CH459041A

CH459041A - Process for connecting graphite parts with parts made of silicon carbide, quartz glass or graphite

Info

Publication number: CH459041A
Application number: CH93166A
Authority: CH
Inventors: Nat Rubisch Ottmar Dipl-Ch Rer; Schmitt Reinhold
Original assignee: Sigri Elektrographit Gmbh
Priority date: 1965-01-25
Filing date: 1966-01-24
Publication date: 1968-06-30
Also published as: DE1231151B; GB1109704A; FR1465280A

Description

       

  Verfahren zum Verbinden von Graphitteilen  mit Teilen aus Siliziumkarbid, Quarzglas oder Graphit    Die vorliegende Erfindung betrifft ein     Verfahren    zum  Verbinden von Graphitteilen mit Teilen aus Silizium  karbid, Quarzglas oder Graphit mit Hilfe eines Lotes aus  einem Metallsilizid.  



  Es ist bereits bekannt, dass zwei Kohlenstoffkörper,  z.B. aus Graphit miteinander verbunden werden kön  nen, indem Silizium bzw. Metallsilizide, wie z.B. Silizide  des Molybdäns, Wolframs, Titans, Zirkons, Tantals oder  Chroms, in geschmolzenem Zustand unter nicht oxy  dierenden Bedingungen zwischen die zu verbindenden  Flächen der Körper gebracht werden und anschliessend  abgekühlt werden. Die Aufbringung der Metallsilizide  bzw. des Siliziums kann entweder durch Tauchen in die  Schmelze oder aber auch durch Aufbringen des Lotes  in festem Zustand, z.B. in Form einer Suspension, erfol  gen. Wird eine solche Verbindungsstelle längere Zeit  höheren Temperaturen, z.B. 800  C, ausgesetzt, so tritt  eine Reaktion des Metallsilizids mit dem Kohlenstoff  zu Siliziumkarbid ein.

   Gleichzeitig steigt die Durchläs  sigkeit der Verbindungsstelle für Gase derart an, dass  eine Verwendung für Zwecke, in denen eine gasdichte  Verbindung verlangt wird, nicht mehr infrage kommt.  



  Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu  grunde, eine gasdichte Verbindung zwischen Graphit  teilen und anderen Teilen aus Graphit, Siliziumkarbid  oder Quarzglas herzustellen, die auch bei länger dauern  der Beanspruchung unter hohen Temperaturen ihre  Gasdichtheit beibehält. Derartige Verbindungen werden  vor allem benötigt für Reaktorzwecke. Die Verbindung  soll zu diesem Zweck bei hohen Temperaturen     oxyda-          tions-    und temperaturwechselbeständig sein.  



  Diese Aufgabe wird durch ein     Verfahren    der ein  gangs beschriebenen Art gelöst, bei dem     erfindungsge-          mäss    die zu verbindenden Graphitflächen vor     Auftra-          gung    des Lotes mit einer diffusionshemmenden Schicht  aus Karbiden überzogen werden. Diese Karbidzwischen  schicht verhindert eine Reaktion des Metallsilizidlotes  mit dem Kohlenstoff, so dass auch bei länger dauernder    Hochtemperaturbeanspruchung die Gasdichtheit der  Verbindung erhalten bleibt. Ein weiterer Vorteil der Er  findung besteht noch darin, dass die Karbidzwischen  schicht das Eindringen des geschmolzenen Lotes in die  Poren der zu verbindenden Kohlenstoffteile vermindert.  Hierdurch wird der Lotverbrauch erheblich herabge  setzt.  



  Als besonders geeignet haben sich Titan-,     Zirkon-          oder    Niobsilizide einzeln oder zu mehreren als Lot er  wiesen. Entsprechend besteht die Karbidzwischenschicht  vorzugsweise aus Karbiden des Titans, Zirkons, Niobs  oder des Siliziums,     wiederum    einzeln oder zu mehreren.  



