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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft einen Kompositartikel, der benachbart angeordnete
Schichten aus Nicht-Graphit-Material, d. h. Metall, oder in einigen Fällen Kunststoff
und elastische Graphitbahnen, umfasst. Der Kompositartikel minimiert
die schädliche Wirkung
einer lokalen Hochtemperaturquelle auf denselben, z. B. einer Flamme
oder eines heißen Gasstroms,
die oder der sich nahe benachbart zur Nicht-Graphit-Schicht des
Kompositartikels befindet, und darüber hinaus auf jedes Substrat,
das an die elastische Graphitbahn des Kompositartikels angrenzt.
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STAND DER
TECHNIK
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Graphit
besteht aus Schichtebenen hexagonaler Anordnungen oder Netzen von
Kohlenstoffatomen. Diese Schichtebenen hexagonal angeordneter Kohlenstoffatome
sind im Wesentlichen flach und sind so ausgerichtet oder geordnet,
dass sie im Wesentlichen parallel und im gleichen Abstand zueinander
angeordnet sind. Die im Wesentlichen flachen, parallel und im gleichen
Abstand zueinander angeordneten Bahnen oder Schichten von Kohlenstoffatomen,
die normalerweise als Basalebenen bezeichnet werden, sind miteinander
verknüpft
oder verbunden, wobei Gruppen derselben in Kristalliten angeordnet sind.
Stark geordnetes Graphit besteht aus Kristalliten beachtlicher Größe: die
Kristalliten sind im Verhältnis
zueinander stark ausgerichtet oder orientiert und weisen gut geordnete
Kohlenstoffschichten auf. Mit anderen Worten weist stark geordnetes
Graphit einen hohen Grad bevorzugter Kristallitorientierung auf.
Es wird angemerkt, dass Graphit anisotrope Strukturen aufweist und
somit viele Eigenschaften zeigt oder besitzt, die stark gerichtet
sind. Zusammengefasst kann Graphit als aus laminierten Kohlenstoffstrukturen
bestehend charakterisiert werden, das heißt, Strukturen, die aus übereinander
angeordneten Schichten oder Laminaten aus Kohlenstoffatomen, die
mittels schwacher Van-der-Waals-Kräfte miteinander
verbunden sind, bestehen. Bei der Betrachtung der Graphitstruktur
werden normalerweise zwei Achsen oder Richtungen genannt, und zwar
die „c"-Achse oder -Richtung
und die „a"-Achsen oder -Richtungen.
Der Einfachheit halber kann die „c"-Achse oder -Richtung als Richtung senkrecht
zu den Kohlenstoffschichten angesehen werden. Die „a"-Achsen oder -Richtungen
können
als die Richtungen angesehen werden, die parallel zu den Kohlenstoffschichten
oder senkrecht zur „c"-Richtung verlaufen.
Natürlicher
Graphit weist einen hohen Orientierungsgrad auf.
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Wie
oben erwähnt,
sind die Bindungskräfte, die
die parallelen Kohlenstoffatomschichten zusammenhalten, nur schwache
Van-der-Waals-Kräfte.
Natürlicher
Graphit kann so behandelt werden, dass der Abstand zwischen den übereinander
angeordneten Kohlenstoffschichten oder Laminaten merklich erweitert
wird, um eine deutliche Ausdehnung in der Richtung senkrecht zu
den Schichten, das heißt,
in der „c"-Richtung, bereitzustellen
und somit eine ausgedehnte oder angeschwollene Graphitstruktur zu
bilden, bei der der Laminatcharakter im Wesentlichen beibehalten
wird.
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Natürliche Graphitflocken,
die erheblich ausgedehnt und insbesondere so weit ausgedehnt wurden,
dass sie eine endgültige
Dicke oder „c"-Richtungsabmessung
aufweisen, die mindestens dem 80fachen der ursprünglichen „c"-Richtungsabmessung entspricht, können ohne
Verwendung eines Bindemittels als fest zusammenhängende oder integrierte Bahnen,
z. B. Gewebe, Papier, Streifen, Bänder oder dergleichen, gebildet
werden. Die Bildung von Graphitpartikeln, die als integrierte Bahnen
ohne Verwendung eines Bindemittels auf eine endgültige Dicke oder „c"-Abmessung ausgedehnt
wurden, die mindestens dem 80fachen der ursprünglichen „c"-Richtungsabmessung
entspricht, wird aufgrund der hervorragenden mechanischen ineinandergreifenden
Verbindung oder Kohäsion
als möglich
angesehen, die zwischen den im Volumen ausgedehnten Graphitpartikeln
erreicht wird.
