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Eigenschaften und Verwendung von glasartigem Kohlenstoff
Carbon
1964, Vol. 2, pp. 253-260
Pergamon
EIGENSCHAFTEN
Press Ltd.
Printed
in Great
Britain
UND VERWENDUNG
GLASARTIGE~
VON
KOHLENSTOFF
S. YAMADA*, H. SATO* und T. ISHIIt (Received 20 bodes
1963)
Abstract-The results of studies of physical properties such as density, electrical and thermal conductivity, bending strength and elastic modulus for glassy carbon are presented as a function of its heattreatment temperature. The diameters of aromatic planes as estimated from X-ray diffraction patterns are included. It is found that glassy carbon is resistant to thermal shock and to oxidizing agents, and is useful in many fields of industry. Its various applications are briefly summarized,
1.EXNLEITUNG WXE SCHON in 1962 berichtet wurde,(‘) hat der glasartige Kohlenstoff, der sogenannte Glassy i&&on, besondere Eigenschaften, die verschiedene neuartige Anwendungsmiiglichkeiten erwarten lassen. Der glasartige Kohlenstoff ist eine spezielle Art undurchliissiger Kohlenstoff-Formkorper, wie sie ganz allgemein nach verschiedenen Herstelhmgsverfahren erzeugt werden; er zeight glasartiges Aussehen und weist die Vor- und Nachteile von Kohlenstoff und Glas auf. Seit seiner ersten ino~iellen Bekanntgabe bei der 5. Carbon-Konferenz 1961 wurden groSe Fortschritte in seiner Herstellung, seinen Eigenschaften und such in der Erschliebung von Anwendungsgebieten erzielt. Der von DAVIDSON@-6,hergestellte ZelluloseKohlenstoff, eine ebenfalls neue Art von undurch&&gem Kohlenstoff, ist heute sehr bekannt; seine Eigenschaften scheinen denen des glasartigen Kohlenstoffes sehr Iihnlich zu sein, obwohl die Herstellungsverfahern beider Arten von KohlenstofE-Formkorpern von einander sehr verschieden sind. Andererseits ist eine sehr &r&he Art, der sogenannte Vitreous Cmbon, in jiingster Zeit beschrieben worden; seine Herstellungsmethode wurde jedoch noch nicht bekanntgegeben.(‘) * Nagoya-Fabrik, Tokai Elektrodenherstelluugs-AG., Nagoya, Jar=. t Techniaches ~o~chun~~sti~t, Tokai Elektrodenherstellungs-AG., Fujisawa, Japan. 2.53
In Japan erfolgten die Veriiffentlichungen iiber glasartigen Kohlenstoff in Zeitschriften der verschiedensten Gebiete@). Gleichzeitig mit der E~ors~hung von Anwendungsgebieten wurden verschiedene grundsItzlithe Untersuchungen seiner Eigenschaften durchgefiihrt?g-i 2, In der vorliegenden Arbeit wird iiber die Ver&nderungen typischer Eigenschaften bei Temperaturbehandlungen (HTT) bis zur Graphitierung berichtet. AuBerdem wird eine Ubersicht iiber die Anwendun~m~gli~~eiten gegeben. 2. EXPERMENTELLES UND DISKUSSION DER ERGKBNISSJZ
Zur Herstellung der verschiedensten Formkarper unterschiedlicher GroBe aus glasartigem Kohlenstoff existieren entsprechend modifizierte Verfahren bei Tokai. Die Rohstoffe waren einige kiinstliche H&e wie sie als verschiedene Patente der Firma Tokai verbffentlicht werden. Unter Voraussetzung einer konstanten Vohunkontraktion bei der Herstellung konnten die Korper vor der Verkokung leicht so bearbeitet werden, da13 nach der Graphitierung Formkiirper von 2 x 10 x 50 mm erhalten werdun. Fiir einige andere Zwecke wurden Form&per, die sich in ihren Abmessungen nur wenig von den obigen unterscheiden, in tilicher Weise hergestellt. Jede Probe wurde mit einem be&nmten Temperaturanstieg und einer bestimmten Verweilzeit bei
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H. SAT0 und T. ISHII
jeder Temperaturstufe in einem Versuchsofen verkokt und graphitiert. Nur bei der Behandlung bei 3000°C wurde ein normaler technischer Graphitierungsofenverwendet. Natiirlich waren in diesem Fall sowohl der Temperaturanstieg als such die Verweilzeiten anders als im Versuchsofen. 2.2 Raumgewicht und wahre Dichte Die sogenannte Benzol-Dichte wurde nach der Pyknometer-Methode bei 30 + 0,l”C bestimmt. Die Abb. 1 zeigt die Abhtigigkeit der wahren Dichte (Benzol-Dichte) von der Behandlungstemperatur. Im Vergleich dazu ist die Agtigigkeit des Raumgewichtes mit eingetragen. Man erkennt daraus, da0 das Maximum der Benzol-Dichte bei 900°C liegt. Auch der ZelluloseKohlenstoff zeigt ein Maximum der HeliumDichte bei ungefihr 1000”C,‘4) obwohl der dabei erreichte &stand der thermischen Zersetzung, wie splter noch gezeigt wird, sich von dem des glasartigen Kohlenstoffes sehr unterscheidet. Die hderung der scheinbaren Dichte bis 1800°C ist praktisch gleich der beim Zellulose-Kohlenstiff bekannten (0,05-0,1).(4) Das Auftreten eines solchen Maximums denen, sogenannten stoffen.
i I.1 0
ist gut bekannt bei verschieharten und weichen Kohlen-
1000
31
2000
Behandlungstemperatur,
“C(HTT)
ABB. 1. Anderung der wahren Dichte und des Raumgewichtes durch Hochtemperaturbehandlung.
Behandlungstemperatur,
‘C
2. hderung des spez. elektr. Widerstandes und der W%melei&higkeit durch Hochtemperaturbehandlung.
ABB.
