DE3002568A1 - Verfahren zum herstellen von gehaeusen fuer natrium/schwefel-zellen - Google Patents
Verfahren zum herstellen von gehaeusen fuer natrium/schwefel-zellenInfo
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Description
300256a
Die Erfindung bezieht sich auf Thermokompressionsverfahren zum Herstellen von Behältern für Natrium/Schwefel-Zellen und mehr
im besonderen auf solche Verfahren, bei denen ein Paar offenendiger Metallbehälter ohne Flansche durch Thermokompression
mit einem elektrisch isolierenden keramischen Ring verbunden wird.
Gehäuse, die Natrium und Schwefel gegenüber beständig sind, sind brauchbar für hermetisch abgedichtete Natrium/Schwefel-Zellen.
Ein Zellgehäuse mit einer hermetischen mechanischen Dichtung und eine hermetisch abgedichtete Natrium/Schwefel-Zelle sind z. B.
in der US-PS 3 946 751 beschrieben. Die dortige hermetische mechanische Dichtung verbindet zwei gegenüberliegende Metallgehäuse
mit einem keramischen Ring, der ein inneres Gehäuse aus einem festen, Natriumionen-leitenden Material trägt. Ein solches
Zellgehäuse wird für eine hermetisch abgedichtete Natrium/Schwefel-Zelle angewendet.
Die Thermokompression ist bekannt zum Herstellen von Festkörperverbindungen
zwischen Metallen und Keramiken. Diese Art Bindung wäre hinsichtlich des Abdichtens von Aluminium- oder anderen
Metallbehältern mit keramischen Ringen von besonderem Interesse für Natrium/Schwefel-Zellen.
In der US-PS 4 037 027 ist eine Natrium/Schwefel-Zelle und ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben, bei dem ein Kathodentank
mit einem sich nach außen erstreckenden Flansch und ein Anodentank mit einem sich nach außen erstreckenden Flansch mit
einer Aluminiumoxid-Platte oder einem solchen Ring verbunden werden, indem man eine Aluminiumdichtung zwischen den sich nach
außen erstreckenden Flanschen jedes Tanks und der Aluminiumoxidplatte herstellt. Eine Hülse wird innerhalb des jeweiligen Tanks
auf jeder der gegenüberliegenden Flächen der Platte getragen. Diese Baueinheit wird bei einer Temperatur nahey aber unterhalb
des Schmelzpunktes des Aluminiums zusammengepreßt.
030031/0836'
Demgegenüber ist die vorliegende Erfindung auf Verfahren zum Herstellen von Behältern für Natrium/Schwefel-Zellen durch
Thermokompression gerichtet, bei denen ein Paar offenendiger Metallbehälter ohne Flansche durch Thermokompression mit einem
elektrisch isolierenden keramischen Ring verbunden wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Herstellung
von Gehäusen für Natrium/Schwefel-Zellen nacheinander ein offenendiger Metallbehälter mit jeder der gegenüberliegenden
Hauptoberflächen eines elektrisch isolierenden keramischen
Ringes verbunden.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert, in deren einziger Figur eine Schnittansicht eines Gehäuses für eine Natrium/Schwefel-Zelle gezeigt
ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Das allgemein mit 10 bezeichnete Zellgehäuse weist einen elektrisch
isolierenden keramischen Ring 11 aus ^i -Aluminiumoxid
auf, der eine zentral durchgehende Öffnung 12 hat. Ein fester ionenleitender Elektrolyt 13 aus Natrium-]- Aluminiumoxid ist teilweise
innerhalb dieser öffnung 12 des keramischen Ringes 11
angeordnet. Eine Glasdichtung 14 verbindet die obere äußere
Oberfläche des Rohres 13 mit dem keramischen Ring 11. Die Einzelheiten des Verbindens eines Rohres aus beta-Aluminiumoxid mit
einem keramischen Ring mittels einer Glasdichtung sind in der US-PS 3 946 751 beschrieben. In jeder der gegenüberliegenden
Hauptoberflächen des keramischen Ringes 11 ist eine ringförmige
Rille 15 angeordnet. Ein offenendiger Metallbehälter 16 aus
Aluminium ohne Flansche ist mit der jeweiligen Oberfläche des keramischen Ringes 11 mittels einer deformierten Aluminiumdichtung
