DE2419143A1 - Verfahren zum verschweissen von verstaerkten silizium-verbundartikeln miteinander - Google Patents

Verfahren zum verschweissen von verstaerkten silizium-verbundartikeln miteinander

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DE2419143A1 DE19742419143 DE2419143A DE2419143A1 DE 2419143 A1 DE2419143 A1 DE 2419143A1 DE 19742419143 DE19742419143 DE 19742419143 DE 2419143 A DE2419143 A DE 2419143A DE 2419143 A1 DE2419143 A1 DE 2419143A1
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Description

D;\ Kc-x Schwer 241 9 Ί 43
ο iVcnktun/iVlain 1 ■
19. April 1974 Dr.Sb/Cs
2556-BD-P901
GENSRAL ELECTRIC COMPANY
1 River Road Schenectady, N.Y., U.S.A.
Verfahren zum Verschweißen von verstärkten Silizium-Verbundartikeln miteinander
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Verschweißen von metallischen Teilen miteinander und insbesondere Verfahren zum Verschweißen eines mit Siliziumcarbid verstärkten Silizium-Verbundartikels mit einem ebensolchen weiteren Artikel.
Zum Herstellen brauchbarer Artikel (hardware) mit guten Hochtemperatureigenschaften ist es häufig notwendig, Teile dieser Hochtemperaturmaterialien miteinander zu verschweißen, um die Endbestandteile zu bilden. Solche Hochtemperaturmaterialien schließen Keramiken, Metallmatrix-Verbundstoffe, orientierte Eutektika usw. ein. Auch hochtemperaturbeständige Siliziumcarbidverstärkte Siliziumverbundmaterialien erfordern ein solches Verschweißen, um daraus größere Bestandteile zu bilden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zum Verschweißen von Siliziumcarbid-verstärkten Silizium-Verbundmaterialien miteinander.
Dss erfindungsgemäße Verfahren zum Verschweißen eines Siliziumc?rbid-verstärkten Silizium-Verbundartikels mit einem anderen solchen Artikel umfsßt das Schaffen mindestens eines Paares von Siliziuin-Verbundartikeln, das Anordnen von Kohlenstoff material dazwischen und in Kontakt mit Teilen der zu verbindenden Verbundartikel, das Infiltrieren des Kohlenstoffmaterials mit geschmolzenem Silizium, wodurch das Kohlenstoffmaterial in Siliziumcarbid innerhalb einer Siliziummatrix umgewandelt und dabei ein Verschweißen der zu verbindende! Verbundartikel miteinander erhalten wird.
Diese und verschiedene andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht, tei]v/eise im Schnitt, eines Paares von durch Siliziumcarbid verstärkten Silizium-Verbundartikeln mit Kohlenstoff material in Form eines Segmentes von Kohlenstoffilz dazwischen und
Figur 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Paares durch Siliziumcarbid verstärkter Silizium-Verbund_artikel, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung miteinander verschweißt wurden.
In Figur 1 ist mit 10 allgemein ein Paar identischer Siliziumcarbid-verstärkter Silizium-Verbundartikel 11 gezeigt, zwischen denen Kohlenstoffmaterial in Form eines Segmentes von Kohlenstoff ilz 12 in der Weise angeordnet ist, daß die einander gegenüberliegenden Kanten 13 der entsprechenden Verbundartikel in
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Berührung stehen mit den gegenüberliegenden Oberflächen des Kohlenstoff ilz-Segments 12. Figur 1 zeigt das P?ar Verbundartikel vor dem Verschweißen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Bildung eines größeren Teiles oder Artikels daraus.
In Figur 2 ist ein größerer Verbund?rtikel oder Bestandteil 14 gezeigt> der aus einem Paar Verbundartikel 11, wie sie in Figur gezeigt sind, besteht, die miteinander durch ein Siliziumcarbidverstärktes Silizium-Verbundsegment 15 verbunden sind. Der Verbundartikel oder Bestandteil 14 besteht aus zwei vorher kleineren Verbundartikeln.
In einer am gleichen Tage eingereichten deutschen Patentanmeldung mit dem Titel "Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Silizium-Verbundartikels" ist ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Verbundartikels beschrieben und beansprucht. Dieses Verfahren umfaßt die Schaffung einer Vielzahl langgestreckter Fäden, die ausgewählt sind aus Kohlenstoffäden, Graphitfäden oder einer Mischung beider und das In-Berührungbringen der Fäden mit geschmolzenem Silizium bei Temperaturen im Bereich von 1410 - 1800°C in einer inerten Atmosphäre. In der am gleichen Tage eingereichten anderen deutschen Patentanmeldung sind die Fundstellen bekannter Verfahren zum Herstellen von Siliziumcarbid-verstärkten Silizium-Verbundartikeln genannt. So ist z.B. in der US-Patentschrift 2 431 326 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein poröser Kohlenstoffkörper den Dämpfen von elementarem Silizium bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Siliziums ausgesetzt wird, um eine poröse Siliziumcarbid-Struktur und Siliziummetall zu bilden.
In der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt; daß brauchbare Artikel (hardware) mit guten Hpchtemperatureigenschaften hergestellt werden können durch miteinander-Verschweißen von Siliziumcarbid-verstärkten Silizium-Verbundmaterialien unter Bildung