2.3 Spezifischer elektrischer Widerstand und W&me-
leitfCh&keit In Abb. 2 wird die Abhtigigkeit des spez. elektr. Widerstandes von der Behandlungstemperature wiedergegeben. Der elektr. Widerstand wurde dabei durch Messung des Spannungsabfalles bestimmt. Die Abb. 2 gibt such die Abhtigigkeit der WIrmeleitfihigkeit wieder, wie sie an Proben von 5 x 5 x 50 mm nach der normalen KohlrauschMethode erhalten wurde, Die Abb. 3 zeigt die Abtingigkeit des elektr. Widerstandes von der Temperatur, bei der die Bestimmung durchgefiihrt wurde. Der elektr. Widerstand weist eine geringere Abtingigkeit von der Behandlungstemperatur auf, als die Wgirmeleitfihigkeit. Dies scheint der hderung bei gut-graphitierenden Kohlenstoffen bis ungefshr 1800°C Behandlugstemperatur zu entsprechen, wegen dieser schlechten Graphitierungsfihigkeit. Der Unterschied des elektr. Widerstandes zwischen 700 und 900°C von dem Widerstand des Zellulose-Kohlenstoffes~4) scheint dem Unterschied der Hitzzerstellung zu entsprechen. Aber bei Temperaturen iiber 1000°C zeigen beide
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VON
GLASARTIGEM
KOHLENSTOFF
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die Werte der in Abb. 4 eingetragenen gestrichelten Kurve. Es ist bemerkenswert, daO man durch eine chemische Einwirkung eine Verbesserung erzielen kann. Da jedoch bereits ein winziger Fehler (kleine Pore) auf die Festigkeit entscheidenden EinfluB zu haben scheint, schwankt die Festigkeit wie beim Glas in weiten Grenzen. Die Festigkeitwerte sind kleiner als die des Zellulose-Kohlenstoffes, allerdings ist der Vergleich wegen Verwendung verschiedener Probenformen jedoch nur schwierig definierbar. (Es wird vermutet, daR-infolge des Herstellungsverfahrens fiir Zellulose-Kohlenstoff -fiir die Bestimmung der Festigkeit von Zellulose-Kohlenstoff Rohre verwendet wurden.) Aber such die gemessenen Festigkeit des glasartigen Kohlenstoffes sind wesentlich hoher als die des normalen Graphits. 2.5 Elastizitiitsmodul In der Abb. 5 ist die Abh?ingigkeit des Elastizitatsmoduls von der Behandlungstemperatur wieI
I
1.0 Rez~prokwerl
h3B.
2,o
der absoluten
3.0
Bestlmmungs
tcmperatur,
I/T”KxIO-~
3. Abhangigiket des spez. elektr. Widerstandes van der Bestimrnungstemperatur.
Kohlenstoffarten, glasartiger Kohlenstoff und Zellulose-Kohlenstoff, ein Phnliches Verhalten des elektrischen Widerstandes. Jedenfalls unterscheiden sich glasartiger Kohlenstoff und Zellulose-Kohlenstoff in diesen beiden Eigenschaften sehr stark vom iiblichen Elektrographit. Was das Verhnltnis vom elektr. Widerstand zur WIrmeleitfahigkeit betrifft, so gehort der galsartige Kohlenstoff bei Betrachtung der K-C Kurven von OKADA zu der schlecht-graphitierbaren Gruppe, diesichvon der Kurve fur gut-graphitierende Kohlenstoffe ziemlich unterscheidet. 2.4 Biegefestigkeit Wie aus Abb. 4 hervorgeht, zeigt such die Biegefestigkeit ein Maximum. Der glasartige Kohlenstoff kann durch eine neuartige chemische Behandlung in seinen Festigkeitseigenschaften verbessert werden. In diesem Fall hat man eine geringste Verbindung als ein Zusatz zum Rohstoff gebraucht.(i4) Er zeigt nach dieser Behandlung
Behandlungstemperatur,
“C
4. hderung der Biegefestigkeit durch Hochtemperaturbehandlung (ausgezogene Kurve: ohne weitere Behandlung; gestrichelte Kurve: nach chemischer Behandlung). ABB.
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dergegeben. Der E-Modul wurde nach der normalen, fiir Graphitformkiirper iiblichen Methode bestinnnt. Trotz der oben erwahnten unterschiedlichen Biegefestigkeit von glasartigem Kohlenstoff und Zellulose-Kohlenstoff ist der Elastizit;itsmodul fiir beide praktisch gleich. Ein Unterschied im Temperaturbereich zwischen 700 und 900°C scheint durch den unterschiedlichen Stand der thermischen Zersetzung in diesem Bereich verursacht zu sein, wie im Fall an 2.2. Die Abhangigkeit des E-Moduls von der Bestimmungstemperatur, wie sie im Japanischen Atomenergie Forschungsinstitut durchgefiihrt wurde, ist ebenfalls bekannt.(’ 5,
H. SAT0
und T. ISHII
~X-X-X-X-X~X-X-
60 .
50 -
l. -.-~o--.-
VIGKI
l--
\
2.6 Vohmen- und Gewichtsabnahme Wahrend der Hochtemperaturbehandlung erfolgt eine Volumen- und Gewichtsabnahme, wie sie in Abb. 6 wiedergegeben ist. Abbildung 6 zeigt deutlich das unterschiedliche Verhalten von glasartigem Kohlenstoff und Zellulose Kohlenstoff. Besonders deutlich ersieht man hier die wesentlich starkere Abnahme in Gewicht,
“E 3 2 3
2000
-
z =0 .C .g
500
1000
1500
I 2000
Behandlungstemperatur,
2500
31 DO
“C
ABB. 6. Anderung von Gewicht und Dimensionen durch Hochtemperaturbehandlung (L; LZnge v; Volum, G; Gewicht, GK; glasartiger Kohlenstoff, ZK; Zellulose-Kohlenstoff).
2.7 RSntgenfeinstruktur- Untwsuchung
4 w
1000
-
:
OQS’ I
0
1000
I
5. kderung
0
2000
Behandlungstemperatur. Ase.
0
Lange und Volumen des Zellulose-Kohlenstoffes. Trotz dieses Unterschiedes sind die beiden Kohlenstoffarten in den oben erwahnten Eigenschaften sehr iihnlich. Es besteht jedoch ein betrlchtlicher Unterschied in der Mikrostruktur, wie wir im folgenden noch sehen werden. Derart groDe Anderungen von Gewicht und Dimension erfordern besondere Temperatur-Behandlungsmethoden und verursachen natiirlich such eine Beschrankung beziiglich der Exaktheit der Abmessungen.
300
x
I
20
‘C
des ElastiziWsmoduls temperaturbehandlung.
durch Hoch-
Zur kristallographischen Untersuchung des glasartigen Kohlenstoffes wurde ein FeinstrukturRijntgenapparat “Geigerflex” verwendet. Die KristallitgriiBen L, (= D,,,) und L, (= Dooz) wurden aus den unkorrigierten Linien bestimmt, weil die Beugungslinien so breit waren, daB eine Korrektur vernachlassigt werden konnte. Der Gitterabstand C’s jedoch wurde aus der (002)Linie nach Korrektur mit der entsprechenden Linie des Naturgraphits ermittelt. Andererseits kann man die Abmessungen des kondensierten polyzyklischen Molekiils nach der Methode von DwoN#~) berechnen. Die Abb. 7 zeigt die
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KOHLENSTOFF
2.57
100 -
90
-
80 -04
70 r m
60 -
s _p
so-
40 --
_&-r-_-o-.-
30 20 -o-o= 10 500
I
I
1000
1500
I 2000
Eehandlungstempe~t~r,
2500
1 3000
“C
ABB. 7. Anderung der kristallographischen Parameter durch Hochtemperaturbehandhmg.
