DE947056C - Gegenstand aus Siliziumkarbid - Google Patents

Description

• Gegenstand aus Siliziumkarbid. Die Erfindung bezieht sich auf Gegenstände aus Siliziumkarbid,und,zwar insbesondere auf solche,die als elektrische Widerstände Verwendung finden, und auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Gegenstände.
• Es hat sich herausgestellt, daß Siliziumkarbidwiderstände insbesondere dann, wenn sie durch Kristallisation des Siliziumkarrbids hergestellt sind, in hohem Maße brauchbar sind. Die Anwendung derartiger Widerstände ist jedoch dadurch eingeschränkt, daß man diese Gegenstände bisher nur in sehr einfachen Formen, z. B. als gerade Stangen, herstellen konnte. Ein weiteres Hindernis für die Verbreitung derartiger Gegenstände bestand darin, daß man nicht in der Lage war, die sogenannten »I<'altenden« dieser Widerstä@@de irh ge.ri_igen °@:.os_e@z herzustellen. Unter »Kaltenden« versteht man die Stangenenden, die von dem Halter der Widerstände erfaßt werden und durch die hindurch die elektrische Energie der Stange zugeführt wird. Die Stangenenden werden deswegen »Kaltenden« genannt, weil sie einen geringeren spezifischen Widerstand haben müssen als die eigentliche Stange, damit sie nicht so heiß werden wie der Widerstand selbst. Eine niedrige Temperatur der Kaltenden hat sich als sehr wünschenswert herausgestellt, weil im anderen Falle der Kontakt zwischen der Stange und dem Halter durch die hohe Temperatur beeinträchtigt und sogar zerstört würde.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung beisteht nun darin, Siliziumkarbidwiderstände so auszubilden, daß man nicht wie bisher lediglich auf die einfachen Formen angewiesen ist, sondern auch verwickeltere Formen herstellen kann, und daß auch die Kaltenden auf wirtschaftlicher Grundlage, d. h. mit geringeren Kosten als bisher, hergestellt werden können.
• Nach der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der Gegenstand, also z. B. der elektrische Widerstand, aus einem Siliziumkarbidkörper und einem damit innig verbundenen mit Silizium behandelten Siliziumkarbidkörper besteht, wobei die beiden Körper durch eine Silizium -enthaltende Schweißnaht zusammengehalten wird.
• Zweckmäßig wird die Schweißnaht zwischen den beiden Siliziumkarbidkörpern dadurch hergestellt, daß die Stoßstellen mit einer kohlenstoffhaltigen Schicht belegt werden und darauf die Temperatur dieser Stellen in Anwesenheit von Silizium so lange erhöht wird, bis das Silizium in die Stoßflächen eindringt.
• Siliziumkarbidgegenstände, die auf diese Weise hergestellt werden, haben zahlreiche Eigenschaften, die sie insbesondere für elektrische Widerstände geeignet machen. Besonders günstig wirkt sich das neue Verfahren bei der Bildung der sogenannten Kaltenden von elektrischen Widerständen aus. Der wichtigste Vorteil besteht in dem außerordentlich geringen spezifischen Widerstand (im Vergleich zu den Gegenständen aus kristallisiertem Siliziumkärbid). Infolge dieses geringen spezifischen Widerstandes werden beim: Betrieb erheblich weniger Watt-Einheiten erzeugt; so daß auch die Temperatur der Kaltenden erheblich niedriger ist. Die neuen Gegenstände haben auch einen .erheblich geringeren elektrischen Kontaktwiderstand, so da.B die Neigung zur Funkenbildung an den Kontaktstellen geringer ist. InfQlgedessen unterbleibt auch die Bildung von heißen Stellen. Wenn sich trotzdem Funken oder Lichtbögen infolge eines falschen mechanischen Kontaktes bilden, dann wird sich ein solcher Lichtbogen weniger lange halten als bei den früheren Kaltendenwiderständen: Es ist auch möglich, mit dem neuen Verfahren Wärmeverluste zu verhindern, die durch Überhitzung der Klemmenteile des Widerstandes auftreten können. Dadurch können kostspielige Wasserkühlvorrichtungen entbehrt werden, die früher notwendig waren.
• In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung als Beispiele dargestellt.
