DE2718142A1 - Formkoerper aus graphit mit korrosionsschutzschicht sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Formkoerper aus graphit mit korrosionsschutzschicht sowie verfahren zu dessen herstellung

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DE2718142A1 DE19772718142 DE2718142A DE2718142A1 DE 2718142 A1 DE2718142 A1 DE 2718142A1 DE 19772718142 DE19772718142 DE 19772718142 DE 2718142 A DE2718142 A DE 2718142A DE 2718142 A1 DE2718142 A1 DE 2718142A1
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Description

Kernforschungsanlage Jülich Gesellschaft mit beschränkter Haftung
Formkörper aua Qraphit mit Korroslonssehuts-■chicht sowie Verfahren tu dessen Herstellung
Die Erfindung besieht sich auf unter Verwendung von mit einen Bindemittel Qbersogenen Qraphit-, Kunetgraphitteilehen oder aus kunstgrsphltShnllehen Werkstoffen hergestellten Teilehen gebildete Formkörper nit korrosionsfester Schut«schicht sowie Verfahren su dessen Herstellung.
Formkörper aus Qraphit finden als Tiegel oder sonstige BehSlter in der ehemischen Technik vielfach Anwendung, wenn es notwendig ist, Reaktionen bei hohen Temperaturen durchιuführen.
Aus Kohlenstoffnaterlal gefertigte OerSte haben jedoch den Nachteil, daft sie, falls sie unter Sauerstoffeinflufi verwendet werden oder sich beispielsweise bei den Reaktionen Wasserdampf bildet, korrosionsempfindlich sind. Um diese nachteilige Wirkung cu vermelden, hat man schon versucht, sum Schute von aus Kohlenstoff oder Oraphit gefertigten Tiegeln oder sonstigen Geräten übersüge aus korrosionsfesten Stoffen vorsusehen. Eine tun bekannten Stande der Technik gehörende Maßnahme, durch die dies erreicht werden soll, besteht darin, da* man auf den dem korrodierenden Einfluß auscesetsten Fliehen der Körper Beschlohtungen aufgebracht hat. Mach diesen
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bekannten Verfahren wurden die Schichten durch Abscheiden von Silioiurakarbid oder Zirkoniumkarbid auf dieaen Flachen gebildet. Eine andere bekannte Maßnahme beatent darin, unter Verwendung eines Plaanaa Silieiumkarbid oder Zirkoniumkarbid bu verflüssigen und auf die tu schützende Oberfläche der ReaktionagefSAe oder -nerBte aufsusprtihen. Ein Nachteil dieser bekannten Verfahren beateht Jedoch darin, daft ale aehr aufwendig sind. Ein weiterer erheblicher Nachteil beateht darin, daß die auf diese Weise gebildeten Schichten und der als Werkstoff für die Tiegel oder sonstigen Oerfite verwendete Kohlenstoff oder Graphit und das Silieium karbid oder Zirkoniumkarbid der gebildeten Schicht unterschiedliche warmeauadehnungskoeffisienten b^- sitten. So liegt beispielsweise der Wflrmeauadehnunfs koeffisient der in allgemeinen verwendeten Kohlenatoffnaterialien bei Zimmertemperatur in der Qröften-
-S -6 Ordnung von 1 . 10 bia 1 . 10 , während er für
SlC 6,6 . V)'6 betraft. Die nachteilige Folge dleaea unterschiedlichen Verhaltene beateht darin, daß die SiC-Schicht hflufig schon beim Abkühlen nach dem Aufbringen abplatct, die Gerfite somit bei ihrer bestimraungsgemäßen Verwendung nur eine sehr gerinne Lebensdauer aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Formkörper aua Qraphlt nit auf ihn aufgebrachter Beschichtung, die auch bei hoher Beanspruchung eine lanpe Lebensdauer aufweist sowie ein Verfahren su seiner Herstellung
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tu schaffen. Das Verfahren soll außerdem zur Erzeugung von Qroftformteilen anwendbar aein.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Formkörper der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung von einer oder mehreren aus den Werkstoff für den Formkörper unter Beimischung eines von der Innen·* zur AuAensehieht hin von nahezu 0 A ton J auf etwa 50 AtomX ansteigenden Silicium- oder Zirkoniumgehalt gebildeten Sohlohten umhflllt. Die so umhüllten Formkörper sind auf sehr einfache Weise herstellbar. So ist bei einem Verfahren tür Herstellung solcher Formkörper erfindungsgemäfi vorgesehen, daft der aus Graphit gebildete Formkörper in ein unter Vakuum oder unter geringem Sohutsgasdruck stehendes Sllieiumbad getauoht und im Anschluß daran zur Bildung von Siliciumkarbid auf eine Temperatur von etwa 1800° C aufgeheizt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Bei der Hoohtemperaturbehandlung, der der Qraphitkörper, nachdem er aus der Sehmeise gezogen wird, untersogen wird, setst sioh das in der Umhüllung noch vorhandene freie Silicium mit der Graphit tu Sillelumkarbid um. Dabei diffundiert das Siliciumkarbid in den Oraphitkörper, so dafi twisehen der luAeren Silieiumkarbld-Sehutssehioht und dem Oraphitkörper eine Zone mit abnehmendem Sillelumkarbidgehalt entsteht. Die Bildung einer solchen Obergangatone swlsohen der luAeren Slliclumkarbld-Sehieht
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und dem Graphit dea Pormkörpers, wobei der Siliciumgehalt von außen nach innen abnimmt, ist wichtig, weil dadurch erreicht wird, daß auch bei starken Temperaturweohseln die Sillclumkarbid-Schutsschioht fest auf dem OraphitkOrper haftet.
