SE445362B - Forangningsskepp for metall - Google Patents

Description

7900185-5 Id Uppfinningen hänför sig således till ett förångningsskepp för me- tall, som omfattar en grafitstav med en utsträckt fördjupning i åtminstone en sida av staven med en beläggning av bornitrid, vil- ket kännetecknas av att beläggningen består av pyrolytisk bornit- rid med en tjocklek inom omrâdet 0,254 - 0,762 mm, varvid fördjup- ningen-har halvsfäriska ändar vid sina motstående ändar och varvid grafitskeppet är belagt med bornitriden utan avbrott med undantag för ett fritt område vid dess ändar. _Vid de fria ändarna kan elektrisk kontakt åstadkommas för fullbor- dande av kretsen.

Uppfinningen beskrives nu närmare med hänvisning till bifogade rit- ning.

Fig. 1 är en isometrisk vy av ett förångningsskepp enligt uppfin- ningen omedelbart efter beläggning med den pyrolytiska bornitriden.

Fig. 2 är ett förångningsskepp_enligt uppfinningen som har belagts med pyrolytisk bornitrid och sedan maskinbearbetats för att av- lägsna ändbeläggningarna och för att åstadkomma elektrisk kontakt.

Fig. 3 är en sidovy av förångningsskeppet visat på fig. 2.

På fig. 1 täcker den pyrolytiska bornitridbeläggningen 10 fullstän- digt alla ytor hos förångningsskeppet. Fördjupningen 12 bildas med halvsfäriska ändar 14. Hålet 16 visat på fig. 1 är det, med hjälp av vilket skeppet uppbars under beläggningen med bornitrid.

Pâ fig. 2 visas ett skepp efter maskinbearbetning för att avlägsna bornitrid från ändarna. Likaså framgår det att den yttersta änden innehållande hålet 16 har skurits av och avlägsnats. På de tvâ än- darna hos skeppet 10, som visas på fig, 2, har bornitriden avlägs- nats från grafitens yttre ändkanter 18 och från grafitens ändsidor 20. Som framgår av fig. 3 har bornitriden även avlägsnats från gra- fitens nedre yta eller bottenyta 22 vid ändarna. I fig. 3 visas skeppets uppbyggnad ytterligare och hur bornitridbeläggningen har avlägsnats framgår även. _Förångningsskepp av motstândstypen, såsom skeppet enligt förelig- gande uppfinning, erfordrar en noggrann form för att matcha mot- stândskretsen. De göres långa och smala, eftersom längden och tvär- 7900185-5 sektionen bestämmer det elektriska motståndet hos skeppet och följaktligen mängden av värme som alstras. Minskning av tjockle- ken hos skeppet minskar tvärsektionsarean och ökar följaktligen värmet som alstras på grund av det ökade motståndet. Skeppet en- ligt föreliggande uppfinning framställes från ett maskinbearbetat block av finkornig höghållfast grafit med hög densitet. Staven lik- nar med avseende på bredd och längd vanliga skepp av intermetal- liskt sammansatt material. Den har emellertid mindre tjocklek än vanliga skepp på grund av den större ledningsförmågan hos grafit.

Minskningen i tvärsektionsarea hos skeppet kan vara 30-40%. Även kaviteten eller fördjupningen, som bildar skeppet, har avvi- kande form i jämförelse med kaviteterna i vanliga skepp. I skepp enligt uppfinningen är det viktigt att kaviteten har släta kontu- rer utan skarpa hörn. Formen hos ändarna hos den långsträckta ka- viteten är speciellt kritisk, eftersom kavitetsändarna måste bi- draga till att stärka beläggningen i kavitetsomrâdet. Olikheten i värmeutvidgningskoefficienter för pyrolytisk bornitrid och för gra- fit kan vara så stor som 2:1 i kornets breddriktning, varvid den för den pyrolytiska bornitriden är lägre. I kontrast till detta är värmeutvidgningskoefficienten för den pyrolytiska bornitriden myc- ket högre i kornets tvärriktning, varvid förhållanden av 7,5:1 är typiska. Denna olikhet innebär att geometrin hos den belagda delen är viktig för att bibehålla erforderlig beläggningskontakt för att tillförsäkra god värmeöverföring. Beläggningskontakt och följakt- ligen värmeöverföring kan ytterligare förbättras, om grafitytan ruggas lätt före beläggning med PBN.