Daten von der Behandlungstemperatur. Eine andere Art(16) der Darstellung zeugt die Abb. 8. Hier wird A als der monoatomare amorphe Kohlenstoff und P als der aliphatische (kettenPhnliche) Kohlenstoff definiert. Deshalb bedeutet in Abb. 8, A + I’, gem23 dieser Defination den
Abh&xgigkeit der kristallographischen
!
I
::;-~, 500
i‘--_ j 1000
1500
2000
Behandlungstemperatur, ‘C ABK 8. hdenmg dea Gehaltes an ungeordneten Bereichen durch Hochtemperaturbehandhmg.
Anteil an nicht-graphitischem Kohlenstoff. Noch ausgeprggter ist die Abtingigkiet der durchschnittlichen KristallitgriiDe des Graphits von den A + P -Werten aus Tabelle 1 zu ersehen. Im allgemeinen hat der glasartige Kohlenstoff Zhnlich dem Zellulose-Kohlenstoff(4) und dem Yitreow Carbon(‘) sehr kleine Kristallitabmessungen L, und L, und einen sehr grol3en Gitterabstand Co. Generell sind schelcht-graphitierende Materialien in diesen Eigenschaften sehr stark abhangig von den Temperaturbedingungen-Aufheizgeschwindigkeit, Verweilzeit usw.-und deshalbkonnen Zellulose-Kohlenstoff, F’;t,eow Carbon und glasartiger Kohlenstoff nur schlecht verglichen werden. Tatslchlich zeigen die Werte der 3OOO”CProbe, die unter anderen Bedingungen hergesteilt wurde, wie aus Abb. 7 hervorgeht, ein ganzlich anderes Verhalten. NODA und Mitarbeiter haben an Proben von dem glasartigen Kohlenstoff, die unter Ihnlichen Bedingungen wie die oben erw&ten hergestellt wurden, L,, L, und C, mit einer anderen Apparatur bestimmt.f”) Sie haben dabei praktisch die gleiche AbhPngigkeit gefunden. Andererseits ist es jedoch interessant, daB eine Ubereinstimmung der A + P -Werte (in %) der Abbildung 8 mit dem Gehalt an ungeordneter
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H. SAT0 und T. ISHII
TABELLE 1. ZUNAHME DBRKRISTALLITGR~SSB MIT DBRBEHAN~LUNG~~IZMPZZ~ATUR
Behandlungatemperatur (“C)
Der Aromatische
5,8 8,4 10 15 20 30
A A A A A A
900
600
800
10,s 20,4 19,s 098 0 381
0 1418 14,o 23;4 25,l 13,s 0 521
23,s 22,2
256 21,s
1000
1500
0
0
2000 0
17,9 6,7 595
723 21,3 20,o 11,7 797
23 14:l? 697 256
496 23,2 19,2 10,2 20,9
17,0 13,9
17,s X4,6
14,0 8,3
13,6 8,l
‘I’MBLLB2. REINHEITDEBCLASARTIGBN KOHLENSTO~F~~
a GK-20; normal auf 2000°C erhitar, GK-30s; b nicht nachweisbar.
auf 3000°C erhitzt unter chemischer Behandlung.
Struktur (in yI), wie er von NODA und Mitarbeitern@” aus der Linienverbreitungbestimmt wurde,
ist, wie die des normalen
Graphits,
ist die Schlag-
festigkeit, wie Tabelle 3 zeigt, bei beiden ungefahr
Zur Bestimmung der Reinheit des glasartigen Kohlenstoffes wurde eine spektrometrische halbquantitative Untersuchung durchgefiihrt; die Er-
gleich grof3 und etwas grof3er als bei Glas; sowohl in der Schlagfestigkeit als such in der hohen HPrte und Biegefestigkeit ist glasartiger Kohlenstoff dem Glas sehr tinlich. Es wurden such einige Eigenschaften untersucht, die man beim normalen Graphit praktisch nicht kennt, sondern nur beim Glas. Zum Beispiei hat TSUZUKU und Mitarbeiter eine Abhlngigkeit
gebnisse sind in Tabelle 2 aufgefiihrt. Es mag von der Art der ~erwendun~ abMngen, ob die in
des inneren Reibungskoeffizienten von der Bestimmungstemperatur gefunden.(i7) Auch die oben
Tabelle 2 aufgefiihrte Reinheit ausreichend ist. Auch ween der Gehalt an Verunreinigungen dem des normalen Graphits gleich kommt, so scheint doch der EinfluB der Verunreinigungen beim glasartigen Kohlenstoff wegen seiner aurjerordenthch kompakten Struktur weniger ins Gewicht zu
erwahnte und in Abb. 4 gezeigte chemische Nachbehandlung war vom Gesichtspunkt der Glas-Chemie durchgefiihrt worden. Die physikalische und chemische Betrachtung des glasartigen
nur fur Behandlungstemperaturen tiber 1500°C erhalten wurde. Zur K&rung sind jedoch noch weitere Untersuchungen erforderlich. 2.8 R~~h~.~
fallen, als beim normalen Graphit.
TABELL~3. SCHLAG~S~IG~I~VONGLASARTIGEM KOHLENSTOF~ IM VBRGLEICH MIT NORMALEM GRAPHITmm GLAS
2.9 Schlugfestigkeit Die Schlagfestigkeit
von glasartigem Kohlenstaff, normalem Graphit und Glas wurde an Proben gleicher GriiSe, 3 x 10 x 55 mm, mit der sIs JIS (Der Jspsnische Industrielle Standard) -B-7703, -7712, -7722 bezeichneten Methode bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zussmmengestellt. Obwohl die Biegefestigkeit des gIsssrtigen Kohlenstoffes etwa 5 bis 6 mdl SOgroR
Material GK-10 (auf 1300°C erhitzt) GK-20 (auf 2000°C erhitzt) GK-30 (auf 3OOO’Cerhitzt) Graphitelektrode Graphitbiirste Fensterglas
Charpyscher Wert
ABIL 9. Verschiedene
FormkGrper
aus glasartigem
Kohlenstoff.
[facingp.
