WO2011113885A2

WO2011113885A2 - Materialzusammensetzung, deren herstellung und verwendung als dichtungs - und oxidationschutzschicht

Info

Publication number: WO2011113885A2
Application number: PCT/EP2011/054021
Authority: WO
Inventors: Martin Christ; Sandra KÖHLER; Florian Gojny; Rainer Schmitt; Oswin ÖTTINGER
Original assignee: Sgl Carbon Se
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-09-22
Also published as: KR20120129973A; US20130001475A1; JP2013522155A; DE102010002989A1; WO2011113885A3; RU2012137079A; BR112012023455A2; MX2012008310A; EP2547636A2; CN102858716A

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Materialzusammensetzung (10), welche eine Trägerkomponente (11) und eine Additivkomponente (12) aufweist. Die Additivkomponente (12) weist eine oder mehrere keramische Additive (12', 12") auf. Die Trägerkomponente (11) und die Additivkomponente (12) liegen mit einem Volumenverhältnis in einem Bereich von etwa 1:9 bis etwa 7:3, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1:4 bis etwa 2:1, insbesondere im Bereich von etwa 1:1 vor. Die Materialzusammensetzung (10) gemäß der vorliegenden Erfindung kann in Form einer Folie oder in Form eines flüssigen, zähflüssigen, pastösen oder gelartigen Materials ausgebildet werden. Die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung (10) kann unter anderem verwendet werden als Oxidationsschutz und als Dichtungselement.

Description

Materialzusammensetzung, deren Herstellung und Verwendung

GEBIET DER ERFINDU NG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Materialzusammensetzung - insbesondere für einen oder als einen Oxidationsschutz und/oder eine Dichtung - Ver- fahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendungen . Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Hochtemperaturoxidationsschutzfolie.

H INTERGRUND DER ERFINDUNG Bei vielen technischen Gebrauchsgegenständen und Einrichtungen wird bei deren Herstellung, aber auch gerade bei ihrer Verwendung im Betrieb ein großer Wertebereich der Betriebsparameter, z.B. der Temperatur, überstrichen . Je nach Anwendung kann sich dabei die Temperatur eines Werkstücks, Werkzeugs oder auch eines Gebrauchsgegenstands von der Raum- temperatur - oder weit darunter - bis zu einigen hundert oder gar über 1 000°C hin erstrecken . In den unterschiedl ichen Temperaturbereichen sind unter Umständen auch die mechanischen und/oder thermischen Beanspruchungen der einzelnen Material komponenten, gerade auch an den Oberflächen oder Grenzflächen oft sehr unterschiedlich .

Bei derartigen Bedingungen mit thermisch aktivierten Ober- oder Grenzflächen kann es dort zu chemischen Umsetzungen kommen, insbesondere zu Oxida- tionsprozessen, welche auch die Eigenschaften der zu Grunde liegenden Materialien an deren Ober- oder Grenzflächen ändern . Dabei können auf Grund von Oxidation z.B. auch der elektrische Widerstand - welcher z.B. bei Elektroden oder dergleichen relevant wäre - und/oder materielle Integrität - welche z.B. bei Dichtungen relevant wäre - nachteilig geändert werden . Um derartige Verschleißsituationen zu vermeiden oder zumindest zu mildern, werden daher an Oberflächen oder an Grenzflächen oder an deren Teilbereiche davon oft inhärent oder zusätzlich Materialschichten aufgebracht, die z.B. als Schutzschichten dienen oder auch andere Funktionen übernehmen, z.B. als Dichtungen dienen . Derartige inhärente oder zusätzliche Materialschichten sollen mögl ichst über den gesamten Bereich der Betriebsparameter, insbesondere also über den gesamten Temperaturbereich geeignete Eigenschaften besitzen und die zugrunde l iegende Oberfläche oder Grenzfläche - im Vergleich zu einer Situation ohne inhärenter oder zusätzl icher Schicht - schonen und/oder stabilisieren .

So ist es bei einem Oxidationsschutz, der an einer Grenzfläche oder Oberfläche angebracht wird, wünschenswert, dass das Anbringen selbst, welches oft im Bereich der Raumtemperatur geschieht, durch die Flexibilität des Mate- rials der zusätzlichen Schicht nicht behindert, vielmehr vielleicht sogar gefördert wird . Das bedeutet, dass das Material bei Raumtemperatur mögl ichst zusammenhängend sein soll und auch eine gewisse mechanische Flexibilität, z.B. in Form einer Biegsamkeit aufweisen soll . Andererseits dürfen sich im Hochtemperaturbereich die Schutzfunktion und der mechanische Zusammen- hang oder Zusammenhalt des zugrunde liegenden Materials nicht wesentl ich ändern, da sonst die Funktion der zusätzlichen Schicht in Frage gestellt wäre.

Häufig kommt es zusätzl ich auf weitere Eigenschaften an, die über den gesamten Temperaturbereich oder über einen weiten Teil davon realisiert sein müssen, gedacht werden kann dort z.B. an die elektrische Leitfähigkeit, die mögl ichst bei Raumtemperatur bestehen soll , bei deutlich höheren Temperaturen aber unter Umständen nicht mehr erforderlich ist.

Denkt man an Dichtungen, die im Zusammenhang mit einem Materialüber- gang, z.B. zwischen zwei Flanschen oder dergleichen vorgesehen sein soll, so sollen auch hier bei Raumtemperatur, z.B. bei der Montage der materielle Zusammenhalt oder Zusammenhang zusammen mit einer gewissen mechan ischen Flexibilität bestehen . Zusätzlich muss für die Dichtungsfunktion natür- lieh die Leckage über den gesamten Betriebstemperaturbereich mögl ichst gering sein, dies geht häufig einher mit dem materiellen Zusammenhang oder Zusammenhalt der der Dichtung zu Grunde liegenden Materialzusammensetzung .

Neben den oben beschriebenen Problemen im Zusammenhang mit einer möglichen Oxidation eines zu Grunde liegenden Materials bei einem Werkstück oder Werkzeug sind Oxidationsprozesse auch bei der Verwendung von Materialzusammensetzungen zur Modifikation von Werkstücken oder Werkzeugen an deren Ober- oder Grenzflächen problematisch, da durch Oxidation eben auch die Eigenschaften bekannter Materialzusammensetzungen nachteilig geändert werden können .

Außerdem sind bekannte Materialzusammensetzungen - z.B. in Folienform - nur mit einem vergleichsweise hohen verfahrenstechnischen und apparativen Aufwand unter einem hohen Einsatz an Energie herstellbar.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDU NG Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Materialzusammensetzung anzugeben, deren materieller Zusammenhang oder Zusammenhalt über einen weiten Temperaturbereich und vor allem im Hochtemperaturbereich oberhalb von 700°C erhalten bleibt und welche mit einem vergleichsweise geringen verfahrenstechnischen und apparativen Aufwand und bei einem vergleichs- weise niedrigeren Einsatz an Energie herstellbar ist.

Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden bei einer Materialzusammensetzung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Ferner werden die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben bei einem Verfahren zum Herstellen einer Materialzusammensetzung erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 5 und 1 7 gelöst. Des Weiteren werden die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben durch die Verwendungen der erfindungsgemäßen Materialzusam- mensetzung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 8 und 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche

Die vorliegende Erfindung schafft eine Materialzusammensetzung - welche insbesondere für einen oder als ein Oxidationsschutz und/oder für oder als eine Dichtung geeignet ist - mit einer Trägerkomponente und mit einer Additivkomponente, wobei die Additivkomponente ein oder mehrere keramische Additive aufweist und wobei die Trägerkomponente und die Additivkomponente in einem Volumenverhältnis in einem Bereich von etwa 1 :9 bis etwa 7:3 vorliegen .

