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Verfahren zur Herstellung geformter Gegenstände aus Siliciumcarbid
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung geformter Gegenstände aus Siliciumcarbid
durch Behandeln geformter Gegenstände aus Kohle mit Siliciummonoxydgas.
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Siliciumcarbid (Carborund) wird für viele Anwendungszwecke gebraucht,
wo ein Material großer Härte erforderlich ist. Ausserdem besitzt es viele andere
Verwendungszwecke wegen seiner
anderen Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit,
hohe Festigkeit und guter Wärmeleitfähigkeit bei hohen Temperaturen. Auch wird es
gebraucht als nichtmetallischer elektrischer Widerstand wegen seiner guten elektrischen
Leitfähigkeit. Jedoch machen diese Eigenschaften des Siliciumcarbids, insbesondere
seine hohe Härte, die Verformbarkeit sehr mangelhaft, wodurch seine industriellen
Verwendungen in gestalteter Form sehr begrenzt sind.
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Bei bekannten Verfahren zur Herstellung geformter Gegenstände aus
Siliciumcarbid, werden im allgemeinen Kieselsäureanhydrid, Kohlenstoff, Siliciumcarbid
usw. mit Kohlenteerpech oder einem synthetischen Harzbinder vermischt. Das Gemisch
verformt man dann durch Extrudieren oder Formen zu Rohren, Leitungen, Blocks oder
anderen einfachen Formen, wonach die Behandlung der so gestalteten Produkte in einer
reduzierenden Atmosphäre folgt, um gestaltete Siliciumjearbidgegenstände zu schaffen.
Die Siliciumcarbonisierung solcher Produkte schreitet tief nach innen fort, doch
stöchiometrisch verbleiben einige Substanzen in der Form von Silicium oder Kieselsäureanhydrid.
Ferner machen es Dimensionsänderungen eines solchcn gestalteten Siliciumcarbids,
welche durch chemische Veränderungen des gesamten Systemes hervorgerufen werden,
nahezu unmöglich, gestaltetes Siliciumcarbi der anfänglich gewünschten Form zu erzeugen.
Daher führen herkömmliche Verfahren zum Erzeugen geformter Siliciumcarbidgegenstände
im allgemeinen zu Produkten, welche nicht die gewünschten sind.
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Nunmenr wurde überraschenderweise gefunden, daß man die gewünschten
gestalteten Siliciumcarbidgegenstände erhalten kann, indem man einen geformten Kohlenstoff
der gewünschten Gestalt mit Siliciummonoxydgas behandelt. Das sich ergebende Produkt
ist, je nach seiner Dicke, im allgemeinen auf der Oberfläche mit einer Siliciumcarbidschicht
bedeckt. Da ein gestaltetes Siliciumcarbid, falls es mit einer Siliciumcarbidschicht
zumindest auf der Oberfläche gebildet ist, gewöhnlichen Anwendungserfordernissen
entsprechen kann, besitzen solche Produkte große praktische Brauchbarkeit.
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Erfindungsgemäß sollen daher Methoden zum Erzeugen gestalteter Siliciumcarbidgegenstände
geschaffen werden, wobei die Methoden relativ einfach und wenig aufwendig sind,
und Siliciumcarbidproaukte erzeugt werden, welche in wesentlichen die gleiche Gestalt
besitzen wie die ursprünglich gestalteten Kohlegegenstände, und zwar mit allen erwünschten
Eigenschaften der Siliciumcarbidmaterialien.
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Die Erfindung umfaßt im Grunde die Verwendung eines Kohleausgangsmaterials
mit einem wahren spezifischen Gewicht von nicht mehr als 2,1, aus welchem Gegenstände
der gewünschten Form nach herkömmlichen Verfahren gestaltet werden können, wobei
ein gestalteter Kohlenstoffgegenstand mit einer Porosität von 20 bis O% geschaffen
wird.. Die gestalteten Kohlenstoffgegenstände werden
dann zur Siliciumcarbonisierung
zumindest der Oberfläche der Gegenstände, bei 1800 bis 2100°C mit Siliciummonoxydgas
behandelt.
