WO2013174885A1 - Verfahren zum herstellen eines wärmeisolationskörper - Google Patents

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Bodo Benitsch
Sinisa Milovukovic
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Sgl Carbon Se
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Definitions

  • At least one planar molded body is made of a material comprising carbonized fibers and / or graphitized fibers, preferably of hardened felt material comprising carbonized fibers and / or graphitized fibers, wherein the shaped body has at least one first curved section and at least one second curved section and wherein the first portion and the second portion have an opposing curvature relative to at least one spatial direction.
  • the first curved portion is separated from the second curved portion by dividing the molded body to at least a first curved portion To get item and a second curved item.
  • the individual parts are then joined together to form a heat insulation body, which has a curvature which continues uniformly relative to the spatial direction.
  • dividing the shaped body means the production of at least two separate individual parts from a previously integral component, wherein the dividing need not necessarily occur in half.
  • a two-dimensional form body is understood to be a form body which has no cavities and whose extent in one particular spatial direction is substantially less than in the other two spatial directions. The smaller dimension is then referred to as "thickness" as usual.
  • the shaped body has two oppositely curved sections, that is, for example, in cross-section S-shaped configured, based on the component overall, a smaller curvature before.
  • the molded body can thus be handled better than if the two sections were curved in the same direction.
  • the arrangement of a plurality of moldings in a high-temperature installation - for example, in the context of carbonization and carbonation necessary for the production of carbon-based felts and graphitization - with a relatively large packing rate is possible because the shaped body is not shaped like a hollow profile due to the different curvature, but rather like a plate. In this way, therefore, the unwanted dead volume in the heating chamber of a high temperature system can be considerably reduced.
  • step a) a sheet-like molded body having a uniform thickness be provided.
  • such a thermal insulation body has a thermal conductivity measured in the radial direction at 2000 ° C. of at most 1.5 W / (mK) and particularly preferably of at most 0.8 W / (mK), measured in accordance with DIN 51936.
  • a thermal conductivity measured in the radial direction at 2000 ° C. of at most 1.5 W / (mK) and particularly preferably of at most 0.8 W / (mK), measured in accordance with DIN 51936.
  • DIN 51936 it is preferred that such a heat insulation body measured according to DIN EN 658-3 compressive strength and / or measured according to DIN EN 658-2 and DIN 51910 flexural strength of at least 0.2 MPa, preferably of at least 0.5 MPa and more preferably of at least 0.8 MPa.
  • Such a heat insulating body is sufficiently stable for the relatively hard mechanical requirements in a high temperature environment.
  • FIG. 4 shows a heat insulation body which has been produced by a method according to the invention.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Wärmeisolationskörpers aus einem carbonisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassenden Werkstoff wird ein flächiger Formkörper aus einem carbonisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassenden Werkstoff bereitgestellt, wobei der Formkörper wenigstens einen ersten gekrümmten Abschnitt und wenigstens einen zweiten gekrümmten Ab-schnitt umfasst, und wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt bezogen auf wenigstens eine Raumrichtung eine gegensinnige Krümmung aufweisen. Der erste gekrümmte Abschnitt wird von dem zweiten gekrümmten Abschnitt getrennt, indem der Formkörper derart geteilt wird, dass wenigstens ein erstes gekrümmtes Einzelteil und ein zweites gekrümmtes Einzelteil erhalten wird. Die Einzelteile werden derart zu einem Wärmeisolationskörper zusammengefügt, dass dieser bezogen auf die Raumrichtung eine sich gleichmäßig fortsetzende Krümmung aufweist.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Wärmeisolationskörpers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeisola- tionskörpers aus einem carbonisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassenden Werkstoff und insbesondere aus einem carbonisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassenden Filzmaterial.