verbunden, die jeweils in der ringförmigen Rille 15 angeordnet ist. Diese Struktur ist ein Gehäuse für eine Natrium/Schwefel-Zelle,
das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
In der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß nach einer Ausfuhrungsform des Verfahrens ein Gehäuse für eine Natrium/
Schwefel-Zelle, wie es in der einzigen Figur der Zeichnung dar-
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gestellt ist, dadurch hergestellt werden kann, daß man in jeder der gegenüberliegenden Hauptoberflächen eines elektrisch isolie-
aus
renden keramischen RingesAT-Aluminiumoxid eine ringförmige .Rille schafft. In einer dieser Rillen ordnet man eine Metalldichtung aus Aluminium an. Dann legt man einen offenendigen Metallbehälter aus Aluminium gegen die Dichtung. Das entgegengesetzte offene Ende des Behälters wird für eine Dauer von 5-90 Minuten einem
renden keramischen RingesAT-Aluminiumoxid eine ringförmige .Rille schafft. In einer dieser Rillen ordnet man eine Metalldichtung aus Aluminium an. Dann legt man einen offenendigen Metallbehälter aus Aluminium gegen die Dichtung. Das entgegengesetzte offene Ende des Behälters wird für eine Dauer von 5-90 Minuten einem
ο
Druck im Bereich von 50 - 500 kg/cm ausgesetzt, während Behälter, Dichtung und keramischer Ring in einer inerten Atmosphäre einer Temperatur im Bereich von 550 - 625°C ausgesetzt werden. Für diese Zwecke werden eine Presse und ein Ofen mit einer inerten Atmosphäre benutzt.
Druck im Bereich von 50 - 500 kg/cm ausgesetzt, während Behälter, Dichtung und keramischer Ring in einer inerten Atmosphäre einer Temperatur im Bereich von 550 - 625°C ausgesetzt werden. Für diese Zwecke werden eine Presse und ein Ofen mit einer inerten Atmosphäre benutzt.
Nachdem die dabei entstandene Baueinheit abgekühlt ist, ordnet man eine zweite Metalldichtung aus Aluminium in der anderen ringförmigen
Rille an. Auch gegen diese zweite Dichtung wird ein zweiter offenendiger Metallbehälter aus Aluminium gelegt. Das
andere offene Ende des zweiten Behälters wird für eine Dauer von
5-90 Minuten einem Druck im Bereich von 50 - 500 kg/cm ausgesetzt,
während man die Behälter, die Dichtungen und den keramischen Ring gleichzeitig in einer inerten Atmosphäre einer
Temperatur im Bereich von 550 - 625 C aussetzt. Auch dies erfolgt unter Benutzung von oben genannter Gerätepresse und Ofen.
Es wurde in der vorliegenden Erfindung auch festgestellt, daß man nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ein Gehäuse für eine Natrium/Schwefel-Zelle, wie sie in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt ist, herstellen
kann, indem man in jeder der gegenüberliegenden Hauptoberflächen eines elektrisch isolierenden keramischen Ringes aus o^ -Aluminiumoxid
eine ringförmige Rille schafft. In jeder dieser Rillen wird eine Metalldichtung angeordnet. Ein Paar offenendiger Metallbehälter
aus Aluminium wird gegen die beiden Dichtungen gelegt. Die entgegengesetzten offenen Enden jeden Behälters werden gleichzeitig
für eine Dauer von 5-90 Minuten einem Druck im Bereich
2
von 50 - 500 kg/cm ausgesetzt, während die Behälter, Dichtungen und der keramische Ring gleichzeitig in einer inerten Atmosphäre einer Temperatur im Bereich von 550 - 625°C ausgesetzt werden. Wie
von 50 - 500 kg/cm ausgesetzt, während die Behälter, Dichtungen und der keramische Ring gleichzeitig in einer inerten Atmosphäre einer Temperatur im Bereich von 550 - 625°C ausgesetzt werden. Wie
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bei der ersten Ausfuhrungsform werden auch hier die oben genannte
Presse und der Ofen angewendet. Die zuletzt beschriebene Ausführungsform des gleichzeitigen Verbindens beider Behälter
ist bevorzugt.