Eine Kernidee der vorl iegenden Erfindung besteht also darin, bei einer Materialzusammensetzung für ein bestimmtes Volumenverhältnis der Trägerkomponente im Verhältnis zur Additivkomponente zu sorgen, und zwar um da- durch zu erreichen, dass der materielle Zusammenhang, der materielle Zusammenhalt und die materielle Beständigkeit, d .h . die mechanische Integrität der Gesamtstruktur, über einen weiten Temperaturbereich erhalten bleibt und um dadurch in der Anwendung der Materialzusammensetzung zu bewirken, dass mit der materiellen Integrität einhergehende Eigenschaften der Material- Zusammensetzung selbst, aber auch in der Anwendung diejenigen des materiellen Systems, bei welchem die Materialzusammensetzung verwendet wird, ebenfalls über einen weiten Temperaturbereich stabilisiert werden oder sogar erhalten bleiben . Die dabei stabilisierten Eigenschaften können die Formstabilität, die Stabilität auf der Mikroebene, z.B. im Sinne einer Gasdichtheit oder dergleichen, oder auch die elektrische Leitfähigkeit des Systems, dessen Aufbau auf der Materialzusammensetzung fußt, betreffen . Die durch die Erfindung geschaffene Materialzusammensetzung besitzt einen materiellen Zusammenhang oder Zusammenhalt, der über einen weiten Temperaturbereich und vor allem im Hochtemperaturbereich oberhalb von 700°C erhalten bleibt. Die durch die Erfindung geschaffene Materialzusammenset- zung kann mit einem vergleichsweise geringen verfahrenstechnischen und apparativen Aufwand und bei einem vergleichsweise niedrigeren Einsatz an Energie hergestellt werden, insbesondere dann, wenn sie als Folie oder in Form eines Anstrichs oder dergleichen bereit gestellt wird .

Bei vielen Materialzusammensetzungen ist näml ich die Herstellung von Folien mit anderen als den erfindungsgemäßen Verfahren gar nicht möglich .

Die Trägerkomponente und die Additivkomponente können in einem Volumen- Verhältnis in einem Bereich von etwa 1 :4 bis etwa 2: 1 vorliegen, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 : 1 . Durch die genannten besonders bevorzugten Spezifizierungen für den Bereich des Volumenverhältnisses der Trägerkomponente zur Additivkomponente werden besonders geeignete Materialzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung charakterisiert, durch wel- che sich die Eigenschaften der Materialzusammensetzung selbst aber auch des Systems in der Anwendung mit der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung besonders gut stabil isieren lassen .

Die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung kann als eine mit einem oder mit mehreren keramischen Additiven versehene oder gefüllte Graphitfolie ausgebildet sein .

Die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung kann aber auch als ein mit einem oder mehreren keramischen Additiven versehenes harzbasiertes Mate- rial und insbesondere auch wieder als Folie oder als flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Material und/oder mit einem oder mit mehreren funktionellen Additiven ausgebildet sein .

Das mindestens eine keramische Additiv kann ein hochtemperaturbeständiges Material , ein Glas bildendes Material und/oder ein Material sein oder aufweisen, welches - insbesondere bei Temperaturen oberhalb von etwa 700°C - oxidiert und dadurch versintert. Gerade in der Kombination dieser Merkmale stellen sich besonders günstige Eigenschaften der Materialzusammensetzung im Hinblick auf die Stabilisierung und den materiellen Zusammenhang ein, nämlich dadurch, dass im Hochtemperaturbereich aufgrund der Oxidation der keramischen Additive über die dann ablaufende Versinterung eine Stabilisierung und ein Schutz erfolgen.

Das mindestens eine keramische Additiv kann ein Material sein oder aufweisen aus der Gruppe, die gebildet wird von TiB₂, T1O2, Si, SiC, Si3N₄, BN, B₄C, CaB₆, FeB, Si₃N₄, Zr(HPO₄)₂, AI₂O₃, AIB₂, AIB12, SiB₆, PB, ΖηΟ·Β₂Ο₃, Tri- zinkphosphat, Zinkboraten und deren Kombinationen. Besonders diese ge- nannten Materialien und deren Kombinationen können die stabilisierende Wirkung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung besonders zuverlässig begründen.

Es bieten sich insbesondere folgende Paare für erste und zweite Additive der Additivkomponente an, nämlich B C bzw. SiC, B C bzw. Zr(HPO₄)2, B C bzw. ΤΊΟ2, TiB₂ bzw. Si oder aber ΤΊΟ2 bzw. Si, nämlich gemäß der folgenden Tabelle A:

Tabelle A: Paarungen erster und zweiter Additive Die hier genannten Beispiele für Paare erster und zweiter Additive für die Additivkomponente haben sich als besonders geeignete Ausführungsformen im Hinblick auf die Stabilisierung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung als solcher, aber auch der mit diesen in Zusammenhang stehenden zu stabilisierenden Systeme erwiesen.

Die Trägerkomponente kann aufweisen oder gebildet werden von einem Graphitmaterial, einer expandierten Graphiteinlagerungsverbindung unter Ver- wendung von H₂SO₄ (GHS), einer expandierten Graphiteinlagerungsverbindung unter Verwendung von H NO3 (GN) und/oder deren Gemische (GNS), einem oder mehreren Fasermaterialien auf Kohlenstoffbasis oder deren Kombinationen, wobei diese insbesondere in expandierter und/oder pulverisierter Form vorliegen und/oder wobei ein oder mehrere funktionelle Additive vorgesehen sind, z.B. mit oder aus einem synthetischen Graphit oder einem oder mehreren Rußen .

Die hier genannten Material ien geben die Möglichkeit der Folienbildung, Gra- phitfolienbildung und/oder der Bildung von Kohlenstofffilzen und/oder Graphitfilzen beim Zusammenfügen der Trägerkomponente mit der jeweiligen Additivkomponente wieder, wobei aufgrund der Kohlenstoffbasiertheit inhärent eine elektrische Leitfähigkeit gesichert wird . Besonders vorteilhaft und daher bevorzugt sind Material ien, insbesondere von Folien, auf der Grundlage von oder mit expandiertem Graphit. Dabei kann eine Graphitfolie z.B. hergestellt werden, indem (A) zunächst ein Graphitmaterial bereit gestellt wird, (B) dann daraus eine so genannte Graph iteinlagerungsoder -interkalationsverbindung hergestellt wird, (C) diese dann thermisch zer- setzt und expandiert wird - z.B. durch schockartiges Erhitzen bei Temperaturen um 1 000°C - und (D) das Expandat als Trägerkomponente dann nach Mischen mit einem oder mehreren Additiven für die Additivkomponente - und ggf. von funktionellen Additiven - durch Verpressen zur erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung in Form einer Folie verdichtet wird .

Die Trägerkomponente kann von einem Harzmaterial, insbesondere einem Phenolharzmaterial und/oder mit oder aus einem oder mehreren duroplastischen oder thermoplastischen Polymeren, gebildet werden oder ein solches aufweisen . Die Verwendung von Harzen, insbesondere in flüssiger, zähflüs- siger, pastöser oder gelartiger Form ermöglicht das Vorsehen einer entsprechenden Materialzusammensetzung, die als Anstrich oder Form folgende bedeckende Schicht verwendet werden kann und daher einen besonders flexiblen Einsatz ermögl icht. Denkbar ist auch die Verwendung und/oder das Überführen von Harzen in Fo- lienform, wobei die Additivkomponente mit ihren Bestandteilen durch Einpressen und/oder Einmischen in die bestehenden harzbasierte Fol ien eingebracht wird .

Besonders vorteilhaft können bei bestimmten Anwendungen Materialzusammensetzungen sein, die - insbesondere bei Raumtemperatur - als Folie und/oder als Filz vorliegt. Folien und Filze sind besonders einfach handhab- bar, da sie im Wesentl ichen formstabil sind, mit mechanischer Flexibilität und Elastizität ausgestattet werden und geeignet abgelängt werden können .

Andererseits können bei bestimmten anderen Anwendungen Materialzusammensetzungen vorteilhaft sein, die - insbesondere bei Raumtemperatur - als flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Material vorliegen . Diese Form von Materialzusammensetzungen können auf beliebige Formen verteilt werden, z.B. durch Anstreichen oder dergleichen .

