DE2027041B2

DE2027041B2 - Verfahren zur Erzeugung eines insbesondere für Lager- und Dichtungszwecke geeigneten Graphitformkörpers

Info

Publication number: DE2027041B2
Application number: DE2027041A
Authority: DE
Inventors: William Clarence Kivela; George Jerome Quaal; Lloyd Martin Freeland Woerner
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1969-06-02
Filing date: 1970-06-02
Publication date: 1975-12-04
Also published as: JPS5334201B1; BE751247A; FR2049743A5; GB1300664A; DE2027041A1; NL7007942A; US3634116A

Description

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Schalen oder Überzügen entwickelt. Diese mikrosko- spanne von 30 bis 60 Minuten durch sogenanntes pischen Oberflächenunregelmäßigkeiten können dann Silicieren, d. h. Durchdringen des porösen Graphitmit einem geeigneten Schmiermittel beladen oder im- trägers mit dampfförmigem Silicium,
prägniert werden. Zu solchen Methoden gehören bei- In der GB-PS 1180918 wird ein Verfahren zur spielsweise Herausätzen des Bindemittels aus dem 5 Behandlung von Graphitformkörpem mit Silicium-Überzug mit Säure zur Erzeugung der Oberflächen- monoxiddampf unter Bildung von Siliciumcarbid bei unregelmäßigkeiten, Sandstrahlen, Dampfstrahlen, Temperaturen von 1600 bis 1700⁰CbCSCbJiCbCn. Bei anodische Ätzung und Kathodenzerstäubung des diesen Temperaturen erhält man jedoch einen Ober-Überzugs. Ferner mußten verschiedene organische flächenüberzug, der nicht sonderlich abriebfest ist und Bindemittel verwendet werden, um das Schmiermittel io sich daher von einem gewöhnlichen Nagel ankratzen an die Oberflächenunrfcgelmäßigkeiten zu binden. läßt Streng gesehen ist diese GB-PS auf die Herstel-Solche Bindemittel haben im allgemeinen den Nach- lung von Siliciumcarbidrohren gerichtet, die nicht teil, daß sie die Eigenschaften des Schmiermittels, abriebfest sein müssen, und die Behandlung mit SiIibesonders seine thermischen Eigenschaften, ver- ciummonoxiddampf dieut dabei lediglich dem Zweck, ändern. i₅ die äußeren Schichten des Formkörpers zusätzlich

Aus der US-PS 10 58 800 ist bereits bekannt, daß porös zu machen. Bei diesem weiteren Porösmachen

sich Graphitkörper in Gegenwart von Dämpfen, die der äußeren Schichten des Körpers kommt es jedoch

aus einer Mischung von Kohlenstoff und Silicium- naturgemäß zu einer Errosion.

dioxid entwickelt werden, ohne Strukturänderung in Aus GB-PS 9 60 537 ist die Umsetzung von gasför-

situ mit Siliciumcarbid überziehen lassen. so migem Kohlenstoff enthaltenden Stoffen mit Silicium-

Aus der US-PS 2677 627 geht ein Verfahren zur monoxiddampf bekannt.

Herstellung eines mit Siliciumcarbid überzogenen Mit allen vorstehend erwähnten bekannten Verfah-Graphitformkörpers hervor, indem man einen ent- ren lassen sich nun jedoch keine Graphitkörper mit sprechenden Graphitkörper zusammen mit Silicium- einer harter abriebfesten Außenfläche aus mit SiIidioxid in einem geschlossenen Behältnis wenigstens as ciumcarbidteilchen umhüllten Graphitteilchen herstel-0,5 Stunden auf eine Temperatur zwischen dem Siede- len, bei denen die Kristallstruktur des hergestellten punkt des Siliciumdioxids und der beginnenden Zer- Siliciumcarbids und die Kristallstruktur des Graphitsetzungstemperatur für Siliciumcarbid erhitzt. trägers eine Symbiose bilden, was nur in einem ganz

Beide genannten Verfahren arbeiten zum Übende- bestimmten Temperaturbereich möglich ist. Wird

hen der Graphitkörper in einer Atmosphäre aus SiIi- 30 diese Symbiose nicht erreich, dann kommt es oft zu

ciumdioxiddampf, wodurch sich andersartige mit SiIi- einem Zerbrechen des Graphitträgers. Bei einer Ar-

ciumcarbid umhüllte Graphitformkörper ergeben, als beitstemperatur von über 2050° C tritt beispielsweise

wenn man lediglich in einer Atmosphäre aus Silicium- eine Erosion des Graphits auf, was ebenfalls von

raonoxiddampf arbeitet. Graphitformkörper mit SiIi- Nachteil ist.

ciumcarbidumhüllung und Schmiermittelimprägnie- 35 Es besteht daher die Aufgabe, verbesserte Graphit-

rung sind im übrigen darin nichi beschrieben. formkörper mit einer harten abriebfesten Außenfläche

