläche!» solebes Gegenstände ein© sehr harte Schale oder ein sehr harter Überzug erzeugt werden« Eine «©Ich« «ate tArt© Scfeal® oder ein solcher •ehr harter Obersaf kann Misf^ielirwdse aus einem Carbid·= SBement bestehen, der ira allges»!»«» ffolfsamcarbid^-f TltancarfeiÄ«- end/oiei^> TeatalceffMöt©ilehen ta @in@m Bindemittel!^, ₍

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BAD ORIGiNAL

20.2 7.QA1

ein genaues .\fcbild der Außenfläche dieses Graphitgegenstands. Da diese harten schalen überzüge auf der Außenfläche der Gegenstände sind, konvat ferner zu den Abmessungen der Gegenstände ein zusätzliches Dickenmaß hinzu. Wenn also eine genaue Form, Abmessung oder Ebenheit des Gegenstands erforderlich ist, muß wegen der Härte und Ungleichmäßigkeit der überzüge viel Zeit und Mühe für die Endbearbeitung der Graphltgegenstände bis zur gewünschten Form, Abmessung oder Ebenheit aufgewendet werden.

Ferner sind die meisten Stoffe für harte Schalen oder Überzüge, die zum Überziehen von Graphitgegenständen verwendet werden, dicht und nicht imprägniert)ar. In vielen Fällen sind solche dichten und nicht imprägnierbaren Oberflächen auf den Graphitgegenständen erwünscht. Wenn jedoch ein solcher Gegenstand in Kombination mit einem Schmiermittel zur Verminderung der Reibung und Verschleißwirkung auf den Gegenstand verwendet werden soll, läßt eich die Kombination eines sehr harten Überzugs mit einen Schmiermittel nicht leicht erreichen, da es außerordentlich schwierig ist, das Schmiermittel auf einer solchen dichten und nicht imprägnierbaren Oberfläche anzubringen oder darauf festzuhalten. "

Deshalb wurden verschiedene Methoden zur Erzeugung mikroskopischer Oberflächenunregelmäßigkeiten in den oben beschriebenen sehr harten Schalen oder überzügen entwickelt. Diese mikroskopischen Oberflächenunregelmäßigkeiten können dann mit einem geeigneten Schmiermittel beladen oder imprägniert werden. Zu solchen Methoden gehören beispielsweise Herausätsen des Bindemittels aus dem überzug mit Säure zur Erzeugung der

BAD ORiGiNAl

Oberflächenunregelmäßigkeiten, Sandstrahlen des Überzugs s Dampfstrahlen des Überzugs, anodische Ätzung des Überzugs und Kathodenzerstäubung des Überzugs» Ferner mußten verschiedene .organische Bindemittel verwendet werden, um das Schmiermittel an die Ober£läehenunregelmä0ig~ ketten ssu binden. Solche Bindemittel-habest Im ©!!gemeinen den Nachteil,, daß sie die Eigenschaften des Schmiermittels, besonders die thermischen Eigenschaften, verändern«

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Die Erf IsAtBg fe®8w®e!st GraphAfeffocpiaafctode „ dia üs@iLa Bindemitt®l ©aiifealfe©© «ad ein« tost© GlbsloMestc flüone eeiwelessag w©l.^hsB ©£si ^@ja,Q.5!s,QB ÄfelbHä <&@s flHche ä©s 6s©pM,fef©f<snßfeasüäffl ¥©ε ö©s- Issoögeraf harten Oberfiaehs" auf dem Segeaateadl Ist wtä &lm salt •in·» Sctedesaitt.©! ia^sflpüiort oaiUa kaaa<, ohao

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Die Erfiacluag betiÄÄt §®ru
gung der «rfiaäößfsf©sa
aufwendig und i-»ialg©r

Durch die Erfisidmsf) w

abriebfest© AuB@afS.Seh© alt in^sSgniorbaren pischaa OBsrfIaeheniaMregelmaSigkeiten aufweisen» Bie harte 'abriebfeste Oberfläche ist eine poröse flüssigununterbrochene Umhüllung mit

"bad original

!01IS 1 / 1 4Q&

praktisch gleichmäßiger Dicke, die mit der gesamten
Außenfläche des Graphitgegenstands eine Einheit bildet und darin eindiffundiert ist. Die ununterbrochene Umhüllung ist tatsächlich eine chemisch gebundene Grenzschicht aus einzelnen Graphitteilchen, die selbst von
Siliciumcarbid umhüllt sind.