Es ist von Vorteil , wenn - insbesondere bei Raumtemperatur - die erfindungs- gemäße Materialzusammensetzung mechanisch zusammenhängend, mechanisch flexibel , mechanisch elastisch und/oder elektrisch leitfähig ist. Diese Eigenschaften können einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander durch die Zusammensetzung der einzelnen Trägerkomponenten und Additivkomponenten ausgelegt werden, um in besonders flexibler Art und Weise den jewei- ligen Anwendungen gerecht zu werden . Es können auch Aspekte der plastischen Verformbarkeit berücksichtigt werden .

Die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung kann so ausgebildet sein oder werden, dass sie bei einer Temperatur oberhalb von etwa 700°C mecha- nisch zusammenhängend ist oder bleibt. Der mechanische Zusammenhang oder Zusammenhalt oder die mechanische Integrität im Hochtemperaturbereich sind besonders wichtig, weil hier der Stand der Technik nicht in der Lage ist, auch jenseits von 700°C die mechanische Integrität und damit das Funktionieren der zugrunde liegenden Materialzusammensetzung zu gewährleisten .

Die Additivkomponente kann ein oder mehrere funktionelle Additive mit oder aus einem Graphitmaterial , einem synthetischen Graphit, einem Naturgraphit, einem oder mehreren Rußen, ein oder mehreren Fasermaterialien auf Kohlenstoffbasis oder deren Kombination aufweisen, wobei diese insbesondere in expandierter und/oder pulverisierter Form vorliegen können . Alternativ oder zusätzlich kann die Additivkomponente ein oder mehrere funktionelle Additive mit oder aus einem Metallmaterial , vorzugsweise mit Kupfer, insbesondere in Pulverform aufweisen .

Auch die Modifikation der Additivkomponente durch funktionelle Additive kann also weitere Eigenschaften der Materialzusammensetzung zur Geltung bringen . Denkbar ist auch ein Zusatz an metallischen Materialien, z.B. in Form von Stäuben, vorzugsweise Kupferstaub oder dergleichen . Dies kann z.B.

dazu dienen, die elektrische Leitfähigkeit in einem Harz als zugrunde liegende Trägerkomponente zu modulieren .

Die Trägerkomponente und die Additivkomponente können als oder im Wesentlichen als ein Stoffgemisch miteinander vorl iegen . Denkbar sind dabei also auch Lösungen, Suspensionen, Emulsionen, Feststoffgemenge und dergleichen . Das Vorliegen als Stoffgemisch garantiert einen besonders innigen Kontakt und eine besonders innige Verschränkung der Trägerkomponente mit der Additivkomponente und somit eine besonders homogene Materialstruktur für die Materialzusammensetzung .

Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen ent- sprechenden Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung . Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Materialzusammensetzung werden die Trägerkomponente und die Additivkomponente in einem entsprechenden Volumenverhältnis gemischt und zu einer Fol ie ver- presst werden . Durch dieses Vorgehen wird die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung in dem entsprechenden Volumenverhältnis der Trägerkomponente und der Additivkomponente gemischt in ein Folienmaterial überführt, welches dann zur Anwendung gebracht werden kann.

Dabei kann die Trägerkomponente vor dem Verpressen mit der Additivkomponente bereits als Folie vorliegen. Das bedeutet, dass eine bereits bestehende Folie durch eine entsprechende Weiterverarbeitung im Sinne der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung durch Hinzufügen der Additivkomponente und Beibehalten der Folienstruktur veredelt werden kann .

Als Trägerkomponente oder als Teil davon besonders bevorzugt ist expandiertes Graphitmaterial .

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kann (a) die Trägerkomponente vor dem Verpressen mit der Additivkomponente als flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Harz vorliegen oder bereitgestellt und mit der Additivkomponente im entsprechenden Volumenverhältnis versetzt werden, (b) die sich ergebende flüssige, zähflüssige, pastöse oder gelartige Mischung in eine Folie gegossen und ggf. ausgehärtet und/oder verpresst werden und (c) insbesondere die sich ergebende Folie auflaminiert werden, z.B. auf ein Werkstück oder dergleichen .

Alternativ können bei einem Verfahren zum Herstellen einer Materialzusammensetzung die Trägerkomponente als flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Material und die Additivkomponente als Schüttgut, als Pulver, als flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Material vorliegen . Dabei werden dann die Trägerkomponente und die Additivkomponente im entsprechenden Volumenverhältnis miteinander gemischt und die dadurch entstehende Mischung entweder in Form eines flüssigen, zähflüssigen, pastösen oder gelartigen Materials oder durch einen Weiterverarbeitungsschritt als Ma- terialzusammensetzung in Form einer Folie bereitgestellt. Anstelle einer Folie wird die erzeugte Materialzusammensetzung nach Art eines besser formbaren Materials ausgebildet, wobei hier also im Endergebnis dann ein flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Endprodukt mit der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung vorliegt und weiter verwendet werden kann .

Es ist also auch denkbar, dass die Trägerkomponente und/oder eine Zwischenform der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung zunächst als flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Material vorliegen und dann durch einen Zwischen- oder Weiterverarbeitungsprozess in eine Folie überführt werden, z.B. durch ein Foliengießen, ggf. mit anschließendem Aushärten . Weitere Aspekte der vorl iegenden Erfindung sind verschiedene Verwendungen der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzungen .

Es ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung als Oxidationsschutz - insbesondere bei einem graphit- oder kohlenstoffbasierten oder graphit- oder kohlenstoffverstärkten Körper oder Werkstück - möglich . Aufgrund der modul ierbaren Eigenschaften der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung eignet diese sich also insbesondere zur Verwendung als Oxidationsschutz, z.B. zum Veredeln eines im Wesentlichen festen Körpers, Werkstücks oder Werkzeugs, insbesondere auf Graphit- oder Kohlenstoffbasis und/oder mit einer Graphit- oder Kohlenstoffverstärkung .

Die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung kann als Beschichtung auf der Oberfläche oder auf einem Teil der Oberfläche des Körpers oder Werkstücks oder als materielle Beimischung auf oder in der Oberfläche oder auf oder in einem Teil der Oberfläche des Körpers oder Werkstücks vorgesehen werden . Der Körper oder das Werkstück, bei welchen die erfindungsgemäße Material- zusammensetzung Anwendung findet, können ein Wärmeschutzelement, eine Hitzekachel, eine Elektrode, eine Lichtbogenelektrode oder ein Werkzeug oder dergleichen sein .

Ferner kann die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung als Dichtung zwischen zwei Werkstücken, insbesondere an einem Flansch oder dergleichen, vorzugsweise als Flachdichtung, Ringdichtung oder Banddichtung, verwendet werden . Aufgrund der modulierbaren Eigenschaften hinsichtlich des Materialzusammenhangs und der sich damit einstellenden geringen Leckage eignet sich die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung bei entsprechender Ausgestaltung eben gerade auch als Dichtungsmaterial .

Wie im Zusammenhang mit den allgemeinen Aspekten oben bereits angedeu- tet wurde, besteht eine Kernidee der vorliegenden Erfindung also auch darin, eine Trägerkomponente und eine Additivkomponente (a) als Ausgangsmaterialien für eine Materialzusammensetzung oder (b) in der Endkonfiguration der Materialzusammensetzung jeweils in einem bestimmten erfindungsgemäßen Volumenverhältnis vorzusehen .

Dadurch wird erreicht, dass über einen besonders breiten Bereich für die Betriebstemperatur der materielle Zusammenhang, der materielle Zusammenhalt und somit die materielle Integrität der Materialzusammensetzung erhalten bleiben .

Das bedeutet insbesondere, dass sich bei niedrigen Temperaturen, z.B. im Bereich der Raumtemperatur, eine besonders geeignete Handhabbarkeit der Materialzusammensetzung in ihrem jeweils gegebenen Aggregatzustand ergibt. Andererseits stellt sich auch bei hohen Betriebstemperaturen kein Auflö- sen der materiellen Integrität und damit des Zusammenhalts der Materialzusammensetzung ein, so dass die mechanischen Eigenschaften, die sich auf die materielle Integrität gründen, erhalten bleiben . Das bedeutet, dass das je- weils erzeugte Produkt bei hohen Temperaturen nicht zerfällt und/oder auch keine nennenswerten Löcher bildet.