Um tu erreichen, daft die Au&eren Poren des GraphitkOrpers mit Silicium gans gefüllt sind, ist es sehr vorteilhaft, daß nach dem Eintauchen dea flraphit-It or pe rs in die Sllloiumschptelse auf diese mindestens ein den Normaldruck entsprechender Sohutsgasdruek ausgeübt wird.
Ein anderes Verfahren sur Herstellung von Formkörpern mit Schutssohieht gemäft der Erfindung besteht darin, daß 1Ji lic ium- oder Zirkoniumpulver daraufhin in einer Qraphitpulver enthaltenden Phenolformaldehydhars-Lösung aufgeachlammt und der Formkörper sodann ein* oder mehrmals in diese Aufschlämmung eingetaucht wird, worauf der Formkörper sum Verkoken in einer weiteren Verfahrensstufe unter Schutsgas auf eine ■wischen 650° C und 050° C liegende Temperatur aufgeheist und im Anschluß daran sur Bildung von Siliciumkarbid nit großer Aufhei«geschwindigkeit auf eine Temperatur swiachen 1550° C und 1800° C erhitst wird und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Die beiden Verfahrenavarianten entsprachen hinsieht-* lieh Beanspruchbarkeit und Lebensdauer allen an sie gestellten Anforderungen, insbesondere seigte sieh,
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daft die auf den Oraphitkörper gebildete Sllioiutnkarbld- oder Zirkoniumkarbldaehlcht auch bei hohen Beanspruchungen feat mit dem Formkörper aus Orapnit verbunden war.
Un eine beaondera korroaionafeate Beschichtung su ersielen, ist es sehr vorteilhaft, daft mehrere Auf* sohläouungen dea Silicium- oder Zirkoniumpulvera mit •wiaehen 95 Atom* und 50 AtomJ liegendein Kohlenstoffgehalt gebildet und der Formkörper aodann tun«chat in das Bad »it dem geringaten Silicium- oder Zirkoniumgehalt und den höoheten Kohlenstoffgehalt und in der Folge Jeweils in das Bad mit dem nfiohstniedriegeren Kohlenstoffgehalt getaucht wird, wobei der Formkörper nach Jeden Eintauchen getrocknet und, ihr den Binder der suvor aufgebrachten Schicht su hftrten, einer Wärmebehandlung untersogen wird.