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größerer Teile daraus. Es wurde ferner festgestellt, daß zwei oder mehr solcher Silizium-Verbundartike] in einfacher Weise miteinander verschweißt werden können. So wird z.B. zwischen ein Paar solcher Silizium-Verbundartikel Kohlenstoffmaterial in Form eines Kohlenstoffilz-Segmentes angeordnet, so daß sich das Kohlenstoffilz-Segment in Kontakt mit den zu verbindenden gegenüberliegenden Endstücken der Verbundartikel befindet. Man läßt d?nn geschmolzenes Silizium in das Kohlenstoffilzmaterial bei einer Temperatur im Bereich von 1410 bis IROO0C hineinflies— sen. Während dieses In-Berührungbringens mit geschmolzenem Silizium wird um die zu verbindenden Verbundartikel und das Filzsegment eine Inertgpsatmosphäre oder ein Vakuum geschaffen. Es wurde festgestellt, daß bei einer Berührungszeit des geschmolzenen Siliziums mit dem Kohlenstoffmateripl in Form des Kohlenstoff ilz-Segments von 1-5 Minuten der Kohlenstoffilz wirksam in Siliziumcfirbid umgewandelt und das so entstandene Siliziumcarbid mit Silizium umgeben werden kann, wobei eine verstärkte Siliziumverbund-Schweißstelle gemäß der vorliegenden Erfindung entsteht. Als Ergebnis dieses Verschweißens der beiden Silizium-Verbundartikel entsteht ein größerer Silizium-Verbundartikel oder -Bestandteil.
Es können natürlich auch eine Vielzahl von Silizium-Verbundartikeln miteinander in verschiedenen Konfigurationen verschweißt werden, indem man dss Kohlenstoffmaterial an den verschiedenen, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verschweißenden Stellen anordnet. Ss können verschiedene Arten von Kohlenstoffmaterial für die Durchführung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens verwendet werden. Solche Kohlenstoffmaterialien schließen Kohlenstoff äden, Graphitfäden, Mischungen von Kohlenstoff- und Grsphitfäden, Kohlenstoffilz, kolloidalen Graphit usw. ein. Auf diese Weise können brauchbare Artikel (hardware) leicht aus solchen Ausgangs-Silizium-Verbundartikeln hergestellt werden.
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Obwohl verschiedene Arten von Silizium-Verbundartikeln als Ausgangsartikel verwendet werden können, werden bevorzugt solche Silizium-Verbundartikel miteinander verschweißt, wie sie in der oben genannten anderen deutschen Patentanmeldung vom gleichen Tage beschrieben und beansprucht sind.
Die in der oben genannten anderen deutschen Patentanmeldung vom gleichen Tage beschriebenen Silizium-Verbundartikel können gebildet Y/erden durch Anwenden einer Vielzahl langgestreckter Kohlenstoffäden, Graphitfäden oder einer Mischung beider. Solche Fäden sind in Form von Bündeln erhältlich, bei denen jedes Bündel eine Vielzahl von .langgestreckten Kohlenstoffäden aufweist. So können z.B. Bündel mit 10.000 Kohlenstoffäden käuflich unter der Bezeichnung "Morgsnite I" und "Morganite II" von der Whittpker Corporation erhalten v/erden. Es sind außerdem auch langgestreckte Kohlenstoffäden käuflich erhältlich, die etwa 1000 langgestreckte Kohlenstoffäden pro Bündel enthalten, und zwar unter der Bezeichnung "WYK-Zöpfe" (VTYK braids) von der Union Carbide Corp., New York. Die Siliziumcnrbidfasern-verstärkten Silizium-Verbundartikel der oben genannten anderen deutschen Patentanmeldung vom gleichen Tage sind hergestellt durch In-Berührungbringen einer Vielzahl der oben beschriebenen langgestreckten, hochfesten Kohlenstoffäden mit geschmolzenem Silizium bei einer Temperatur im Bereich von 1410 bis 18000C. Während dieses In-Berührungbringens mit dem geschmolzenen Silizium wird um die Kohlenstoff asern und das geschmolzene Silizium herum eine Inertgasatmosphäre oder ein Vakuum geschaffen. Innerhalb einer Zeit von 1 bis 15 Minuten kann man auf diese Weise durch das In-Berührungbringen der Kohlenstoffäden mit dem geschmolzenen Silizium die Kohlenstoffäden wirksam in Siliziumcarbidfäden umwandeln und die so entstandenen Siliziumcarbidfäden mit Silizium umgeben, wodurch ein verstärkter Silizium-Verbundstoff entsteht. Ein solcher verstärkter Silizium-Verbundstoff umfaßt eine Vielzahl von
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langgestreckten Siliziumc?rbidfäden und diese Fäden umgebendes und dsr?n haftendes Siliziummetall.
Nachfolgend wird die Erfindung snhand eines Eeispiels näher erläutert.
Eeispiel
Sine Vielzahl langgestreckter Kohlenstoffäden in Form eines WYK-Zopfes der Union Carbide Corp., wurde zur Bildung eines Verbundartikels verwendet. Der Zopf wurde in einen vertikal montierten Ofen mit einer Argon-Atmosphäre angeordnet. Man ließ 10 Minuten lang geschmolzenes Silizium in das Material bei einer Temperatur von 1450°C einfließen. Nach dem Abkühlen des Silizium-Verbundartikels wurde dieser aus dem Ofen herausgenommen. Man erhielt einen durch Siliziumc3rbidfäden verstärkten Siliziumartikel.
Ss v/urde ein zweiter durch Siliziumcarbid verstärkter Silizium-Verbundartikel nach dem im vorstehenden Absatz beschriebenen Verfahren hergestellt. Dps Paar Silizium-Verbundartikel wurde dann gegen ein Kohlenstoffmaterial in Form eines Kohlenstofffilz-Segmentes angeordnet, wobei die zu verbindenden gegenüberliegenden Kanten der beiden Silizium-Verbundartikel gegen das Kohlenstoffilz-Segment gepreßt wurden. Man ließ 2 Minuten lang geschmolzenes Silizium in das Kohlenstoffilzmaterial bei einer Temperatur von I450°C und in einer Argonatmosphäre einfließen. Nach dem Abkühlen des größeren Silizium-Verbundartikels oder -Bestandteils wurde dieser wieder aus dem Ofen herausgenommen.
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Claims (4)