Während die materielle Integrität im Niedrigtemperaturbereich im Wesent- liehen durch die Trägerkomponente realisiert wird, wird im Hochtemperaturbereich, insbesondere jenseits von 700°C die materielle Integrität gegebenenfalls gerade durch die Additivkomponente real isiert, z.B. durch deren Glasbildung oder Versinterung . Selbst dann also, wenn die Trägerkomponente sich bei hohen Temperaturen auflöst, weil sie z.B. aus Graphit besteht, z.B. durch Oxidationsprozesse, bleibt aufgrund der Eigenschaften der Bestandteile der Additivkomponente die materielle Integrität der Materialzusammensetzung insgesamt erhalten, nämlich insbesondere dann, wenn es sich bei den Bestandteilen der Additivkomponente um keramische und Glas bildende Bestandteile handelt.

Die Begriffe Trägerkomponente und Additivkomponente sind im Zusammenhang mit der vorl iegenden Erfindung dabei ganz allgemein aufzufassen. Bei der Trägerkomponente kann es sich einerseits tatsächlich um Kohlenstoffmaterialien oder Graphitmaterialien, aber auch um Harzmaterialien oder derglei- chen handeln . Wichtig ist, dass die Trägerkomponente im Niedertemperaturbereich die materielle Integrität, gegebenenfalls darüber hinaus die mechanische Flexibilität und/oder Elastizität, z.B. im Sinne der Biegbarkeit einer Folie oder dergleichen, realisiert. Durch die Additivkomponente kann dann einerseits die materielle Integrität im Hochtemperaturbereich gewährleistet werden . Ferner kann durch Hinzufügen so genannter funktioneller Additive das Eigenschaftsspektrum der Materialzusammensetzung erweitert werden, z.B. durch Hinzufügen von funktionellen Additiven, welche die elektrische Leitfähigkeit beeinflussen . Selbstverständlich können aber auch der Trägerkomponente entsprechende funktionelle Additive zugefügt werden, z.B. dann, wenn das eigentliche die Bindung herstellende Material selbst nur eine unzureichende elektrische Leitfähigkeit besitzt. Diese und weitere Aspekte werden auf der Grundlage der beigefügten Zeichnungen erläutert.

KU RZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig . 1 A - C illustrieren die Verwendung der erfindungsgemäßen Materialzusannnnensetzung gemäß einer ersten Ausführungsform, bei welcher die Materialzusammensetzung auf einer Oberfläche eines Werkstücks aufgebracht wird .

Fig . 2A - C zeigen eine andere Verwendung der erfindungsgemäßen

Materialzusammensetzung, bei welcher diese als eine Art Imprägnierung in den Oberflächenbereich eines zu verarbeitenden Werkstücks eingebracht wird .

Fig . 3A - 4C zeigen in schematischer und teilweise geschnittener Form eine andere Verwendung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung, hier bei der Weiterverarbeitung eines zyl indrischen Körpers, z.B. einer Elektrode oder dergleichen .

Fig . 5A - C zeigen in schematischer und teilweise geschnittener Form eine andere Form der Verwendung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung, wobei hier mehrere Schichten mit der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung auf der Oberfläche eines Körpers aufgebracht werden .

Fig . 6A - C zeigen in schematischer und teilweise geschnittener Form die

Verwendung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung als Dichtung zwischen zwei Werkstücken .

Fig . 7 zeigt in Form eines Blockdiagramms ein Herstellungsverfahren und ein Verfahren zur Verwendung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung . Fig . 8 zeigt in Form eines Blockdiagramms ein anderes

Herstellungsverfahren und ein anderes Verfahren zur Verwendung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung .

Fig . 9 zeigt in Form eines Blockdiagramms nochmals ein anderes Herstellungsverfahren und ein anderes Verfahren zur Verwendung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung . DETAILBESCHREIBU NG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorl iegenden Erfindung beschreiben. Sämtl iche Ausführungsformen der Erfindung und auch ihre technischen Merkmale und Eigenschaften können einzeln isoliert oder wahlfrei zu- sammengestellt miteinander beliebig und ohne Einschränkung kombiniert werden .

Strukturell und/oder funktionell gleiche, ähnl iche oder gleich wirkende Merkmale oder Elemente werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall wird eine detaillierte Beschreibung dieser Merkmale oder Elemente wiederholt.

Die Fig . 1 A bis 1 C zeigen in schematischer und teilweise geschnittener Form eine erste Verwendungsmögl ichkeit einer Ausführungsform der erfindungsge- mäßen Materialzusammensetzung .

Dabei wird auf der Oberfläche 20a eines zu verarbeitenden Materials 20 - z.B. eines Werkstücks 1 00 oder eines Werkzeugs 1 00 gemäß der in Fig . 1 A dargestellten Anordnung - gemäß Fig . 1 B eine einzelne Schicht der erfindungsge- mäßen Materialzusammensetzung 1 0 aufgebracht. Die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung 1 0 kann als Folie 1 0-1 aufgezogen oder als flüssiger, zähflüssiger, pastöser oder gelartiger Anstrich 1 0-2 aufgebracht werden . Dies erfolgt z.B. bei Raumtemperatur und die erfindungsgemäße Materialzu- sammensetzung 1 0 hat dabei eine bestimmte erste oder Ausgangskonfiguration 1 0' und enthält erfindungsgemäß die Trägerkomponente 1 1 - z.B. mit Graphit 1 1 ' oder Harz 1 1 " - und die Additivkomponente 1 2 mit ein oder mehreren Additiven 1 2', 12".

Es kann sich daran ein Zwischen- oder Weiterverarbeitungsschritt - z.B. ein Temperaturschritt - anschließen . Dieser kann entweder durch eine höhere Betriebstemperatur begründet sein oder aber auf einem expliziten Hochtempe- raturverarbeitungsschritt bestehen .

Denkbar ist dabei, dass gemäß Fig . 1 C die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung 1 0 im Hochtemperaturbereich oder im oder nach dem Hochtemperaturschritt eine zweite Konfiguration 1 0" annimmt. Diese zweite Konfiguration 1 0" kann auch mit einer Kompaktifizierung und somit mit einer Volu- menverminderung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung einhergehen, wie dies in Fig . 1 C angedeutet ist. Dies ist aber nicht zwingend . Denkbar ist auch, das die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung 1 0 über den gesamten Temperaturbereich in der Konfiguration l 0' verbleibt. In der Praxis kann die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung 1 0 gebildet werden von einer Folie 1 0-1 aus einem Gemisch mit Graphit 1 1 ' und keramischen Additiven 12' 1 2". Bei Raumtemperatur würde in diesem Fall die erzeugte Folie 1 0-1 sowohl den Graphit als Trägerkomponente 1 1 als auch die keramischen Bestandteile 1 2', 1 2" als Additivkomponente 1 2 enthalten . Bei sehr hohen Temperaturen können dann einige oder sämtl iche Bestandteile der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 oxidieren. Zum Beispiel kann dabei ein maßgebl icher Anteil des Graphits 1 1 ' in der Konfiguration 10" der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 verschwunden sein, wogegen sich die keramischen Bestandteile 1 2', 1 2" in der zweiten Konfigura- tion 1 0" der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung neu organisiert haben, z.B. in einen glasartigen Zustand übergegangen sind, wobei dies z.B. mit einem verringerten Volumen einhergeht, ohne dass die materielle Integrität, der materielle Zusammenhang oder Zusammenhalt verloren gehen . Bei der Ausführungsform gemäß den Fig . 2A bis 2C finden vergleichbare Prozesse zu denen in den Fig . 1 A bis 1 C statt, wobei jedoch die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung 1 0 nicht auf der Oberfläche 20a des zugrunde liegenden Werkstoffkörpers 20 aufgebracht wird, sondern nach Form einer Art Imprägnierung in die Oberfläche 20a des Material 20 der Werkstück 1 00 eingebracht wird, wie dies im Übergang von der Fig . 2A zur Fig . 2B dargestellt ist. In der Fig . 2B liegt dann der Werkstoffkörper 1 00 in veredelter Form mit einer Oberflächeimprägnierung auf der Grundlage einer Ausfüh- rungsform der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 vor.