In der älteren DT-AS 16 71 180 wird ein Verfah- zu schaffen, die frei von den genannten und anderen ren zur Herstellung dichter Körper aus Silicium- Nachteilen bekannter Formkörper dieser Art sind, carbid, gemäß dem aus einem Gemisch von Silicium- Diese Graphitformkörper sollen dabei kein Bindecarbid und Kohlenstoff ein poröser Körper geformt 40 mittel enthalten und eine harte abriebfeste Oberfläche wird, der nachfolgend in geschmolzenem Silicium er- aufweisen, welche ein genaues Abbild der Außenhitzt wird, so daß das geschmolzene Silicium den Kör- fläche des Formkörpers vor der Erzeugung der harten per durchsetzt und mit dem Kohlenstoff im Körper Oberfläche ist und die mit einem Schmiermittel imunter Bildung von Siliciumcarbid reagiert, beschrie- prägniert werden kann, ohne daß künstlich Oberben, das darin besteht, daß vor oder gleichzeitig mit 45 flächenunregelmäßigkeiten darauf erzeugt werden der Behandlung mit geschmolzenem Silicium eine müssen. Das Verfahren zur Erzeugung der erfinhöhere Porosität als die der Grundmasse in den dungsgemäßen Formkörper soll zudem weniger auf-Oberflächenschichten des Körpers durch Erhitzen wendig und weniger zeitraubend sein als die bekanndesselben in einer Atmosphäre aus Siliciummonoxid- ten Verfahren.

dampf auf eine Temperatur, bei welcher Kohlenstoff 50 Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der einin den Oberflächenschichten mit dem Dampf unter gangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Graphit-Bildung von Kohlenmonoxid reagiert, erzeugt wird. körper in einem Ofen auf 1950 bis 2050° C erhitzt Die Erhitzungstemperatur liegt dabei zweckmäßiger- und in diesem bei dieser Temperatur mit Siliciumweise im Bereich von ItOO bis 1700° C. monoxiddampf behandelt wird, worauf nach der Ab-

Die DT-AS 1118 079 beschreibt ein Verfahren zur 55 kühlung in die poröse Oberfläche des so erhaltenen

Herstellung von Körpern aus Graphit und Silicium- Körpers gegebenenfalls ein Schmiermittel eingearbei-

carbid durch Umsetzen eines Teils des Graphits zu tet wird.

Carbid, das darin besteht, daß grobe und feine Gra- Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erphitteilchen, wobei die feinen Teilchen wenigstens zeugte Umhüllung ist ein genaues Abbild der Außen-20%> des Graphits ausmachen, mit einem carbonisier- 60 fläche des Graphitformkörpers vor Erzeugung der baren Bindematerial, wie wärmehärtbarem Harz, ver- Umhüllung und verändert seine Abmessungen ledigformt werden und die Formlinge in Gegenwart eines lieh in einem Ausmaß, das nur ein Minimum an wei-Carbidbildners, wie Si, Zr, Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, terer Bearbeitung des Fonnkörpers zur Vorbereitung Th, U, B, Hf, bis zur Carbidbildung mit den feinen für seine beabsichtigte Verwendung erforderlich Graphitteilchen und dem Kohlenstoff des Binders 65 macht. Die mikroskopischen Oberflächenunregelgebrannt werden. Die Bildung der Siliciumcarbid- mäßigkeiten auf der Außenfläche des Formkörpers masse erfolgt dabei zweckmäßigerweise bei einer lassen sich leicht mit einem Schmiermittel imprä-Temperatur von 2150 bis 2250° C über eine Zeit- gnieren.

Die Diffusion und Dampf-Feststoff-Reaktion nach Flüssigkeit, die abgedichtet werden soll, auslaufen

der Gleichung SiO + 2 C = SiC + CO findet auf der kann, noch soll die Porenstruktur des Graphits einen

gesamten Außenfläche des Graphitkörpers statt. Es kontinuierlichen Kanal in dem Körper bilden, durch

wurde gefunden, daß die Umhüllung von dem Gra- den die Flüssigkeit auslaufen kann. Außerdem müs-

phitformkörper nicht abblättert, wenn sich der Gra- S sen auch die Oberflächengüte und die Ebenheit, die

phit ausdehnt und zusammenzieht, da die Graphit- für eine solche Dichtung erforderlich sind, beriick-

teilchen einzeln in Siliciumcarbid eingeschlossen sind sichtigt werden, da sie ebenfalls von der Porosität und

und niüht bloß ein Siliciumcarbidüberzug auf dem Teilchengröße des Graphits in dem Graphitkörper ab-