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UND
VERWENDUNG
VON
GLASARTIGEM
KOHLENSTOFF
259
TABELLB 4. B~&&DXGKBIT IN EINIGEN OXYDATIONSNII~ Gewichtsabnahme(O/Jnach 50 Tagen bei 20 f 5°C GK-10
GK-20
GK-30 ,
98%HsS04 + 20XHzS04 + 6O%H&Os-+ 2O%HNos +
60%HNOs (1:l 2OXHNOs 11:l 35cHCl - il:l 20%HCl (1:l
Vol) Voll Volj Vol)
0,12-0,18 0.03-0.06 0;04-0;05 0,03-0,10
I
gegen thermische
Schockbean-
2.11 Besttind@keit gegen Oxydationsmittel Ein Beispiel iiber die Oxydationsrate im LuftStrom bei 800°C wurde bereits veriiffentlicht.(” Auf die ausfiihrliche Wiedergabe wieterer Ergebnisse sol1 im Rahmen deiser Arbeit jedoch verzichtet werden. Die BestZndigkeit gegen einige andere Oxydationsmittel nach einer Behandlungsdauer von 50 Tagen bei 20 f 5°C ist in Tabelle 4 aus der prozentualen Ge~ch~abn~e zu ersehen. Im Fall a) -Behandlungen waren verschiedene Formstiicke
Wie im folgenden gezeigt wird, ist diese Bestindigkeit, zum Unterschied von Glas, ziemlich gut. Es wurden einige einseitig verschlossene Rohre (S/S Cpx 100 mm) in einem Ofen im Stickstoffstrom pliitzlich auf 2000°C aufgeheizt und nach einer MinuteineineKokspulversch~ttung von Raumtemperatur eingebracht. Diese Behandlung wurde 10 ma1 wiederholt. In gleicher Weise wurde ein anderer Tiegel (20,5/15,5 Q, x 30 mm) behandelt. Alle Proben blieben unversehrt. Bei einer
TABELLE5. ZUS~~BNFASSUNG DBR Anwendungsgebiet
0,8-1,l 0,5-1,2 0.01-0,02 0,05-0,06
anderen Priifung wurde dieser Tiegel auf 1000°C aufgeheizt und dann mit kaltem Wasser abgekiihlt. Dieser Versuch wurde 5 mal wiederholt. Auch dabei wurde die Probe nicht zerstart.
Kohlenstoffes als einen glasartigen Stoff scheint sehr wichtig zu sein fiir die Beurteilung seiner Struktur. 2.10 Bestiindigkeit qrwhung
0,19-0,27 0,19-0,20 0,12-0,15 0,12-0,14
~~E~UNG
DEBG~S~TXGENKOHL~STOFFES
Prozentsatza
Formen
Haibleiter
38,0
Schmelztiegel, Schiffchen, Stibe, Scheibchen, PIlttchen, Rohre, Unterlagen, Pulver, usw.
MetalIurgie
33,2
Schmelztiegelb, Schiffchen, Scheihen, usw.
Kerntechnik Mechanische
Beanspruchung
GIas- u. Keramik-Industrie Chemische Industrie, Raketen-Industrie u. Grundlagenforschung
Stiihe,
498
Rohre, Tiegel usw.
60
Ringe, PlHttchen, Rohre, usw.
3,~
Tiegel, Rohre, Pliittchen, usw.
14,s
alle Formen
a VerhiiItnis zum Gesamteinsatz von glasartigem Kohlenstoff * Die Anwendung in Verhindung mit normalem Graphit, zum Beispiel als doppelwandiger Tiegel, ist vorteilhaft, weil der glasartige Kohlenstoff gegenwiirtig nur mit Wands&ken von maximal 3 mm hergestellt werden kann.
S. YAMADA, H. SAT0 und 1’. lSHl1
260
normalen Tagen. ~~~~~
Graphits
vBllig zerfallen,
nach
nur
2
Diese hohe Oxydationsbestlndigkeit des Kohlenstoffes zeigt such der Yitreom
Viele andere Eigenschaften werden von verschiedenen Gesichtspunkten her weterhin untersucht. 3. ANWBNIXJNG
Da der glasartige Kohlenstoff einen vallig neuartigen Werkstoff darstellt, m&ten wir nach seiner Erfindung Anwendungsgebiete zu erschliessen versuchen. Seitdem wir galsartiger Kohfenstoff in technischem M&stab herstellen, konnten wir verschiedene Anwendungsgebiete finden. Abbildung 9 zeigt BeispieIe der verschiedenen praktischen Formen des glasartigen Kohlenstoffes, wie er in unserer Firma hergestellt wird. Die verschiedenen Formen und ~wendun~gebiete sind in Tabelle 5 nach dem Stand 1963 zusammengefaf3t. Eine spltere Ausweitung der Anwendungsgebiete ist zwar bemerkenswert, sie liegt aber noch immer in den Anftingen. Die Anwendungen in der Metallurgie und in der H~bleiter~ndustrie sind von der Art des Metalles und den Betriebsbedingungen abhiingig. Seine hohe Bestindigkeit gegen thermische Schockseine aui3erordentlich niedrige behandlungen, Permeabilitit scheinen zusammen mit seinen giinstigen elektrischen Eigenschaften fiir die praktische Verwendung des glasartigen Kohlenstoffes von Vorteil zu sein. In der Kern- und Raumfahrttechnik scheint dieser Kohlenstoff als interessantes Material betrachtet zu werden. Die Forderung der Metallindustrie nach hijherer Reinheit diirfte ebenfalls erfiillt werden. Dariiber hinaus ist zu erwarten, da8 der glasartige Kohlenstoff als neuartiges Material weitere Anwendungsgebiete finden und beim Studium des Graphits eine wichtige Rolle spielen wird.
Anerkennungen-Zum S&IUD mi5chten die Verfasser der Direktoren der Firma Tokai fiir ibre freundliche Unterstitzung und die ErIaubnis diesen Beitrag zu ve~~ntlichon, den herzlichsten Dank aussprechen. LITERATUR 1. YAMADA S. und SAT; H., Nature 193, 261 (1962); r. C&m. Gesell. 7aaan. Abt. Ind. Chem. (Icohpyoft -Ku&u Zasshi) 63, i139 (1962); Chem. Ce&. @62, 9269. 2. DAVIDSONH. W., (GEC), BP. 860, 342 (1961); 889, 351 (1962). 3. DAVIDSONH. W., Nut. Eng. 159 (1962). 4. DAVIDSON H. W. und Losry H. H. W., GECJournal 30,22 (1963). 5. BX.AKBLoCKH, D. und ARNO C., Prowdings of ihe S&h Curbon Conference, Abstract 43 (1963f. _ 6. PHILLIP M. und Losm H. H. W.. Presented at the Sixth Carbon Conference, Abstract 58 (1963). B. und COWLARD F. C., 7. LIXWIS J. C., REDm
Solid-State Electron. 6, 251 (1963). 8. YAMADAS., Atomenergie u. Metalle (Genshiryoku to
I\rinaoku) 7, 372 (1962); Chew& u. &em. Ind. (Kagaku to Kohgyoh) 16, 16 (1963); Atomerzergie Ind. (Genshi~oku Kohgyoh) 9, 41 (1963); EZektronihsmateriul (Denshi Zuiryoh) 2, 98 (1963); Ind. Material (Kokgyoh Zairybh) 11,. 10 (1963); Hochmolekiil tKohbunshi112.268 (19631. T., darb& 1, i7 (1463). 9. YAM&&II IO. Tsuzuxw T., Car&on 1, 25 (1963). 11. NODA T., XNAQAKSM. und YAMAMOTO &I., 16, Jahresversammhmg der Japanischen Chemischen Gesellschaft, Tokio (April, 1963). vor12. SATO H. und YAMADAS., zur V&ffentlichung sesehen bei. 7. Chem. Gesell. %xzn. Abt. Ind. Chem.
