Glühbehälter für Wärmebehandlung von Füllgut

Abstract

 Glühbehälter für die Wärmebehandlung von darin anzuordnendem Füllgut mit Boden und Seitenwänden aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff einer Porosität von 2-30 Vol.% und einem Kohlenstoffaseranteil von 30-70 Vol.%. Vorzugsweise ist das Behältermaterial mit einer Oberflächenschutzschicht aus Metall, Metalloxid versehen oder die Oberfläche siliziert oder mit SiO₂ oder Borverbindungen verglast oder durch keramische Schichten geschützt.

Beschreibung

[0001] Gegenstand der Neuerung sind Glühbehälter für die Wärmebehandlung von darin angeordnetem Füllgut mit Boden und Seitenwänden aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff.

[0002] Offene Behälter zum Glühen und Sintern von Formkörpern und Teilen aus pulvermetallurgischen Werkstoffen sind bekannt und werden in der Praxis eingesetzt. Derartige Behälter oder Kästen sind aus Metall, Keramik, SiC-Keramik und anderen Materialien. Die Kästen sind im Falle von Metall nicht ausreichend korrosionsbeständig und verformen sich durch Wärmespannungen. Keramikkästen sind spröde und haben infolge der erforderlichen dicken Materialwände hohes Gewicht.

[0003] Aufgabe der Neuerung ist es, Glühbehälter zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Kästen vermeiden.

[0004] Diese Aufgabe wird gelöst durch Glühbehälter für die Wärmebehandlung von darin angeordnetem Füllgut mit Boden- und Seitenwänden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß der Behälter aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff einer Porosität von 2-30 Vol.% und einem Kohlenstoffaseranteil von 30-70 Vol.% besteht.

[0005] Der vorzugsweise oben offene Behälter kann auch einen Deckel aus CFC-Material aufweisen. Bei den Verstärkungsfasern handelt es sich um endlose gereckte Kohlenstoffasern.

[0006] Die Verwendung von mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff zur Herstellung von derartigen Behältern hat den Vorteil, daß dünnwandige Behälter hergestellt werden können, die eine gute chemische Beständigkeit aufweisen, nicht spröde sind und in der Steifigkeit auch Metallbehältern überlegen sind.

[0007] Fasergelege, Gewebe oder Vliese aus endlosen gereckten Kohlenstoffasern werden mit Polymerharzen, Pechen, Bitumen getränkt und sogenannte Prepregs hergestellt, aus denen durch Tiefziehen oder Pressen offene, vorzugsweise rechteckige oder quadratische Behälter ausgebildet werden. Flache Deckel oder Deckel mit Rand in einer der Behältergröße entsprechenden Dimensionierung können auf die gleiche Weise hergestellt werden. Die auf diese Art und Weise hergestellten Rohlinge der Behälter werden einer Wärmebehandlung unterzogen, um die zum Imprägnieren der Fasergelege, Gewebe oder Vliese verwendeten Materialien in Kohlenstoff zu überführen. Das Karbonisieren erfolgt üblicherweise bei einer Temperatur von 200 bis 1000°C. Anschließend wird die poröse Struktur des Materials verdichtet durch Flüssigimprägnierung mit Phenolharzen, Furanharzen, Polyphenylenen, Pech oder Mischungen derselben. Danach erfolgt eine Wärmebehandlung bei 200°C bis 2900°C, um das Wand- und Bodenmaterial bzw. den Deckel der Behälter zu graphitieren. Die Verdichtung der Materialstruktur kann auch durch chemische Abscheidung von Kohlenstoff in den Poren unter Vakuum erfolgen.

[0008] Der Anteil an verstärkenden Kohlenstoffasern im graphitierten Material beträgt 30-70 Vol.%, vorzugsweise 45-60 Vol.%. Das verdichtete Material weist eine geringe Porosität oder einen geringen Porenanteil von 2-30, vorzugsweise von 5-15 Vol.% auf.

[0009] Um die Oberfläche der Behälter und gegebenenfalls den Deckel gegen chemischen Angriff besser zu schützen, insbesondere gegen Oxidation, ist es bevorzugt, daß die Oberflächen des Behälters und des Deckels durch Ablagerung von Metallen unter Vakuum metallisiert sind, z.B. mit Tantal, Niob, Molybdän, Kupfer/Nickellegierungen. Es können aber auch Metalloxidschichten, wie Zirkonoxid, Aluminiumoxid, zum Oberflächenschutz abgeschieden werden. Ein guter Oberflächenschutz kann auch durch Silizieren und/oder Umwandeln in SiC oder Verglasen mit Siliciumdioxid und/oder Borverbindungen der Oberfläche des CFC-Materials erreicht werden. Ein Schutz ist auch durch Aufbringen keramischer Schichten möglich. Besonders geeignete Materialien sind TiN, BN und TiC. Der geeignete Oberflächenschutz richtet sich nach dem späteren Verwendungszweck, d.h. den in den Behältern zu behandelnden Füllgütern. Kleben des Füllgutes an den Wänden oder chemische Reaktionen des Materials mit dem Füllgut müssen verhindert werden. In der Regel ist CFC-Material bereits ausreichend inert gegenüber Füllgut und wärmestabil bei der Verwendung, bei denen das zu glühende oder zu sinternde Füllgut in Durchschuböfen oder Etagenöfen einer Wärmebehandlung von 500°C bis 2500°C in reduzierender oder inerter Atmosphäre unterzogen wird.

[0010] Im Falle der späteren Verwendung unter oxidierenden Bedingungen ist ein Oberflächenschutz des CFC-Materials gegenüber Oxidation bevorzugt.

[0011] Die neuerungsgemäßen Behälter können in unterschiedlichen Größen bis zu etwa 100 x 100 cm mit Seitenwandhöhen von 1-50 cm hergestellt werden. Die Größe hängt von der Größe der Öfen ab, in denen später die Glühbehälter zur Wärmebehandlung des Füllgutes erfolgen soll. Eine Standardgröße ist beispielsweise 30 x 40 x 10 cm. Bevorzugte Wandstärken sind 1-8 mm.

[0012] Die beigefügte Figur zeigt einen neuerungsgemäßen Glühbehälter 1 im Längsschnitt mit Boden 2 und Seitenwänden 3 aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoffmaterial.

Ansprüche

1. Glühbehälter für die Wärmebehandlung von darin anzuordnendem Füllgut mit Boden und Seitenwänden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff einer Porosität von 2-30 Vol.% und einem Kohlenstoffaseranteil von 30-70 Vol.% besteht.

2. Glühbehälter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der oben offene Behälter einen Deckel aufweist.

3. Glühbehälter nach Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß er eine rechteckige oder quadratische Form aufweist.

4. Glühbehälter nach jedem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das mit Kohlenstoffasern verstärkte Material eine dünne Oberflächenschutzschicht aus Metall, Metalloxid aufweist oder die Oberfläche siliziert oder mit SiO₂ oder Borverbindungen verglast ist oder durch keramische Schichten geschützt ist.

Zeichnung