  Die Ausbildung der Karbidzwischenschicht auf der  Verbindungsfläche der zu verbindenden Graphitteile er  folgt am einfachsten dadurch, dass das entsprechende  Metallsilizid auf die Graphitfläche aufgetragen wird und  diese hierauf einer Wärmebehandlung unterworfen wird,  wobei das Metallsilizid mit dem Kohlenstoff unter Bil  dung von Karbiden reagiert. Zweckmässigerweise wird  für die Herstellung der Karbidschicht das gleiche Silizid  aufgetragen, das im folgenden Arbeitsschritt auch als  Lot verwendet wird.  



  Die Karbidzwischenschicht soll vorzugsweise eine  Dicke von 1 bis     40.i,    insbesondere 5 bis 25     p    und eine  Permeabilität von K = 10-7 bis 10-1 cm=/ sec aufweisen.  



  Zur Herstellung der Verbindungsstelle zwischen den  verschiedenen Graphitteilen bzw. den Graphit- und Si  liziumkarbid oder Quarzglasteilen hat es sich als     zweck-          mässig    erwiesen, das Metallsilizidlot, ggf. mit einem Zu  satz von 50     Gew.%    des entsprechenden Metallkarbids,  pulverförmig auf die zu verbindende Stelle aufzubringen  und dort indirekt kurzzeitig bis zum Schmelzpunkt des       Silizid    s zu erhitzen.  



  Die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer  Vorteile erfolgt nun anhand eines     Ausführungsbeispieles.     <I>Ausführungsbeispiel</I>  Ein Rohr aus     ESw-.Graphit    mit einem Aussendurch  messer von 20 mm und einer Wandstärke von 2 mm      sollte durch Auflöten eines Graphitplättchens ebenfalls  aus ESw-Graphit dicht verschlossen werden. Solche  Röhrchen 1 sind in Fig. 1 und 2 zusammen mit den  verschliessenden Graphitplättchen 2 dargestellt. Die zu  verbindenden Flächen wurden mit einer Aufschlemmung  von Titansilizid in einer 2%igen Polyvinyllösung in  Wasser bestrichen und hierauf unter Argonspülung etwa  1 Stunde lang auf 1700  C erhitzt. Hierbei wird das  aufgebrachte Titansilizid fast vollständig in Karbid um  gewandelt.

   Dann wurden die Verschlussplättchen auf  einer Seite nochmals mit einer Aufschlemmung von     Ti-          tansilizid    in einer 2%igen Polyvinylwasserlösung be  strichen und auf das Rohr 1 aufgesetzt. Nach einer  kurzen Trocknung wurden die beiden oberflächlich an  einander haftenden Teile unter Argonspülung auf 1600 C  erhitzt und     1/2    Minute lang auf dieser Temperatur ge  halten. Die Aufheizzeit betrug ca. 1/2 Minute, die Ab  kühlzeit ca. 3 Minuten. Die Messung der Permeabilität  ergab einen Durchschnittswert von 4,8 X l0-4 cm2/sec.  Zur Feststellung der Hochtemperaturfestigkeit der Ver  bindung wurden die so verschlossenen Rohre 500 Std.  lang unter Argonspülung auf 800  C gehalten.

   Eine hier  nach vorgenommene Messung der Permeabilität ergab,  dass sich diese nicht verändert hatte.



  Method for connecting graphite parts to parts made of silicon carbide, quartz glass or graphite The present invention relates to a method for connecting graphite parts to parts made of silicon carbide, quartz glass or graphite with the aid of a solder made from a metal silicide.



  It is already known that two carbon bodies, e.g. made of graphite can be connected to one another by using silicon or metal silicides, e.g. Silicides of molybdenum, tungsten, titanium, zirconium, tantalum or chromium are brought in a molten state under non-oxidizing conditions between the surfaces to be connected of the body and are then cooled. The application of the metal silicides or the silicon can either be done by dipping into the melt or by applying the solder in a solid state, e.g. in the form of a suspension. If such a joint is used at higher temperatures for a long time, e.g. If exposed to 800 C, the metal silicide reacts with the carbon to form silicon carbide.

   At the same time, the permeability of the connection point for gases increases to such an extent that it can no longer be used for purposes in which a gas-tight connection is required.



