DE2248946B2

DE2248946B2 - GRAPHITE PRESS FORM

Info

Publication number: DE2248946B2
Application number: DE19722248946
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. Wetzikon Onder (Schweiz)
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1971-10-07
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1976-03-04
Also published as: AT315054B; JPS5030004B2; CA980543A; GB1387932A; FR2156193B1; JPS4852609A; DE2248946A1; CH536187A; FR2156193A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Preßform aus Graphit zum Heißpressen von pulverförmigen oder feinkörnigen keramischen Werkstoffen.The invention relates to a graphite mold for hot pressing of powdery or fine-grain ceramic materials.

Es ist bekannt (interner Stand der Technik der Anmelderin), pulverförmige oder feinkörnige keramische Werkstoffe, wie Bornitrid, Titandiborid, Titannitrid, Zirkoniumdiborid, Titankarbid u.dgl. in an beiden Enden offenen Preßformen aus Graphit, die in einem Ofen eingebettet sind, heiß zu pressen. Die zum Heißpressen benötigten Druckstempel, die ebenfalls aus Graphit bestehen, bewegen sich axial in der Preßform und werden durch außerhalb des Ofens angeordnete hydraulische Zylinder betätigt.It is known (internal prior art of the applicant), powdery or fine-grain ceramic Materials such as boron nitride, titanium diboride, titanium nitride, zirconium diboride, titanium carbide and the like in both ends open press molds made of graphite, which are embedded in a furnace, to hot-press. The ones for hot pressing required plungers, which are also made of graphite, move axially in the mold and are operated by hydraulic cylinders located outside the furnace.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Preßform der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie zum Erreichen von sehr hohen Temperaturen im Formhohlraum als elektrisches Widerstandselement verwendbar ist.It is the object of the invention to design a mold of the type mentioned in such a way that it can be used to achieve can be used as an electrical resistance element from very high temperatures in the mold cavity.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß die Wandung der Preßform aus einzelnen, senkrecht zur Längsachse des Formhohlraums angeordneten Graphitplatten aufgebaut ist, zwischen denen jeweils mindestens eine hochtemperaturbeständige, elektrisch isolierende Schicht angeordnet ist, die vor der Innenfläche der Preßform endet, und daß die sich dadurch auf der Innenseite der Wandung der Preßform ergebenden Schlitze mit hochtemperaturbeständigem, elektrisch leitendem Material ausgefüllt sind.According to the invention, this object is achieved in that the wall of the mold consists of individual, perpendicular to the longitudinal axis of the mold cavity arranged graphite plates is built, between which in each case at least one high-temperature-resistant, electrically insulating layer is arranged, which is in front of the inner surface of the mold ends, and that the result is on the inside of the wall of the mold resulting slots are filled with high temperature resistant, electrically conductive material.

Durch die Anordnung der elektrisch isolierender. Schichten, die bis höchstens 1 mm an die Wandung des Formhohlraums reiciien, wird der elektrische Heizstrom gezwungen, entlang der Innenwand der Preßform zu fließen. Diese Einengung des Leitungsquerschnittes der Preßform ermöglicht erst die Verwendung einer dickwandigen Preßform als elektrisches Widerstandselement zum Erreichen von sehr hohen Temperaturen im Formhohlraum in verhältnismäßig kurzer Zeit und mit günstigem thermischen Wirkungsgrad. Bei der Verwendung einer dickwandigen Preßform mit nicht eingeengtem Leitungsquerschnitt als elektrisches Widerstandselement würden sich wegen des sehr niedrigen elektrischen Widerstandes des Graphitkörpers bei schalttechnisch günstigen Spannungen extrem hohe und konstruktiv kaum beherrschbare Stromstärken ergeben; außerdem würde der gesamte Graphitkörper unnötigerweise auf die gleiche Temperatur gebracht werden müssen, was äußerst unwirtschaftlich wäre. Bei einer Graphitpreßform mit eingeengtem Leitungsquerschnitt und einem Formhohlrauin-Durchmesser von 450 mm lassen sich Spannungen von beispielsweise 20 bis 40 V anlegen, ohne daß schwer beherrschbare Stromstärken erreicht werden. Gut beherrschbare Stromstärken liegen z. B. bei 20 000 bis 30 000 A, während Stromstärken von etwa 80 000 A und mehr in einer solchen Apparatur schwer beherrschbar wären.By arranging the electrically insulating. Layers up to a maximum of 1 mm on the wall of the The electric heating current is used to reach the mold cavity forced to flow along the inner wall of the die. This narrowing of the line cross-section the mold only enables the use of a thick-walled mold as an electrical one Resistance element to achieve very high temperatures in the mold cavity in proportion short time and with favorable thermal efficiency. When using a thick-walled die with a non-restricted line cross-section as an electrical resistance element would be due to the very low electrical resistance of the graphite body with favorable switching voltages result in extremely high and structurally hardly controllable currents; besides would the whole Graphite bodies have to be brought to the same temperature unnecessarily, which is extremely uneconomical were. In the case of a graphite mold with a narrowed line cross-section and a rough mold diameter from 450 mm, voltages of, for example, 20 to 40 V can be applied without Currents that are difficult to control can be achieved. Current strengths that can be easily controlled are e.g. B. at 20,000 up to 30,000 A, while currents of around 80,000 A and more are difficult to control in such an apparatus would be.

