DE2411420A1 - CARBON SUBSTRATE WITH A CHEMICALLY BOND ALUMINUM COATING, AND METHOD OF MANUFACTURING - Google Patents

Description

8. März 1974 Gze/pnMarch 8, 1974 Gze / pn

UNION CARBIDE CORPORATION, 270 Park Avenue, New York,UNION CARBIDE CORPORATION, 270 Park Avenue, New York,

N.Y. 10017, U₀S.A.NY 10017, U ₀ SA

Kohlenstoffsubstrat mit einem ehemisch gebundenen Aluminiumüberzug, und Verfahren zur HerstellungCarbon substrate with a previously bonded aluminum coating, and method of manufacture

Die vorliegende Erfindung betrifft Gegenstände aus Kohlenstoff, welche einen Überzug aus chemisch gebundenem Aluminium aufweisen; ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffgegenständen mit solchem Überzug.The present invention relates to articles made of carbon which have a coating of chemically bonded aluminum; The invention also relates to a process for the production of carbon articles with such a coating.

Es ist allgemein bekannt, das Gegenstände aus Kohlenstoff, wozu sowohl graphitischer wie nicht-graphitiseher Kohlenstoff gehört, wegen den außerordentlichen Eigenschaften, die sie bei hohen Temperaturen aufweisen, für verschiedene Anwendungsbereiche hervorragend geeignet sind. Zusätzlich zu Festigkeit und Beständigkeit, welche mit ansteigender Temperatur noch zunehmen, besitzt Kohlenstoff weiterhin die vorteilhafte Eigenschaft, daß seine elektrische Leitfähigkeit unter verschiedenen Temperaturbedingungen im wesentlichen konstant bleibt.It is well known that objects made of carbon, including both graphitic and non-graphitic carbon, excellent for various areas of application because of the extraordinary properties that they exhibit at high temperatures are suitable. In addition to strength and durability, which increase with increasing temperature Carbon continues to have the advantageous property that its electrical conductivity under different temperature conditions remains essentially constant.

Dank dieser besonderen Eigenschaften ist Kohlenstoff ein hervorragendes Material für verschiedene Anwendungsbereiche, wieThanks to these special properties, carbon is an excellent one Material for different areas of application, such as

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etwa für den Antrieb in Pumpen zur Handhabung von geschmolzenem Metall, für Auskleidungen von Öfen und Abstichrinnen für Formen zum Ein- oder Ausgießen von geschmolzenem Metall, ferner bei der Raumfahrt, in der Filtertechnik und weiteren Anwendungsgebieten. Ein weiterer wichtiger Anwendungszweck für Kohlenstoff sind Kohlenstoffelektroden in elektrothermischen Verfahren, bei denen Lichtbogen verwendet werden.For example, for driving pumps for handling molten metal, for lining furnaces and tapping channels for molds For pouring in or pouring out molten metal, also in space travel, in filter technology and other areas of application. Another important use for carbon are carbon electrodes in electrothermal processes that use electric arcs.

Obwohl Kohlenstoff ausgezeichnete Eigenschaften aufweist, besitzt er einen ernsthaften Nachteil in der Hinsicht, daß Kohlenstoff in oxidierender Umgebung abgenutzt oder schrittweise abgebaut wird. Beispielsweise ist die Abnahme bzw. der Verbrauch an Kohlenstoffelektroden in elektrischen Lichtbogenofen hauptsächlich abhängig von dem Ausmaß der Oxidation an der Oberfläche der erwärmten Elektrode. In gleicher Weise werden die Kohlenstoff bestandteile, die beim Gießen von geschmolzenem Aluminium verwendet werden, bereits durch das geschmolzene Aluminium oxidativ angegriffen. Das heißt, die Verwendung von Kohlenstoffbestandteilen unter oxidierender Atmosphäre bei hohen Temperaturen führt zu einer Abnutzung des Gegenstandes und zu einem übermäßigen Verbrauch des Kohlenstoffs, wodurch die Lebensdauer solcher Gegenstände auf außerordentlich kurze Zeitspannen begrenzt wird.Although carbon has excellent properties, it has a serious drawback that carbon does wears out or gradually degrades in an oxidizing environment. For example, the decrease or consumption is on Carbon electrodes in electric arc furnace mainly depending on the degree of oxidation on the surface of the heated electrode. In the same way are the carbon Components that are used in the casting of molten aluminum already pass through the molten aluminum attacked oxidatively. That is, the use of carbon components in an oxidizing atmosphere at high temperatures leads to wear and tear of the item and excessive Consumption of carbon, which limits the life of such objects to extremely short periods of time will.

Es sind verschiedene Anstrengungen unternommen worden, um Schutzüberzüge an Kohlenstoffgegenständen vorzusehen, welche die Lebensdauer solcher Gegenstände verlängern sollten. In diesem Zusammenhang sind z.B. die US-Patentschriften 2 685 539, 2 685 540, 2 685 541 und 2 G85 542 zu nennen, nach denen Aluminiumphosphat, Magnesiumphosphat, Kalziumphosphat und gewisse Alkalimetall-Various efforts have been made to provide protective coatings to be provided on carbon objects that extend the service life such items should extend. In this connection, for example, U.S. Patents 2,685,539, 2,685,540, 2 685 541 and 2 G85 542, according to which aluminum phosphate, magnesium phosphate, calcium phosphate and certain alkali metal

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phosphate dem Kohlenstoff als Korrosionsbeständigkeit verleihende Imprägniermittel zugesetzt werden; der US-Patentschrift 3 510 347 ist die Verwendung eines Kalzium-Aluminium-Oxyphosphat-Gemisches als Oxidationsinhibitor für Kohlenstoff zu entnehmen; schließlich wird in der US-Patentschrift 3 348.929 ein oxidationsverhindernder Überzug für Kohlenstoff aus Aluminium-Legierung mit zusätzlichen Carbid- oder Nitridmaterialien beschrieben. Es sind auch verschiedene andere keramische und metallische Überzüge zusammen mit verschiedenen chemischen Imprägniermitteln eingesetzt worden; sie haben sich jedoch in keinem Falle als vollständig befriedigend erwiesen. Mit gewissem Erfolg wurden siliciurahaltige Überzüge verwendet, jedoch ist das Verfahren zum Aufbringen dieser Überzüge sehr teuer.phosphate to impart corrosion resistance to carbon Impregnating agents are added; U.S. Patent 3,510,347 discloses the use of a calcium-aluminum-oxyphosphate mixture to be found as an oxidation inhibitor for carbon; finally, in US Pat. No. 3,348,929, an anti-oxidant is disclosed Coating for carbon from aluminum alloy with additional carbide or nitride materials described. They are also different other ceramic and metallic coatings have been used in conjunction with various chemical impregnants; however, in no case have they been found to be entirely satisfactory. Silica-containing coatings have been used with some success is used, but the process of applying these coatings is very expensive.

Aluminium ist für viele Anwendungen ein erwünschtes Metall, da es hohe elektrische Leitfähigkeit, hohe thermische Leitfähigkeit, geringes Gewicht, gute Oxidationsbeständigkeit aufweist und preiswert ist. Es wurden bereits Verfahren zum Verbinden von Graphit mit Aluminium entwickelt, bei denen das Aluminium durch die Bildung von Al.C« chemisch an den Graphit gebunden ist; derartige Bindungen waren jedoch in feuchter Umgebung nicht beständig und führten zu einem Abschälen und/oder Abblättern des Aluminiums. Es wurden auch bereits Kohlenstoff- oder Graphitfasern mit Nickel, Silber oder Tantal überzogen und anschließend Aluminium eingelagert, jedoch in Folge der verwendeten Temperaturen, Anwendungszeiten und Gemische bildeten sich zwischen den Bestandteilen keine zusätzlichen Phasen. Es wurde auch zusammengesetztes Material aus Aluminium-Kohlenstoff-Fasern hergestellt, indem Kohlenstoffasern mit einem Metall, das einAluminum is a desirable metal for many applications because it has high electrical conductivity, high thermal conductivity, is light in weight, has good oxidation resistance and is inexpensive. There have been methods of joining Developed from graphite with aluminum, in which the aluminum is chemically bonded to the graphite through the formation of Al.C « is; however, such bonds were not durable in a humid environment and resulted in peeling and / or peeling of aluminum. Carbon or graphite fibers have also already been coated with nickel, silver or tantalum and then coated Aluminum stored, but as a result of the temperatures used, application times and mixtures formed between the components no additional phases. Composite material was also made of aluminum-carbon fibers, by adding carbon fibers to a metal that is a

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Monocarbid bildet, überzogen wurden, um mit Carbid überzogene Fasern herzustellen,und die mit Carbid überzogenen Fasern in eine Aluminium-Matrix einzulagern, welche zusätzlich einen geringen Anteil an dem das Monocarbid bildendenMetall aufwies. Ferner wurde bereits beschrieben, Aluminium in Kohlenstoffaserbündel einzulagern; hierbei wurde dem Aluminium vorher ein Carbid bildendes Element dem Aluminium zugesetzt, und zwar in solchem Anteil, daß es sich in dem Aluminium löste; der Anteil betrug bis zu 1%,bezogen auf das Gewicht des Aluminiums, 'wurde auch bereits unter hohem Druck in fein verteilte Kohlenstoff strukturen eingelagert; bei dieser Art von zusammengesetztem Material trägt die Al.C^-Bindung zu der hohen Festigkeit bei.Monocarbide forms, coated to produce carbide coated fibers, and the carbide coated fibers in to store an aluminum matrix, which also had a small proportion of the metal forming the monocarbide. Furthermore, aluminum in carbon fiber bundles has already been described to store; here a carbide-forming element was previously added to the aluminum, namely in such a proportion that it dissolved in the aluminum; the proportion was up to 1%, based on the weight of the aluminum, 'Has also been converted into finely divided carbon under high pressure structures stored; in this type of composite material, the Al.C4 bond contributes to the high strength at.

Wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Aluminiumüberzug, der chemisch an ein Kohlenstoffsubstrat gebunden ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein chemisch gebundener Aluminiumtiberzug an Kohlenstoffgegenständen, welcher preiswert zu einer gegen Korossion schützenden elektrisch leitenden Schicht führt, welche zusätzlich zum Aneinanderbinden der Kohlenstoffgegenstände, oder zum Verbinden der Kohlenstoffgegenstände mit anderen Gegenständen dienen kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kohlenstoffsubstrat mit chemisch gebundenem Aluminium zu überziehen, wobei die Bildung von Aluminiumcarbid (Al₄C₃) weitgehend verhindert wird. Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist preiswertes, zusammengesetztes Material geringer Dichte mit hoher Festigkeit und guter Abriebbeständigkeit, das einen Schutzüberzug gegen Oxidation aufweist, und als ElektrodeAn essential object of the present invention is an aluminum coating that is chemically bonded to a carbon substrate. Another object of the present invention is a chemically bonded aluminum coating on carbon objects, which inexpensively leads to an electrically conductive layer protecting against corrosion, which can additionally serve to bond the carbon objects to one another or to connect the carbon objects to other objects. Another object of the present invention is to coat a carbon substrate with chemically bonded aluminum, the formation of aluminum carbide (Al ₄ C ₃ ) being largely prevented. Still another object of the present invention is an inexpensive, low-density, high-strength, high-abrasion-resistant composite material having a protective coating against oxidation and as an electrode

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in elektrischen Öfen, als Lötmittel zum Anschmelzen elektrischer Leitungen an Graphit, und für ähnliche Anwendungsfälle verwendet werden kann.Used in electric furnaces, as solder for melting electrical lines onto graphite, and for similar applications can be.

Allgemein gesehen besteht die vorliegende Erfindung darin, einen korossionsbeständigen Überzug auf Kohlenstoffgegenständen oder zusammengesetzten Materialien vorzusehen, wobei auf dem Kohlenstoff (hierzu gehören sowohl graphitischer, wie nicht-graphitischer Kohlenstoff) eine Zwischenschicht aus einem Metallcarbid mit den Metallen Tantal, Titan oder Hafnium, und eine äussere Schicht aus im wesentlichen Aluminium aufgebracht wird. Die Metallcarbid-Zwischenschicht, etwa aus Tantalcarbid, wird in situ aus den Elementen in Anwesenheit von Aluminium synthetisiert, was zu einer starken Bindung zwischen dem Aluminium und dem Kohlenstoff über die Metallcarbid-Zwischenschicht führt. Das Tantal kann in metallischer Form auf dem Kohlenstoffgegenstand aufgebracht werden, oder als Legierungszusatz zu dem Aluminium, solange gewährleistet ist, daß die Zwischenschicht aus Tantalcarbid in situ in Anwesenheit von Aluminium gebildet wird. Die Zwischenschicht aus Metall-Monocarbid kann auch in situ entweder durch Reduzierung einer intermetallischen Phase aus Aluminium-Titan mittels Kohlenstoff unter Bildung von Aluminium und Titancarbid, oder durch Reduzierung einer intermetallischen Phase aus Aluminium-Hafnium mittels Kohlenstoff unter Bildung von Aluminium und Hafniumcarbid erzeugt werden, was jeweils zu einer starken Bindung zwischen dem Aluminium und dem Kohlenstoff über eine Zwischenschicht aus entweder Titancarbid oder Hafniumcarbid führt.Generally speaking, the present invention is to provide a korossionsbeständigen coating carbon articles or composite materials, wherein on the carbon (which includes both graphitic, such as non-graphitic carbon) an intermediate layer of a metal carbide with the metals tantalum, titanium, or hafnium, and outer layer of essentially aluminum is applied. The intermediate metal carbide layer, such as tantalum carbide, is synthesized in situ from the elements in the presence of aluminum, resulting in a strong bond between the aluminum and the carbon via the intermediate metal carbide layer. The tantalum can be applied in metallic form to the carbon article, or as an alloy additive to the aluminum, as long as it is ensured that the intermediate layer of tantalum carbide is formed in situ in the presence of aluminum. The intermediate layer of metal-monocarbide can also be generated in situ either by reducing an intermetallic phase of aluminum-titanium by means of carbon to form aluminum and titanium carbide, or by reducing an intermetallic phase of aluminum-hafnium by means of carbon to form aluminum and hafnium carbide, each of which leads to a strong bond between the aluminum and the carbon via an intermediate layer of either titanium carbide or hafnium carbide.

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In den Abbildungen zeigt:In the pictures shows:

Fig. 1 ein Dreiecksdiagramm des Systems Aluminium-Tantal-Kohlenstoff auf der Basis der Atom-gewichte dieser Elemente; und1 shows a triangular diagram of the aluminum-tantalum-carbon system based on the atomic weights of these elements; and

Fig. 2 ein Dreiecksdiagramm des Systems Aluminium-Titan-Kohlenstoff auf der Basis der Atomgewichte dieser Elemente.2 shows a triangular diagram of the aluminum-titanium-carbon system based on the atomic weights of these elements.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß Aluminium an Graphit gebunden werden kann, ohne vorher den Kohlenstoffgegenstand vollständig mit Metall zu überziehen, oder die Oberfläche des Graphits vorher chemisch zu verändern. Die Bindung kann in situ gebildet werden, und das gesamte oder Teile des für die Matrix erforderlichen Aluminiums können ebenfalls in situ gebildet werden. Es wurde weiterhin beobachtet, daß Titan und Hafnium zusätzlich zu Tantal verwendet werden können, um Aluminium über eine Zwischenschicht mit Kohlenstoff zu verbinden, wobei die Bindung über intermediäre Bindungen oder Phasen, welche in situ gebildet werden, mit Tantalcarbid, Titancarbid oder Hafniumcarbid erfolgen. HierbeiThe present invention is based on the observation that Aluminum can be bonded to graphite without first completely coating the carbon object with metal, or to chemically change the surface of the graphite beforehand. The bond can be formed in situ, and all or Parts of the aluminum required for the matrix can also be formed in situ. It was further observed that titanium and hafnium in addition to tantalum can be used to have an intermediate layer with aluminum To connect carbon, the bond via intermediate bonds or phases which are formed in situ with Tantalum carbide, titanium carbide or hafnium carbide. Here

sind nicht alle Metalle, die mit Kohlenstoff unter Metallcarbidbildung reagieren können, für die vorliegende Erfindung brauchbar. Zum Beispiel war es nicht möglich, entsprechende Ergebnisse zu erzielen, wenn intermetallische Phasen vorlagen, die Aluminium und Metalle, wie Zirkonium, Vanadin, Niob oder Chrom enthielten. Vielmehr wurde beobachtet, daß intermetallische Phasen, wie Aluminium-Tantal, Aluminium-Titan oder Aluminium-Hafnium mit Kohlenstoff in situ zu Aluminium und Tantalcarbid, Aluminium und Titancarbid,Not all metals that can react with carbon to form metal carbides are useful in the present invention. For example, it was not possible to achieve corresponding results when intermetallic phases were present that contained aluminum and metals such as zirconium, vanadium, niobium or chromium. Rather, it has been observed that intermetallic phases such as aluminum-tantalum, aluminum-titanium or aluminum-hafnium with carbon in situ to aluminum and tantalum carbide, aluminum and titanium carbide,

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oder entsprechend Aluminium und Hafniumcarbid reduziert werden können.or aluminum and hafnium carbide can be reduced accordingly.

Die Bindung zwischen Aluminium und dem Kohlenstoffgegenstand ist eher chemischer Natur als mechanischer; dies wird weitgehend durch die in situ-Bildung der Zwischenschicht gewährleistet. Der Vorteil einer chemischen Bindung im Vergleich zu einer mechanischen Verbindung liegt in der besonders guten Dauerhaftigkeit bzw. Festigkeit dieser Bindung auch unter verschiedenen Bedingungen. Zum Beispiel werden mit Aluminium überzogene Elektroden häufig über den Schmelzpunkt des Aluminiums hinaus erwärmt. Aluminium, das auf mechanischem Wege mit den Elektroden verbunden wurde, etwa durch Niederschlagen mittels elektrischer Verfahren oder im Vakuum, ballt sich zusammen und löst sich von der Graphitoberfläche ab, während chemisch gebundenes Aluminium dies nicht tut. Darüber hinaus können zusätzliches Aluminium, andere Metalle, Graphit oder andere Strukturen an dem Aluminium angelötet werden, das chemisch an den Graphit gebunden ist, da kein Feucht- oder Flüssigwerden des Aluminiums auftritt.The bond between aluminum and the carbon object is more chemical in nature than mechanical; this is largely ensured by the in situ formation of the intermediate layer. The advantage of a chemical bond compared to a mechanical bond is that it is particularly durable or strength of this bond even under different conditions. For example, be coated with aluminum Electrodes are often heated above the melting point of aluminum. Aluminum that mechanically connects to the electrodes connected, for example by means of electric deposition or in a vacuum, agglomerates and separates the graphite surface, while chemically bound aluminum does not. In addition, additional aluminum, other metals, graphite or other structures are soldered to the aluminum that is chemically bonded to the graphite, since the aluminum does not become wet or liquid.

