DE2248946C3 - Pressform aus Graphit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Preßform aus Graphit zum Heißpressen von pulverförmigen oder feinkörnigen keramischen Werkstoffen.

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 Druckstempe!, die ebenfalls aus Graphit bestehen, bewegen sich axial in der Preßform und werden durch außerhalb des Ofens angeordnete hydraulische Zylinder betätigt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Preßform der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie zum Erreichen von sehr hohen Temperaturen im Formhohirauni als elektrisches Widerstandselement verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß 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.

Durch die Anordnung der elektrisch isolierenden Schichten, die bis höchstens 1 mm an die Wandung des Formhohlraums reichen, 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 Granhitköroers bei schalttechnisch günstigen Spannungen extrem hohe und konstruktiv kaum beherrschbare Stromstärken ergeben; außerdem würde der gesamte Graphitkörper unnotigerwe.se auf d.e gleiche Temperatur gebracht werden müssen, was äußerst unwirtschaftlich wäre. Bei einer Graphitpreßform mit eingeengtem Leitungsquerschnitt und einem Formhohlraum 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.

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 Graphitplatten die Verwendung von Graphit höherer mechanischer Festigkeit als bei vollwandigen Grephitpreßformen möglich.

Die Breite der Schlitze senkrecht zur Innenfläche der Preßform beträgt zweckmäßig 1 bis 5 mm. Als elektrisch leitendes Material dient vorteilhaft Kohlenstoffmaterial, ,,j

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführung·,-beispiels noch näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 perspektivisch im vertikalen Längsschnitt eine runde Preßform aus Graphit und

F i g. 2 ein Detail von F i g. 1 in vergrößerter Darsiel-

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 Ai'ßendurchmesser von 600 mm und bilden einen Formhohlraum 38 von 300 mm Durchmesser, in weichem der feinkörnige keramische Werkstoff mit Hilfe von nicht dargestellten Graphitstempeln zusammengepreßt wird. Zwischen den einzelnen Graphitplatten 37 befindet sich eine hochtemperaturbeständige, 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 Stuhlrohre 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 gilt für die Wasserführung zu und von den Spannbolzen 45. Die Spannbolzen 45 sind von den Spanplatten 44 elektrisch isoliert, z. B. durch Porzellan- oder Asbesteinsätze 47. Mit 48 sind die Heizstromzuführungen zu den Spann- und Kontaktplatten 44 bezeichnet.

Die elektrisch isolierende Schicht zwischen den Gra-

phitplatten soll mindestens so dick sein, daß sie ein Durchschlagen des Heizstromes verhindert, aber nicht $o dick, daß die Stromführung durch die Materialausfül lung mit elektrisch leitendem Material in den Schlitzen beeinträchtigt wird. Die Mindest'iicke der elektrisch isolierenden Schicht liegt bei 0 1 mm. Ihre Höchstdicke wird zweckmäßigerweise 1 mm nicht übersteigen. Eine dünne isolierende Schicht läßt sich vorteilhaft durch Flammspritzen auftragen, /. 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. vor, im wesentlichen aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid bestehenden keramischen Fasern erreichen, die sich bei der Herstellung der Preßform unt-r dem auf die Graphitscheiben ausgeübten Einspanndruck auf eine Dicke von beispielsweise 0,7 bis 0,4 mm zusammenpressen lassen.

Die Dicke der Graphitplatten 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 liefen Schlitzen in der Innenwandung und 0,4 mm dicken isolierenden Schichten kommen dagegen zweckmüßigerweise, schon aus Hersteilungsgründen, bedeutend dickere Graphitplanen in Frage, z. B. von 50 bis 80 mm. Selbstversländlich handelt es sich hier bei der Dicke der Graphitplatien nur um Richtwerte. Dasselbe gilt für die

ίο Tiefe der Schlitze und die Dicke der elektrisch isolierenden Schichten, wie aus den weiter oben gemachten Ausführungen hervorgeht. Die Graphitplatten müssen planparallel bearbeitet sein und eine möglichst glatte Oberfläche aufweisen.

Das Zusammenpressen von feinkörnigen keramischen Werkstoffen in der dargestellten Preiiiurm erfolgt mit Hilfe von Preßstompeln aus Graphit, die an beiden Enden des Formhohlraums 38 in diesen unter Druck eingeführt werden.

Beim konventionelle η Pressen in onsiückigen Preßformen, z. B. Graphitrohrcn. liegt die Hauptursaehe der Zerstörung der Graphitpreßform daiin, daß beim Abkühlen der Graphit schneller schrumpft als das heißgepreßte keramische Werkstück; es stellen sich dadurch Zugspannungen im Graphit ein. die /um Bruch der Preßform führen. In der erfindungsgemäßen Preßform schrumpfen die Graphitplatten vom Werkstück weg. su daß es zu keinen Spannungen im Graphit und daher /u keinem Bruch kommt

Hierzu 1 Bauzeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Preßform aus Graphit zum Heißpressen von pulverförmigen oder feinkörnigen keramischen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Preßform (36) aus einzelnen, senkrecht zur Längsachse des Formhohlraums angeordneten Graphitplatten (37) aufgebaut ist, zwischen denen jeweils mindestens eine hochtemperaturbeständige, elektrisch isolierende Schicht (39) angeordnet ist, die vor der Innenfläche der Preßform endet, und daß die sich dadurch auf der Innenseite der Wandung der Preßform ergebenden Schlitze (41) mit hochtemperaturbeständigem, elektrisch leitendem Material ausgefüllt sind.

2. Preßform nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schlitze (4t) senkrecht zur innenfläche der Preßform (36) I bis 5 mm beträgt.

3. Preßform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material Kohlenstoffmaterial (42) ist.