AuafUhrunpsbeispiel
Es wurde sunSchst Oraphit- und Silioiumpulver in unterschiedlichen Mengen in alkoholischen Phenolformaldehjdhars-Lösungen aufgeechlMnart;. Dabei wiesen die Lösungen folgende Gehalte auf:
1. Mischung Masse Silicium: 276,% g
(Sl : C ■ 0,2 : 1) Maase Phenolformaldehydhar*: 25o,o g
Masse Oraphit: ^71,6 g
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2. Mltchung Μ«··· Silioium: »22 ,* g (Si : C * O,t : 1) Matt· Phenolformaldehydhar*: 25o,o g
Matte Oraphit: 327,6 g
3. Mitehung Matt· Silicium: 51o,* g (Si : C « 0,6 t 1) Matt· Phenolformaldehydhars: 25o,o g
Matt« Qraphit: 239,6 g
4. Mitehung Matt· Silioium: 569,8 g (Si ι C ■ 0,8 : 1) Matt· Phenolfornaldehydhars: 250,0 g
Matt· Graphit: 180,2 g
5. Mitehung Matt· Silioium: 612,5 S (Si : C ■ 1 ι 1) Matt· Phonolformaldehydharst 250,0 g ttöehlometrlteh Matt« Graphit; 137,5 β·
D«r Formkörper aut Oraphit «urd· sunflchtt in die tilioiumlmtte Aufschlämmung g«taueht, daraut herautgetogen und getrocknet. Danach wurde der Körper einer Wimebehandlung untertogen, um den Binder der ertten aufgebrachten Schicht tu härten. Diete Tauch-, Trocken- und Vlmebehandlung wird mit den übrigen Auftohlfnsiungen wiederholt. Oa der Silieiuegehalt der Aufeehlftmung tuniaat, nlmt auch d«r Gehalt an Silioiuw oder Zirkonium in den Betehiohtungen tu. Da· wird gesteigert bit der Qehalt der AuAentehioht an Silicium oder Zirkonium den stOchiometritchen Verhlltnit von Silicium oder Zirkonium tu Xohlenttoff enttpricht. Nach Aufbringen der lettten Schicht wird der tohiohtweite umhüllte PormkOrper tun Verkoken det Bindert auf etwa 700° C unter Sehuttgat
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aufgehaist und »od«nn auf «in« Temperatur von etwa 1800° C gebracht, ua «u erreichen, daft das Silicium •ich alt de» Kohlenstoff de· Formkörper» tu Silielua~ karbid uaaetst.
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Claims (1)

  1. 2718H2
    Patentanspruch·
    1. Unter Verwendung; von mit einem Bindemittel Qbersogenen Graphit-, Kunstgraphltteilchen oder aus kunstgraphitShnliohen Werkstoffen hergestellten Teilchen gebildeter Formkörper mit korrosionsfester Sehutssehicht, dadurch E e kennseichnet , daft der Formkörper von einer oder mehreren aus dem Werkstoff für den Formkörper unter Beimischung eines von der Innen- sur Auftenschieht hin von nahetu 0 Atom* auf etwa 50 Atom? ansteigenden Silicium- oder Zirkoniumgehalt gebildeten Sehlohten umhüllt ist,
    2. Verfahren sur Herstellung von Formkörperη nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daft der aus Graphit gebildete Formkörper In ein unter Vakuum oder unter «m#ingem Schutzgasdruck stehendes Slliciunbad getaucht und ist Anschluß daran sur Bildung von Slliolumkarbld auf eine Temperatur von etwa 1800° C aufgeheist wird und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge kennseiehnet , daft naoh den Eintauchen des Graphitkörpers In die SiIielumsohmeise auf diese mindestens ein den Normaldruok entsprechender Schutsgasdruek ausgeübt wird.
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    ORIGINAL INSPECTED
    2718U2
    H. Verfahren sur Herstellung von Porrakörpern nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet , daft 31licium- oder Zirkoniumpulver in einer Oraphltpulver enthaltenden Phenolformaldehydhars-LBeunf aufgeschlemmt und der Formkörper sodann ein- oder mehrmals In diese Aufschlfinnuni? eingetaucht wird, worauf der Formkörper tun Verkoken in einer weiteren Verfahrenestufe unter Schutsgas auf eine twiechen 650° C und 850° C liegende Temperatur aufgehet st und in AnsehluA daran sur Bildung von Silioluitkarbid mit großer Aufheisgesohwindigkelt auf eine Temperatur swischen 1550° C und 1600° C aufgeheist wird und anschließend auf Rauntemperatur abgekühlt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch k, daduroh g β kennsei chnet , daft mehrere Aufsehläm-Bungen des Siliciumpulvera oder Zirkoniumpulvers mit swlsohen 95 Atom* und 50 Atom* liegendem Kohlenstoffgehalt gebildet und der Formkörper sodann zunächst in das Dad mit dem geringsten Silicium- oder Zirkoniungehalt und den höchsten Kohlenstoffgehalt und in der Folge Jeweils in da· Bad wit dem niohstniedrigeren Kohlenetoffgehalt getaucht wird, wobei der Formkörper nach jeden Eintauehen getrocknet und» um den Binder der suvor aufgebrachten Schicht su hirten, einer wärmebehandlung untersogen wird.
    809846/0019
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