Die in situ-Bildung der chemischen Bindung, wie sie erfindungsgemäß vorgesehen ist, führt zu einer Reihe von Vorteilen gegenüber solchen Versuchen, bei denen der Kohlenstoffgegenstand mit einer Carbidphase versehen wurde und anschließend in einer getrennten Verfahrensstufe der Versuch unternommen wurde, Aluminium an die mit Carbid überzogene Oberfläche zu binden. Erstens, ein solches zwei-stufiges Verfahren wird erfindungsgemäß durch ein einstufiges Verfahren ersetzt. Zweitens, bei dem zweistufigen Verfahren ist die Benetzung der Carbidphase mit Aluminium schlecht, während die Benetzung bei dem erfindungs-The in situ formation of the chemical bond as it is according to the invention is provided leads to a number of advantages over such attempts in which the carbon article was provided with a carbide phase and then the attempt was made in a separate process step, To bond aluminum to the carbide coated surface. First, such a two-step process is in accordance with the invention replaced by a one-step process. Second, in the two-step process, wetting is the carbide phase bad with aluminum, while the wetting in the case of the invention

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gemäßen Verfahren gut ist. Bei der Benetzung der Carbidphase mit Aluminium kann bei dem zweistufigen Verfahren die Bildung von Al₄C₃ auftreten, was jedoch unerwünscht ist, denn die Al₄C₃-Phase ist bekanntlich unter den üblichen atmosphärischen Bedingungen nicht beständig.according to the procedure is good. When the carbide phase is wetted with aluminum, the formation of Al ₄ C ₃ can occur in the two-stage process, but this is undesirable because the Al ₄ C ₃ phase is known not to be stable under the usual atmospheric conditions.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine Tantal-Aluminium enthaltende Mischung oder Aufschlämmung auf dem Kohlenstoffsubstrat niederzuschlagen und anschließend das überzogene Substrat unter inerter Atmosphäre zu erwärmen, wobei sich in situ eine Zwischenschicht aus Tantalcarbid bildet, welche dazu dient, das Aluminium im wesentlichen chemisch an den Kohlenstoff zu binden. Darüber hinaus können nach der vorliegenden Erfindung auch intermetallische Phasen aus Aluminium-Titan oder Aluminium-Hafnium auf dem Kohlenstoffsubstrat niedergeschlagen werden und diese entsprechend überzogenen Gegenstände anschließend unter inerter Atmosphäre erwärmt werden, wobei sich in situ eine Zwischenschicht aus Titancarbid oder Hafniumcarbid bildet, welche dazu dient, das Aluminium chemisch an den Kohlenstoff zu binden. Das überall überzogene Substrat kann charakterisiert werden als ein Kohlenstoffgegenstand mit einem äusseren Aluminiumüberzug, der chemisch und fest haftend über eine Metallcarbid-Zwischenschicht der Metalle Tantal, Titan oderHafnium an den Kohlenstoff gebunden ist. Der Überzug stellt eine korossionsbeständige Schutzschicht für das Kohlenstoffsubstrat dar und liefert darüber hinaus eine solche Oberfläche, die mit einer anderen Kohlenstoffoberfläche oder mit Oberflächen ahnlicher Art verbunden werden kann.According to the invention it is provided that a mixture or slurry containing tantalum-aluminum is deposited on the carbon substrate and then heating the coated substrate under an inert atmosphere, an intermediate layer being formed in situ from tantalum carbide, which serves to essentially chemically bond the aluminum to the carbon. About that In addition, according to the present invention, intermetallic phases of aluminum-titanium or aluminum-hafnium can also be used on the Carbon substrate are deposited and these correspondingly coated objects then under inert Atmosphere are heated, with an intermediate layer of titanium carbide or hafnium carbide is formed in situ, which for this purpose serves to chemically bond the aluminum to the carbon. The all over coated substrate can be characterized as a carbon object with an outer aluminum coating that adheres chemically and firmly via a metal carbide intermediate layer the metals tantalum, titanium or hafnium is bound to the carbon. The coating provides a corrosion-resistant protective layer for the carbon substrate and also provides such a surface with another carbon surface or can be connected to surfaces of a similar nature.

Ein Verfahren zum Aufbringen des chemisch gebundenen Aluminiumüberzugs auf Kohlenstoff besteht darin, zuerst mittels üblicherA method of applying the chemically bonded aluminum coating on carbon is first by means of usual

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Techniken, wie Aufstreichen, Aufsprühen, Aufwalzen, oder Eintauchen des Kohlenstoffsubstrats in eine kolloidähnliche Suspension, welche diese Elemente enthält, auf dem Kohlenstoffsubstrat niederzuschlagen. Das mit Aluminium-Tantal überzogene Kohlenstoffsubstrat wird anschließend unter inerter Atmosphäre einer Wärmebehandlung ausgesetzt, wobei in situ Tantalcarbid als Zwischenschicht gebildet wird, welche dazu dient, das Aluminium chemisch an den Kohlenstoff zu binden. Unter einer inerten Atmosphäre wird dabei eine nicht-oxidierende Atmosphäre oder Vakuum verstanden.Techniques such as brushing, spraying, rolling or dipping of the carbon substrate into a colloid-like suspension containing these elements on the carbon substrate knock down. The one coated with aluminum tantalum The carbon substrate is then subjected to a heat treatment in an inert atmosphere, with tantalum carbide in situ is formed as an intermediate layer, which serves to chemically bond the aluminum to the carbon. Under one Inert atmosphere is understood to mean a non-oxidizing atmosphere or vacuum.

Nach dem Reaktionsmechanismus der vorliegenden Erfindung kann eine intermetallische Phase aus Aluminium-Titan oder Aluminium-Hafnium mittels Kohlenstoff reduziert-werden, wobei als Reaktionsprodukte unreagierterüberschüssiger Kohlenstoff, Aluminium und Titan- oder Hafniumcarbid anfallen, je nach den anfänglichen Reaktanten. Bei dieser Reaktion werden die Mol-Mengen,der die intermetallische Phase bildenden Metalle im Hinblick auf Aluminium, also Aluminium und Titan, oder Aluminium und Hafnium bevorzugt in Anteilen verwendet, welche durch die Formel MAI/MX^ 3 bestimmt; wobei MAl die Mol-Mengen Aluminium und MX entweder die Mol-Mengen Titan oder die Mol-Mengen Hafnium bedeuten, welche in der intermetallischen Phase enthalten sind.According to the reaction mechanism of the present invention, an intermetallic phase can be made of aluminum-titanium or aluminum-hafnium be reduced by means of carbon, whereby unreacted excess carbon, Aluminum and titanium or hafnium carbide are produced, depending on the initial reactants. In this reaction, the Molar amounts of the metals forming the intermetallic phase with respect to aluminum, i.e. aluminum and titanium, or Aluminum and hafnium are preferably used in proportions which are determined by the formula MAI / MX ^ 3; where MAl is the molar amounts Aluminum and MX mean either the molar amounts of titanium or the molar amounts of hafnium which are in the intermetallic phase are included.

Darüber hinaus bestimmt das molare Verhältnis von Aluminium zu Titan, oder von Aluminium zu Hafnium, welche als anfängliche Reaktanten die intermetallische Phase bilden, das molare Verhältnis des Reaktionsprodukts aus Aluminium zu dem gebildeten Titan- oder Hafniumcarbid. Wenn z.B. Al₃Ti mit KohlenstoffIn addition, the molar ratio of aluminum to titanium, or of aluminum to hafnium, which as initial reactants form the intermetallic phase, determines the molar ratio of the reaction product of aluminum to the titanium or hafnium carbide formed. If, for example, Al ₃ Ti with carbon

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reduziert wird, so werden für jedes Mol Titancarbid 3 Μ·1 Aluminium gebildet, d.h. ein Mol-Verhältnis Aluminium-Titan der intermetallischen Phase von 3 : 1 führt zu einem Reaktionsprodukt an Aluminium und Titancarbid mit einem Mol-Verhältnis von 3 Mol Aluminium auf 1 Mol Titancarbid. Wird überschüssiger Kohlenstoff verwendet, so wird der überschüssige Anteil an Kohlenstoff, welcher nicht an der Reaktion teilnimmt, entweder mit Titan- oder Hafniumcarbid überzogen. Das bei dieser Reaktion freigesetzte Aluminium haftet zäh und dauerhaft an dem Carbid. Daher besteht nach der vorliegenden Erfindung keine Notwendigkeit, das geschmolzene Aluminium einzugrenzen, da dieses leicht die in situ gebildeten Carbide benetzt und an diesen haftet. nVenn die intermetallische Phase mit Kohlenstoff reduziert wird, so wird es bevorzugt, daß als Reaktionsprodukte lediglich Titanoder Hafniumcarbid, Aluminium und unreagierter, überschüssiger Kohlenstoff vorliegen. Es ist nicht erwünscht, die Gleichgewichtsbedingungen zu erreichen, da Al₄Co ein unerwünschtes Reaktionsprodukt darstellt, d.h. wird die Reaktion zwischen der intermetallischen Phase und Kohlenstoff zu Ende geführt, so gehören zu den Endprodukten in Abhängigkeit des Anteils an eingesetztem überschüssigem Kohlenstoff entweder Al₄C₃, XC und Al oder Al₄C₃, XC und C, wobei X Titan oder Hafnium bedeutet. Die Gleichgewichtsphasen für diese Reaktion werden aus dem passenden Verträglichkeits-Dreieck abgeleitet. Somit kann die Bildung von Al₄C₃ durch geeignete Auswahl der Bedingungen für Reaktionsdauer und Temperatur weitgehend verhindert werden.is reduced, 3 × 1 aluminum is formed for every mole of titanium carbide, ie a molar ratio of aluminum to titanium of the intermetallic phase of 3: 1 leads to a reaction product of aluminum and titanium carbide with a molar ratio of 3 mol of aluminum to 1 Moles of titanium carbide. If excess carbon is used, the excess carbon which does not take part in the reaction is coated with either titanium or hafnium carbide. The aluminum released in this reaction adheres tenaciously and permanently to the carbide. Thus, in accordance with the present invention, there is no need to contain the molten aluminum, as this readily wets and adheres to the carbides formed in situ. When the intermetallic phase is reduced with carbon, it is preferred that only titanium or hafnium carbide, aluminum and unreacted, excess carbon are present as reaction products. It is not desirable to achieve the equilibrium conditions, since Al ₄ Co is an undesirable reaction product, ie if the reaction between the intermetallic phase and carbon is brought to an end, the end products include either Al ₄ C, depending on the proportion of excess carbon used ₃ , XC and Al or Al ₄ C ₃ , XC and C, where X is titanium or hafnium. The equilibrium phases for this reaction are derived from the appropriate compatibility triangle. The formation of Al ₄ C ₃ can thus be largely prevented by suitable selection of the conditions for reaction time and temperature.

Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erfolgt die Reaktion zwischen Kohlenstoff und der intermetallischen Phase anfänglich in festem Zustand und beginnt bei Temperaturen vonIn the method according to the present invention, the reaction between carbon and the intermetallic phase takes place initially in a solid state and starts at temperatures of

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ungefähr 900°C. Da die Reaktion oberhalb der Schmelztemperatur von Aluminium (angenähert 66O⁰C) durchgeführt wird, bildet sich als Reaktionsprodukt geschmolzenes Aluminium. Wenn die Reaktanten der intermetallischen Phase ein wie oben definiertes Mol-Verhältnis MAI/MX=!=3 aufweisen, dann sind bei der Reaktionstemperatur von ungefähr 90O⁰C sowohl Al₃X und Al vorhanden, wobei X Titan oder Hafnium bedeutet und Al geschmolzenes Aluminium mit einem begrenzten Anteil an Titan oder Hafnium in Lösung (ungefähr 1 Gewichtsprozent) bedeutet. Aufgrund von Beobachtungen, experimentellen Ergebnissen und theoretischen Betrachtungen wird angenommen, daß der Mechanismus der Carbidbildung nicht nur über die Al -Bestandteile erfolgt, d.h.about 900 ° C. Since the reaction above the melting point of aluminum (approximately 66o C ⁰⁾ is carried out, formed as a reaction product of molten aluminum. If the reactants of the intermetallic phase have a molar ratio MAI / MX =! = 3 as defined above, then at the reaction temperature of approximately 90O ⁰ C both Al ₃ X and Al are present, where X denotes titanium or hafnium and Al denotes molten aluminum with a limited amount of titanium or hafnium in solution (approximately 1 percent by weight). On the basis of observations, experimental results and theoretical considerations, it is assumed that the mechanism of carbide formation does not only take place via the Al components, ie

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zwischen Kohlenstoff und dem in dem Aluminium (Al ) gelöstenbetween carbon and that dissolved in the aluminum (Al)

ssss

Titan oder Hafnium, sondern auch über Teilchen-Teilchen-Wechselwirkungen, d.h. Wechselwirkungen zwischen Teilchen aus unlöslicher intermetallischer Phase und Kohlenstoffteilchen.Titanium or hafnium, but also through particle-particle interactions, i.e., interactions between particles of insoluble intermetallic phase and carbon particles.

Nach der vorliegenden Erfindung kann die unerwünschte Bildung von Al₄C₃ weitgehend dadurch verhindert werden, daß zur Bildung der intermetallischen Phase mit Aluminium Titan oder Hafnium verwendet werden. Die Al,C₃-Bildung wird dann durch die in situ-Bildung von Titancarbid oder Hafniumcarbid ersetzt. Diese zwei carbidbildenden Bestandteile, nämlich Titan oder Hafnium, werden dem Aluminium bevorzugt in einem Anteil zugesetzt, der über der Löslichkeitsgrenze dieser beiden Bestandteile im Aluminium liegt, d.h. in Anteilen größer als ungefähr 2%, bezogen auf das Gewicht des Aluminiums. Der Anteil an Titan, welcher dem Aluminium zur Bildung des erfindungsgemäßen Überzuges zugesetzt wird, liegt bevorzugt zwischen ungefähr 6 und 61%, bezogen auf das Gewicht des Aluminiums. Der Anteil an Hafnium, welcher demAccording to the present invention, the undesired formation of Al ₄ C _{3 can be} largely prevented by using titanium or hafnium to form the intermetallic phase with aluminum. The Al, C ₃ formation is then replaced by the in situ formation of titanium carbide or hafnium carbide. These two carbide-forming constituents, namely titanium or hafnium, are preferably added to the aluminum in a proportion which is above the solubility limit of these two constituents in aluminum, ie in proportions greater than approximately 2%, based on the weight of the aluminum. The proportion of titanium which is added to the aluminum to form the coating according to the invention is preferably between approximately 6 and 61%, based on the weight of the aluminum. The proportion of hafnium which the

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Aluminium zur Bildung des erfindungsgemäßen Überzuges zugesetzt wird, liegt bevorzugt zwischen ungefähr 18 und 220%, bezogen auf das Gewicht des Aluminiums. Die Al₄C₃-BiIdUHg wird lediglich dann weitgehend verhindert, wenn das Aluminium wenigstens begrenzte Mengen an unlöslichem, intermetallischem Titan oder Hafnium enthält. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden überschüssige carbidbildende Bestandteile in eine unlösliche, intermetallische Phase übergeführt, etwa in Al₃Ti. Die Menge an intermetallischer Phase kann zwischen ungefähr 2 Gewichtsprozent in dem Aluminium und ungefähr 100% in der intermetallischen Schicht schwanken.Aluminum is added to form the coating according to the invention is preferably between about 18 and 220%, based on the weight of the aluminum. The Al ₄ C ₃ BiIdUHg is largely prevented only if the aluminum contains at least limited amounts of insoluble, intermetallic titanium or hafnium. In the process according to the invention, excess carbide-forming constituents are converted into an insoluble, intermetallic phase, for example in Al ₃ Ti. The amount of intermetallic phase can vary between approximately 2 percent by weight in the aluminum and approximately 100% in the intermetallic layer.

Erfindungsgemäß ergab sich als minimale Temperatur für die in situ-Herstellung von TaC in Gegenwart von Al ungefähr 850 C, wenn diese Temperatur ungefähr eine Stunde lang eingehalten wurde, während die maximale Temperatur ungefähr bei 1300°C liegt; bei dieser Temperatur ist eine Behandlungsdauer von Sekunden ausreichend. Das heißt, eine Behandlungsdauer zwischen ungefähr einer Sekunde und ungefähr einer Stunde bei Temperaturen zwischen ungefähr 850 und 1300⁰C ist für die Wärmebehandlung eines mit Aluminium-Tantal überzogenen Kohlenstoff»«bstrats ausreichend, um auf dem Kohlenstoffsubstrat einen über eine Tantalcarbid-Zwischenschicht chemisch gebundenen Aluminium-Überzug zu erzeugen. Bevorzugt wird eine etwa 30 Minuten dauernde Wärmebehandlung bei ungefähr 900°C.According to the invention, the minimum temperature for the in situ production of TaC in the presence of Al was found to be approximately 850 ° C. if this temperature was maintained for approximately one hour, while the maximum temperature is approximately 1300 ° C .; a treatment time of seconds is sufficient at this temperature. This means that a treatment time of between approximately one second and approximately one hour at temperatures between approximately 850 and 1300 ⁰ C is sufficient for the heat treatment of a carbon substrate coated with aluminum tantalum in order to form a chemically bonded layer on the carbon substrate via a tantalum carbide intermediate layer To produce aluminum coating. A heat treatment lasting about 30 minutes at about 900 ° C. is preferred.

Erfindungsgemäß wurde als Minimaltemperatur für die in situ-Bildung von Hafniumcarbid in Anwesenheit von Aluminium ungefähr 800⁰C gefunden, wenn diese Temperatur ungefähr 30 Minuten lang eingehalten wurde. In gleicher Weise wurde als MinimaltemperaturAccording to the invention, the minimum temperature for the in situ formation of hafnium carbide in the presence of aluminum was found to be approximately 800 ^° C. if this temperature was maintained for approximately 30 minutes. In the same way was used as the minimum temperature

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für die in situ-Bildung von Titancarbid in Anwesenheit von Aluminium ungaüthr 88O⁰C ermittelt, wenn diese Temperatur ungefähr eine Stunde lang eingehalten wurde. Das heißt, eine Behandlungsdauer zwischen ungefähr 35 Minuten bei Temperaturen zwischen 880 und 95O°C für die unter inerter Atmosphäre erfolgende Wärmebehandlung eines mit intermetallischer Phase überzogenen Substrats ist ausreichend, um auf dem Kohlenstoffsubstrat einen über eine Zwischenschicht aus Titancarbid oder Hafniumcarbid chemisch gebundenen Aluminiumüberzug zu erzeugen. Eine 15 Minuten dauernde Wärmebehandlung bei ungefähr 925°Cdetermined for the ungaüthr in situ formation of titanium carbide in the presence of aluminum 88O ⁰ C, if this temperature for one hour was approximately maintained long. This means that a treatment time of between approximately 35 minutes at temperatures between 880 and 95O ° C. for the heat treatment of a substrate coated with an intermetallic phase in an inert atmosphere is sufficient to produce an aluminum coating chemically bonded via an intermediate layer of titanium carbide or hafnium carbide on the carbon substrate . Heat treatment for 15 minutes at approximately 925 ° C

wird bevorzugt.is preferred.

Bei Einhaltung der obigen Bedingungen für die Wärmebehandlung werden eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von ungefähr 25 Mikron und eine Zwischenschicht aus Tantalcarbid, Titancarbid oder Hafniumcarbid mit einer Dicke zwischen ungefähr 0,2 und 50 Mikron erhalten. Die bevorzugte Dicke des Gesamtüberzuges hängt hauptsächlich von dem vorgesehenen Endverwendungszweck der überzogenen Gegenstände ab. Für Kohlenstoffelektroden ist eine Aluminium-Überzugsschicht mit einer Dicke von ungefähr 0,50 mm und einer Zwischenschicht aus Tantalcarbid, Titancarbid oder Hafniumcarbid mit einer Dicke von ungefähr.0,0025 mm geeignet. Die Zwischenschicht muß nicht kontinuierlich sein, um das Aluminium wirksam an den Kohlenstoff zu binden, vielmehr ist eine Schicht, welche lediglich ungefähr 25% der Oberfläche ausmacht, ausreichend.If the above conditions for heat treatment are observed, an aluminum layer with a thickness of about 25 Microns and an intermediate layer of tantalum carbide, titanium carbide or hafnium carbide with a thickness between about 0.2 and 50 microns preserved. The preferred thickness of the overall coating depends primarily on the intended end use of the coated objects. For carbon electrodes is an aluminum coating layer with a thickness of approximately 0.50 mm and an intermediate layer of tantalum carbide, titanium carbide or hafnium carbide with a thickness of approximately 0.0025 mm is suitable. The intermediate layer does not have to be continuous for the aluminum to be effectively bonded to the carbon, but rather a layer which only makes up about 25% of the surface is sufficient.

Nach der vorliegenden Erfindung kann in situ ein Metallcarbid in Anwesenheit von Aluminium gebildet werden, in dem ein An- bzw. Aufschweißverfahren mittels eines elektrischen LichtbogensAccording to the present invention, a metal carbide can be formed in situ in the presence of aluminum, in which an or welding process by means of an electric arc

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angewandt wird. Eine für dieses Verfahren geeignete Technik wird in der US-Patentschrift 3 348 929 beschrieben, wobei ein Lichtbogen zwischen einem überzogenen Substrat und einer Anode vorgesehen ist, wobei entweder dasiüberzogene Substrat oder die Anode so bewegt werden, daß der Lichtbogen an dem Substrat entlang wandert und zu einer kontinuierlichen lokalisierten Anschweißung des Überzugs an das Substrat führt. Bei Anwendung dieses Verfahrens liegt die Temperatur in der Lichtbogenzone ungefähr bei 2200⁰C oder darüber und die erforderliche Zeitspanne für die Metallcarbid-Reaktion liegt im Bereich von Millisekunden, wobei das Metall aus der Gruppe, umfassend Tantal, Titan und Hafnium, ausgewählt wird.is applied. One technique suitable for this method is disclosed in U.S. Patent 3,348,929, wherein an arc is provided between a coated substrate and an anode, with either the coated substrate or the anode being moved so that the arc travels along the substrate leads to continuous localized welding of the coating to the substrate. When using this method, the temperature in the arc zone is approximately 2200 ^° C. or above and the period of time required for the metal carbide reaction is in the range of milliseconds, the metal being selected from the group comprising tantalum, titanium and hafnium.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können elementares Aluminium, Aluminiumverbindungen oder handelsübliche Aluminiumlegierungen, z.B. solche Legierungen, welche neben Aluminium Silicium, Kupfer, Magnesium, Mangan und weitere Metalle enthalten, wirkungsvoll eingesetzt werden. In gleicher Weise könnenbei dem erfindungsgemäßen Verfahren elementares Tantal, Tantal-Verbindungen oder Tantal-Legierungen eingesetzt werden. Werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Titan oder Hafnium verwendet, so kann mit gutem Erfolg elementares Aluminium eingesetzt werden. In gleicherIn the process according to the invention, elemental aluminum, aluminum compounds or commercially available aluminum alloys, E.g. alloys which contain silicon, copper, magnesium, manganese and other metals in addition to aluminum, are effective can be used. In the same way, elemental tantalum, tantalum compounds or Tantalum alloys are used. If titanium or hafnium are used in the method according to the invention, then with elemental aluminum can be used with good success. In the same

/bei
Weise können'dem erfindungsgemäßen Verfahren elementares Titan, elementares Hafnium, Al₃Ti, Al₃Hf, TiH₃ oder HfH₃ wirksam eingesetzt werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verwendung von feinteiligem Tantal-, Titan- oder Hafniumpuler bevorzugt, da geringe Korngrößen die Auflösung und Reaktion von Tantal, Titan oder Hafnium in oder mit dem Aluminium fördern, da die Bildung der intermetallischen Phase und die Auflösung von metallischem Titan, Tantal oder Hafnium in dem Aluminium/at
Elemental titanium, elemental hafnium, Al ₃ Ti, Al ₃ Hf, TiH ₃ or HfH _{3 can} be used effectively in the process according to the invention. In the process according to the invention, the use of finely divided tantalum, titanium or hafnium powder is preferred, since small grain sizes promote the dissolution and reaction of tantalum, titanium or hafnium in or with the aluminum, since the formation of the intermetallic phase and the dissolution of metallic titanium, Tantalum or hafnium in the aluminum

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mit der Bildung von Tantalcarbid, Titancarbid oder Hafniumcarbid fortschreitet. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Tantalpulver mit einer Korngröße von ungefähr .0,10 mm oder weniger geeignet, wobei Tantalpulver mit Korngrößen von ungefähr 0,04 mm und feiner bevorzugt wird. Es hat sich gezeigt, daß ein Anteil von Nickel zwischen ungefähr 1 und ltt%, bezogen auf das Gewicht des Aluminiums, welcher dem Aluminium-Tantal zugesetzt wird, die Auflösung des Tantals beschleunigt. Das Gewichtsverhältnis von Aluminium zu Tantal kann bei dem erfindungsgemäßen Überzug zwischen ungefähr 50 : 1 und 1 : 2 liegen, je nach vorgesehenem Endverwendungszweck der überzogenen Gegenstände« Ein Grundüberzug fflr Elektroden sollte z.B. ein Gewichtsverhältnis von Aluminium zu Tantal von wenigstens ungefähr 3 : 1 aufweisen, mit einer äusseren Aluminiumschicht unterschiedlicher Dicke.with the formation of tantalum carbide, titanium carbide or hafnium carbide progresses. In the context of the method according to the invention, tantalum powder is approximately with a grain size .0.10 mm or less suitable, with tantalum powder with grain sizes of about 0.04 mm and finer being preferred. It it has been shown that a proportion of nickel between approximately 1 and ltt%, based on the weight of the aluminum, which is added to the aluminum tantalum, accelerates the dissolution of the tantalum. The weight ratio of aluminum to tantalum can be between approximately 50: 1 and 1: 2 in the coating according to the invention, depending on the intended end use of coated objects «A base coating for electrodes should, for example, have a weight ratio of Aluminum to tantalum of at least about 3: 1, with an outer aluminum layer of varying thickness.

Die intermetallischen Verbindungen Aluminium-Titan oder Aluminium-Hafnium können durch Vermischen von Pulvern mit Korngrößen von ungefähr 0,3 mm oder feiner hergestellt werden. Die vermischten Pulver können in die Form von Preßkörpern gepresst werden oder können in frisch gemischtem Zustand für die Reaktion unter inerter Atmosphäre eingesetzt werden. Die Elemente der Mischung reagieren oberhalb des Schmelzpunkts von Aluminium bei ungefähr 700°C exotherm und die Reaktion schreitet rasch fort. Die Abmessungen der Begrenzung und die Anteile an Reaktionspartnern bestimmen die Maximaltemperatur, welche im Verlauf der Reaktion bei der Bildung der Zwischenverbindung erreicht wird.The intermetallic compounds aluminum-titanium or aluminum-hafnium can be produced by mixing powders with Grain sizes of approximately 0.3 mm or finer can be produced. The mixed powders can be in the form of compacts be pressed or can be used in a freshly mixed state for the reaction under an inert atmosphere. The elements of the mixture react exothermically above the melting point of aluminum at around 700 ° C and the Reaction progresses rapidly. The dimensions of the boundary and the proportions of reactants determine the maximum temperature, which is achieved in the course of the reaction in the formation of the intermediate compound.

Der Aluminium-Tantal-Überzug kann auch mittels anderer Techniken auf dem Kohlenstoffsubstrat niedergeschlagen werden. Zum Bei-The aluminum-tantalum coating can also be done using other techniques be deposited on the carbon substrate. In addition

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spiel kann ein Kohlenstoffsubstrat dadurch vollständig mit metallischem Tantal überzogen werden, daß . Tantal-Halogenide darauf zerstäubt, geschmolzenen Salze elektrisch darauf niedergeschlagen werden, oder die Tantal-Halogenide daran zersetzt werden, oder mittels ähnlicher Verfahren; im Anschluss daran wird das mit metallischem Tantal überzogene Kohlenstoffsubstrat in ein Bad mit geschmolzenem Aluminium getaucht. Das Kohlenstoffsubstrat kann auch mit einer Aufschlämmung überzogen werden, welche Tantalpulver in einem üblichen flüssigen Trägermittel dispergiert enthält. Nach der Entfernung des suspendierenden Trägers kann das mit Tantal überzogene Substrat in ein Bad mit geschmolzenem Aluminium eingetaucht werden, um die Tantalcarbid-Zwischenschicht zwischen de« Kohlenstoffsubstrat und dem äusseren Überzug aus Aluminium zu bilden. [Unter flüssigen suspendierenden Trägern werden beliebige Flüssigkeiten verstanden, welche die feinverteilten Teilchen im wesentlichen einheitlich dispergiert innerhalb der suspendierenden Flüssigkeit für eine solche Zeitspanne halten, welche ausreicht, um die dispergierten Teilchen auf dem Substrat niederzuschlagen und daran zu befestigen. Zu Beispielen für geeignete flüssige suspendierende Träger gehören wenigstens einige der folgenden Flüssigkeiten; Wasser, Isopropylalkohol, Xylol, Methanol, Aceton, Heptan, Kerosin und Bindemittel, wie etwa Polyvinylalkohol, wässrige Celluloselösung (mit einem Teil Cellulose auf ungefähr 50 Teilen Wasser) und ähnliche Träger. Der flüssige suspendierende Träger sollte in ausreichender Menge zugesetzt werden, damit eine Aufschlämmung mit dem Tantal- oder Tantal-Aluminiumpulver gebildet wird, welche nach dem Aufbringen der Aufschlämmung auf dem Substrat gewährleistet, dass die Pulverteilchen weitgehend einheitlich bzw. gleichmäßiggame, a carbon substrate can be completely coated with metallic tantalum that. Tantalum halides atomized thereon, molten salts are electrically deposited thereon, or the tantalum halides are decomposed on them or by means of similar procedures; then the carbon substrate coated with metallic tantalum immersed in a bath of molten aluminum. The carbon substrate can also be coated with a slurry which contains tantalum powder dispersed in a conventional liquid carrier. After removing the suspending carrier, the tantalum-coated substrate can be immersed in a bath of molten aluminum, to form the tantalum carbide intermediate layer between the carbon substrate and the outer aluminum coating. [Liquid suspending carriers are understood to mean any liquids which contain the finely divided particles keep substantially uniformly dispersed within the suspending liquid for such a period of time which is sufficient to deposit the dispersed particles on the substrate and attach them thereto. For examples of suitable liquid suspending carriers include at least some of the following liquids; Water, isopropyl alcohol, Xylene, methanol, acetone, heptane, kerosene and binders such as polyvinyl alcohol, aqueous cellulose solution (with a Part cellulose to about 50 parts water) and similar carriers. The liquid suspending carrier should be sufficient Amount can be added so that a slurry is formed with the tantalum or tantalum aluminum powder, which after Applying the slurry to the substrate ensures that the powder particles are largely uniform

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auf dem Substrat verteilt werden. Das überzogene Substrat sollte anschließend unter inerter Atmosphäre erwärmt werden, um zuerst den flüssigen suspendieren Träger zu entfernen; anschließend wird die Erwärmung fortgesetzt, damit das Tantal mit dem Kohlenstoffsubstrat reagiert und eine TaC-Zwischenschicht bildet, welche zur Bindung des Aluminiums an den Kohlenstoff dient. Wird lediglich eine Tantal-Aufschlämmung auf dem Kohlenstoffsubstrat niedergeschlagen, dann kann nach der Entfernung des flüssigen suspendierenden Trägers das überzogene Kohlenstoff substrat in ein Bad mit geschmolzenem Aluminium eingetaucht werden, wobei die Reaktion mit dem Tantalcarbid erfolgt und eine Schicht aus Aluminium über die TaC-Zwiselenschicht chemisch an das Kohlenstoffsubstrat gebunden wird.be distributed on the substrate. The coated substrate should then be heated under an inert atmosphere to first remove the liquid suspending carrier; afterward heating continues so that the tantalum reacts with the carbon substrate and creates a TaC interlayer forms, which serves to bind the aluminum to the carbon. Will just be a tantalum slurry deposited on the carbon substrate, then after the removal of the liquid suspending carrier, the coated Carbon substrate can be immersed in a bath of molten aluminum, reacting with the tantalum carbide takes place and a layer of aluminum over the TaC intermediate layer is chemically bonded to the carbon substrate.

Das Kohlenstoffsubstrat kann auch mit einer Aufschlämmung überzogen werden, die aus AloTa-Pulver oder einer anderen beliebigen Tantalid-Phase, welche in Aluminium teilweise oder vollständig gelöst werden kann, hergestellt worden ist. Z.B. ist TaSi₀ eine Tantalphase, welche, wenn sie gemeinsam in einem Überzug auf einem Kohlenstoffsubstrat vorliegt, sich zersetzt und mit dem Kohlenstoff unter Bildung einer TaC-Zwischenschicht reagiert, welche dazu dient, das Aluminium an das Kohlenstoffsubstrat zu binden.The carbon substrate can also be coated with a slurry made from AloTa powder or any other tantalide phase which can be partially or completely dissolved in aluminum. For example, TaSi _{0 is} a tantalum phase which, when present together in a coating on a carbon substrate, decomposes and reacts with the carbon to form a TaC intermediate layer which serves to bond the aluminum to the carbon substrate.

Ein weiteres Verfahren, um erfindungsgemäß Aluminium chemisch an Kohlenstoff zu binden, besteht darin, das Kohlenstoffsubstrat in. ein -Bad mit geschmolzenem Aluminium einzutauchen, während gleichzeitig ein Tantaldraht fortwährend in diesem Aluminiumbad gelöst wird. Die Gesamtzusammensetzung an AluminiumAnother method of chemically bonding aluminum to carbon in accordance with the invention is to use the carbon substrate in. immersing a bath of molten aluminum, while at the same time a tantalum wire perpetually in it Aluminum bath is dissolved. The overall composition of aluminum

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und Tantal muss ausreichen, damit eine TaC-Zwischenschicht auf dem Kohlenstoff gebildet wird, die ausreicht, um den äusseren Aluminiumüberzug chemisch an den Kohlenstoff zu binden.and tantalum must be enough to create a TaC interlayer is formed on the carbon, which is sufficient to chemically attach the outer aluminum coating to the carbon tie.

Es wurde ebenfalls gefunden, dass gewisse für die Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete intermetallische Verbindungen erhalten werden, wenn gut vermischte Pulver aus ihren Elementen in Mengen zwischen ungefähr 10 und 150 g, bevorzugt in Mengen von ungefähr 100 g verwendet werden. Die Pulver der beiden Metalle können in einem Verhältnis von wenigstens 3 Mol Aluminium auf 1 Mol Titan oder Hafnium vermischt werden. Um z.B. ein Pulver mit einem molaren Verhältnis von 3 Mol Aluminium auf 1 Mol Titan zu erhalten, werden 10 g Aluminiumpulver mit ungefähr 5,92 g Titanpulver vermischt. Unter Beibehaltung dieses Molverhältnisses wurden drei verschieden große Ansätze an vermischtem Aluminium-Titanpulver von Raumtemperatur auf ungefähr 750°C erwärmt; dabei erreichte ein 42 g großer Ansatz eine Temperatur von ungefähr 1080⁰C/150 g großer Ansatz erreichte eine Temperatur von ungefähr 1250⁰C; und ein 750 g großer Ansatz erreichte sogar eine Temperatur von ungefähr 1400°C. Da der Schmelzpunkt der intermetallischen Aluminium-Titan-Phase bei ungefähr 1340⁰C liegt, überschritten bei dem 750 g großen Ansatz große Anteile der Reaktanten die Schmelztemperatur der intermetallischen Verbindung und bildeten ein dichtes Produkt, das schwierig zu der gewünschten Korngröße zu pulverisieren war, welche für die nachfolgende Reduktion mit Kohlenstoff erforderlich ist; Ansätze in dieser Größenordnung sind daher nicht zweckmäßig.It has also been found that certain intermetallic compounds suitable for use in the context of the present invention are obtained when well mixed powders of their elements are used in amounts between about 10 and 150 g, preferably in amounts of about 100 g. The powders of the two metals can be mixed in a ratio of at least 3 moles of aluminum to 1 mole of titanium or hafnium. For example, to obtain a powder with a molar ratio of 3 moles of aluminum to 1 mole of titanium, 10 g of aluminum powder are mixed with approximately 5.92 g of titanium powder. While maintaining this molar ratio, three batches of mixed aluminum-titanium powder of different sizes were heated from room temperature to approximately 750 ° C .; a batch of 42 g reached a temperature of approximately 1080 ^° C. and a batch of 150 g reached a temperature of approximately 1250 ^° C .; and a 750 g batch even reached a temperature of about 1400 ° C. Since the melting point of the aluminum-titanium intermetallic phase is around 1340 ^° C., large proportions of the reactants in the 750 g batch exceeded the melting temperature of the intermetallic compound and formed a dense product that was difficult to pulverize to the desired particle size is required for the subsequent reduction with carbon; Approaches of this magnitude are therefore not appropriate.

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Es können auch mit einem Plasma arbeitende Lichtbogenverfahren verbunden mit Flammsprühverfahren eingesetzt werden, um einen Überzug aus Tantal, Aluminium-Tantal, Aluminium-Titan oder Aluminium-Hafnium auf einem Kohlenstoffsubstrat niederzuschlagen bzw. aufzubringen. Wenn erforderlich, kann de« überzogenen Kohlenstoffsubstrat daran anschließend Aluminium zugesetzt werden und daran anschließend kann das überzogene Substrat,wie oben angegeben, erwärmt werden, um das Aluminium über eine Zwischenschicht aus Tantalcarbid, Titancarbid oder Hafniumcarbid an das Kohlenstoffsubstrat chemisch zu binden.It is also possible to use plasma arc processes combined with flame spray processes to produce a Depositing a coating of tantalum, aluminum-tantalum, aluminum-titanium or aluminum-hafnium on a carbon substrate or to apply. If necessary, aluminum can then be added to the coated carbon substrate and then the coated substrate, such as indicated above, to be heated to the aluminum via an intermediate layer of tantalum carbide, titanium carbide or hafnium carbide to chemically bond to the carbon substrate.

Bs wurde ferner gefunden, dass ein Zusatz geringer Mengen Nickel, etwa zwischen ungefähr 1 und 15% bezogen auf das Gewicht des Aluminiums zu dem Überzug wünschenswert ist, da angenommen wird, dass Nickel die Auflösungsgeschwindigkeit des Tantals in dem Aluminium erhöht. In Abhängigkeit von dem Kohlenstoffsubstrat, das überzogen werden soll, kann der Anteil an zugesetztem Nickel variiert werden. Z.B. ist zum Überziehen einer auskehlenden Elektrode (gouging electrode) ein Nickelzusatz zwischen ungefähr 5 und 100% bezogen auf das Gewicht des Tantals erwünscht, wobei ein Anteil zwischen ungefähr 10 und 40% bezogen auf das Gewicht des Tantals bevorzugt wird.It was also found that the addition of small amounts of nickel, for example between approximately 1 and 15% based on the weight of the Aluminum to the coating is desirable because it is believed that the rate of dissolution of the tantalum in the nickel Aluminum increased. Depending on the carbon substrate to be coated, the amount of nickel added can be can be varied. For example, to coat a gouging electrode, a nickel additive is between approximately 5 and 100% based on the weight of the tantalum is desired, with a proportion between approximately 10 and 40% based on the weight of tantalum is preferred.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre kann Aluminium chemisch an die freigelegten Oberflächenbereiche eines porösen KohlenstoffSubstrats gebunden werden, wozu Tantal verwendet wird, das in situ eine Tantalcarbid-Zwischenschicht bildet. Z.B. können Pulverteilchen aus Al₃Ta mit einer Korngröße von ungefähr 0,04 mm und weniger in einem flüssigen suspendierenden Träger dispergiert und auf diese Weise auf einem porösen Kohlenstoffsufcstrat aufgebracht werden. Die AlgTa-Teilchen solltenWhen applying the teaching according to the invention, aluminum can be chemically bonded to the exposed surface areas of a porous carbon substrate, for which purpose tantalum is used, which forms a tantalum carbide intermediate layer in situ. For example, powder particles made of Al ₃ Ta with a grain size of approximately 0.04 mm and less can be dispersed in a liquid suspending carrier and applied in this way to a porous carbon substrate. The AlgTa particles should

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klein genug sein, um in die Poren des Substrats einzudringen, wodurch auf dem größten Teil der freigelegten Porenoberflächen eine Verteilung von AIoTa niedergeschlagen wird. Im Anschluss daran kann auf geeignete Weise Aluminium zugesetzt und wie oben beschrieben erwärmt werden, damit ein Eindringen bzw. eine Einlagerung des Aluminiums in die Porenstruktur erfolgt. Dies liefert im wesentlichen auf den freigelegten Porenoberflächen einen Aluminiumüberzug, der über die Tantalcarbid-Zwischenschicht chemisch an das Substrat gebunden ist. Poröse Kohlenstoffstrukturen, die auf diese Weise mit Aluminium vor-benetzt wurden, sind hervorragend als Filter für Aluminium in der Spritzguss-Industrie oder für andere Endverwendungszwecke geeignet, welche ein relativ reines Aluminium frei von festen Einschlüssen erfordern. Ein Vorteil der auf diese Weise hergestellten porösen Filter liegt darin, dass ein geringerer hydrostatischer Druck angewandt werden muß,. um das Aluminium durch den Filter hindurchzudrücken. be small enough to penetrate into the pores of the substrate, thereby covering most of the exposed pore surfaces a distribution of AIoTa is put down. Subsequently, aluminum can be added in a suitable manner and as above are heated so that the aluminum penetrates or is embedded in the pore structure. this essentially provides an aluminum coating on the exposed pore surfaces over the tantalum carbide intermediate layer is chemically bound to the substrate. Porous carbon structures that have been pre-wetted with aluminum in this way, are excellent as filters for aluminum in the injection molding industry or for other end uses, which require a relatively pure aluminum free of solid inclusions. An advantage of the porous ones made in this way Filter is that a lower hydrostatic pressure must be applied. to push the aluminum through the filter.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lehren ist es ebenfalls möglich, zusammengesetzte Materialien (composite materials) herzustellen, in denen der Kohlenstoff, sowohl in der Form von Fasern wie von Körnern, in einer Aluminiummatrix verteilt ist und über eine Zwischenschicht aus Metallcarbid mit den Metallen Tantal, Titan oder Hafnium an diese gebunden ist. Das auf diese Weise hergestellte zusammengesetzte Material besitzt ausgezeichnete hohe Festigkeit und gute Reibungseigenschaften.Using the teachings of the invention, it is also possible to produce composite materials, in which the carbon, both in the form of fibers and grains, is distributed in an aluminum matrix and is bound to the metals tantalum, titanium or hafnium via an intermediate layer of metal carbide. That on this Well-made composite material has excellent high strength and good frictional properties.

Beispieleweise wurden zusammengesetzte Materialien aus Kohlenstoffteilchen in einer Aluminiümmatrix aus einer Mischung aus Al₃Ta-PuIverteilchen mit Korngrößen von 0,04 mm und weniger undFor example, composite materials were made of carbon particles in an aluminum matrix from a mixture of Al ₃ Ta powder particles with grain sizes of 0.04 mm and less and

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spektroskopisch reinem Graphit (Union Carbide Spectroscopic Graphite, Grade SP-I) hergestellt. Dieser spektroskopisch reine Graphit stellt ein hochreines, pressbares Graphitpulver dar.spectroscopically pure graphite (Union Carbide Spectroscopic Graphite, Grade SP-I). This spectroscopically pure Graphite is a highly pure, compressible graphite powder.

Das durch Vermischen von ungefähr 10 g AIoTa mit ungefähr 0,66This is done by mixing about 10 grams of AIoTa with about 0.66

oder ähnlichen/ bis 4,24 g, dieses spektroskopisch reinen⁷Graphites erhalteneor similar / up to 4.24 g of this spectroscopically pure ⁷ graphite obtained

zu Presskörpern unterschiedlicher Größe geformt werden. Die auf diese Weise hergestellte Mischung fällt in den Bereich der binären Verbindungslinie a-b des Dreieckgiagramms für das Aluminium-Tantal-Kohlenstoffsystem nach Fig. der Abbildungen. Anschließend können die Presskörper unter inerter Atmosphäre ausreichend lang, wie oben angegeben, erwärmt werden, um das aus Al₃Ta und C bestehende Gemi3Ch der Presskörper in ein Legierungsgemisch aus TaC, C und Al überzuführen. Das dabei als Matrix wirkende Aluminium bindet die Struktur zusammen, wodurch festes und dichtes zusammengesetztes Material gebildet wird. Der für die Herstellung von zusammengesetzten Materialien verwendete besondere Kohlenstoff kann sowohl graphitischer wie nicht graphitischer Natur sein und hinsichtlich seiner Eigenschaften in weitem Bereich variieren, und auch solche Kohlenstoff-Sorten, wie glasartiger Kohlenstoff, superfeiner Kohlenstoff, Lampenruss und Kohlenstoffasern einschließen. Die Zusammensetzungen der nach der vorliegenden Erfindung hergestellten zusammengesetzten Materialien können in einem weiten Bereich schwanken und hängen von dem vorgesehenen Endverwendungszweck des jeweiligen zusammengesetzten Materials ab. Das heißt, der Volumenanteil an Bindemetall (Aluminium) zu den Nichtmetall-Anteilen oder de» Tantalcarbid-Anteil relativ zu dem Kohlenstoff- oder Metallanteil kann in einem weiten Bereich zugemessen werden. Der Zusammensetzungsbereich für geeignete zusammengesetzte Materialien mit brauchbaren Reibungs-be formed into compacts of different sizes. The mixture produced in this way falls within the range of the binary connecting line from the triangular diagram for the aluminum-tantalum-carbon system according to FIG. 1 of the figures. The compacts can then be heated in an inert atmosphere for a sufficient length of time, as stated above, in order to convert the _{mixture of the compacts consisting of Al 3} Ta and C into an alloy mixture of TaC, C and Al. The aluminum, which acts as a matrix, binds the structure together, creating a solid and dense composite material. The particular carbon used in the manufacture of composite materials can be both graphitic and non-graphitic in nature and vary widely in properties, and also include such types of carbon as vitreous carbon, superfine carbon, lamp black, and carbon fibers. The compositions of the composite materials made in accordance with the present invention can vary widely and depend upon the intended end use of the particular composite material. This means that the volume fraction of binding metal (aluminum) to the non-metal fractions or the tantalum carbide fraction relative to the carbon or metal fraction can be measured over a wide range. The compositional range for suitable composite materials with useful frictional

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und Festigkeitseigenschaften liegt innerhalb des trapezförmigen Bereichs c-d-e-f in der Zeichnung für das Dreiecksdiagramra des Aluminium-Tantal-Kohlenstoffsystems nach Figur 1 und ist au! die Atomgewichte dieser Elemente bezogen.and strength properties is within the trapezoidal area c-d-e-f in the drawing for the triangle diagram Aluminum-tantalum-carbon system according to Figure 1 and is au! related to the atomic weights of these elements.

Die Atomgewicht-Prozentangaben der einzelnen Elemente für die Endpunkte des eingeschlossenen trapezförmigen Bereichs in dem Dreiecksdiagramm nach Figur 1 sind die folgenden:The atomic weight percentages of the individual elements for the endpoints of the enclosed trapezoidal area in the The triangle diagram according to Figure 1 are the following:

PunktPoint Aluminiumaluminum TantalTantalum Kohlenstoffcarbon CC. 6767 11 3232 dd 2323 11 7676 ee 2323 3636 4141 ff 6767 1212th 2121

Nach einem anderen Beispiel zur Herstellung von zusammengesetzten Materialien aus Kohlenstoffteilchen in einer Aluminiummatrix wurde eine Mischung aus AlgTi-Pulverteilchen mit Korngrößen von ungefähr 0,04 mm und feiner und "Union Carbide Spectroscopic Graphite, Grade SP-I" hergestellt. Der "Spectroscopic Graphite" stellt ein hochreines pressbares Graphitpulver dar. Die durch Vermischen von ungefähr 0,833 g "Spectroscopic Graphite" und 1,5 g Al₃Ti-Pulver erhaltene Mischung kann unter geeignetem Druck zu Presskörpern unterschiedlicher Größe geformt werden. Die auf diese Weise hergestellte Mischung fällt in den Bereich entlang der binären Verbindungslinie a-b des Dreieckdiagramms für das Aluminium-Titan-Kohlenstoffsystem nach Figur 2 der Abbildungen. Anschließend können die Presskörper unter inerter Atmosphäre ausreichend lang, wie oben angegeben, erwärmt werden, um die aus einem Gemisch ausIn another example of making composite materials from carbon particles in an aluminum matrix, a mixture of AlgTi powder particles with grain sizes of approximately 0.04 mm and finer and Union Carbide Spectroscopic Graphite, Grade SP-I was made. The "Spectroscopic Graphite" is a high-purity pressable graphite powder. The mixture obtained by mixing approximately 0.833 g of "Spectroscopic Graphite" and 1.5 g of Al ₃ Ti powder can be molded into compacts of various sizes under suitable pressure. The mixture produced in this way falls into the area along the binary connecting line from the triangle diagram for the aluminum-titanium-carbon system according to FIG. 2 of the figures. The pressed bodies can then be heated for a sufficient time, as indicated above, in an inert atmosphere to produce a mixture of

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AIgTi und C bestehenden Presskörper in ein Legierungsgemisch aus TiC, C und Al umzuwandeln. Das Aluminium wirkt dabei als Matrix und bindet diese Struktur zusammen, wodurch ein festes und dichtes zusammengesetztes Material gebildet wird. Die Zusammensetzung der' Gemische, aus denen auf diese Weise zusammengesetzte Materialien brauchbarer Reibungs- und Festigkeitseigenschaften hergestellt werden können, liegen in dem trapezförmigen Bereich c-d-e-f des Dreieckdiagramms für das Aluminium-Titan-Kohlenstoff system der Figur 2^und ist auf die Atomgewichte dieser Elemente bezogen.AIgTi and C existing compacts in an alloy mixture to convert from TiC, C and Al. The aluminum acts as a matrix and binds this structure together, creating a solid and forming dense composite material. The composition of the 'mixtures from which composed in this way Materials of useful friction and strength properties that can be made are in the trapezoidal shape Area c-d-e-f of the triangle diagram for the aluminum-titanium-carbon system of Figure 2 ^ and is based on the atomic weights related to these elements.

Die Atomgewicht-Prozentangaben der Elemente für die Eckpunkte des eingeschlossenen trapezförmigen Bereichs in dem Dreieckdiagramm nach Figur 2 sind die folgenden:The atomic weight percentages of the elements for the vertices of the enclosed trapezoidal area in the triangle diagram according to Figure 2 are the following:

EckpunktCorner point Aluminiumaluminum Titantitanium Kohlenstoffcarbon CC. 6767 44th 2929 dd 1515th 44th 8181 ee 1515th 4242 4343 ff 6767 1616 1717th

Zusammengesetzte Materialien können in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt werden, z.B. als verstärkte Materialien mit einem Gehalt an Kohlenstoffasern, bei Gleitdichtungen und für ähnliche Verwendungszwecke.Composite materials can be used in many applications, e.g. as reinforced materials with a content of carbon fibers, in sliding seals and for similar purposes.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung ohne diese einzuschränken.The following examples serve to illustrate the invention without restricting it.

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509808/09S4509808 / 09S4

Beispiel 1example 1

Es wurden drei Paare üblicher auskehlender Elektroden mit einem zwischen 0,10 und 0,13 mm dicken Kupferüberzug mit einer Länge von 340 mm bei einem Durchmesser von 12,7 mm untersucht, in dem der Anteil an Metall bestimmt wurde, den die Elektrode von einem Stahlzylinder mit einem Durchmesser von ungefähr 250 mm entfernt, wenn die Elektrode als Ausgangspunkt eines elektrischen Lichtbogens mit einer Stromstärke von 800 Ampere verwendet wurde. Bei der Untersuchung* wurde bestimmt, wieviel Gramm Metall pro Minute entfernt wurde, wieviel Gramm Metall pro Gramm der Elektrode pro Minute entfernt wurde, und wieviel Zentimeter der Elektrode pro Gramm entfertem Metall verbraucht wurden. Die Menge an entferntem Metall wurde durch Wiegen des Stahlzylinders sowohl vor wie nach der Untersuchung bestimmt. Zum Vergleich wurde ein Paar auskehlender Graphitelektroden (vom Typ G-180), hergestellt von der Union Carbid*) mit einer Länge von 340 mm bei einem Durchmesser von 12,7 mm mit einer Pulvermischung überzogen, welche 50 Gewichtsprozent Tantal und 50 Gewichtsprozent Nickel in einem flüssigen suspendierenden Träger aus Wasser und Polyvinylalkohol enthielt. Die überzogenen Graphitelektroden wurden zwei Stunden lang auf 150°C erwärmt, um den flüssigen suspendierenden Träger zu entfernen. Anschließend wurden die überzogenen Elektroden im Vakuum eine Stunde lang in ein bei 1000°C gehalten*· J3ad mit geschmolzenem Aluminium eingetaucht, wobei das Tantal mit dem Graphit unter Bildung von Tantalcarbid reagiert, das seinerseits dazu dient, denThree pairs of conventional grooving electrodes with a copper coating between 0.10 and 0.13 mm thick were used a length of 340 mm with a diameter of 12.7 mm, in which the proportion of metal was determined, the removed the electrode from a steel cylinder with a diameter of about 250 mm, if the electrode was used as a starting point an electric arc with a current of 800 amperes was used. During the investigation * was determines how many grams of metal were removed per minute, how many grams of metal per gram of the electrode per minute was removed and how many inches of electrode were consumed per gram of metal removed. The amount of removed Metal was determined by weighing the steel cylinder both before and after the test. For comparison was a pair of grooved graphite electrodes (type G-180) manufactured by Union Carbid *) with a length of 340 mm with a diameter of 12.7 mm coated with a powder mixture, which 50 percent by weight tantalum and 50 percent by weight Nickel contained in a liquid suspending carrier of water and polyvinyl alcohol. The coated graphite electrodes were heated at 150 ° C for two hours to remove the liquid suspending carrier. Afterward the coated electrodes were kept in a vacuum at 1000 ° C for one hour * · J3ad with molten aluminum immersed, wherein the tantalum reacts with the graphite to form tantalum carbide, which in turn serves to the

- 25 -- 25 -

509808/0964509808/0964

Überzug aus Aluminium chemisch an den Graphit zu binden, Die Dicke des Aluminiumüberzugs liegt zwischen 0,038 und 0,051 mm, wobei die Dicke der Tantalcarbid-Zwischenschicht ungefähr 5 Mikron beträgt. Ein zweites Paar der gleichen Elektroden wurden mit einer Aufschlämmung aus AIoTa ohne Nickelzusatz überzogen. Die Aufschlämmung bestand aus 75 g AIgTa-PuIver mit einer Korngröße von ungefähr 0,04 mm und feiner, das mit 100 ml des oben beschriebenen flüssigen suspendierenden Trägers vermischt war. Die überzogenen Graphitelektroden wurden zwei Stunden lang auf 150°C erwärmt, um den flüssigen suspendierenden Träger zu entfernen und anschließend eine Stunde in bei 1000 C gehaltenes Bad mit geschmolzenem Aluminium eingetaucht, wobei das Tantal mit dem Graphit unter Bildung von Tantalcarbid reagiert, das seinerseits dazu dient, den Überzug aus Aluminium chemisch an den Graphit zu binden.The aluminum coating is chemically bonded to the graphite, the thickness of the aluminum coating is between 0.038 and 0.051 mm, wherein the thickness of the intermediate tantalum carbide layer is approximately 5 microns. A second pair of the same electrodes were made with a slurry of AIoTa without added nickel overdrawn. The slurry consisted of 75 g of AIgTa powder with a grain size of about 0.04 mm and finer, that with 100 ml of the liquid suspending carrier described above was mixed. The coated graphite electrodes were heated to 150 ° C for two hours to remove the liquid suspending Remove the carrier and then immerse it in a bath of molten aluminum kept at 1000 C for one hour, the tantalum reacting with the graphite to form tantalum carbide, which in turn serves to coat the aluminum chemically bond to the graphite.

Auch die beiden Paare der mit Aluminium überzogenen Elektroden wurden wie oben angegeben untersucht und die Untersuchungsergebnisse sind zusammen mit den Ergebnissen für die üblichen Elektroden in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt.Also the two pairs of aluminum-coated electrodes were examined as indicated above and the examination results are shown in Table 1 below, along with the results for the common electrodes.

- 25a (Tabelle 1)- 25a (table 1)

509808/0964509808/0964

Tabelle 1Table 1

entferntes Metall g/Min entferntes Metall g/Hin pro g glgjtroden- metal removed g / min metal removed g / Hin per g glgjtrode-

entferntes Metall (g) pro cm Elektrodemetal removed (g) per cm of electrode

Elektrode mit
Kupfer-Überzug Electrode with
Copper plating

g 1. Paarg 1st pair

to 2, Paarto 2, couple

ο 3. Paarο 3rd pair

_o Elektrode mit _o electrode with

co Aluminiumüberzug co aluminum plating

** 1. Paar** 1 pair

NickelzusatzNickel addition

2. Paar2 pairs

4,76 4,31 4,674.76 4.31 4.67

4,13 4,44 22,7 22,2 22,24.13 4.44 22.7 22.2 22.2

24,5 25,824.5 25.8

59,5 57,8 57,859.5 57.8 57.8

54,1 59,554.1 59.5

Wie den Versuchsergebnissen zu entnehmen ist, war das Gewicht des Metalls, das mit den mit Aluminium überzogenen Elektroden entfernt wurde, äquivalent oder besser als dasjenige Gewicht des Metalls, das mit den mit Kupfer Überzogenen Elektroden entfernt wurde, obwohl die letzteren einen dickeren Überzug aus einem Material größerer Dichte aufwiesen. Es wird angenommen, daß der Unterschied der Ergebnisse zwischen den mit „und ,den lediglich mit Aluminium tiberzo/genen Elektroden Nickel-Aiumihflim Überzogenen Elektroden 'auf dem höheren elektrischen Widerstand der überzogenen Elektroden mit dem Nickelzusatz beruht. Es wurde beobachtet, daß der Spindelbereich (der Bereich an freigelegtem Graphit zwischen der Spitze des Lichtbogens und dem Metallüberzug) bei den mit Aluminium überzogenen Elektroden kleiner war. Das heißt, der Überzug nach der vorliegenden Erfindung aus Aluminium auf den Elektroden verringert die Graphitoxidation ausserordentlich und verbessert dadurch die Auskehl-Wirksamkeit (gouging efficiency).As can be seen from the test results, the weight of the metal removed with the aluminum-clad electrodes was equivalent to or better than the weight of the metal removed with the copper-clad electrodes, although the latter had a thicker coating of one Material of greater density. It is assumed that the difference in results between the electrodes coated with "and the electrodes coated with aluminum only, nickel-aluminum coated" is due to the higher electrical resistance of the coated electrodes with the addition of nickel. It was observed that the spindle area (the area of exposed graphite between the tip of the arc and the metal coating) was smaller with the aluminum coated electrodes. That is, the coating of aluminum on the electrodes according to the present invention greatly reduces graphite oxidation and thereby improves gouging efficiency.

Beispiel 2Example 2

Es wurde eine Aufschlämmung mit einem Anteil von 75 g Al₃Ta-Pulver mit einer Korngröße von 0,04 mm und weniger in 100 ml Polyvinylalkohol hergestellt. Der letztere enthielt auf ein Volumenanteil Polyvinylalkohol vier Teile Wasser. Ein zylindrischer Graphitstab mit einer Länge von 342 mm bei einem Durchmesser von 12,7 mm würde im Vakuum 15 Minuten lang auf 1000⁰C erwärmt, um absorbierte oder chemisch gebundene flüchtige Substanzen zu entfernen. Währenddessen wurde das Metallpulver durch magnetische Rührung in Suspension gehalten, und im Anschluß daran wurde die Aufschlämmung mit einem Pinsel auf derA slurry containing 75 g of Al ₃ Ta powder with a grain size of 0.04 mm and less in 100 ml of polyvinyl alcohol was produced. The latter contained four parts of water per part by volume of polyvinyl alcohol. A cylindrical graphite rod with a length of 342 mm and a diameter of 12.7 mm was ^{heated to 1000 °} C. in a vacuum for 15 minutes in order to remove absorbed or chemically bound volatile substances. Meanwhile, the metal powder was kept in suspension by magnetic stirring, and then the slurry was brushed on with a brush

- 27 -- 27 -

509808/098 4509808/098 4

- ar -- ar -

Graphitoberfläche aufgebracht, wobei lediglich solche Bereiche überzogen wurden, die unbedingt mit Aluminium tiberzogen werden mussten. Anschließend wurde der überzogene Graphitstab auf 200⁰C erwärmt und für zwei Stunden bei dieser Temperatur gehalten, wobei das Trägermittel der Aufschlämmung entferntGraphite surface applied, whereby only those areas were covered that absolutely had to be covered with aluminum. The coated graphite rod was then ^{heated to 200 °} C. and kept at this temperature for two hours, the carrier medium of the slurry being removed

—4 wurde. Unterdessen wurde unter einem Vakuum von 10 Torr in einem 25 KW-Induktionsofen Aluminium in einem Graphittiegel auf 1000⁰C erwärmt. Der überzogene Graphitstab wurde langsam in das Aluminium eingetaucht und für eine halbe Stünde in untergetauchtem Zustand festgehalten. Nach der Entfernung aus dem Tauchbad wurde der Stab in einen kühleren Teil des Ofens gebracht, damit sich dort das Aluminium verfestigen konnte.—4 became. Meanwhile KW induction furnace aluminum was heated in a graphite crucible at 1000 ⁰ C under a vacuum of 10 Torr in a 25th The coated graphite rod was slowly dipped into the aluminum and held in the submerged state for half an hour. After removal from the immersion bath, the rod was moved to a cooler part of the furnace so that the aluminum could solidify there.

enen

Nach dem Augenschein war/lediglich solche Bereiche des Stabes nach dem EintauchTerfahren mit Aluminium überzogen, die bereits vorher mit Al₃Ta überzogen worden waren. Der Aluminiumüberzug wies eine Dicke zwischen 0,038 und 0,051 mm auf, während die Dicke der Tantalcarbid-Zwischenschicht mit metallographischen Verfahren zu angenähert 5 Mikron bestimmt wurde.According to the visual inspection, only those areas of the rod were coated with aluminum after the immersion process which had already been coated _{with Al 3 Ta beforehand.} The aluminum coating was between 0.038 and 0.051 mm thick, while the thickness of the tantalum carbide interlayer was determined by metallographic methods to be approximately 5 microns.

Beispiel 3Example 3

Ein identischer Graphitstab, wie in Beispiel 2 beschrieben, wurde mit einer Aufschlämmung tiberzogen, welche 40 g Tantalpulver, 40 g Nickelpulver und 60 ml Polyvinylalkohol-Lösung enthielt. Die letztere enthielt auf ein Volumenteil Polyvinylalkohol 4 Teile Wasser und sowohl das Tantalpulver wi* das Nickelpulver wiesen Korngrößen von 0,04 mm und feiner auf. Der mit der Aufschlämmung überzogene Graphitstab wurde der gleichen Behandlung ausgesetzt, wie in Beispiel 2 beschrieben.An identical graphite rod, as described in Example 2, was coated with a slurry containing 40 g of tantalum powder, 40 g nickel powder and 60 ml polyvinyl alcohol solution contained. The latter contained 4 parts water per part by volume of polyvinyl alcohol and both the tantalum powder wi * the Nickel powders had grain sizes of 0.04 mm and finer. The graphite rod coated with the slurry became the exposed to the same treatment as described in Example 2.

- 28 -- 28 -

509808/096A509808 / 096A

241U20 - se -241U20 - se -

-as.-as.

Bei der abschließenden Untersuchung ergab sich für den Aluminiumüberzug eine Dicke zwischen 0,038 und 0,051 mm, während die Dicke der Tantalcarbid-Zwischenschicht nach metallographischen Verfahren zu angenähert 5 Mikron bestimmt wurde.The final examination found the aluminum coating a thickness between 0.038 and 0.051 mm, while the thickness of the tantalum carbide intermediate layer according to metallographic Procedure was determined to be approximately 5 microns.

B e i s ρ i e 1 4B e i s ρ i e 1 4

Es wurde eine Aluminiumlegierung der Zusammensetzung 90 Gew.-% Aluminium, 5 Gew.-% Tantal und 5 Gew.-% Nickel hergestellt.It was an aluminum alloy of the composition 90 wt .-% Aluminum, 5% by weight tantalum and 5% by weight nickel.

Hierzu wurde das Aluminium in einem Aluminiumnitrid-Tiegel unterFor this purpose, the aluminum was placed in an aluminum nitride crucible

—5
einem Vakuum von 10 Torr in einem 15 KW-Induktionsofen auf 1000⁰C erwärmt. Das Tantal und das Nickel wurden in der Form von entsprechenden Drähten gleichzeitig solange in das Bad mit geschmolzenem Aluminium eingeführt bis die oben angegebene Zusammensetzung der Legierung erreicht war. Daraufhin wurde ein fester Graphitzylinder (Länge 25,4 mm, Durchmesser 12,7 ram) in das bei 1000°C gehaltene Bad der geschmolzenen Aluminiumlegierung eingetaucht und für 10 Minuten darin gehalten. An- schließend wurde der Graphitzylinder wieder aus dem Bad herausgenommen und in einen kühleren Bereich des Ofens gebracht, wo sich das an der Graphitoberfläche anhaftende Aluminium verfestigt^ konnte. Der größte Teil des Zylinders war mit einem 0,051 mm dicken Aluminiumüberzug bedeckt, und bei der nachfolgenden metallographischen Untersuchung ergab sich für die Tantalcarbid-Zwischenschicht zwischen dem Aluminium und dem Graphit eine Dicke von 5 Mikron.-5
^{heated to 1000 0} C in a vacuum of 10 Torr in a 15 KW induction furnace. The tantalum and the nickel were introduced into the bath with molten aluminum simultaneously in the form of corresponding wires until the composition of the alloy indicated above was reached. Then, a solid graphite cylinder (length 25.4 mm, diameter 12.7 ram) was immersed in the bath of molten aluminum alloy kept at 1000 ° C. and held therein for 10 minutes. The graphite cylinder was then taken out of the bath again and brought into a cooler area of the furnace, where the aluminum adhering to the graphite surface could solidify. Most of the cylinder was covered with a 0.051 mm thick aluminum coating and the subsequent metallographic examination found the tantalum carbide interlayer between the aluminum and the graphite to be 5 microns thick.

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509 8 0 87 096509 8 0 87 096

BeispielsExample

In einem Ofen, wie in Beispiel 4 angegeben, wurde eine Aluminiumlegierung aus 98 Gew.-% Aluminium und 2 Gew.-% Nickel hergestellt. Ein (wie in Beispiel 4 beschriebener) Graphitzylinder wurde in ein Bad mit dieser Aluminiumlegierung eingetaucht, welche angenähert bei 1OOO°C gehalten wurde. Während sich der Graphitzylinder untergetaucht in dem Legierungsbad befand, wurde in der Legierung ein angenähert 76 mm langer
Tantaldraht mit einem Durchmesser von 0,13 mm weitgehend aufgelöst. Nach 15 Minuten wurde der Graphitzylinder aus dem Bad herausgenommen, und bei der Überprüfung wurde eine 0,051 am
dicke Aluminiumschicht festgestellt, die über eine 5 Mikron dicke Tantalcarbid-Zwischenschicht chemisch an die Graphitoberfläche gebunden war. In der im Tiegel zurückgebliebenen Legierung wurden lediglich vernachlässigbare Mengen an Tantal festgestellt, was belegt, dass im wesentlichen das gesamte
Tantal mit der Graphitoberfläche reagiert hatte, während diese in das Bad mit der geschmolzenen Legierung eingetaucht war.In a furnace as indicated in Example 4, an aluminum alloy composed of 98% by weight of aluminum and 2% by weight of nickel was produced. A graphite cylinder (as described in Example 4) was immersed in a bath containing this aluminum alloy, which was kept at approximately 100 ° C. While the graphite cylinder was submerged in the alloy bath, one became approximately 76 mm long in the alloy
Tantalum wire with a diameter of 0.13 mm largely dissolved. After 15 minutes, the graphite cylinder was removed from the bath and when checked it was 0.051 am
found a thick aluminum layer chemically bonded to the graphite surface via a 5 micron thick tantalum carbide interlayer. Only negligible amounts of tantalum were found in the alloy remaining in the crucible, indicating that essentially all of it
Tantalum reacted with the graphite surface while it was immersed in the bath with the molten alloy.

BeispieleExamples

Wie in Beispiel 3 beschrieben, wurde eine Aufschlämmung hergestellt und diese auf den Oberflächen von zwei Graphitscheiben mit einem Durchmesser von 25,4 mm aufgebracht. Die überzogenen Scheibenoberflächen wurden anschließend auf 200⁰C
erwärmt, um die Polyvinylalkohol-Lösung zu entfernen. Daraufhin wurde eine 0,13 mm dicke Folie aus reinem Aluminium zwischen die beiden überzogenen Graphitoberflächen gelegt, und daraufhin diese Anordnung eine Stunde lang unter Vakuum auf IQOO⁰CAs described in Example 3, a slurry was prepared and applied to the surfaces of two graphite disks with a diameter of 25.4 mm. The coated wafer surfaces were then to 200 ⁰ C
heated to remove the polyvinyl alcohol solution. Then, a 0.13 mm thick film of pure aluminum between the two coated surfaces of graphite has been added, and then this arrangement for one hour under vacuum at ⁰ C IQOO

509808/09B4509808 / 09B4

241U2Q - «ο -241U2Q - «ο -

erwärmt. Während der Erwärmung wurde auf die Graphitscheiben, welche die Aluminiumfolie einschlossen, ein mäßiger Druck ausgeübt. Nach der Abkühlung auf Raumtemperatur zeigte sich, dass die Graphitscheiben über das dazwischenliegende Al/TaC-Material gut miteinander verbunden waren.warmed up. Moderate pressure was applied to the graphite disks enclosing the aluminum foil during heating exercised. After cooling to room temperature, it was found that the graphite disks over the intermediate Al / TaC material were well connected.

Beispiel 7Example 7

Eine 2440 mm lange AGX-Elektrode mit einem Durchmesser von 610 mm (bezogen von der Union Carbide Corporation) wurde erfindungsgemäß mit Al-Ta überzogen. Der Überzug bestand aus einer 0,076 mm dünnen metallisierten Grundierschicht aus 73 Gew.-% Aluminium und 27 Gew.-% Tantal und einer 0,178 mm dicken äusseren Schicht aus metallisiertem Aluminium. Diese beiden Schichten wurden im Lichtbogen miteinander und mit dem Graphitsubstrat verschmolzen, wozu das in der US-Patentschrift 3 348 929 beschriebene Verfahren angewandt wurde (bei einer Stromstärke von 320 Ampere und einer Spannung von 38 Volt mit einer Drehgeschwindigkeit von 2,4 Umdrehungen/Minute und einer Dreh-Vorrückung (lathe feed) von 4,24 mm/Umdrehung). Die metallisierte Grundierschicht aus Al-Ta wurde mittels Drahtversprühung unter Verwendung einer Sauerstoff-Acetylen-Flamme aufgebracht. Der Draht bestand aus einem Aluminiumrohr mit einem äusseren Durchmesser von 3,18 mm und einer inneren Bohrung von 1,90 mm, durch welche sechs Stränge eines 0,254 mm dicken Tantaldrahtes geführt waren. Der äussere Überzug aus metallisiertem Aluminium wurde ebenfalls durch Flammversprühung aufgebracht. Nach dem Aneinanderschmelzen im Lichtbogen, war der Aluminiumtiberzug gut mit der Graphitoberfläche verbunden.A 2440 mm long AGX electrode with a diameter of 610 mm (obtained from Union Carbide Corporation) was coated with Al-Ta in accordance with the invention. The coating consisted of a 0.076 mm thin metallized primer layer 73 wt% aluminum and 27 wt% tantalum and one 0.178 mm thick outer layer of metallized aluminum. These two layers were arcing with each other and with the Fused graphite substrate using the method described in US Pat. No. 3,348,929 (in a Amperage of 320 amps and a voltage of 38 volts with a rotation speed of 2.4 revolutions / minute and one Rotary advance (lathe feed) of 4.24 mm / revolution). The metallized primer layer made of Al-Ta was made by means of wire spraying using an oxygen-acetylene flame upset. The wire consisted of an aluminum tube with an outer diameter of 3.18 mm and an inner one 1.90 mm bore through which six strands of 0.254 mm thick tantalum wire were passed. The outer cover off metallized aluminum was also applied by flame spray. After melting together in an electric arc, was the aluminum coating is well connected to the graphite surface.

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50 98 0 8/096A50 98 08 / 096A

241142Q241142Q

- 84 -- 84 -

Metallographische Untersuchungen und Röntgen-Beugungsaufnahmen ergaben, dass das Tantal vollständig in Tantalcarbid an der Oberfläche der Graphitelektrode umgewandelt worden war.Metallographic examinations and X-ray diffraction recordings found that the tantalum was completely converted to tantalum carbide on the surface of the graphite electrode.

Beispiel 8Example 8

Sechs AGX-Graphitelektroden (hergestellt von der Union Carbide Corporation) wurden alle maschinell mit einem besonderen Aufrauhwerkzeug behandelt, das auf 10 mm etwa sechs Rillen zurückließ, wobei jede Rille oder Furche eine Tiefe von 0,127 mm aufwies. Mittels einer Flamme wurde ein Vor-Überzug aus Al-Ta aufgebracht, wozu eine Pulvermischung und eine Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme zum Zusammenschmelzen der Bestandteile verwendet wurde. Die Pulver wiesen Korngrößen zwischen 0,04 und 0,075 mm auf. Die erste Elektrode wies einen 0,127 mm dicken überzug aus 83,3 Gew.-% Aluminium und 16,7 Gew.-% Tantal auf. Vier Elektroden waren mit dem gleichen Ta/Al-Gemisch überzogen, jedoch betrug die Dicke des Überzugs 0,076 mm. Die restliche Elektrode wies einen 0,076 mm dicken Überzug aus 66,7 Gew.-% Aluminium und 34,3 Gew.-% Tantal auf. Die sechs Überzüge waren in einem Lichtbogen (bei 420 bis 460 Ampere, 38 Volt, einer Drehgeschwindigkeit von 3,4 Umdrehungen/Minuten und einer Vorrückung von 6,35 mm/Umdrehung) aufgeschmolzen worden. Alle im Lichtbogen aufgeschmolzenen Überzüge waren gut mit der Graphitoberfläche verbunden. Auf jede Elektrode wurde ein zweiter Überzug aus Aluminium durch Versprühen eines entsprechenden Drahtes in einer Flamme bis zu einer Dicke von 0,0355 mm aufgebracht. Für die erste Elektrode betrug die Gesamtdicke des Überzugs 0,482 mm und für die weiteren fünf Elektroden 0,432 mm.Six AGX graphite electrodes (manufactured by Union Carbide Corporation) were all machined with a special buffing tool that made about six grooves per 10 mm with each groove or furrow having a depth of 0.127 mm. A pre-coating of Al-Ta was applied by means of a flame applied, including a powder mixture and an oxygen-hydrogen flame to melt the components together was used. The powders had grain sizes between 0.04 and 0.075 mm. The first electrode had a 0.127 mm thick coating of 83.3% by weight aluminum and 16.7% by weight Tantalum on. Four electrodes were with the same Ta / Al mixture coated, but the thickness of the coating was 0.076 mm. The remainder of the electrode had a 0.076 mm thick coating composed of 66.7% by weight of aluminum and 34.3% by weight of tantalum. the six coatings were in an arc (at 420 to 460 amps, 38 volts, a spin speed of 3.4 revolutions / minute and an advance of 6.35 mm / revolution) has been melted. All of the arc fused coatings were good connected to the graphite surface. A second coating of aluminum was applied to each electrode by spraying an appropriate one Wire applied in a flame to a thickness of 0.0355 mm. For the first electrode, the total thickness was of the coating 0.482 mm and for the other five electrodes 0.432 mm.

509808/0964 -32-509808/0964 -32-

241142Q241142Q

Beispiel 9Example 9

Drei 610 mm-AGX-Elektroden wurden mit einem Vor-Überzug aus 66 Gew.-% Aluminium und 34 Gew.-% Tantal versehen, während auf drei anderen Elektroden ein Vor-Überzug nach Beispiel 8 aus 83 Gew.-% Aluminium und 17 Gew.-% Tantal aufgebracht wurde. Die Al/Ta-Mischung wurde als Pulver bis zu einer Dicke von 0,127 mm auf die Oberflächen aufgesprüht und daraufhin, wie in Beispiel 8 angegeben, mittels Lichtbogen angeschmolzen. In gleicher Weise wurde mittels einer Flamme ein Aluminiumdraht auf die behandelten Oberflächen aufgesprüht, wobei eine Gesamtüberzugsdicke zwischen 0,406 und 0,457 mm eingehalten wurde. An jeder Elektrode zeigte sich, daß der Aluminium-Überzug gut mit der Oberfläche verbunden war, und sowohl metallographische Untersuchungen wie Röntgen-Beugungsaufnahmen ergaben, daß das Tantal an der Oberfläche der Graphitelektroden vollständig in Tantalcarbid umgewandelt worden war.Three 610 mm AGX electrodes were made with a pre-coating 66% by weight of aluminum and 34% by weight of tantalum are provided, while a pre-coating according to Example 8 is provided on three other electrodes applied from 83 wt .-% aluminum and 17 wt .-% tantalum became. The Al / Ta mixture came as a powder to a thickness 0.127 mm sprayed onto the surfaces and then, as indicated in Example 8, melted by means of an electric arc. In the same way, an aluminum wire was sprayed onto the treated surfaces by means of a flame, one Total coating thickness between 0.406 and 0.457 mm was observed. The aluminum coating was found on each electrode was well bonded to the surface, and both metallographic examinations and X-ray diffraction photographs showed that the Tantalum on the surface of the graphite electrodes had been completely converted into tantalum carbide.

Die Gemische für die in den obigen Beispielen 7, 8 und 9 genannten Vor-Überzüge waren vor dem Aufsprühen wirksam vermischt worden. Hierbei wurde beobachtet, daß bis zu 45% Tantal nicht auf die Oberfläche der Elektrode treffen, wenn das Pulver in einer Sauerstoff—Wasserstoff-Flamme aufgesprüht wird. Wird dagegen zum Aufsprühen eine Acetylen-Sauerstoff-FJamme verwendet, so ist der Verlust wesentlich geringer, da das Tantal in dieser Flamme plastischer ist. Wurden in dem Gemisch mehr als 34% Tantal mit einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme aufgesprüht und anschließend eine Behandlung mit dem Lichtbogen durchgeführt, so ergaben analytische Untersuchungen, daß ein gewisserThe mixtures for those mentioned in Examples 7, 8 and 9 above Pre-coatings were effectively mixed before spraying. It was observed that up to 45% tantalum was not hit the surface of the electrode when the powder is sprayed in an oxygen-hydrogen flame. Will against it If an acetylene-oxygen flame is used for spraying on, the loss is much lower because the tantalum is in this Flame is more plastic. Was more than 34% tantalum sprayed on with an acetylene-oxygen flame in the mixture and then carried out an arc treatment, so analytical investigations showed that a certain

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509808/0964 ,509808/0964,

Anteil des Tantals mit Aluminium zu Al₃Ta reagiert hatte. Diese Phase trägt nicht zur Bindung des Überzugs an das Substrat bei. Bei einer Mischung, die 25% Tantal enthielt, und die in gleicher Weise behandelt worden war, wurde gefunden, daß das Tantal im wesentlichen in Tantalcarbid übergeführt wurde, daher wird ein Gemisch mit einem derartigen Tantal-Anteil angestrebt. Alternativ dazu können Al₃Ta oder Ta in reinem Zustand oder in Kombination mit Aluminium als Plasma auf die Oberfläche der Elektrode aufgesprüht werden. Das Gemisch für den Vor-überzug kann zwischen 8 und 100 Gew.-% Tantal enthalten, Rest Aluminium. Der erste überzug mit dem Tantal-Anteil kann eine Dicke zwischen 2 Mikron und 0,254 mm aufweisen; dabei erfordern höhere Tantal-Konzentrationen einen.dünneren Vor-Uberzug. Nachdem die erste Schicht im Lichtbogen behandelt worden ist, kann die Dicke der zweiten Schicht aus Aluminium zwischen 0 und angenähert 0,381 mm schwanken.Proportion of the tantalum had reacted with aluminum to form Al _{3 Ta.} This phase does not contribute to the bonding of the coating to the substrate. In the case of a mixture which contained 25% tantalum and which had been treated in the same way, it was found that the tantalum was essentially converted into tantalum carbide, therefore a mixture with such a tantalum content is sought. Alternatively, Al ₃ Ta or Ta can be sprayed onto the surface of the electrode in the pure state or in combination with aluminum as plasma. The mixture for the pre-coating can contain between 8 and 100% by weight of tantalum, the remainder being aluminum. The first coating with the tantalum component can have a thickness between 2 microns and 0.254 mm; higher tantalum concentrations require a thinner pre-coating. After the first layer has been arc treated, the thickness of the second layer of aluminum can vary from 0 to approximately 0.381 mm.

Beispiel 10Example 10

Aus einem besonderen Graphit (Union Carbid Corporation, Typ PG-25) Avurde ein angenähert 25 mm hoher Tiegel mit einem Durchmesser von 25,4 mm und einer 12,7 mm tiefen und 12,7 mm weiten Aushöhlung hergestellt. Zu 50% bestand dieserbesondere Graphit aus miteinander verbundenen Poren. Der Tiegel wurde in ein Becherglas eingetaucht, das eine Suspension von Al^Ta-Teilchen (Korngröße 0,04 mm und feiner) in Isopropyl-Alkohol-Lösung enthielt. Der Tiegel wurde drei Mal in das Becherglas eingetaucht, um eine Verteilung von Al₃Ta in den meisten Poren zu gewährleisten. Aufgrund der Belegung der Poren mit AIo A crucible approximately 25 mm high with a diameter of 25.4 mm and a cavity 12.7 mm deep and 12.7 mm wide was made from a special graphite (Union Carbid Corporation, Type PG-25). 50% of this particular graphite consisted of interconnected pores. The crucible was immersed in a beaker containing a suspension of Al ^ Ta particles (grain size 0.04 mm and finer) in isopropyl alcohol solution. The crucible was immersed in the beaker three times to ensure distribution of Al ₃ Ta in most of the pores. Due to the occupancy of the pores with AIo

- 34 509808/0964 - 34 509808/0964

Teilchen nahm das Gewicht des Tiegels um angenähert 15% zu. Ein fester Klotz aus reinem Aluminium (grade 1100) wurde maschinell so bearbeitet, daß sein Volumen den Poren des Tiegels äquivalent war. Dieser Aluminiumklotz wurde in die Aushöhlung des Tiegels gelegt und unter Vakuum in einemParticles added approximately 15% to the weight of the crucible. A solid block of pure aluminum (grade 1100) was made machined so that its volume was equivalent to the pores of the crucible. This aluminum block was in the Hollow out the crucible and placed under vacuum in one

ο 15 KW-Induktionsofen zur Ausgasung 5 Minuten lang auf 925 C erwärmt. Anschließend wurde die Tiegeltemperatür rasch auf ungefähr 1300 C erhöht, um eine Einlagerung des Aluminiums in die Porenstruktur zu erreichen. Die erforderliche Zeitspanne zwischen der von 925°C ausgehenden Temperaturerhöhung und der vollständigen Einlagerung des Aluminiums in die Porenstruktur betrug ungefähr 2 Minuten. Die metallographische Untersuchung des Tiegels belegte eine angenähert 1 Mikron dicke Tantalcarbid-Zwischenschicht an der Oberfläche der Poren und die Anwesenheit von Aluminium, das innerhalb des Poren-Netzwerkes verteilt war.ο 15 KW induction furnace for outgassing at 925 C for 5 minutes warmed up. Then the crucible temperature opened quickly about 1300 C increased in order to achieve an intercalation of the aluminum in the pore structure. The length of time required between the temperature increase starting from 925 ° C and the complete incorporation of the aluminum in the pore structure was about 2 minutes. Metallographic examination of the crucible found it to be approximately 1 micron thick tantalum carbide interlayer on the surface of the pores and the presence of aluminum that is inside the Pore network was distributed.

Beispiel 11Example 11

Durch Vermischen von IO g Al₃Ta-PuIver (Korngröße 0,04 mm und feiner) und 2,75 g Graphit (Union Carbid Spectroscopic Graphite, Grade SP-I) wurde ein Gemisch hergestellt. Das Ge-A mixture was produced by mixing _{10 g of Al 3} Ta powder (grain size 0.04 mm and finer) and 2.75 g of graphite (Union Carbid Spectroscopic Graphite, Grade SP-I). The GE-

2 /einem2 / one

misch wurde unter einem Druck von etwa 5000 kg/cm zu Preßkörper mit einem Durchmesser von 9,5 mm und einer angenäherten Höhe von 12,7 mm verpresst. Nach einer eine Stunde dauernden Erwärmung auf 850°C unter Vakuum in einem 15 KW-Induktionsofen änderte sich die Zusammensetzung der Preßkörper aus einer Mischung von Al„Ta und C in eine Metall-Legierung aus TaC, C und Al. Diese Legierung band die Struktur zementartigMix was under a pressure of about 5000 kg / cm to compacts with a diameter of 9.5 mm and an approximate Pressed height of 12.7 mm. After one hour of heating to 850 ° C under vacuum in a 15 KW induction furnace the composition of the pressed bodies changed from a mixture of Al “Ta and C in a metal alloy TaC, C and Al. This alloy bound the structure like a cement

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509808/0964509808/0964

zusammen, wodurch festes und dichtes zusammengesetztes Material erhalten wurde. Die obigen Versuche wurden wiederholt, jedoch unter Verwendung von "glasartigem Kohlenstoff", und wiederum _ wurde zusammengesetztes Material mit großer Festigkeit und Dichte erhalten. Die auf diese Weise erhaltenen zusammengesetzten Materialien zeigten gute Festigkeit und gute Reibungseigenschaften und erwiesen sich deshalb als hervorragend geeignet für solche Anwendungszwecke, wie rotierende Dichtungen und ähnliche Zwecke.together, creating solid and dense composite material was obtained. The above experiments were repeated, but using "glassy carbon", and again _ composite material with great strength and density was obtained. The composite obtained in this way Materials showed good strength and good frictional properties and therefore proved to be extremely suitable for such uses as rotating seals and the like.

Beispiel 12Example 12

Durch Vermischen von 10 g TaSi^-Pulver (Korngröße 0,04 mm und feiner) mit 5 ml Cellulose-Lösung (hergestellt aus 50 Volumenteilen Wasser und einem Teil Cellulose) wurde eine Aufschlämmung bereitet. Diese Aufschlämmung wurde mit einem Pinsel auf einem Graphitzylinder (Höhe 22,23 mm, Durchmesser 12,7 mm) aufgebracht. Der überzogene Graphitzylinder wurde bei 200⁰C sorgfältig getrocknet und daraufhin in ein bei 950⁰C gehaltenes Bad mit geschmolzenem Aluminium eingetaucht und darin eine Stunde lang gehalten. Nach der Herausnahme des Zylinders aus dem Bad zeigte sich, dass 95% des Zylinders mit Aluminium überzogen war. Untersuchungen ergaben, dass das Aluminium über eine 5 /"dic^le Zwischenschicht aus Tantalcarbid gut an den Graphitzylinder gebunden war. Es wurde gefunden, dass das bei der Zersetzung von TaSi₀ freigesetzte Silicium sich vollständig mit dem Aluminium legiert hatte.A slurry was prepared by mixing 10 g of TaSi ^ powder (grain size 0.04 mm and finer) with 5 ml of cellulose solution (made from 50 parts by volume of water and one part of cellulose). This slurry was applied to a graphite cylinder (height 22.23 mm, diameter 12.7 mm) with a brush. The coated graphite cylinder was carefully dried at 200 ⁰ C and then immersed in a bath maintained at 950 ⁰ C bath of molten aluminum and held therein for one hour. After removing the cylinder from the bath, it was found that 95% of the cylinder was coated with aluminum. Investigations showed that the aluminum was well bonded to the graphite cylinder via a 5 / "thick intermediate layer of tantalum carbide. It was found that the _{silicon released during the decomposition of TaSi 0} had alloyed itself completely with the aluminum.

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509808/0964509808/0964

241H20241H20

Beispiel 13Example 13

Um zu demonstrieren, dass Aluminium dann in feuchter Umgebung chemisch nicht beständig ist, wenn es an einen Kohlenstoffgegenstand gebunden ist, der mit vorher gebildetem Tantalcarbid überzogen wurde, wurde ein Stück Tantalcarbid unter Vakuum eine Stunde lang in ein bei 1000⁰C gehaltenes Bad mit geschmolzenem Aluminium eingetaucht. Nach der Herausnahme war die in das Bad eingetauchte Oberfläche des TaC-Substrats mit einer Aluminiumschicht überzogen. Jedoch bereits nach einer Aufbewahrung von angenähert zwei Wochen bei Raumtemperatur trennte sich die Aluminiumschicht von dem TaC-Substrat. Diese Trennung wurde vermutlich durch die Hydrolyse des Reaktionsprodukts, möglicherweise Al₄Co an der Alurainium-TaC-Grenzschicht verursacht. Hierbei ist festzuhalten, dass eine Farbänderung des Tantalcarbids von goldfarben nach silberfarben beobachtet wurde, was ein Anzeichen dafür ist, dass das Tantalcarbid durch das Aluminium decarbonisiert worden war. Im Gegensatz dazu ist die Tantalcarbid-Phase, die nach der vorliegenden Erfindung in situ erzeugt wird, stets goldfarben.In order to demonstrate that aluminum then in a humid environment is not stable chemically, when it is bound to a carbon article which has been coated with previously formed tantalum carbide, a piece of tantalum carbide for one hour melted in a held at 1000 ⁰ C bath with under vacuum Immersed in aluminum. After removal, the surface of the TaC substrate immersed in the bath was covered with an aluminum layer. However, after storage for approximately two weeks at room temperature, the aluminum layer separated from the TaC substrate. This separation was presumably caused by hydrolysis of the reaction product, possibly Al ₄ Co, at the Alurainium-TaC interface. It should be noted here that a change in color of the tantalum carbide from gold to silver was observed, which is an indication that the tantalum carbide had been decarbonized by the aluminum. In contrast to this, the tantalum carbide phase, which is generated in situ according to the present invention, is always gold-colored.

Beispiel 14Example 14

13 g AlgTi-Pulver mit einer Teilchengröße unter 30 Mikron und 6,06 g "glasartiger Kohlenstoff" mit einer Teilchengröße zwischen 30 und 44 Mikron wurden solange miteinander vermischt, bis ein feines Gemisch erhalten wurde. Vor der Vermischung mit AIoTi war der glasartige Kohlenstoff unter Argon bei einer Temperatur von 1500⁰C calziniert worden. Das sorgfältig vermischte Gemisch aus Al₃Ti und C wurde in eine Graphitform13 grams of AlgTi powder with a particle size below 30 microns and 6.06 grams of "glassy carbon" with a particle size between 30 and 44 microns were mixed together until a fine mixture was obtained. Before mixing with AIoTi the glassy carbon was calcined under argon at a temperature of 1500 ⁰ C. The carefully mixed mixture of Al ₃ Ti and C was put into a graphite mold

509808/0964 ~³⁷~509808/0964 ~ ³⁷ ~

241142Q241142Q

(Breite 15,88 mm, Länge 76,2 mm) gegeben und dort unter einem(Width 15.88 mm, length 76.2 mm) and there under a

—5 ο—5 ο

Vakuum von 10 Torr bei einer Temperatur von 925 C fünfzehn Minuten lang bei einem Formdruck von 210 kg/cm heiß gepresst. Während des Pressens trat kein Aluminium aus der Pressform heraus. Die auf diese Weise hergestellte Stange wies eine Dichte von 2,21 g/cm und eine Porosität von ungefähr 12% auf. ^! Metallographische Untersuchungen und Röntgen-Beugungsaufnahmen belegten Aluminium, Titancarbid und Kohlenstoff als vorherrschende Phasen. Aus der Stange herausgeschnittene Proben zeigten bei Raumtemperatur eine Durchbiegungsfestigkeit (flexureHot-pressed vacuum of 10 Torr at a temperature of 925 C for fifteen minutes at a molding pressure of 210 kg / cm. No aluminum came out of the die during pressing. The rod produced in this way had a density of 2.21 g / cm and a porosity of approximately 12%. ^! Metallographic examinations and X-ray diffraction recordings confirmed aluminum, titanium carbide and carbon as the predominant phases. Samples cut from the rod showed a flexure strength at room temperature (flexure

strength) von 20,65 kp/mm² (29,500 p.s.i.) und bei 425°C einestrength) of 20.65 kp / mm ² (29,500 psi) and at 425 ° C one

ο solche Durchbiegungsfestigkeit von 12,58 kp/mm (17,400 p.s.i.). Eine Untersuchung der Bruchstellen belegte transgranulare Brüche der Kohlenstoffteilchen, was eine adäquate Bindung, vorherrschend zwischen Aluminium und Kohlenstoff anzeigt.ο such a deflection strength of 12.58 kp / mm (17.400 p.s.i.). An examination of the fracture points revealed transgranular fractures of the carbon particles, which indicates adequate bonding, predominantly indicates between aluminum and carbon.

Wie oben angegeben, wurden andere zusammengesetzte Materialien hergestellt, welche ebenfalls Kohlenstoffteilchen enthielten, die über Titancarbid an Aluminium gebunden waren, jedoch mit der Abweichung, dass die 6,06 g glasartiger Kohlenstoff vor dem Vermischen mit AIoTi unter Argon bei einer Temperatur von 3000⁰C calziniert worden waren.As indicated above, other composite materials were prepared, which also contained carbon particles were attached via titanium carbide in aluminum, but with the difference that 6.06 g of glassy carbon prior to mixing with AIoTi under argon at a temperature of 3000 ⁰ C. had been calcined.

Die beiden besonderen, wie oben beschrieben,hergestellten zusammengesetzten Materialien aus Al-TiC-C wurden mit einem zusammengesetzten Material aus Al-Al C₃-C verglichen, wie es von der Firma Toyo Kogyo in ihrer "Mazda-Rotationsmaschine" als handelsübliches Abdichtmaterial (tip seal material) verwendet wird, und bei 425 C eine Durchbiegungsfestigkeit vonThe two particular Al-TiC-C composite materials produced as described above were compared with an Al-Al C ₃ -C composite material as used by Toyo Kogyo in their "Mazda rotary machine" as a commercially available sealing material ( tip seal material) is used, and at 425 C a deflection strength of

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509808/0964509808/0964

241U2Q241U2Q

9,24 kp/mm (13,200 p.s.i.) aufweist. Bei allen drei zusammengesetzten Materialien wurden die Abriebeigenschaften auf die folgende Weise bestimmt: Ein kleiner Prüfklotz wurde unter einer Belastung von 13,6 kg gegen einen rotierenden Ring aus gehärtetem Stahl (58 R_c 62) gedrückt. Der Ring rotierte 30 Minuten lang mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 180 Umdrehungen/Minute, was insgesamt 5400 Umdrehungen ausmacht, wobei ein Schmiermittel aus einem leichten Öl verwendet wurde. Die Untersuchungsergebnisse für die drei zusammengesetzten Materialien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.9.24 kgf / mm (13,200 psi). The abrasion properties of all three composite materials were determined in the following way: A small test block was _{pressed against a rotating ring made of hardened steel (58 R c} 62) under a load of 13.6 kg. The ring rotated at a revolution speed of 180 revolutions per minute for 30 minutes, making a total of 5400 revolutions, using a light oil lubricant. The test results for the three composite materials are shown in the following table.

- 39 (Tabelle 2)- 39 (table 2)

50 9 8 08/096450 9 8 08/0964

Tabelle 2Table 2

Vergleich der Abriebeigenschaften von DichtungsmaterialienComparison of the abrasion properties of sealing materials

cn ο «οcn ο «ο UO O OOUO O OO ^. O CO CD^. O CO CD

Materialmaterial

Al-TiC-C (bei 150O⁰C calziniert) Al-TiC-C (bei 3000°C calziniert)Al-TiC-C (calcined at 150O ⁰ C) Al-TiC-C (calcined at 3000 ° C)

Äl-Al C-C (Mazda-Toyo-Kogyo)Äl-Al C-C (Mazda-Toyo-Kogyo)

Al-TiC-C (bei 1500°C calziniert) Al-TiC-C (bei 3000°C calziniert) Abrieb des Ringes Abrieb des Klotzes unter einer Belastung von 13,6 kgAl-TiC-C (calcined at 1500 ° C) Al-TiC-C (calcined at 3000 ° C) Abrasion of the ring Abrasion of the block under a load of 13.6 kg

0,4 mg0.4 mg

0,65 mg 1,05 mg0.65 mg 1.05 mg

1,0 mg1.0 mg

7 χ ΙΟ""⁶ cm 30 χ ΙΟ""⁶ cm7 χ ΙΟ "" ⁶ cm 30 χ ΙΟ "" ⁶ cm

130 χ ΙΟ""⁶ cm130 χ ΙΟ "" ⁶ cm

unter einer Belastung von 81,6 kgunder a load of 81.6 kg

0,51 mg 0,82 mg0.51 mg 0.82 mg

37 x 10""⁶ cm 98 χ 10"⁶ cm37 x 10 "" ⁶ cm 98 χ 10 " ⁶ cm

241U2Q241U2Q

Wie aus den Versuchsergebnissen zu ersehen ist, weisen beide zusammengesetzte Materialien aus Al-TiC-C bessere Abriebeigenschaften auf und verursachten weniger Abrieb an dem rotierenden Stahlring, als das handelsübliche Material. Je geringer der Abrieb des Klotzes, und je geringer der Abrieb des Ringes, desto besser ist das Material. Selbst bei einer Belastung von 81,6 kg wiesen beide zusammengesetzte Materialien aus Al-TiC-C immer noch bessere Abriebeigenschaften auf, als das zusammengesetzte .Material aus Al-Al₄C₃-C unter einer Belastung von 13,6 kg.As can be seen from the test results, both composite materials made of Al-TiC-C have better abrasion properties and caused less abrasion on the rotating steel ring than the commercially available material. The lower the abrasion of the block and the lower the abrasion of the ring, the better the material. Even with a load of 81.6 kg, both composite materials made of Al-TiC-C still had better abrasion properties than the composite material made of Al-Al ₄ C ₃ -C under a load of 13.6 kg.

Beispiel 15Example 15

6,06 g glasartiger Kohlenstoff mit einer Korngröße zwischen 30 und 44 Mikron wurde unter Argon bei einer Temperatur von 1500°C calziniert. Der glasartige Kohlenstoff wurde solange mit 13 g AlgTi-Pulver mit einer Korngröße unter 30 Mikron vermischt, bis eine innige feinverteilte Mischung erhalten wurde. Diese Mischung aus Al₃Ti und C wurde in eine Graphitform (Abmessungen 15,8 mm auf 76 mm) gebracht und dort 15 Minuten lang bei einer Temperatur von ungefähr 925°C vorreagiert, Im Anschluß daran wurde die zusammengesinterte Masse unter einem Druck von 210 kg/cm 5 Minuten lang bei 700°C heiß gepresst. An dem fertigen Produkt wurde eine Dichte von 2,21 g/cm und eine Durchbiegungsfestigkeit (bei Raumtemperatur) von6.06 g of vitreous carbon with a grain size between 30 and 44 microns was calcined under argon at a temperature of 1500 ° C. The vitreous carbon was mixed with 13 g of AlgTi powder with a grain size of less than 30 microns until an intimate, finely divided mixture was obtained. This mixture of Al ₃ Ti and C was placed in a graphite mold (dimensions 15.8 mm by 76 mm) and prereacted there for 15 minutes at a temperature of approximately 925 ° C kg / cm hot pressed for 5 minutes at 700 ° C. The finished product had a density of 2.21 g / cm and a flexural strength (at room temperature) of

ο
18,55 kp/mm (26,500 p.s.i.) gemessen.ο
Measured 18.55 kp / mm (26,500 psi).

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509808/0 96509808/0 96

241142Q241142Q

Beispiel 16Example 16

Eine Mischung aus elementarem Titan- und Aluminium-Pulver wurde mittels einer Flamme auf die aufgerauhte Oberfläche einer AGX-Elektrode (Durchmesser 210 mm, vertrieben von der Union Carbide Corporation) aufgesprüht, wozu eine Sauerstoff-Acetylen-Flamme verwendet wurde, um die Bestandteile bis zu einer Dicke von ungefähr 0,127 mm auf der Elektrode aufzuschmelzen. Das Titanpulver machte 12,7 Gew.-% der Gesamtmischung aus, Rest Aluminiumpulver (die Pulver wurden handelsüblich von der Metco Corporation, Westbury, Long Island, New York,bezogen). Die jeweiligen Korngrößen der Titan- und Aluminium-Pulver lagen zwischen 0,04 und 0,06 mm. Die niedergeschlagene Mischung wurde mittels einem Lichtbogen auf der Elektrodenoberfläche aufgeschmolzen (bei einer Spannung von 32 Volt und einer Stromstärke von 460 Ampere). Der Überzug war fest an die Elektrodenoberfläche gebunden und konnte nicht ohne Mitnahme eines beträchtlichen Graphitanteils von dem Substrat entfernt werden. Zwischen der Oberfläche der Elektrode aus Kohlenstoff und der Aluminiumschicht wurde eine Titancarbid-Zwischenschicht mit einer Dicke von ungefähr 1 bis 2 Mikron festgestellt.A mixture of elemental titanium and aluminum powder was applied to the roughened surface of an AGX electrode by means of a flame (210 mm diameter, sold by Union Carbide Corporation) using an oxygen-acetylene flame was used to melt the ingredients to a thickness of about 0.127 mm on the electrode. The titanium powder made up 12.7% by weight of the total mixture, the remainder being aluminum powder (the powders were commercially available from Metco Corporation, Westbury, Long Island, New York). The respective grain sizes the titanium and aluminum powders were between 0.04 and 0.06 mm. The precipitated mixture was by means of a Arc melted on the electrode surface (at a voltage of 32 volts and a current of 460 amperes). The coating was firmly bonded to the electrode surface and could not be carried out without taking along a considerable amount of graphite removed from the substrate. Between the surface of the carbon electrode and the aluminum layer, a Intermediate titanium carbide layer approximately 1 to 2 microns noted.

Beispiel 17Example 17

Wie in Beispiel 16 beschrieben wurde eine intermetallische Mischung aus AIoTi hergestellt und mittels einer Flamme auf die aufgerauhte Oberfläche einer Elektrode(mit einem Durchmesser von 610 mm)aufgesprüht, wozu eine Sauerstoff-Acetylen-As described in Example 16, an intermetallic mixture of AloTi was produced and applied by means of a flame sprayed onto the roughened surface of an electrode (with a diameter of 610 mm), including an oxygen-acetylene

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50980 8/096450980 8/0964

241H2Q241H2Q

Flamme verwendet wurde. Der Niederschlag wies eine Dicke von ungefähr .0,0127 mm auf und haftete fest an der Oberfläche der Elektrode. Durch Versprühen eines Drahtes wurde anschließend ein 0,127 mm dicker Niederschlag aus Aluminium auf der Oberfläche der Al„Ti-Schicht aufgebracht, wozu ebenfalls eine Sauerstoff-Acetylen-Flamme verwendet wurde. Dieser doppelte Niederschlag wurde anschließend mit einem Lichtbogen auf der Elektrode aufgeschmolzen (mit einem Gleichstrom von 460 Ampere bei einer Spannung von 32 Volt). Ein abschließender überzug aus Aluminium mit einer Dicke von ungefähr 0,254 mm wurde anschließend durch Versprühen eines Drahtes auf der obersten SeMeht des mit dem Lichtbogen aufgeschmolzenen Überzugs aufgebracht. Mittels mikroskopischer und Elektronen-Mikroprobe-Untersuchungen wurde eine gut ausgebildete Zwischenschicht aus Titancarbid mit einer Dicke von ungefähr 1 bis 2 Mikron festgestellt. Die Carbid-Zwischensehicht war sehr gleichförmig und auch in kleinen Poren und Rissen gut ausgebildet.Flame was used. The precipitate had a thickness of about 0.0127 mm and was firmly adhered to the surface of the Electrode. A 0.127 mm thick deposit of aluminum was then deposited on the surface by spraying a wire applied to the Al "Ti layer, including a Oxygen-acetylene flame was used. This double precipitate was then with an electric arc on the Electrode melted (with a direct current of 460 amperes at a voltage of 32 volts). A final coat made of aluminum approximately 0.254 mm thick then by spraying a wire on the uppermost part of the coating melted with the arc upset. Using microscopic and electron micro-sample examinations a well-formed intermediate layer of titanium carbide approximately 1 to 2 microns thick was observed. The intermediate carbide layer was very uniform and well developed even with small pores and cracks.

Beispiel 18Example 18

/g
Aus 40 g Al₃Ti und 3,35 glasartigem Kohlenstoff, der vorher/G
From 40 g of Al ₃ Ti and 3.35 glassy carbon, which was previously

2 Stunden lang bei 1000°C ealziniert worden war, wurde eine Aufschlämmung hergestellt. Die beiden Bestandteile wurden gleichzeitig in einer Schüttelkammer pulverisiert, um Teilchen mit einer Korngröße von einigen Mikron zu erhalten. Zur Herstellung der Aufschlämmung wurden neben dem feinen Pulver "Pliobönd" (von der Goodyear Tire and Rubber Company, Akron, .Ohio, vertrieben) verwendet. Durch Verdünnung mit Methyl-Äthyl· Keton wurde eine geeignete Konsistenz erzielt, um die Auf-Had been treated for 2 hours at 1000 ° C, became a Slurry made. The two components were at the same time pulverized in a shaking chamber to obtain particles with a grain size of a few microns. To the Preparation of the slurry was carried out in addition to the fine powder "Pliobönd" (from the Goodyear Tire and Rubber Company, Akron, .Ohio, distributed) used. By dilution with methyl-ethyl Ketone a suitable consistency was achieved to

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509808/0984509808/0984

241142Q241142Q

/Auf schlämmung mittels Druckluft zu versprühen, eine auskehlende Elektrode (vom Typ G-180 mit einer Länge von 342 mm bei einem Durchmesser von 12,7 mm) wurde das Gemisch aus Al₃Ti plus C. bis zu einer Dicke von ungefähr 0,127 mm aufgesprüht. Nach dem Trocknen wurde die überzogene Elektrode langsam in eine auf 925°C erwärmte Zone eines Ofens gebracht. Unter einem Argons-Strom von etwa 28 Liter/Stunde wurde das Erwärmen für ungefähr 15 Minuten fortgesetzt. Die überzogene Elektrode wurde langsam aus der Schutzatmosphäre herausgenommen und am Ende dieser Behandlung abgekühlt. Bei der Untersuchung ergab sich ein relativ dichter Überzug, der über eine gleichmäßige Titancarbid-Zwischenscliieht fest an die Kohlenstoffoberfläciie gebunden war. Der überzug bestand hauptsächlich aus Aluminium und Titancarbid; tatsächlich war im Verlauf der Reaktion der gesamte Kohlenstoff und das Al₀Ti verbraucht worden./ To spray slurry by means of compressed air, a grooving electrode (of the type G-180 with a length of 342 mm with a diameter of 12.7 mm) was the mixture of Al ₃ Ti plus C. to a thickness of about 0.127 mm sprayed on. After drying, the coated electrode was slowly placed in a zone of an oven heated to 925 ° C. Under a flow of argon at about 28 liters / hour, heating was continued for about 15 minutes. The coated electrode was slowly removed from the protective atmosphere and cooled at the end of this treatment. The examination revealed a relatively dense coating, which was firmly bonded to the carbon surface via a uniform titanium carbide intermediate layer. The coating consisted mainly of aluminum and titanium carbide; in fact, all of the carbon and Al ₀ Ti had been consumed in the course of the reaction.

