DE2325163B2

DE2325163B2 - Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoffkörpern

Info

Publication number: DE2325163B2
Application number: DE19732325163
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. Horst 8851 Westendorf Böder
Original assignee: Sigri Elektrographit 8901 Meitingen De GmbH
Current assignee: Sigri Elektrographit 8901 Meitingen De GmbH
Priority date: 1973-05-18
Filing date: 1973-05-18
Publication date: 1981-06-25
Also published as: DE2325163C3; DE2325163A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen maßgenauer Formkörper aus Kohlenstoff mit einer gleichförmigen, glasartigem Kohlenstoff ähnlichen Struktur durch Formen, Carbonisieren und gegebenenfalls Graphitieren eines kohlenstoffhaltige Feststoffe aus der Gruppe Sägemehl, Holzschliff, Papierbrei und gemahlenes, gehärtetes Kunstharz und härtbare Bindemittel aus der Gruppe Phenolformaldehydharz und Furanharz enthaltenden Gemischs, wobei die Gewichtsverluste der Feststoffe und der Bindemittel in der Carbonisierungsstufe wenigstens 40% und weniger als 60% betragen, nach DE-PS 21 31 792.

Zur Formung von für die Herstellung von Kohlenstoff- und Graphitkörpern geeigneten, kohlenstoffhaltige Feststoffe und carbonisierbare Bindemittel enthaltenden Gemischen sind zahlreiche kontinuierliche und diskontinuierliche Formgebungsverfahren bekannt geworden. Die Formung mit Strang- oder Schneckenpressen erfordert Gemische mit größerer, in der Regel durch einen erhöhten Bindemittelgehalt oder durch den Zusatz von Gleitstoffen eingestellten Bildsamkeit. Die Maßnahmen zur Verbesserung der Bildsamkeit verschlechtern andererseits das Carbonisierungsverhalten der Formkörper und vor allem die Qualität der Endprodukte. Mit diskontinuierlichen Formgebungsverfahren wie Gesenk- oder isostatisches Pressen oder auch auf Rüttelvorrichtungen hergestellte Körper weisen diese Nachteile nicht auf und ihre Eigenschaften können zudem den jeweiligen Anforderungen durch Änderungen des Feststoff-Bindemittel-Verhältnisses in weiten Grenzen angepaßt werden. Ein erheblicher Nachteil dieser Verfahren besteht jedoch in der verhältnismäßig kleinen Preßgeschwindigkeit.

Nach der deutschen Patentschrift 21 31 792 ist es bekannt, die Qualität von Kohlenstoff- und Graphitkörpern durch Formen, Carbonisieren und gegebenenfalls Graphitieren von Gemischen aus Feststoffen und Bindemitteln mit gleichartigen Schrumpfeigenschaften zu verbessern. Durch die Verwendung von Feststoffen und Bindemitteln, die in der Carbonisierungsstufe nahezu gleiche Gewichtsverluste aufweisen, werden insbesondere Risse auslösende Spannungen vermieden, und die carbonisierten bzw. graphitierten Körper sind von gleichförmiger glaskohlenstoffähnlicher Beschaffenheit.

Die Formung des Gemisches erfolgt mit den bekannten Formgebungsverfahren, so daß verhältnismäßig lange Formungszeiten aufzuwenden sind. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Formung des Gemisches zu Teilen auch komplizierter Gestalt und unterschiedlicher Wandstärke sowie die Aushärtung des ") Bindemittels zu beschleunigen, ohne dadurch die Qualität der Formkörper zu beeinträchtigen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Gemische der eingangs genannten Art in einem eine Temperatur von 140 bis 190°C aufweisenden

κι Preßspritz- oder Spritzgußwerkzeug zu Körpern geformt werden.