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Es
hat sich herausgestellt, dass das Bahnmaterial, wie oben erwähnt, zusätzlich zur
Elastizität einen
hohen Grad an Anisotropie besitzt. Es kann Bahnmaterial hergestellt
werden, das eine hervorragende Elastistizität, eine gute Festigkeit und
einen hohen Orientierungsgrad aufweist.
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Zusammengefasst
umfasst das Verfahren zur Herstellung von elastischem, bindemittelfreiem Graphitbahnmaterial,
wie beispielsweise Gewebe, Papier, Streifen, Bänder, Folien, Matten oder dergleichen,
das Komprimieren oder Zusammendrücken unter
einer vorherbestimmten Last und ohne Bindemittel von ausgedehnten
Graphitpartikeln mit einer „c"-Richtungsabmessung,
die mindestens dem 80-fachen der Richtungsabmessung der ursprünglichen Partikel
entspricht, um eine im Wesentlichen flache elastische integrierte
Graphitbahn zu bilden. Die ausgedehnten Graphitpartikel, die im
Allgemeinen ein wurmförmiges
oder wurmartiges Aussehen zeigen, behalten die festgelegte Kompression,
nachdem sie komprimiert wurden, bei. Die Dichte und die Dicke des
Bahnmaterials können
variiert werden, indem der Grad der Kompression geregelt wird. Die
Dichte des Bahnmaterials kann innerhalb eines Bereichs von etwa
80 kg pro Kubikmeter (5 Pfund pro Kubikfuß) bis etwa 2000 kg pro Kubikmeter
(125 Pfund pro Kubikfuß)
liegen. Das elastische Graphitbahnmaterial zeigt einen beachtlichen
Anisotropiegrad, wobei der Anisotropiegrad nach dem Walzen des Bahnmaterials
auf eine erhöhte
Dichte zunimmt. Bei gewalztem anisotropem Bahnmaterial umfasst die
Dicke, d. h. die Richtung senkrecht zur Oberfläche der Bahn, die „c"-Richtung, und die
Richtungen, die entlang der Länge
und Breite verlaufen, d. h. entlang oder parallel zu den Oberflächen, umfassen
die „a"-Richtungen.
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Das
Europäische
Patent Nr. 616884 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines
Laminats mit mindestens einer Metallschicht und mindestens einer Schicht
aus elastischem Graphit, das die Herstellung einer nicht lösbaren Verbindung
zwischen dem Graphit und dem Metall ohne Verwendung einer mechanischen
Verankerungsvorrichtung und ohne einen bekannten Klebstoff umfasst.
Anfänglich
wird ein Kontakttensid aus der Gruppe, die aus Organosilikon-Verbindungen,
perfluorierten Verbindungen und Metallseifen besteht, in einer dünnen Schicht
auf mindestens eine der zu verbindenden Oberflächen aufgetragen. Daraufhin
werden die zu verbindenden Oberflächen in Kontakt gebracht und
mit Hilfe von Druck und Wärme
miteinander verbunden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine fortlaufende
Bahn aus elastischem Graphit angrenzend an und in einem wärmeleitfähigen Verhältnis zu
einer fortlaufenden Blechbahn;
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2 zeigt einen Aufriss der
Anordnung aus 1 in Kombination
mit einer lokalisierten Hochtemperaturwärmequelle;
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3 zeigt eine fortlaufende
Bahn aus elastischem Graphit zwischen Blechbahnen und angrenzend
an diese Blechbahnen, wobei die Anordnung von Klammern gehalten
wird;
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4 zeigt die Anordnung aus 3, die mechanisch zu einer
pfannenförmigen
Konfiguration verformt ist;
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5 zeigt einen Kompositartikel,
der aus konzentrischen inneren und äußeren Metallrohren angrenzend
an eine dazwischen angeordnete Schicht aus elastischem Graphit gebildet
ist; und
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6 zeigt einen Kompositartikel,
der aus einer fortlaufenden Kunststofffolie angrenzend an eine Bahn
aus elastischem Graphit gebildet ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Graphit
ist eine kristalline Form von Kohlenstoff und umfasst Atome, die
in flachen geschichteten Ebenen mit schwächeren Bindungen zwischen den Ebenen
verbunden sind. Durch Behandlung von Graphitpartikeln, wie beispielsweise
natürlichen
Graphitflocken, mit einem Einlagerungsmittel, z. B. einer Lösung aus
Schwefel- und Salpetersäure,
reagiert die kristalline Struktur des Graphits, so dass eine Verbindung
aus Graphit und dem Einlagerungsmittel gebildet wird. Die behandelten
Graphitpartikel werden im Folgenden als „Partikel aus eingelagertem
Graphit" bezeichnet.
