DE3839730A1

DE3839730A1 - Titandiborid enthaltende abdampfschiffchen

Info

Publication number: DE3839730A1
Application number: DE3839730A
Authority: DE
Inventors: Edward D Parent; Edwin J Spooner; Jun Robert F Scoledge
Original assignee: GTE Products Corp
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 1987-12-16
Filing date: 1988-11-24
Publication date: 1989-07-06
Anticipated expiration: 2008-11-25
Also published as: GB2210872B; GB2210872A; US4847031A; DE3839730C2; GB8829488D0

Description

Die Erfindung betrifft eigenwiderstandserhitzte, elektrisch leitfähige, feuerfeste Abdampfschiffchen.

Solche Schiffchen werden im allgemeinen zum Verdampfen von Aluminium verwendet, Beispiele dafür sind in den folgenden US-Patenten beschrieben: 43 73 952, 40 89 643, 39 15 900, 38 13 252, 38 03 707, 35 82 611, 35 44 486, 32 56 103, 31 81 968, 29 84 807, 29 62 538.

Während dem normalen Betrieb dieser Schiffchen findet durch die Wechselwirkung mit geschmolzenem Aluminium eine Erosion sowie Dissoziation und Sublimation der Materialkomponenten des Schiffchens statt. Obwohl nur eine geringe Menge der Materialkomponenten erodiert ist, verliert das Schiffchen auf diese Weise seine Betriebsfähigkeit, da der effektive Querschnitt des Schiffchens und der spezifische elektrische Widerstand verändert sind. Das Schiffchen wird in diesem Fall normalerweise ausgesondert und ersetzt, nachdem es nur 10 bis 15% abgenutzt ist.

Diese Erfindung betrifft die Rückgewinnung und Wiederverwendung der Materialkomponenten des Schiffchens. Falls es noch anhaftendes Aluminium gibt, wird zunächst das abgenutzte Schiffchen in einer heißen Ätzlösung (NaOH) ausgelaugt, um anhaftendes Aluminium aufzulösen und zu entfernen. Dieser Schritt kann ausgelassen werden, falls die Schiffchen annähernd frei von anhaftendem Aluminiummetall sind. Jedoch besitzen die meisten Schiffchen Aluminiumreste, die sich infolge Überfließens während des Betriebes an den Enden oder in der Mitte des Schiffchens ansammeln. Daraus resultiert die Ansammlung von aluminiumeingekapselten Materialstückchen, die sich nicht zu Pulver zermahlen lassen. Das lösliche Natriumaluminat wird in einen Abfallneutralisationsbehälter weitergeleitet. Die Schiffchen werden dann in verdünnter Säure neutralisiert, gewaschen und getrocknet. Die getrockneten Schiffchen werden dann zu Pulver gemahlen und gesiebt, um übergroßes Material zu entfernen. Dieses übergroße Material kann Bruchstücke von Graphitblättchen und harten Kristallkörnchen aus AlB₁₂ oder AlB₂ beinhalten, die unlöslich an dem ausgelaugten Material festhaften können. Nach Bedarf kann das gemahlene Pulver mit geringen Zusätzen an TiB₂ oder BN vermischt werden, um den spezifischen Widerstand zu regulieren. Abdampfschiffchen werden dann aus dem fertiggestellten gemahlenen Pulver hergestellt.

Titandiborid (TiB₂) ist ein üblicher Bestandteil von Abdampfschiffchen, mit denen sich diese Erfindung beschäftigt. Andere häufig verwendete Bestandteile sind Bornitrid (BN) und Aluminiumnitrid (AlN).

In einem Beispiel wurden die abgenutzten Abdampfschiffchen mit einer wie im US-Patent Nr. 43 73 952 beschriebenen Zusammensetzung, nämlich etwa 50% TiB₂, etwa 30% BN, etwa 12% AlN und etwa 8% Wolfram, gesammelt. Diese Schiffchen waren im allgemeinen etwa 15,24 cm (6′′) lang, 2,54 cm (1′′) breit und 0,95 cm (3/8′′) dick. Die Schiffchen wurden in eine heiße 20%ige NaOH-Lösung bis zur Beendigung der Reaktion getaucht. Nach dem Abfließen der NaOH-Lösung wurden die Schiffchen in eine verdünnte HCl-Lösung für 24 Stunden getaucht. Danach wurde die HCl-Lösung abgeführt und die Schiffchen gründlich mit heißem und kaltem Wasser gewaschen. Die Schiffchen wurden als nächstes bei 150°C getrocknet und dann mittels einem Backenbrecher auf eine Korngröße von weniger als etwa 1,27 cm (minus 1/2′′ mesh size) gebracht. Das zerkleinerte Material wurde dann in einer Abbe-Kugelmühle für 3 Stunden autogen gemahlen. Der Vorteil des autogenen Mahlens liegt darin, daß die TiB₂-BN-AlN-Bestandteile zerkleinert werden, ohne dabei die härteren Krusten von AlB₁₂ und AlB₂ zu brechen, die dann durch Sieben entfernt werden können. Etwa 55% des gemahlenen Materials war feiner als 4,76 mm (4 mesh) und etwa 30% war feiner als 0,149 mm (100 mesh). Das Material von weniger als 0,149 mm (-100 mesh) wurde bei 1975°C und 262 bar (3800 psi) zu einem dichten Knüppel mit einer Breite von 10,16 cm (4′′) und einer Dicke von 5,08 cm (2′′) vakuumheißgepreßt. Aus diesem Block wurden Abdampfschiffchen mit der Abmessung 8,89 cm × 1,27 cm × 0,32 cm (3 1/2′′ × 1/2′′ × 1/8′′) mit einer gefrästen Aushöhlung von 5,08 cm × 0,95 cm × 0,1 cm (2′′ × 3/8′′ × 0,04′′) gefertigt.

