DE2146448B2 - Verfahren zur kontinuierlichen Abscheidung von Bor auf einem aus Pech erzeugten Kohlenstoffaden - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Abscheidung von Bor auf einem aus Pech erzeugten Kohlenstofffaden, bei welchem der Faden in einem Reaktionsrohr, das ein hiermit verbundenes Gaseinlaß- und Gasauülaßrohr aufweist, mit reaktiven Gasen, die aus einem Gemisch von Bortrichlorid und Wasserstoff bestehen, in Berührung gebracht und der Faden auf eine zur Zersetzung der reaktiven Gase ausreichende Temperatur erhitzt wird, wodurch amorphes Bor auf dem Faden abgeschieden wird.

Es wurde gefunden, daß solche Borfäden bei einer breiten Vielzahl von strukturellen Verwendungszwekken eingesetzt werden können. Die Form und die Eigenschaften des abgeschiedenen Bors können durch Kontrolle der Abscheidungsbcdingungen, insbesondere der Temperatur der erhitzten Oberfläche, festgelegt werden.

Typischerweise wenden Borfäden dadurch hergestellt, daß ein Gemisch aus Wasserstoff und Borhaloge- ss nid, z. B. Bortrichlorid, über einen metallischen oder Kohlenstofffaden geleitet wird, welcher beispielsweise durch seinen inneren elektrischen Widerstand auf eine vorgewählte Temperatur erhitzt worden ist. Das Gemisch aus Wasserstoff und Bortrichlorid kann geeig- (m neterweisc hergestellt werden, indem Ströme von Wasserstoff und Bortrichloridgascn vermischt werden, um die gewünschte Bortrichloridkon/eniration in dem Wasserstoff zu bilden, der die Kammer verläßt. Das auf diese Weise erhaltene Gemisch wird durch eine Ab- ^(l5 schcidiingskammcr geleitet, welche die erhitzte Oberfläche enthält. Dies geschieht mit einer wirksamen Geschwindigkeit, um eine hohe Geschwindigkeit der Borabscheidung aufrechtzuerhalten, welcttc mn der Aulrechterhaltung im wesentlichen von gleichförmigen Bedingungen des Bors auf dem Substrat im Einklang steht.

Hauptsächlich in Abhängigkeit von der Abscheidungstemperatur werden vier verschiedene Former, des Bors gebildet: Bei Temperaturen oberhalb etwa IGOO^K wird p-rhomboedrisches Bor gebildet, zwischen etwa 1400 und 1600* K wird tetragonalcs Bor gebildet zwischen etwa 1100und 1500° K wird Λ-rhomboedrisches Bor gebildet und zwischen etwa 1600 und HOO=K wird amorphes Bor gebildet. Es besieht eine gewisse Überlappung der Temperaturbereiche in welchen die verschiedenen Formen des Bors gebildet werden Insbesondere neigt in den verschiedenen Bereichen die Form des anfangs gebildeten Bors dazu, sich beizubehalten. Wenn beispielswe.se die anfangliche Abscheidung bei einer niedrigen Temperatur gebildet wird bei welcher amorphes Bor abgeschieden wird. dann kann die Abscheidung in amorpher Form selbst bei erheblich höheren Temperaturen sich fortsetzen, bei welchen sonst eine kristalline Form des Bors abgeschieden werden würde. Wenn die Abscheidung des Bors in der 0-rhomboedrischen Form bei Temperaturen oberhalb 1600⁰K begonnen wird, dann kann die Abscheidung in dieser Form selbst bei Temperaturen, die nur 1100° K betragen, weitergehen.