Wärmeisolationskörper aus Kohlenstoff-Filzen werden beispielsweise in Hochtem- peraturanlagen bei der Herstellung von Silizium-Einkristallen verwendet. Solche Hochtemperaturprozesse, welche beispielsweise bei einer Temperatur von über 800°C unter inerter Atmosphäre ablaufen, stellen hohe thermische und mechanische Anforderungen an die verwendeten Isolierwerkstoffe. Isolierkörper, welche z.B. einen Innenraum eines Hochtemperaturofens auskleiden und damit die Heiz- kammer von der gekühlten Außenwand trennen, werden häufig aus carbonisierten und gegebenenfalls graphitierten Filzen gefertigt. Gegenüber der Herstellung eines Wärmeisolationskörpers an einem Stück, was beispielsweise durch Wickeln von ungehärteten, harzimprägnierten Filzlagen auf einen Dorn und anschließendes Aushärten des Filzmaterials erfolgen kann, bietet die Herstellung eines Wär- meisolationskörpers aus mehreren Einzelteilen den Vorteil geringeren Rohstoffverschnitts sowie einer effizienteren Hochtemperatur-Nachbehandlung des Filzmaterials.
Aus der EP 1 852 252 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von hochtemperatur- beständigen Isolierkörpern bekannt, bei welchem u.a. mehrere gekrümmte Segmente aus einem auf einem auf eine Dichte zwischen 0,02 und 0,3 g/cm3 verdichteten Graphitexpandat basierten Werkstoff zu einem hohlzylindrischen Bauteil zusammengesetzt werden. Der Zusammenhalt der einzelnen Segmente wird dabei durch einen carbonisierbaren Binder gewährleistet, welcher flächige anisotrope Graphitpartikel enthält. An der Innenfläche des hohlzylindrischen Isolierkörpers wird ferner eine Graphitfolie angeordnet.
In der WO 201 1/106580 A2 wird ein aus einem Kohlenstofffasermaterial hergestellter Isolierkörper für einen Reaktor offenbart, der aus mehreren plattenartigen Einzelbauteilen zusammengesetzt ist. Die Einzelbauteile können durch "Nut-und- Feder"-Steckverbindungen unter Verwendung weiterer Verbindungselemente gekoppelt sein.
Ein Problem bei aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzten Wärmeisolations- körpern besteht darin, dass der Rohstoffverschnitt häufig relativ hoch ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn aus ebenen Platten gerümmte Bauteile hergestellt werden müssen, wie dies beispielsweise bei endkonturnah hergestellten zylindrischen Isolierungen der Fall ist. Außerdem müssen Wärmeisolationskörper aus Kohlen- stoff-basierten Filzen einer Hochtemperaturbehandlung zum Carbonisieren und Graphitieren des Ausgangsproduktes unterzogen werden. Diese Hochtemperaturbehandlung ist im Falle von mehreren Einzelteilen häufig ineffizient, da das Platzieren einer Vielzahl von Einzelteilen in einem entsprechenden Ofen zeitintensiv ist und meist durch Chargierhilfen unterstützt werden muss, welche dazu führen, dass die Ofenbeladung nur mit einer relativ geringen Packrate durchgeführt wer- den kann. Insbesondere bei unregelmäßig geformten, stark gekrümmten oder gar hohlzylindrischen Teilen kommt es zu einem unerwünscht hohen Totvolumen in der Heizkammer. Darüber hinaus ist die Formung mehrerer unterschiedlich gestalteter Einzelteile, beispielsweise durch Heißpressen, aufgrund der Menge an bereitzustellenden Pressformen mit einem hohen Aufwand verbunden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine einfachere und wirtschaftlichere Herstellung von Wärmeisolationskörpern aus Kohlenstoffasern umfassenden Filzen zu ermöglichen, ohne hierbei eine Verringerung der Isolierwirkung oder der mechanischen Stabilität zu riskieren. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeisolationskörpers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere durch ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeisolationskörpers aus einem carboni- sierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassenden Werkstoff, umfassend die nachfolgenden Schritte:
a) Bereitstellen wenigstens eines flächigen Formkörpers aus einem carbonisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassenden Werkstoff, wobei der Formkörper wenigstens einen ersten gekrümmten Abschnitt und wenigstens einen zweiten gekrümmten Abschnitt umfasst, und wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt bezogen auf wenigstens eine Raumrichtung eine gegensinnige Krümmung aufweisen,
b) Trennen des ersten gekrümmten Abschnitts von dem zweiten gekrümmten Abschnitt durch Teilen des Formkörpers derart, dass we- nigstens ein erstes gekrümmtes Einzelteil und ein zweites gekrümmtes Einzelteil erhalten wird, und
c) Zusammenfügen der Einzelteile zu einem Wärmeisolationskörper derart, dass dieser bezogen auf die Raumrichtung eine sich gleichmäßig fortsetzende Krümmung aufweist.