Die Umhüllung wird durch Diffusion eines Siliciummonoxiddampfs durch die gesamte Außenfläche des Graphitgegenstand* und der daraus resultierenden stöchiometrischen " Reaktion des Dampfs und von Graphitteilchen des Gegen-* stands unter Bildung der einzelnen, von Siliciumcarbid umhüllten Graphitteilchen erzeugt. Die so erzeugt®
Umhüllung ist ein genaues Abbild der Außenfläche des
Graphitgegenstand« Vor Erzeugung der Umhüllung und
verändert die Abmessungen des Graphitgegenstands
lediglich in einem Auemaß, das nur ein Minimum an weiterer Bearbeitung des Gegenstands xur Vorbereitung
für sein· beabsichtigte Verwendung erforderlich macht«

Schließlich bilden' die Poren der Umhüllung mikroskopisch· QbeJtflXdtieminreg«l»Afilgkelt6n auf der Außenfläche dee λ

Graph!tgeg»n*t«nd·, die leicht mit ®ia«n Schmiermittel. werden können.

Xm folgenden werden vereehiede&e AiiaführungsfoxMeii des.' Erfindung erläutert,

Di« erflmkmgsgemäßen Gegenstände können allgezaeln auf jedem porueen und für Siliciummonoxid durchlässigen
Graph!tkörper erzeugt werden. Ein solcher Körper
mit einer gewünschten vorgegebenen Gestalt wird in
eine geeignete Reaktionskaxmner oder einen geeigneten
Ofen gebracht und auf wenigstens 1400 Grad C erwärmt.
Dann wird zu dem Graphitkörper in dem Ofen ein

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Siliciiramonosclddampf in solcher Weise befördert, daß die gesamte Außenfläche des Graphitkörpers von 'diesen Dampf umgeben ist ο Hierauf wird der Dampf in die Poren des Graphitkörpers eindiffundiert und mit den Graphitteilehen des Körpers nach der Reaktionsgleichung SiO 4» 2C «■ SiC + CO stöshiomstrisch umgesetzt. Diese stöehieasetrische Dampf-Feststoff-Reaktion führt dasUi, dal ©ia Teil jedes
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BAD ORIQfNAt

Verhältnis von Siliciumcarbid zu Graphit in der Umhüllung von der Außenfläche des erzeugten Gegenstands in Richtung auf das Zentrum des Graphitkörpers ab.

Da forner die Siliciumcarbidumhüllung aus Anteilen der Graphitteilchen des Graphitkörpers erzeugt wird und diese ersetzt, werden die Poren oder Hohlräume des Körpers durch das so erzeugte Siliciumcarbid nicht veratopft oder gefüllt, sondern bleiben praktisch so erhalten, wie sie vor dem Eindiffundieren von Slliciunraonoxid vorlagen. Gleichzeitig mit der Bildung der einzelnen i

Siliciumcarbidumhüllungen entweicht das in der oben beschriebenen Reaktion entstandene Kohlenmonoxid aus dem Graphitgegenatand durch dessen Poren und sorgt wahrscheinlich dafür, daß diese offenbleibe.». Daher wird gefunden, daß die Umhüllung auf dem Graphltkörper ebenso porös und fItieeigkeltsdurchlässig Ist wie der Graphitkörper, den sie eimschlleSt. Dies® Porosität 1st außerordentlich günsfeig, da die Poren oder Hohlräume der Umhüllung TOrtellhüfterweis© mikroskopische Oberfl&chenunregeImSSlgkaiten auf dem Produkt ergeben, wodurch die Notwendigkeit, solche Unregelmäßigkeiten künstlich su erseugen, entfällt,.

wenn belaplelevelse der Gegenstand mit einem Schäler- "

mittel Imprägniert werden soll.

Ein weiteres Merkmal der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Umhüllung ist, daß die Umhüllung keinen Überzug oder keine Schale im eigentliches Sinn dieser Worte darstellt, sondern vielmehr eine Haut oder AuBenschicht ist, die ein genaues Abbild der Außenfläche des ursprünglichen Graphitkörpers unabhängig von der Topographie oder von Unregelmäßigkeiten diesea Körpers darstellt. Wenn daher die erfindungsgemäße Umhüllung auf einem Graphitkörper erzeugt wird, hat aie auf der gesagten Außenfläche dieses Körpers praktisch gleichnKBice Dicke und bildet eine harte abriebfeste

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Oberfläche, die ein Minimum an v.'eiterer Bearbeitung des Gegenstände zur Vorbereitung für seine beabsichtigte Verwendung erfordert. Diese Tatsache kann von großer Bedeutung sein, wenn ein Gegenstand benötigt wird, der bis zu einer genauen Form, Abnessung oder Ebenheit bearbeitet ist.

