DE587651C

DE587651C - Verfahren zur Erhoehung der Leitfaehigkeit der Anschlussstellen von Heizkoerpern aus Siliciumcarbid

Info

Publication number: DE587651C
Application number: DE1930587651D
Authority: DE
Original assignee: GLOBAR CORP
Current assignee: GLOBAR CORP
Priority date: 1929-07-29
Filing date: 1930-05-16
Publication date: 1933-11-07

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erhöhung der Leitfähigkeit der Anschlußstellen von Heizkörpern aus Siliciumcarbid. Bei der Verwendung stabförmiger Widerstände aus Siliciumcarbid als Heizkörper für elektrische Heizvorrichtungen ist es schwierig, einen guten elektrischen Kontakt zwischen denZuleitungsdrahten und denEnden des Widerstandes zu schaffen. Diese Schwierigkeit beruht darauf, daß Siliciumcarbid einen sehr hohen spezifischen Widerstand hat, so daß bei den hohen Temperaturen, denen die Heizkörper im Betriebe ausgesetzt sind, eine übermäßige Erhitzung und ein Verbrennen der Anschlußstellen stattfindet. Man hat daher zur Vermeidung dieses Übelstandes schon vorgeschlagen, die Heizkörper an den Enden mit einem Metallüberzug zu versehen und den Metallüberzug mit einer Glasur, z. B.

aus Borsäure, Boraten o. dgl., zu überziehen. Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß der Metallüberzug sich nur an der Oberfläche des Heizkörpers befindet oder doch nur wenig in den Heizkörper eindringt, so daß das betreffende Ende des Heizkörpers eine ungleichmäßige Struktur aufweist und' bei höheren Temperaturen infolge der verschiedenartigen Ausdehnung der-Bestandteile eine bleibende Formänderung erfährt. Ferner ist auch durch die Anordnung der Glasur die Verwendbarkeit des Heizkörpers beschränkt, da bei sehr hohen Temperaturen, beispielsweise solchen von 1400 bis 1500° C, eine Zerstörung der Glasur eintritt.

Man ist daher dazu übergegangen, die Enden der stabförmigen Widerstände oder Heizkörper in der Weise zu behandeln, daß zwischen dem Stabende und einer zweiten Elektrode ein elektrischer Lichtbogen gebildet wird, durch den die Enden des Heizkörpers in metallisches Silicium übergeführt werden. Auf diese Weise läßt sich zwar bei verhältnismäßig dünnen Stäben, deren Enden in einer verhältnismäßig geringen Länge imprägniert werden sollen, eine erhebliche Verbesserung der Leitfähigkeit erreichen, jedoch ist dieses Verfahren für stärkere Stäbe, deren Enden in beträchtlicher Länge leitfähig gemacht werden sollen, mit Rücksicht auf die örtlich begrenzte Wirkung des elektrischen Lichtbogens nicht mit Vorteil anwendbar.

Die vorliegende Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gestellt, auch bei stärkeren Widerstandsstäben eine vollkommene und gleichmäßige Imprägnierung der Anschlußstellen in beliebiger Länge zu ermöglichen. Gemäß der Erfindung werden die zu behandelnden Stellen des Heizkörpers mit ge-

schmolzenem Metall, vorzugsweise Silicium, in der Weise behandelt, daß das flüssige Metall in unmittelbarer Berührung mit dem Heizkörper so weit über die Schmelztemperatur hinaus erhitzt wird, daß eine schnelle und gleichmäßige Imprägnierung des betreffenden Teiles des Heizkörpers stattfindet. Auf diese Weise wird erreicht, daß die SiIi-• zierung des Heizkörpers nicht wie bei dem ίο bekannten Lichtbogenverfahren auf die Stelle beschränkt ist, an welcher der Lichtbogen ansetzt, sondern daß das hocherhitzte flüssige Metall in den Heizkörper eindringt und ihn vollkommen durchsetzt, so daß es möglich ist, den Heizkörper in jeder gewünschten Länge und in seinem gesamten Querschnitt zu silizieren. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß die ursprünglich kristallinische Struktur des Heizkörpers unversehrt erhalten bleibt und der Heizkörper an den behandelten Stellen keine Zersetzung oder Verkürzung erleidet, da das flüssige Silicium das Siliciumcarbid durchdringt und nur dessen kleinere Teilchen löst, während die größeren Teilchen nur an ihrer Oberfläche von dem Silicium angegriffen werden.