Erfindungsgemäß wird wenigstens ein flächiger Formkörper aus einem carbonisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassenden Werkstoff, und zwar bevorzugt aus einem carbonisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassenden, gehärteten Filzmaterial bereitgestellt, wobei der Formkörper wenigstens einen ersten gekrümmten Abschnitt und wenigstens einen zweiten gekrümmten Abschnitt umfasst, und wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt bezogen auf wenigstens eine Raumrichtung eine gegensinnige Krümmung aufweisen. Der erste gekrümmte Abschnitt wird von dem zweiten gekrümmten Abschnitt getrennt, indem der Formkörper geteilt wird, um wenigstens ein erstes gekrümmtes Einzelteil und ein zweites gekrümmtes Einzelteil zu erhalten. Die Einzelteile werden dann derart zu einem Wärmeisolationskörper zusammengefügt, dass dieser bezogen auf die Raumrichtung eine sich gleichmäßig fortsetzende Krümmung aufweist. Unter einem Teilen des Formkörpers wird im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung das Erzeugen wenigstens zweier separater Einzelteile aus einem zuvor einstückigen Bauteil verstanden, wobei das Teilen nicht notwendigerweise hälftig erfolgen muss. Als flächiger Form körper wird ein Form körper verstanden, der keine Hohlräume aufweist und dessen Ausdehnung in einer bestimmten Raum- richtung wesentlich geringer ist als in den beiden anderen Raumrichtungen. Die geringere Ausdehnung wird dann, wie üblich, als "Dicke" bezeichnet.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass mit einer sich gleichmäßig fortsetzenden Krümmung im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung ein Krümmungsverlauf ohne Wechsel von positiver zu negativer Krümmung, also ohne Wendepunkt, gemeint ist, wobei der Wert der Krümmung nicht notwendigerweise überall gleich sein muss.
Dadurch, dass der Formkörper zwei gegensinnig gekrümmte Abschnitte aufweist, also z.B. im Querschnitt S-förmig ausgestaltet ist, liegt bezogen auf das Bauteil insgesamt eine geringere Krümmung vor. Der Formkörper kann somit besser gehandhabt werden, als wenn die beiden Abschnitte gleichsinnig gekrümmt wären. Insbesondere ist die Anordnung mehrerer Formkörper in einer Hochtemperaturanlage - z.B. im Rahmen der zur Herstellung von kohlenstoffbasierenden Filzen notwendigen Carbonisierung und/oder Graphitierung - mit einer relativ großen Packrate möglich, da der Formkörper aufgrund der unterschiedlich verlaufenden Krümmung nicht hohlprofilartig geformt ist, sondern eher plattenartig. Auf diese Weise kann daher das unerwünschte Totvolumen in der Heizkammer einer Hochtemperaturanlage beträchtlich reduziert werden. Erfindungsgemäß wurde insbesondere erkannt, dass es herstellungstechnisch günstiger ist, bei der Formgebung eines Ausgangsbauteils unterschiedlich gekrümmte, später zu trennende Abschnitte vorzusehen und dabei den zusätzlichen Prozessschritt des Trennens in Kauf zu nehmen, da die Effizienz der Herstellung insgesamt gegenüber der üblichen Vorgehensweise, wonach die Einzelteile separat geformt werden oder der Wärmeisolationskörper überhaupt einstückig hergestellt wird, beträchtlich gesteigert werden kann. Gerade die Hochtemperaturbehandlung in einer entsprechenden Ofenanlage ist nämlich besonders zeit- und kostenintensiv, sodass eine Effizienzsteigerung sich hier auch besonders günstig auf den gesamten Herstellungsprozess auswirkt.
