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DE1469489A1 - Carbon wires with improved resistance to oxidation and methods of making the same - Google Patents

Carbon wires with improved resistance to oxidation and methods of making the same

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Publication number
DE1469489A1
DE1469489A1 DE19641469489 DE1469489A DE1469489A1 DE 1469489 A1 DE1469489 A1 DE 1469489A1 DE 19641469489 DE19641469489 DE 19641469489 DE 1469489 A DE1469489 A DE 1469489A DE 1469489 A1 DE1469489 A1 DE 1469489A1
Authority
DE
Germany
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threads
carbon
carbide
coating
zirconium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19641469489
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German (de)
Inventor
Carlos L Gutzeit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BP Chemicals Hitco Inc
Original Assignee
BP Chemicals Hitco Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by BP Chemicals Hitco Inc filed Critical BP Chemicals Hitco Inc
Publication of DE1469489A1 publication Critical patent/DE1469489A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Description

PATENTANWÄLTE η STuTTGART λ IJ. Nov. 1964PATENTANWÄLTE η STuTTGART λ IJ. Nov. 1964 DR.-ING. WOLFF, BARTELS, DR. BRANDES 48/^9 lange strasse 51DR.-ING. WOLFF, BARTELS, DR.BRANDES 48 / ^ 9 long street 51

TELEFON: »«10 und 2972« TELEX: 0722312TELEPHONE: »« 10 and 2972 «TELEX: 0722312

ReK. Nr. 119 516ReK. No. 119 516

H. I. Thompson Fiber Glass Co., 1600 West 135th Street, Qardena, Staat Californien, Vereinigte Staaten von AmerikaH. I. Thompson Fiber Glass Co., 1600 West 135th Street, Qardena, State of California, United States of America

Kohlenstoffäden mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation und Verfahren zur Herstellung derselben.Carbon threads with improved resistance to oxidation and methods of making the same.

Die Erfindung bezieht sich auf Kohlenstoffäden verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.The invention relates to carbon threads of improved resistance to oxidation and to a method for making the same.

Fäden aus amorphem Kohlenstoff weisen für verschiedene Anwendungszwecke bessere Eigenschaften auf, als die früher meist benützten Fäden aus anderen Materialien. Kohlenstofffaden werden daher neuerdings in weiteetem Umfang in der Technik von Raketen und Raketenwaffen benütit, da sie die ausgezeichneten Verschleißeigenechaften von Graphit aufweisen und darüber hinaus noch durch eine viel geringere Wärmeleitfähigkeit als Graphit ausgezeichnet sind.Amorphous carbon filaments have various uses has better properties than the threads made of other materials that were mostly used in the past. Carbon thread are therefore recently used to a large extent in the art of rockets and missile weapons, since they the have excellent wear properties of graphite and, moreover, a much lower one Thermal conductivity than graphite are excellent.

Kohlenstoffäden 3ind besonders geeignet für eine Verwen-Carbon threads are particularly suitable for use

• 09901/07 5* BAD°K'ginal• 09901/07 5 * BAD ° K'ginal

dung an solchen Stellen, wo höh· Temperaturen auftreten, da der Sublimationepunkt von Kohlenstoff sehr hoch liegt (über 36OO°C) und da ihre Festigkeit mit sunehmender Temperatur zunimmt. Darüber hinaus sind Kohlenstoffäden gegen chemische Angriffe widerstandsfähig mit der Ausnahme, daß sie von stark oxydierenden Stoffen bei erhöhten Temperaturen, z.B. bei Temperaturen oberhalb 427°C (8000P) angegriffen werden können. Außerdem ist eier elektrische Widerstand von Kohlenstoffäden veränderlich und hängt vnn ihrem Durchmesser, ihrem Oberflächeninhalt und dergl. ab, sodaß Kohlenstoffäden auch entweder als Isolatoren oder als, elektrische Leiter, speziellen Widerstandes für besondere Zwecke verwendbar sind. It is used in places where high temperatures occur, because the sublimation point of carbon is very high (over 3600 ° C) and because its strength increases with decreasing temperature. In addition, carbon fibers are resistant to chemical attack except that they can be attacked by strong oxidizing substances at elevated temperatures, for example at temperatures above 427 ° C (800 0 P). In addition, the electrical resistance of carbon threads is variable and depends on their diameter, their surface area and the like, so that carbon threads can also be used either as insulators or as, electrical conductors, special resistance for special purposes.

Da Kohle.i»t of fäden biegsam und leicht formbar sind und da si« nicht schmieren und abgerieben werden, wie dies bei Graphitfäden und Graphitgewebe der Fall jat, so können sie leicht in die verschiedensten Erzeugnisse verarbeitet werden, wie z.B. zu Stoffen oder üeweben, 'Bougierrohr, zu Vorgarn, zu band, zu Filz, zu Watte und zu losen Fäden, wobei Fäden gleicher oder verschiedener Längen verwendet werden können. Kohlenstoffäden sind in Durchmessern bis zu ungefähr 0,127 mm (0,005") oder darüber hinaus in hoher Reinheit erhältlich.Since carbon threads are often flexible and easily malleable and since they do not smear or rub off, as is the case with graphite threads and graphite fabric, so can they are easily processed into a wide variety of products, such as fabrics or weaving, bougier cane, for roving, ribbon, felt, wadding and loose threads, using threads of the same or different lengths can be. Carbon filaments are in diameters up to about 0.127 mm (0.005 ") or larger high purity available.

BAD ORIGINAL 809901/0754BATH ORIGINAL 809901/0754

Die Analyse eines üblichen Fadens aus amorphem Kohlenstoff ergibt z.B.:The analysis of a common thread made of amorphous carbon shows, for example:

95,2 Kohlenstoff 2£?1 Gew.-*95.2 carbon 2 pounds? 1 wt .- *

Wasserstoff 1,0 Gew.-2Hydrogen 1.0 wt

Sauerstoff 3»3 Gew.-%Oxygen 3 »3 wt .-%

Verunreinigungen 0,5 Gew.-% (Die Verunreinigungen bestehen in diesem Falle hauptsächlich aus Nickel, Kupfer und Zinn mit Spuren von Calcium, Eisen, Silizium, Magnesium und Titan).Impurities 0.5 wt -.% (The impurities are made in this case mainly made of nickel, copper and tin, with traces of calcium, iron, silicon, magnesium and titanium).

in derin the

Kohlenstoffäden können belepielsweise/in der US-Patentschrift No (US-Patentanmeldung Ser.Wo.Carbon threads can be exemplified / in the US patent No (U.S. patent application Ser.Wo.

l60 $05) beschriebenen Weise hergestellt werden. In dieser Patentschrift ist beschrieben, wie nicht thermoplastische Cellulosefäden, wie z.ii» Kunstseidefäden, Wollfäden und dergl. von ihren Heretellung'stoffen gereinigt werden, wie dann anschließend dl· Waschflüssigkeit abgespült wird, die Fäden getrocknet und dann in einer abgeschlossenen Atmosphäre erhitzt werden, indem sie nacheinander immenhöheren Temperaturen auegesetzt werden, um die flüchtigen Bestandteile aus ihnen auszutreiben und die Fäden zu kohlen ohnff daß ihre Fadennatur dadurch zerstört wurde, bei dieser Behandlung wird die Temperatur von ungefähr 149°C (3000F) bis nicht über ungefähr 538°Cl60 $ 05) described above. This patent describes how non-thermoplastic cellulose threads, such as rayon threads, wool threads and the like, are cleaned of their production materials, how the washing liquid is then rinsed off, the threads are dried and then heated in a closed atmosphere by being auegesetzt immenhöheren temperatures in succession to the volatiles expel from them and coals the threads ohnff that its thread Nature was destroyed by this treatment the temperature is not approximately 149 ° C (300 0 F) to over about 538 ° C

gesteigert
(10000FK bei "schrittweise um 11,11 bis 27,78°C (20 bis !500F) erhönter Temperatur, wobei Jeder Temperaturschritt
increased
(1000 0 FK at a temperature gradually increased by 11.11 to 27.78 ° C (20 to! 50 0 F), with each temperature increment

BAD ORiGlNAL 809901/C754 BAD ORiGlNAL 809901 / C754

8 bis 30 Stunden dauert. Anschließend erfolgt eine schlagartige Erhitzung i("flash"firing) auf eine viel höhere Temperatur unter nicht oxydierenden Bedingungen, wie z.B. auf ungefähr 982 bis 1O92°C (18OO-2OOO°F), um die restlichen flüchtigen Bestandteile auszutreiben und e.ine Hitzeschrumpfung der Fäden durchzuführen. Anschließend werden die Fäden bei nichtoxydierenden Bedingungen auf weniger als 149°C (3000F) gekühlt. Würde diese unter genauer überwachung durchgeführte schrittweise Wärmebehandlung mit anschließender, schlagartiger, hoher Erhitzung unterbleiben, dann würden die Kohlenstoffäden dazu neigen, sich in getrennte Teile aufzuspalten und die dabei gebildeten lamellenartigen Formen würden bei einer Anwendung bei erhöhten Temperaturen viel eher dazu neigen sich aufzuspalten. Darüber hinaus setzt die schlagartige Erhitzung auf hohe Temperatur ("flash"firing) die Reaktionsneigung der Kohlenstof fäden herab.Takes 8 to 30 hours. This is followed by a sudden heating i ("flash" firing) to a much higher temperature under non-oxidizing conditions, such as about 982 to 1092 ° C (18OO-2OOO ° F) to drive off the remaining volatile constituents and e.a heat shrinkage to carry out the threads. The filaments in non-oxidizing conditions to less than 149 ° C (300 0 F) to be cooled. If this step-by-step heat treatment, carried out under close supervision, with subsequent, sudden, high heating were to be omitted, then the carbon threads would tend to split into separate parts and the lamellar shapes formed would tend to split apart when used at elevated temperatures. In addition, the sudden heating to high temperature ("flash" firing) reduces the tendency of the carbon threads to react.

Obgleich die gemäß dem vorstehend erläuterten Verfahren hergestellten Kohlenstoffäden gegen die meisten chemischen Angriffe widerstandsfähig sind, s-ie- verschleißfest sind und ihren Aufbau beibehalten, falls sie nicht auf Temperaturen erhitzt werden, die oberhaLb ihres Sublimationspunkt® liegen, so werden solche Kohlenstoffäden doch dann sehr stark angegriffen und erleiden einen starken Gewichtsver-Although the carbon threads produced in accordance with the method described above are resistant to most chemical Attacks are resistant, they are wear-resistant and maintain their structure if they are not heated to temperatures above their Sublimation Point® such carbon threads are then very strongly attacked and suffer a great loss of weight.

lust, wenn sie höheren Temperaturen als ungefähr 427°C 809901/0754 bad OBIG«*«·lust if you have higher temperatures than approx. 427 ° C 809901/0754 bad OBIG «*« ·

(800°P) in Gegenwart von Sauerstoff ausgesetzt sind. Bei solchen Bedingungen neigt der Kohlenstoff der Fäden dazu, mit dem Sauerstoff (z.B. dem Sauerstoff der Atmosphäre) zu reagieren und dabei Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd zu bilden. Dabei verflüchtigt sich der Grundbestandteil der Fäden und es tritt dadurch ein Verlust an Fadenmasse ein.(800 ° P) in the presence of oxygen. Under such conditions, the carbon in the filaments tends to react with oxygen (e.g. the oxygen in the atmosphere) and thereby carbon monoxide and carbon dioxide to build. The basic constituent of the threads evaporates and the thread mass is lost as a result a.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, Kohlenstoffäden verbesserter WiderstandsFähigkeit gegen Oxydation zu schaffen, die auch bei Temperaturen über ungefähr 4270C (800°F) in säuerstoffreicher Umgebung beständig sind und deren Biegeeigenschaften, deren gleichmäßiger Aufbau, deren niedere Wärmeleitfähigkeit, deren Verschleiß- und Abtrageigenschaften ebenso wie ihre Festigkeitseigenschaften und anderen erwünschten, den Kohlenstoffäden eigenen Eigenschaften unverändert sind.The invention is therefore based on the object to provide carbon fibers improved resistance to oxidation, which in säuerstoffreicher environment are stable even at temperatures above about 427 0 C (800 ° F) and the flexural properties, the uniform structure, their lower thermal conductivity, wear thereof - and removal properties as well as their strength properties and other desirable properties inherent in carbon threads are unchanged.