Die Preßform nach der Erfindung hat somit den Vorteil, daß sie durch Anlegen einer elektrischen Spannung ohne einen Ofen auf die zum Heißpressen von keramischen Werkstoffen erforderlichen hohen Temperaturen erhitzbar ist. Außerdem ist durch den Einsatz von mehreren Graphitptatten die Verwendung von Graphit höherer mechanischer Festigkeit als bei vollwandigen Graphitpreßformen möglich.The mold according to the invention thus has the advantage that it is made by applying an electrical voltage without a furnace to the high temperatures required for hot pressing ceramic materials is heatable. In addition, the use of more graphite pads means that the use of graphite is higher mechanical strength than with full-walled graphite molds.

Die Breite der Schlitze senkrecht zur Innenfläche der Preßform beträgt zweckmäßig 1 bis 5 mm. Als elektrisch leitendes Material dient vorteilhaft Kohlenstoffmaterial. The width of the slots perpendicular to the inner surface of the mold is expediently 1 to 5 mm. As electric Conductive material is advantageously used as a carbon material.

D'.e Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Dabei zeigt D'.e invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown schematically in the drawing. It shows

F i g. 1 perspektivisch im vertikalen Längsschnitt eine runde Preßform aus Graphit undF i g. 1 perspective in vertical longitudinal section a round mold made of graphite and

F i g. 2 ein Detail von F i g. 1 in vergrößerter Darstellung. F i g. 2 shows a detail of FIG. 1 in an enlarged view.