Vorzugsweise wird in dem Schritt a) ein Formkörper bereitgestellt, bei welchem sich die Krümmung des ersten Abschnitts und die dazu gegensinnige Krümmung des zweiten Abschnitts kompensieren. Somit liegt ein Formkörper vor, welcher in erster Näherung - also gewissermaßen gemittelt über die gesamte Formkörperausdehnung - ungekrümmt ist. Ein derartiger "quasi-ebener" Formkörper ist nicht nur leichter herstellbar als z.B. eine stark gekrümmte Platte oder ein Hohlprofil, sondern auch besser handhabbar, beispielsweise stapelbar. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in dem Schritt b) das Teilen des Formkörpers an einem Wendepunkt erfolgt, an welchem bezogen auf die Raumrichtung das Krümmungsverhalten des Formkörpers wechselt. Bei dem nachfolgenden Zusammenfügen der Einzelteile zu einem Wärmeisolationskörper in dem Schritt c) kann somit - nach einem entsprechenden Drehen und/oder Verschieben eines der Einzelteile - ein hinsichtlich der Krümmung gleichmäßiger Übergang erzielt werden.
Vorzugsweise wird in dem Schritt a) ein Formkörper bereitgestellt, welcher wenigstens zwei weitere gekrümmte Abschnitte aufweist, wobei sich jeweils die Krümmungen zweier aufeinanderfolgender Abschnitte kompensieren. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine Vielzahl von Krümmungen unter Aufrechterhaltung des plattenartigen Gesamtcharakters des Formkörpers vorzusehen. Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in dem Schritt a) ein Formkörper mit einem wellenförmigen Querschnitt bereitgestellt. Eine solche gewellte Platte oder Wellenplatte ist besonders leicht herstell- und handhabbar. Die Einzelteile können in dem Schritt c) zu einem Wärmeisolationskörper zusammengefügt werden, welcher zumindest in einer sich in der Raumrichtung erstreckenden Querschnittsebene ein zumindest lokal geschlossenes Hohlprofil bildet. Derartige Hohlprofile eignen sich in besonderer weise zur Auskleidung der Heizkammer eines Hochtemperaturofens.
Insbesondere können die Einzelteile in dem Schritt c) zu einem Wärmeisolationskörper in Form eines Hohlzylinders zusammengefügt werden, wobei sich die Zylinderlängsachse rechtwinklig zu der Raumrichtung erstreckt. Hochtemperaturöfen weisen aus technischen und wirtschaftlichen Gründen häufig einen zylindrischen Innenraum auf. Mittels eines hohlzylindrischen Wärmeisolationskörpers kann ein derartiger Innenraum auf einfache Weise isoliert werden.
Um bei dem Wärmeisolationskörper eine gleichmäßige Isolierwirkung und eine einheitliche Festigkeit ohne Schwachstellen zu erzielen, ist es bevorzugt, dass in dem Schritt a) ein flächiger Formkörper mit einer gleichmäßigen Dicke bereitgestellt wird.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Formkörper in dem Schritt b) derart geteilt wird, dass die Einzelteile eine identische Formgebung aufweisen. Hierdurch ver- einfacht sich nicht nur der Zusammenbau, sondern auch eine allfällige Zwischenlagerung der Einzelteile. Ebenso ist durch die Gleichheit der Bauteile eine gewisse Redundanz gegeben, sodass schadhafte Bauteile schnell und einfach ersetzt werden können. Der Formkörper kann in dem Schritt b) insbesondere durch Auseinanderschneiden, Auseinandersägen oder Auseinanderfräsen geteilt werden. Je nach Anwendung können aber auch andere Trennverfahren, z.B. thermische, chemische oder elektrochemische Trenn verfahren sowie Laser- oder Wasserstrahlschneiden, zum Einsatz kommen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass vor dem Zusammenfügen der Einzelteile gemäß dem Schritt b) das zweite Einzelteil oder jedes zweite Einzelteil um 180° gedreht wird. Hierdurch wird das Krümmungsverhalten der beiden Einzelteile derart geändert, dass beide Einzelteile bezogen auf die Raumrichtung gleichsinnige Krümmungen aufweisen.