Im Übergang zur Fig . 2C ist dargestellt, dass nach einer Hochtemperaturbehandlung, sei diese expl izit oder impl izit aufgrund erhöhter Betriebstemperaturen in der Verwendung des verarbeiteten Werkstoffkörpers 20, eine Umset- zung im Bereich der imprägnierten Oberfläche 20a erfolgt, so dass sich eine zweite Konfiguration 1 0" einstellt, die von der in Fig . 2B gezeigten ersten Konfiguration 10' verschieden ist.

Zu bemerken ist, dass die Verschiedenheit der ersten und zweiten Konfigura- tionen 10' bzw. 1 0" nicht zwingend ist. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung 1 0 nach ihrer Vollendung und ihrem Auftragen oder Einbringen in das Material 20 des Werkstoffkörpers 1 00 über den gesamten Temperaturbereich unverändert bleibt. Die Fig . 3A bis 4C zeigen in zu den Fig . 1 A bis 1 C analoger Art und Weise die Verwendung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 bei einem zylindrischen Körper 1 00, z.B. einer Elektrode, vorzugsweise einer Lichtbogenelektrode oder dergleichen . Die Fig. 3A bis 3C zeigen dabei die zylindrische Ausgestaltung in seitlicher Querschnittsansicht, wogegen die Fig . 4A bis 4C den zyl indrischen Körper 1 00 oder die Elektrode 1 00 mit Bl ickrichtung in Richtung der Zylinderachse darstellen . Auch hier sind wieder die drei Phasen des Herstellungsprozesses dargestellt, näml ich in den Fig . 3A und 4A der Werkstoffkörper 1 00 in seiner Ausgangsform, in den Fig . 3B und 4B der auf der Oberfläche 20a, 1 00a mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 be- schichtete Werkstoffkörper 1 00 aus dem Material 20, und zwar in seiner ersten oder Niedrigtemperaturkonfiguration 1 0', und in den Fig . 3C und 4C in der zweiten oder Hochtemperaturkonfiguration 1 0", wobei bei letzterer wieder davon ausgegangen wird, dass es zu einer Kompaktifizierung mit einer entsprechenden Volumenschrumpfung bei Beibehaltung der materiellen In- tegrität kommt.

Die Fig . 5A bis 5C zeigen eine zu den Fig . 1 A bis 1 C analoge Konfiguration, wobei jedoch hier die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 mehrschichtig auf die Oberfläche 20a, 1 00a des zugrunde liegenden Material 20 oder Werkstoffkörpers 1 00 aufgebracht wird, wie dies in Fig . 5B dargestellt ist. Im Übergang von der in Fig . 5B dargestellten ersten oder N iedrigtemperaturkonfiguration 1 0' zu der in Fig . 5C dargestellten zweiten oder Hochtemperaturkonfiguration 1 0" findet im Wesentlichen eine Auflösung der Schichtstruktur für die erfindungsgemäße Mate- rialzusammensetzung 1 0 statt, es ergibt sich unter Verlust der Schichtung eine kompaktifizierte Anordnung 1 0" für die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung 1 0 auf der Oberfläche 20a, 1 00a des Material s 20 des Werkstoffkörpers 1 00. Die Mehrschichtigkeit der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 gemäß Fig . 5B kann z.B. durch eine Mehrlagenwicklung einer Folie 1 0-1 erreicht werden . Denkbar ist auch ein wiederholtes Auftragen eines Anstrichs 1 0-2, ggf. mit dazwischen geschalteten Trocknungsschritten . In den Fig . 6A bis 6C ist dargestellt, wie die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung 1 0 nach Art einer Dichtung 1 0-3 zwischen ersten und zweiten rohrförmigen Werkstoffkörpern 1 01 und 1 02 eingebracht werden kann . In der Fig . 6A sind die beiden Rohrstücke 1 01 , 1 02 oder Werkstoffkörper 101 , 1 02 voneinander räumlich getrennt und bilden an jeweils einem Ende zueinander erste und zweite passende Flansche 1 01 f und 1 02f. Am ersten Flansch 1 01 f des ersten Werkstoffkörpers 1 01 , also des ersten Rohrs 1 01 ist eine in Fig . 20C in Draufsicht dargestellt ringförmige Dichtung 1 0-3 auf der Grundlage der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 angebracht. Im Übergang von der Fig . 6A zur Fig . 6B werden dann die ersten und zweiten Rohrstücke 1 01 und 1 02 stirnseitig, also an den ersten und zweiten Flanschen 1 01 f und 1 02f mit der Dichtung 1 0-3 aus der erfindungsgemäßen Materialzusam- mensetzung 1 0 aneinander über erste und zweite Schraubelemente 1 01 s und 1 02s miteinander verbunden .

Aufgrund der hervorragenden Materialeigenschaften, näml ich der stabileren materiellen Integrität über einen weiteren Temperaturbereich eignet sich die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung 1 0, um den Übergang zwischen den ersten und zweiten Röhren 1 01 und 1 02 im Bereich der ersten und zweiten Flansche 1 01 f und 1 02f abzudichten, wobei die Leckageraten im Vergleich zu bekannten Glimmerdichtungen oder dergleichen stark reduziert sind . Diese und weitere Aspekte werden nun der Grundlage der nachfolgend Bemerkungen sowie anhand verschiedener Ausführungsbeispiele weiter erläutert:

Beispiel 1 : Hier wird eine Form der Herstellung und des Testens zur Erhebung der Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 beschrieben .

Kommerziell erhältliches Graphithydrogensulfat 1 1 ' (SS3, Fa. Sumikin Chemi- cal Co., Ltd; Tokio, Japan) wurde schockartig auf 1 000 °C erwärmt, um ein Graphitexpandat zu erhalten . 5,0 g des so erhaltenen Expandats wurden zusammen mit zwei Additiven 12', 1 2", näml ich 1 ,3 g B₄C-Pulver (Fa. ESK

Ceramics GmbH & Co. KG, Kempten) mit einem d₅o-Wert von 1 5 μιτι und mit 3,7 g SiC-Pulver (Fa. ESK-SIC GmbH, Frechen) mit einem d₅o-Wert von 6 μηη in einem Taumelmischer gemischt und zu einer scheibenförmigen Fol ie 10-1 mit einer Dicke von 1 mm und einem Durchmesser von 90 mm verpresst. Die so erhaltene Folie war materiell zusammenhängend und mechanisch flexibel . Diese Folie 1 0-1 wurde zur weiteren Untersuchung bei 1 300 °C in einem Platintiegel an Luft ausgelagert. In regelmäßigen Abständen wurde der Masseverlust der Fol ie bestimmt. Nach etwa 3 h stellte sich eine konstante Masse von ca. 6,5 g ein . Nach der Temperaturbehandlung bl ieb die Folie stabil , lochfrei und spröde.

Beispiel 2:

Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurden Graphitfolien 1 0-1 hergestellt, die mit unterschiedlichen keramischen Pulvern 1 2', 1 2" gefüllt wa- ren . Die d₅o-Werte der keramischen Additive 1 2', 1 2" lagen im Bereich zwischen 5 μιτι und 50 μιτι . Die Zusammensetzungen der Proben sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Diese Proben wurden gewogen, bei 700 °C im Luftstrom (600 l/h) für 1 h ausgelagert und anschließend wieder gewogen . Nach dieser Temperaturbehandlung bildeten alle Proben stabile, lochfreie und spröde Fo- lien 1 0-1 .

Die prozentualen Masseverluste sind in Tabelle 2 aufgeführt. Als Vergleichsprobe wurde eine hoch oxidationsgeschützte, kommerziell erhältliche Graphitfol ie 1 0-1 mit denselben Abmessungen (Sigraflex APX2, Fa. SGL Techno- logies GmbH, Meitingen) auf die gleiche Weise behandelt. Diese Probe war nach der Temperaturbehandlung ebenfalls lochfrei, aber flexibel .