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Die Erfindung beinhaltet die Herstellung gestalteter Gegenstände
aus Siiiciumcarbid, wobei man ein Kohlenstoffmaterial mit einem wahren spezifischen
Gewicht von nicht mehr als 2,1 zu gestalteten Kohleprodukten formt, welche eine
Porosität von 20 bis 40% besitzen, und man solche Gegenstände zwecks- Siliciumcarbonisierung
von mindestens ausgewählten Teilen ihrer Oberflächen, bei 1800 bis 21000C mit Siliciummonoxydgas
behandelt.
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Erfindungsgemäß können so gestaltete Siliciumcarbidgegenstände der
gewünschten Form erhalten werden, solange man zwei kritischen Bedingungen gerecht
wird.
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Zunächst soll das wahre spezifische Gewicht des Kohlematerials nicht
mehr als 2,1 sein. Die japanische Patentveröffentlichung 1963-16106 gibt an, daß
Graphit, welcher in dem Dampf gestaltet wirds der aus dem Gemisch von gepulvertem
metallischen Silicium und gepulvertem'Siliciumdioxyd im Verhältnis von 1:2 bis 1:3
erzeugt wird, zur Bildung von Siliciumcarbid- an der Oberfläche für 30 bis 150 Minuten
in einem auf eine Temperatur von 1800 bis 230Q°C erhitzten Graphitreaktor in einer
reduzierenden Atmosphäre erhitzt wird, und daß durch eine solche Behandlung eine
homogene Siliciumcarbidschicht einer Dicke von 0,2 bis 0,-5 mm
auf
der Graphitoberfläche fest: gebildet wird. Jedoch lehrt diese Patentschrift nicht,
wie die mechanische Festigkeit gesteigert werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Kohlenstoffmaterial, welches. nur mit Schwierigkeit graphitiert wird, zur
Lösung des Problemes verwendet. Beispiele solcher Materialien sind Rußgranulen,
vorzugsweise relativ geringen Durchmessers, d.h. 100 bis 150 Maschen; vernetzte
verkohlte Harze wie verkohltes Bakelit und Furanharzkohle; Pechkoks, welcher erhalten
wird durch das Hinzusetzen eines starken Verkohlungsmittels des dehydronisierten
Typs wie Pikrinsäure, Schwefel, Dinitronaphthalin und Ferrichlorid; und ein Füllstoff
von potentiell harter Graphitierung wie freier Kohlenstoff des Pechs. Diese Kohlenstoffmaterialien
besitzen sämtlich ein wahres spezifisches Gewicht von nicht mehr als 2,1 und unterscheiden
sich von Graphitmaterialien höheren spezifischen Gewichts (künstliche Graphite des
Kokstyps: 215 bis 2,2, und natürliche Graphite: 2,2 bis 2,26).
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Der für das Gestalten des Kohlenstoffs zu verwendende Binder ist ebenfalls
vorzugsweise von potentiell harter Grapitierung. Zusolchen Materialien zählen beispielsweise
ein starker Verkohlungsbinder, welchen man durch das Hinzusetzen eines stark verkohlenden
Mittels des dehydronisierten Typs wie Schwefel und Dinitronaphthalin zu Pech erhält;
Bakelit und ein Furanharz.
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Zusätzlich zu den oben erwähnten Füllstoffen harter Graphitlerung,.können
auch solche verwendet werden, welche relativ leicht
graphitiert
werden. Jedoch ist es bei Verwendung eines solchen Füllstoffes erforderlich, daß
das gestaltete Material bei der Maximaltemperatur verkohlt wird, bei welcher das
wahre spezifische Gewicht bei nicht mehr als 2,1 gehalten wird, beispielsweise bei
einer Temperatur unter 13000C, welches die maximale Ofentemperatur ist, welche allgemein
in Industrieöfen angewandt wird, während die Siliciumcarbonisierungstemperaturdes
gestaltet ten Kohlenstoffs mindestens 18000C beträgt. Diese Temperaturdifferenz
verursacht ein Zusammenziehen des gestalteten Kohlenstoffs während des Silciumcarbonisierns,
was es schwierig macht, sehr präzise Produkte zu erzielen, selbst wenn ein solches
Zusammenziehen beim Gestalten bzw. Bearbeiten des Ausgangsmaterials berücksichtigt
wird. In diesem Sinne sind Füllstoffe leichter Graphitierung geeignet für das Herstellen
von Gegenständen, welche weniger präzise zu sein brauchen. Demgegenüber- verursachen
die oben erwähnten Füllstoffe harter Graphitierung solche Schwierigkeiten nicht.