Speciellt hjälper de halvsfäriska ändarna att hålla beläggningen i kavitetsområdet och att dessutom ej nedsätta förångningsfunktio- nen hos skeppet. Om kaviteten var kvadratisk i tvärsektion och ändarna lätt sluttande upp mot ytan, skulle beläggningen tendera att förflytta sig upp för lutningen under nedkylning från belägg- ningstemperatur, vilket skulle ge kontaktförlust med grafitunder- laget och därigenom försämra värmeöverföringen under arbete med skeppet. Endast geometrin hos kaviteten och den i det närmaste totala inkapslingen av skeppet håller beläggningen kvar.

Skepp enligt föreliggande uppfinning kan framställas genom att man först maskinbearbetar en stav av grafit till den önskade skepps- :nova Quinn* 7900185-5 bredden och tjockleken och en längd som är något längre än den Hos det färdiga skeppet. Den extra längden användes för att upp- bära staven i en lämplig ugn. En fördjupningskavitet maskinbear- betas sedan fram på åtminstone en yta av staven. Eventuellt kan kaviteter skäras i båda motstående sidor. Det föredragna sättet att bilda kaviteten är att fräsa den med en enskärsfräs. Arean och djupet hos kaviteten kommer att variera med den avsedda användnin- gen men kommer att vara de vanliga dimensionerna för sådana skepp. Även om staven kan hållas i beläggningsugnen medelst varje bekvämt medel under utnyttjande av den extra längden, föredrages procedu- ren att borra ett hål vid änden av staven. En uppbärande stång kan sedan instickas i detta hål för att hålla staven under belägg- ning med pyrolytisk bornitrid.

Den använda ugnen kan vara av motståndsvärmd typ. Man har konstru- erat en lämplig reaktionsugn med användning av grafitplattor, så- som beskrives i exemplet nedan. Ett antal skeppstavar hängas upp i reaktionsugnen. Ångor av ammoniak och en gasformig borhalogenid, företrädesvis bortriklorid, införes i den värmda reaktionsugnen.

'Förhållandet ammoniak till bortriklorid kan variera från ca 2:1 till ca 4:1. Eventuellt kan en inert gas såsom kväve användes för att öka strömningsmängderna av de gasformiga reaktionskomponenter- na. Reaktionsrummet hâlles vid en temperatur av 1750-2300°C, före~ trädesvis 1800-2200°C med 187500 som mest föredragen temperatur.

Ett tryck av mindre än 50 mm Hg hålles. Gasströmningen in i reak- tionsrummet fortsättes under reaktionsperioden, dvs till dess den önskade beläggningen uppnåtts. Den kontinuerliga metod som användes är den som beskrives 1 Us-Ps 3 152 ooe. ' Den genom uppfinningen erhållna beläggningen av pyrolytisk bornit- rid skall vara 0,254-0,782 mm_i tjocklek och allra helst minst o,sos mm tjoek. Ett föredraget emråae är a.3§1-0,152 mm. beg är vik- tigt att bornitriden totalt täcker eller inkapslar staven, med un- 1_dantag för uppnängningsomrâdet, som skäres av efter beläggning.

'Det belagda skeppet får svalna ooh sedan den bärande änden skurits 'av maskinbearbetas bornitriden bort från ändar, sidor och botten hos staven vid varje ände. Detta åstadkommer en frilagd yta av gra- fit för elektrisk kontakt. Ändarna kan maskinbearbetas på varje önskat sätt för att inrymma klämorgan. Det är viktigt att den py- 7900185-5 rolytiska bornitriden täcker hela ytan hos skeppet med undantag för de delar som står i ingrepp med och följaktligen täckes av de elektriska klämmorna.

Ehuru uppfinningen har beskrivits med avseende på ett förångnings- skepp framställt från en rektangulär stav, så kan grafiten maskin- bearbetas till varje önskad form före beläggning.