Ein wesentl icher Unterschied der Vergleichsfolie zur erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung ist das vom erfindungsgemäß vorzusehenden Volu- menverhältnis maßgebl ich abweichende Volumenverhältnis zwischen Trägerkomponente und Additivkomponente, die für die Vergleichsfolie im Bereich von 99: 1 lag, d .h . 99 Vol .-% der Vergleichsfol ie wurden von der Trägerkomponente gebildet und liefert in den Tests entsprechend einen Veraschungswert von 1 %.

Tabelle 1 : Zusammensetzungen der mit keramischen Pulvern gefüllten Folien

Tabelle 2: Masseverluste bei 700 °C nach 1 h

Beispiel 3:

Es wurden Proben mit den in Beispiel 2 genannten Zusammensetzungen bei 1 300 °C in einem Platintiegel an Luft für 1 h oxidiert. Die Masseverluste sind in Tabelle 3 zusammengestellt. Alle mit keramischen Pulvern 1 2', 1 2" gefüllten Folien 10-1 waren nach der Temperaturbehandlung stabil , lochfrei und spröde. Die nicht gefüllte Referenzprobe war vollständig oxidiert.

Tabelle 3: Masseverluste bei 1 300 °C nach 1 h

Beispiel 4:

Als Anwendungsbeispiel wurde ein Zylinder 1 00 aus synthetischem Graphit mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 30 mm - welcher als Modell z.B. für eine Lichtbogenelektrode fungieren kann - an der Mantelfläche mit 2 Lagen einer 1 mm dicken Graphitfolie 1 0-1 umwickelt, die mit zwei Additiven 1 2', 1 2", näml ich TiB₂ und Si gefüllt war, also eine Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 , Probe 2 besaß, so dass sich insgesamt ein Außendurchmesser von 54 mm ergab. Die Folie wurde auf der Oberfläche des Zylinders 1 00 mit Phenolharz fixiert. Die Stirnflächen des Zylinders 1 00 waren nicht bedeckt. Der Zylinder 1 00 wurde bei 1 300 °C für 3 h an Luft oxidiert. Dabei wandelte sich die gefüllte Graphitfol ie 1 0-1 auf der Mantelfläche in eine keramische Folie oder Schicht 1 0" um. Der Außendurchmesser des umwickelten Zylinders 1 00 war nach der Temperaturbehandlung unverändert. An den nicht bedeckten Stirnflächen waren Oxidationsspuren zu feststellbar. Es wurde ein Vergleichsmodell aus synthetischem Graphit in zylindrischer Form mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe 30 mm ebenfalls bei 1 300 °C für 3 h an Luft oxidiert, und zwar ohne Oxidationsschutzfolie. Nach der Temperaturbehandlung waren an der gesamten Proben- oder Zylinderoberfläche Oxidationsspuren zu erkennen, der Außendurchmesser des Zylinders betrug nach der Temperaturbehandlung 45 mm.

Beispiel 5:

Anstelle einer Folie kann mit der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung auch ein Material 1 0-2 mit im Wesentlichen flüssiger Konsistenz geschaffen werden : Dabei wurden in eine Lösung aus 50 g Phenolharz (SP 227, Fa. Hexion

Speciality Chemicals, Inc.) und 50 g Ethanol - welche als Trägerkomponente 1 1 im Sinne der Erfindung fungierte - als Additive 1 2', 1 2" 22 g TiB₂-Pulver (d₅o 1 0 μιτι), 28 g Si-Pulver (d₅o 20 μιτι) und 40 g Graphitpulver (d₅o 5 μιτι) als zusätzliches und elektrische Leitfähigkeit stiftendes funktionelles Additiv ein- gerührt, wobei dieses Gemisch als Additivkomponente 1 2 im Sinne der Erfindung fungierte und der Graphitanteil der Gesamtzusammensetzung bereits bei niedrigen Temperaturen eine elektrische Leitfähigkeit verlieh . Es ergab sich eine dünnflüssige, streichfähige Mischung, die als Anstrich 10-2 diente. Diese wurde mit einem Pinsel in einer Schichtdicke von ca. 0,5 mm auf die Mantel- und Stirnflächen eines Zylinders aus synthetischem Graphit (Durchmesser: 50 mm, Höhe: 1 00 mm) aufgetragen und bei Raumtemperatur für 24 h getrocknet. Anschließend wurde die Probe bei 1 300 °C für 1 h an Luft oxidiert. Dabei wandelte sich die Beschichtung in eine keramische Schicht um, andere Anzeichen von Oxidation waren nicht zu erkennen .

Beispiel 6:

Die Leitfähigkeit stiftende Komponente muss nicht Graphit oder Kohlenstoff basiert sein :

Wiederum wurden in eine Lösung aus 50 g Phenolharz (SP 227, Fa. Hexion Special ity Chemicals, Inc.) und 50 g Ethanol - welche wiederum als Träger- komponente 1 1 im Sinne der Erfindung fungierte - diesmal 33 g TiB₂-Pulver (d₅o 1 0 μιτι), 42 g Si-Pulver (d₅o 20 μιτι) und 75 g Kupferpulver (d₅o 1 0 μιτι) eingerührt, wobei dieses Pulvergemisch als Additivkomponente 1 2 im Sinne der Erfindung fungierte und diesmal der Kupferanteil der Gesamtzusammen- setzung bereits bei niedrigen Temperaturen eine elektrische Leitfähigkeit verlieh . Es ergab sich wieder eine dünnflüssige, streichfähige Mischung, die als Anstrich 1 0-3 fungierte.

Diese wurde mit einem Pinsel in einer Schichtdicke von ca. 0,5 mm auf die Mantel- und Stirnflächen eines Zylinders aus synthetischem Graphit mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 1 00 mm aufgetragen und bei Raumtemperatur für 24 h getrocknet. Anschl ießend wurde die Probe bei 1 300 °C für 1 h an Luft oxidiert. Dabei wandelte sich die Beschichtung in eine keramische Schicht um, andere Anzeichen von Oxidation waren nicht zu er- kennen .

Beispiel 7:

Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurden Graphitfolien 1 0-1 hergestellt, die mit unterschiedlichen keramischen Pulvern als Additiven 1 2', 1 2" gefüllt waren . Die Zusammensetzungen der Proben sind in Tabelle 4 zu- sammengefasst. Die Dicke lag dabei bei 1 mm (Probe 1 und 2) bzw. 0,5 mm (Probe 3). Die d₅o-Werte der Additive lagen im Bereich zwischen 5 μιτι und 200 μιτι. Diese Proben wurden gewogen, bei 700 °C im Luftstrom (1 00 l/h) für jeweils 1 h ausgelagert und anschließend wieder gewogen . Diese Temperaturbehandlung wurde anschließend wiederholt bis die Anzahl von 1 0 h erreicht wurde. Nach dieser Temperaturbehandlung bildeten alle Proben stabile, lochfreie und teilflexible Folien 1 0-1 . Die prozentualen Masseverluste sind in Tabelle 4 aufgeführt. Als Vergleichsprobe wurde eine hoch oxidationsgeschützte, kommerziell erhältliche Graphitfolie mit denselben Abmessungen (Sigraflex APX2, Fa. SGL Technologies GmbH, Meitingen) auf die gleiche Weise behandelt. Diese Probe war nach der Temperaturbehandlung ebenfalls lochfrei, aber flexibel .

Tabelle 4: Zusammensetzungen der mit keramischen Pulvern gefüllten Folien

Tabelle 5: Masseverluste bei 700 °C nach

Tabelle 6: Masseverluste bei 700 °C nach 5 h

Die nach Beispiel 6 hergestellten Folien zeigen eine Versprödung bei Tempe- raturbehandlung, behalten aber einen Teil der Flexibilität, so dass sie als Ma- terial für klassische Dichtungsanwendungen (z.B. zur Abdichtung von

Flanschverbindungen) verwendet werden können . Hier ist vor allem der Einsatz im Hochtemperaturbereich möglich, der bislang vor allem glimmerbasierten Materialien und deren Kombination vorbehalten ist. Die Komprimierbarkeit sowie die Anpassung an raue Oberflächen sind auch bei der keramischen Ausführungsvariante auch nach Temperaturbehandlung noch gegeben .