Zum Bereitstellen des Formkörpers in dem Schritt a) kann ein härtbares Ausgangsmaterial zu dem Formkörper verpresst und anschließend gehärtet werden. Diese Art der Formgebungstechnik kann mit hoher Effizienz, z.B. durch Pressen, durchgeführt werden.
Als härtbares Ausgangsmaterial können insbesondere zerkleinerte, carbonisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassende Filzelemente in einer Matrix aus einem carbonisierbaren Harz bereitgestellt werden. Ein derartiges Filzmaterial hat sich im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als besonders günstig erwiesen. Unter zerkleinerten Filzelementen sind Filzstücke mit einer Länge von weniger als 10.000 mm, bevorzugt von weniger als 1 .000 mm und besonders bevorzugt von weniger als 100 mm zu verstehen. Als Harz kann insbesondere ein Phenolharz, ein Pech, ein Furanharz, ein Phenylester, ein Epoxidharz oder eine beliebige Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen bereitgestellt werden. Aus derartigen Ausgangsmaterialien können besonders wirksame Isolierungen hergestellt werden.
Dabei kann das Verpressen des Ausgangsmaterials unter Einschluss separater Verstärkungslagen aus einem Gewebe, Gelege, Fasergebilde oder einer Folie, vorzugsweise einer Graphitfolie, oder einer Kombination daraus erfolgen. Solche Verstärkungslagen können die mechanische und abrasive Stabilität und die Wärmeisolierwirkung des zu fertigenden Bauteils beträchtlich verbessern. Vorzugsweise wird das Verpressen des Ausgangsmaterials in einer Pressform aus Metall durchgeführt. Diese Pressform kann in vorteilhafter Weise zur Herstellung einer Vielzahl von gleichartigen Formkörpern verwendet werden.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass die Her- Stellung des Formkörpers derart erfolgt, dass eine Pressform mit dem schüttfähigen Ausgangsmaterial befüllt wird, welche einen Boden mit einem wellenförmigen Profil aufweist, und, dass die Pressform nach dem Befüllen mit einem Deckel verschlossen wird, welcher ebenfalls ein wellenförmiges Profil aufweist. Die wellenförmigen Profile des Deckels und des Bodens übertragen sich auf den zu er- stellenden Formkörper, welcher folglich eine Vielzahl von einander abwechselnden Zylindersegmenten umfasst. Daher liefert die Herstellung eines einzelnen Formkörpers in der Pressform die Grundlage für eine Vielzahl von Zylindersegmenten, welche später zu zylindrischen Körpern zusammensetzbar sind. Vorzugsweise wird das Ausgangsmaterial in der Pressform einem Heißpressvorgang unterzogen. Mit einem derartigen Heißpressvorgang ist eine besonders effiziente Formkörperherstellung möglich. Vorzugsweise wird der Heißpressvorgang bei einem Druck von 10 bis 30 N/cm2, besonders bevorzugt von 15 bis 25 N/cm2, bei einer Temperatur von 120°C bis 250°C, besonders bevorzugt von 160°C bis 200°C, und/oder über einen Zeitraum von 60 bis 320 Minuten, besonders bevorzugt über 200 bis 280 Minuten, durchgeführt.
Dabei kann das Ausgangsmaterial vor dem Heißpressvorgang in der Pressform bei Raumtemperatur vorverdichtet werden, um das eigentliche Heißpressen effi- zienter zu gestalten.