Ihre Graphitierung schreitet nicht sehr tief nach innen in das Material während
des Siliciumcarbonisierens bei Temperaturen über 2100°C hinein fort und wenn die
auftretende Zusammenziehung bzw. Kontraktion des Materials in dies-em Stadiumbeendet
ist1 so erfolgt keine weitere Kontraktion während des-Siliciumcarbonisierens bei
niedrigeren Temperaturen. Daher sind diese Füllstoffe zum Herstellen präziser Gegenstände
besser geeignet.
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Je mehr die Graphitierung sich entwickelt, um so härter ist die Siliciumcarbonisierung.
Ein Grund hierfür besteht vermutlich darin, daß die Kristallisation des Materials
sich bis zu einem Ausmaß entwickelt, daß die Atomanordnung so regelmäßig wird, daß
sich der Aufbau des Graphits ergibt, was den Ersatz von Kohlenstoffatomen durch
Siliciumatome zur Umbildung des Kristallaufbaus des Siliciumcarbids schwierig macht.
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Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kohlenstoffs ist bisweilen
von Bedeutung. Auf der Siliciumcarbidschicht, welche nur auf der Oberfläche des
gestalteten Kohlenstoffs gebildet wird, findet man Risse. Diese Erscheinung nimmt
man nicht wahr bei gestalteten Siliciumcarbidgegenständen mit einer dünnen Schicht,
welche vollständig siliciumcarbonisiert ist, oder bei solchen Gegenständen, welche
nur aus Siliciumcarbid hergestellt sind nach dem Brennen der nacherwähnten restlichen
kohligen Substanzen, aber können bei solchen Gegenständen auftreten, welche Schichten
aus Carbid und Kohlenstoff aufweisen. Um diese Erscheinung zu vermeiden, sollte
man Kohlenstoff verwenden, welcher einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt,
der demjenigen des Siliciumcarbids nahezu gleich ist. Daher ist es erwünscht, Kohlenstoff
zu verwenden, welcher einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 3 bis- 6xlO
6/oC besitzt, was etwa der gleiche ist wie der des Siliciumcarbids (3,5 bis 4,5x10-6/°C).
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Das zweite kritische Erfordernis beim erfindungsgemäßen Verfahren
ist die Verwendung eines gestalteten Kohlenstoffs mit einer Porosität von 20 bis
40%. Die Porosität drückt sich aus durch den Prozentsatz des Verhältnisses des Gesamtvolumens
der Poren eines gegebenen Materials zu demjenigen Volumen des Materials einschließlich
der Poren. Dies wird experimentell bestimmt durch das Messen des scheinbaren spezifischen
Gewichts undZdes wahren spezifischen Gewichts des Materials einschließlich der Poren.
Erfindungsgemäß verwendete gestaltete- Kohlenstoffgegenstände besitzen, wie angegeben,
eine Porosität von 20 bis 40%, vorzugsweise von etwa 25 bis 30%, und sie zeichnen
sich dadurch aus, daß sie darauf gebildete, fest-e Siliciumcarbidschichten von 1
bis- 3 mm Dicke aufweisen. Die Verwendung eines gestalteten Kohlenstoffgegenstandes
mit einer Porosität von weniger als 20%, verzögert im allgemeinen die Reaktion des
Kohlenstoffs mit Siliciummonoxydgas, weil das bei der Reaktion als Nebenprodukt
gebildete Kohlenmonoxydgas durch das zur Reaktion eingeführte Siliciumcarbidgas
ersetzt wird und die Diffusionsgeschwindigkeit dieser Gase die Reaktionsgeschwindigkeit
steuert. Demzufolge kann die sich ergebende Siliciumcarbidschicht:dünn sein oder
das gebildete Silicium'carbid kann sich von der Schicht abschälen. Bei der Verwendung
eines Materials mit einer Porosität Gher,40-t, bringt eine konstitutionell schwache
Bindung von Kohlenstoffkörnern den Nachteil mit sich, daß das gebildete-Siliciumcarbid
schwach gebunden ist, obgleich die Dicke der Schicht- gesteigert sein mag. In einem
Porositätsbereich
von 25 bis, 35% bilden sich.festere Siliciumcarhidschichten wesentlicher Dicke.