Diese Aufgabe ist egemäÄäer Erfindung durch Kohlenstofffäden gelöst, die auf ihrer Oberfläche einen Karbidüberzug aufweisen, der mit Zirkon oder Titan oder Chrom oder Nickel oder mit einem Gemisch dieser Metalle gebildet, ist," der die Fäden umschließt und mit ihnen verkettet ist* ■·■■■ -This object is according to the invention by means of carbon filaments dissolved, which have a carbide coating on their surface with zirconium or titanium or chromium or Nickel or a mixture of these metals, " which surrounds the threads and is linked to them * ■ · ■■■ -

ORIGINALORIGINAL

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Dadurch, daß der Karbidüberzug die Fäden umschließt und mit ihnen verkettet ist/wird erreicht, daß der Kohlenstoffuntergrund der Fäden durch einen bleibenden Überzug gegen Oxydation geschützt ist, wobei gleichzeitig die erwünschten Eigenschaften von Kohlenstofffäden in vollem Umfang gewahrt bleiben.The fact that the carbide coating encloses the threads and is linked to them / is achieved that the Carbon background of the threads is protected against oxidation by a permanent coating, while at the same time the desired properties of carbon filaments are fully preserved.

Der Erfindung liegt auch die weitere Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Behandeln von Kohlenstoffäden zu schaffen, mittels dessen in besonders vorteilhafter Weise Karbidüberzüge auf den Fäden erzeugt werden können. Diese Aufgabe ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch gelöst, daß die Oberfläche der Fäden mit einem sowohl Kohlenstoff als auch Zirkon oder Chrom oder Nickel oder Titan oder Mischungen aus diesen bei Erwärmung abgebenden Stoff bedeckt wird und daß dieser Stoff bei nicht oxydierenden Bedingungen bei erhöhter Temperatur in ein Karbid übergeführt wird. Dadurch wird erreicht, daß der Karbidüberzug im wesentlichen über die ganze Oberfläche eines jeden Kohlenstoffadens verteilt wird und diesen somit ausgezeichnet schützt. Außerdem tränkt der Karbidüberzug die Fadenoberfläche, d.h. er verteilt sichThe invention is also based on the further object of providing a method for treating carbon threads create, by means of which carbide coatings can be produced on the threads in a particularly advantageous manner. This object is achieved according to a further feature of the invention in that the surface of the threads with both carbon and zirconium or chromium or nickel or titanium or mixtures of these Heat-emitting substance is covered and that this substance under non-oxidizing conditions at increased Temperature is converted into a carbide. It is thereby achieved that the carbide coating essentially over the entire surface of each carbon filament distributed and thus protects it excellently. In addition, the carbide coating soaks the surface of the thread, i.e. it spreads out

- 7 - ■·■-■·- 7 - ■ · ■ - ■ ·

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in die Oberflächenunregelmäßigkeiten der Fäden und wird mit den Fäden bleibend verkettet. Wenn die mit Karbid Überzogenen Fäden einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt werden, wie z.B. Luft, bei Temperaturen über 427°C (800°F), dann wird das Karbid eines jeden Fadens in dasinto the surface irregularities of the threads and will permanently chained with the threads. When the threads coated with carbide are exposed to an oxidizing atmosphere such as air, at temperatures above 427 ° C (800 ° F), then the carbide of each thread will be incorporated into the

entsprechende hitzebeständige Oxyd übergeführt. Dieses ^ refraktäre Oxyd reagiert mit der Atmosphäre nicht und bildet daher einen bleibenden, wirksamen Schutzüberzug, der die Fäden bedeckt und sie gegen Oxydation schützt. Dadurch wird die sonst rasch eintretende Zerstörung von Kohlenstoffäden in stark oxydierender Atmosphäre verhindert. Darüber hinaus wirkt das refraktäre Oxyd nicht nur als chemischer Schutzwall gegen Oxydation sondern außerdem auch als Hitzeschild, der die allgemeine Widerstandsfähigkeit der Kohlenstoffäden verbessert. |corresponding heat-resistant oxide transferred. This ^ refractory oxide does not react with the atmosphere and therefore forms a permanent, effective protective coating, which covers the threads and protects them against oxidation. This will destroy the otherwise quickly occurring Prevents carbon threads in a strongly oxidizing atmosphere. In addition, the refractory oxide doesn't just work as a chemical protective wall against oxidation but also as a heat shield, which increases the general resistance the carbon threads improved. |

Als typisches Beispiel sei folgendes erwähnt: Ein Kohlenstoff gewebe, das durch Reinigen, Spülen und Trocknen von Kunstseide-gewebe hergestellt wurde, das in einer abgeschlossenen Atmosphäre von l49°C (3000F) bis 5380C (10000F) in 27,8°C (500F) betragenden Temperaturschritten· von 8 Stunden Dauer erhitzt wurde und danach bei ungefähr 12O6°C (22000F) 10 Sekunden lang schlagartig erhitzt wurde (*flash firing) wird der im folgenden beschriebenen Behandlung unterzogen: As a typical example, the following may be mentioned: A carbon fabric that has been manufactured by cleaning, rinsing and drying rayon fabric that has been stored in a closed atmosphere from 149 ° C (300 0 F) to 538 0 C (1000 0 F) in 27 , 8 ° C (50 0 F) draw forming temperature steps · was heated 8 hours duration, and thereafter (2200 0 F) was heated for 10 seconds abruptly at about 12O6 ° C (* flash firing), the subject described in the following treatment:

809901/075/.809901/075 /.

U69489U69489

Das Kohleristoffgewebe wird in eine Imprägnierungslösung eingetaucht, die 175 g Chromacetat enthält, d.h. eine Menge die ausreicht, um auf dem fertigen Gewebe einenThe carbon fabric is placed in an impregnation solution immersed, which contains 175 g of chromium acetate, i.e. an amount sufficient to apply a

Chrom/ Karbidüberzug zu bilden, dessen tÄ*omanteil ungefähr 5 Gew..~# aes fertigen Gewebes beträgt. Das KohlensZtoffgewebe absorbiert ungefähr 0,8 ml Imprägnierungslösung pro g des Gewebes. Das Kohlenstoffgewebe wird 20 Minuten lang in der Lösung belassen, dann aus der Lösung genommen, nach Abtropfen der Lösung in Luft bei ungefähr 121°C (25O°P) getrocknet und in einer nicht oxydierenden Atmosphäre geröstet, die in diesem Falle aus Stickstoff besteht, obwohl ein Edelgas wie z.B. Argon, Krypton, Neon oder dergl, ebenfalls verwendet weraen könnte. Die Röstaauer beträgt eine Stunde bei 12000C. Diese Temperatur reicht aus um aus dem Acetat Chrorakarbid zu bilden. Die auf den Fäden des Gewebes gebildete Karbidschicht schließt jeden Kohlenstoffaden gänzlih und dicht ein, ist mit der Oberfläche der Fäden $ verkettet und füllt die Oberflächenunregelmäßigkeiten und Poren der Kohlenstof fäden aus. Anschließend wird das behandelte Gewebe in der nicht oxydierenden Atmosphäre auf Umgebungstemperatur abgekühlt.To form a chromium / carbide coating, the proportion of which is about 5% by weight of the finished fabric. The carbon fabric absorbs approximately 0.8 ml of impregnation solution per gram of the fabric. The carbon fabric is left in the solution for 20 minutes, then removed from the solution, after draining the solution, dried in air at about 121 ° C (250 ° P) and roasted in a non-oxidizing atmosphere, which in this case consists of nitrogen, although a noble gas such as argon, krypton, neon or the like could also be used. The Röstaauer is one hour at 1200 0 C. This temperature is sufficient to form from the Chrorakarbid acetate. The carbide layer formed on the threads of the fabric includes any carbon thread gänzlih and close a, is concatenated with the surface of the threads $ and fills the surface irregularities and pores of the CARBON twine. The treated fabric is then cooled to ambient temperature in the non-oxidizing atmosphere.

In der nun folgenden näheren Beschreibung wird die Erfindung im einzelnen erläutert.In the more detailed description that follows, the invention will be described explained in detail.

1/075/41/075/4

Die einzige Figur zeigt eine graphische Darstellung in der der Widerstand gegen Oxydation von Kohlenstoffäden gemäß der Erfindung veranschaulicht ist.The single figure shows a graph in which the resistance to oxidation of carbon filaments according to the invention is illustrated.

Gemäß den Verfahrensschritten der Erfindung können Koh- μ According to the method steps of the invention, Koh can μ

ienstoffäden in jeder geeigneten Form, z.B. in Form von Matten, Wattebäuschen, Filz, Stoff, Bougierrohr, Vorgespinst, Streifen, oder als lose Fäden oder dergl. behandelt werden um ihren Widerstand gegen Oxydation zu vergrößern. fabric threads in any suitable form, e.g. in the form of Mats, cotton balls, felt, fabric, bougier tube, roving, strips, or as loose threads or the like. Treated to increase their resistance to oxidation.

Die Kahlenstoffäden, die behandelt werden sollen, können in jeder geeigneten Weise hergestellt werden, wie z.B. in der speziellen Weise, die in der bereits vorher erwähnten US. Patentschrift Nr (US.Anmeldung "The sutures to be treated can in any suitable manner, such as in the specific manner described in that previously mentioned US. Patent specification No. (US application "

A
3er.No. 16O 605) beschrieben ist. In jedem Falle sollten die Kohlenstoffäden, die behandelt werden sollen, bereits in fertiger Form vorliegen, d.h. sie sollten bereits einer schlagartigen Erhitzung (flash firing) auf hohe Temperaturen unterzogen woroen sein oder einer vergleichbaren Behandlung, sodaß 3m wesentlichen alle flüchtigen Bestandteile aus ihnen aufgetrieben sind und sie bereits hitzegeschrumpft sind.
A.
3rd No. 16O 605) is described. In any case, the carbon threads to be treated should already be in their finished form, ie they should already have been subjected to flash firing to high temperatures or a comparable treatment so that essentially all volatile constituents have been swept up from them and they are already heat shrunk.