Wenn die Partikel aus eingelagertem Graphit einer hohen Temperatur
ausgesetzt werden, dehnen sie sich in akkordeonartiger Weise um
das 80fache oder mehr ihres ursprünglichen Volumens in der „c"-Richtung, d. h.
in der Richtung senkrecht zu den kristallinen Ebenen des Graphits,
aus. Die aufgeblähten
Graphitpartikel sehen wurmartig aus und werden daher im Allgemeinen
als Würmer
bezeichnet. Anders als die ursprünglichen Graphitflocken können die
Würmer
zu elastischen Bahnen komprimiert, geformt und zu unterschiedlichen
Formen geschnitten werden.
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Ein übliches
Verfahren zur Herstellung von Graphitfolie aus elastischem Graphit
wird von Shane et al. in U.S.-Patent Nr. 3,404,061 beschrieben.
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Bei
der typischen Anwendung des Verfahrens von Shane et al. werden natürliche Graphitflocken
durch Dispergieren der Flocken in einer Lösung, die ein Oxidationsmittel
aus beispielsweise einer Mischung aus Salpetersäure und Schwefelsäure enthält, eingelagert.
Die Einlagerungslösung
enthält Oxidations-
und andere Einlagerungsmittel, die in der Technik bekannt sind.
Beispiele dafür
sind solche, die Oxidationsmittel und Oxidationsmischungen enthalten,
wie beispielsweise Lösungen,
die Salpetersäure, Kaliumchlorat,
Chromsäure,
Kaliumpermanganat, Kaliumchromat, Kaliumdichromat, Perchlorsäure und dergleichen
enthalten, oder Mischungen, wie beispielsweise konzentrierte Salpetersäure und
Chlorat, Chromsäure
und Phosphorsäure,
Schwefelsäure und
Salpetersäure,
oder Mischungen aus einer starken organischen Säure, wie beispielsweise Trifluoressigsäure und
einem starken Oxidationsmittel, das in der organischen Säure lösbar ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Einlagerungsmittel eine Lösung einer Mischung aus Schwefelsäure oder
Schwefelsäure
und Phosphorsäure
und einem Oxidationsmittel, d. h. Salpetersäure, Perchlorsäure, Chromsäure, Kaliumpermanganat,
Wasserstoffperoxid, Iod- oder Periodsäuren oder dergleichen. Obwohl
weniger bevorzugt, können
die Einlagerungslösungen
Metallhalogenide, wie beispielsweise Eisentrichlorid, und Eisentrichlorid
gemischt mit Schwefelsäure,
oder ein Halogenid, wie beispielsweise Brom, als Lösung aus
Brom und Schwefelsäure
oder Brom in einem organischen Lösungsmittel
enthalten.
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Nach
der Einlagerung der Flocken wird überschüssige Lösung aus den Flocken abgelassen.
Die Menge der Einlagerungslösung,
die nach dem Ablassen an den Flocken verbleibt, kann von 20 bis
150 Gewichtsanteile Lösung
pro 100 Gewichtsanteile der Graphitflocken (pph) und typischerweise
etwa 50 bis 120 pph betragen. Alternativ kann die Menge der Einlagerungslösung auf
10 bis 50 Gewichtsanteile Lösung
pro hundert Gewichtsanteile Graphit (pph) begrenzt werden, wodurch
der Waschschritt beseitigt werden kann, der in U.S.-Patent Nr. 4,895,713
gelehrt und beschrieben wird.