Die Leckagerate in ml/min von Probe 1 und Probe 2 nach DIN EN 28090-1 wurde im Vergleich zu einem kommerziell erhältlichen Glimmerdichtungsmaterial (Referenz) geprüft. Die gemessenen Leckageraten sind in Tabelle 7 dar- gestellt.

Tabelle 7: Leckageraten nach DI N EN 28090-1 im Vergleich zu Referenz.

In den Figuren 7 und 8 sind in Form von Flussdiagrammen zwei allgemeine Verfahrensformen zur Herstellung und Verwendung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 beschrieben, welche auch die oben beschriebenen Beispiele 1 bis 7 mit abdecken .

In dem in Fig . 7 dargestellten Prozess wird die erfindungsgemäße Materialzu- sammensetzung 1 0 in Form einer Fol ie 1 0-1 bereitgestellt und ggf. verwendet.

Zunächst wird im Schritt S1 Graphitmaterial 1 1 ' bereitgestellt und im Schritt S2 einem Expansionsvorgang unterzogen . Das erhaltene Expandat wird im Schritt S3 ggf. gemahlen und/oder es werden funktionelle Additive zugesetzt. Als Ergebnis des Schritts S3 erhält man die Trägerkomponente 1 1 der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0.

Andererseits werden in den Schritten S4 und S6 erste und zweite Additive 1 2' bzw. 1 2" - z.B. B₄C bzw. SiC - bereitgestellt und in den Schritte S5 bzw. S7 ggf. jeweils gemahlen und/oder mit funktionellen Additiven versetzt. Im Schritt S8 werden die Zwischenprodukte der Schritte S4 bis S7 in einem entsprechen Mischungsverhältnis als Additivkomponente 1 2 erhalten .

Im Schritt S9 werden dann die Trägerkomponente 1 1 und die Additivkompo- nente 1 2 erfindungsgemäß in einem bestimmten Volumenverhältnis im Bereich von etwa 1 :9 bis etwa 7:3 gemischt und im Schritt S1 0 zu einer Oxidations- schutzfol ie 1 0-1 verpresst.

Einerseits kann sich gemäß Schritt S1 5 ein Nachbehandlungs- und/oder La- gerschritt der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 anschl ießen .

Andererseits kann im Zusammenhang mit dem Bereitstellen eines Werkstücks 1 00 im Schritt S1 1 auch gleich die Verwendung der Folie 1 0-1 erfolgen . Dabei wird ggf. das Werkstück 1 00 zunächst im Schritt S1 2 mit einem Haftmittel für die Folie 10-1 behandelt, z.B. mit einem Harz. Dann wird das Werkstück 1 00 mit der Folie 1 0-1 aus der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung z.B. im Schritt S1 3 umwickelt. Im Schritt S14 erfolgt dann ggf. eine Nachbehandlung und/oder die Lagerung des umwickelten Werkstücks 1 00. Andererseits wird in dem in Fig . 8 dargestellten Prozess die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung 1 0 in Form eines Anstrichs 1 0-2 bereitgestellt und ggf. verwendet.

Zunächst wird im Schritt T1 Harzmaterial 1 1 " bereitgestellt und im Schritt T3 ggf. durch Zumischen mit einem Lösungsmittel , z.B. Ethanol , versetzt. Als Ergebnis des Schritts T3 erhält man die Trägerkomponente 1 1 der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0.

Andererseits werden in den Schritten T4 und T6 wieder erste und zweite Additive 1 2' bzw. 1 2" - z.B. B₄C bzw. SiC - bereitgestellt und in den Schritte T5 bzw. T7 ggf. jeweils gemahlen und/oder mit funktionellen Additiven versetzt. Im Schritt T8 werden die Zwischenprodukte der Schritte T4 bis T7 wieder in einem entsprechen Mischungsverhältnis als Additivkomponente 1 2 erhalten .

Im Schritt T9 werden dann die Trägerkomponente 1 1 und die Additivkomponente 1 2 wieder erfindungsgemäß in einem bestimmten Volumenverhältnis im Bereich von etwa 1 :9 bis etwa 7:3 gemischt und im Schritt T1 0 zu einem Oxi- dationsschutzanstrich 1 0-2 bereitgestellt.

Einerseits kann sich gemäß Schritt T1 5 wieder ein Nachbehandlungsund/oder Lagerschritt der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 anschließen .

Andererseits kann im Zusammenhang mit dem Bereitstellen eines Werkstücks 1 00 im Schritt T1 1 wieder auch gleich die Verwendung des Anstrichs 1 0-2 erfolgen . Dabei wird das Werkstück 100 zunächst im Schritt T13 mit dem Anstrich 1 0-2 durch Bestreichen behandelt. Im Schritt T14 erfolgt dann ggf. eine Nachbehandlung und/oder die Lagerung des bestrichenen Werkstücks 1 00.

In dem in Fig . 9 dargestellten Prozess zur Herstellung der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 wird diese wieder als Folie 1 0-1 ausgebildet, jedoch auf der Grundlage eines flüssigen, zähflüssigen, pastösen oder gelartigen Harzmaterials 1 1 " und/oder mit einem flüssigen, zähflüssigen, pastösen oder gelartigen Zwischenprodukt. Folglich entsprechen die Schritte U 1 bis U9 jeweils im Wesentl ichen den Schritten T1 bis T9.

Im Schritt U 1 0 wird eine die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung 1 0 in einer fluiden, hier also flüssigen, zähflüssigen, pastösen oder gelartigen Zwischenform erhalten und bereit gestellt.

Im Schritt U 1 5 wird die flüssige, zähflüssige, pastösen oder gelartige Materialzusammensetzung 1 0 ggf. gelagert und/oder nachbehandelt, z.B. zum Reifen oder indem funktionelle Additive zugesetzt werden . Im Schritt U 1 5a wird die flüssige, zähflüssige, pastösen oder gelartige Zwischenform der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 1 0 in eine Fol ie 1 0-1 gegossen und ggf. verpresst und/oder gehärtet.

In den Schritten U 1 1 und U 1 2 erfolgen wieder das Bereitstellen des Werk- Stücks 1 00 und ggf. das Vorbehandeln desselben mit einem Haftmittel .

Im Schritt U 1 3 wird das Werkstück mit der harzbasierten Folie 1 0-1 umwickelt und dann im Schritt U 14 ggf. nachbehandelt.

Bezugszeichenliste

10 erfindungsgemäße Materialzusammensetzung

10' erste Konfiguration oder Niedrigtemperaturkonfiguration der erfindungs- gemäßen Materialzusammensetzung 10

10" zweite Konfiguration oder Hochtemperaturkonfiguration der

erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung 10

11 Trägerkomponente

11' Graphit, Kohlenstoff,

11" Harz

11-1 Folie

11-2 Anstrich

11-3 Dichtung

12 Additivkomponente

12' keramisches Additiv

12" keramisches Additiv

20 Material des Werkstücks oder Werkzeugs 100

20a Oberfläche des Materials 20

100 Werkstoffkörper, Werkstückkörper, Werkstück, Werkzeug, graphit- oder kohlenstoffbasierter Körper, graphit- oder kohlenstoffverstärkter Körper

100a Oberfläche, Oberflächenbereich

102 erster Werkstoffkörper, erster Werkstückkörper, erstes Werkstück, zweites Werkzeug, erstes Rohr, erster graphit- oder kohlenstoffbasierter Körper, erster graphit- oder kohlenstoffverstärkter Körper

101a Oberfläche, Oberflächenbereich

101 f Flansch, erster Flansch

101s Schraubelement, erstes Schraubelement

102 zweiter Werkstoffkörper, zweiter Werkstückkörper, zweites Werkstück, zweites Werkzeug, zweites Rohr, zweiter graphit- oder kohlenstoff- basierter Körper, zweiter graphit- oder kohlenstoffverstärkter Körper

102a Oberfläche, Oberflächenbereich

102f zweiter Flansch

102s zweites Schraubelement

Claims

Patentansprüche

1 . Materialzusammensetzung (1 0), insbesondere für einen oder als ein Oxidationsschutz (30, 30') oder eine Dichtung,

mit einer Trägerkomponente (1 1 ) und

mit einer Additivkomponente (1 2),

wobei die Additivkomponente (1 2) ein oder mehrere keramische Additive (1 2', 1 2") aufweist und

wobei die Trägerkomponente (1 1 ) und die Additivkomponente (1 2) in ei- nem Volumenverhältnis in einem Bereich von etwa 1 :9 bis etwa 7:3 vorliegen .