An Stelle von Silicium können auch andere Metalle, z. B. Aluminium oder Nickel oder Legierungen dieser Metalle, zur Imprägnierung verwendet werden.

Die Zeichnung zeigt ein Äusführungsbeispiel der Erfindung, und zwar ist

Fig. ι eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Imprägnierung der Enden eines Widerstandskörpers, bei welcher der Widerstand in einen Tiegel mit geschmolzenem Silicium eingetaucht wird.

Fig. 2 ist eine schaubildliche Ansicht des fertigen Heizkörpers.

Der zu behandelnde stabförmige Heizkörper muß zuerst bis auf eine Temperatur von etwa 750⁰ C erwärmt werden, um Störungen zu vermeiden, welche infolge einer plötzlichen Erwärmung während der Imprägnierung auftreten können. Der heiße Stab wird dann in ein Bad aus geschmolzenem Silicium eingeführt bis zu einer Tiefe, welche der zu imprägnierenden Länge des Stabendes entspricht.

Um eine gründliche Imprägnierung zu erreichen, muß das Siliciumbad zusammen mit dem darin befindlichen Teil des Heizkörpers bis zu einer erheblich über dem Schmelzpunkt des Siliciums liegenden Temperatur erhitzt werden. Wenn die Temperatur des Bades der Siedetemperatur des Siliciums gleich ist, kann ein zylindrischer Körper von etwa 5 ^cm Durchmesser in 10 Sekunden oder noch schneller gründlich imprägniert werden.

Das Bad, in welches der Heizkörper eingetaucht wird, kann anstatt aus Silicium auch gänzlich oder zum Teil aus Metallen bestehen, welche sich mit Siliciumcarbid verbinden oder es imprägnieren können, beispielsweise Nickel oder Aluminium."

Es ist festgestellt worden, daß Heizkörper, insbesondere solche, welche für hohe Temperaturen bestimmt sind, noch dadurch verbessert werden können, daß ihre imprägnierten Teile noch weiter erhitzt werden bis zu einer Temperatur,, welche höher liegt als diejenige, bei welcher Silicium in wenigen Sekunden verdampfen kann. Durch die weitere Erhitzung lösen sich nämlich die kleineren Körner und die an der Oberfläche liegenden Körner des Siliciumcarbids in dem Silicium, wobei eine feste Lösung oder eine Legierung entsteht. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man eine etwas größere Menge des geschmolzenen Siliciums verwendet als diejenige, welche tatsächlich für die Imprägnierung notwendig ist und das Metall bis zu einer Temperatur erwärmt wird, bei welcher das überflüssige Metall schnell verdampfen kann und daß der Heizkörper dann, nachdem der mit geschmolzenem Silicium gefüllte Tiegel schon trocken geworden ist, noch für eine kurze Zeitdauer, gewöhnlich etwas unter einer halben Minute, weiter erhitzt wird, wobei die Wärme in demselben Verhältnis zugeführt wird, wie es bei der Verdampfung des Metalls der Fall war. Dieses Verfahren kann am bequemsten dadurch ausgeführt werden, daß der Metalltiegel elektrisch erhitzt wird, die Erfindung ist aber auf eine besondere Heizungsart nicht beschränkt. Während der Zeit, in welcher das überflüssige Silicium verdampft wird, und der Zeit, in welcher der Heizkörper in dem trockenen Tiegel bleibt, wird er bis zu einer Temperatur erhitzt, welche über dem Verdampfungspunkt des Siliciums liegt, so daß einige kleinere Körner des Siliciumcarbids und die Oberfläche einiger der größeren Körner mit dem Silicium eine Verbindung eingehen.