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Die
eingelagerten Graphitflocken werden zu elastischem Graphit aufgebläht, indem
sie für
nur einige Sekunden einer Flamme mit einer Temperatur von mehr als
700°C und
insbesondere 1000°C
oder mehr ausgesetzt werden. Die aufgeblähten Graphitpartikel oder Würmer werden
danach komprimiert und daraufhin zu einer dicht komprimierten elastischen Graphitfolienbahn
gewünschter
Dichte und Dicke und einer wesentlich erhöhten Anisotropie in Bezug auf
die Wärmeleitfähigkeit
und andere physikalische Eigenschaften gewalzt. Geeignete Blähverfahren und
Verfahren zur Kompression der aufgeblähten Graphitpartikel zu dünnen Folien
sind in dem vorgenannten U.S.-Patent Nr. 3,404,061 an Shane et al. beschrieben.
Es ist üblich,
die aufgeblähten
Würmer mit
dem Produkt der ersten oder frühen
Kompressionsphasen, die in der Technik als „elastische Graphitmatte" bezeichnet werden,
in Phasen zu komprimieren. Die elastische Graphitmatte wird daraufhin
durch Walzen zu einer Bahn oder Folie mit Standarddichte oder mit
vorgewählter
Dicke weiter komprimiert. Eine elastische Graphitmatte kann somit
durch Walzen zu einer dünnen
Bahn oder Folie mit einer Dicke von 0,0508–1,778 mm (2–70 mil)
und einer Dichte, die der theoretischen Dichte angenähert ist,
komprimiert werden, obwohl eine Dichte von etwa 1120 kg pro Kubikmeter
(70 lbs./Fuß3) für
die meisten Anwendungen akzeptabel ist.
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Gewalzter
elastischer Graphit ist als relativ gute Wärmebarriere bekannt und weist
eine Wärmeleitfähigkeit
entlang und parallel zu seiner Oberfläche auf, die etwa zwanzig (20)
mal oder mehr als zwanzig mal größer als
seine Dicke ist.
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Bestimmte
Wärmeeigenschaften
von nicht aufgeblähtem
eingelagertem Graphit wurden zur Herstellung von Wand- oder Bodenbelägen (U.S.-Patent
Nr. 5,176,863) und in Dichtungsanwendungen (U.S.-Patent Nr. 5,494,506)
verwendet. Bei der vorliegenden Erfindung werden die hochanisotropen Wärmeleiteigenschaften
von gewalztem elastischem Graphit für Hochtemperatur-Abschirmungsanwendungen
verwendet. 1 zeigt eine
fortlaufende Bahn aus gewalztem elastischem Graphit bei 10,
d. h. ohne Löcher
oder Öffnungen,
benachbart zu einer fortlaufenden Blechbahn 20, die ebenso
keine Löcher
oder Öffnungen
aufweist. Die gewalzte elastische Graphitbahn 10 wird aus
komprimierten, eingelagerten, geblähten Graphitpartikeln 12 gebildet,
die so ausgerichtet sind, dass die „c"-Achsenrichtung der Partikel 12 und
der Bahn 10 quer zu den ebenen parallelen Oberflächen 14, 16 der
fortlaufenden Bahn 10, d. h. quer zur Dicke der Bahn 10,
ausgerichtet ist. Die „a"-Richtungen der komprimierten
eingelagerten aufgeblähten
Graphitpartikel 12 und der Bahn 10 sind entlang
und zwischen den ebenen Oberflächen 14, 16 der
Bahn 12 angeordnet und erstrecken sich in alle Richtungen
entlang und innerhalb der Bahn 12 parallel zu den ebenen
Oberflächen 14, 16,
wie bei 18 in 1 gezeigt.
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Wärmefluss
oder Wärmeübertragung
durch Leitung tritt auf, wenn Wärme
mittels Übertragung der
kinetischen Energie einzelner Atome oder Moleküle ohne eine Vermischung der
Atome oder Moleküle
durch einen Körper
fließt.