So ist es aus der DT-OS 19 49 830 bekannt, zur Herstellung von Kohlenstoffasern mit verbesserten Eigenschaften die Kohlenstoffasern nach der Carbonisierung elementarem Bor in der Dampfphase auszusetzen. Um die gewünschten Kohlenstoffäden mit einem Borgehalt zu erhalten, werden gegenüber dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung unterschiedliche Techniken angewendet. Eines der Verfahren der Entgegenhaltung bcs'eht darin, daß die graphitierten Polyacrylnitrilfasern unmittelbar nach der Stufe des Erhitzens an Luft in eine wäßrige Lösung einer Borverbindung getaucht werden. Hierbei ist weiter vorgesehen, daß die wäßrige Lösung Borsäure enthält. Ein weiteres, in dieser Litcraturstelle besch, !ebenes Verfahren besteht darin, daß das Substrat nach der Carbonisierung oder bei der Graphitisierung elementarem Bordampf bei einer Temperatur oberhalb 2000⁰C ausgesetzt wird. Hierbei kann zusätzlich die Bor enthaltende Kohlenstoffaser einer Neutronenbestrahlung ausgesetzt werden. Demgegenüber betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Abscheidung von Bor auf Kohlenstoffadensubstraten in einem Gemisch eines reaktiven Gases, das Bortrichlorid und Wasserstoff enthält, wobei die Umsetzung bei etwa 1400 bis 1450⁰C erfolgt. Dieses Verfahren ist völlig unterschiedlich gegenüber dem Verfahren der DT-OS 19 49 830. Die sich bei Eintauchen eines erhitzten carbonisierten Substrats in eine borhaltige, wäßrige Lösung stellenden technologischer Probleme lassen sich nicht mit denen vergleichen, dir sich bei Kontaktierung eines Kohlenstoffadensubstrat' mit einem reaktiven Gasgemisch bei 1400 bis 1450"C ergeben. Das gleiche gilt für die Abscheidung von B01 aus Bordämpfen bei Temperaturen über 2000⁰C. gegebenenfalls unter Neutronenbestrahlung, im Vergleicl zu einer Borabschcidung bei etwa 1400"C aus einen Reaktionsgemisch von Borhalogenid und Wasserstoff gas.

Wie aus S. 2, Abs. 2 und 4, der Entgegenhaltung hervorgehl, beträgt der maximale Borgehalt in der Kohlenstoffaser gemäß der angezogenen Entgegenhaltung 2.5 Gewichtsprozent Bor. Demgegenüber wird erfindungsgemäß auf dem Kohlenstoffadensubslrat eine

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derart große Bormenge abgeschieden, daß die Größe die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden wer-

der Faser bis zu der siebenfachen Ausgangsgröße an- den sollen. Erfindungsgemäß sollen amorphe Borfä-

wächst. Aus den vorstehend genann-en Größen geht den mit kontinuierlicher Länge zur Verfügung gestellt

hervor, daß die Kohlenfaser der angezogenen Entge- werden, die eine hohe Zugfestigkeit und einen hohen

genhaliung lediglich einen geringen Borgehall, der als 5 Elastizitätsmodul besitzen. Die erfindungsgemäß her-

Zusatz die Eigenschaften der Faser verbessern soll, ent- gestellten Borfäden sollen auf einem Kohlenstoff-End-

hält, während die erfindungsgemäße Faser tatsächlich losfadensubstrai gleichförmig abgeschieden werden,

eine Borfaser darstellt. ohne daß eine Rißbildung auftritt.

Aus dnr GB-PS 10 51 883 ist bekannt, auf Fadensub- Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierli-

straten wie Graphit Bor abzuscheiden, indem man die io chen Abscheidung von Bor auf einem aus Pech erzeug-

Fadensubstrate mit einem Gasgemisch tus Borhaloge- ten Kohlenstoffaden ist dadurch gekennzeichnet, daß

nid wie Bortrichlorid und Wasserstoff bei höheren man zunächst den Faden widerstandsbeheizt auf ober-

Temperaturen, z. B. bei 1050°C, behandelt. Dabei ist die halb 1500⁰C erhitzt durch den eigenen elektrischen

Tcmperamr so auszuwählen, daß sich aus dem Gasge- Widerstand des Fadens selbst und anschließend die

misch Bor auf dem Substrat niederschlägt. i₅ reaktiven Gase mittels des Gaseinlaßrohrs in das Reak-