Graphit vorliegt. Da ein weiterer Siliciummonoxid- hängen. Daher wird die Graphitsorte, die far einen

dampf durch Diffusion die Graphitteilchen, die sich io bestimmten Gegenstand verwendet wird, von einer

nahe an der Außenfläche befinden, leichter erreicht annehmbaren Abstimmung der Porosität, die für die-

als solche Graphitteilchen, die sich weiter im Inneren sen Gegenstand erforderlich ist, und der Dicke der

des Graphitkörpers befinden, nimmt das Verhältnis Umhüllung, die für diesen Gegenstand gewünscht

von Siliciumcarbid zu Graphit in der Umhüllung von wird, bestimmt.

der Außenfläche des erzeugten Formkörpers in Rieh- 15 Bezüglich der Graphitsorte, die für einen bestimm-

tung auf sein Inneres ab. ten Gegenstand verwendet wird, ist ferner zu berück-

Da ferner die SiliciumcarbidumhüUung aus Antei- sichtigen, daß die Stöchiometrie der Umhüllung len der Graphitteilchen des Graphitkörpers erzeugt durch Abänderung der Teilchengröße des verwendewird und diese ersetzt, werden die Poren oder Hohl- ten Graphits oder der Menge von Siliciummonoxidräume des Körpers durch das so erzeugte Silicium- ao dampf, die zu dem Graphitkörper befördert wird, vercarbid nicht verstopft oder gefüllt, sondern bleiben ändert werden kann. Wenn also eine Umhüllung mit praktisch so erhalten, wie sie vor dem Eindiffundieren verhältnismäßig großen Graphitteilchen und verhältvon Siliciummonoxid vorlagen. Gleichzeitig mit der nismäßig dünnen einzelnen Siliciumcarbidumhüllun-Bildung der einzelnen Siliciumcarbidumhüllungen gen gewünscht wird, kann eine grobe Körnung, z. B. entweicht das in der vorstehend beschriebenen Reak- 35 0,94 mm, angewendet werden. Wenn eine Umhüllung tion entstandene Kohlenmonoxid aus dem Graphit- mit verhältnismäßig kleinen Graphitteilchen und vergegenstand durch dessen Poren und sorgt wahrschein- hältnismäßig dicken einzelnen Siliciumcarbidumhüllich dafür, daß diese offenbleiben. Daher wird gefun- lungen gewünscht wird, kann eine geringere Kornden, daß die Umhüllung auf dem Graphitkörper größe, z. B. von 0,005 cm, verwendet werden. Durch ebenso porös und flüssigkeitsdurchlässig ist wie der 30 Beförderung des gleichen Volumens an Siliciummon-Graphitkörper, den sie einschließt. Diese Porosität ist oxiddampf zu jedem der Graphitkörper mit den angeaußerordentlich günstig, da die Poren oder Hohl- gebenen Korngrößen wird dann die gewünschte Umräume der Umhüllung vorteilhafterweise mikrosko- hüllung durch die anschließende Dampf-Feststoffpische Oberflächenunregelmäßigkeiten auf dem Pro- Reaktion erzeugt. Ebenso können dieselben beiden dukt ergeben, wodurch die Notwendigkeit, solche Un- 35 gewünschten Umhüllungen, die vorstehend beschrieregelmäßigkeiten künstlich zu erzeugen, entfällt, wenn ben wurden, durch Anwendung der gleichen Kornbeispielsweise der Gegenstand mit einem Schmier- größe in jedem der Graphitkörper und anschließende mittel imprägniert werden soll. Beförderung einer jeweils verschiedenen Menge an

Ein weiteres Merkmal der nach dem erfindungs- Siliciummonoxiddampf zu jedem Körper erzeugt wergemäßen Verfahren erzeugten Umhüllung ist, daß die 4= den. Die Korngröße der Graphitteilchen, die zur ErUmhüllung keinen Überzug oder keine Schale im zeugung der erfindungsgemäßen Graphitkörper vereigentlichen Sinn dieser Worte darstellt, sondern viel- wendet werden, kann zwar innerhalb eines weiten Bemehr eine Haut oder Außenschicht ist, die ein reichs von Korngrößen abgeändert werden, bevorzugt genaues Abbild der Außenfläche des ursprünglichen wird jedoch eine durchschnittliche Größe der Gra-Graphitkörpers unabhängig von der Topographie 45 phitteilchen von 0,005 bis 0,020 cm.
oder von Unregelmäßigkeiten dieses Körpers darstellt. Der für die erfindungsgemäßen Zwecke verwendete Wenn daher die erfindungsgemäße Umhüllung auf Siliciummonoxiddampf kann leicht durch Erwärmen einem Graphitkörper erzeugt wird, hat sie auf der von vorzugsweise hochreinem Siliciumpulver und SiIigesamten Außenfläche dieses Körpers praktisch ciumdioxid auf eine Temperatur von wenigstens gleichmäßige Dicke und bildet eine harte abriebfeste 50 1400° C erzeugt werden. Diese Reaktion entspricht Oberfläche, die ein Minimum an weiterer Bearbeitung der Gleichung
des Gegenstands zur Vorbereitung für seine beabsich- Si + SiO₂ = 2 SiO
tigte Verwendung erfordert. Diese Tatsache kann von

großer Bedeutung sein, wenn ein Gegenstand benötigt Im allgemeinen kann das Verhältnis von Siliciumwird, der bis zu einer genauen Form, Abmessung oder 55 pulver zu Siliciumdioxidpulver 0,75 :1 bis 1,25 :1 beEbenheit bearbeitet ist. tragen. Diese Methode zur Herstellung des Silicium-

Im allgemeinen bestimmt die beabsichtigte Ver- monoxide wird für die erfindungsgemäßen Zwecke wendung der erfindungsgemäß erzeugten Gegenstände bevorzugt, da dabei keine anderen Dämpfe oder Prodie Eigenschaften des Graphitkörpers oder -kerns des dukte entstehen, die die auf dem erfindungsgemäßen Gegenstands. Da die Reaktion, durch die die Umhül- 60 Gegenstand erzeugte Umhüllung verunreinigen, ätzen lung auf dem Gegenstand erzeugt wird, vom dem Ein- oder in anderer Weise nachteilig beeinflussen könndiffundieren von Siliciummonoxid in den Gegenstand ten. Jedoch können andere organische oder anorganiabhängt, muß der Graphitkörper des Gegenstands mit sehe binäre, ternäre oder quaternäre Oxide des SiIianderen Worten genügend porös und flüssigkeits- ciums in Verbindung mit Silicium oder anderen Redurchlässig sein, um eine solche Diffusion zu ermög- 65 duktionsmitteln zur Erzeugung des erforderlichen SiIilichen. Wenn aber der erzeugte Gegenstand beispiels- ciummonoxids angewendet werden. Typische Oxide, weise als Flüssigkeitsdichtung verwendet werden soll, die für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignet sind, darf der Graphitkörper nicht so porös sein, daß die sind daher beispielsweise Calciumsilicat, Natriumsili-

cat, Bauxit, Äthylsilicat, Methylsilicat, Aryloxysilane chen Fällen kann der verwendete Graphit jedoch

und Alkoxysilane. noch eine minimale Menge an Verunreinigungen ent-

Im allgemeinen wird es bevorzugt, das Silicium- halten.

und Siliciumdioxidpulver in der gleichen Reaktions- Es ist daher angebracht und bevorzugt, so viele kammer oder dem gleichen Ofen umzusetzen, worin 5 Verunreinigungen und absorbierte Gase aus dem Grasich der Graphitkörper befindet, so daß der Silicium- phitkörper wie möglich zu entfernen, bevor die Ummonoxiddampf auf Grund seines eigenen Dampf- hüllung auf dem Körper erzeugt wird, damit der SiIidrucks zu diesem Körper gelangen kann, ohne daß ciummonoxiddampf ohne Störung durch Abgasen sol-Strömungsverhältnisse in dem Ofen entstehen, die eher Gase und Verunreinigungen in den Körper difsich nachteilig auf die Gleichmäßigkeit der auf dem io fundieren kann. Solche Verunreinigungen und adsor-Gegenstand erzeugten Umhüllung auswirken könnten. bierten Gase können aus dem Graphitkörper durch Der Siliciummonoxiddampf kann aber auch in einer Erwärmen des Graphitkörpers im Vakuum auf eine eigenen Zone oder einem eigenen Reaktor erzeugt und für diesen Zweck ausreichenden Temperatur ausgedurch ein Inertgas, ζ. B. Argon oder Helium, zu dem trieben werden. Es wurde gefunden, daß für die erfinzu umhüllenden Graphitkörper befördert werden. 15 dungsgemäßen Zwecke der Graphitkörper durch 4 bis

Wie vorstehend angegeben, findet die Reaktion 6 Stunden langes Entgasen bei 1530° C und 10~⁷ mm zwischen dem Siliciummonoxiddampf und den Gra- Hg zweckmäßig gereinigt werden kann,
phitteilchen bei einer Temperatur im Bereich von Außer den Selbstschmierungseigenschaften der 1950 bis 2050° C statt. Es wurde gefunden, daß Re- Umhüllung des erfindungsgemäßen Gegenstands bilaktionen, die bei Temperaturen unterhalb dieses Be- ao den die Poren der Umhüllung mikroskopische Oberreichs durchgeführt werden, zu langsam ablaufen und flächenunregelmäßigkeiten, die mit einem Schmiereine weniger vorteilhafte Umhüllung ergeben, wäh- mittel zur Schmierung zwischen einer Lagerfläche und rend Reaktionen, die bei Temperaturen oberhalb die- einem anderen Körper oder zwischen einer Dichtungsses Bereichs durchgeführt werden, infolge der kon- fläche und einem anderen Dichtungskörper mit einem kurrierenden Reaktionen "5 Schmiermittel gefüllt oder imprägniert werden können. Besonders günstig sind trockene oder feste