Es wurde festgestellt, daß bei der Herstellung der Behälter die ringförmigen Rillen zum Halten der Metalldichtungen geeignet
sind. Die Metalldichtungen können jedoch auch direkt auf die Hauptoberflächen eines keramischen Ringes gelegt werden, der
keine ringförmigen Rillen aufweist. Für die Behälter können verschiedene Materialien, wie verchromter kohlenstoffarmer Stahl,
Aluminium oder korrosionsbeständiger Stahl benutzt werden. Die Verwendung von verchromtem kohlenstoffarmem Stahl ist bevorzugt.
Der elektrisch isolierende Ring besteht vorzugsweise aus Od. -Aluminiumoxidkeramik.
Die Dichtungen bestehen vorzugsweise aus Aluminium. Im Ofen ist eine reduzierende oder inerte Atmosphäre
vorhanden, wie Wasserstoff oder Argon. Unter Anwendung eines Temperaturbereiches von 550 - 625 C und einem Druckbereich von
2
50 bis 500 kg/cm während einer Zeitdauer von 5-90 Minuten erhält man die erwünschten hermetischen Dichtungen zwischen den jeweiligen Behältern und dem keramischen Ring. Während der Herstellung der Dichtung werden die Metalldichtungen deformiert.
50 bis 500 kg/cm während einer Zeitdauer von 5-90 Minuten erhält man die erwünschten hermetischen Dichtungen zwischen den jeweiligen Behältern und dem keramischen Ring. Während der Herstellung der Dichtung werden die Metalldichtungen deformiert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Nach der Ausführungsform des Verfahrens, bei dem jeweils ein
Behälter mit dem keramischen Ring verbunden wurde, wurde eine Vielzahl von Gehäusen für Natrium/Schwefel-Zellen teil^-weise gebildet,
Zuerst stellte man einen elektrisch isolierenden keramischen Ring aus D(. -Aluminiumoxid her, bei dem in jede der gegenüberliegenden
Hauptoberflächen eine ringförmige Rille eingebracht wurde. Eine Metalldichtung aus Aluminium wurde in der oberen
ringförmigen Rille angeordnet. Dann legte man einen offenendigen Metallbehälter aus Aluminium gegen die Dichtung. Das entgegengesetzte
offene Ende des Behälters setzte man 60 Minuten lang
2
einem Druck von 450 kg/cm aus, während Behälter, Dichtung und
einem Druck von 450 kg/cm aus, während Behälter, Dichtung und
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keramischer Ring in einer inerten Argonatmosphäre einer Temperatur
von 585°C ausgesetzt waren. Zu diesem Zweck benutzte man eine Presse und einen Ofen, der mit der Argonatmosphäre gefüllt
war. Die erhaltene Struktur war ein partielles Gehäuse für eine Natrium/Schwefel-Zelle, das erfindungsgemäß hergestellt war.
Nach der anderen Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens,
bei der beide Behälter gleichzeitig mit dem keramischen Ring verbunden werden, stellte man eine Vielzahl von Gehäusen
für Natrium/Schwefel-Zellen her. Zuerst schuf man für jedes Zellgehäuse einen elektrisch isolierenden keramischen Ring aus
'Ύ-Aluminiumoxid. In jede der gegenüberliegenden Hauptoberflächen
des keramischen Ringes brachte man eine ringförmige Rille ein. In jede dieser Rillen legte man eine Metalldichtung
aus Aluminium. Ein Paar offenendiger Metallbehälter aus verchromtem kohlenstoffarmem Stahl ordnete man gegen die gegenüberliegenden
Dichtungen an. Die entgegengesetzten offen Enden jedes
Behälters wurden einem Druck von 450 kg/cm 60 Minuten lang ausgesetzt,
während die Behälter, die Dichtungen und der keramische Ring gleichzeitig in einer inerten Atmosphäre einer Temperatur
von 585 C ausgesetzt wurden. Auch hierbei benutzte man wie bei dem Verfahren nach Beispiel I eine Presse und einen Ofen.
Die erhaltene Struktur war ein Zellgehäuse, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt war.
Nach der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei
dem/die Behälter nacheinander mit dem keramischen Ring verbindet, wurde eine Vielzahl von Gehäusen für Natrium/Schwefel-Zellen
hergestellt. Zuerst schuf man für jedes Zellgehäuse einen elektrisch isolierenden keramischen Ring aus O^-Aluminiumoxid. In
jede der gegenüberliegenden Hauptoberflächen dieses keramischen Ringes wurde eine ringförmige Rille eingebracht. Dann ordnete
man in der oberen ringförmigen Rille eine Metalldichtung aus Aluminium an. Ein offenendiger Metallbehälter aus verchromtem
kohlenstoffarmem Stahl wurde gegen die Dichtung gelegt. Das ent-
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gegengesetzte offene Ende des Behälters setzte man 60 Minuten
2
lang einem Druck von 450 kg/cm aus, während Behälter, Dichtung und keramischer Ring in einer inerten Argonatmosphäre einer Temperatur von 585 C ausgesetzt waren. Hierfür benutzte man eine Presse und einen Ofen mit der inerten Argonatmosphäre. Nachdem die dabei erhaltene Baueinheit abgekühlt war, legte man eine zweite Metalldichtung aus Aluminium in die andere ringförmige Rille. Ein zweiter offenendiger Metallbehälter aus verchromtem kohlenstoff armem Stahl wurde gegen die zweite Dichtung gelegt. Das entgegengesetzte offene Ende des zweiten Behälters wurde 60 Minuten
lang einem Druck von 450 kg/cm aus, während Behälter, Dichtung und keramischer Ring in einer inerten Argonatmosphäre einer Temperatur von 585 C ausgesetzt waren. Hierfür benutzte man eine Presse und einen Ofen mit der inerten Argonatmosphäre. Nachdem die dabei erhaltene Baueinheit abgekühlt war, legte man eine zweite Metalldichtung aus Aluminium in die andere ringförmige Rille. Ein zweiter offenendiger Metallbehälter aus verchromtem kohlenstoff armem Stahl wurde gegen die zweite Dichtung gelegt. Das entgegengesetzte offene Ende des zweiten Behälters wurde 60 Minuten
2
lang einem Druck von 450 kg/cm ausgesetzt, während die Behälter, die Dichtungen und der keramische Ring gleichzeitig in einer inerten Argonatmosphäre einer Temperatur von 585 C ausgesetzt waren. Hierbei benutzte man wieder die oben genannte Presse und den Ofen. Die erhaltene Struktur war ein Zellgehäuse, das nach der vorliegenden Erfindung hergestellt war.
lang einem Druck von 450 kg/cm ausgesetzt, während die Behälter, die Dichtungen und der keramische Ring gleichzeitig in einer inerten Argonatmosphäre einer Temperatur von 585 C ausgesetzt waren. Hierbei benutzte man wieder die oben genannte Presse und den Ofen. Die erhaltene Struktur war ein Zellgehäuse, das nach der vorliegenden Erfindung hergestellt war.
Das Verfahren des Beispiels III wurde wiederholt, mit der Ausnahme^
daß in den keramischen Ring aus OL-Aluminiumoxid keine ringförmigen
Rillen eingebracht wurden und daß die Metalldichtungen aus Aluminium direkt gegen eine Hauptoberfläche des keramischen
Ringes gelegt wurden.
Das Verfahren des Beispiels II wurde wiederholt, mit der Aus-
ausw
nähme, daß in den keramischen Ring/ Cn -Aluminiumoxid keine ringförmigen
Rillen eingebracht wurden und daß die Metalldichtungen direkt gegen die Hauptoberflächen des keramischen Ringes gelegt ,
wurden.