Weiterhin kann der Form körper vor dem Teilen einem Hochtemperaturprozess unterzogen werden, welcher bei einer Temperatur von wenigstens 600°C stattfindet. Es ist vorteilhaft, den Formkörper und nicht etwa die getrennten Einzelteile dem Hochtemperaturprozess zu unterziehen, da es einfacher, schneller und hinsichtlich des nutzbaren Prozessraums effizienter ist, den kompakten Formkörper und bevorzugt einen kompakten Stapel aus Formkörpern in der Heizkammer eines Hochtemperaturofens anzuordnen als eine Ansammlung von losen Einzelteilen. Besonders gute Isoliereigenschaften werden hierbei erreicht, wenn der Hochtemperaturprozess eine bei einer Temperatur von 800°C bis 1200°C durchgeführte Carbonisierung und/oder eine bei einer Temperatur von 1500°C bis 2200°C durchgeführte Graphitierung und/oder eine thermische Reinigung umfasst. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Wärmeisolationskörper, welcher durch ein Verfahren wie vorstehend beschrieben erhältlich ist.
Vorzugsweise weist ein solcher Wärmeisolationskörper eine gemäß DIN 51936 gemessene Wärmeleitfähigkeit in radialer Richtung bei 2000°C von höchstens 1 ,5 W/(m-K) und besonders bevorzugt von höchstens 0,8 W/(m-K) auf. Dies gewährleistet eine ausreichende Isolierwirkung für thermisch anspruchsvolle Anwendungen wie die Silizium-Einkristall-Herstellung. Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein solcher Wärmeisolationskörper eine gemäß DIN EN 658-3 gemessene Druckfestigkeit und/oder eine gemäß DIN EN 658-2 und DIN 51910 gemessene Biegefestigkeit von mindestens 0,2 MPa, bevorzugt von mindestens 0,5 MPa und besonders bevorzugt von mindestens 0,8 MPa aufweist. Ein derartiger Wärmeisolationskörper ist ausreichend stabil für die relativ harten mechanischen Anforderungen in einer Hochtemperaturumgebung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einem diese erläuternden, diese aber nicht einschränkenden Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Formkörpers, der gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt wird, um einen Wärmeisolationskörper herzustellen. Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Formkörpers gemäß Fig. 1 .
Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Ansicht gemäß Fig. 2.
Fig. 4 zeigt einen Wärmeisolationskörper, der durch ein erfindungsgemä- ßes Verfahren hergestellt worden ist.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines hohlzylindrischen Wärmeisolationskörpers aus einem carbonisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassenden Filzmaterial wird gemäß den Fig. 1 bis 3 ein flächiger Formkörper 1 1 aus gehärte- tem Kohlenstofffilz bereitgestellt, welcher die Form einer Wellenplatte aufweist.
Zur Herstellung dieses Formkörpers 1 1 wird zunächst ein schüttfähiges, härtbares Ausgangsmaterial erzeugt, indem carbonisierte und graphitierte, gehäckselte Filzelemente sowie ein pulverförmiges Kunstharz mit einer ausreichend hohen Koh- lenstoffausbeute miteinander vermischt werden, bis ein ausreichender Durchmischungsgrad erreicht ist. Anschließend wird eine an fünf Seiten geschlossene Pressform, vorzugsweise aus Metall, mit einer losen Schüttung dieses Ausgangsmaterials gefüllt. Die Schütthöhe wird dabei vorzugsweise zunächst etwa 2- bis 5- mal höher gewählt als die gewünschte endgültige Dicke des zu erstellenden Formkörpers. Die Pressform weist einen Boden mit einer wellenförmigen Kontur auf.