  The present invention is based on the object to share a gas-tight connection between graphite and other parts made of graphite, silicon carbide or quartz glass, which retains its gas-tightness even with prolonged exposure to high temperatures. Such compounds are required above all for reactor purposes. For this purpose, the connection should be resistant to oxidation and temperature changes at high temperatures.



  This object is achieved by a method of the type described at the beginning, in which, according to the invention, the graphite surfaces to be connected are coated with a diffusion-inhibiting layer of carbides before the solder is applied. This intermediate carbide layer prevents the metal silicide solder from reacting with the carbon, so that the connection remains gas-tight even when exposed to long-term high-temperature loads. Another advantage of the invention is that the intermediate carbide layer reduces the penetration of the molten solder into the pores of the carbon parts to be joined. This considerably reduces the amount of solder used.



  Titanium, zirconium or niobium silicides have been found to be particularly suitable individually or in groups as solder. Accordingly, the carbide intermediate layer preferably consists of carbides of titanium, zirconium, niobium or silicon, again individually or in groups.



  The easiest way to form the intermediate carbide layer on the connecting surface of the graphite parts to be connected is to apply the corresponding metal silicide to the graphite surface and then subject it to a heat treatment, the metal silicide reacting with the carbon to form carbides. The same silicide is expediently applied to produce the carbide layer that is also used as solder in the following work step.



  The carbide intermediate layer should preferably have a thickness of 1 to 40.i, in particular 5 to 25 µm and a permeability of K = 10-7 to 10-1 cm = / sec.



  To produce the connection point between the various graphite parts or the graphite and silicon carbide or quartz glass parts, it has proven to be useful to apply the metal silicide solder, possibly with an addition of 50% by weight of the corresponding metal carbide, in powder form to the metal to be connected Place and indirectly heat there briefly to the melting point of the silicide.



  The invention and its advantages will now be explained further using an exemplary embodiment. <I> Exemplary embodiment </I> A tube made of ESw graphite with an outside diameter of 20 mm and a wall thickness of 2 mm should be tightly sealed by soldering on a graphite plate also made of ESw graphite. Such tubes 1 are shown in FIGS. 1 and 2 together with the closing graphite platelets 2. The surfaces to be connected were coated with a slurry of titanium silicide in a 2% polyvinyl solution in water and then heated to 1700 ° C. for about 1 hour while flushing with argon. Here, the applied titanium silicide is almost completely converted into carbide.

   Then the sealing plates were again coated on one side with a suspension of titanium silicide in a 2% polyvinyl water solution and placed on the tube 1. After a short drying period, the two superficially adhering parts were heated to 1600 C under argon and kept at this temperature for 1/2 minute. The heating time was about 1/2 minute, the cooling time from about 3 minutes. The measurement of the permeability gave an average value of 4.8 × 10-4 cm2 / sec. To determine the high-temperature strength of the connection, the tubes closed in this way were held at 800 ° C. for 500 hours under an argon purge.

   A measurement of the permeability carried out here after showed that it had not changed.

Claims

PATENT CLAIM Process for connecting graphite parts with parts made of silicon carbide, quartz glass or graphite with the help of a solder made of metal silicide, characterized in that the graphite surfaces to be connected are coated with a diffusion-inhibiting layer of carbides before the solder is applied. SUBClaims 1. The method according to claim, characterized in that titanium, zirconium or niobium silicide is used as solder. 2. The method according to claim, characterized in that the carbide layer is formed from carbides of Ti tans, zirconium, niobium or silicon individually or in groups. 3.

A method according to patent claim, characterized in that, in order to form the carbide layer, a silicide layer is applied to the graphite surfaces to be connected, and a heat treatment is carried out thereupon, the carbide layer being formed. 4. The method according to dependent claim 3, characterized in that the same silicide is applied for the formation of the carbide layer that is also used as solder. 5. The method according to claim, characterized in that the carbide layer is produced in a thickness of 1 to 40 11, preferably 5 to 25 #t. 6th

Method according to patent claim, characterized in that the metal silicide solder is applied in powder form to the point to be connected and indirectly heated briefly to the melting point of the silicide.