  1. Pat e nt? nsprüche
    l.y Verfahren zum Verschweißen Siliziumcarbid-verstärkter Silizium-Verbundartikel, gekennzeichnet durch folgende Stufen:
    Anordnen von Kohlenstoffmaterial zwischen und in Kontakt mit Teilen der zu verbindenden Verbundartikel,
    Iη-Berührungbringen des Kohlenstoffmaterials mit geschmolzenem Silizium, indem man das geschmolzene Silizium bei einer Temperatur von 1410 bis IROO0C in einer inerten Atmosphäre in das Kohlenstoffmaterial einfließen läßt, wobei ein Siliziumcarbid-verstärktes Silizium-Segment aus dem Kohlenstoff material gebildet wird, welches die zu verbindenden Silizium-Verbundartikel miteinander verschweißt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstoffmaterial ein Kohlenstofffilz-Segment ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Silizium-Verbundartikel ein mit SiIiziumcarbidfäden verstärkter Silizium-Verbundartikel ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffilz mit dem geschmolzenen Silizium bei einer Temperatur von 1450°C in Berührung gebracht v/ird.
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    ί .
    Leerseite
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DE3440346A1 (de) * 1984-11-05 1986-05-15 Heliotronic Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft für Solarzellen-Grundstoffe mbH, 8263 Burghausen Werkstoff aus in gegenwart von kohlenstoff reaktionsgebundenen, elementares silicium enthaltenden partikeln und verfahren zu seiner herstellung

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IT1007994B (it) 1976-10-30
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