Im allgemeinen bestir.imt die beabsichtigte Verwendung der erfindungsgemäß erzeugten Gegenstände die Eigenschaften des Graphitkörpers oder -kerns des Gegenstands. Da die Reaktion, durch die die Umhüllung auf dem Gegenstand erzeugt wird, von dem Eindiffundieren von Siliciummonoxid in den Gegenstand abhängt, 'muß der Graphitkörper des Gegenstands mit. anderen Worten genügend porös und flüssigkeitsdurchlässig sein, um eine solche Diffusion zu ermöglichen. Wenn aber der erzeugte Gegenstand beispieleweise als Flüssigkeitsdichtung verwendet werden soll, darf der Graphitkörp©r nicht so porös eein, daß die Flüssigkeit, die abgedichtet werden soll, auslaufen kann, noch »oll die Porenr struktur des Graphits einen kontinuierlichen Kanal in dem Körper bilden, durch den die Flüssigkeit auslaufen kann. Außerdem müssen auch dl© Oberflächengüte* und die Ebenheit, die für eine solch® Dichtung erforderlich sind, berücksichtigt werden _f da si© ©be»£alls von der Porosität und Teilchengröße des Graphite in dem Graphitkörper abhängen. Daher wird die Grftphitaoirte, die für einen bestirnten Gegenstand verwindet wird«, von einer annehiobares} Abstimmung der Porosität, die für diesen Gegenstand erforderlich ist, und der Dicke der Umhüllung« die für diesen Gegenstand gewünsefet wird, besttrcnt.

Bezüglich der Graphitsorte, die für einen bestimmten Gegenstand verwendet wird, ist ferner zu berücksichtigen,

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daß die Stöchiometrie der Umhüllung durch Abänderung der Teilchengröße des verwendeten Graphits oder der Menge von Siliciummonoxiddanpf, die zu dem Graphitkörper befördert wird, verändert werden kann. Wenn also eine Umhüllung mit verhältnismäßig großen Graphitteilchen und verhältnismäßig dünnen einzelnen Siliciumcarbidumhüllungen gewünscht wird, kann eine grobe Körnung, z. B, 0,94 mm angewandt werden. Wenn eine Umhüllung mit verhältnismäßig kleinen Graphitteilchen und verhältnismäßig dicken einzelnen Siliciumcarbidumhüllungen gewünscht wird, kann eine geringere Korngröße, zum Beispiel von 0,005 cm verwendet werden. Durch Beförderung des gleichen Volumens an SiIlciummojvoxiddampf zu jedem der Graphitkörper mit den angegebenen Korngrößen wird dann die gewünschte Umhüllung durch die anschließende Dampf-Feststoff-Reaktion erzeugt. Ebenso können dieselben beiden gewünschten Umhüllungen, die oben beschrieben wurden, durch Anwendung der gleichen Korngröße in jedem der Graphitkörper und anschließende Beförderung einer jeweils verschiedenen Meng· an Siliciurononoxiddampf zu jedem Körper erxeugt werden. Die Korngröße der Graphitteilchen, dl· zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Graphitkörper verwendet werden, kann zwar inner halb eines weiten Bereichs von Korngrößen abgeändert werden, bevorzugt wird jedoch eine durchschnittliche Größe der Graphtteilchen von 0,005 bis 0,020 cm.

Der für die erfindungsgemäßen Zwecke verwendete Siliciuaunonoxiddanipf kann leicht durch Erwärmen von voraugeweise hochreinem Siliclumpulver und Siliciumdioxid auf eine Temperatur von wenigstens 14OO Grad C erzeugt werden. Diese Reaktion entspricht der Gleichung

Si + SiO₂ = 2S10

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und ist in der Chemie seit vielen Jahren bekannt. Im allgemeinen kann das Verhältnis von Siliciumpulver zu Siliciumdioxidpulver 0,75 : 1 bis 1,25 : 1 betragen. Diese Methode zur Herstellung des Siliciummonoxids wird für die erfindungsgemäßen Zwecke bevorzugt, da dabei keine anderen Dämpfe oder Produkte entstehen, die die auf dem erfindungsgemäßen Gegenstand erzeugte Umhüllung verunreinigen, ätzen oder in anderer Weise nachteilig beeinflussen könnten. Jedoch können andere organische oder anorganische binäre, ternäre oder quaternäre Oxide des Siliciuma in Verbindung mit Silicium oder anderen Reduktionsmitteln zur Erzeugung des erforderlichen Silieiummonoxids angewandt werden. Typische Oxid«, die für die erfindüngsgemäßen Zwecke geeignet sind, sind daher beispielsweise Ca^Lciumsllicat, Natriumailicat, Bauxit, Äthylsilicat, Methylsilicat, Aryloxysilane und Alkoxysilane.

