DE2816607A1

DE2816607A1 - Verfahren zur herstellung einer flexiblen graphitfolie hoher festigkeit

Info

Publication number: DE2816607A1
Application number: DE19782816607
Authority: DE
Inventors: John W Borkowski
Original assignee: Stackpole Carbon Co
Current assignee: Stackpole Carbon Co
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1978-04-17
Publication date: 1979-10-18
Also published as: DE2816607C3; DE2816607B2

Description

"Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Graphit-
folie hoher Festigkeit" BESCHREIBUNG Die Art und Weise, in welcher geblähter oder vermicularer Graphit hergestellt wird, ist allgemein bekannt. Kurz gesagt, ein Blähmittel, wie z.B. ein Gemisch aus Salpeter-und Schwefelsäure oder aus Salpetersäure und Kaliumchlorat, wird zwischen die Schichten von Graphitflocken eingeführt, die dann rasch auf eine hohe Temperatur erhitzt werden, was einen geblähten Graphit mit einer Schüttdichte von beispiels-3 weise annähernd 0,0048 g/cm zur Folge hat. Der geblähte oder vermiculare Graphit wird dann zusammengedrückt und gewalzt oder geformt, so daß eine flexible Graphitfolie erhalten wird. Eine auf diese Weise hergestellte Folie, die beispielsweise eine Dichte von 1 g/cm3 aufweist, besitzt eine Zugfestigkeit von annähernd 70 kg/cm2, die jedoch für einige Anwendungen nicht hoch genug ist.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Graphitfolie mit einer viel höheren Zugfestigkeit zu schaffen.
Gemäß der Erfindung werden feine Graphitflocken, die typischerweise Abmessungen von 0,075 - 2,0 mm und vorzugsweise Abmessungen von 0,015 - 0,65 mm aufweisen, langsam in Gegenwart einer Borverbindung auf eine Temperatur zwischen 1700 und 30000C, vorzugsweise ungefähr 27500C, erhitzt. Die Boratmosphäre im Ofen, in deren Gegenwart die Flocken erhitzt werden, kann auf verschiedenen Wegen erzeugt werden, beispielsweise durch Erhitzen von Bor oder einerBorverbindung, wie z.B. Borsäure, oder durch Erhitzen von Graphitflocken, die vorher mit einer gesättigten Lösung von Borsäure oder einer anderen Borverbindung behandelt worden sind, oder durch Einführen eines inerten Trägergases, wie z.B. Argon, das mit einer gasförmigen borhaltigen Verbindung, wie z.B.
BortrichloridZgesättigt ist, in einen vorerhitzten Ofen, der die Flocken enthält. Das Erhitzen wird annähernd 1/2 bis 2 st oder solange fortgesetzt, bis das Bor weitgehend vollständig die Kristallstruktur der Graphitflocken durchdrungen hat. Üblicherweise reicht hierzu ungefähr 1 st aus.
Die mit Bor behandelten Flocken werden dann in der üblichen Weise mit einem Blähmittel, wie es oben erwähnt wurde, behandelt und rasch auf eine Temperatur zwischen ungefähr 0 0 350 und 1100 C, vorzugsweise ungefähr 950 C, erhitzt, wodurch die Graphitflocken gebläht werden. Die erhaltene Aufblähung ist viel größer, als sie normalerweise erwartet wird, wenn die Flocken nicht vorher mit Bor behandelt werden. Beispielsweise waren die Schüttdichten eines Materials, das vorher innig mit trockener Borsäure gemischt oder mit einer gesättigten Borsäurelösung naß behandelt 3 worden war, 0,0016 bzw. 0,00048 g/cm3. Die Schüttdichte des expandierten Graphits, der aus naß behandelten Flocken erhalten worden war, war in der Tat so niedrig, daß es schwierig war, ausreichend Material für eine weitere Verarbeitung anzuhäufen.
Zwar ist der Grund für die größere Aufblähung der mit Bor behandelten Flocken nicht voll verständlich, jedoch wird angenommen, daß das zwischen die Kristallebenen der Flocken eingeführte Bor die Bindefestigkeit zwischen den Ebenen verringert und dabei den Graphit besser für das Blähmittel zugänglich macht.
Nach dem Blähen wird der vermiculare Graphit verdichtet, um einen Rohling herzustellen, der dann gewalzt oder geformt wird, um eine flexible Graphitfolie höherer Festigkeit herzustellen, als sie eine durch herkömmliche Verfahren hergestelle Folie aufweist. Die Festigkeit steht vermutlich in Beziehung mit der Menge an restlichem Bor in der Folie. Beispielsweise besaßen Folienproben mit einer Dichte von 1 g/cm3 und mit Borgehalten von 0,013 bzw. 0,16 Gew.-% Zugfestigkeiten 2 2 von 126 kg/cm2 bzw. 154 kg/cml. Zwar ist der Grund für die höheren Zugfestigkeiten nicht voll verständlich, aber es wird angenommen, daß sie das Ergebnis einer verbesserten mechanischen Verzahnung der expandierten Flocken sind, welche durch die Verwendung von geblähten Flocken mit einem größeren Blähungsgrad als bisher erreicht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Graphitfolie hoher Festigkeit, bei welchem feine Graphitflocken zwecks Aufblähung des Graphits einem Blähmittel ausgesetzt und rasch auf eine Temperatur zwischen 300 und 11000C erhitzt werden, der geblähte Graphit in einen Rohling gepreßt wird und der Rohling dann weiter in eine flexible Graphitfolie verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitflocken, bevor sie einem Blähmittel ausgesetzt werden, in Gegenwart von Bor auf eine Temperatur zwischen ungefähr 0 1700 und 3000°C erhitzt werden, bis das Bor praktisch vollständig die Kristallstruktur der Graphitflocken durchdrungen hat, wobei geblähte Graphitflocken erhalten werden, die eine beträchtlich geringere Schüttdichte aufweisen als nicht mit Bor vorbehandelte geblähte Graphitflocken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitf locken vor der Behandlung mit Bor fein genug sind, daß sie durch ein Sieb der Maschenweite 0,66 mm (28 mesh) hindurchgehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerhitzung der Graphitflocken in Gegenwart einer Borverbindung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Borverbindung Borsäure verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Graphitflocken nach der Behandlung mit einem Blähmittel auf eine Temperatur von ungefähr 9500C erfolgt und daß die Schüttdichte des geblähten Graphits 3 in etwa 0,0016 g/cm3 beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß annähernd 0,013 Gew.-% Bor in die Folie eingelagert werden und daß die Zugfestigkeit der Folie etwa 126 kg/cm2 beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß annähernd 0,16 Gew.-2 Bor in die Folie eingelagert werden 2 und daß die Zugfestigkeit der Folie etwa 154 kg/cm beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Vorerhitzung die Graphitflocken mit einer borhaltigen Lösung befeuchtet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Graphitflocken nach der Behandlung mit dem Blähmittel auf eine Temperatur von ungefähr 9500C durchgeführt und daß die Schüttdichte des geblähten Graphits etwa 0,00048 g/cm3 beträgt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor dadurch eingelagert wird, daß ein inertes Trägergas mit einer gasförmigen Borverbindung gesättigt wird und dann das gesättigte Gas in einen vorerhitzten Ofen, der die Graphitflocken enthält, eingeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Borverbindung aus Bortrichlorid besteht.