Das bekannte Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, tionsrohr bei etwa 1400 bis 1450⁰C unter Berührung

daß bei der Herstellung von Fäden, die einen hohen mit dem Faden zur Zerschlagung des Fadens führt, wo-

Borgehalt aufweisen. Rißbildung auf dem Fadensub- bei sich die Mittellinie des Gaseinlaßrohrs mit der Peri-

strat stattfindet, was die struktureilen Eigenschaften, pherie des Reaktionsrohrs in Gleichrichtung befindet,

z. B. die Zugfestigkeit oder den Elastizitätsmodul, stark 20 so daß die Gase den Faden im Tangentialfluß berühren

beeinträchtigt. Die unregelmäßige Rißbildung auf dem und bewirkt wird, daß die reaktiven Gase und der Fa-

Kohlenstoffsubstrat wird durch seine Fehlanpassungs- den den Reaktor in der gleichen Richtung, um Kühlung

beanspruchung während der Borabscheidung hervor- des Fadens, während er überzogen wird, zu bewirken,

gerufen. durchqueren.

In der US-PS 33 69 920 wird ein Verfahren zur Ab- 25 Die erfindungsgemäß hergestellten Fäden sind be-

scheidung pyrolytischer Überzüge auf Kohlenstoff- und sonders zur Herstellung von zusammengesetzten

Graphitfäden beschrieben, wobei diese Überzüge bei Materialien mit geringem Gewicht, hoher Steifigkeit

einer Temperatur zwischen etwa 1300 und 2100⁰C und und hoher Festigkeit geeignet, wenn sie zusammen mit

einem Druck von weniger als 100 mm Quecksilber ab- einer Kunststoff- oder Metallmatrize verwendet wer-

geschieden werden. In dieser Druckschrift findet sich 30 den.

kein Hinweis auf die Abscheidung von Bor auf Kohlen- Die zusammengesetzten Körper können zur Herstelstoffasersubstrate aus einem Gasgemisch aus Bortri- lung von bleistiftdünnen Golfschäften, Versteifungschlorid und Wasserstoff bei 1500 bis 1800" C. Diese streifen in Wellenbrettern, Versteifungsflächen in Druckschrift ist auch weder auf die Abscheidung von Automobilhüllen und dünnen Sparren u. dgl. in der aeelementarem Bor noch speziell auf die Abscheidung 35 ronautischen und astronautischen Industrie verwendet von elementarem armorphem Bor gerichtet. Auch sind werden.

die in Spalte 2, Zeilen 51 bis 53, angeführten Tempera- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein türen nicht mit denen des erfindungsgemäßen Verfah- Kohlenstoffaden, der durch Verspinnen von Kohlenrens vergleichbar, da keine Beziehung zwischen den teerpech oder ähnlichen harzartigen Materialien her-Temperaturen, bei welchem ein Borid oder ein Carbid 40 gestellt worden ist und der oxydiert und bei 1000 bis abgeschieden wird, mit Temperaturen, bei denen die 1200°C carbonisiert worden ist, in einer nicht oxydie-Abscheidung von amorphem Bor erfolgt, besteht. renden Atmosphäre, wie nachstehend beschrieben. Außerdem wird bei dem bekannten Verfahren im Va- einer Temperatur von etwa 1400 bis 1450⁰C unterworkuum, z. B. bei 100 mm/Hg oder unter 20 mm/Hg, gear- fen, dann wird der Faden mit einem Gasstrom aus etwa beitet, während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 45 60 Teilen Wasserstoff und etwa 40 Teilen Bortrichlorid eine Abscheidung unter normalem Druck erfolgt. (auf das Volumen bezogen) in Berührung gebracht, um

Bei dem bekannten Verfahren werden die Fäden um die Abscheidung von amorphem Bor auf dem Faden zu

perforierte Wände eines zylindrischen Rohrs gewickelt, bewirken. Die Fasern werden dann abgekühlt, wie die

wobei die Reaktionsgase durch die Perforationen des Abscheidung des Bors fortschreitet, um eine kontinu-