@Cohgyoh &ga?zuZa.wh&
- -
.
13. OKADAJ. und MIZUSHIMAS., Tokai Tech. J. 14, 25
(1952). der 14. YAMADA S. und SATO H., Patentanmeldung Tokai Elektrodenherstellungs-AG. 15. SATO S. et. al., noch nicht veriiffentliches Forschungsmaterial, KataIog iiber Glusq Carbon (Tokai Elektroden herstelhmgs-AG), (im Japaniwhen), (1963). 10, 359 (1957): 11. 129 16. DMMOND R.. Act. Cwt. (1958). . ‘. ’ T. und KOBAYA~HIH., Proceedings of the 17. TSUZUKU Fifth Carbon Conference, Vol. 2, p. 539. Pergamon Press, Oxford (1963).
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Pergamon
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Abstract-The results of studies of physical properties such as density, electrical and thermal conductivity, bending strength and elastic modulus for glassy carbon are presented as a function of its heattreatment temperature. The diameters of aromatic planes as estimated from X-ray diffraction patterns are included. It is found that glassy carbon is resistant to thermal shock and to oxidizing agents, and is useful in many fields of industry. Its various applications are briefly summarized,
1.EXNLEITUNG WXE SCHON in 1962 berichtet wurde,(‘) hat der glasartige Kohlenstoff, der sogenannte Glassy i&&on, besondere Eigenschaften, die verschiedene neuartige Anwendungsmiiglichkeiten erwarten lassen. Der glasartige Kohlenstoff ist eine spezielle Art undurchliissiger Kohlenstoff-Formkorper, wie sie ganz allgemein nach verschiedenen Herstelhmgsverfahren erzeugt werden; er zeight glasartiges Aussehen und weist die Vor- und Nachteile von Kohlenstoff und Glas auf. Seit seiner ersten ino~iellen Bekanntgabe bei der 5. Carbon-Konferenz 1961 wurden groSe Fortschritte in seiner Herstellung, seinen Eigenschaften und such in der Erschliebung von Anwendungsgebieten erzielt. Der von DAVIDSON@-6,hergestellte ZelluloseKohlenstoff, eine ebenfalls neue Art von undurch&&gem Kohlenstoff, ist heute sehr bekannt; seine Eigenschaften scheinen denen des glasartigen Kohlenstoffes sehr Iihnlich zu sein, obwohl die Herstellungsverfahern beider Arten von KohlenstofE-Formkorpern von einander sehr verschieden sind. Andererseits ist eine sehr &r&he Art, der sogenannte Vitreous Cmbon, in jiingster Zeit beschrieben worden; seine Herstellungsmethode wurde jedoch noch nicht bekanntgegeben.(‘) * Nagoya-Fabrik, Tokai Elektrodenherstelluugs-AG., Nagoya, Jar=. t Techniaches ~o~chun~~sti~t, Tokai Elektrodenherstellungs-AG., Fujisawa, Japan. 2.53
In Japan erfolgten die Veriiffentlichungen iiber glasartigen Kohlenstoff in Zeitschriften der verschiedensten Gebiete@). Gleichzeitig mit der E~ors~hung von Anwendungsgebieten wurden verschiedene grundsItzlithe Untersuchungen seiner Eigenschaften durchgefiihrt?g-i 2, In der vorliegenden Arbeit wird iiber die Ver&nderungen typischer Eigenschaften bei Temperaturbehandlungen (HTT) bis zur Graphitierung berichtet. AuBerdem wird eine Ubersicht iiber die Anwendun~m~gli~~eiten gegeben. 2. EXPERMENTELLES UND DISKUSSION DER ERGKBNISSJZ
Zur Herstellung der verschiedensten Formkarper unterschiedlicher GroBe aus glasartigem Kohlenstoff existieren entsprechend modifizierte Verfahren bei Tokai. Die Rohstoffe waren einige kiinstliche H&e wie sie als verschiedene Patente der Firma Tokai verbffentlicht werden. Unter Voraussetzung einer konstanten Vohunkontraktion bei der Herstellung konnten die Korper vor der Verkokung leicht so bearbeitet werden, da13 nach der Graphitierung Formkiirper von 2 x 10 x 50 mm erhalten werdun. Fiir einige andere Zwecke wurden Form&per, die sich in ihren Abmessungen nur wenig von den obigen unterscheiden, in tilicher Weise hergestellt. Jede Probe wurde mit einem be&nmten Temperaturanstieg und einer bestimmten Verweilzeit bei
S. YAMADA,
254
H. SAT0 und T. ISHII
jeder Temperaturstufe in einem Versuchsofen verkokt und graphitiert. Nur bei der Behandlung bei 3000°C wurde ein normaler technischer Graphitierungsofenverwendet. Natiirlich waren in diesem Fall sowohl der Temperaturanstieg als such die Verweilzeiten anders als im Versuchsofen. 2.2 Raumgewicht und wahre Dichte Die sogenannte Benzol-Dichte wurde nach der Pyknometer-Methode bei 30 + 0,l”C bestimmt. Die Abb. 1 zeigt die Abhtigigkeit der wahren Dichte (Benzol-Dichte) von der Behandlungstemperatur. Im Vergleich dazu ist die Agtigigkeit des Raumgewichtes mit eingetragen. Man erkennt daraus, da0 das Maximum der Benzol-Dichte bei 900°C liegt. Auch der ZelluloseKohlenstoff zeigt ein Maximum der HeliumDichte bei ungefihr 1000”C,‘4) obwohl der dabei erreichte &stand der thermischen Zersetzung, wie splter noch gezeigt wird, sich von dem des glasartigen Kohlenstoffes sehr unterscheidet. Die hderung der scheinbaren Dichte bis 1800°C ist praktisch gleich der beim Zellulose-Kohlenstiff bekannten (0,05-0,1).(4) Das Auftreten eines solchen Maximums denen, sogenannten stoffen.
i I.1 0
ist gut bekannt bei verschieharten und weichen Kohlen-
1000
31
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Behandlungstemperatur,
“C(HTT)
ABB. 1. Anderung der wahren Dichte und des Raumgewichtes durch Hochtemperaturbehandlung.
Behandlungstemperatur,
‘C
2. hderung des spez. elektr. Widerstandes und der W%melei&higkeit durch Hochtemperaturbehandlung.
ABB.