Die dargestellte runde Preßform 36, die gleichzeitig als formgebendes Werkzeug und als elektrisches Widerstandselement dient, ist ungefähr 680 mm lang und ist aus neun aufeinandergelegten runden Graphitplatten 37 zusammengesetzt. Die runden Graphitplatten 37 haben je eine Dicke von 75 mm und einen Außendurchmesser von 600 mm und bilden einen Fo; mhohlraum 38 von 300 mm Durchmesser, in welchem der feinkörnige keramische Werkstoff mit Hilfe von nicht dargestellten Graphitstempeln zusammengepreßt wird. Zwischen den einzelnen Graphitplatten 37 befindet sich eine hochtemperaiurbeständige, elektrisch isolierende, 0,5 mm dicke Schicht 39, die im wesentlichen aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid besteht und nur bis zu 4 mm an die Innenwandung 40 des Formhohlraums 38 heranreicht. Der dadurch gebildete umlaufende Schlitz 41 (F i g. 2) ist mit elektrisch leitendem Kohlematerial 42, z. B. mit fein gemahlenem Naturgraphit, ausgefüllt, der bei der Herstellung der Preßform als Suspension in Mineralöl eingestrichen werden kann. Die Außenwandung der Preßform 36 ist mit einer mehrere Millimeter dicken Umhüllung 43 aus mehreren Lagen Asbestpapier versehen. Die Graphitplatten 37 sind zwischen wassergekühlten Spann- und Kontaktplatten 44 aus Kupfer mit Hilfe der als nahtlose Stahlrohre ausgebildeten Spannbolzen 45 mit Muttern 46 zusammengepreßt. Der Einfachheit halber ist die Wasserführung zu, in und von den Spann- und Kontaktplatten 44 nicht dargestellt; dasselbe gut für die Wasserführung zu und von den Spannbolzen 45. Die Spannbolzen 45 sind von den Spannplatten 44 elektrisch isoliert, z. B. durch Porzellan- oder Asbesteinsätze 47. Mit 48 sind die Heizstromzuführungen zu den Spann- und Kontaktplatten 44 bezeichnet.The illustrated round mold 36, which is used simultaneously as a shaping tool and as an electrical Resistance element is approximately 680 mm long and is composed of nine round graphite plates 37 placed one on top of the other. The round graphite plates 37 each have a thickness of 75 mm and an outer diameter of 600 mm and form one Fo; Mhohlraum 38 of 300 mm diameter, in which the fine-grained ceramic material with the help is pressed together by graphite punches, not shown. Between the individual graphite plates 37 there is a high-temperature-resistant, electrically insulating, 0.5 mm thick layer 39, which is essentially consists of aluminum oxide and silicon oxide and only up to 4 mm to the inner wall 40 of the Mold cavity 38 reaches. The circumferential slot 41 (FIG. 2) thus formed is electrically conductive Coal material 42, e.g. B. with finely ground natural graphite, filled in during the manufacture of the mold can be painted as a suspension in mineral oil. The outer wall of the die 36 is with a several millimeter thick envelope 43 made of several layers of asbestos paper. The graphite plates 37 are between water-cooled clamping and contact plates 44 made of copper with the help of seamless steel tubes trained clamping bolt 45 with nuts 46 pressed together. The water flow is for the sake of simplicity to, in and from the clamping and contact plates 44 not shown; the same good for the water flow to and from the clamping bolts 45. The clamping bolts 45 are electrically isolated from the clamping plates 44, for. B. through porcelain or asbestos inserts 47. With 48 are the heating current leads to the clamping and contact plates 44 designated.

Die elektrisch isolierende Schicht zwischen den Gra-The electrically insulating layer between the

phitplatter. soll mindestens so dick sein, daß sie ein Durchschlagen des Heizstromes verhindert, aber nicht so dick, daß die Stromführung durch die Maierialausfüllung mit elektrisch leitendem Material in den Schlitzen beeinträchtigt wird. Die Mindestaicke der elektrisch isolierenden Schicht liegt bei Γ.Ι mm. Ihre Höchstdicke wird zweckmäßigerweise 1 mm nicht übersieigen. Eine dünne isolierende Schicht läßt sich vorteilhaft durch Flammspritzen auftragen, z. B. von Aluminiumoxid oder Bornitrid. Es genügt, wenn nur eine der zur gegenseitigen Berührung kommenden Graphitflächen mit der flammaufgespritzten isolierenden Schicht versehen ist, doch können selbstverständlich auch beide miteinander in Kontakt kommende Graphitflächen diese isolierende Schicht aufweisen. Eine dickere isolierende Schicht läßt sich durch Einlegen von elastischem Material, z. B. von im wesentlichen aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid bestehenden keramischen Fasern erreichen, die sich bei der Herstellung der Preßform untei dem auf die Graphitscheiben ausgeübten Einspanndruck auf eine Dicke von beispielsweise 0,7 bis 0/ mm zusammenpressen lassen.phitplatter. should be at least thick enough to prevent the heating current from breaking through, but not so thick that the current is carried through the Maierial filling with electrically conductive material in the slots is affected. The minimum thickness of the electrically insulating layer is Γ.Ι mm. Your maximum thickness will expediently not exceed 1 mm. A thin insulating layer can advantageously be passed through Apply flame spray, e.g. B. of aluminum oxide or boron nitride. It is enough if only one of the mutual Graphite surfaces coming into contact with the flame-sprayed insulating layer is provided, but it goes without saying that both graphite surfaces that come into contact with one another can also isolate them Have layer. A thicker insulating layer can be made by inserting elastic material, e.g. B. from Ceramic fibers consisting essentially of aluminum oxide and silicon oxide reach the the production of the die untei the clamping pressure exerted on the graphite disks to a thickness compress for example 0.7 to 0 / mm permit.