SiO+SiC=2 Si+CO oder SiO,+2 SiC=3 Si+2 CO, Schmiermittel, und es wurde gefunden, daß sie keine

² weitere Bindung oder Verschmelzung notig haben,

um in den Poren der Umhüllung zu verbleiben. Zu

die bei solchen höheren Temperaturen auftreten und 30 geeigneten Schmiermitteln gehören beispielsweise

zu Zersetzungen führen können, ebenfalls eine weni- Graphit, der bevorzugt wird, Glimmer Polytetrafluor-

ger vorteilhafte Umhüllung liefern. äthylen, fluorierte Äthylen-Propylen-Copolymere,

Wenn eine unbegrenzte Fortsetzung der stöchio- Vermiculit, Bornitrid, Wolframdisulfid und Molybmetrischen Reaktion zwischen dem Siliciummonoxid- dändisulfid. Ferner wurde gefunden, daß ein nach dampf und den Graphitteilchen zugelassen wird, wer- 35 dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugter Gegenden die Graphitteilchen des Graphitkörpers schließ- stand eine gute Schmierung ergibt, wenn seine Poren lieh vollständig in Siliciumcarbid umgewandelt, soweit mit nichts weiter als Wasser imprägniert sind,
der Siliciummonoxiddampf in den Graphitkörper ein- Wegen seiner porösen Natur ist der Erfindungsdiffundieren kann. Dies ist selbstverständlich der Fall, gegenstand ferner ideal für ein ölimprägniertes Lager, da die Siliciumcarbidumhüllung auf den einzelnen *o Der gesamte Gegenstand kann leicht mit öl imprä-Graphitteilchen strömungsdurchlässig bleibt, so daß gniert werden. Zusätzlich können die mikroskopider Siliciummonoxiddampf weiter in das Graphitteil- sehen Oberflächenunregelmäßigkeiten mit einem chen eindiffundieren und damit reagieren kann. festen Schmiermittel imprägniert werden, wodurch

Eine solche Umhüllung kann zwar zweckmäßig eine weitere Schmierung zwischen dem erfindungssein, wenn der Graphitkörper zur Verwendung als 45 gemäßen Gegenstand und einem weiteren Körper, dei Lager oder Dichtung, z. B. als Gleitlager, Zapfen- damit in Berührung steht, erzielt wird,
lager, Kugellager, Pumpendichtung oder Wellendich- Die Imprägnierung der Poren der Umhüllung des rung, hergestellt wird, Graphitteilchen in der Umhül- erfindungsgemäßen Gegenstands mit einem Schmierlung werden jedoch bevorzugt. Sie werden deshalb mittel kann durch bloßes Aufreiben oder Aufstreicher bevorzugt, weil mit beginnendem Verschleiß der 50 des Schmiermittels auf die Oberfläche der Umhüllung Lagerfläche oder des Dichtungskörpers die exponier- erreicht werden. Bei Bedarf kann jedoch das Schmierten äußeren Teile der einzelnen SUiciumcarbidumhül- mittel in die Poren mit HiUe eines Tuchs, eine; lungen von den Graphitteilchen in der Umhüllung ab- Achats, mit Stahlwolle, einer Stahlkugel od. dgl. ein gerieben werden. Infolgedessen werden dann diese poliert werden, wobei der Begriff »Polieren« in de: Graphitteilchen freigelegt und können die Lagerfläche 55 gleichen Weise gebraucht wird, wie er allgemein au oder den Dichtungskörper mit einem eingebauten dem Gebiet der Metallbearbeitung angewendet wird Selbstschmierungsmechanismus versehen, wenn sie Für die Siliciumcarbidumhüllung, die erfindungs aus der Umhüllung hervorkommen. Es wurde gefun- gemäß auf einem Graphitkörper erzeugt wird, is den, daß bei Durchführung des erfindungsgemäßen kennzeichnend, daß in der monomolekularen Schien Verfahrens Graphitteilchen mit Korngrößen zwischen 60 auf der Außenfläche der Umhüllung einige freie SiIi 0,005 und 0,020 cm nicht vollständig in Siliciumcar- ciumatome vorhanden sind. Bei Bedarf können dies bid umgewandelt werden. freien Siliciumatome leicht von der Oberfläche ent

Wie vorstehend angegeben, ist die Dicke der Um- femt werden, indem man die Oberfläche einer Be hüllung auf den erfindungsgemäßen Formkörpern handlung mit Mineralsäure oder Alkali, z. B. mi

direkt von der Tiefe abhängig, in die der Silicium- 65 Flußsäure oder kaustischem Soda, unterwirft.' Wen monoxiddampf von der Oberfläche des Graphitkör- der erfindungsgemäße Gegenstand als Lager oder al

pers aus diffundieren kann. Die Verwendung von Dichtung verwendet werden soll, wurde jedoch fesi

hochreinem Graphit wird zwar bevorzugt, in man- gestellt, daß es vorteilhaft ist, wenn diese freien SiI