2.3 Spezifischer elektrischer Widerstand und W&me-
leitfCh&keit In Abb. 2 wird die Abhtigigkeit des spez. elektr. Widerstandes von der Behandlungstemperature wiedergegeben. Der elektr. Widerstand wurde dabei durch Messung des Spannungsabfalles bestimmt. Die Abb. 2 gibt such die Abhtigigkeit der WIrmeleitfihigkeit wieder, wie sie an Proben von 5 x 5 x 50 mm nach der normalen KohlrauschMethode erhalten wurde, Die Abb. 3 zeigt die Abtingigkeit des elektr. Widerstandes von der Temperatur, bei der die Bestimmung durchgefiihrt wurde. Der elektr. Widerstand weist eine geringere Abtingigkeit von der Behandlungstemperatur auf, als die Wgirmeleitfihigkeit. Dies scheint der hderung bei gut-graphitierenden Kohlenstoffen bis ungefshr 1800°C Behandlugstemperatur zu entsprechen, wegen dieser schlechten Graphitierungsfihigkeit. Der Unterschied des elektr. Widerstandes zwischen 700 und 900°C von dem Widerstand des Zellulose-Kohlenstoffes~4) scheint dem Unterschied der Hitzzerstellung zu entsprechen. Aber bei Temperaturen iiber 1000°C zeigen beide
EIGENSCHAFTEN
UND
VERWENDUNG
VON
GLASARTIGEM
KOHLENSTOFF
255
die Werte der in Abb. 4 eingetragenen gestrichelten Kurve. Es ist bemerkenswert, daO man durch eine chemische Einwirkung eine Verbesserung erzielen kann. Da jedoch bereits ein winziger Fehler (kleine Pore) auf die Festigkeit entscheidenden EinfluB zu haben scheint, schwankt die Festigkeit wie beim Glas in weiten Grenzen. Die Festigkeitwerte sind kleiner als die des Zellulose-Kohlenstoffes, allerdings ist der Vergleich wegen Verwendung verschiedener Probenformen jedoch nur schwierig definierbar. (Es wird vermutet, daR-infolge des Herstellungsverfahrens fiir Zellulose-Kohlenstoff -fiir die Bestimmung der Festigkeit von Zellulose-Kohlenstoff Rohre verwendet wurden.) Aber such die gemessenen Festigkeit des glasartigen Kohlenstoffes sind wesentlich hoher als die des normalen Graphits. 2.5 Elastizitiitsmodul In der Abb. 5 ist die Abh?ingigkeit des Elastizitatsmoduls von der Behandlungstemperatur wieI
I
1.0 Rez~prokwerl
h3B.
2,o
der absoluten
3.0
Bestlmmungs
tcmperatur,
I/T”KxIO-~
3. Abhangigiket des spez. elektr. Widerstandes van der Bestimrnungstemperatur.
Kohlenstoffarten, glasartiger Kohlenstoff und Zellulose-Kohlenstoff, ein Phnliches Verhalten des elektrischen Widerstandes. Jedenfalls unterscheiden sich glasartiger Kohlenstoff und Zellulose-Kohlenstoff in diesen beiden Eigenschaften sehr stark vom iiblichen Elektrographit. Was das Verhnltnis vom elektr. Widerstand zur WIrmeleitfahigkeit betrifft, so gehort der galsartige Kohlenstoff bei Betrachtung der K-C Kurven von OKADA zu der schlecht-graphitierbaren Gruppe, diesichvon der Kurve fur gut-graphitierende Kohlenstoffe ziemlich unterscheidet. 2.4 Biegefestigkeit Wie aus Abb. 4 hervorgeht, zeigt such die Biegefestigkeit ein Maximum. Der glasartige Kohlenstoff kann durch eine neuartige chemische Behandlung in seinen Festigkeitseigenschaften verbessert werden. In diesem Fall hat man eine geringste Verbindung als ein Zusatz zum Rohstoff gebraucht.(i4) Er zeigt nach dieser Behandlung
Behandlungstemperatur,
“C
4. hderung der Biegefestigkeit durch Hochtemperaturbehandlung (ausgezogene Kurve: ohne weitere Behandlung; gestrichelte Kurve: nach chemischer Behandlung). ABB.
S. YAMADA,
256
dergegeben. Der E-Modul wurde nach der normalen, fiir Graphitformkiirper iiblichen Methode bestinnnt. Trotz der oben erwahnten unterschiedlichen Biegefestigkeit von glasartigem Kohlenstoff und Zellulose-Kohlenstoff ist der Elastizit;itsmodul fiir beide praktisch gleich. Ein Unterschied im Temperaturbereich zwischen 700 und 900°C scheint durch den unterschiedlichen Stand der thermischen Zersetzung in diesem Bereich verursacht zu sein, wie im Fall an 2.2. Die Abhangigkeit des E-Moduls von der Bestimmungstemperatur, wie sie im Japanischen Atomenergie Forschungsinstitut durchgefiihrt wurde, ist ebenfalls bekannt.(’ 5,
H. SAT0
und T. ISHII
~X-X-X-X-X~X-X-
60 .
50 -
l. -.-~o--.-
VIGKI
l--
\
2.6 Vohmen- und Gewichtsabnahme Wahrend der Hochtemperaturbehandlung erfolgt eine Volumen- und Gewichtsabnahme, wie sie in Abb. 6 wiedergegeben ist. Abbildung 6 zeigt deutlich das unterschiedliche Verhalten von glasartigem Kohlenstoff und Zellulose Kohlenstoff. Besonders deutlich ersieht man hier die wesentlich starkere Abnahme in Gewicht,
“E 3 2 3
2000
-
z =0 .C .g
500
1000
1500
I 2000
Behandlungstemperatur,
2500
31 DO
“C
ABB. 6. Anderung von Gewicht und Dimensionen durch Hochtemperaturbehandlung (L; LZnge v; Volum, G; Gewicht, GK; glasartiger Kohlenstoff, ZK; Zellulose-Kohlenstoff).
2.7 RSntgenfeinstruktur- Untwsuchung
4 w
1000
-
:
OQS’ I
0
1000
I
5. kderung
0
2000
Behandlungstemperatur. Ase.
0
Lange und Volumen des Zellulose-Kohlenstoffes. Trotz dieses Unterschiedes sind die beiden Kohlenstoffarten in den oben erwahnten Eigenschaften sehr iihnlich. Es besteht jedoch ein betrlchtlicher Unterschied in der Mikrostruktur, wie wir im folgenden noch sehen werden. Derart groDe Anderungen von Gewicht und Dimension erfordern besondere Temperatur-Behandlungsmethoden und verursachen natiirlich such eine Beschrankung beziiglich der Exaktheit der Abmessungen.