Den pyrolytiska bornitridbeläggningen leder värme från grafitsta- ven till metallen i kaviteten effektivt, men eftersom pyrolytisk bornitrid har låg emissionsförmâga jämfört med de intermetalliska sammansatta material, som nu användes för skepp, strålar den ut mindre energi. Metallen förângad i skeppen är elektriskt isolerad från kretsen och kemiskt isolerad från grafitresistorn. Sålunda är motståndet hos skepp/metallsystemet det för grafiten enbart och ef- tersom grafiten är kemiskt isolerad från metallen, förändras dess motstånd ej, varför minimal energireglering erfordras under drift. _Värmeledningsförmågan hos pyrolytisk bornitrid är mycket hög utef- ter längden av grafitstaven, vilket tillförsäkrar en likformig tem- peratur och en mer likformig förångning. Den höga renheten hos py- rolytisk bornitrid (mindre än 10 ppm föroreningar) bidrager till hög renhet i de belagda materialen. Den höga motståndskraften hos pyrolytisk bornitrid mot angrepp av aluminium eller andra metaller är även viktig för förlängning av skeppens livslängd.

Efterföljande exempel avses vara belysande men ej begränsande i an- nan mån än som kommer till uttryck i efterföljande patentkrav.

Ekempel En kvantitet av finkornig höghållfasthet grafit med hög densitet maskinbearbetades till stycken, som var 279,4 mm långa, 25,4 mm breda och 9,1 mm tjocka. I varje stycke formades en kavitet med användning av en ändskärsfräs med en diameter av 22,1 mm. Denna kavitet var 6,5 mm djup och 203 mm lång. Vid en ände hos det så formade skeppet borrades ett hål med en diameter av 6,4 mm.

Fem grafitplattor som var och en var 190,5 mm bred, 559 mm hög och 12,7 mm tjock, formades till en femhörningsform på toppen av en grafitplatta med ett hål i centrum för insläppning av gas. En andra grafitplatta placerades ovanpå den femhörningsformade grup- pen av grafitplattor och denna topplatta höjdes över femhörningen POOR QUALITY 7900185-5 tillräckligt högt för att åstadkomma 423 cmz avgasarea för ga- ser, som kommer upp genom hålet i bottenplattan. Hål borrades på innerytan i grafitplattorna och stavar med en diameter av 6,4 mm instacks i hålen och användes för att hänga upp 15 stycken skepp.

Hela sammanbyggnaden av grafitplattor med skeppen upphängda pâ in- sidan infördes i en högtemperatuns-motståndsvärmd vakuumugn i stånd att hålla temperaturer över 2000°C och ett vakuum av ca 0,2 torr.

Ugnen evakuerades till ett vakuum av 0,350 torr och värmdes sedan till en temperatur av 1875°C. En gasblandning infördes i mängder av 1,48 liter per minut bortriklorid, 3,6 liter per minut ammoniak och 1,24 liter per minut kväve. Gasinförandet och därmed belägg- ning fortsattes under 15 timmar. Ugnen avstängdes sedan och fick svalna och efter kylning uttogs skeppen.

Dâ skeppen undersöktes efter kylning visade de sig ha en beläggning av pyrolytisk bornitrid varierande från 3,81 till 0,762 mm i tjock- lek. Änden hos varje skepp innehållande hålet skars sedan av och skeppen maskinbearbetades på ändarna för att avlägsna bornitridbe- läggningen från åtminstone 19 mm av alla ytor hos varje ände på varje stav, med undantag för toppytan innehållande den frästa för- djupningen, där beläggningen ej avlägsnades.

FÉÉQR Qzïirny

Claims (1)

1. 7900185-5 Patentkrav Förångningsskepp för metall. som omfattar en grafitstav med en utsträckt fördjupning i åtminstone en sida av staven med en beläggning av bornítríd. k ä n n e t B c k n a t av att be- läggningen består av pyrolytisk bornitrid med en tjocklek inom området 0.254 - 0.762 mm. varvid fördjupningen har halv- sfäriska ändar vid sina motstående ändar och varvid grafit- skeppet är belagt med bornítríden utan avbrott med undantag för ett fritt område vid dess ändar. POOR QUALITY