Wenn ein Material erwärmt
wird, enthalten die Atome oder Moleküle eine größere Vibrationsbewegung, das
heißt,
eine größere kinetische
Energie; auf eine bestimmte Weise, wahrscheinlich durch Kollisionen,
teilen sich diese Atome oder Moleküle diese erhöhte Energie
mit ihren Nachbarn, die ihrerseits diese Energie an jenseits angeordnete
Atome oder Moleküle
weitergeben, und so weiter. Zur Messung des Wärmeflusses durch Leitung kann
das grundlegende Gesetz der Wärmeübertragung
in Form einer Geschwindigkeitsgleichung geschrieben werden:
wobei die Antriebskraft der
Temperaturunterschied innerhalb eines Festkörpers ist, da offensichtlich
ist, dass Wärme
nur dann fließen
kann, wenn ein Temperaturungleichgewicht vorliegt. Dieses Gesetz,
das als Fourier-Gesetz bekannt ist, sagt aus, dass die Geschwindigkeit
des Wärmeflusses
durch einen Körper proportional
zum Temperaturabfall und zur Fläche
ist und umgekehrt proportional zur Dicke des Körpers ist. Der mathematische
Ausdruck des Fourier-Gesetztes lautet:
wobei „Q" die Menge an Wärmeenergie ist, die in der Zeit „t" übertragen wird, „A" die Fläche des
Körpers senkrecht
zur Richtung des Wärmeflusses
ist und „(T
2 – T
1)" der
Temperaturunterschied zwischen gegenüberliegenden Seiten oder Enden
des Körpers ist, „L" die Dicke des Körpers in
Richtung des Wärmeflusses
ist und „k" eine Konstante ist,
die durch diese Gleichtung definiert wird und als die Wärmeleitfähigkeit
der jeweiligen Substanz, aus der der Körper besteht, bezeichnet wird.
Wenn „Q" in BTU, „t" in Stunden, „A" in Quadratfuß, „T
2" und „T
1" in
Grad Fahrenheit und „L" in Fuß gemessen
werden, dann wird „k" in BTU pro Stunde
pro Quadratfuß pro
Grad Fahrenheit pro Fuß ausgedrückt; „k" kann ebenfalls in
wissenschaftlichen Einheiten als Watt pro Meter Grad Kelvin (W/m °K) ausgedrückt werden.
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Wenn
jeder der Terme in der Gleichung, die „k" definiert, eins ist, wird „k" als der Koeffizient
der Wärmeleitfähigkeit
bezeichnet. Der nummerische Wert des Koeffizienten der Wärmeleitfähigkeit
hängt von
der Substanz, aus der der Körper
besteht, sowie von seiner Durchschnittstemperatur ab. Wenn die Dicke
[Lakune] sehr gering ist, wie im Fall von kleinen Lufteinschlüssen oder
bei dünnen
Klebebeschichtungen oder -schichten, wird die Wirkung auf die Wärmeübertragung
mittels Leitung durch umgebende Körper von solchen Einschlüssen oder
Schichten und Beschichtungen nur wenig beeinflusst, d. h. es liegt
im Wesentlichen keine Wärmebarriere
gegenüber
der Wärmeübertragung
mittels Leitung vor.