Eines dieser Schiffchen wurde für einen Verdampfungstest in einem kleinen Metallisierer verwendet. Aluminiumdraht wurde in das Schiffchen mit einer hohen Beschickungsrate von 0,65 g/min/cm² (4,2 g/min/in²) zugeführt. Dieses Schiffchen wurde für 2 Stunden mit ausgezeichneter elektrischer Stabilität unter diesen Bedingungen betrieben. In Leistung und Beständigkeit waren die Testschiffchen in jeder Hinsicht den Standardschiffchen von ähnlicher Zusammensetzung aus unbenutztem Material gleichwertig.

In einem zweiten Beispiel wurden mit einer Pulvermenge aus einem größeren Teil abgenutzter Schiffchen Knüppel mit einer Breite von 33,02 cm (13′′) und Dicke von 5,08 cm (2′′) auf ähnliche Weise heißgepreßt. Testschiffchen mit einer Größe von 12,70 cm × 1,91 cm × 1,27 cm (5′′ × 3/4′′ × 1/2′′) wurden von diesem Knüppel geschnitten. Der elektrische spezifische Widerstand lag zwischen 700 und 900 µOhm × cm. Diese waren Standard- (unbenutzte) Materialzusammensetzungen beim Betrieb in einem handelsüblichen Metallisierer in der Leistung gleichwertig.

In einem dritten Beispiel wurden aus einem in ähnlicher Weise heißgepreßten Knüppel sechs Testschiffchen geschnitten. Die geschnittenen Blöcke hatten eine Größe von 15,24 cm × 2,54 cm × 1,11 cm (6′′ × 1′′ × 0,438′′) mit einer Aushöhlung von 12,70 cm × 2,22 cm × 0,24 cm (5′′ × 7/8′′ × 0,094′′). Der spezifische Widerstand dieser Blöcke lag zwischen 700 und 900 µOhm × cm. Einer dieser Blöcke hatte eine zufriedenstellende Betriebszeit von 11,5 Stunden beim Betrieb in einer Metallisiertestkammer bei einer spezifischen Beschickungsrate für Aluminiumdraht von 0,39 g/min/cm² (2,5 g/min/in²). Die normale Betriebszeit für ein Standardschiffchen von ähnlicher Zusammensetzung beträgt 10 Stunden.

Dem oben erwähnten Material wurde kein TiB₂ zugegeben. Zusätzliche Tests haben jedoch gezeigt, daß der spezifische Widerstand durch Zugabe von TiB₂ wie folgt verändert werden kann:

Zugegebene TiB₂-Menge (Gew.-%) zum Regenerieren
Bereich des spez. Widerstandes
0
700-900 µOhm × cm
1	650-850 µOhm × cm
2	600-775 µOhm × cm
3	500-700 µOhm × cm
4	450-550 µOhm × cm

In ähnlicher Weise kann der spezifische Widerstand durch geringe Zugaben an Bornitrid erhöht werden.

Das wiedergewonnene Pulver kann mit unbenutzten Rohmaterialien aus der Gruppe TiB₂, BN, AlN, WB in jedem erforderlichen Verhältnis gemischt werden, um gepreßtes Material mit dem nötigen spezifischen elektrischen Widerstand, Benetzbarkeit durch geschmolzenes Aluminium, Maschinenfähigkeit und mechanische Festigkeit für die Verwendung als Abdampfschiffchen zu produzieren.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Abdampfschiffchens, welches die Schritte Sammeln von abgenutzten eigenwiderstandserhitzten, elektrisch leitfähigen, feuerfesten, Titanborid enthaltenden Abdampfschiffchen, Zermahlen der abgenutzten Schiffchen zu Pulver, Sieben des Pulvers, und Fertigung eines eigenwiderstandserhitzten, elektrisch leitfähigen, feuerfesten, Titandiborid enthaltenden Abdampfschiffchens aus diesem gesiebten Pulver umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zermahlen das Schiffchen mit einem Backenbrecher zerkleinert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Schiffchen autogen gemahlen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesiebte Pulver für die Fertigung des Schiffchens eine Korngröße von weniger als 0,149 mm (100 mesh) hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesiebte Pulver zu einem dichten Knüppel vakuumheißgepreßt wird, aus dem das Schiffchen hergestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgenutzte Schiffchen auch Bornitrid enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem gesiebten Pulver Titandiborid-Pulver hinzugefügt wird, um den spezifischen Widerstand des Abdampfschiffchens zu vermindern.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem gesiebten Pulver Bornitrid hinzugefügt wird, um den spezifischen Widerstand des Abdampfschiffchens zu erhöhen.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abgenutzten Schiffchen auch Aluminiumnitrid enthalten.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte Auslaugen der abgenutzten Schiffchen in heißer Ätzlösung, um an den abgenutzten Schiffchen haftende Aluminiumreste zu entfernen, Waschen und Trocknen der Schiffchen, einschließt.