Im allgemeinen wird es bevorzugt, das Silicium- und Sillciumdioxidpulver in der gleichen Raaktionskammer oder dem gleichen Ofen tn&sueetsen, worin sich der Graphitkörper befindet, wo daß der SiliciumBtonoxiddanqpf aufgrund seine» eigenen Dampfdruck* *u diesem Körper gelangen kann, ohne dafi Str&Bungsverh&ltnisse in dem Ofen entstehen, die eich nachteilig auf die Glelohn&eigkeit der äut dem Gegenstand erzeugten Umhüllung auswirken kannten. Der Siliciunmonoxiddampf kann aber auch in"einer eigenen Sone oder einem eigenen Reaktor ersetagt und durch ein Inertgas, zum Beispiel Argon oder HeIIiSa₆, sra dem zu umhüllenden Graphitkörper befördert

Wie oben angegeben, kam die Reaktion zwischen dem Siliciummonoxiddainpf und de» Graphitteilchen bei einer

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Temperatur von 14(X) Grad C stattfinden. Die besten Temperaturen für diese Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen vorzugsweise im Bereich von 1950 bis 2050 Grad C. Es wurde gefunden, daß Reaktionen, die bei Temperaturen unterhalb dieses bevorzugten Bereiche durchgeführt werden, zu langsam ablaufen und eine weniger vorteilhafte Umhüllung ergeben, während Reaktionen, die bei Temperaturen oberhalb dieses Bereichs durchgeführt werden, infolge der konkurrierenden Reaktionen

die bei solchen höheren Temperaturen auftreten und die Umhüllung zersetzen kOnnen, ebenfalls eine weniger vorteilhafte Umhüllung liefern.

Wenn eine unbegrenzte Fortsetzung der stöchiome tr löschen Reaktion zwischen dem Slllduramonoxiddanpf und den Graph!ttellchen zugelassen wird, werden die Graphittellchen des Graphitkörpera schließlich vollständig in Siliciumcarbid umgewandelt, soweit der Silicivsvaonoxiddanpf in den Gxaphltkörper eindiffundieren Kann. Die« 1st selbstverständlich der Fall, da die Siliclutaoarbidumhüllung *uf den einzelnen Graphittellchen ströniungadurchllssig bleibt, so daß der Slliciun&onoxiddaxnpf weiter in das Graphittellchen eindiffundieren und damit reagieren kann.

Ein· solche Umhüllung kann zwar zweckmäßig sein, wenn der Graphitgegenstead zur Venrendung als-Lager oder Dichtung, zum Beispiel als Gleitlager, Zapfenlager, Kugellager, Pumpendichtung oder

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Wellendichtung hergestellt wird, Graphitteilchen in der Umhüllung werden jedoch bevorzugt. $ie werden deshalb bevorzugt, weil mit beginnendem Verschleiß der Lagerfläche oder des Dichtungskörpers die exponierten äußeren Teile der einzelnen Siliciumcarbidumhüllungen von den Graphitteilchen in der Umhüllung abgerieben werden. Infolgedessen werden dann diese Graphitteilchen freigelegt und können die Lagerfläche oder den Dichtungskörper mit einem eingebauten Selbstschjmierungsnechanismus versehen, wenn sie aus der Umhüllung hervorkommen.

Es wurde gefunden, daß bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter den bevorzugten Bedingungen, d. h. bei Temperaturen zwischen 1950 und 2050 Grad C und Korngrößen zwischen 0,005 und 0,020 cm, die Graphitteilchen nicht vollständig in Siliciumcarbid umgewandelt werden,,wenn man die Temperatur 15 Minuten, nachdem der Siliciummonoxiddampf damit begonnen hat, mit den Graphitteilchen bei diesen bevorzugten Temperaturen zu reagieren, unter den bevorzugten Bereich absinken IMBt.