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Ein Beispiel des Gestaltens von Kohlenstoffgegenständen ist das folgende
Gepulver-ter Kohlenstoff wird mit Pech vermischt und geknetet. Das Gemisch trocknet
man dann und zerkleinert es zu Partikeln. Die Partikel preßt man zwecks Bildung
gestalteter Gegenstände in eine Form. Vor dem Verpressen werden die Partikel gesiebt
und die Porosität der gestalteten Gegenstände kann eingestellt werden, indem man
die Partikelgrößen und den angewandten Druck auswählt. Die Größe der Partikel liegt
vorzugsweise zwischen 10Q und 150 Maschen, Die gestalteten Kohlenstoffgegenstände
werden gewöhnlich bei 1200 bis 1300QC verkohlt. Zum Erzeugen hochpräziser Siliciumcarbidgegenstände,
beträgt die Verkohlungstemperatur 2800 bis 3000°C und man sollte dafür Sorge tragen,
daß DimensionsAnderungen der Produkte infolge ihres Schrumpfens oder Ausdehnens
auf einen Mindestmaß gehalten werden.
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Der gestaltete Ko hlenstpffgegenstand wird dadurch siliciumcarbonisiert,
indem man ihn mit Siliciummonoxydgas behandelt.
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Vorzugsweise sollte die Siliciummonoxydgasquelle kein Kohlenmonoxydgas
erzeugen, sondern nur Siliciummoxydgas. Daher wendet man Reaktionen an, wie sie
durch die Gleichungen
2 SiQ und (2) festes
gasförmiges SiO dargestellt sind, wobei in beiden Fällen Siliciummonoxydgas erzeugt
wird. Bei Reaktionstemperaturen unter 18000C neigt das erzeugte Siliciumcarbid
dazu,
nicht gebunden zu werden; oder die Reaktionsgeschwindigkeit neigt-dazu, zu langsam
zu sein, während bei Temperaturen über 21Q0°C das erzeugte Siliciumcarbid dazu neigt,
sich in Kohlenstoff und Silicium zu zersetzen. Die Behandlung des gestalteten KohlenstQ,ffgegenstandes
mit Siliciummonoxydgas kann beispielsweise die folgende sein: Ein guter sickerdichter
Reaktor, vorzugsweise aus Kohlenstoff, und eine Siliciummonoxyd gasquelle, werden
in einen Ofen des Tunneltyps oder eines anderen Typs aufgenommen, welcher eine Elektrode
aus künstlichem Graphit aufweist. Der Reaktor wird dann elektrisch bis auf eine
Temperatur von 18900C bis 21000C aufgeheizt, bei welcher Temperatur der gestaltete
Kohlenstoff und das erzeugte Gas sich in guter Berührung miteinander befinden. Die
Reaktionszeit variiert mit der Temperatur und mit anderen Reaktionsbedingungen,
beträgt aber im allgemeinen etwa 1 bis 5 Stunden.