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-40-
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Claims (1)
- Ansprüche1J Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses für eine Natrium/ Schwefel-Zelle, gekennzeichnet durch Anordnen einer Metalldichtung gegen eine Hauptoberfläche eines elektrisch isolierenden keramischen Ringes, Anordnen eines offenendigen Metallbehälters gegen die Metalldichtung, Aussetzen des entgegengesetzten offenen Endes des Behälters2 gegenüber einem Druck von 50 - 500 kg/cm für eine Dauer von 5-90 Minuten, während gleichzeitig Behälter, Dichtung und keramischer Ring in einer inerten Atmosphäre einer Temperatur im Bereich von 550 bis 625°C ausgesetzt werden, Anordnen einer zweiten Metalldichtung gegen die gegenüberliegende Hauptoberfläche des keramischen Ringes, Anordnen eines zweiten offenendigen Metallbehälters gegen die zweite Metalldichtung und Aussetzen des entgegengesetzten offenen Endes des zweiten Be-2 hälters gegenüber einem Druck im Bereich von 50 bis 500 kg/cm für eine Dauer von 5 bis 90 Minuten, während gleichzeitig Behälter, Dichtungen und der keramische Ring in einer inerten030031/0836ner Temperatur im Bereich von 550 ■ setzt werden.Atmosphäre einer Temperatur im Bereich von 550 - 625°C ausge2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich in jeder der gegenüberliegenden Hauptoberflächen des keramischen Ringes eine ringförmige Rille befindet und die Metalldichtungen in diesen Rillen angeordnet sind.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Keramik des elektrisch isolierenden Ringes (Λ-Aluminiumoxid, jede Metalldichtung Aluminium und jeder Metallbehälter verchromter kohlenstoffarmer Stahl ist.4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Keramik des elektrisch isolierenden Ringes O--Aluminiumoxid, jede Metalldichtung Aluminium, jeder Metallbehälter verchromter kohlenstoffarmer Stahl ist, die Temperatur 585°C, die Erhitzungsdauer 60 Minuten2
und der Druck 450 kg/cm beträgt.5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Keramik des elektrisch isolierenden Ringes C(-Aluminiumoxid, jede Metalldichtung Aluminium und jeder Metallbehälter ebenfalls Aluminium ist.6. Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses für eine Natrium/Schwefel-Zelle, gekennzeichnet durch Anordnen je einer Metalldichtung gegen jede der Hauptoberflächen eines elektrisch isolierenden keramischen Ringes, Anordnen eines Paares offenendiger Metallbehälters gegen jeweils eine der gegenüberliegenden Dichtungen, Aussetzen der gegenüberliegenden offenen Enden der Behälter gegenüber einem Druck im2
Bereich von 50 - 500 kg/cm für eine Dauer von 5-90 Minuten, während die Behälter innerhalb einer inerten Atmosphäre einer Temperatur im Bereich von 550 - 625°C ausgesetzt sind.030031/0836300256:ο Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß in jeder der gegenüberliegenden Hauptoberflächen des keramischen Ringes eine ringförmige Rille vorhanden ist und die Metalldichtungen in diesen Rillen angeordnet sind.8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik des elektrisch isolierenden Ringes CX-Aluminiumoxid, die Metalldichtungen Aluminium und die Metallbehälter verchromter kohlenstoff armer Stahl sind.9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Keramik des elektrisch isolierenden Ringes ^-Aluminiumoxid, die Metalldichtungen Aluminium, die Metallbehälter verchromter kohlenstoffarmer Stahl sind, die Temperatur 585 C, die Erhitzungsdauer 60Minuten und der Druck 450 kg/cm beträgt.Oo Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Keramik des elektrisch isolierenden Ringes Oi-Aluminiumoxid, die Metalldichtungen aus Aluminium, die Metallbehälter ebenfalls aus Aluminium bestehen, die Temperatur 585°C, die Erhitzungsdauer 60 Minu-2
ten und der Druck 450 kg/cm betragen.030031/0836
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| GB2041812A (en) | 1980-09-17 |
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