Rohrs austreten. Hierdurch erfolgt ein direk:er Angriff 50 ierliche Abscheidung des amorphen Bors auf dem Koh-

dieser Gase auf die Fasern, während erfindungsgemäß lenstoffsubstrat zu bewirken. Die reaktiven Gase wer-

ein kontinuierlich tangentialer Fluß während des den mit dem Faden in einer solchen Weise in Berüh-

Ablaufs der Reaktion bezüglich der Faser erzielt wird. rung gebracht, daß eine maximale Kühlung und eine

Bei dem bekannten Verfahren, bei dem das Substrat auf maximale Massenüberführung der Abscheidung erzielt

eine Hülse aufgewickelt wird und bei dem ansatzweise 55 werden.

gearbeitet wird, erfolgt auch keine gleichmäßige Ab- Es wird ein tangentialer Gasstrom verwendet, wobei

scheidung an den Punkten des Substrats, die die Hülse die Mittellinie des Gaseinlaßrohrs mit der Peripherie

berühren. Bei dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen des Reaktionsrohrs ausgerichtet ist, wie es in der Figur

Verfahren wird jedoch eine gleichförmige Abscheidung gezeigt wird. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren

erreicht. 6° kann ein mit Bor bedeckter Kohlenstoffsubstratfadcn

In der US-PS 34 09 469 wird ein Verfahren zum hergestellt werden, dessen Durchmesser bis das Vierfa-

Überziehcn elektrisch leitender Fäden beschrieben. ehe des ursprünglichen Durchmessers des Kohlen-

wobci der Faden kontinuierlich durch eine Reaktions- slofffadensubstrats beträgt.

kammer gezogen wird. Dabei wird das Gas im Gegen- In den Zeichnungen wird eine vereinfachte Art für

strom zu dem Substratfluß eingeführt. ⁶5 eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vor-

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe richtung gezeigt. Es zeigt

zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von amorphen F i g. 1 einen Querschnitt eines zur Durchführung des

Borfäden mit kontinuierlicher Länge zu schaffen, wobei erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Reaktors,

F i g. 2 eine senkrechte Ansicht, aufgenommen durch die Linie A-A der Fig. 1,

F i g. 3 ein typisches Schemadiagramm einer Kraftquelle mit hoher Impedanz, die zur Erhitzung des Kohlenstoffadens während des Abscheidungsprozesses verwendet wird.

Der Reaktor kann aus jedem beliebigen Material hergestellt werden, vorzugsweise aus einem wärme- und elektrisch isolierenden Material, z. B. aus Glas oder Quarz.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1, die aus Glas hergestellt ist, wird der Kohlenstoffaden 1 von einer (nicht gezeig'en) herkömmlichen Vorratsspule durch eine Kammer 2 geleitet. Diese enthält einen Quecksilber-Pol 2a, der als Gasdichtung und als eine Elektrode wirkt, um die Widerstandsheizung des Fadens zu bewirken. Die Kammer ist mit einem Einlaß oder einem Standrohr 3 versehen. Es sind zwei Kapillarröhren 4 und 5 vorgesehen, um den Faden ohne Aussickern von Quecksilber in das Reaktionsrohr 6 einzubringen. Das Reaktionsrohr besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus Pyrex-Glas und besitzt einen Außendurchmesser von etwa 22 mm und eine Länge von etwa 45,7 cm. Dci Reaktor ist mit einem tangentialen Gaseinlaß 7 in der Nähe des Fadeneinlaßendes des Reaktionsrohres und einem tangentialen Gasauslaß 8 in der Nähe des Auslaufendes des Fadens versehen. Diese beiden Teile sind auch aus Pyrex-Glas hergestellt und besitzen einen Außendurchmesser von 6 mm. Der Faden durchquert den Reaktor und gelangt dann durch die zweite Quecksilberelektrodenkammer 9, welche einen Quecksilber-Pol 9a enthält. Dieser ist in ähnlicher Weise an die Elektrodenkammer 2 mit einem Standrohr 10 und Kapillarröhren 11 und 12 angebracht. Der Faden wird dann von einer herkömmlichen angetriebenen Aufnahmespule (nicht gezeigt) aufgenommen.