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Der mit Siliciummonoxydgas behandelte, gestaltete Kohlenstoffgegenstand,
wird zumindest auf siener Oberfläche mit einer Siliciumcarbidschicht versehen und
aus der Beurteilung ihrer Bildungstemperatur wird angenommen, daß diese hauptsächlich
-SiC ist, Die pieke der. umgewandelten Schicht erreichtl bis 3 mm und die Umwandlung
durch das Siliciummonoxydgas bei einem gestalteten Kohlenstoffgegenstand mit einer
Dicke von nicht mehr als einigen Millimetern, schneitet von beiden Seiten des Gegenstandes
fort und erreicht das Zentrum was zu einer Siliciumcarbonisierung der
gesamten
Dicke dieses Teiles führt. Dicker gestaltete Kohlenstoffgegenstände werden nur auf
ihrer Oberfläche siliciumcarbonisiert, doch das Brennen des restlichen Kohlenstoffs
solcher gestalteter Kohlenstoffgegenstände, schafft vollstandig siliciumcarbonisierte,
gestaltete Kohlenstoffgegenstände, beispielsweise hohl gestaltete Gegenstände aus
Siliciumcarbid. Wenn daher der restliche Kohlenstoff gebrannt wird, ist es nicht
erforderlich, den Einfluß durch seine thermische Ausdehnung zu betrachten. Die Behandlung
eines begrenzten Bereiches des Gegenstandes mit Siliciummonoxydgas ist auch zur
teilweisen Siliciumcarbonisierung der Oberflächen des Gegenstandes möglich.
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Erfindungsgemäß hergestellte, gestaltete Siliciumcarbidgegenstände,
sind ganz oder zumindest teilweise an der Oberflache mit einer Siliciumcarbidschicht
versehen und umfassen natürlich diejenigen Gegenstände, welche durch ihre gesamte
Dicke hindurch siliciuiricarbonisiert sind. Eine mit Siliciumcarbid bedeckte Schicht
dieser Gegenstände behältçdi-e~Porosität der ursprünglichen gestalteten Kohlenstoffgegenstände
bei und Anderungen in der Dimension und der Gestalt des ursprünglichen, gestalteten
Kohlenstoffgegenstandes sind fast zu vernachlässigen. Daher können Siliciumcarbidgegenstände
jedweder Gestaltung oder Konstruktion erzielt werden, soweit eine solche Gestaltung
oder Konstruktion mit den ursprünglichen gestalteten Kohlenstoffgegenständen möglich
ist. Auch werden gewöhnlich die ursprünglichen Eigenschaften des Siliciumcarbids
bei den sich ergebenden gestalteten Siliciumcarbidgegenständen
beibehalten,
d.h. solche Produkte besitzen die gleichen erwünschten Eigenschaften des Siliciumcarbids
allgemein, einschließlich Festigkeit, Härte, elektrischer Leitfähigkeit> WärmeUbertragung,
Wärmeausdehnungskoeffizient, Haftung, Wärmebeständigkeit und chemischer Beständigkeit.
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Wegen der oben erwähnten Eigenschaften können erfindungsgemäß hergestellte,
gestaltete Siliciumcarbidgegenstände verwendet werden als Gleitmaterialien von mechanischen
Dichtungen, Lagern, Schaufeln; als Abriebstoffe für Mühlen, Mahisteine und Feilen;
als Strukturen mit dünnen Vielfachschichten wie Wabenzellenmatrizen für sich drehende
Wärmeaustauscher für Gasturbinen; und weiter für elektrische Zwecke, beispielsweise
als Heizeinheiten jeder gewünschten Gestalt. Die Porosität des gestalteten Siliciumcarbids
schafft beispielsweise enge Löcher wie diejenigen, wie sie bei öllosen Gleitmaterialien
geeignet sind oder wie diewenigen in Schleifmaterialien, um den Durchgang von Flüssigkeit
zur Schleiffläche der Materialien von der entgegengesetzten Seite her zu gestatten.
Solche Löcher werden auch benutzt zur Imprägnierung mit einem Schmiermittel oder
einem Katalysator, Metall oder Harz, zusätzlich zur Flüssigkeit wie Wasser und öl.
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Die Erfindung sei nunmehr unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsbeispiele
erläutert. In jedem Beispiel wird der Kohlenstoff zur gewünschten Gestalt verformt
und die Ausmaße mit
der Seite in ein Graphitgefäß gebracht, welche
der Siliciumcarbonisierung ausgesetzt werden soll. Ferner wird ein Tiegel, welcher
Siliciumdioxydsand (SiO2) und gepulvertes metallisches Silicium enthält (wobei das
molare Verhältnis des Siliciumdioxyds zum metallischen Silicium 1,1:1 bis 1,2:1
beträgt) in das Gefäß gebracht, welches dann mit einem Graphitdeckel verschlossen
wird.