Durch die Imprägnierung läßt sich der spezifische Widerstand des betreffenden Teiles des Heizkörpers auf etwa ein Fünftel des spezifischen Widerstandes vor der Imprägnie- uo rung und noch weitergehend herabsetzen.

In Fig. ι der Zeichnung ist 2 -ein elektrischer Ofen beliebiger Bauart, in welchem ein mit Silicium 4 gefüllter Tiegel 3 angeordnet ist. 5 ist ein Heizstab, dessen Ende in das Metall 4 eintaucht. Die im Tiegel vorhandene Menge des Metalls ist etwas größer als diejenige Menge, weiche tatsächlich zur Imprägnierung des Heizkörpers notwendig ist.

An Stelle der Verwendung eines mit Metall gefüllten Tiegels kann die Imprägnierung auch in der Weise erfolgen, daß ein Stück

Metall auf das Ende des Heizkörpers aufgelegt und dann zwischen diesem und einer aus Kohle oder Graphit bestehenden Elektrode ein elektrischer Lichtbogen gebildet wird. Für einen solchen Bogen kann sowohl Gleichstrom als auch Wechselstrom benutzt werden, wobei es, wenn Gleichstrom verwendet wird, gleichgültig ist, ob der Heizkörper oder die andere Elektrode die positive

Ό Elektrode des Bogens bildet. Es ist festgestellt worden, daß die besten Ergebnisse dann entstehen, wenn Gleichstrom benutzt wird und wenn der Heizkörper die positive Elektrode bildet.

'5 In Fig. 2 ist mit g ein aus Siliciumcarbid bestehender Heizkörper bezeichnet. Es ist aber gleichgültig, ob der Heizkörper die Form eines zylindrischen Stabes oder eine andere beliebige Form hat. Die Endteile io des

so Stabes sind mit einem nichtoxydierenden Metall imprägniert. Die Endteile eines solchen Stabes haben einen geringen Widerstand, und der spezifische Widerstand der mit Metall imprägnierten Teile des Stabes ist geringer als der spezifische Widerstand des Hauptkörpers des Widerstandsstabes. Ein derartiger Heizstab kann bequem zusammen mit metallischen Anschlußklemmen benutzt werden, weil zwischen dem imprägnierten Ende des Heizkörpers und diesen Klemmen kein hoher Widerstand entstehen kann. Der Heizkörper ist besser als die bekannten Heizkörper, bei welchen ein Teil· des Siliciumcarbids in Silicium verwandelt wird, weil die Endteile des Stabes keine Zersetzung erfahren und vollständig ihre Struktur beibehalten.

Die Endteile haben eine größere Leitfähigkeit, weil eine große Menge Metall absorbiert worden ist; sie sind stärker und fester als der übrige Teil des Heizkörpers.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung der Leitfähigkeit der Anschlußstellen von Heizkörpern aus Siliciumcarbid, bei welchem die zu behandelnden Stellen des Heizkörpers mit geschmolzenem Metall, vorzugsweise Silicium, behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Metall in unmittelbarer Berührung mit dem Heizkörper so weit über die Schmelztemperatur hinaus erhitzt wird, daß eine schnelle und gleichmäßige Imprägnierung des betreffenden Teiles des Heizkörpers stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das überschüssige, nicht zum Imprägnieren benötigte Metall durch Verdampfung entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Teil des Heizkörpers auf eine Temperatur weiter erhitzt wird, bei welcher sich eine Legierung des Siliciumcarbids und des Metalls am Heizkörper bildet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Imprägnierung verwendete Metall schon vor dem Niederschmelzen mit dem zu behandelnden Teil des Heizkörpers in Berührung gebracht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen