DE2312497C3 - Process for producing a carbon article coated with phosphorus-containing carbon - Google Patents
Process for producing a carbon article coated with phosphorus-containing carbonInfo
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Description
eine größere strukturelle Deformation in der niedergeschlagenen Schicht auftritt, die zur Verringerung der mechanischen Festigkeitseigenschaften führt. Wenn andererseits die Behandlungstemperatur unterhalb 15000C liegt, besteht kein Unterschied zwischen der Behandlungstemperatur und der Temperatur für den pyrolytischen Niederschlag, wodurch kein Beitrag zur Verbesserung der Bindungskraft zwischen den Kristallen der Kohlenstoffgegenstände geleistet wird. Die Kohlenstoffgegenstände wie z. B. Kohlenstofffasern, Kohlenstoffbänder oder Kohlenstoffolien, die mit pyrolysiertem, eine vorher bestimmte Menge Phosphor enthaltendem Kohlenstoff bedeckt sind, sind hervorragend in bezug auf Oxydationsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften und zufriedenstellend in der Biegsamkeit. Daher können die Kohlenstoffgegenstände der vorliegenden Erfindung in weitem MaBe als verstärkendes Material in zusammengesetzten Materialien verwendet werden.a greater structural deformation occurs in the deposited layer, which leads to a reduction in mechanical strength properties. On the other hand, when the treatment temperature is below 1500 ° C., there is no difference between the treatment temperature and the temperature for the pyrolytic precipitate, thereby making no contribution to improving the bonding force between the crystals of the carbon articles. The carbon objects such as B. carbon fibers, carbon tapes or carbon foils covered with pyrolyzed carbon containing a predetermined amount of phosphorus are excellent in oxidation resistance and mechanical properties and satisfactory in flexibility. Therefore, the carbon articles of the present invention can be widely used as a reinforcing material in composite materials.
B ei s ρ i el 1For example, 1
Ein Rückstandsöl, das in einem Crackverfahren voiB Erdöl-Naphtha erhalten worden war, wurde weiter bei 12000C thermisch gecrackt, um eine Teerfraktion (mit einem Kochpunkt von 430 bis 4500C) zu erhalten. 10 Volumprozent Triphenylphosphin wurden mit der Teerfraktion gemischt, und die Mischung wurde auf 4500C erhitzt, um sie zu vergasen. Dann wurde dieses Gas mit Stickstoff bis auf etwa 1 Volumprozent verdünnt. Dieses Mischgas wurde in einen vertikalen Pyrolysierofen mit einer Geschwindigkeit von 2 l/min eingeführt. In dem Pyrolysierofen wurden KohlenStoff asern (die einen Durchmesser von 28 μπι und eine Festigkeit von 5 t/cm2 besaßen) mit einem Kohlenstoffgehalt über 98 Gewichtsprozent bei etwa 100O0C thermisch behandelt und dann in einer Stickstoffatmosphäre gehalten, während sie durch elektrischen Strom auf 9000C erhitzt wurden. Die pyrolytische Abscheidung wurde auf den Oberflächen der Kohlenstoffasern so lange bewirkt, bis der Durchmesser einer Kohlenstoffaser 90 μτα erreichte. Dann wurden die aufA residual oil, which had been obtained in a cracking process võib petroleum naphtha was further thermally cracked at 1200 0 C to produce a tar fraction to obtain (having a boiling point of 430-450 0 C). 10 volume percent of triphenylphosphine was mixed with the tar fraction, and the mixture was heated to 450 0 C to gasify it. This gas was then diluted to about 1 percent by volume with nitrogen. This mixed gas was introduced into a vertical pyrolysis furnace at a rate of 2 l / min. In the pyrolysis furnace, carbon fibers (which had a diameter of 28 μm and a strength of 5 t / cm 2 ) were thermally treated with a carbon content of over 98 percent by weight at about 100O 0 C and then kept in a nitrogen atmosphere while they were powered by electricity 900 0 C were heated. The pyrolytic deposition was effected on the surfaces of the carbon fibers until the diameter of a carbon fiber reached 90 μτα. Then they got on
ίο diese Weise behandelten Kohlenstoffasern in drei Testproben geteilt und bei indirekter Erhitzung unter Argon 12 s jeweils bei 1600, 1730 und 1960° C behandelt. Die Eigenschaften der entstandenen drei verschiedenen Kohlenstoffasern sind in Tabelle 1 angegeben. Wenn die Kohlenstoffasern nach der vorliegenden Erfindung, die in der Tabelle mit B, C und D bezeichnet worden sind, 120 min in einem indirekten Erhitzungsofen bei 7500C gehalten wurden, um so die Gewichtsveränderungen vor und nach der Erhitzung in Luft zu bestimmen, lagen die Veränderungen innerhalb der Toleranz, und es konnte keine Verringerungίο The carbon fibers treated in this way are divided into three test samples and treated with indirect heating under argon for 12 s at 1600, 1730 and 1960 ° C, respectively. The properties of the resulting three different carbon fibers are shown in Table 1. When the carbon fibers according to the present invention, designated B, C and D in the table , were kept in an indirect heating oven at 750 ° C. for 120 minutes so as to determine the changes in weight before and after heating in air the changes were within tolerance and there could be no reduction
t der Gew ichte festgestellt werden, was die hervorragende Oxydationswiderstandsfähigkeit der Kohlenstoffasern anzeigte. Der Phosphorgehalt der niedergeschlagenen Schicht der Kohlenstoffasern betrug etwa 14 Gewichtsprozent t of the weights could be determined, which indicated the excellent resistance to oxidation of the carbon fibers. The phosphorus content of the deposited layer of the carbon fibers was about 14 percent by weight
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die Kohlenstofffasern B, C und D, die durch die vorliegende Erfindung erhalten wurden, weit höhere Festigkeiten im Vergleich zu denen des Ausgangsmaterials A aufweisen, was die hervorragende Wirkung der vorliegenden Erfindung anzeigte.It can be seen from Table 1 that the carbon fibers B, C and D produced by the present invention have been obtained, have far higher strengths compared to those of the starting material A, which indicated the excellent effect of the present invention.
Probe FestigkeitSample strength
Behänd-Hand-held
lungs-lung
temperaturtemperature
0C t/cm« 0 C t / cm «
Ausdehnung Kriimmungsbei Bruch radiusExpansion of curvature Fracture radius
0A mm 0 A mm
VergleichsbeispielComparative example
Beispiele nach der
ErfindungExamples after the
invention
B C DB C D
Eine ölige Substanz mit hohem Aromatengehalt, die durch thermisches Cracken von Rohpetroleum bei etwa 2000° C für eine Zeitdauer von. Vmoo s unter Verwendung von Dampf erhalten worden war, wurde einer Hydrierungs- und Entschwefelungsbehandlung unterworfen, um ein teilweise hydriertes öl mit einem Kochpunkt von 280 bis 4200C zu erhalten. 10 Volumprozent Trimethylphosphin wurden mit dem teilweise hydrierten öl gemischt, und die Mischung wurde vergast. Dieses Gas wurde mit erhitztem Stickstoff bis ami etwa 5 Volumprozent verdünnt. In einen auf 4000C indirekt beheizten Ofen wurden Kohlenstoffasern hoher Festigkeit (mit einem Durchmesser von 19 μπι und einer Festigkeit von 24 t/cm2), die einen Kohlenstoffgehalt über 98 Gewichtsprozent besaßen und vorher bei etwa 13000C behandelt worden waren, eingebracht und auf 115O0C erhitzt. Das verdünnte Gas wurde in den Ofen eingeleitet, um phosphorhaltigen Kohlenstoff auf den Oberflächen der Kohlenstoffasern niederzuschlagen, bis der Durchmesser der Kohlenstoffasern etwa 26 μπι erreichte. Der Phosphorgehalt der niedergeschlagenen Schicht betrug 96 Gewichtsprozent.An oily substance with a high aromatic content that is produced by thermal cracking of crude petroleum at around 2000 ° C for a period of. Vmoo s obtained using steam, a hydrogenation and desulfurization was subjected, to obtain a partially hydrogenated oil having a boiling point of 280-420 0 C. 10 volume percent trimethylphosphine was mixed with the partially hydrogenated oil and the mixture was gasified. This gas was diluted to about 5 percent by volume with heated nitrogen. In a 400 0 C indirectly heated furnace carbon fibers of high strength (μπι with a diameter of 19 and a strength of 24 t / cm 2) which had a carbon content over 98 percent by weight and previously treated at about 1300 0 C, introduced and heated to 115O 0 C. The diluted gas was introduced into the furnace in order to deposit phosphorus-containing carbon on the surfaces of the carbon fibers until the diameter of the carbon fibers reached about 26 μm. The phosphorus content of the deposited layer was 96% by weight.
Das vorstehende Verfahren wurde in der Weise wiederholt, daß die Anteile der Phosphorverbindung verändert wurden, um Niederschläge mit unterschiedlichem Phosphorgehalt, wie in Tabelle 2 angegeben, zu erreichen.The above procedure was repeated so that the proportions of the phosphorus compound were changed to precipitate with different phosphorus content, as indicated in Table 2, to reach.
Dann wurden alle Proben einer 2 min dauernden thermischen Behandlung bei 1700° C einer Stickstoffatmosphäre unterworfen. Die Eigenschaften der so erhaltenen verschiedenen Kohlenstoffasern sind in Tabelle 2 angegeben. Es folgt aus dieser Tabelle, daß die niedergeschlagenen Schichten mit einem Phosphorgehalt von 1 bis 20 Gewichtsprozent bemerkenswerte Festigkeitseigenschaften zeigen.Then all of the samples were subjected to a 2-minute thermal treatment at 1700 ° C. in a nitrogen atmosphere subject. The properties of the various carbon fibers thus obtained are in Table 2 given. It follows from this table that the deposited layers have a phosphorus content from 1 to 20 percent by weight exhibit remarkable strength properties.
Diese Kohlenstoffasern wurden dann genau wie im Beispiel 1 den Prüfverfahren auf Oxydationswiderstandsfähigkeit unterworfen, und es wurde keine Verringerung in den Gewichten in allen Beispielen A, B, C, D, E und F festgestellt.These carbon fibers were then just like in the Example 1 was subjected to the oxidation resistance test procedures and none was found Reductions in weights were noted in all of Examples A, B, C, D, E, and F.
Die Oberflächen der als Grundstoff verwendeten Kohlenstoffasern werden dadurch geglättet, daß sie kontinuierlich durch einen Plasmastrahl, erzeugt durch einen mit Argon als Arbeitsgas betriebenen Plasmabrenner, hindurchgeleitet wurden.The surfaces of the carbon fibers used as a base material are smoothed by the fact that they continuously by a plasma jet generated by a plasma torch operated with argon as the working gas, were passed through.
Eine Anthracen-Öl-Fraktion, die durch trockene Destillation von Kohle erhalten worden war, wurde mit 20 Volumprozent Methylformiat gemischt. Die Mischung wurde auf 38O0C erhitzt, um sie zu vergasen. Dieses Gas wurde dann mit Methan bis herab auf 2,5 Volumprozent verdünnt. Das auf diese Weise verdün ite Gas wurde in einen vertikalen röhrenförmigen C fen durch vier Einlaßöffnungen in je zwei sieb geg:nüb--rliegenden inneren Seitenwänden des Ofens mit einer Geschwindigkeit von 3,8 l/min eingeführt, wobei der Ofen indirekt auf 4000C erhitzt war. In dem vertikalen Ofen wurden Kohlenstoffbänders die eine Breite von 2 mm und eine Dicke von 5 |im besaßen (die bei 100O3C behandelt worden waren und die einen Kohlenstoffgehalt über 99 GewichtsprozentAn anthracene oil fraction obtained by dry distillation of coal was mixed with 20 volume percent methyl formate. The mixture was heated to 38O 0 C to gasify it. This gas was then diluted down to 2.5 percent by volume with methane. The thus Dilute ite gas was fen in a vertical tubular C through four inlet openings in two sieve geg: nüb - rmation contained herein inner side walls of the furnace at a rate of 3.8 l / min introduced, the furnace indirectly to 400 0 C was heated. In the vertical furnace carbon ribbons were s mm having a width of 2 and a thickness of 5 | treated at 100O C in 3 possessed (and a carbon content of about 99 weight percent
ίο und eine Festigkeit von 2 t/cm2 besaßen) auf etwa 15000C mittels elektrischin Stromes gehalten.ίο and had a strength of 2 t / cm 2 ) kept at about 1500 0 C by means of electricity.
Der Ofen wurde so betrieben, daß die Gase in rechten Winkeln bezüglich der Kohlenstoffbänder eingeführt wurden, und frhche gemis:hte Gase wurden aufeinanderfolgend auf die Oberflächen der Kohlenstoffbänder geleitet. In der beschriebenen Weise wurden pyrolytische Produkte auf den Oberflächen der Bäder niedergeschlagen, bis die Dicke der Bänder etwa 20 μΐη erreichte. Danach wurden die auf diese WeiseThe furnace was operated so that the gases in right Angles with respect to the carbon ribbons were introduced, and early mixed gases were successively conducted onto the surfaces of the carbon ribbons. Were in the manner described Pyrolytic products are deposited on the surfaces of the baths until the thickness of the tapes is approximately 20 μΐη reached. After that, they were this way
belegten Bänder 30 min in der Argon-Atmosphäre bei etwa 1800° C behandelt. Die entstandenen Bänder besaßen eine Festigkeit von 22 t/cm2, eine Bruchausdehnung von 1,1 °/o und einen Krümmungsradius (wenn sie entlang der Bandoberfläche gebogen wurden) von etwa 1,4 mm. Durch thermische Behandlung wurden die mechanische Festigkeit am 20% und die Dehnung um 40% verbessert, während der Krümmungsradius um etwa 30% verringert wurde. Ferner betrug der Phosphorgehalt der niedergeschlagenen Schicht etwa 3 Gewichtsprozent. Das Bandprodukt 2eigte hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation, wenn es in der ähnlichen Weise wie im Beispiel 1 getestet wurde.coated tapes treated for 30 minutes in an argon atmosphere at around 1800 ° C. The resulting tapes had a strength of 22 t / cm 2 , an elongation at break of 1.1% and a radius of curvature (when they were bent along the surface of the tape) of about 1.4 mm. Thermal treatment improved the mechanical strength by 20% and the elongation by 40%, while the radius of curvature was reduced by about 30%. Further, the phosphorus content of the deposited layer was about 3 percent by weight. The tape product 2 exhibited excellent resistance to oxidation when tested in a manner similar to Example 1.
Ergänzungr/blatt zur Patentschrift Ur. 25 12Supplementary sheet for Patent Ur. 25 12
Kl. G 0':- B QDiI 7, 4,Class G 0 ': - B QDiI 7, 4,
Gr. 35-52Size 35-52
Das Patent 23 12 497.2 ist durch Vorzieht auf dan Hauptpatent 21 37 289.4 selbständig geworden.The patent 23 12 497.2 is by preferring to the main patent 21 37 289.4 became self-employed.
Claims (4)
dadurch gekennzeichnet, daß der" Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der mit dem Niederschlag versehene Kohlenstoff- vorliegenden Erfindung werden die mit phosphorgegenstand bei einer Temperatur von 1500 bis haltigem Kohlenstoff belegten Kohlenstoffgegenstände 2000°C einer thermischen Nachbehandlung unter- bei einer Temperatur von 1500 bis 2000 C über eine worfen wird. Zeitdauer von 0,2 s bis 30 min thermisch behandelt.Bonds and phosphorus-containing organic compounds. stood at a temperature of 1500 to 2000 C a carbon and 1 to 20% phosphorus, is subjected to thermal post-treatment,
characterized in that "According to an advantageous embodiment of the carbon present invention provided with the precipitate, the carbon objects coated with phosphorus object at a temperature of 1500 to containing carbon are subjected to a thermal aftertreatment under 2000 ° C at a temperature of 1500 to 2000 C over One is thermally treated for a period of 0.2 s to 30 minutes.
Applications Claiming Priority (2)
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JP47025797A JPS5134513B2 (en) | 1972-03-15 | 1972-03-15 |
Publications (3)
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DE2312497A1 DE2312497A1 (en) | 1973-10-11 |
DE2312497B2 DE2312497B2 (en) | 1976-05-20 |
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