300
x
I
20
‘C
des ElastiziWsmoduls temperaturbehandlung.
durch Hoch-
Zur kristallographischen Untersuchung des glasartigen Kohlenstoffes wurde ein FeinstrukturRijntgenapparat “Geigerflex” verwendet. Die KristallitgriiBen L, (= D,,,) und L, (= Dooz) wurden aus den unkorrigierten Linien bestimmt, weil die Beugungslinien so breit waren, daB eine Korrektur vernachlassigt werden konnte. Der Gitterabstand C’s jedoch wurde aus der (002)Linie nach Korrektur mit der entsprechenden Linie des Naturgraphits ermittelt. Andererseits kann man die Abmessungen des kondensierten polyzyklischen Molekiils nach der Methode von DwoN#~) berechnen. Die Abb. 7 zeigt die
EIGENSCHAFTEN
UND VERWENDUNG
VON GLASARTIGEM
KOHLENSTOFF
2.57
100 -
90
-
80 -04
70 r m
60 -
s _p
so-
40 --
_&-r-_-o-.-
30 20 -o-o= 10 500
I
I
1000
1500
I 2000
Eehandlungstempe~t~r,
2500
1 3000
“C
ABB. 7. Anderung der kristallographischen Parameter durch Hochtemperaturbehandhmg.
Daten von der Behandlungstemperatur. Eine andere Art(16) der Darstellung zeugt die Abb. 8. Hier wird A als der monoatomare amorphe Kohlenstoff und P als der aliphatische (kettenPhnliche) Kohlenstoff definiert. Deshalb bedeutet in Abb. 8, A + I’, gem23 dieser Defination den
Abh&xgigkeit der kristallographischen
!
I
::;-~, 500
i‘--_ j 1000
1500
2000
Behandlungstemperatur, ‘C ABK 8. hdenmg dea Gehaltes an ungeordneten Bereichen durch Hochtemperaturbehandhmg.
Anteil an nicht-graphitischem Kohlenstoff. Noch ausgeprggter ist die Abtingigkiet der durchschnittlichen KristallitgriiDe des Graphits von den A + P -Werten aus Tabelle 1 zu ersehen. Im allgemeinen hat der glasartige Kohlenstoff Zhnlich dem Zellulose-Kohlenstoff(4) und dem Yitreow Carbon(‘) sehr kleine Kristallitabmessungen L, und L, und einen sehr grol3en Gitterabstand Co. Generell sind schelcht-graphitierende Materialien in diesen Eigenschaften sehr stark abhangig von den Temperaturbedingungen-Aufheizgeschwindigkeit, Verweilzeit usw.-und deshalbkonnen Zellulose-Kohlenstoff, F’;t,eow Carbon und glasartiger Kohlenstoff nur schlecht verglichen werden. Tatslchlich zeigen die Werte der 3OOO”CProbe, die unter anderen Bedingungen hergesteilt wurde, wie aus Abb. 7 hervorgeht, ein ganzlich anderes Verhalten. NODA und Mitarbeiter haben an Proben von dem glasartigen Kohlenstoff, die unter Ihnlichen Bedingungen wie die oben erw&ten hergestellt wurden, L,, L, und C, mit einer anderen Apparatur bestimmt.f”) Sie haben dabei praktisch die gleiche AbhPngigkeit gefunden. Andererseits ist es jedoch interessant, daB eine Ubereinstimmung der A + P -Werte (in %) der Abbildung 8 mit dem Gehalt an ungeordneter
S. YAMADA,
258
H. SAT0 und T. ISHII
TABELLE 1. ZUNAHME DBRKRISTALLITGR~SSB MIT DBRBEHAN~LUNG~~IZMPZZ~ATUR
Behandlungatemperatur (“C)
Der Aromatische
5,8 8,4 10 15 20 30
A A A A A A
900
600
800
10,s 20,4 19,s 098 0 381
0 1418 14,o 23;4 25,l 13,s 0 521
23,s 22,2
256 21,s
1000
1500
0
0
2000 0
17,9 6,7 595
723 21,3 20,o 11,7 797
23 14:l? 697 256
496 23,2 19,2 10,2 20,9
17,0 13,9
17,s X4,6
14,0 8,3
13,6 8,l
‘I’MBLLB2. REINHEITDEBCLASARTIGBN KOHLENSTO~F~~
a GK-20; normal auf 2000°C erhitar, GK-30s; b nicht nachweisbar.
auf 3000°C erhitzt unter chemischer Behandlung.
Struktur (in yI), wie er von NODA und Mitarbeitern@” aus der Linienverbreitungbestimmt wurde,
ist, wie die des normalen
Graphits,
ist die Schlag-
festigkeit, wie Tabelle 3 zeigt, bei beiden ungefahr
Zur Bestimmung der Reinheit des glasartigen Kohlenstoffes wurde eine spektrometrische halbquantitative Untersuchung durchgefiihrt; die Er-
gleich grof3 und etwas grof3er als bei Glas; sowohl in der Schlagfestigkeit als such in der hohen HPrte und Biegefestigkeit ist glasartiger Kohlenstoff dem Glas sehr tinlich. Es wurden such einige Eigenschaften untersucht, die man beim normalen Graphit praktisch nicht kennt, sondern nur beim Glas. Zum Beispiei hat TSUZUKU und Mitarbeiter eine Abhlngigkeit
gebnisse sind in Tabelle 2 aufgefiihrt. Es mag von der Art der ~erwendun~ abMngen, ob die in
des inneren Reibungskoeffizienten von der Bestimmungstemperatur gefunden.(i7) Auch die oben
Tabelle 2 aufgefiihrte Reinheit ausreichend ist. Auch ween der Gehalt an Verunreinigungen dem des normalen Graphits gleich kommt, so scheint doch der EinfluB der Verunreinigungen beim glasartigen Kohlenstoff wegen seiner aurjerordenthch kompakten Struktur weniger ins Gewicht zu
erwahnte und in Abb. 4 gezeigte chemische Nachbehandlung war vom Gesichtspunkt der Glas-Chemie durchgefiihrt worden. Die physikalische und chemische Betrachtung des glasartigen
nur fur Behandlungstemperaturen tiber 1500°C erhalten wurde. Zur K&rung sind jedoch noch weitere Untersuchungen erforderlich. 2.8 R~~h~.~
fallen, als beim normalen Graphit.
TABELL~3. SCHLAG~S~IG~I~VONGLASARTIGEM KOHLENSTOF~ IM VBRGLEICH MIT NORMALEM GRAPHITmm GLAS
2.9 Schlugfestigkeit Die Schlagfestigkeit
von glasartigem Kohlenstaff, normalem Graphit und Glas wurde an Proben gleicher GriiSe, 3 x 10 x 55 mm, mit der sIs JIS (Der Jspsnische Industrielle Standard) -B-7703, -7712, -7722 bezeichneten Methode bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zussmmengestellt. Obwohl die Biegefestigkeit des gIsssrtigen Kohlenstoffes etwa 5 bis 6 mdl SOgroR
Material GK-10 (auf 1300°C erhitzt) GK-20 (auf 2000°C erhitzt) GK-30 (auf 3OOO’Cerhitzt) Graphitelektrode Graphitbiirste Fensterglas
Charpyscher Wert
ABIL 9. Verschiedene
FormkGrper
aus glasartigem
Kohlenstoff.
[facingp.