• Fig. i veranschaulicht schematisch einen sechseckigen Widerstand, der aus einzelnen geraden stangenförmigen Widerständen zusammengesetzt ist; Fig.2 veranschaulicht einen anders geformten Siliziumkarbidwiderstand; Fig.3 zeigt einen mit Kaltenden versehenen stangenförmigen Siliziumkarbidwiderstand; Fig.4 zeigt einen mit Kaltenden versehenen spiralförmigen Siliziumkarbidwiderstand.
• Der Widerstand nach Fig. i besteht aus sechs Stangen i, die zu einem Sechseck zusammengesetzt und durch Schweißnähte 3. innig miteinander verbunden sind, sowie Klemmen 2, die mit dem sechseckigen Körper ebenfalls durch Schweißnähte 3 verbunden sind. Die Siliziumkarbidstangen können dabei durch Kristallisation von Silizium-] karbid in geballter Form oder von Siliziumkarbid in geballter und damit gemischter loser Form durch Hindurchleiten eines elektrischen Stromes gebildet werden. Die Klemmen :2 können dadurch hergestellt werden, daß Stangen aus kristallisierteni -Siliziumkarbid oder aus poröser Kohle, wie Holzkohle, die durch einen verkohlbaren Stoff,. z. B. Kasein, gebunden ist, einer Siliziumbehandlung 'unterworfen werden, und zwar bei einer Temperatur, bei der das geschmolzene Silizium rasch in die betreffenden Körper eindringt. Diese Temperatur liegt bei ungefähr i8oo° C. Derartige Stangen bestehen dann aus einem mit Silizium behandelten -Siliziumkarbid. Durch die Siliziumbehandlung wird in der porösen Kohle Siliziumkarbid gebildet.
• Der in Fig. i dargestellte Gegenstand entsteht durch Verschweißen der einzelnen. Teile zu einem einstöckigen Körper unter Zuhilfenahme von Silizium. Die Enden, die, miteinander verbunden werden sollen, werden mit einer Paste bestrichen, die aus Kohlenstoff, einem verkohlbaren Bindemittel, wie Kasein, und Wasser besteht. Daraufhin werden die Teile auf einer Kohlenplatte zusammengebracht; die mit Hilfe des elektrischen Stromes auf eine hohe Temperatur gebracht werden kann. An die Verbindungsstellen werden kleine Mengen körnigen Siliziums. gebracht, worauf dann der Strom durch die Kohlenplatte hindurchgeleitet und die Temperatur rasch gesteigert wird. Das körnige Silizium wird gleichfalls rasch auf eine hohe Temperatur gebracht, bis es -in die poröse Kohle eindringt, um dort erhebliche Mengen von Siliziumkarbidkristallen zu bilden. Das Silizium reagiert gleichfalls auf das zwischen den Stoßstellen befindliche Bindemittel, wodurch die Schweißnaht gebildet wird; so daß alle Teile zu einem einstöckigen Gegenstand zusammengeschweißt werden.
• Als Bindemittel hat sich folgende Zusammensetzung besonders bewährt: Zoo g Mehl, 5oo g Kohle, Zoo g Holzkohle.
• Diese Bestandteile werden trocken innig miteinander gemischt, worauf Kaseinleim zugegeben wird, um die nötige Konsistenz zu erhalten. Diese Konsistenz kann sehr verschieden sein; jedoch ist folgendes beobachtet worden. Für lange, poröse Gegenstände soll das Bindemittel die Konsistenz eines ziemlich schweren Mörtels haben; die miteinander zu verbindenden Flächen sollen kräftig mit Kaseinleim befeuchtet werden. Der überschüssige Leim ist wegzuwischen, bevor das Bindemittel aufgebracht wird. Kleine Gegenstände brauchen dünnere Bindemittel, etwa in der Konsistenz von Streichfarben.
• Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform besteht aus einem spiralförmigen Körper 2; der mittleren stangenförmigen Klemme 3 und einer äußeren Hülse 4. Die äußere Hülse 4 ist aus einer , Mischung poröser Kohle und Kaseinleim hergestellt. Diese Teile werden dann an den Stellen 5 mit Hilfe einer Schweißmischung verbunden und einer Temperatur von mindestens 18oo° C ausgesetzt, und zwar wieder in Gegenwart von körnigem Silizium. Die einzelnen Teile werden dabei wieder von dem Silizium durchdrungen und in einen mit Silizium behandelten Siliziumkarbidkörper umgeformt. Gleichzeitig werden dabei die einzelnen - Teile so zusammengeschweißt, daß sie einen einstückigen Gegenstand bilden. Falls erforderlich, könnten die einzelnen Teile auch vorher mit Silizium behandelt und erst später zusammengeschweißt werden. Die Hülse 4 und der Stangenkörper 3 sind durch ein isolierendes feuerfestes Bindemittel 6 zusammengehalten.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 handelt es sich um einen üblichen stangenförmigen Widerstand, der im Sinn dieser Erfindung mit Kaltenden ausgerüstet ist. Der Hauptkörper i des Widerstandes besteht aus kristallisiertem Siliziumkarbid, das durch Hindurchleiten des elektrischen Stromes durch eine Stange gebildet ist, die aus losem und zusammengeballtem Siliziumkarbid besteht. An jedes Ende dieser mit Silizium behandelten Siliziumkarbidstange werden Endstücke 2 angesetzt, die aus der oben bei Fig. 2 erwähnten verkohlbaren Mischung bestehen. Diese Endstücke werden mit Hilfe eines Schweißmittels mit dem Stangenkörper i verbunden. Als Schweißmittel kann das oben für die Schweißnaht 3 gewählte Mittel Verwendung finden. Die Endstücke 2 und die Nähte 3 werden dann einer Temperatur von ungefähr i8oo° C in Anwesenheit von körnigem Silizium unterworfen. Dabei dringt das Silizium in die Endstücke ein und verbindet sie mit dem Stangenkörper i.
• Die Ausführungsform nach Fig.4 besteht aus einem schraubenförmigen Heizelement mit einem Hauptkörper 2 und den beiden geraden Teilen 4, die durch Schweißnähte 3 mit dem Hauptkörper 2 innig verbunden sind. Die Teile 2 und 4 bestehen aus mit Silizium behandeltem Siliziumkarbid, das aus poröser Kohle entstanden ist. Diese poröse Kohle ist dabei in Gegenwart von Silizium auf eine Temperatur von über 18oo° C gebracht worden. Der schraubenförmige Teil 2 ist durch Ziehen hergestellt worden. Die Verbindung des Teiles 2 mit den Teilen 4 kann vor oder nach der Siliziumbehandlung mit Hilfe eines Schweißmittels erfolgen, das in Gegenwart von Silizium auf eine Temperatur von über 18oo° C gebracht wird. Bei dieser Temperatur dringt das Silizium in die Stoßflächen ein, so daß ein einstückiger Körper entsteht, der den Heizwiderstand bildet.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Widerstand, bestehend aus mehreren miteinander verschweißten Siliziumkarbidkörpena vorbestimmter Form und Größe, dadurch gekennzeichnet, daß die aus rekristallisiertem Siliziumkarbid gebildeten Siliziumkarbidkörper mit Hilfe von Silizium zusammengeschweißt sind, das mit kristallinem Siliziumkarbid gemischt ist.
2. 2. Widerstand mit Kaltenden nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Hauptkörper aus rekristallisiertem Siliziumkarbid Endkörper angeschweißt sind, die aus siliziertem Siliziumkarbid bestehen und das Siliziumkarbid der Verbindungsstellen an Ort und Stelle durch Imprägnierung eines kohlenstoffhaltigen Bindemittels mit reinem Silizium bei einer Temperatur entstanden ist, die ein rasches Eindringen des Siliziums in die Verbindungsstellen und die benachbarten Teile gewährleistet.
3. 3. Widerstand mit Kaltenden nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkörper nach außen hin verjüngt bzw. abgesetzt sind.
4. 4. Verfahren zur Herstellung eines mehr teiligen Siliziumkarbidkörpers, insbesondere eines elektrischen Widerstandes, nach den Ansprüchen i bis 3, dessen Teile unter Verwendung von Silizium und Kohlenstoff durch Entwicklung von Siliziumdämpfen miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Rekristallisation gebildeten Siliziumkarbidkörper an den zu verschweißenden Stellen mit einer kohlenstoffhaltigen Schicht bedeckt werden und nach Zusammenfügen die Verbindungsstelle in Berührung mit Silizium gebracht wird, das- so rasch auf eine über 18oo° C liegende Temperatur gebracht wird, daß die entstehenden Siliziumdämpfe die kohlenstoffhaltige Schicht völlig durchdringen.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stelle des einen durch Rekristallisation gebildeten Siliziumkarbidkörpers ein poröser Körper aus mit einem verkohlbaren Bindemittel versehener Kohle tritt, der durch Einwirkung .der Siliziumdämpfe in einen mit Silizium völlig durchsetzten S iliziumkarbidkörperumgewandelt wird.