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Das Gefäß wird rasch bis auf 19000C bis 19500C, beispielsweise in
einem Graphitierungsofen, erhitzt und in diesem Temperaturbereich 4 Stunden gehalten.
Dann wird das Gefäß im Ofen abgekühlt und der entstandene Siliciumcarbonis ierte
Gegenstand entfernt.
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Beispiel 1 Gestaltete Kohlenstoffgegenstände mit einer Dicke von
5 mm und einer Porosität von 22 bis 25% und mit variierendem wahren spezifischen
Gewicht, werden siliciumcarbonisiert und ihre umgewandelten Schichten geprüft. Eine
aschgrüne Schicht aus Siliciumcarbid befestigt sich auf dem Querschnitt des umgewandelten
Teils und diese Schicht unterscheidet sich offensichtlich von der schwarzen Kohlenstoffschicht.
Die Ergebnisse sind in Tabelle I gezeigt.
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Tabelle I Material Füllstoff Binder Behandlungs- Spez. Zustand nach
temperatur Gewicht Siliciumcarboni-(°C) sierung A natürli- Kohlen- 3000 2,16 fast
nicht umgecher teer- wandelte Schicht Graphit pech B gepul- " " 2,13 verter, künstlicher
Graphit C " " 1300 2,10 dünne, aber offensichtlich umgewandelte Schicht D Ruß "
3000 2,06 offensichtlich umgewandelte Schicht E Kobs " 1300 1,95 stärker sichtbar
umgewandelte Schicht F Ruß Kohlen- 3000 1,94 teerpech und Schwefel G Koks Bake-
1300 1,92 I1 lit
Beispiel 2 - Man verwendet Xohlenstoffgegenstände,
welche gestaltet wurden aus Kohlenstoffmaterialien mit einem spezifischen Gewicht
von 1,95 und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 3,6x10-6/°C, und welche
erhalten wurden durch das Hinzusetzen von Schwefel zu einem Füllstoff des Rußtyps
und einem Binder des Kohleteertyps.
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Die Gegenstände besitzen eine Dicke von 10 mm und variieren hinsichtlich
der Porosität Die Dicke der umgewandelten Schichten wird dadurch gemessen, daß man
die Dicke leicht unterscheidbarer Schichten mißt. Die Ergebnisse sind in Tabelle
lT gezeigt.
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Tabelle II Porosität 0,4 15,8 21,3 29,3 35,0 40,5 umgewandelte 0,2
0,3- 1,4- 2,7- 3,3- 3,5-Dicke (mm) 0,4 1,7 3,1 3,5 3,6 Wenn auch das Material mit
einer Porosität von 40,5% eine dicke Siliciumcarbidschicht zeigt, so ist doch deren
Festigkeit relativ schwach.
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Beispiel 3 Kohlenstoffgegenstände, welche Porositäten von 20% (wahres
spezifisches Gewicht 1,96) und 288 (wahres spezifisches Gewicht 1,98) besitzen und
welche aus Kohlenstoffmaterialien mit verwendetem Rußfüllstoff herausgearbeitet
wurden, und thermische Koeffizienten
-von 3,2x10-6/°C bzw. 3,7xlO
6/oC besitzen, werden so gestaltet, daß sie eine Dicke von 2, 4, 6 bzw. 8 mm aufweisen.
Die gestalteten Kohlenstoffgegenstände werden mit Siliciummonoxydgas zur Reaktion
gebracht und zwar mit ihren gesamten Oberflächen in Berührung mit dem Gas. Nach
der Reaktion werden die Kohlenstoffkerne in einer oxydierenden Atmosphäre gebrannt,
um innen hohle, siliciumcarbonisierte Gegenstände zu erzeugen. Die Ergebnisse sind
die folgenden: Bei Materialien mit einer Porosität von 20% werden Ilohlkerne in
den Materialien gebildet, welche eine Dicke von 4, 6 und 8 mm besitzen. Bei Materialien
mit einer Porosität von 28% wird ein Hohlkern gebildet bei dem Material, welches
8 mm dick ist. Bei den restlichen Materialien erfolgt ein vollständiges Siliciumcarbonisieren
mit einem Gewichtsverlust (auf das berechnete Gewicht).