2. Materialzusammensetzung (1 0) nach Anspruch 1 ,

wobei die Trägerkomponente (1 1 ) und die Additivkomponente (1 2) in einem Volumenverhältnis in einem Bereich von etwa 1 :4 bis etwa 2: 1 vorliegen, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1 : 1 .

3. Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

welche als eine mit einem oder mehreren keramischen Additiven (1 2', 1 2") versehene Graphitfolie (1 0-1 ) ausgebildet ist oder

welche als ein mit einem oder mehreren keramischen Additiven (1 2', 1 2") versehenes harzbasiertes Material - insbesondere als Folie (1 0-1 ) oder als flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Material und/oder mit einem oder mehreren funktionellen Additiven - ausgebildet ist.

4. Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei der mindestens eine keramische Additiv (1 2', 1 2") ein hochtemperaturbeständiges Material, ein Glas bildendes Material und/oder ein Material ist oder aufweist, welches - insbesondere bei Temperaturen oberhalb von etwa 700°C - oxidiert und dadurch versintert.

5. Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei der mindestens eine keramische Additiv (1 2', 1 2") ein Material ist oder aufweist aus der Gruppe, die gebildet wird von TiB₂, ΤΊΟ2, Si, SiC, Si3N₄, BN, B₄C, CaB₆, FeB, Si₃N₄, Zr(HPO₄)₂, AI₂O₃, AI B₂, AI B12, SiB₆, PB,

ΖηΟ·Β₂θ3, Trizinkphosphat, Zinkboraten und deren Kombinationen .

6. Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei die Additivkomponente (1 2) als erste und zweite Additive (1 2', 1 2") entweder B₄C bzw. SiC, B₄C bzw. Zr(HPO₄)₂, B₄C bzw. TiO₂, TiB₂ bzw. Si oder aber TiO₂ bzw. Si aufweist oder daraus gebildet ist, insbesondere gemäß der folgenden Tabelle:

7. Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei die Trägerkomponente (1 1 ) aufweist oder gebildet wird von einem Graphitmaterial (1 1 '), einer expandierten Graphiteinlagerungsverbindung unter Verwendung von H₂SO₄ (GHS), einer expandierten Graphiteinlagerungsver- bindung unter Verwendung von H NO3 (GN) und/oder deren Gemische (GNS), einem oder mehreren Fasermaterialien auf Kohlenstoffbasis oder deren Kombinationen, wobei diese insbesondere in expandierter und/oder pulverisierter Form vorliegen und/oder wobei ein oder mehrere funktionelle Additive vorgesehen sind, z.B. mit oder aus einem synthetischen Graphit oder einem oder mehreren Rußen .

8. Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei die Trägerkomponente (1 1 ) aufweist oder gebildet wird von einem Harzmaterial (1 1 "), insbesondere einem Phenolharzmaterial und/oder mit oder aus einem oder mehreren duroplastischen oder thermoplastischen Polymeren .

9. Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

welche, insbesondere bei Raumtemperatur, als Fol ie (1 1 -1 ) und/oder als Filz vorliegt.

1 0. Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8,

welche, insbesondere bei Raumtemperatur, als flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Material vorliegt, insbesondere als Anstrich (1 1 -2).

1 1 . Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

welche bei Raumtemperatur, mechanisch zusammenhängend, me- chanisch flexibel , mechanisch elastisch und/oder elektrisch leitfähig ist.

1 2. Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

welche bei einer Temperatur oberhalb von etwa 700°C mechanisch zu- sammenhängend ist oder bleibt.

1 3. Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei die Additivkomponente (1 2) ein oder mehrere funktionelle Ad- ditive mit oder aus einem Graphitmaterial, einem synthetischen Graphit, einem Naturgraphit, einem oder mehreren Rußen, ein oder mehreren Fasermaterialien auf Kohlenstoffbasis oder deren Kombination aufweist, wobei diese insbesondere in expandierter und/oder pulverisierter Form vorliegen, und/oder wobei die Additivkomponente (1 2) ein oder mehrere funktionelle Additive mit oder aus einem Metallmaterial , vorzugsweise mit Kupfer, insbesondere in Pulverform aufweist.

14. Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche,

wobei die Trägerkomponente (1 1 ) und die Additivkomponente (1 2) als oder im Wesentlichen als ein Stoffgemisch miteinander vorliegen .

1 5. Verfahren zum Herstellen einer Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

bei welchem die Trägerkomponente (1 1 ) und die Additivkomponente (1 2) in einem entsprechenden Volumenverhältnis gemischt und zu einer Folie verpresst werden .

1 6. Verfahren nach Anspruch 1 5, bei welchem:

(a) die Trägerkomponente (1 1 ) vor dem Verpressen mit der Additivkomponente (1 2) als flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Harz vorliegt und mit der Additivkomponente (1 2) im entsprechenden Volumenverhältnis versetzt wird,

(b) die sich ergebende flüssige, zähflüssige, pastöse oder gelartige Mischung in eine Folie (1 0-1 ) gegossen und ggf. ausgehärtet und/oder verpresst wird und

(c) insbesondere die sich ergebende Fol ie(1 0-1 ) auflaminiert wird .

1 7. Verfahren zum Herstellen einer Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

bei welchem die Trägerkomponente (1 1 ) als flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Material vorliegt,

bei welchem die Additivkomponente (1 2) als Schüttgut, als Pulver, als flüssiges, zähflüssiges, pastöses oder gelartiges Material vorliegt,

bei welchem die Trägerkomponente (1 1 ) und die Additivkomponente (1 2) im entsprechenden Volumenverhältnis miteinander gemischt werden und bei welchem die dadurch entstehende Mischung :

in Form eines flüssigen, zähflüssigen, pastösen oder gelartigen Materials bereitgestellt wird oder

durch einen Weiterverarbeitungsschritt als Materialzusammen- setzung (1 0) in Form einer Fol ie bereitgestellt wird .

1 8. Verwendung der Materialzusammensetzung (1 0) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Oxidationsschutz (30, 30') bei einem graphit- oder kohlenstoffbasierten oder graphit- oder kohlenstoffverstärkten Körper (1 00) oder Werkstück (1 00).

1 9. Verwendung nach Anspruch 1 8,

wobei die Materialzusammensetzung (1 0) als Beschichtung auf der Oberfläche (1 00a) oder auf einem Teil der Oberfläche (1 00a) des Körpers (1 00) oder Werkstücks (1 00) oder als materielle Beimischung auf oder in der Oberfläche (1 00a) oder auf oder in einem Teil der Oberfläche (1 00a) des Körpers (1 00) oder Werkstücks (1 00) vorgesehen wird .

20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 1 9,

wobei der Körper (1 00) oder das Werkstück (1 00) ein Wärmeschutzelement, eine Hitzekachel, eine Elektrode, eine Lichtbogenelektrode, ein Werkstück oder ein Werkzeug oder dergleichen ist.

21 . Verwendung nach einem der Ansprüche 1 8 bis 20,

als Dichtung zwischen zwei Werkstücken (1 00, 1 01 , 1 02), insbesondere an einem Flansch (100f, 1 01 f, 1 02f) oder dergleichen, vorzugsweise als Flachdichtung, Ringdichtung oder Banddichtung .