Nach der möglichst gleichmäßigen Füllung der Pressform mit dem schüttfähigen Ausgangsmaterial wird die Pressform durch einen Deckel verschlossen, welcher wie der Boden eine wellenförmige Kontur aufweist. Die wellenförmigen Konturen des Bodens und des Deckels sind derart gestaltet, dass sich nach Absenkung des Deckels auf die gewünschte Endstellung eine einheitliche Dicke des Presslings bezogen auf die Flächennormale seiner Außenflächen ergibt. Der Deckel wird nun innerhalb der feststehenden Innenwände der Pressform in Richtung des Bodens der Pressform verschoben, wobei hier zunächst eine Vorverdichtung bei Raumtemperatur erfolgen kann. Anschließend wird die Pressform einer Heißpresse zugeführt und das Ausgangsmaterial wird bei einem Druck von etwa 20 N/cm2 und einer Temperatur von etwa 180°C über einen Zeitraum von etwa 240 Minuten verpresst. Hierdurch wird das Ausgangsmaterial ausgehärtet. Nach dem Aushär- ten kann der Formkörper 1 1 als eigenstabiles Bauteil der Pressform entnommen werden.
Aufgrund der Wellenkonturen des Bodens und des Deckels der Pressform bildet der Formkörper 1 1 eine gewellte Platte, bei welcher in einer Querrichtung Q gese- hen abwechselnd gemäß der Fig. 2 aufwärts gewölbte Zylindersegmente 13A und gemäß der Fig. 2 abwärts gewölbte Zylindersegmente 13B aufeinanderfolgen. Das Krümmungsverhalten des Formkörpers 1 1 wechselt also jeweils an Wendelinien 15, welche parallel zueinander und rechtwinklig zu der Querrichtung Q verlaufen. Der gewellte Formkörper 1 1 wird anschließend einer Nachbehandlung unterzogen. Konkret wird ein Carbonisierprozess bei etwa 900°C, dann ein Graphitierpro- zess bei etwa 2.200°C und bei Bedarf anschließend zusätzlich eine thermische Reinigung durchgeführt. Durch diese Nachbehandlung entsteht ein unter inerter Atmosphäre bei Temperaturen von 2000°C einsetzbarer Isolationswerkstoff. Es hat sich überraschend gezeigt, dass ein derartig gepresster und thermisch behandelter Isolationswerkstoff an jedem Punkt des Wellenplattenprofils eine gemäß DIN 51936 gemessene Wärmeleitfähigkeit in radialer Richtung bei 2000°C von höchstens 1 ,5 W/(m-K) aufweist. Der Formkörper 1 1 wird dann entlang der Wendelinien 15 zerschnitten. Hierbei werden die unterschiedlich gekrümmten Zylindersegmente 13A, 13B voneinander getrennt. Um das Zerschneiden zu erleichtern, sind entlang der Wendelinien 15 verlaufende Einkerbungen 17 an beiden Außenflächen des Formkörpers 1 1 vorgesehen.
Die Zylindersegmente 13A, 13B werden dann wieder zusammengefügt, wobei jedoch alle gemäß der Fig. 2 abwärts gewölbten Zylindersegmente 13B um eine parallel zu den Wendelinien 15 verlaufende Drehachse D gedreht werden, sodass sich beim Zusammensetzen das Krümmungsverhalten des entstehenden Bauteils nicht mehr ändert, sondern eine sich gleichmäßig fortsetzende Krümmung vorliegt. Das Drehen könnte auch beispielsweise um eine parallel zur Querrichtung verlaufende Achse erfolgen, solange nur der Krümmungswechsel zwischen den Zylindersegmenten 13A, 13B aufgehoben wird. Das Zusammenfügen der Zylindersegmente 13A, 13B kann unter Einsatz von auf dem Fachgebiet bekannten Fügetechniken erfolgen, beispielsweise durch Verkleben. Es werden so viele Zylindersegmente 13A, 13B aneinandergefügt, bis ein in Fig. 4 dargestelltes geschlossenes hohlzylindrisches Profil 17 entstanden ist, wel- ches eine Zylinderlängsachse L aufweist und welches als Wärmeisolationskörper in einer Ofenanlage mit zylindrischer Heizkammer verwendbar ist.