ίο

ciumatome hydratisiert werden und als Teil der Ober- aufgesetztem Deckel in einen Ofen gestellt. Hierauf

fläche des Gegenstands verbleiben. Eine solche Hy- wird der Ofen durch kontinuierliches Durchleiten

dratisierung kann dadurch erreicht werden, daß man eines Stroms des Inertgases Argon gespült. Der Ofen

den Gegenstand, auf dessen Außenfläche die freien wird dann auf eine Temperatur von 2000⁰C er-

Siliciumatome vorliegen, einer wasserhaltigen Atmo- 5 wärmt und 15 Minuten lang bei dieser Temperatur

Sphäre aussetzt. Unter der Bezeichnung »hydratisiert«, belassen, worauf der Ofen auf normale Raumtempe-

wie sie hierin verwendet wird, ist zu verstehen, daß ratur abkühlen gelassen wird. Nach Entnahme der

sich die freien Siliciumatome mit Wasser entweder in Rotationsdichtung aus dem Graphitschiffchen wird

Form von Wassermolekülen oder als Hydroxyreste, festgestellt, daß sie eine harte abriebfeste Umhüllung

die an die Siliciumatome gebunden werden, vereinigen. »» aufweist, die mit ihrer Außenfläche eine Einheit bil-

Der Nutzen solcher hydratisierter Siliciumatome det und darin eindiffundiert ist Es wird festgestellt, auf der Oberfläche des Gegenstands liegt darin, daß daß die Tiefe der Umhüllung 0,038 cm beträgt. Die feste Schmiermittel, z. B. Graphit oder Molybdänsul- Außenfläche der Rotationsdichtung wird dann 4 bis fid, wenigstens etwas Feuchtigkeit benötigen, damit 6 Minuten mit einem Diamantrad, dessen Diamantsie als Schmiermittel wirken. So können in einer was- 15 material eine Körnung von 30 um aufweist, geläppt serfreien Umgebung die hydratisierten Siliciumatome und dann mit einer Diamant-Paste, deren Diamantdie Feuchtigkeit liefern, die von dem Schmiermittel werkstoffe eine Körnung von 1 μπι besitzt, fertig bebenötigt wird, das auf dem erfindungsgemäßen Gegen- arbeitet, bis sie innerhalb einer Toleranz von stand und einem weiteren Körper, der damit in Be- 0,0000984 cm eben ist. Hierauf wird die Rotationsrührung steht, verwendet wird. »o dichtung in eine Pumpe installiert und mit einem

Für den Fachmann ist daher ersichtlich, daß der gewöhnlichen stationären Graphitdichtungseinsatz in erfindungsgemäße Gegenstand einen Graphitgegen- Eingriff gebracht. Die Pumpe wird kontinuierlich mit stand darstellt, der kein Bindemittel benötigt, damit 100° C und 3500 U/min betrieben, um eine Siliconcr zusammengehalten wird, und eine harte abriebfeste flüssigkeit, die einen scheuernden Tonkatalysator entOberfläche aufweist, die ein genaues Abbild der »5 hält, zu pumpen. Nach 720 Stunden arbeitet die Ro-Außenfläche des Graphitgegenstands vor der Erzeu- tationsdichtung immer noch wirksam ohne Ausgung dieser harten Oberfläche darauf darstellt. Ferner lecken. Wenn eine gewöhnliche Graphitdichtung der bietet diese harte abriebfeste Oberfläche mikroskopi- gleichen Art mit einer keramischen Rotationsdichsche Oberflächenunregelmäßigkeiten, die eine Imprä- tung in Eingriff gebracht und damit in derselben gnierung des so erzeugten Gegenstands mit einem 30 Pumpe betrieben wird, beginnt die Pumpe gewöhn-Schmiermittel erlauben, ohne daß zuerst künstliche lieh nach nur 2 Stunden zu lecken.
Oberflächenunregelmäßigkeiten auf dem Gegenstand

geschaffen werden müssen und ohne daß das Schmier- Beispiel 2
mittel an den Gegenstand gebunden werden muß.