Eine typische Kraftquelle mit holier Impedanz, die zur Erzielung einer konstanten Potentialdifferenz zwischen den Quecksilberelektroden verwendet wird, ist in F i g. 3 gezeigt. Die Spannungsregulierung erfolgt durch die Verwendung eines von 0 bis 120 V variierbaren Transformators 13 und die Spannungserhöhung durch einen 1150 V Transformator 14. der in der Mitte abgenommen wird. Es wird eine Vollwellenrektifizierung durch ein Verteilungsstück von Kristalldioden 15 erzielt, wobei eine Dämpfung durch eine parallele Resistor-Kapazität-Anordnung 16 und 17 erzielt wird. In dem Stromkreis sind 310 W 7 V Lampen 18 als temperaturvariierbare Resistoren angebracht.

Unter dem hierin gebrauchten Begriff Kohlenstoffadensubstrat« soll ein kohlenstoffhaltiger Endlosfaden verstanden werden, der aus dem Pech von Kohlenteer, Erdöl, Polyvinylchlorid oder ähnlichen harzartigen Materialien erhalten wird, wenn diese zu einem Faden mit dem gewünschten Substratdurchmesser versponnen und vollständig oxydiert, carbonisiert und graphitisiert werden. Ein solches Verfahren ist z_ B. in der US-Patentschrift 33 92 216 beschrieben. Bei dieser Verfahrensweise geht man so vor, daß man a) das Ausgangs-Pechmaterial in einem inerten Gas auf eine Temperatür von etwa 300 bis 500° C erhitzt, b) das so behandelte Pech auf eine Spinntemperatur bringt und das Material verspinnt, c) die gesponnenen Fäden durch Kontakt mit einem oxydierenden Gas oxydiert, d) die oxydierten Fäden durch Erhitzen in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur, die erheblich über 500°C liegt, carbonisiert. Ein solches Kohlenstoffsubstrat hat typischerweise einen Durchmesser von 1.27 χ 10~^J bis 25,4 χ 10"¹CHi. Diese Substrate können in kontinuierlichen Langen hergestellt werden.

Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfin dung wird ein solcher Kohlcnstoffaden in das Einlaßtci des Reaktors, der z. B. in F i g. 1 gezeigt ist, durch der Quecksilber-Pol eingeleitet. Dieser wirkt als eine Elek trode einer Gleichstromwiderstandserhitzungseinrieh tung. Der Faden gelangt dann durch den Reaktortei und hierauf durch den Quecksilber-Pol am Ende der Reaktorzone, der als die zweite Elektrode für die Widerstandserhitzung dient. Die Anfangstemperatur der Borabscheidung sollte eine Fadentemperatur vor etwa 1400^cC bis 1450⁰C sein, um die schnellste Abscheidung von amorphem Bor zu ergeben. Temperalu ren von mehr als 1450⁰C bewirken eine Kernbildung und die Abscheidung von kristallinem Bor, das eine unerwünschte Form des Bors zur Herstellung von Fäden mit hoher Festigkeit und hohem Modul ist. Die Temperatur des Fadens wird durch drei Variablen kontrolliert nämlich in Stromfluß durch den Faden, die Flicßgeschwiiidigkeit der Gase um den Faden während der Abscheidung und den Strahlungswärmeverlust des Reaktors in die umgebende Atmosphäre. Die Stromstärke beträgt etwa 200 tnA bei 1000 V. Der Strom der Gase im Inneren des Reaktors wird auf eine Geschwindigkeit von etwa 0,028 bis etwa 0,227 mVh, vorzugsweise etwa 0,056 bis etwa 0,071 mVh, bei einem Innen druck von etwa 1 bis 1,3 At eingestellt.