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Unter
Bezugnahme auf 2, die
ein Aufriss des Kompositmaterials aus 1 ist,
ist eine lokalisierte Hochtemperaturwärmequelle 30 nahe
benachbart zur fortlaufenden Blechbahn 20 mit einer im
Wesentlichen isotropen, d. h. gleichförmigen Wärmeleitfähigkeit angeordnet, die beispielsweise
einfacher Kohlenstoff oder ein legierter Stahl sein kann, der eine
Substanz, die durch Wärme
beschädigt
werden kann, abschirmen soll, die im Allgemeinen mit 40 angegeben
ist. Es können
auch andere Metalle verwendet werden, wie beispielsweise Aluminium,
Kupfer, die Edelmetalle und deren Legierungen. Unter Bezugnahme
auf 2 bestimmt die lokalisierte
Wärmequelle 30,
die eine Flamme, ein Kraftfahrzeugauspuffrohr, durch das heiße Gase
strömen,
und dergleichen sein kann, an der benachbarten Oberfläche 19 der
fortlaufenden Stahlblechs 20 eine Temperatur T1. Wenn
T2 an der gegenüberliegenden Oberfläche 21 niedriger
als T1 ist, wandert die Wärme mit
einer Geschwindigkeit von T1 nach T2, die von der im Wesentlichen gleichförmigen,
d. h. nicht anisotropen Wärmeleitfähigkeit
des Stahls bestimmt wird, z. B. 10 bis 20 Watt pro Meter pro Grad
Kelvin in allen Richtungen, und ohne das Vorhandensein einer angrenzenden gewalzten
elastischen fortlaufenden Graphitbahn 10 nimmt die Temperatur
T2 aufgrund von Wärmeenergieleitung bis etwa
auf den hohen Wert von T1 zu. Mit der wie
in 2 gezeigten angrenzend
angeordneten elastischen Graphitbahn 10 in leitendem Wärmeübertragungsverhältnis zum
Stahlblech 20 liegt gegenüber einer Wärmeübertragung durch Leitung keine
wesentliche Barriere vor und die ansteigende Temperatur T2 legt eine entsprechende Temperatur T3 am Abschnitt der elastischen Graphitbahn 10 fest, die
gegen das Stahlblech 20 stößt. Die Temperatur T3 wird auf zwei sehr unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitswege
(aufgrund der Anisotropie der gewalzten elastischen Graphitbahn 10,
z. B. mindestens 20 : 1 im Verhältnis
zur Wärmeleitfähigkeit)
angewendet: die „c"-Richtung durch die
Dicke der elastischen Graphitbahn 10 hindurch von der ebenen
Oberfläche 16 zur
ebenen Oberfläche 14 sowie
auf die „a"-Richtungen. Auf
dem Weg der „c"-Richtung ist die
Wärmeleitfähigkeit
relativ gering, etwa 1/3 der Wärmeleitfähigkeit
des Stahlblechs 20. Der andere Wärmeleitfähigkeitsweg, die „a"-Richtungen, die
parallel zu den ebenen Oberflächen 16, 14 der
elastischen Graphitbahn 10 verlaufen, weisen im Verhältnis eine
sehr hohe Wärmeleitfähigkeit
auf. Auf diesen „a"-Wegen beträgt die Wärmeleitfähigkeit
typischerweise mindestens das Zehnfache der Wärmeleitfähigkeit von Stahl. Folglich
wandert Wärme,
d. h. Wärmeenergie,
durch Leiten langsam durch die Dicke der elastischen Graphitbahn 10 („c"-Richtung), jedoch
sehr schnell in die Richtungen durch die Bahn 10, die parallel
zu den ebenen Oberflächen 16, 14 („a"-Richtungen} verlaufen. Folglich wandert
Wärme durch
Leiten schnell von T3 nach T4,
wobei T2 relativ niedrig gehalten wird, während die
Temperatur T4 erhöht wird, wodurch Wärme, bzw.
Wärmeenergie,
von T4 nach T5 durch Leiten
in dem Stahlblech 20 fließt, da Wärme, die von T2 nach
T5 durch das Stahlblech 10 fließt, mit
einer Geschwindigkeit von etwa 1/10 der Geschwindigkeit von Wärme fließt, die
von T3 nach T4 in
der „a"-Richtung der elastischen
Graphitbahn 10 fließt.
Das Ergebnis der oben beschrieben Konfiguration ist, dass die leitfähige Wärmeenergie
von der Quelle 30 über das
fortlaufende im Wesentlichen thermisch nicht anisotrope (d. h. isotrope)
Stahlblech 20 und ebenfalls über die gewalzte thermisch
anisotrope fortlaufende elastische Graphitbahn 10 verteilt
wird. Als Folge der oben beschrieben thermischen Phänomene wird
ein lokaler heißer
Punkt mit hoher Temperatur bei T2 vermieden
und die Temperatur an der Oberfläche 16 des Stahlblechs 20 ist
ziemlich gleichförmig
und bleibt wesentlich niedriger als T1,
ebenso wie die Temperatur der elastischen Graphitbahn 10,
die in leitfähigem Wärmeübertragungsverhältnis zu
dem Stahlblech 20 angeordnet ist. Um die vorgenannte thermische
Leistung zu erreichen, ist es notwendig, dass die entsprechenden
Bahnen 10 und 12 fortlaufend, d. h. ohne Löcher, Ausschnitte
oder andere Öffnungen
gebildet sind, die die Wärmeleitung
innerhalb und durch die entsprechenden Bahnen hindurch störend beeinflussen
würden.