Wie oben angegeben, ist die Dicke der umhüllung auf dem erfindungsgemäßen Gegenstand direkt von der Tiefe abhängig, in die der Siliciuiranonoxiddarapf von der Oberfläche des Graphitkörpers aus diffundieren kann. Die Verwendung von hochreinem Graphit wird zwar bevorzugt, in manchen Fällen kann d®r verwendete Graphit jedoch nur eine minimale Menge an Verunreinigungen enthalten.

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Eg let daher angebracht und bevorzugt, so viele Verunreinigungen und adsorbierte Gase aus dem Graphitkörper wie möglich zu entfernen, bevor die Umhüllung auf dem Körper erzeugt wird/ damit der Siliciummonoxiddampf ohne Störung durch Abgasen solcher Gase und Verunreinigungen in den Körper diffundieren kann. Solche Verunreinigungen und adsorbierten Gase können aus dem Graphitkörper durch Erwärmen des Graphitkörpers im Vakuum auf eine für diesen Sweck ausreichende Temperatur ausgetrieben werden. Es wurde gefunden, daß . für die erfindungsgemäßen Zwecke der Graphitkörper (

durch 4 bis 6 Stunden langes Entgasen bei 1J53O Grad C und 10 mm Hg zweckmäßig gereinigt werden kann.

Außer den Selbstschmierungaeigenschaftan der Umhüllung dei erfindangsgemäfien Gegenstands bilden die Poren der Umhüllung mikroskopische Oberfl&Ghenunregelraäßigkelten, die mit einem Schmiermittel zur Schmierung zwischen einer Lagerfläche und einem anderen Körper oder zwischen einer DichtmxgeflHche und einem anderen Dichfcungskörper mit einen Schmiermittel gefüllt oder imprägniert «erden können. Beders gUnstig find trockene oder fette Schmiermittel * und es wurde gefunden,. d*J. tie keine weitere Bindung oder Verechmelsung nötig haben, qs in "

den Poren der Umhüllung au verbleiben. Iu geeigneten -Schmiermitteln gehören beispielsweise Graphit, der bevorzugt wird, Glimmer, Polytetrafluorethylen, fluorierte Xthylen-Propylen-Copolymere, Vermiculit, Bornitrid, tfolfraadisulfid und Kolybdändisulfid. Ferner wurde gefunden, d*ß ein nach dem erfinduncfsgemäßen Verfahren erzeugter Gegenstand eine gute Schmierung ergibt, wenn seine Poren mit nichts welter als Wasser imprägniert sind.

Hegen «einer porösen Natur ist der Erfindungsgegenstand ferner ideal für ein ölimprägnierte» Lager. Der gesamte

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Gegenstand Kann leicht mit Ul imprägniert werden. Zusätzlich können die mikroskopischen Oberflächenunregelmäßigkeiten mit einem festen Schmiermittel imprägniert werden, wodurch eine weitere Schmierung zwischen dem erfindungsgemäßen Gegenstand und einem weiteren Körper, der damit in Berührung steht, erzielt wird.

Die Imprägnierung der Poren der Umhüllung des erfindungsgemäßeη Gegenstands mit einem Schmiermittel kann, durch bloßes Aufreiben oder Aufstreichen des Schmiermittels auf die Oberfläche der Umhüllung erreicht werden. Bei Bedarf kann jedoch das Schmiermittel in die Poren mit Hilfe eines Tuchs, eines Achats, von Stahlwolle, einer Stahlkugel oder dergleichen einpoliert werden, wobei der Begriff "Polieren" in der gleichen Weise gebraucht wird, wie er allgemein auf dem Gebiet der Metalibearbeitung angewandt wird.

Für dl« Siliciuaraurhlduahüllung, dl® erf indungsgemäß. auf einem Grapiiitkörper erzeugt wird, ist kennzeichnend, daß in der »ononolekularen SöMeht auf der &tiBeti£3Jlchft der Umhülluag «!alge freie SiüeiunatcxM vorhand·* sind. Bei Bedarf können diese freien SilieiuBatosse leicht von der Oberfläche entfernt werde», indem stan dl· Oberflache einer Behandlung mit Mineralsäure oder Alkali, zum Beispiel mit Flußsäus© oder kaustischem Soda, unterwirft. Wenn der erfindungsgesetB® al· Lager oder als Dichtung verwendet werden «oll« wurde jedoch festgestellt, daß es vorteilhaft wenn diese freien Silicium«tome hydbeafcis3i@iri und als Teil der Oberfläche des Gegenstands verbleiben «>' Eine solche Hydratisierung kann dadurch erreicht werd®«,_ä

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daß man den Gegenstand, auf dessen Außenfläche die freien Siliciunatoine vorliegen, einer wasserhaltigen Atmosphäre aussetzt. Unter der Bezeichnung "hydratisiert", wie sie hierin verwendet wird, ist zu verstehen, daß sich die freien Siliciumatonte mit Wasser entweder in Form von Wassemolekülen oder als Hydroxyreste, die an die Silicivunatone gebunden werden, vereinigen.

Der N'utzen solcher hydratisierter auf der Oberfläche des Gegenstands liegt darin, daß feste Schmiermittel,

zun Beispiel Graphit oder MolyL<1^vnsulfi<i, ,wenigstens etwas Feuchtigkeit benötigen, dar.it sie als Schmiermittel wirken. So können in einer wasserfreien Umgebung die hydratisieren Siliciunatoir.e die Feuchtigkeit liefern, die von dem Schmiermittel benötigt wire, das auf den erfindungsger.äßen Gegenstand und eineweiteren Körper, der danit in Berührung steht, verwendet wird.

Für den Fachmann ist daher ersichtlich, dar! der erfindungsgemäße Gegenstand einen Graphitgegenstand darstellt» der kein Bindemittel benötigt, damit er zusammengehalten wird, und eine harte abriebfeste Oberfläche aufweist, die ein genaues Abbild der Aufienfl&ch® des Graphitgegenstand« vor der Erzeugung dieser harten Oberflache darauf darstellt. Ferner bietet diese harte abriebfeste Oberfläche mikroskopische Oberflächenunregelmafiigkeiten, die eine Imprägnierung des so erzeugten Gegenstands mit einem Schmiermittel erlauben, ohne daß zuerst künstliche Oberflächenunregelmäßigkeiten auf den Gegenstand geschaffen werden müssen und ohne daß das Schmiermittel an den ' · Gegenstand gebunden werden muß.

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Ea ist ferner zu ersehen, daß die Ausgangsstoffe oder Rohstoffe/ die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, wohlfeil und in Handel erhältlich sind. Ebenso sind das erfindungsgenäße Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung direkt, einfach, unkompliziert und billig durchzuführen oder aufzubauen.

Durch die folgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

Eine geschlitzte Rotationsdichtung aus Graphit mit einem Außendurchmesser von 3,94 cm, einen Innendurchmesser von 2,58 cm, einer Breite von 1,43 cm und einem konzentrisch zum Innen- und Außendurchmesser angeordneten Hohlraum mit einer Tiefe von 0,95 cm. und einem Durchmesser von 3,175 cm wird nach den erfindungsgeinäßen Verfahren mit einer Umhüllung von 0,038 cm versehen. Die Dichtung wird maschinell aus einem Block von Graphit mit einer Teilchengröße von 0,005 cm gefertigt. Da Ebenheit ein Haupterfordernie von Dichtungeflächen ist, wird die Fläche anschließend rait Al₃O₃ Schleifstaub 2000 und Viaseer geläppt, bis sie Innerhalb einer Differenz von 0,0000984 cm plan ist. Dann wird die Dichtung an einem Graphitstab aufgehängt, der in einem Graphitschiffchen oder einer Graphitkaromer mit einen abnehmbaren Deckel befestigt ist, in dem- eieh ©in Ablaß befindet, der ein langsames Entweichen von Reaktionsprodukten und Reaktionsteilnehroem aus dem ' Schiffchen ernogllcht. Der Boden dies Graphitschiffchens

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wird mit Siliciumpulver und Siliciumdicxidpulver in einem Verhältnis von 1 : 1 beladen. Dann wird das Schiffchen mit aufgesetztem Deckel in einen Ofen gestellt. Hierauf wird der Ofen durch kontinuierliches Durchleiten eines Stroms des Inertgases Argon gespült. Der Ofen wird dann auf eine Temperatur von 2000 Grad C erwärmt und 15 Minuten lang bei dieser Temperatur belassen, worauf der Ofen auf normale Raumtemperatur abkühlen gelassen wird. IJach Entnahme der Rotationsdichtung aus dem Graphitschiffchen vrlrd festgestellt, daß sie eine harte abriebfeste Umhüllung aufweist, j

die mit ihrer Außenfläche eine Einheit bildet und darin eindiffundiert ist. Es wird festgestellt, daß die Tiefe der Umhüllung 0,038 cm beträgt. Die Außenfläche der Rotationsdichtung wird dann 4 bis 6 Minuten mit einem 30 Mikron-Diamantrad geläppt und dann mit einer 1 Mlkron-Diamant-Paste fertig bearbeitet, bis sie innerhalb einer Toleranz von 0,0000984 cm eben ist. Hierauf wird die Rotationsdichtung in eine Pumpe installiert und mit einen gewöhnlichen stationären Graphitdichtungseinsatz in Eingriff gebracht. Die Pump« wird kontinuierlich mit 1OO Grad C und 3500 UpM betrieben, um eine Siliconflüssigkeit, die einen scheuernden Tonkatalyaator enthält, zu . ·' (( pumpen. Nach 720 Stunden arbeitet die Rotationsdichtung imroer noch wirksam ohne Auslecken. Wenn eine gewöhnliche Graphitdichtung der gleichen Art mit einer keramischen Rotationsdichtung in Eingriff gebracht und damit in derselben Pumpe betrieben wird, beginnt die Pumpe gewöhnlich nach nur 2 Stunden schwer zu lecken.

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Beispiel 2

Mit der gleichen Vorrichtung und nach der gleichen Arbeitsweise, wie sie in Beispiel 1 angegeben wurde, wird ein stationärer Dichtungsring mit einem Außendurchmesser von 4,13 cm, einem Innendurchmesser von 2,70 cm und einem konzentrisch zum Außen- und Innendurchmesser angeordneten Rand mit dem gleichen Innendurchmesser und einem Außendurchmesser von 3,64 em mit einer Umhüllung versehen. Die Korngröße des verwendeten Graphits beträgt 0,020 era. Es wird festgestellt, daß die Tiefe der auf dem stationären Dichtungsring erzeugten Umhüllung 0,051 cm beträgt. Wenn dieser stationäre Dichtungsring mit einem keramischen Rotationsdichtungering in Eingriff gebracht und in einer· Wasser™ pumpe installiert wird, die kontinuierlich bei 85 Grad C und 35CX) UpM betrieben wird, wird gefunden, daß die Pumpe noch 2000 Stunden ohne Ausleeken arbeitet«.

Hit der gleichen Vorrichtung und naek der gleichen Arbeitsweise, wie sie in Beispiel 1 beschrieben mir öl©, wird eine Rotationsdichtung mit einer Umhüllung γοη 0,038 cm hergestellt» Die Umhüllung wird dann mit Molybdänsulfid durch Einpolierera des Molybdänsulfids in die Poren der Umhüllung imprägniert.

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003851/1404

Claims

Patentansprüche

[V) Formkörper mit einer harten abriebfesten Außenfläche, die iraprägnierbare mikroskopische OberflächenunregelmäSigkeiten aufweist, gekennzeichnet durch

einen porösen flüssigkeitsdurchlässigen Graphitkern,

ej.ne poröse flüssigkeitsdurchlässige ununterbrochene |

Umhüllung mit praktisch gleichmäBiger Dicke, die mit der gesamten Auftenfläche dee Graphitkerns eine Einheit bildet und darin eindiffundiert ist und im wesentlichen aus Graphitteilchen besteht, die einzeln von Siliciumcarbid umschlossen sind, wob«!

das Verhältnis von Siliciumcarbid zu Graphit von der Außenfläche des Formkörper β in Richtung auf das Sentrum des Graphitkerns aJbnlsiat, und

mikroskopische OberflÄchenunregeimäfligkeiten, die * auf der Außenseite des Formkörper« von den Poren der porösen Umhüllung gebildet werden.
2. Formkörper nach Anspruch 1,, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper eine aelbstsehmlerende Lagerfläche aufweist, die für den Kontakt mit einem weitere» Körper und für eine relativ« Bewegung in Kontakt mit diesem weiteren Körper gestaltet ist, wobei die Selbstschmierung durch die Graphitteilchen in der ununterbrochenen Umhüllung erfolgt.

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3. Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem eine nonomolekulare Schicht von hydratisierten Siliciumatomen auf der Oberfläche der ununter- ' brochenen Umhüllung aufweist, dis die selbstschnierende Lagerfläche mit Feuchtigkeit versorgen.
A. Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenunregelmäßigkeiten zur weiteren Schmierung zwischen dem Formkörper und dew weiteren Körper außerdem ruit einem Schmiermittel imprägniert sind.
5. Formkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel ein festes Schmiermittel ist.
6. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch "gekennzeichnet, daß da« feste Schmiermittel aus Graphit, Glimmer, PoIytetrafluorÄthylen, fluorierten Xthylen-Propylen-Copoly" neren, Vermiculit, Bornitrid/ WolframdisulfId oder Molybdändisulfia besteht.
7. Formkörper nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß er als mechanische Dichtung mit einer Seite, die für den Eingriff einer weiteren Dichtung mit Gleitkontakt gestaltet ißt, zur Abdichtung von Flüssigkeiten ausgebildet ist.

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8» ÖiehtungskÖrper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung auf dem Graphitkern aus von Siliciumcarbid umschlossenen Graphitteilchen und der Graphitkern aus Graphitteilchen besteht, d&ren Durchschnittsdurchmesser nicht weniger als 0,005 cm und nicht mehr als 0,020 cm beträgt.
9. Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Dichtung innerhalb einer Toleranz von 0,0000983 cm eben ist.
10. Dichtung nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenunregelmäßigkeiten zur Schmierung zwischen der Dichtung und dem weiteren Körper mit einem Schmiermittel Imprägniert sind.
11. Verfahren zur Erzeugung eines Formkörpers mit einer harten abriebfesten AuSenflache, die mikroskopische Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man .

einen porösen flüssigkeitsdurchlässigen Graphitkörper mit vorgegebener Gestalt erzeugt,

den Graphitkörper in einen Ofen bringt und den Ofen auf wenigstens 140O Grad C erwärmt,

einen Siliciunaoonoxiddarepf erzeugt und den Dampf xu dem Graphitkörper In dem Ofen befördert,

• BAD ORIGINAL-

00ei51/U04

den Siliciummonoxiddampf in den porösen Graphitkörper durch die gesamte AuBenflache des Körpers eindiffundieren und mit den Graphitteilchen des Körpers unter Bildung einzelner Siliciumcarbidumhüllungen auf den Graphitteilchen in situ reagieren läßt und

dadurch eine poröse fIüssigkeitsdurchläs3ige ununterbrochene Umhüllung praktisch gleichmäßiger Dicke aus von Siliciumcarbid umschlossenen Graphitteilchen erzeugt/ die mit der gesaraten Außenfläche des Graphitkörpers eine Einheit bildet und darin eindiffundiert ist Und deren Poren mikroskopische Oberflächenunregelmäßigkeiten auf der Außenseite des Fornkörners bilden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ofen auf eine Temperatur zwischen 1950 und 2050 Grad C erwärmt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet/ daß man die Temperatur in dem Ofen nicht mehr als 15 Minuten aufrechterhält.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem die mikroskopischen Oberflächenunregelmäßigkeiten auf der Außenfläch© des Formkörper« mit einem Schmiermittel imprägniert.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schmiermittel Graphit, Glimmer, Polytetrafluorethylen, fluorierte ."thylen-Prcpylen-Copolvr.vsre, Vermiculit, Bornitrid, '.'olfra. ..lisulfid oder llol"h«IMndisulfiu verwendet.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch j^r I-.enn zeichnet, daß r.an diese; Irr.prä-r.inrur.^ der ^y'.erfläc.ienunregelmäßigkeiten .vit einen CcV iernittcl durCii Hinpoliorcn des !"curie rr.ittcl;; in c'.io Oterflichenunrcj'-len durchfuhrt.
18. Verfahren nach Anspruch 11, dadirch gekennzeichnet, daß man den Graphitkörper in Vakuum bei einer Temperatur, die zur Entfernung von Verunreinigungen und adsorbierten Gasen aus deir. Graphitkörper hoch genug ist, entgast, bevor nan den Graphitkörper in den Ofen bringt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man die Entgaaung wenigstens 4 Stunden bei 1530 Grad C und 10 mm Hg durchführt.
20. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem Graphitkörper eine Lagerfläche erzeugt, die für den Kontakt mit einem weiteren Körper und für eine relative Belegung im Kontakt mit diesem weiteren Körper ausgebildet ist.

BADORIQINAL

009851/UCU
21. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet , daß nan den Graphitkörper in Form einer
Dichtung mit einer Fläche, die für den Eingriff
einer weiteren Dichtung mit Gleit-Reibungs-Kontakt zur Abdichtung von Flüssigkeiten ausgestaltet ist, ausbildet.

009451/1404