Der Kohlenstoffaden wird durch den Reaktor mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,15 bis etwa 0,91 m/min geleitet, um eine Gesamtberührungszeit der Fasern mit den reaktiven Gasen von etwa '/2 bis IV2 min zu gestatten, obgleich eine zusätzliche Kontaktzeit vorgesehen werden kann, um eine größere Ansammlung des Bors auf dem Substrat zu bewirken.

Die reaktiven Gase, Wasserstoff und Bortrichlorid werden in tangentialem Strom in der Nähe des Fadeneinlaßendes des Reaktors eingeleitet. Sie werden am kalten Ende des Reaktors nach Abscheidung des Bors auf dem Kohlenstoffsubstrat mit einer solchen Geschwindigkeit abgelassen, daß ein leicht positiver Innendruck auf dem Reaktor, z. B. von Atmosphärendruck bis dem 1.3fachen Atmosphärendruck, aufrechterhalten wird. Im Idealfall wird auf ein Verhältnis Bortrichlorid : Wasserstoff von etwa 4 : 6 (auf das Volumen bezogen) in dem Reaktor aufrechterhalten, obgleich dieses Verhältnis variiert werden kann, um etwa 20 bis 50 Volumprozent Bortricnlorid in Wasserstoff zu halten, ohne daß vom Gedanken dieser Erfindung abgewichen wird. Weiterhin wird gemäß der Erfindung auch die Zugabe von Verdünnungsgasen, z. B. von Argon und/oder Helium, in Betracht gezogen.

Der Temperaturgradient des Fadens im Inneren der Reaktionskammer sollte nicht so groß sein, daß die Abscheidung vor der Entfernung des Fadens aus der Reaktionskammer begrenzt wird. Der Temperaturgradient in der Kammer hängt von folgenden Faktoren ab: Von dem verringerten Widerstand des Substrats, wenn die Abscheidung erfolgt, von der Strahlungsabkühlung des Fadens, vom Wärmeübergang zu den reaktiven Gasen innerhalb der Kammer und von dem anfänglichen Durchmesser des Fadens.

Obgleich der in F i g. 1 gezeigte Reaktor ein einstufiger Reaktor ist. wird gemäß der Erfindung auch die Verwendung eines vielstufigen Reaktors zur Kontrolle der Abkühlungsgeschwindigkeit der Fasern bei der Abscheidung in Betracht gezogen. In einem solchen Fall wird vorteilhafterweise ein Reaktor in der zweiten StM-

^:e mit einem Einlaß für die Zugabe der kalten reaktiven Gase unmittelbar nach der ersten Reaktionskammer angefügt, so daß die Temperatur des Fadens unterhalb etwa HOO⁰C erniedrigt wird, wodurch eine Kernbildung und die Abscheidung von kristallinem Bor weiter vermieden wird. Die Temperatur, bei welcher das Kohlenstoffsubstrat der reaktiven Gase gemäß der Erfindung in Berührung gebracht werden, ist erheblich höher als sie in einem herkömmlichen Reaktor mit parallelem Fluß herrscht, in welchem sich bei Temperaturen von mehr als etwa 1300⁰C kristallines Bor bildet. Vermutlich ergibt der tangentiale Fluß der reaktiven Gase eine bessere Wärmeübertragung (Abkühlung) von dem Faden und eine höhere Massenverschiebung (Abscheidungsgeschwindigkeit), welche bei den hohen Temperaturen dieser Reaktion die Abscheidung von amorphem Bor gestattet. Nach dem Verfahren der Erfindung können Fäden mit hohem Elastizitätsmodul (Young'schen Modul) und Festigkeiten erhalten werden, die an 21 100 kg/cm² herankommen.

Es sind die Fadensubstrate mit geringem Durchmesser in der Gegend von 2,5 χ 10-³ cm und darunter, die sich für die Verwendung eines vielstufigen Reaktors anbieten, worin ein zweiter oder weiterer Einlaß von kalten oder erhitzten reaktiven Gasen vorgesehen sein kann, um die Temperatur der Fäden aufrechtzuerhalten.