Durch die folgenden Beispiele wird die Erfindung 35 Mit der gleichen Vorrichtung und nach der glei-

näher erläutert. chen Arbeitsweise, wie sie in Beispiel 1 angegeben

Beispiel 1 wurde, wird ein stationärer Dichtungsring mit einem

Außendurchmesser von 4,13 cm, einem Innendurch-

Eine geschlitzte Rotationsdichtung aus Graphit mit messer von 2,70 cm und einem konzentrisch zum

einem Außendurchmesser von 3,94 cm, einem Innen- 40 Außen- und Innendurchmesser angeordneten Rand

durchmesser von 2,58 cm, einer Breite von 1,43 cm mit dem gleichen Innendurchmesser und einem

und einem konzentrisch zum Innen- und Außen- Außendurchmesser von 3,64 cm mit einer Umhüllung

durchmesser angeordneten Hohlraum mit einer Tiefe versehen. Die Korngröße des verwendeten Graphit!

von 0,95 cm und einem Durchmesser von 3,175 cm beträgt 0,020 cm. Es wird festgestellt, daß die Tiefe

wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit 45 der auf dem stationären Dichtungsring erzeugter

einer Umhüllung von 0,038 cm versehen. Die Dich- Umhüllung 0,051 cm beträgt. Wenn dieser stationäre

tung wird maschinell aus einem Block von Graphit Dichtungsring mit einem keramischen Rotationsdich·

mit einer Teilchengröße von 0,005 cm gefertigt. Da tungsring in Eingriff gebracht und in einer Wasser

Ebenheit ein Haupterfordernis von Dichtungsflächen pumpe installiert wird, die kontinuierlich bei 85° C

ist, wird die Fläche anschließend mit Al₂O₃ Schleif- 50 und 3500 U/min betrieben wird, wird gefunden, da£

staub 2000 und Wasser geläppt, bis sie innerhalb die Pumpe nach 2000 Stunden ohne Auslecken ar

einer Differenz von 0,0000984 cm plan ist. Dann beitet.

wird die Dichtung an einem Graphitstab aufgehängt, _ . .

der in einem Graphitschiffchen oder einer Graphit- Beispiel 3

kammer mit einem abnehmbaren Deckel befestigt ist, 55 Mit der gleichen Vorrichtung und nach der glei

in dem sich ein Ablaß befindet, der ein langsames chen Arbeitsweise, wie sie in Beispiel 1 beschrieber

Entweichen von Reaktionsprodukten und Reaktions- wurde, wird eine Rotationsdichtung mit einer Um

teilnehmern aus dem Schiffchen ermöglicht. Der hüllung von 0,038 cm hergestellt. Die Umhüllunj

Boden des Graphitschiffchens wird mit Silicium- wird dann mit Molybdänsulfid durch Einpolieren de:

pulver und Siliciumdioxidpulver in einem Verhältnis 60 Molybdänsulfids in die Poren der Umhüllung im

von 1:1 beladen. Dann wird das Schiffchen mit prägniert

Claims

Gebieten verwendet, auf denen sie zerstörendem VerPatentansprüche: schleiß ausgesetzt sind. Dies gilt beispielsweise für Anwendungen, bei denen sich Flüssigkeiten mit ho-

1. Verfahren zur Erzeugung eines insbesondere her Geschwindigkeit während längerer Zeitdauer gefür Lager- und Dichtungszwecke geeigneten Gra- 5 gen die Oberfläche der Formkörper bewegen,
phitformkörpers mit einer harten abriebfesten Einem solchen zerstörenden Verschleiß sind auch Außenfläche aus mit Siliciumcarbidteilchen um- Graphitlagerflächen und mechanische Graphitdichhüllten Graphitteilchen, die mikroskopische Ober- tungen unterworfen.

flächenunregelmäßigkeiten aufweist, durch Her- Ferner werden die meisten derartigen Graphitformstellung eines porösen flüssigkeitsdurchlässigen io körper unter Verwendung eines Bindemittels, z. B. Graphitkörpers mit vorgegebener Gestalt und Asphalt oder Phenolharz, hergestellt. Um ihre Zerstö-Ausbildung von Siliciumcarbidteilchen auf der rung zu vermeiden, können sie daher nur in solchen Oberfläche dieses Graphitkörpers durch dessen Umgebungen angewendet werden, die mit ihren Binde-Erhitzen auf eine dazu ausreichende Temperatur mitteln nicht reagieren.

in Gegenwart von Siliciumoxiddampf und an- 15 Um die Zerstörung von Graphitformkörpern, die

schließende Abkühlung, dadurch gekenn- längerem Verschleiß ausgesetzt sind, zu verhindern,

zeichnet, daß der Graphitkörper in einem kann auf ihren Außenflächen eine sehr harte Schale

Ofen auf 1950 bis 2050° C erhitzt und in diesem oder ein sehr harter Überzug erzeugt werden. Eine

bei dieser Temperatur mit Siliciummoncxiddampf solche sehr harte Schale oder ein solcher sehr harter

behandelt wird, worauf nach der Abkühlung in die ao Überzug kann beispielsweise aus einem Carbid-

poröse Oberfläche des so erhaltenen Körpers ge- Zement bestehen, der im allgemeinen Wolframcarbid-,

gebenenfaüs ein Schmiermittel eingearbeitet wird. Titancarbid- und/oder Tantalcarbidteilchen in einem