Nach der Erfindung werden mit bekannten Mischvorrichtungen hergestellte, als Feststoff gemahlenes, gehärtetes Kunstharz oder vorwiegend aus Cellulose bestehende Materialien und als Bindemittel härtbare Kunstharze wie Phenolformaldehydharz, Furanharz oder Mischungen dieser Harze enthaltende Gemische vorzugsweise nach einer geeigneten Tablettierung oder Granulierung in den Füllraum eines Preßspritzwerkzeugs oder in den Massezylinder einer Spritzgußpresse eingelegt und dann durch die Überführungskanäle in das oder bei Verwendung von Mehrfachwerkzeugen in die Gesenke eingepreßt Die eine vorzügliche Fließfähigkeit aufweisenden Gemische erwärmen sich beim Durchfließen der Überführungskanäle gleichförmig und werden dann im Gesenk unter Druck auf die erforderliche Härtungsendtemperatur erhitzt. Endtemperatur und Härtungszeit sind im einzelnen Funktionen der verwendeten Bindemitteltypen und der Wandstärke

jo der Preßlinge. Die ausgehärteten Formkörper werden dann durch Erhitzen auf etwa 800-100O⁰C in inerter Atmosphäre carbonisiert, wobei der Temperaturanstieg zwischen 350 und 600⁰C vorzugsweise 3-4°C/Stunde beträgt und gegebenenfalls anschließend durch weiteres

J5 Erhitzen auf 2800-3000°C graphitic«.

Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die beträchtliche Reduzierung der Formungs- und Härtungszeiten, die bessere Nutzung der Formgebungswerkzeuge und die kleinen, ein nahezu spannungsfreies Aushärten und damit die Herstellung von Körpern hoher Maßgenauigkeit ermöglichenden Temperaturgradienten in dem Preßkörper. Nach der Erfindung hergestellte Kohlenstoff- bzw. Graphitkörper sind insbesondere für Tiegel und Schiffchen, für Gleitringe,

Lager, Widerstände und dergleichen geeignet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden beispielhaft erläutert:

Beispiel 1

3 kg Phenolformaldehyd-Harz wurden durch Erwärmen auf 180⁰C gehärtet, zu einem Pulver der Korngröße 0,1-0,2 mm gemahlen und dann mit 7 kg Novolak-Hexamethylentetramin-Binderharz und

0,05 kg Montanwachs als Gleithilfsmittel gemischt. Die Masse wurde anschließend tablettiert, in den Füllraum eines Preßspritzwerkzeuges eingelegt und zu Tiegeln mit einer Wandstärke von 4 mm verpreßt. Die Werkzeugtemperatur betrug 160⁰C, die Schließzeit 3 min. Die Formkörper wurden dann unter Stickstoff in 144 h auf 1000°C erhitzt.

Die carbonisierten, glaskohleähnlichen Körper waren von gleichmäßiger Beschaffenheit. Folgende Werkstoffkennzahlen wurden gemessen:

Rohdichte
Biegefestigkeit
spez. elektr. Widerstand
Permeabilitätskoeffizient

-1,46-1,49 g/cm¹
-90-105 N/mm²
-7O-8Onmm²/m
< 10-⁶cm²/s.

Beispiel 2

4 kg gehärtetes und gemahlenes Phenolharzpulver wurden mit 6 kg Phenol-Resol-Harz als Binderharz und 0,05 kg Zinkstearat als Gleithilfsmittel gemischt, granuliert und dann mit einer Spritzgußpresse zu kastenförmigen Schiffchen verpreßt Der Preßdruck betrug etwa 25 N/mm², die Werkzeugtemperatur 180° C und die Schließzeit 2,5 min. Die unter den in Beispiel 1 genannten Bedingungen carbonisierten Schiffchen wiesen folgende Eigenschaften auf:

Rohdichte

Biegefestigkeit

spez. elektr. Widerstand

Permeabilitätskoeffizient

-1,48- 1,50 g/cm³ -90-95 N/mm² -60-70Omm²/m < 1

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen maßgenauer Formkörper aus Kohlenstoff mit einer gleichförmigen, glasartigem Kohlenstoff ähnlichen Struktur durch Formen, Carbonisieren und gegebenenfalls Graphitieren eines kohlenstoffhaltige Feststoffe aus der Gruppe Sägemehl, Holzschliff, Papierbrei und gemahlenes, gehärtetes Kunstharz und härtbare Bindemittel aus der Gruppe Phenolformaldehydharz und Furanharz enthaltenden Gemischs, wobei die Gewichtsverluste der Feststoffe und der Bindemittel in der Carbonisierungsstufe wenigstens 40% und weniger als 60% betragen, nach DE-PS 21 31 792. dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in einem eine Temperatur von 140 bis 190°C aufweisenden Preßspritz- oder Spritzgußwerkzeug zu Körpern geformt wird.