809901/0754809901/0754

- ίο -- ίο -

Dies ist deshalb nötig, da,wenn die erfindungsgemäße. Behandlung an Fäden durchgeführt wird, die noch Feucht tigkeit oder andere vergleichbare flüchtige Bestandteile aufweisen, die i. Austreibung dieser Feuchtigkeit oder der anderen flüchtigen Bestandteile während des Röstschrit· tes erfolgt und dabei.(im Falle von Feuchtigkeit) ein. Hydrolyseeffekt auftritt oder das auf der Oberfläche der. Fäden gebildete Karbid in sonstiger Weise angegriffen wird, wodurch an der Fadenoberfläche Karbidverlust ein-. tritt. Für das erfindungsgemäße Verfahren werden aaher nur Kohlenstoffäden venendet, die bereits fertig wärmebehandelt sind (flash fired), einer Hitzeschrumpfung unterzogen wurden und aus denen im wesentlichen alle flüchtigen Bestandteile bereits ausgetrieben sind. This is necessary because when the invention. Treatment is carried out on threads that still have moisture or other comparable volatile components that i. Expulsion takes place of these moisture or other volatiles during the Röstschrit · tes thereby. (In the case of moisture) a. Hydrolysis effect occurs or that on the surface of the. The carbide formed by the threads is attacked in some other way, as a result of which carbide loss occurs on the thread surface. occurs. For the process according to the invention, only carbon threads are used which have already been heat-treated (flash fired), have been subjected to heat shrinkage and from which essentially all volatile constituents have already been expelled.

Solche Kohlenstoffäden werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem ausgewählten Mittel in Berührung gebracht, das im wesentlichen aus einem $$t<6 Stoff besteht, der bei Erwärmung Kohlenstoff und ein Metall wie Nickel, Chrom, Zirkon, Titan oder Mischungen aus diesen Metallen abgibt. Es hat sich gezeigt, daß diese Metalle besonders wirkungsvolle Schutzüberzüge aus Karbid ergeben, aie sich in gewünschter Weise bereits bei nieaeren Temperaturen erzeugen lassen.According to the method according to the invention, such carbon threads are brought into contact with a selected agent which essentially consists of a $ t <6 substance which, when heated, gives off carbon and a metal such as nickel, chromium, zirconium, titanium or mixtures of these metals. It has been shown that these metals produce particularly effective protective coatings made of carbide, which can be produced in the desired manner even at low temperatures.

BAD ORIGiNAL 80.9901/0754 ORIGINAL BATHROOM 80.9901 / 0754

14694881469488

- li -- li -

Als besonders wichtig sei vermerkt, daß der Behandlungsstoff so gewählt sein soll, daß er bei den Rösttemperatureri Kohlenstoff abgibt, ßodaß der für die Karbidbiluung benötigte Kohlenstoff nicht aus den Kohlenstoffaden, die ja einen verhältnismäßig geringen Durchmesser haben genommen werden muß, sondern aus dem Behandlungsstoff herstammt. Dadurch bleiben die feinen Kohlenstoffäden unversehrt, während auf ihrer Oberfläche gleichzeitig eine Karbidschicht gebildet wird. Wenn dagegen als Kohlenstoffquelle für aie Karbidbildung der Kohlenstoff der Fäden verwendet vird, darm wird durch die Karbidbildung die Fadenoberfläche angegriffen und es tritt ein Verlust an Fadenmasse auf. Da die Kohlenstoffäden gewöhnlich einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser und demgemäß eine verhältnismäßig große Oberfläche aufweisen, würde in diesem Falle ein beachtlicher Teil der Gesaratmasse der Kohlenstoffäden für die Karbidbildung verwandt werden. Bei nachfolgender Verwendung eines solchen Fadens in einer oxydierenden Atmosphäre bei erhöhter Temperatur, z.B. bei einer Temperatur oberhalb iJ27°C (8OQ0F) würde ein wesentlicher Teil der Fadenmasse dadurch verloren gehen, daß das Karbid in das zugehörige refraktäre Oxyd umgewandelt wird und dabei Kohlenstoff in Form von Kohlenoxyden sich aus aar Karbßichicht verflüchtigen würäe. DiesIt is particularly important to note that the treatment material should be selected so that it gives off carbon at the roasting temperature, so that the carbon required for carbide formation does not have to be taken from the carbon filament, which has a relatively small diameter, but comes from the treatment material . As a result, the fine carbon threads remain intact, while a carbide layer is formed on their surface at the same time. If, on the other hand, the carbon of the threads is used as the carbon source for a carbide formation, the surface of the thread is attacked by the carbide formation and a loss of thread mass occurs. Since the carbon threads usually have a relatively small diameter and accordingly a relatively large surface area, a considerable part of the total mass of the carbon threads would be used for carbide formation in this case. Upon subsequent use of such a yarn in an oxidizing atmosphere at elevated temperature, for example at a temperature above iJ27 ° C (8OQ 0 F), a substantial portion of the yarn mass would be lost by the fact that the carbide is converted to the corresponding refractory oxide, while carbon in the form of carbon oxides would not volatilize from aar carbide. this

BAD ORIGINAL 809901/0754BATH ORIGINAL 809901/0754

entspräche jedoch nicht dem Zweck der Erfindung, der ja darin besteht, die Fadenmasse vor Oxydation zu schützen und einen Verlust an Fadenmasse, in Form von flüchtigen Köhlenoxyden zu verhindern.However, this would not correspond to the purpose of the invention, which is to prevent the thread mass from being oxidized protect and prevent a loss of thread mass in the form of volatile charcoal oxides.

Daher ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine äußere Kohlenstoffquelle vorgesehen, die in dem eBehandlungsstoff mit dem ausgewählten Metall vermischt und in innigen Kon-■ takt gebracht wird, um sicherzustellen, daß sich die Bestandteile des Behandlungsstoffes wirksam zu einem Karbidüberzug verbinden.Therefore, according to the method according to the invention, an external carbon source is provided which is contained in the treatment substance is mixed with the selected metal and brought into intimate contact to ensure that the components of the treatment agent effectively into a carbide coating associate.

Die gewählten Metalle Nickel, Titan, Zirkon and Chrom haben die Eigenschaft, daß sie sich leicht bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen aus organischen Verbindungen, in denen sie enthalten sind, abspalten lassen um unter Bildung einer Karbidschutzschicht, die die gewünschten | Eigenschaften der Kohlenstoffäden nicht beeinträchtigt, zu ' reagieren. Mit organischen Verbindungen, die bei Erwärmung die ausgewählten Metalle abscheiden, kann die Karbidschutzschicht auf den Fäden erzeugt werden ohne daß die Kohlenst of fäden geschwächt werden. Außerdem werden durch die verhältnismäßig niedrigen «Temperaturen die Behandlungskosten niedrig gehalten. Wenn organische Verbindungen für das erfindungsgemäße Verfahren benützt v/erden, dann kannThe chosen metals nickel, titanium, zirconium and chromium have the property that they are easily with relatively low temperatures from organic compounds, in which they are contained, can be split off under Formation of a protective layer of carbide that gives the desired | Properties of the carbon threads are not affected, too ' react. With organic compounds that when heated deposit the selected metals, the carbide protective layer can be created on the filaments without the carbon of threads are weakened. In addition, the relatively low temperatures reduce the treatment costs kept low. If organic compounds are used for the process according to the invention, then can

finQQfli/n7c/ BÄD ORIGINAL·finQQfli / n7c / BÄD ORIGINAL

das Zerlegen der Behandlungsstoffe bei Temperaturen in der Größenordniing von ungefähr 10000C vorgenommen werden, während im Gegensatz dazu die.gewöhnlichen Kohlungstemperaturen mindestens ungefähr 150O0C bis 20000C betragen. .disassembly of the treatment substances are carried out at temperatures in the Größenordniing of approximately 1000 0 C, while in contrast, be die.gewöhnlichen Kohlungstemperaturen at least about 150o C to 2000 0 0 C. .

Es kann j ede geeignete j Kohlenst ο ff enthalt ende Verb indung, die außerdem, Metalle, wie Nickel,.-Chrom, .Zirkon, Titan und Mischungen aus diesen, enthält, verwendet werden. Vorzuziehen sind jedoch solche Verbindungen, die leicht, in einem geeigneten, billigen Lösungsmittel, wie z.B.:Wasser löslich sind. Vorzuziehen sind auch solche Zusammensetzungen, die zu einem; viskosen Sirup, konzentriert· werden können, der zu einem glasurähnlichen, im wesentlichen, glatten überzug eintrocknet, im Gegensatz-zu solchen Verbindungen j die leicht kristallisieren und dabei dazu neigen, einen Unregelmäßigen überzug mit ^Inselbildung" zu bilden, besonders an Fäden kleinen Durchmessers wie dies bei Kohlenstoffäden der Fäll ist.Any suitable compound containing carbon can be used, which also, metals such as nickel, .- chromium, .zircon, titanium and mixtures of these can be used. However, preference is given to those connections that are easy to get into a suitable, inexpensive solvent such as: water are soluble. Such compositions are also preferable, which to one; viscous syrup, be concentrated can lead to a glaze-like, essentially, smooth coating dries up, in contrast to those compounds which crystallize easily and thereby tend to form an irregular coating with "islanding" form, especially on threads of small diameter as is the case with carbon threads.

Daher werden vorzugsweise organische Stoffe oder Verbindungen· benützt wie ζ·.Β* Acetate oder Formiate, wie Chrom-'; acetat, Zirkonäc'etat, Zirkanförmi'at:, Nickelacetät, Nickelformiat, Titanoxyd in einer Emulsion, die durch Essigsäure stabilisiert ist und dergl..,Organic substances or compounds are therefore preferably used, such as ζ · .Β * acetates or formates, such as chromium- '; acetate, Zirkonäc'etat, Zirkanförmi'at: Nickelacetät, nickel formate, titanium oxide in an emulsion, which is stabilized with acetic acid and the like ..

BAD ORfQlNALBAD ORfQlNAL

809901/075/»809901/075 / »

Chromacetat und Zirkonacetat werden allgemein eher als Acetatkomplexe betrachtet, wie als echte Verbindungen. Sie können zu viskosen Sirupen konzentriert werden, die als glatter, gleichmäßiger Überzug auf die ganze äußere Oberfläche der Kohlenstoffaden- .die behandeltwerden,sollen, aufgetragen· werden können, der leicht in- die Poren· ..-der Kohlenstoffäden eindringen kann und deren Oberflächenunregelmäßigkeiten ausfüllen kann, so daß .der Überzug mit den Fäden innig verkettet ist. Anders ausgedrückt, solche Verbindungen benetzen die Kohlenstoffäden in gewünschte,^ V/eise und haften an ihnen. Dies ist auch bei den aus die--: sen Verbindungen auf der Fadenoberfläche erzeugten- Karbiden der Fall. ·■_..■.".-.: ^Chromium acetate and zirconium acetate are generally considered to be acetate complexes rather than true compounds. They can be concentrated to viscous syrups, which can be applied as a smooth, even coating to the entire outer surface of the carbon filaments that are to be treated, which can easily penetrate the pores of the carbon filaments and their surface irregularities can fill, so that .the coating is intimately linked with the threads. In other words, such compounds wet the carbon threads in the desired manner and adhere to them. This is also in from die--: erzeugten- sen connections on the thread surface carbides the case. · ■ _ .. ■. ".- .: ^

Nickelacetat ist gewöhnlich, kristallin^ kann_ jedoch:,in . einem geeigneten Lösungsmittel, wie z. B-. Wasser wieder -. .:■ gelöst werden und kann in dieser. Form, verwendet, werden. :,. Eine Emulsion aus Titanoxyd j die durch Essigsäure .stab!-1. lisiert ist, stellt ein Kolloid dar., das in begrenzten ;..;. Bereichen stabil ist und ,das sich bei Erhitzung als aiLles; einschließendes Hydrogel absetzt. Auch, besondere. Formiaibe können vorzugsweise angewendet werden, wie z-.-B. I-J-ickjel.-.-;-:' forraiat-mit-der. Formel . ■- ; ...... , ·--,.-■.■.-. y,-.■-»?-■■;-■■Nickel acetate is common, crystalline ^ can_ however:, in. a suitable solvent, such as. B-. Water again -. .: ■ can be solved in this. Shape, to be used. :,. An emulsion of titanium oxide j .stab by acetic acid - the first is lized, represents a colloid. Which in limited; ..;. Areas is stable and that turns out to be aiLles when heated; trapping hydrogel settles. Also, special. Formiaibe can preferably be used, such as z -.- B. IJ-ickjel.-.-; -: 'forraiat-mit-der. Formula. ■ -; ......, · -, .- ■. ■ .-. y, -. ■ - »? - ■■; - ■■

Ni(HCOO)„·2H„0Ni (HCOO) "· 2H" 0

- -

BADORiGINAL 809901/075A BADORiGINAL 809901 / 075A

das wasserlöslich ist. Chromformiat mit der Formelthat is water soluble. Chromium formate with the formula

Cr(OH)(HCOO)2 Cr (OH) (HCOO) 2

ist eine dunkelgrüne, gerbende Flüssigkeit, die auch für das. erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann. Es ist klar, daß auch jede andere geeignete organische Verbindung, die bei Erhitzung Nickelkarbid oder Chromiikarbid oder Zirkonkarbid oder Titankarbid oder eine Mischung aus diesen bildet» ebenfalls für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wanden kann, wie z, B. ausgewählte organometallische Verbindungen, wie Metallchelate is a dark green, tanning liquid which can also be used for the method according to the invention can. It is clear that any other suitable organic compound which, when heated, is nickel carbide or chromium carbide or zirconium carbide or titanium carbide or a mixture of these forms »also for that method according to the invention can be used, such as B. selected organometallic compounds such as metal chelates

Der Behandlungsstoff wird gewöhnlich in einem geeigneten Medium, z.B. einem Dispergierungsmittel, einem Lösungsmittel oder dergl. verteilt, sodaß es wirksam und gleichmäßig die zu behandelnden Kohlenstoffäden berühren und in ά sie eindringen kann. Wasserlöslich sind beispielsweise Zirkonacetat, Chromacetat, Hickelacetat, Nickelformiat, Chromformiat und bestimmte andere organische Verbindungen. Das Wasser kann nachfolgend durch Verdampfen entfernt werden, z.B. beim Trocknen der mit dem Tränküberzug versehenen Fäden. Wenn ein anderes Lösungsmittel oder Dispergierungsinitt el verwendet wird, mit »dem der Kohlenstoff nicht reagiert, wie z*B. Äthylalkohol und dergl-.The treatment agent is usually in a suitable one Medium, e.g., a dispersant, a solvent or the like so that it can effectively and evenly contact the carbon filaments to be treated and can penetrate into it. For example, they are water-soluble Zirconium acetate, chromium acetate, hickel acetate, nickel formate, Chromium formate and certain other organic compounds. The water can then be removed by evaporation, e.g. when drying the with the impregnation coating provided threads. If a different solvent or dispersing agent is used, that of the carbon does not respond, such as. Ethyl alcohol and the like.

so kann je nach Art des Behandlungsstoffes auch ein Trocknungsschritt durchgeführt werden, um ein solches Lösungsmittel aus dem überzug zu entfernen.thus, depending on the type of treatment substance, a drying step can also be carried out in order to remove such Remove solvent from the coating.

Der Behandlungsstoff liegt in dem Tränkmedium in göeig- W neter Konzentration vor. Die geringste hier geeignete Konzentration ist die, welche einen im wesentlichen ununterbrochenen^ refraktären Karbidüberzug über die ganze äußere Oberfläche der Kohlenstoffäden, die behandelt werden sollen, bei einem einmalig oder mehrmalig erfolgenden Eintauchen der Fäden in das Tränkmedium ergibt. Es hat sich gezeigt, daß abhängig vom Flächeninhalt der Oberfläche der Fäden,der Beschaffenheit der Oberflächenunregelmäßigkeiten der Fäden und anderen Faktoren die MIn h destkonzentration des Behandlungsstoffes und damit die Stärke des die Fäden anschließenden Karbidüberzugs veränderlich ist. Gwöhnlich ist ein Karbidüberzug, dessen Metallanteil mindestens ungefähr 0,5 Gew.-% des fertigen Erzeugnisses beträgt (Karbid plus Kohlenstoffäden) ausreichend dick und bildet einen ununterbrochenen SchutzÜ-überzug, sodaß die darunterliegenden Kohlenstoffäden wirksam gegen Oxydation bei Temperaturen oberhalb 427°C (800°F) geschützt sind. Es können Karbidüberzüge verwendet werden bis hin zu einem Metallanteil von 10 Gew.-% des fertigen Erzeugnisses. Konzentrationen von mehr als ungefähr 10 Gew.The treatment material is in the impregnation medium in göeig- W neter concentration. The lowest concentration suitable here is that which results in an essentially uninterrupted refractory carbide coating over the entire outer surface of the carbon threads to be treated when the threads are immersed once or several times in the soaking medium. It has been found that the surface area of the surface of the threads, the nature of the surface irregularities of the filaments and other factors min h least concentration of the treating material and thus the strength of the filaments subsequent Karbidüberzugs is dependent variable. Gwöhnlich is a Karbidüberzug whose metal content is at least about 0.5 wt -.% Of the finished product is (carbide plus carbon fibers) sufficiently thick and forms coating SchutzÜ-uninterrupted, the underlying carbon filaments so effectively against oxidation at temperatures above 427 ° C (800 ° F) are protected. It can be used Karbidüberzüge to a metal content of 10 wt -.% Of the finished product. Concentrations greater than about 10 wt.

809901/0 7 54 BADORlGfNAl.809901/0 7 54 BADORlGfNAl.

bringen jedoch wesentliche Veränderungen der Eigenschaften der Kohlenstoffäden mit sich, wie z.B. Änderungen im allgemeinen Aussehen und der St^rktur von Kohlenstoffgeweben. Es hat sich gezeigt, daß Karbidüberzüge mit einem Metallgehalt von ungefähr 2 bis 4 Gew.-$ vorzuziehen sind, da sie größtmöglichsten Schutz gegen Oxydation bei M however, bring about significant changes in the properties of the carbon threads, such as changes in the general appearance and structure of carbon fabrics. It has been found that carbide coatings with a metal content of about 2 to 4 wt .- $ are preferable because they provide the greatest possible protection against oxidation at M

kleinstmoglichster Änderung der Fadeneigenschaften bieten.offer the smallest possible change in the thread properties.

Karbidkonzentrationen von mehr als ungefähr #6 Gew.-% bringen nur einen wenig verbesserten Schutz gegen Oxydation mit sich, gegenüber Karbidkonzentrationen von etwas weniger als 6 Gew.-%* Außerdem zeigen die Fäden, wenn die Konzentration höher als 6 Gew.-% ist eine gewisse Neigung zum Bröckeligwerden während der Behandlung.Carbide concentrations of more than about # 6 wt. % Result in only slightly improved protection against oxidation, compared to carbide concentrations of a little less than 6 wt. % * In addition, the filaments show when the concentration is higher than 6 wt. % some tendency to crumble during treatment.

h
Diese erhöte Steifheit und das Bröckeligwerden der Kohlenstoffäden rührt offensichtlich bei mindestens einigen Beispielen lAil von der gläsrigen Natur des gewählten, entwässerten Metallkomplexes her, der als Behandlungsstoff verwendet wird. Dieses Bröckelig- oder Brüchigwerden der Fäden verschwindet wieder, wenn der Metallkomplex durch Erwärmung in das Karbid übergeführt wird. Es ist jedoGh einfacher, bequemer und wirtschaftlicher,niederigere Konzentrationen zu verwenden und dadurch diese Unannehmlichkeit und die Möglichkeit mechanischer Zerstörung, die.
H
This increased stiffness and friability of the carbon filaments is apparently due, in at least some examples, to the vitreous nature of the selected dehydrated metal complex used as the treating agent. This crumbling or fragility of the threads disappears again when the metal complex is converted into the carbide by heating. However, it is easier, more convenient, and more economical to use lower concentrations, thereby reducing the inconvenience and the possibility of mechanical destruction.

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bei der Steifheit und Brüchigkeit der Fäden bei Konzentrationen oberhalb von 6 Gew.-% auftreten kann, zu vermeiden. Für die meisten Anwendungszwecke wird daher die Höchstkonzentration des Karbides auf ungefähr 6 Gew..--^ ■ des Metallanteiles,bezogen auf das Gewicht des fertigen ! Erzeugnisses, beschränkt. % may occur, to avoid - in the stiffness and brittleness of the threads at concentrations above 6 wt.. For most applications, the maximum concentration of the carbide is therefore about 6 wt ..-- ^ ■ of the metal content, based on the weight of the finished ! Product, limited.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Kohlenstoffgewebe in irgend-einer geeigneten Weise mit dem Behandlungsstoff in Berührung gebracht, wie z.B. durch Eintauehen in- . den Behandlungsstoff oder in eine Mischung, Dispersion :;- >·\?. ■ oder Lösung oder dergl. aus dem Behandlungsstoff und ei-- -·■ r nem geeigneten Medium. Die Kohlenstoffäden können auch. ·.-.:According to the method according to the invention, the carbon fabric is brought into contact with the treatment substance in any suitable manner, such as, for example, by being thawed in. the treatment substance or in a mixture, dispersion:; - ; Γ > · \ ?. ■ or solution or the like from the treatment substance and ei-- -. · ■ r nem suitable medium. The carbon threads can too. · .- .:

mit einem mit dem Behandlungsstoff oder i»/den Beähandlungsstoff -,-..■■with one with the treatment substance or i »/ the treatment substance -, - .. ■■

.enthaltenden Medium besprüht werden oder sie können durch eine Zone hindurchgeführt werden, in der der Behandlungsstoff oder eine Mischung des den Behandlungsstoff enthaltenverdampft
den Mediums -iörderHö-wird oder dergl.,oder es kann der..
.Containing medium are sprayed or they can be passed through a zone in which the treatment substance or a mixture of the treatment substance evaporates
the medium -iörderHö-wird or the like, or the ..

Behandlungstoff auch auf die Fäden aufgestrichen, darübergegossen oder anderweitig auf sie aufgebracht werden. Das Aufbringen des Behandlungsstoffes wird so ausgeführt, daß die Kohlenstoffäden imprägniert und überzogen werden und daß im wesentlichen alle äußeren Oberflächen der Jf Fäden von dem Behandlungsstoff eingeschlossen sind.Treatment substance can also be painted, poured over or otherwise applied to the threads. That Application of the treatment substance is carried out in such a way that the carbon threads are impregnated and coated and that essentially all of the outer surfaces of the yarns are enclosed by the treatment fabric.

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Nachdem von den Kohlenstoffäden die gewünschte Menge des Behandlungsstoffes absorbiert worden ist, werden die KohlenstoflBden aus dem überschüssigen Behandlungsstoff ent.fernt, z.B. durch Herausziehen der Kohlenstofffäden aus einer wässrigen Lösung oder einem Bad, das den Behandlungsstoff enthält. Anschließend werden die ™After the desired amount of the carbon threads If the treatment agent has been absorbed, the carbon residues will be removed from the excess treatment agent removed, e.g. by pulling out the carbon threads from an aqueous solution or a bath containing the treatment substance. Then the ™

Kohlenstoffäden einer Behandlung unterzogen,um überahüssigen Behandlungsstoff von ihnen zu-entfernen, z.B. indem man sie abtropfen läßt und anschließend die Kohlenstofffäden trocknet oder auf ander Weise von dem überschüssigen Behandlungsstoff entfernt. Diese Behandlung wird so ausgeführt, daß sich der Behandlungsstoff mit der Padenoberflache unter Y Bildung einer Schutzschicht verkettet und daß sich der Behandlungsstoff auf den Fäden absetzt. So wirdCarbon threads subjected to a treatment to remove excess To remove treatment material from them, e.g. by allowing them to drain and then the carbon threads dries or otherwise removed from the excess treatment material. This treatment is carried out in such a way that the treatment substance with the pad surface linked under Y formation of a protective layer and that the treatment substance settles on the threads. So will

bei
z.B. ve» Verwendung von Zirkonacetat als Behandlungsstoff ä das als Lösungsmittel dienende Wasser aus dem auf den Fadenoberflächen befindlichen Behandlungsstoff dadurch ausgetrieben, daß sie in Luft getrocknet werden,bei Temperaturen von ungefähr 121°C (25O°F) und einer Trocknungszeit von ungefähr einer halben Stunde bei bewegter Luft. Der Behandlungsstoff setzt sich dabei als fester,glasiger Überzug aus Zirkonacetat auf den Kohlenstoffäden ab. .
at
eg ve "use of zirconium acetate as a treatment substance, etc. serving as a solvent water from the end on the yarn surface treatment material expelled by the fact that they are dried in air at temperatures of about 121 ° C (25O ° F) and a drying time of about half Hour with moving air. The treatment substance settles on the carbon threads as a solid, vitreous coating made of zirconium acetate. .

So getränkte Kohlenstoffäden, die mit einem sie t'völlig einschließenden Überzug aus dem Behandlungsstoff bedecktThus-impregnated carbon fibers, covered with a, t 'completely enclosing coating of the treatment agent

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sind, werden danach wärmebehandelt.(geröstet), um den . Behandlungsstoff in das gewünschte Karbid oder ind die. gewünschten Karbide durch Zerlegung des Behandlungsstoffes in Kohlenstoff und Metall enthaltende, Karbid bildende Bestandteile überzuführen. Im vorliegenden Falle werden die getrockneten Kohlenstoffäden, die. auf ihrer Oberfläche, einen gleichmäßigen überzug aus dem auf ihnen verteilten Behandlungsstoff aufweisen, bei nichtoxydierenden Bedingungen geröstet, z.B. in Stickstoff, in Wasserstoff, in Helium, in Argon oder dergl. bei einer Temperatur von mehrare then heat treated (roasted) to get the. Treatment substance into the desired carbide or ind the. desired carbides by breaking down the treatment material to be converted into carbide-forming constituents containing carbon and metal. In the present case it will be the dried carbon threads that. on their surface, have a uniform coating of the treatment substance distributed on them, under non-oxidizing conditions roasted, e.g. in nitrogen, in hydrogen, in helium, in argon or the like at a temperature higher than this

dauerduration

als ungefähr lOQirc, wobei die Röstaäst«* genügend lange gewählt wird, um den Kohlenstoff enthaltenden Behandlungsstoff im wesentlichen völlig zu zerlegen und das gewünschte, ausgewählte Karbid oder die Karbide auf der Oberfläche der Fäden zu bilden. Die Rösttemperatur kann wesentliche niedriger sein als die Temperatur die nötig wäre um das reine refräktäre Metall oder Metallhydrid oder -oxyd zu veranlassen mit dem Kohlenstoff unter Karbidbildung zu reagieren (««£ Karburierungstemperatur). Es sei bemerkt, daß die Rösttemperatur, bei der das Karbid gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auf der Fadenoberfläche gebildet wird unterhalb der Temperatur gehalten weraen sollte, bei der der Kohlenstoff in Graphit übergeführt x^ird, da die Wärmeleitfähigkeit von Graphitfäden wesentlich höher ist,als diethan about lOQirc, with the roasting «* being chosen long enough is to completely decompose the carbon-containing treatment substance and the desired, selected carbide or the carbides on the surface of the To form threads. The roasting temperature can be significantly lower than the temperature that would be necessary to get the pure Refractory metal or metal hydride or oxide to react with the carbon to form carbide («« £ carburizing temperature). It should be noted that the roasting temperature at which the carbide according to the invention Process formed on the thread surface is kept below the temperature at which the Carbon is converted into graphite because of its thermal conductivity of graphite threads is much higher than that

809901/0754 , BAD DRSGlHAL809901/0754, BAD DRSGLHAL

von Kohlenetoffäden und da dl··, wenn 41· P&den bei erhöhten Temperaturen verwendet werden sollen» nioht erwünscht ist.of carbon threads and da dl · · if 41 · P & den both elevated temperatures should not be used »nioht is desirable.

Die so behandelten, mit einem autgewählten Karbldübersug versehenen Kohlenstoffäden werden dann auf Umgebungstemperatur gekühlt und sind verwendungsbereit· Der Abkühlungeichritt Kenn bei »Ilen geeigneten Bedingungen durchgeführt werden, z.B. bei nichtoxydierenden Bedingungen oder bei oxydierenden Bedingungen, da die K&rbldechutaechicht die Kohlen·toffäden wirksam gegen Oxydation bei erhöhten Temperaturen fahütit. Der AbkJUiiun«»- schritt kann daher entweder In einer Setmtiataosphire aus Wasserstoff, Stickstoff, Argon» Xenon, Krypton, Helium oder dergi. oder im Vakuum, oder auch in GegenwartThe carbon threads treated in this way and provided with a selected carbide layer are then cooled to ambient temperature and are ready for use be carried out, e.g. under non-oxidizing conditions or under oxidizing conditions, since the K & rbldechutechicht protects the carbon threads effectively against oxidation at elevated temperatures. The abbreviation «» - step can therefore either be in a setmtiataosphire from hydrogen, nitrogen, argon »xenon, krypton, helium or dergi. or in a vacuum, or in the presence

von Sauerstoff oder einer 4 Sauerstoff enthaltenden At- ' \ of oxygen or an oxygen-containing atomic 4 '\

erfolgen · z.B. Luft/. Öle ferfclgge»tellten, mit eine«take place · e.g. air /. Oils are prepared "with a"

Karbidüberzug versehenen Kohlenitofflden sind nunmehr verwendungsbereit· Sie sind als Wärmeisolation besonders gut geeignet und können b* oxydierenden Bedingungen hohen Temperaturen ausgesetzt werden, in denen ungeschützte Kohlenttoffäden schnell oxydiert werden würden und »ohne11 an Masse verlieren würden und damit ungeeignet wären. Der ununterbrochene Karbidüberzug, der mit der Oberfläche der Carbide-coated carbon filaments are now ready for use · They are particularly well suited as thermal insulation and can be exposed to high temperatures in oxidizing conditions , in which unprotected carbon filaments would be oxidized quickly and would lose mass without it and would therefore be unsuitable. The continuous carbide coating that blends with the surface of the

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Kohlenstoffäden verkettet lit und die Poren und QberriächenunreftlmÜÄisk»it*n dtr Fäden ausfüllt, wirkt aowohl als Schutzwall gegen Oxydation als auch als Hitze-■child für die Kohlenetoffäden. Die· wird dadurch erreicht, daß der Karbidüberzug eine noch geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die Kohlenetoffäden selbst. Außerdem werden Zirkonkarbid, Titankarbid, Chromkarbid und Nickelkarbid, wenn sie bei Teaperaturen oberhalb 4270C (80O0F) einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt werden in ihre zugehörigen refraktÄren Oxyde übergeführt. Die refraktiren Oxydüberaüge, die unempfindlich gegen Oxydation sind, wtrden auf den Fäden gebildet und sind mit den Kohl«ne*offäden di^ht vtrk#ttet. Auch diese Oxyde haben ein« »«!entlieh g«ringere Wärraeleitfählgkeit wieCarbon threads are chained together and the pores and surface imperfections fills the threads, acts both as a protective wall against oxidation and as a heat child for the carbon threads. The · is achieved that the Karbidüberzug having an even lower thermal conductivity than the Kohlenetoffäden itself. In addition, zirconium carbide, titanium carbide, chromium carbide and Nickelkarbid when they are exposed to Teaperaturen above 427 0 C (80O 0 F) an oxidizing atmosphere associated in their refractory oxides transferred. The refractory oxide superimpositions, which are insensitive to oxidation, are formed on the threads and are coated with the carbon fibers. These oxides, too, have a lower thermal conductivity such as hUftetöffä^e« unu wirken demgeaäß als Hltseechlld.hUftetöffä ^ e "unu act as demgeaäß Hltseechlld.

wird der gewünschte Schutz d#r Kohlenstoffäden erreicht und eine bleibende Verkettung der refraktären Oxyde Bit der Oberfläche der Kohlenetqffäden selbst auf elnfaei ehe und wirksame Veise erzielt, während im Gegensatz dazu gewöhnlich beim Bilden und Verketten refraktär«· Oxyde an Untergründen bei Temperaturen, die unterhalb der Vereinigungstemperatur der Oxyde liegen, Schwierigkeiten f auftreten.the desired protection of the carbon threads is achieved and a permanent concatenation of the refractory oxides on the surface of the carbon threads itself is possible Before and effective use is achieved, while, in contrast, usually refractory in the formation and chaining of oxides on substrates at temperatures below the Combination temperature of the oxides, difficulties f occur.

Die folgenden Beispiele erläutern Beihandlungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.The following examples illustrate treatments in accordance with the method according to the invention.

. : -...-■ BAD ORIGINAL. : -...- ■ ORIGINAL BATHROOM

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- 23 Beispiel I - 23 Example I.

Ein Kohlenstoffgewebe wird gemäß dem vorliegenden Verfahren behandelt. Das Kohlenstoffgewebe hat folgende chemische Zusammensetzung:A carbon fabric is made according to the present method treated. The carbon fabric has the following chemical composition:

. . Kohlenstoff · 95*2 Gew..-?. . Carbon · 95 * 2 wt ..-?

Wasserstoff 1,0 Gevr.-% Hydrogen 1.0 % by weight

Sauerstoff 3,3 Gew.-#Oxygen 3.3 wt .- #

Asche 0,5 Gew.-%. Ash 0.5% by weight .

Eine wässrige Lösung, die genügend Zirkonacetat enthält «Ηβ um Zirkonkarbid zu bilden mit 4 Gew.-% Zirkonium, bezogen auf aas Gesamtgewicht des Kohlenstoffgewebes, wird als Behandlungslösung verwendet.<& Das Kohlenstoffgewebe wird zum Imprägnieren in die Lösung hineingetaucht und das Gewebe absorbiert ungefähr 0,8 ml Lösung pro g Kohlenstoffgewebe bei einer Tränkdauer von 30 Minuten. Darum enthalten in diesem Falle je 800 ml der Lösung ungefähr 192 g Zirkonacetat der FormelAn aqueous solution that contains sufficient zirconium acetate to form "Ηβ to zirconium carbide with 4 wt -.% Zirconium, based on aas total weight of the carbon cloth is used as the treatment solution. <& The carbon fabric is immersed in the solution for impregnation and the fabric absorbs approximately 0.8 ml of solution per g of carbon fabric with a soaking time of 30 minutes. Therefore, in this case, each 800 ml of the solution contains approximately 192 g of zirconium acetate of the formula

Das Gewebe wird dann aus der Lösung gezogen, man läßt die überschüssige wässrige Zirkonacetatlösung abtropfen und schickt das Gewebe dann durch einen Trockner mit einer Temperatur von ungefähr 135°C (275°F) in dem es ungefähr in 20 Minuten trocknet. Dabei wird das überschüssige Wasser aus dem Zirkonacetat entfernt und die Verbindung wird zu einem glasigen,festen Zustand eingetrocknet, in dem sie als ununterbrochene glatte Schicht mit den äußerenThe tissue is then pulled out of the solution and left Drain off the excess aqueous zirconium acetate solution and then sends the fabric through a dryer at a temperature of about 135 ° C (275 ° F) where it dries in about 20 minutes. In doing so, the excess Water is removed from the zirconium acetate and the compound is dried to a glassy, solid state in which it as a continuous smooth layer with the outer

- 2k -- 2k -

Oberflächen der Kohlenstoffäden Verkettet ist und dabei die Fäden imprägniert und alle Poren und Oberflächenun-Surfaces of the carbon threads is chained and thereby the threads are impregnated and all pores and surface

füllt. regelmäßigkeit der Fäden ausfitüfcxfills. regularity of the threads ausfitüfcx

Das getrocknete, mit einem Überzug aus dem Behandlungsstofff versehene Gewebe wird dann in einen Ofen eingeführt, der eine Stickstoffatmosphäre aufweist. Hier wird es langsam während einer Zeit von ungefähr 5 Stunden auf eine Temperatur von 10000C erhitzt und wird bei dieser Temperatur ungefähr 8 Stunden lang belassen. Nach Ablauf dieser Zeit werden die Heizelemente des Ofens abgeschalt et und man läßt das Gewebe in der Stickstoffatmosphäre bis auf Umgebungstemperatur abkühlen. Bei έ dieser bei 10000C im Ofen erfolgenden Wärmebehandlung werden die flüchtigen Bestandteile aus dem Zirkonacetat ausgetrieben und das Zirkonacetat wird in Zirkonkarbid übergeführt. Das auf den Fäden gebildete Zirkonkarbid ist mit den Oberflächen der Kohlenstoffäden verkettet, indem es deren Poren und Oberflächenunregelmäßigkeiten ausfüllt, wobei es die Fäden wirksam gegen durch Oxydation hervorgerufenen Verschleiß schützt. Der zur Karbidbildung verwendete Kohlenstoff wird im wesentlichen von dem Kohlenstoff des Acetats hergenommen und nicht vom Kohlenstoff der Kohlenstoffäden. Daher bleibt tfie Masse der Kohlenstoffäden im wesentlichen unangetastet, während auf ihnen eine Karbid-The dried fabric coated with the treating agent is then placed in an oven which has a nitrogen atmosphere. Here it is slowly heated to a temperature of 1000 ° C. over a period of approximately 5 hours and is left at this temperature for approximately 8 hours. When this time has elapsed, the heating elements of the oven are switched off and the fabric is allowed to cool to ambient temperature in the nitrogen atmosphere. In έ this taking place at 1000 0 C in the oven heat treatment the volatile components are expelled from the zirconium acetate and the zirconium acetate is converted to zirconium carbide. The zirconium carbide formed on the threads is linked to the surfaces of the carbon threads by filling their pores and surface irregularities, effectively protecting the threads against wear caused by oxidation. The carbon used to form the carbide is essentially taken from the carbon of the acetate and not from the carbon of the carbon threads. Therefore the mass of the carbon threads remains essentially untouched, while a carbide

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schicht gebildet wird* Eine überprüfung der so gefertigten Fäden ze^j;, daß sie wesentlich bessere Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation und eine etwas verringerte Wärmeleitfähigkeit aufweisen gegenübeirtinbehandeIten Kohlenstoffäden derselben Art. Alle übrigen Eigenschaften der Verhandelten Kohlenstoffäden entsprechen im wesentlichen denen von unbehandelten Fäden. ™layer is formed * A review of the so-made Threads ze ^ j; that they are much better resilience have anti-oxidation and slightly reduced thermal conductivity Carbon threads of the same kind. All others Properties of the negotiated carbon threads correspond essentially those of untreated threads. ™

Beispiel IIExample II

Ein Kohlenstoffgewebe wird der in Beispiel I ti geschilderten Behandlung unterzogen, abgesehen davon, daß an Stelle der wässrigen Zirkonaeetatlösung eine wässrige Lösung aus Zirkonformiat verwendet wird. Die Konzentration des Zirkonformiats wird so gewählt, daß sich in dem fertig behandelten Kohlenstoffgewebe eine Konzentration von ί ungefähr 2 Om. <~% Zirkonium in Form des gewünschten Zirkonkarbidüberzuges bildet. In anderen Worden ausgedrückt, das Gewicht des Eirkons in dem Zirkonkarbidüberzug beträgt ungefähr 2% des Gesamtgewichtes des Gewebes.A carbon fabric is subjected to the treatment described in Example III, with the exception that an aqueous solution of zirconium formate is used instead of the aqueous zirconium acetate solution. The concentration of the zirconium formate is chosen so that there is a concentration of ί approximately 2 Om in the finished carbon fabric. <~% Zirconium in the form of the desired zirconium carbide coating. In other words, the weight of the egg in the zirconium carbide coating is approximately 2% of the total weight of the fabric.

In einer parallel verlaufenden Versuchsreihe wird mit einer Behandlung gemäß Beispiel I ein Chromkarbidüberzug auf j einer schlagartigen Erhitzung unterzogenen (flashIn a parallel series of experiments, a Treatment according to Example I, a chromium carbide coating on j flashed heating (flash

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Kohlenstoffäden gebildet, jedoch unter Verwendung einer wässrigen Lösung aus Chromacetat einer solchen Konzentration, daß in dem Chromkarbidüberzug der fertigbehandelten Fäden 2Gew.-% Chrom, bezogen auf das Gesamtgewicht der fertigbehandelten Fäden vorliegen.Carbon threads formed, but using a aqueous solution of chromium acetate of such a concentration that in the chromium carbide coating of the finished treated Threads 2% by weight of chromium, based on the total weight of the finished threads.

Die mit Zirkonkarbid überzogenen Kohlenstoffäden (2 Gew.-^ Zirkon) und ebenso die mit Chromkarbid überzogenen Fäden (2 Gew.-% Chrom) zeigen das gleiche allgemeine Aussehen und die gleichen übrigen Eigenschaften wie unüberzogene Kohlenstoffäden,abgesehen davon, daß sie eine wesentlich größere Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation bei Temperaturen oberhalb von 8QO°C aufweisen. *The coated with zirconium carbide carbon filaments (2 wt .- ^ zirconium) as well as the coated chromium carbide filaments (2 wt -.% Chromium) show the same general appearance and the same other characteristics as unüberzogene carbon fibers, except that it has a substantially greater Have resistance to oxidation at temperatures above 80 ° C. *

Die einzige Figur zeigt den bei Versuchen ermittelten Oxydationswiderstand von gemäß dem vorliegenden Verfahren behandelten Fäden. Der OxydatiorBilderstand wurde im Versuch dadurch ermittelt, daß von den Fäden ein» Gramm schwere Proben genommen wurden, die auf ungefähr 900 bis 1000 C erhitzt wurden, bei einer Temperaturzunähme von 100C pro Minute. Dabei wurden die Fäden einem Luftstrom von 0,02832 m^ (1 Standard Kubik Fuß) pro Stunde ausgesetzt.The single figure shows the oxidation resistance of threads treated according to the present method, determined in tests. The oxidative image level was determined in the experiment by taking samples weighing one gram from the threads, which were heated to approximately 900 to 1000 ° C., with a temperature increase of 10 ° C. per minute. The filaments were exposed to an air flow of 0.02832 m ^ (1 standard cubic foot) per hour.

BAD OBlGlNAU 809901/0754 BAD OBlGlNAU 809901/0754

Der Gewichtsverlust der Fäden wurde zu verschiedenen Zeitpunkten während dieser Prüfung gemessen. Die Kurve A zeigt den während der Prüfung zuhnehmenden Gewichtsverlust von Kohlenstoffäden ohne Schutzüberzug während die Kurve B den während des Versuches eintretenden Gewichtsverlust von mit einem Zirkonkarbidüberzug versehe-The weight loss of the threads was measured at various times during this test. The curve A shows the increasing weight loss of carbon threads without a protective coating during the test Curve B shows the weight loss occurring during the test from being provided with a zirconium carbide coating.

nen Kohlenstoffäden und die Kurve C den entsprechenden ^nen carbon threads and the curve C the corresponding ^

Gewichtsverlust von mit einem Chromkarbidüberzug versehenen Fäden zeigt. Wie aus der Figur klar hervorgeht, zei- e& gen die mit Zirkonkarbid versehenen Kohlenstoffäden (Kurve B) einen wesentlich vergrößerten Widerstand gegenShows weight loss of chromium carbide coated threads. As is apparent from the figure clear, e & newspaper gene which are provided with zirconium carbide carbon fibers (curve B) has a substantially increased resistance to

als
Oxydation,w4e die Kohlenstoffäden ohne überzug (Kurve A).
as
Oxidation, w4e the carbon threads without a coating (curve A).

Dieser wesentlich erhöhte Widerstand gegen Oxydation zeigt sich besonders bei Temperaturen oberhalb ungefähr 9000C. Die mit einem Chromkarbidüberzug versehenen Kohlenstofffäden (Kurve C) haben noch bessere Widerstandsfähigkeit j gegen Oxydation bei im wesentlichen dem gesamten Temperaturbereich des Versuchs. Aus der Figgur geht daher deutlich hervor, daß die Widerstandsfähigkeit von Kohlenstofffäden gegen Oxydation durch überziehen derselben mit einem überzug aus einem ausgewählten Karbid wesentlich verbessert werden kann.This significantly increased resistance to oxidation is particularly evident at temperatures above approximately 900 ° C. The carbon filaments provided with a chromium carbide coating (curve C) have an even better resistance to oxidation over essentially the entire temperature range of the experiment. The figure clearly shows that the resistance of carbon filaments to oxidation can be significantly improved by coating them with a coating of a selected carbide.

Ähnliche Versuche wurden mit Kohlenstoffäden gemacht, dieSimilar attempts have been made with carbon threads that

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

einen Nickelkarbidüberzug von ungefähr 5 Gew.-% Nickel aufwiesen sowie mit Kohlenstoffäden mit Chromkarbidüberzug von ungefähr 6 Gew.-/? Chrom, Kohlenstoffäden mit Titankarbidüberzug von ungefähr 2 Gew.-% Titan und unbehandeltem Kohlenstoffgewebe, d.h. Kohlenstoffgewebe" aus unüberzogenen Kohlenstoffäden . Diese Versuche wurden nach denselben Kriterien,wie vorher beschrie-a Nickelkarbidüberzug of about 5 wt -.% nickel and having with carbon filaments with Chromkarbidüberzug of about 6 wt .- /? Chromium, carbon filaments with Titankarbidüberzug of about 2 wt -..% Titanium and untreated carbon cloth, that is, carbon cloth "from uncoated carbon fibers These experiments were the same criteria as previously described

ben, durchgeführt, d.h. indem 1 g schwere Proben der verschiedenen Fäden bei einem Luftstrom von 0,02832 nr* (1 SCP) pro Stunde von ungefähr Umgebungstemperatur auf ungefähr 1000°C erhitzt wurden,bei einer Temperaturerhöhung von 100C pro Minute. Am Ende der Versuchsdauer wurde bestimmt, wieviel Gewichtsprozent der Proben zurückgeblieben war. Es zeigte sich, daß Kohlenstoffgewebe, das nicht durch eine Karbidschicht geschützt war, nur noch 2,15 Gew.-^ seiner ursprünglichen Masse aufwies. Kohlenstoffäaen mit Titankarbidüberzug (,mit 2,8 Gew.-% Titan, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fäden) zeigte einen wesentlich besseren Oxydationswiderstand dadurch, daß der Rückstand ungefähr 33,2 Gew.-% des ursprünglichen Fadengewichts betrug. Bei Kohlenstoffäden mit Nickelkarbidüberzug verblieben 32,0 Gew.-% und bei Kohlenstoffäden mit Chromkarbidüberzug verblieben sogar 37,4 Gew.-%. ben carried out, that is, by 1 g of heavy samples of the various yarns were heated at an air flow of 0.02832 nr * (1 SCP) per hour of about ambient temperature to about 1000 ° C at a temperature increase of 10 0 C per minute. At the end of the test, it was determined how much percent by weight of the samples had remained. It was found that carbon fabric, which was not protected by a carbide layer, had only 2.15 wt .- ^ of its original mass. Kohlenstoffäaen with Titankarbidüberzug (with 2.8 wt -.% Titanium, based on the total weight of the filaments) exhibited a much better oxidation resistance in that the residue is about 33.2 wt -% of the original yarn was weight.. When carbon filaments with Nickelkarbidüberzug 32.0 percent remained -.% And carbon fibers with Chromkarbidüberzug remained even 37.4 percent -.%.

BAD ORIGINAL 80990 1/07 54 BATH ORIGINAL 80990 1/07 54

Beispiel IIIExample III

Es wird eine wässrige Lösung aus Nickelformiat hergestellt, in die ein fertig wärmebehandeltes (flash fired) Kohlenstoffgewebe eingetaucht wird. Die Lösung enthält das Nickelfamiat in einer so großen Konzentration, daß sieh in dem fertig behandelten Erzeugnis ungefähr 5 Gew.-% Nickel ergeben. Daher weist die Lösung pro Liter ungefährAn aqueous solution of nickel formate is produced into which a ready-made, heat-treated (flash fired) carbon fabric is immersed. The solution containing the Nickelfamiat in such a large concentration that look in the finished product so treated about 5 wt -.% Nickel yield. Therefore, the solution per liter is approximately

Gramm
264 Nickelformiat auf. Es werden 30 Liter dieser Lösung verwendet und eine 10 000 g schwere Probe von Kohlenstoffgewebe wird in sie eingetaucht. Das Kohlenstoffgewebe wird ungefähr eine halbe Stunde eingetaucht in der Nickelformiat-
Gram
264 nickel formate. 30 liters of this solution are used and a 10,000 g sample of carbon tissue is immersed in it. The carbon fabric is immersed in the nickel formate for about half an hour.

BXi,BXi,

lösung belassen und/schließend aus ihr herausgezogen, nach Abtropfen der Lösung bei ungefähr l43°C (29O0P)getrocknet und dann bei ungefähr 12000C ungefähr 2 Stunden lang in einer Stickstoffatmosphäre geröstet. Anschließend wird es in der Stickstoffatmosphäre 3 Stunden lang auf Umgebungstemperatur abgekühlt.solution and left / closing pulled out of it, after dripping the solution at approximately L43 ° C (29o 0 P) and then dried at about 1200 0 C for about roasted in a nitrogen atmosphere for 2 hours. It is then cooled to ambient temperature in the nitrogen atmosphere for 3 hours.

Beim Prüfen des Kohlenstoffgewebes mit Nickelkarbidüberzug zeigt sich, daß der Karbidüberzug alle äußeren Oberflächen der Kohlenstoffäden des Gewebes gänzlich einschließt und mit diesen dicht verkettet ist. Das Karbid füllt die Poren,f When testing the carbon fabric with a nickel carbide coating, it is found that the carbide coating completely encloses and is tightly interlinked with all of the outer surfaces of the carbon threads of the fabric. The carbide fills the pores, f

BAD ORIGINAL 809901/0754BATH ORIGINAL 809901/0754

- Z 30 -- Z 30 -

Vertiefungen und Oberflächenunregelmäßigkeiten der Kohlenstoff äden aus. Wenn das mit Karbidüberzug versehene Gewebe einer Saueretoff enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt wird, wie z.B. Luft, bei Temperaturen oberhalb 427°C (800°P) dann zeigt sich, daß sich das Karbid in Nickeloxyd verwandelt hat und daß der Nickeloxydüberzug zusammenhängend ist und einen guten Schutzüberzug auf der Oberfläche der Kohlenstoffäden darstellt. Der Oxydüberzug ist im wesentlichen bei solchen erhöhten Temperaturen in der Sauerstoff enthaltenden Umgebung reaktionsträge und wirkt außerdem als Hitzeschild.Depressions and surface irregularities of the carbon unload. When the carbide-coated fabric is exposed to an atmosphere containing oxygen is, like e.g. air, at temperatures above 427 ° C (800 ° P) then it is shown that the carbide has changed into nickel oxide and that the nickel oxide coating is coherent and a good protective coating on the surface of the carbon threads represents. The oxide coating is essentially in the oxygen containing state at such elevated temperatures Environment unreactive and also acts as a heat shield.

In parallel verlaufenden "Versuchsreihen wurden Proben von Kohlenstoffäden m^it einem Überzug aus Titankarbid hergestellt und geprüft. Dabei wurden vollständig wärmebehandelte (flash fired) Kohlenstoffäden zunächst in Form eines Gewebes in ein Bad eingetaucht, das eine durch Essigsäure stabilisierte Emulsion aus Titanoxyd als Behandlungsstoff enthielt. 0 In parallel "test series, samples of Carbon threads made with a coating of titanium carbide and checked. They were completely heat-treated (flash fired) carbon filaments in the form of a fabric immersed in a bath containing an emulsion of titanium oxide stabilized by acetic acid as a treatment substance. 0

Die Titanoxydemulsion wird dadurch erhalten, daß man <& Äthylorthotitanat zu einer bewegten, unerwärmten,v/assrigen Lösung von 25 Gew.-% Essigsäure gibt und eine Emulsion vonThe Titanoxydemulsion is obtained by reacting <& Äthylorthotitanat to an agitated, unheated, v / aqueous solution of 25 wt -% is acetic acid and an emulsion of.

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ungefähr 1OS? Titanoxyd zu erhalten. Wenn diese Emulsion auf eine merklich über Raumtemperatur liegende Temperatur erwärmt wird, dann bildet sie ein alles umschließendes Gel.about 1OS? To obtain titanium oxide. If this emulsion is heated to a temperature noticeably above room temperature, then it forms an all-encompassing gel.

wird
Bgxnata Die Emulsion/auf ihren Titanoxydgehalt dadurch
will
Bgxnata The emulsion / on its titanium oxide content thereby

untersucht, daß man eine Probe aus ihr entnimmt und diese trocknet und glüht,um Titanoxyd zu bilden. Dann wird die Emulsion mit 255?iger wässriger Essigsäurelösung so verdünnt, daß sich ein TiOg-Gehalt Von 4,25 Gew.-% ergibt, der 2,5 Gew.-? iiBballischem Titan entspricht. Wenn diese Emulsion nachfolgend dazu benützt wird, um Kohlenstoffgewebe zu tränken, dann erzeugt ein solcher Behandlungsstoff einen Überzug, acetatstabilisiertesinvestigates that a sample is taken from it and that it is dried and annealed to form titanium oxide. Then, the emulsion 255 is aqueous acetic acid solution so diluted that a TiOg content of 4.25 wt -.% Results, the 2.5 wt? iiBallic titanium corresponds. If this emulsion is subsequently used to impregnate carbon fabric, then such a treatment material produces a coating, acetate-stabilized

der als XS«£&$x»«ä&SX£S£gli£$g Oxyd 2 Gew.-5? Ti enthält.which as XS «£ & $ x» «ä & SX £ S £ gli £ $ g Oxyd 2 wt. 5? Contains Ti.

Das eingetauchte Gewebe wird nach ungefähr 1 Stunde aus der Lösung herausgezogen und nach Abtropfen der Lösung bei einer Temperatur von ungefähr 1210C (25O0P) getrocknet. Beim Trocknen bildet der Behandlungsstoff auf dem Gewebe einen gelatineartigen Überzug, der noch solange Essisäure enthält, bis er geröstet έ wird. Das Rösten wird in Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 1000°fyjedoch unterhalb 11000C^ ausgeführt, bei einer Röstdauer von ungefähr 8 Stunden, einer Zeitdauer, in der im wesentlichen der ganze Behandlungsstoff in Titankarbid übergeführt wird, das eine zusammenhängende Schutzschicht auf der Oberfläche der Kohlenstoff äden des Gewebes bildet. Das fertiggestellte Erzeug-The dipped fabric is drawn out, and after about 1 hour from the solution dried by dripping of the solution at a temperature of about 121 0 C (25O 0 P). When it dries, the treatment substance forms a gelatinous coating on the fabric, which contains acetic acid until it is roasted έ . The roasting is performed in a hydrogen atmosphere at a temperature of more than 1000 ° fyjedoch below 1100 0 C ^, is performed at a roasting time of about 8 hours, a time period in which substantially all of the treatment material in titanium carbide having a continuous protective layer on the Surface of the carbon filaments of the tissue. The finished product

80990 1/0754 ■»««««.80990 1/0754 ■ »« «« «.

T 27 439 IVc/8k . 22.*Juli 1966T 27 439 IVc / 8k. July 22nd, 1966

Reg.-Ur. 119Reg.-Ur. 119

nis wird dann in Wasserstoff auf Umgebungstemperatur abgekühlt StiOGJt. Es zeigt sich, daß der Titankarbidüberzug (2 f Titan, bezogen auf das Gewicht des fertig_gersteilten Erzeugnisses) gleichmäßig und fest mit der Kohlenstoffadenoberfläche verkettet ist und daß dieser Überzug die ganze Oberfläche des Kohlenstoffadens des Gewebes schützt. Ein solcher Karbidüberzug erhöht wirksam die Festigkeit des Gewebes gegen Oxydation.This is then cooled to ambient temperature in hydrogen. It turns out that the titanium carbide coating (2 f titanium, based on the weight of the finished product) is evenly and firmly linked to the carbon thread surface and that this coating protects the entire surface of the carbon thread of the fabric. Such a carbide coating effectively increases the strength of the fabric against oxidation.

Die vorstehenden Beispiele zeigen klar, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren Kohlenstoffäden erzeugt werden, die eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation aufweisen, insbesondere bei erhöhten Temperaturen. Die Fäden können auf einfache, wirkungsvolle und schnelle Weise unter Verwendung leicht erhältnlicher Ausgangsstoffe hergestellt werden. Die fertiggestellten Fäden weisen einen mit ihnen verketteten äußeren Karbidüberzug aus Titankarbid, Zirkonkarbid, Chromkarbid, ÜTickelkarbid und dergleichen oder aus Mischungen derselben auf. Dieser Karbidüberzug schützt die darunterliegenden Kohlenstoffäden wirksam gegen Masseverluste, wenn die Fäden oxydierenden Bedingungen ausgesetzt sind. Hierbei bildet sich aus dem Karbid das entsprechende Oxyd, das gegen Oxydation beständig ist und das einen HitzeschildThe above examples clearly show that carbon threads are produced by the process according to the invention, which have a higher resistance to oxidation, especially at elevated temperatures. the Threads can be produced in a simple, effective and fast manner using readily available raw materials getting produced. The finished filaments have an outer carbide coating interlinked with them made of titanium carbide, zirconium carbide, chromium carbide, nickel carbide and the like or mixtures thereof. This carbide coating protects the underlying carbon threads effective against loss of mass when the threads are exposed to oxidizing conditions. This forms from the carbide the corresponding oxide, that against oxidation is constant and that has a heat shield

, BAD ORIGINAL, BAD ORIGINAL

809901/0754809901/0754

rund um die Fäden darstellt»around the threads represents »

Gemäß der Erfindung wird ein neues, verbessertes Erzeug« nis und ein neues Verfahren geschaffen . Das erfindungsgemäße Verfahren ist in erster Linie auf das Behandeln von Kohlenstoffäden gerichtet und unterscheidet sich von anderen möglichen Wegen zum Bilden von Karbiden dadurch, daß die Kohlenstoffäden kleinen Durchmessers bei der auf den Fäden erfolgenden Karbidbildung dadurch unverletzt bleiben, daß d. gemäß t dem vorliegenden Verfahren ein gesonderter Kohlenstofflieferant vorgesehen ist. Darüber hinaus findet bei Verwendung einer organischen Verbindung die das Karbid bildende Reaktion bei verhältnismäßig niederen Temperaturen statt. Weitere, durch die Erfindung erzielbare Vorteile gehen-aus dem Vorstehenden hervor.In accordance with the invention, a new, improved product and method is provided. The method according to the invention is primarily directed to the treatment of carbon threads and differs from other possible ways of forming carbides in that the small diameter carbon threads remain undamaged during the carbide formation taking place on the threads, in that d. t according to the present method, a separate carbon source is provided. In addition, when an organic compound is used, the carbide-forming reaction takes place at relatively low temperatures. Further advantages that can be achieved by the invention emerge from the foregoing.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

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Claims (20)

_ 34 - Patentansprüche_ 34 - claims 1. Kohlenstoffäden mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf ihrer Oberfläche einen Karbidüberzug aufweisen, der mit Zirkon oder Titan oder Chrom oder Nickel oder mit einem Gemisch dieser Metall gebildet ist, dass der Karbidüberzug die Fäden umschliesst und mit ihnen verkettet ist.1. Carbon threads with improved resistance to oxidation, characterized in that they are on their surface have a carbide coating with zirconium or titanium or chromium or nickel or with a Mixture of this metal is formed so that the carbide coating surrounds the threads and is linked to them. 2. Kohlenstoffäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zirkonkarbid vorgesehen ist.2. Carbon threads according to claim 1, characterized in that zirconium carbide is provided. 3· Kohlenstoffäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Chromkarbid vorgesehen ist.3 · carbon threads according to claim 1, characterized in that chromium carbide is provided. 4. Kohlenstoffäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Titankarbid vorgesehen ist. .,...-...4. carbon threads according to claim 1, characterized in that Titanium carbide is provided. ., ...-... 5. Kohlenstoffäden nach Anspruch 1, dadjurch gekennzeichnet, dass Nickelkarbid vorgesehen ist. . .5. carbon threads according to claim 1, characterized in that Nickel carbide is provided. . . BAD ORIGINAL 809901/0754BATH ORIGINAL 809901/0754 6. Kohlenstoffäden nach einem der Ansprüche 1 bis 5*6. carbon threads according to one of claims 1 to 5 * die
dadurch gekennzeichnet, daß öteii den Untergrund für den Karbidüberzug bildende^Kohlenstoffäden aus amorphem Kohlenstoff bestehii-en. c
the
characterized in that the carbon threads forming the substrate for the carbide coating consist of amorphous carbon. c
7. Kohlenstoffäden nach einem der Ansprüche 1 bis 6,7. carbon threads according to one of claims 1 to 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallanteil des ,characterized in that the metal content of äußeren Schutzüberzuges zwischen ungefähr 0,5% bis t ungefähr 10$ des Fadengewichtes beträgt.outer protective coating is between about 0.5% to about 10 $ t of the yarn weight is. 8. Kohlenstoffäden nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der äußere überzug zwischen ungefähr 2% bis. ungefähr k% des Fadengewichtes beträgt.8. carbon threads according to one of claims 1 to 7 »characterized in that the outer coating between about 2% to. is about k% of the thread weight. 9. Verfahren zum Behandeln von Kohlenstoffäden zum Verbessern der Widerstandsfähigkeit derselben gegen Oxy- ( dation, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Fäden mit einem sowohl Kohlenstoff als auch Zirkion oder Chrom oder Nickel oder Titan oder Mischungen aus diesen bei Erwärmung abgebendem Stoff bedeckt wird und daß dieser Stoff bei nicht oxydierenden Bedingungen bei erhöhter Temperatur in ein Karbid'übergeführt wird, wodurch die Kohlenstoffäden bei Temperaturen über (800°F) eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation erhalten.9. Method of treating carbon threads for improvement the resistance of the same to oxy- (dation), characterized in that the surface of the Threads made with a both carbon and zirconium or chromium or nickel or titanium or mixtures this substance, which is emitted when heated, is covered and that this substance under non-oxidizing conditions elevated temperature is converted into a carbide, whereby the carbon filaments have an increased resistance to oxidation at temperatures above (800 ° F) obtain. BAD ORIGINAL BATH ORIGINAL 809901/0754809901/0754 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet> daß die Fäden bei unterhalb ungefähr 537°C (10000F) wärmebehandelt und anschließend bei ungefähr 9820C (l800°F) bis 12O6°C (22000F) hitzegeschrumpft wurden.10. The method according to claim 9, characterized> that the fibers heat-treated at below about 537 ° C (1000 0 F) and subsequently at about 982 0 C (l800 ° F) to 12O6 ° C (2200 0 F) heat shrunk. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Fadenmaterial amorpher Kohlenstoff verwendet wird.11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that that amorphous carbon is used as thread material. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug bei einer Temperatur von über ungefähr 10000C in Karbid übergeführt wird.12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the coating is converted into carbide at a temperature of over approximately 1000 ° C. 13. Verfahren nach einem aer Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden im wesentlichen gänzlich von dem bei Erwärmung Kohlenstoff und mindestens ein Metall abgebenden Stoff eingeschlossen werden.13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized characterized in that the filaments are essentially entirely of the carbon and at least one when heated Metal releasing substance can be included. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch14. The method according to any one of claims 9 to 13, characterized gekennzeichnet, daß die Fäden mit dem durch Erwärmungcharacterized in that the threads with the by heating derthe zerlegbaren Stoff/in einem geeigneten Tränkmeciiuiii verteilt wiruygetränkt werden, daß die Fäden nach dem Tränken aus dem Tränkmedium entfernt werden und daß der Tränkstoff mit den Fäden verkettet wird.decomposable substance / distributed in a suitable impregnation body we uy are impregnated so that the threads are removed from the impregnation medium after impregnation and that the impregnation substance is linked to the threads. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, aaß der durch Erwärmung zerlegbare 3toff Zirkonazetat auf-15. The method according to claim 14, characterized in that aaß the 3toff zirconium acetate, which can be decomposed by heating BAD ORIGINAL 809901/C754BATH ORIGINAL 809901 / C754 weist, daß als Tränkmedium Wasser verwendet wird, daß die getränkten Fäden bei weniger als ungefähr l49°C (300°F) getrocknet werden und daß die Fäden anschliessend zum Bilden eines Zirkonkarbidüberzuges, der die Fadenoberfläche im wesentlichen gänzlich einschließt und mit dieser verkettet ist, geröstet werden.shows that water is used as the impregnation medium and that the impregnated threads are kept at less than approximately 149 ° C (300 ° F) and that the filaments are then used to form a zirconium carbide coating which the Including the thread surface in its entirety and is chained to it, to be roasted. 16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß (j der durch Erwärmung zerlegbare Stoff Chromazetat aufweist, daß als Tränkmedium Wasser verwendet wird, daß die getränkten Fäden bei weniger als ungefähr 149°C (3000F) getrocknet werden und daß die Fäden anschließend zum Erzeugen eines Schutzüberzuges aus Chromkarbid, der die Fadenoberflache im wesentlichen gänzlich einschließt und mit dieser verkettet ist, geröstet werden.16. The method according to claim 14, characterized in that (j the decomposable by heating material comprises chromium acetate, that water is used as the impregnation medium, that the impregnated threads are dried at less than about 149 ° C (300 0 F) and that the threads then roasted to produce a protective coating made of chromium carbide, which essentially completely encloses the thread surface and is linked to it. 17. Verfahren nach Anapruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Erwärmung zerlegbare Stoff Nickelformkt aufweist, daß als Tränkmedium V/asser verwendet wird, daß die getränkten Fäden bei weniger als ungefähr l49°C (3000F) getrocknet werden und daß die Fäden anschließend zum Erzeugen eines Schutzüberzuges aus Nickelkarbid, der die Fadenoberfläche im wesentlichen gänzlich einschließt und mit dieser verkettet ist, 0 geröstet werden.17. The method according to Anapruch 14, characterized in that the material which can be dismantled by heating has formed nickel that is used as the impregnation medium V / water, that the impregnated threads are dried at less than about 149 ° C (300 0 F) and that the threads then to produce a protective coating of nickel carbide, which essentially completely encloses the surface of the thread and is linked to it, 0 can be roasted. 18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Erwärmung zerlegbare Stoff aus einer mit Essig-18. The method according to claim 14, characterized in that the substance, which can be dismantled by heating, made of a vinegar BAD ORIGINAL 809901/0754 '^ -BATH ORIGINAL 809901/0754 '^ - 14694691469469 säure stabilisierten Emulsion aus einem Titanoxyd besteht, daß als Tränkmedium V/asser verwendet wird, daß die getränkten Fäden bei weniger als ungefähr 149 C (3000P) getrocknet werden und daß die Fäden anschließend zum Erzeugen eines Schutzüberzuges aus Titankarbid, der die Fadenoberfläche im wesentlichen gänzlich einschließt und mit dieser verkettet ist, geröstet werden.acid-stabilized emulsion consists of a titanium oxide that is used as the impregnation medium V / water, that the impregnated threads are dried at less than about 149 C (300 0 P) and that the threads are then used to produce a protective coating of titanium carbide, which the thread surface in essential to be roasted completely and is linked to it. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis l8, dadurch gekennzeichnet, daß als Anteil des Metalles ungefähr zwischen ein bis zehn Gewichtsprozent der Fäden gewählt wird.19. The method according to any one of claims 9 to l8, characterized in that as a proportion of the metal approximately between one to ten percent by weight of the threads is chosen. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis I9, dadurch gekennzeichnet, daß als Anteil des Metalles ungefähr zwei bis vier Gewichtsprozent der B'äaen gewählt wira.20. The method according to any one of claims 9 to 19, characterized characterized in that approximately two to four percent by weight of the B'äaen wira selected as the proportion of the metal. ■ BADORiGlNAL 80990 1/07 54■ BADORiGlNAL 80990 1/07 54
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