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3 zeigt ein zusätzliches
Stahlblech 23, das in leitfähigem Wärmeübertragungsverhältnis über und
angrenzend zur elastischen Graphitbahn 10 angeordnet ist,
die zwischen den Stahlblechen 20, 23 angeordnet
ist, wobei das Kompositmaterial mittels Klammern 26 festgeklemmt
ist. In 4 wurde das Kompositmaterial
aus 3 z. B. durch Pressen
mechanisch in eine pfannenförmige
Konfiguration verformt und es wurde ein abdeckender Teppich oder eine
abdeckende Matte, der bzw. die durch Wärme beschädigt werden kann, hinzugefügt. 5 zeigt ein Kompositmaterial,
das aus einem inneren Stahlblechrohr 120 gebildet ist,
das um ein Kraftfahrzeugauspuffschalldämfperrohr 150 gewickelt
ist, durch das Motorabgase, die bei 130 gekennzeichnet sind,
bei sehr hohen Temperaturen, z. B. bis zu 538°C (1000° F), strömen und eine Hochtemperaturwärmequelle
darstellen. An das innere Stahlblech 120 grenzt die dazwischen
angeordnete gewalzte elastische Graphitbahn 110 an, die
von einem angrenzenden äußeren Stahlblechrohr 123 eingeschlossen
ist.
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Bei
allen vorgenannten Ausführungsformen aus 2–5 entsprechen
die thermischen Phänomene
den Phänomenen,
die im Zusammenhang mit 1 und 2 beschrieben wurden. Das
heißt,
dass lokale heiße
Stellen mit hoher Temperatur vermieden werden und Teppiche oder
Matten 40' nicht
beschädigt
werden.
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Der
Kompositartikel aus 6 umfasst
eine fortlaufende Kunststofffolie 60, die an eine fortlaufende
elastische Graphitbahn 70 angrenzt, die auf dem angrenzenden
Substrat 80, das durch Wärme beschädigt werden kann, d. h. Filz,
Kunststoff, Gummi, ruht. Die Kunststofffolie 60 weist eine
im Wesentlichen gleichförmige,
d. h. isotrope Wärmeleitfähigkeit auf,
die größer als
die Wärmeleitfähigkeit
der thermisch anisotropen elastischen Graphitbahn in ihrer „c"-Richtung, jedoch
wesentlich geringer als die Wärmeleitfähigkeit
der Graphitbahn in der „a"-Richtung ist. Wärme von
einer lokalen Hochtemperaturquelle 300 würde die
Kunststofffolie 60 bei T1 normalerweise
schmelzen und das Substrat 80 beschädigen. Jedoch wird Wärme, die
durch die Kunststofffolie 60 fließt, aufgrund des Vorhandenseins
der gewalzten, anisotropen fortlaufenden elastischen Graphitbahn 70,
die dazu in leitfähigem
Wärmeübertragungsverhältnis steht, „ausgebreitet", wodurch dieselben
thermischen Phänomene
erreicht werden, die im Zusammenhang mit 1 und 2 beschrieben
sind, und eine Beschädigung
des Substrats 80 vermieden wird.
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Die
Graphit- und Nicht-Graphit-Komponenten des Kompositartikels der
vorliegenden Erfindung sind, wie oben beschrieben, in leitfähigem Wärmeübertragungsverhältnis mit
Hilfe von Klammern oder durch Verwendung sehr dünner Klebstoffbeschichtungen
oder -schichten mit einer Dicke von beispielsweise 5 bis 10 Mikrometer,
die die leitfähige
Wärmeübertragung
nicht wesentlich beeinflussen, aneinander befestigt und werden dadurch
zusammengehalten. Zusätzlich
zu pfannenförmigen
und konzentrischen röhrenförmigen Konfigurationen
kann der Wärmeabschirmungskompositartikel
als parabolische und kugelförmige
Reflektoren, Ofenabdeckungen und -gehäuse, Griffe, Sitzbezüge, Vorhänge und Lampenschirmen
gebildet werden.