Bezugszeichenliste:
1 1 Formkörper
13A, 13B Zylindersegment
15 Wendelinie
17 Einkerbung
Querrichtung
Drehachse
Zylinderlängsach

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen eines Wärmeisolationskörpers aus einem carbo- nisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassenden Werkstoff, umfassend die nachfolgenden Schritte:
a) Bereitstellen wenigstens eines flächigen Formkörpers (1 1 ) aus einem carbonisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassenden Werkstoff, wobei der Formkörper (1 1 ) wenigstens einen ersten gekrümmten Abschnitt und wenigstens einen zweiten gekrümmten Abschnitt umfasst, und wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt bezogen auf wenigstens eine Raumrichtung (Q) eine gegensinnige Krümmung aufweisen,
b) Trennen des ersten gekrümmten Abschnitts von dem zweiten gekrümmten Abschnitt durch Teilen des Formkörpers (1 1 ) derart, dass wenigstens ein erstes gekrümmtes Einzelteil (13A) und ein zweites gekrümmtes Einzelteil (13B) erhalten wird, und
c) Zusammenfügen der Einzelteile (13A, 13B) zu einem Wärmeisolationskörper derart, dass dieser bezogen auf die Raumrichtung (Q) eine sich gleichmäßig fortsetzende Krümmung aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
in dem Schritt a) ein Formkörper (1 1 ) bereitgestellt wird, bei welchem sich die Krümmung des ersten Abschnitts und die dazu gegensinnige Krümmung des zweiten Abschnitts kompensieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in dem Schritt b) das Teilen des Formkörpers (11 ) an einem Wendepunkt
(15) erfolgt, an welchem bezogen auf die Raumrichtung (Q) das Krümmungsverhalten des Formkörpers (11) wechselt.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
in dem Schritt a) ein Formkörper (11 ) bereitgestellt wird, welcher wenigstens zwei weitere gekrümmte Abschnitte aufweist, wobei sich jeweils die Krümmungen zweier aufeinanderfolgender Abschnitte kompensieren.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
in dem Schritt a) ein Formkörper (11) mit einem wellenförmigen Querschnitt bereitgestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Einzelteile in dem Schritt c) zu einem Wärmeisolationskörper zusammengefügt werden, welcher zumindest in einer sich in der Raumrichtung (Q) erstreckenden Querschnittsebene ein zumindest lokal geschlossenes Hohlprofil bildet.
Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Einzelteile (13A, 13B) in dem Schritt c) zu einem Wärmeisolationskörper in Form eines Hohlzylinders zusammengefügt werden, wobei sich die Zylinderlängsachse (L) rechtwinklig zu der Raumrichtung (Q) erstreckt.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in dem Schritt a) ein flächiger Formkörper (11 ) mit einer gleichmäßigen Dicke bereitgestellt wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Formkörper (11 ) in dem Schritt b) derart geteilt wird, dass die Einzelteile (13A, 13B) eine identische Formgebung aufweisen.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
vordem Zusammenfügen der Einzelteile (13A, 13B) gemäß dem Schritt b) das zweite Einzelteil (13B) oder jedes zweite Einzelteil (13B) um 180° gedreht wird.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
in dem Schritt a) zum Bereitstellen des Formkörpers (11) ein härtbares Ausgangsmaterial zu dem Formkörper (11) verpresst und anschließend gehärtet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
als härtbares Ausgangsmaterial zerkleinerte, carbonisierte Fasern und/oder graphitierte Fasern umfassende Filzelemente in einer Matrix aus einem carbonisierbaren Harz bereitgestellt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
eine Pressform mit dem schüttfähigen Ausgangsmaterial befüllt wird, welche einen Boden mit einem wellenförmigen Profil aufweist, und, dass die Pressform nach dem Befüllen mit einem Deckel verschlossen wird, welcher ebenfalls ein wellenförmiges Profil aufweist.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Formkörper (11) vordem Teilen einem Hochtemperaturprozess unterzogen wird, welcher bei einer Temperatur von wenigstens 600°C stattfindet.
15. Wärmeisolationskörper, welcher durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 erhältlich ist.
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