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Bindemittel, gewöhnlich Cobalt, als Matrix gebunden kennzeichnet, daß der Graphitkörper vor dem enthält. Zur Erzeugung der sehr harten Schale kann Aufheizen auf 1950 bis 2050° C und der Behänd- 35 auch ein Siliciumcarbidüberzug durch Bedampfen mit lung mit Siliciummonoxiddampf im Vakuum bei Siliciumdioxid auf dem Graphitformkörper abgeschieeiner zur Entfernung von Verunreinigungen und den werden (US-PS 10 58 800 und 26 77 627).
absorbierten Gasen ausreichenden Temperatur Ein Nachteil von Graphitgegenständen, die solche vorbehandelt wird. sehr harten Schalen oder Überzüge aufweisen, liegt

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- 30 darin, daß eine Endbearbeitung bis zu der gewünschkennzeichnet, daß die Vorbehandlung wenigstens ten Ebenheit oder Gestalt wegen der Härte der Schale 4 h bei einer Temperatur von 1530° C und einem oder des Überzugs schwierig ist. Wenn ein zu überzie-Vakuum von 10~⁷ mm Hg vorgenommen wird. hender Graphitformkörper eine unregelmäßige Außen-

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- fläche hat, weist ein darauf aus Siliciumdioxid-Dampf kennzeichnet, daß die Behandlung mit Silicium- 35 abgeschiedener Überzug keine gleichmäßige Dicke monoxiddampf nicht langer als 15 Miauten vor- über die Unregelmäßigkeiten der Oberfläche hinweg genommen wird. auf. Ebenso ergibt ein Überzug aus Carbid-Zement

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- auf einem solchen unregelmäßigen Graphitformkörper kennzeichnet, daß ein festes Schmiermittel ver- nicht ein genaues Abbild seiner Außenfläche. Da wendet wird. 40 diese harten Schalen Überzüge auf der Außenfläche

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge- der Formkörper sind, kommt zu deren Abmessungen kennzeichnet, daß als Schmiermittel Graphit, ein zusätzliches Dickenmaß hinzu. Wenn also eine Glimmer, Polytetrafluoräthylen, fluorierte Äthy- genaue Form, Abmessung oder Ebenheit des Körpers len-Propylen-Copolymere, Vermiculit, Bornitrid, erforderlich ist, muß wegen der Härte und Ungleich-Wolframdisulfid oder Molybdändisulfid verwen- 45 mäßigkeit der Überzüge viel Zeit und Mühe für die det wird. Endbearbeitung der Graphitformkörper bis zur ge-

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- wünschten Form, Abmessung oder Ebenheit aufgekennzeichnet, daß die Imprägnierung der Ober- wendet werden.

fläche des Graphitkörpers mit Schmiermittel Ferner sind die meisten Stoffe für harte Schalen

durch Einpolieren dieses Schmiermittels in die 50 oder Überzüge, die zum Überziehen von Graphitform-Oberflächenunregelmäßigkeiten vorgenommen körpern verwendet werden, dicht und nicht impräwird. gnierbar. Dies gilt auch für den nach der JA-AS

16 106/63 hergestellten luftdichten Verbundüberzug

aus Siliciumcarbid und metallischem Silicium auf 55 einem Graphitformkörper. In vielen Fällen sind solche

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeu- dichten und nicht imprägnierbaren Oberflächen ergung eines insbesondere für Lager- und Dichtungs- wünscht. Wenn jedoch ein solcher Formkörper in zwecke geeigneten Graphitformkörpers mit einer har- Kombination mit einem Schmiermittel zur Verminten abriebfesten Außenfläche aus mit Siliciumcarbid- derung der Reibung und Verschleißwirkung verwenteilchen umhüllten Graphitteilchen, die mikrosko- 60 det werden soll, läßt sich die Kombination eines sehr pische Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweist, durch harten Überzugs mit einem Schmiermittel praktisch Herstellung eines porösen flüssigkeitsdurchlässigen nicht erreichen, da es außerordentlich schwierig ist, Graphitkörpers mit vorgegebener Gestalt und Aus- das Schmiermittel auf einer solchen dichten und nicht bildung von Siliciumcarbidteilchen auf der Oberfläche imprägnierbaren Oberfläche anzubringen oder darauf dieses Graphitkörpers durch dessen Erhitzen auf eine 65 festzuhalten.

dazu ausreichende Temperatur in Gegenwart von Deshalb wurden verschiedene Methoden zur Erzeu-

Siliciumoxiddampf und anschließende Abkühlung. gung mikroskopischer Oberflächenunregelmäßigkei-

Graphitformkörper werden gegenwärtig auf vielen ten in den vorstehend beschriebenen sehr harten