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Beispiel 4 Es werden Siliciumcarbonisierungsreaktionen durchgeführt,
wobei man gestaltete Kohlenstoffgegenstände verwendet, welche eine Länge von 250
mm, eine Breite von 50 mm, einetDicke von 4 mm, ein wahresspezifisches Gewicht im
Bereich von 1,96 bis 2,10, sowie unterschiedlibhe thermische Ausdehnungskoeffizienten
besitzen.
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Die erzielten Ergebnisse sind in den Tabellen III und IV gezeigt.
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Tabelle III Füllstoff Binder wahres Behandlungs- Material spez. temperatur
Gewicht (°C) Koks Kohlen- 2,10 3000 A teerpech Ruß " 2,00 " B Ruß Kohlen- 1,96 "
C teerpech und Schwefel Tabelle IV Material thermischer Porosität umgewandelte Zustand
nach Ausdehnungs- (8) Dicke (mm) Siliciumcarbonikoeffizient sierung A 2,0x10-6 23
0,5 Risse nach einer Woche B 3,2x10-6 25 1,6 keine Änderung C 5,5x10-6 21 1,2 keine
Anderung
Beispiel 5 Es werden Kohlenstoffgegenstände verwendet,
welche wie Material A in Beispiel 4 gestaltet sind und es wird festgestellt, daß
die Porosität der Gegenstände vor und nach dem Siliciumcarbonisieren die gleiche
bleibt. Wegen ihrer Porosität können die erzeugten gestalteten Siliciumcarbidgegenstände,
wie die Kohlenstoffgegenstande, zur Imprägnierung mit Harzen wie Epoxydharz und
Bakelit verwendet werden. Die physikalischen Eigenschaften der gestalteten Siliciumcarbidgegenstände
sind in Tabelle V gezeigt.
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Tabelle V
| gestalteter Kohlen- gestalteter Sili- |
| stoffgegenstand ciumcarbidgegenstand |
| Porosität (%) 23 23 |
| Dimensionen (mm) 10 x 10 x 60 10 x 10 x 60 |
| Imprägnierungs- 16,2 15,3 |
| rate von |
| Bakelit (%) |
| Fehlerfesti- nicht im- 285 411 |
| keit (kg/cm ) prägniert |
| imprägniert 425 508 |
Beispiel 6 Kohlenstoffgegenstände, welche gestaltet sind wie das Material B von
Beispiel 4, werden nach dem "Festsetzen ihrer Varkohlungstemperaturen" bei 1300°C,
22000C und 30000C, zu Ringen verarbeitet, welche einen äußeren Durchmesser von etwa
200 mm,
einen Innendurchmesser von etwa 194 mm und eine Breite
von etwa 40 mm besitzen, woraufhin deren Siliciumcarbonisieren folgt.
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Durch Messen der Dimensionsveränderungen der sich ergebenden gestalteten
Siliciumcarbidgegenstände werden Werte erhalten, welche in Tabelle VI gezeigt sind.
Wenn die endgültige Behandlungstemperatur der gestalteten Kohlenstoffgegenstände
gering ist und die Differenz zwischen dieser Temperatur und der Siliciumcarbonisierungstemperatur
groß ist, so besitzen die Produkte die Neigung mangelhafter Dimensionsstabilität,
do-ch nur 5% der Produkte zeigen eine solche Neigung.
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Tabelle VI
| Verkohlungs-|äußerer (mm) innerer (mm) Ringbreite (mm) |
| temperatur Durch- Durch- |
| (°C) messer messer |
| vor nach vor nach vor nach |
| Reaktion Reaktion Reaktion Reaktion Reaktion Reaktion |
| 1300 199,2 198,4 194,0 193,5 40,2 40,1 |
| 2200 199,3 199,4 194,1 194,2 40,2 40,2 |
| 3000 199,1 199,2 194,1 194,2 40,2 40,2 |
Es wird also ersichtlich, daß hier eine verbesserte Technik zum Erzeugen gestalteter
Siliciumcarbidgegenstände geschaffen wird, welche von großem gewerbsmäßigen Nutzen
und praktischer Bedeutung ist.