258
EIGENSCHAFTEN
UND
VERWENDUNG
VON
GLASARTIGEM
KOHLENSTOFF
259
TABELLB 4. B~&&DXGKBIT IN EINIGEN OXYDATIONSNII~ Gewichtsabnahme(O/Jnach 50 Tagen bei 20 f 5°C GK-10
GK-20
GK-30 ,
98%HsS04 + 20XHzS04 + 6O%H&Os-+ 2O%HNos +
60%HNOs (1:l 2OXHNOs 11:l 35cHCl - il:l 20%HCl (1:l
Vol) Voll Volj Vol)
0,12-0,18 0.03-0.06 0;04-0;05 0,03-0,10
I
gegen thermische
Schockbean-
2.11 Besttind@keit gegen Oxydationsmittel Ein Beispiel iiber die Oxydationsrate im LuftStrom bei 800°C wurde bereits veriiffentlicht.(” Auf die ausfiihrliche Wiedergabe wieterer Ergebnisse sol1 im Rahmen deiser Arbeit jedoch verzichtet werden. Die BestZndigkeit gegen einige andere Oxydationsmittel nach einer Behandlungsdauer von 50 Tagen bei 20 f 5°C ist in Tabelle 4 aus der prozentualen Ge~ch~abn~e zu ersehen. Im Fall a) -Behandlungen waren verschiedene Formstiicke
Wie im folgenden gezeigt wird, ist diese Bestindigkeit, zum Unterschied von Glas, ziemlich gut. Es wurden einige einseitig verschlossene Rohre (S/S Cpx 100 mm) in einem Ofen im Stickstoffstrom pliitzlich auf 2000°C aufgeheizt und nach einer MinuteineineKokspulversch~ttung von Raumtemperatur eingebracht. Diese Behandlung wurde 10 ma1 wiederholt. In gleicher Weise wurde ein anderer Tiegel (20,5/15,5 Q, x 30 mm) behandelt. Alle Proben blieben unversehrt. Bei einer
TABELLE5. ZUS~~BNFASSUNG DBR Anwendungsgebiet
0,8-1,l 0,5-1,2 0.01-0,02 0,05-0,06
anderen Priifung wurde dieser Tiegel auf 1000°C aufgeheizt und dann mit kaltem Wasser abgekiihlt. Dieser Versuch wurde 5 mal wiederholt. Auch dabei wurde die Probe nicht zerstart.
Kohlenstoffes als einen glasartigen Stoff scheint sehr wichtig zu sein fiir die Beurteilung seiner Struktur. 2.10 Bestiindigkeit qrwhung
0,19-0,27 0,19-0,20 0,12-0,15 0,12-0,14
~~E~UNG
DEBG~S~TXGENKOHL~STOFFES
Prozentsatza
Formen
Haibleiter
38,0
Schmelztiegel, Schiffchen, Stibe, Scheibchen, PIlttchen, Rohre, Unterlagen, Pulver, usw.
MetalIurgie
33,2
Schmelztiegelb, Schiffchen, Scheihen, usw.
Kerntechnik Mechanische
Beanspruchung
GIas- u. Keramik-Industrie Chemische Industrie, Raketen-Industrie u. Grundlagenforschung
Stiihe,
498
Rohre, Tiegel usw.
60
Ringe, PlHttchen, Rohre, usw.
3,~
Tiegel, Rohre, Pliittchen, usw.
14,s
alle Formen
a VerhiiItnis zum Gesamteinsatz von glasartigem Kohlenstoff * Die Anwendung in Verhindung mit normalem Graphit, zum Beispiel als doppelwandiger Tiegel, ist vorteilhaft, weil der glasartige Kohlenstoff gegenwiirtig nur mit Wands&ken von maximal 3 mm hergestellt werden kann.
S. YAMADA, H. SAT0 und 1’. lSHl1
260
normalen Tagen. ~~~~~
Graphits
vBllig zerfallen,
nach
nur
2
Diese hohe Oxydationsbestlndigkeit des Kohlenstoffes zeigt such der Yitreom
Viele andere Eigenschaften werden von verschiedenen Gesichtspunkten her weterhin untersucht. 3. ANWBNIXJNG
Da der glasartige Kohlenstoff einen vallig neuartigen Werkstoff darstellt, m&ten wir nach seiner Erfindung Anwendungsgebiete zu erschliessen versuchen. Seitdem wir galsartiger Kohfenstoff in technischem M&stab herstellen, konnten wir verschiedene Anwendungsgebiete finden. Abbildung 9 zeigt BeispieIe der verschiedenen praktischen Formen des glasartigen Kohlenstoffes, wie er in unserer Firma hergestellt wird. Die verschiedenen Formen und ~wendun~gebiete sind in Tabelle 5 nach dem Stand 1963 zusammengefaf3t. Eine spltere Ausweitung der Anwendungsgebiete ist zwar bemerkenswert, sie liegt aber noch immer in den Anftingen. Die Anwendungen in der Metallurgie und in der H~bleiter~ndustrie sind von der Art des Metalles und den Betriebsbedingungen abhiingig. Seine hohe Bestindigkeit gegen thermische Schockseine aui3erordentlich niedrige behandlungen, Permeabilitit scheinen zusammen mit seinen giinstigen elektrischen Eigenschaften fiir die praktische Verwendung des glasartigen Kohlenstoffes von Vorteil zu sein. In der Kern- und Raumfahrttechnik scheint dieser Kohlenstoff als interessantes Material betrachtet zu werden. Die Forderung der Metallindustrie nach hijherer Reinheit diirfte ebenfalls erfiillt werden. Dariiber hinaus ist zu erwarten, da8 der glasartige Kohlenstoff als neuartiges Material weitere Anwendungsgebiete finden und beim Studium des Graphits eine wichtige Rolle spielen wird.
Anerkennungen-Zum S&IUD mi5chten die Verfasser der Direktoren der Firma Tokai fiir ibre freundliche Unterstitzung und die ErIaubnis diesen Beitrag zu ve~~ntlichon, den herzlichsten Dank aussprechen. LITERATUR 1. YAMADA S. und SAT; H., Nature 193, 261 (1962); r. C&m. Gesell. 7aaan. Abt. Ind. Chem. (Icohpyoft -Ku&u Zasshi) 63, i139 (1962); Chem. Ce&. @62, 9269. 2. DAVIDSONH. W., (GEC), BP. 860, 342 (1961); 889, 351 (1962). 3. DAVIDSONH. W., Nut. Eng. 159 (1962). 4. DAVIDSON H. W. und Losry H. H. W., GECJournal 30,22 (1963). 5. BX.AKBLoCKH, D. und ARNO C., Prowdings of ihe S&h Curbon Conference, Abstract 43 (1963f. _ 6. PHILLIP M. und Losm H. H. W.. Presented at the Sixth Carbon Conference, Abstract 58 (1963). B. und COWLARD F. C., 7. LIXWIS J. C., REDm
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@Cohgyoh &ga?zuZa.wh&
- -
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