Bei einer Ausführungsform wird die Geschwindigkeit, mit welcher das Kohlenstoffadensubstrat durch die Vorrichtung geleitet wird, so eingestellt, daß eine heiße Stelle, mit einer Temperatur im Überschuß von 1500⁰C am Endteil der Kapillaren vorliegt, wo der Faden aus dem Quecksilberelektroden-Pol herauskommt. Beim Betrieb wird der Faden rasch durch den Reaktor geleitet, bis sich der heiße Flecken ausbildet und hierauf verlangsamt, bis sich der heiße Flecken am Ende des Kapillarteils des Einsatzrohres orientiert.

Somit sieht die Erfindung gemäß einer bevorzugten Durchführungsart die Erhitzung des Kohlenstoffadensubstrats auf oberhalb 1500⁰C am Auslaßteil der Einlaßelektrodenkapillaren vor, wodurch das Kohlenstofffadensubstrat geschmolzen wird und irgendwelche Kriecherscheinungen, die der Kohlenstoffaden vor diesem Punkt haben könnte, beseitigt werden. Unmittelbar danach scheidet sich auf dem spröden Substrat ein Borfilm ab. Das abgeschiedene Bor, das sich während der Abscheidung verlängert, zerschlägt den Faden in einer Reihe von Rissen, die zum Durchmesser des Fadens parallel sind. Die Abwesenheit des starren Substrats gestattet sodann, daß sich das abgeschiedene Bor linear in dem Maß, wie die Abscheidung erfolgt, ausdehnt, wobei das starre Substrat außer Acht gelassen wird, das vorhanden wäre, wenn diese Zerschmetterung nicht erfolgte. Auf diese Weise erfolgen während des Abscheidens des Borüberzugs zwischen der Borhülle und dem Kohlenstoffendlosfaden keine Unregelmäßigkeiten. Bei Abscheidungen, bei welchen der Kohlenstoffendlosfaden nicht oberhalb der Borabseheidungstemperatur gut behandelt wird, brechen die Kohlenstoffendlosfäden gelegentlich bei einer späteren Zeit während der Abscheidung. Dieses späte Brechen bewirkt eine Zunahme des Widerstands, der zu einem »heißen Flecken« führt, der für das Verfahren und die Festigkeit des Fadens nachteilig ist. Bei dem vorliegenden bevorzugten Verfahren wird der Kohlenstoffendlosfaden gleichförmig in kurze Längen zertrümmert, so daß die Temperatur des Fadens mit einem gleichförmigen Gradienten gehalten wird. Hierdurch wird eine hohe Festigkeit des Faxens und ein Prozeß mit hoher Durchführbarkeit erhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Abscheidung von Bor auf einem aus Pech erzeugten Kunststofffaden, bei welchem der Faden in einem Reaktionsrohr, das ein hiermit verbundenes Gaseinlaß- und Gasauslaßrohr aufweist, mit reaktiven Gasen, die aus einem Gemisch von Bortrichlorid und Wasserstoff bestehen, in Berührung gebracht und der Faden auf eine zur Zersetzung der reaktiven Gase ausreichende Temperatur erhitzt wird, wodurch amorphes Bor auf dem Faden abgeschieden wird. dadurch gekennzeichnet, dal? man zunächst den Faden widerstandsbeheizt auf oberhalb etwa 1500°C erhitzt durch den eigenen elektrischer! Widerstand des Fadens selbs! und anschließend die reaktiven Gase mittels des Gaseinlaßrohrs in das Reaktionsrohr bei etwa 1400 bis 1450' C unter Berührung mit dem Faden zur Zerschlagung des Fadens führt, wobei sich die Mittellinie des Gaseinlaßrohrs mit der Peripherie des Reaktionsrohr in Gleichrichtung befindet, so daß die Gase den Faden im Tangentialfluß berühren und bewirkt wird, daß die reaktiven Gase und der Faden den Reaktor in der gleichen Richtung, um Kühlung des Fadens, während er überzogen wird, zu bewirken, durchqueren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktzeit der reaktiven Gase mit dem Faden insgesamt '/: bis P/2 Minuten beträgt.