Die Dicke der Graphitpiattcn richtet sich vor allem nach der Größe der Preßform und nach den elektrischen Gegebenheiten. Sie wird von Fall zu Fall bestimmt. Bei einer Preßform von beispielsweise 80 mm Innendurchmesser und 250 mm Außendurchmesser mit 1 mm tiefen Schlitzen in der Innenwandung und 0.4 mm dicken Isolationsschichten kann man 5 bis 10 mm dicke Graphitplatten wählen. Bei einer Preßform von beispielsweise 500 mm Innendurchmesser und 1000 mm Außendurchmesser mit 3 bis 5 mm tiefen Schlitzen in der Innenwandung und 0,4 mm dicken isolierenden Schichten kommen dagegen zweckmäßigerweise, schon aus Herstellungsgründen, bedeutend dickere Graphitplatten in Frage, z. B. von 50 bis 80 mm. Selbstverständlich handelt es sich hitr bei der Dicke der Graphitplatten nur um Richtwerte. Dasselbe gilt für die Tiefe der Schlitze und die Dicke der elektrisch isolierenden Schichten, wie aus den weiter oben gemachten Ausführungen hervorgeht. Die Graphiiplauen müssen planparallel bearbeitet sein und eine möglichst glatte Oberfläche aufweisen.The thickness of the Graphitpiattcn depends mainly on the size of the mold and the electrical Realities. It will be determined on a case-by-case basis. With a die of, for example, 80 mm Inside diameter and 250 mm outside diameter with 1 mm deep slots in the inside wall and 0.4 mm thick insulation layers you can choose 5 to 10 mm thick graphite plates. In a mold of, for example 500 mm inside diameter and 1000 mm outside diameter with 3 to 5 mm deep slots in the inner wall and 0.4 mm thick insulating layers, on the other hand, are expediently even for manufacturing reasons, significantly thicker graphite sheets in question, z. B. from 50 to 80 mm. Of course The thickness of the graphite sheets is only a guide. The same goes for that Depth of the slots and the thickness of the electrically insulating layers, as made from those made above Statements. The graphite claws must be machined plane-parallel and as smooth as possible Have surface.

Das Zusammenpressen von feinkörnigen keramischen Werkstoffen in der dargestellten Preßform erfolgt mit Hilfe von Preßstempeln aus Graphit, die an beiden Enden des Formhohlraums 38 in diesen unter Druck eingeführt werden.Fine-grain ceramic materials are pressed together in the mold shown with the help of plungers made of graphite, which at both ends of the mold cavity 38 in this below Pressure to be introduced.

Beim konventionellen Pressen in einstückigen Preßformen, z. B. Graphitrohren, liegt die Haupiursache der Zerstörung der Graphitpreßform darin, daß beim Abkühlen der Graphit schneller schrumpft als das heißgepreßte keramische Werkstück; es stellen sich dadurch Zugspannungen im Graphit ein, die zum Bruch der Preßform führen. In der erfindungsgemäßen Preßform schrumpfen die Graphitplatten vom Werkstück weg. so daß es zu keinen Spannungen im Graphit und daher zu keinem Bruch kommt.In conventional pressing in one-piece molds, e.g. B. graphite tubes, is the main cause of the Destruction of the graphite mold in that the graphite shrinks faster than the hot-pressed when it cools ceramic workpiece; this creates tensile stresses in the graphite that lead to breakage of the Lead mold. In the mold according to the invention, the graphite plates shrink away from the workpiece. so that there is no tension in the graphite and therefore no breakage.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Graphite mold for hot pressing of powdery or fine-grain ceramic Materials, characterized in that the wall of the press mold (36) consists of individual, perpendicular to the longitudinal axis of the mold cavity arranged graphite plates (37) is constructed between each of which has at least one high temperature resistant, electrically insulating layer (39) is arranged in front of the inner surface of the mold ends, and that the resulting slots on the inside of the wall of the die (41) with high temperature resistant, electrically conductive Material are filled out.

2. Press mold according to claim t, characterized in that the width of the slots (41) is perpendicular to the inner surface of the mold (36) is 1 to 5 mm.

3. Press mold according to claim 1 or 2, characterized in that the electrically conductive material Is carbon material (42).