Beispiel 19Example 19

Ein Gemisch aus 12,7 Gew.-% Titan und 87,3 Gew.-% Aluminium wurde mittels einer Flamme bis zu einer Dicke von 0,127 mm auf einem Teilstück einer AGX-Grapliitelektrode (bezogen von der Union Carbide Corporation) aufgesprüht und anschließend eine Stunde lang unter Vakuum bei 875⁰C wärmebehandelt. Der Aluminiumüberzug konnte nicht von der Graphitelektrode abgehoben werden, ohne daß vorher Graphit-Grapiiit-Bindungen brachen. Eine Untersuchung des wärmebehandelten Stückes der Elektrode ergab eine.im wesentlichen durchgehende Titancarbid-Zwischenschicht, welche wirksam das Aluminium an die Graphitelektrode band. Auf ein anderes Stück einer AGX-Grapliitelektrode wurdeA mixture of 12.7 wt .-% titanium and 87.3 wt .-% of aluminum was applied by a flame, to a thickness of 0.127 mm on a portion of an AGX-Grapliitelektrode (obtained from Union Carbide Corporation) is sprayed and then a Heat-treated under vacuum at 875 ^{° C. for one hour.} The aluminum coating could not be lifted from the graphite electrode without breaking the graphite-graphite bonds beforehand. Examination of the heat treated piece of electrode revealed a substantially continuous intermediate titanium carbide layer which effectively bonded the aluminum to the graphite electrode. On another piece of an AGX graph electrode was made

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509808/096509808/096

241U2Q241U2Q

in gleicher Weise mittels einer Flamme, wie oben beschrieben, das gleiche Gemisch aufgesprüht und nachfolgend im Vakuum eine Stunde lang bei 925°C wärmebehandelt. Hierbei hatte sich zwischen dem Titancarbid und dem Graphitsubstrat etwas Al₄C₃-Phase gebildet; bei einem gleichartigen Versuch war nach einer eine Stunde dauernden Wärmebehandlung bei 1000°C nahezu das gesamte Aluminium in Al₄C₃ umgewandelt worden.The same mixture was sprayed on in the same way by means of a flame, as described above, and then heat-treated in vacuo at 925 ° C. for one hour. _{Here, some Al 4} C ₃ phase had formed between the titanium carbide and the graphite substrate; In a similar experiment, almost all of the aluminum had been converted _{into Al 4} C _{3 after a one hour heat treatment at 1000 ° C.}

Beispiel 20Example 20

Es wurde ein gut vermischtes Gemisch aus 10 g HfHg-Pulver und 4,482 g Aluminiumpulver hergestellt. Ein Teil dieses Gemisches wurde zu einem Preßkörper mit einem angenäherten Durchmesser von 12,7 mm und einer Höhe von 12,7 mm verpresst. Bei einer Temperatur unter 700⁰C wurde der Preßkörper im Vakuum sorgfältig entgast und anschließend ungefähr 30 Minuten lang bei 1000°C wärmebehandelt. Eine Röntgen-Beugungsuntersuchung an dem gepulverten Material ergab Al Hf als einzigen Beatandteil. Diese intermetallische Phase wurde sorgfältig mit Graphit (Union Carbid Spectroscopic Graphit, Grade SP-I) vermischt, so daß eine Mischung aus 5 g Al₃Hf und 1,387 g Kohlenstoff erhalten wurde. Durch Kaltpressen wurde ein Presskörper hergestellt (Durchmesser 12,7 mm^ Höhe 12,7 mm) und dieser 30 Minuten lang in Vakuum bei 850°C gesintert. Die Probe zeigte metallisches Aussehen und eine Röntgen-Beugungsuntersuchung an der Probe belegte die Anwesenheit von HfC, Al und C.A well mixed mixture of 10 grams of HfHg powder and 4.482 grams of aluminum powder was made. Part of this mixture was pressed into a compact with an approximate diameter of 12.7 mm and a height of 12.7 mm. At a temperature below 700 ⁰ C, the compact in a vacuum was carefully degassed and then heat treated for about 30 minutes at 1000 ° C. An X-ray diffraction study on the powdered material revealed Al Hf as the only component. This intermetallic phase was carefully mixed with graphite (Union Carbid Spectroscopic Graphite, Grade SP-I) so that a mixture of 5 g of Al ₃ Hf and 1.387 g of carbon was obtained. A compact was produced by cold pressing (diameter 12.7 mm ^ height 12.7 mm) and this was sintered in vacuo at 850 ° C. for 30 minutes. The sample showed a metallic appearance and an X-ray diffraction study on the sample confirmed the presence of HfC, Al and C.

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5098 08/09645098 08/0964

Claims (34)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zum Aufbringen eines chemisch gebundenen AIuminiumüberzugs an ein Kohlenstoffsubstrat, gekennzeichnet1. Process for applying a chemically bonded aluminum coating on a carbon substrate a) auf dem Kohlenstoff-/Schicht aus Aluminium unda) on the carbon / aluminum layer and einem Metall, wie Tantal, Titan oder Hafnium, das mit Kohlenstoff unter Bildung eines Metallcarbidsa metal, such as tantalum, titanium or hafnium, which reacts with carbon to form a metal carbide reagiert, niedergeschlagen, wobei derreacts, dejected, the Anteil dieses Metalls in der Schicht größer ist als seine Löslichkeit in dem vorhandenen Aluminium;Proportion of this metal in the layer is greater than its solubility in the aluminum present; undand b) der Überzogene Kohlenstoffgegenstand wird unter inerter Atmosphäre solange auf eine Temperatur oberhalb ungefähr 880⁰C erwärmt, bis im wesentlichen das Metall und der Kohlenstoff in situ unter Bildung einer Zwischenschicht aus Metallcarbid auf dem Substrat reagiert haben, wobei die Zwischenschicht dazu dient, den Aluminiumüberzug chemisch an den Kohlenstoff zu binden.b) the coated carbon article is heated under an inert atmosphere to a temperature above approximately 880 ^° C. until essentially the metal and the carbon have reacted in situ to form an intermediate layer of metal carbide on the substrate, the intermediate layer serving to coat the aluminum chemically bond to the carbon. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium in Form von elementarem Aluminium, Aluminium-Silizium-Legierungen, Aluminium-Kufer-Legierungen, Aluminium-Magnesium-Legierungen oder Aluminium-Mangan-Legierungen vorliegt; und das Tantal in der Form von elementarem Tantal, Al^Ta oder TaSi₂ vorliegt.2. The method according to claim 1, characterized in that the aluminum is in the form of elemental aluminum, aluminum-silicon alloys, aluminum-buyer alloys, aluminum-magnesium alloys or aluminum-manganese alloys; and the tantalum is in the form of elemental tantalum, Al ^ Ta or TaSi ₂ . - 46 -509808/0964- 46 -509808/0964 241U20241U20 - 44 -- 44 - 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium in der Form von elementarem Aluminium vorliegt; und als Metall Titan verwendet wird, das in der Form von elementarem Titan, Al^Ti oder TiH₂ vorliegt.3. The method according to claim 1, characterized in that the aluminum is in the form of elemental aluminum; and titanium is used as the metal, which is in the form of elemental titanium, Al ^ Ti or TiH ₂ . 4, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium in der Form von elementarem Aluminium vorliegt; und als Metall Hafnium verwendet wird, das in der Form von elementarem Hafnium, Al^Hf oder Hf H« vorliegt.4, method according to claim 1, characterized in that the aluminum is in the form of elemental aluminum; and hafnium is used as the metal, which is used in the Form of elemental hafnium, Al ^ Hf or Hf H «is present. 5ο Verfahren na.ch Anspruch 1 y dadurch gekennzeichnet, dass der Matallanteil in der Schicht wenigstens 2% des Gewichts an Aluminium in der Schicht ausmacht.5ο method according to claim 1 y characterized in that the metal content in the layer makes up at least 2% of the weight of aluminum in the layer. 6„ Verfahreii nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall Tantal verwendet wird und das Gewichtsverhältnis von Aluminium zu Tantal zwischen ungefähr 50:1 und 1:2,5 liegt.6 "Method according to claim 1, characterized in that tantalum is used as the metal and the weight ratio of aluminum to tantalum is between about 50: 1 and 1: 2.5. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall Titan verwendet wird, und dessen Anteil in der Schicht zwischen ungefähr 6 und 61 % des Gewichts an Aluminium in der Schicht ausmacht. .7. The method according to claim 5, characterized in that titanium is used as the metal, and its proportion in the layer between approximately 6 and 61% of the weight Aluminum in the layer. . 8·_β Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall Hafnium verwendet wird und dessen Anteil in der Schicht zwischen ungefähr 18 und 220% des Gewichts an Aluminium in der Schicht ausmacht.8 · _β method according to claim 5, characterized in that hafnium is used as the metal to an amount in the layer is between about 18 and 220% of the weight of aluminum in the layer. - .47 509808/0984- .47 509808/0984 241142Q241142Q 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall Tantal verwendet wird,und9. The method according to claim 1, characterized in that tantalum is used as the metal, and die Temperatur bei der Wärmebehandlung ungefähr 90O⁰C beträgt und die Wärmebehandlung ungefähr 30 Minuten dauert (one-half hour).the temperature during the heat treatment is approximately 90O ⁰ C and the heat treatment lasts approximately 30 minutes (one-half hour). 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall Titan oder Hafnium gewählt wird; die Temperatur bei der Wärmebehandlung zwischen ungefähr 880 und 950 C liegt; und die Wärmebehandlung ungefähr 5 bis 30 Minuten dauert.10. The method according to claim 1, characterized in that titanium or hafnium is selected as the metal; the temperature during the heat treatment is between about 880 and 950 C; and the heat treatment for about 5 to 30 minutes take. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur bei der Wärmebehandlung ungefähr 925⁰C beträgt, und die Wärmebehandlung ungefähr 15 Minuten dauert11. The method according to claim 10, characterized in that the temperature during the heat treatment is approximately 925 ⁰ C, and the heat treatment lasts approximately 15 minutes 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verfahrensstufe (a) die Schicht dadurch erhalten wird, dass zuerst das Metall und darüber das Aluminium niedergeschlagen wird.12. The method according to claim 1, characterized in that the layer is obtained in process step (a) that first the metal and above that the aluminum is deposited. 13» Verfahren nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet₉ dass in der Verfahrensstufe (a) als Metall Tantal verwendet wird, und Nickel in einem Anteil zwischen ungefähr 1 und 15%,bezogen auf das Aluminium,der Tantal und Aluminium enthaltenden Schicht zugesetzt wird.13 »The method of claim 1, characterized ₉ that used in process stage (a) as a metal tantalum, and nickel in an amount between about 1 and 15%, based on the aluminum, the tantalum and aluminum-containing layer is added. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verfahrensstufe (a) als Metall Tantal verwendet wird; wobei dieses Tantal in der Form eines Pulvers mit einer Korngröße von ungefähr 0,1 mm und weniger niedergeschlagen wird.14. The method according to claim 1, characterized in that tantalum is used as the metal in process step (a) will; this tantalum being deposited in the form of a powder with a grain size of about 0.1 mm and less will. - 48 509808/0964 - 48 509808/0964 241U2Q241U2Q 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
als Metall Titan oder Hafnium verwendet wird; und dieses Metall in der Form eines Pulvers mit einer Korngröße von ungefähr 0,38 mm und weniger niedergeschlagen wird.15. The method according to claim 1, characterized in that
the metal used is titanium or hafnium; and this metal is deposited in the form of a powder having a grain size of about 0.38 mm and less. 16. Verfahren zum Aufbringen eines chemisch gebundenen
Aluminiumüberzugs an ein Kohlenstoffsubstrat, gekennzeichnet durch folgende Stufen:16. Method of applying a chemically bonded
Aluminum coating on a carbon substrate, characterized by the following stages: a) auf dem Kohlenstoffsubstrat wird eine Tantal enthaltende Schicht aufgebracht, wobei das Tantal in der Form von elementarem Tantal, Al^Ta oder TaSi₂ vorliegt; unda) a layer containing tantalum is applied to the carbon substrate, the tantalum being in the form of elemental tantalum, Al ^ Ta or TaSi ₂ ; and b) das überzogene Substrat wird unter inerter
Atmosphäre solange in ein Bad, welches geschmolzenes Aluminium enthält, eingetaucht, bis Tantal und
Kohlenstoff im wesentlichen in situ unter Bildung einer Zwischenschicht aus Tantalcarbid reagiert
haben, wobei diese Zwischenschicht dazu dient, den Aluminiumüberzug chemisch an den Kohlenstoff zu
binden.b) the coated substrate is placed under inert
Atmosphere as long as immersed in a bath containing molten aluminum until tantalum and
Carbon reacts essentially in situ to form an intermediate layer of tantalum carbide
this intermediate layer serves to chemically attach the aluminum coating to the carbon
tie. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensstufe (a) dem Metall Aluminium zugesetzt wird, bevor dieses auf dem Kohlenstoffsubstrat niedergeschlagen wird.17. The method according to claim 16, characterized in that in process step (a) aluminum is added to the metal, before this is deposited on the carbon substrate. 18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensstufe (a) dem Tantal Nickel zugesetzt wird, bevor dieses auf dem Kohlenstoffsubstrat niedergeschlagen .wird.18. The method according to claim 16, characterized in that in process step (a) nickel is added to the tantalum, before it is deposited on the carbon substrate. - 49 509808/0964 - 49 509808/0964 - SC- SC 19. Verfahren zur Herstellung von zusammengesetzten Materialien, wobei Kohlenstoff in der Form von Körnern oder Fasern über eine Zwischenschicht bzw. -Bindung aus Tantalcarbid in einer Aluminiummatrix verteilt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:19. Process for the manufacture of composite materials, wherein carbon is in the form of grains or fibers about an intermediate layer or bond of tantalum carbide is distributed in an aluminum matrix, characterized by the following stages: a) aus Aluminium, Tantal und Kohlenstoff in solchen Anteilen, dass das Atomgewicht-Verhältnis innerhalb des trapezförmigen Bereichs c-d-e-f des Dreieckdiagramms für das Aluminium-Tantal-Kohlenstoff-System nach Figur 1 liegt, wird ein vorgeformter Presskörper hergestellt; unda) from aluminum, tantalum and carbon in such proportions that the atomic weight ratio lies within the trapezoidal area cdef of the triangular diagram for the aluminum-tantalum-carbon system according to FIG. 1, a preformed compact is produced; and b) der vorgeformte Presskörper/urixer inerter Atmosphäre solange auf eine Temperatur von ungefähr 850⁰C. erwärmt bis Kohlenstoff und Tantal im wesentlichen in situ unter Bildung/einer Zwischenschicht aus Tantalcarbid zwischen dem Kohlenstoff und den Aluminium reagiert haben, wobei das Aluminium als Matrix für den Kohlenstoff wirkt.have b) the preformed compacts / urixer inert atmosphere until heated to a temperature of about 850 ⁰ C. to carbon and tantalum substantially in situ to form / an intermediate layer of tantalum between the carbon and the aluminum reacts with the aluminum as a matrix for the carbon works. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verfahrensstufe (a) die vorgeformten Presskörper aus g Al^Ta-Pulver und zwischen ungefähr 0,66 und 4,24 g Graphitpulver bestehen.20. The method according to claim 19, characterized in that in process step (a) the preformed compacts from g of Al ^ Ta powder and between about 0.66 and 4.24 g Consist of graphite powder. 21. Kohlenstoffgegenstand, bei dem wenigstens ein Teil seiner Oberfläche einen über eine Zwischenschicht aus Metällcarbid mit den Metallen Tantal, Titan oder Hafnium, chemisch gebundenen Überzug aus Aluminium aufweist.21. Carbon object with at least part of its Surface one via an intermediate layer of metal carbide with the metals tantalum, titanium or hafnium, has a chemically bonded coating of aluminum. - 50 509808/0964 - 50 509808/0964 Sn-Sn- 22. Kohlenstoffgegenstand nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Graphitelektrode besteht, die Zwischenschicht eine Dicke von ungefähr 0,0025 mm und die Aluminiumschicht eine Dicke von ungefähr 0,50 mm aufweist.22. Carbon article according to claim 21, characterized in that that it consists of a graphite electrode, the intermediate layer a thickness of approximately 0.0025 mm and the Aluminum layer has a thickness of approximately 0.50 mm. 23. Kohlenstoffgegenstand nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet/ dass als Metall Tantal verwendet wird, und der Überzug zwischen ungefähr 1 und 15%, bezogen auf das Gewicht des Aluminiums, Nickel enthält.23. Carbon article according to claim 21, characterized / that the metal used is tantalum, and the coating between about 1 and 15% by weight of aluminum, containing nickel. 24ο Zusammengesetztes Material, bei dem Kohlenstoff über eine Zwischenschicht- bzw«" Bindung aus Tantalcarbid in einer Aluminiummatrix verteilt ist, und die Atomgewichts-Verhältnisse von Aluminium, Tantal und Kohlenstoff innerhalb des trapezförmigen Bereichs c-d-e-f des Dreieckdiagramms für das Aluminium-Tantal-Kohlenstoff-Systems nach Figur 1 liegen«,24ο Composite material in which carbon has a Interlayer or "" bond made of tantalum carbide in one Aluminum matrix is distributed, and the atomic weight ratios of aluminum, tantalum and carbon within of the trapezoidal area c-d-e-f of the triangular diagram for the aluminum-tantalum-carbon system according to FIG. 1 lie", 25. Zusammengesetztes Material nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff in Form von Körnern vorliegt. 25. Composite material according to claim 24, characterized in that that the carbon is in the form of grains. 26. Zusammengesetztes Material nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff in Form von Fasern vorliegt.26. Composite material according to claim 24, characterized in that that the carbon is in the form of fibers. 27. Verfahren zur Herstellung von zusammengesetztem Material, bei dem Kohlenstoff in der Form von Körnern oder Fasern27. Process for the manufacture of composite material, the carbon in the form of grains or fibers " über eine Zwischensdicht bzw. -Bindung aus Titancarbid in einer Aluminiummatrix verteilt ist, gekennzeichnet durch folgende Stufen:"via an intermediate seal or bond made of titanium carbide in an aluminum matrix, characterized by the following levels: - 51 509808/0964 - 51 509808/0964 a) aus Aluminium, Titan und Kohlenstoff in solchen Anteilen, dass das Atomgewichte-Verhältnis innerhalb des trapez-förmigen Bereichs c-d-e-f des Dreieckdiagramms für das Aluminium-Titan-Kohlenstoff-System nach Figur 2 liegt, wird ein vorgeformter Presskörper hergestellt; unda) made of aluminum, titanium and carbon in such proportions that the atomic weight ratio is within of the trapezoidal area c-d-e-f of the triangle diagram for the aluminum-titanium-carbon system according to Figure 2, a preformed compact is produced; and b) der vorgeformte Presskörper wird unter inerter Atmosphäre solange auf eine Temperatur oberhalb ungefähr 880°C erwärmt bis Titan und Kohlenstoff im wesentlichen in situ unter Bildung einer Zwischenschicht aus Titancarbid zwischen Kohlenstoff und Aluminium reagiert haben, wobei das Aluminium als MatriVfür den Kohlenstoff wirkt.b) the preformed compact is heated to a temperature above approximately under an inert atmosphere Heated at 880 ° C until titanium and carbon are essentially in situ with the formation of an intermediate layer made of titanium carbide have reacted between carbon and aluminum, the aluminum as MatriV for the carbon acts. 28. Zusammengesetztes Material, bei dem Kohlenstoff über eine Zwischenschicht bzw. -Bindung aus Titancarbid in einer Aluminiummatrix verteilt ist, und die Atomgewichts-Verhältnisse von Aluminium, Titan und Kohlenstoff innerhalb des trapezförmigen Bereichs c-d-e-f des Dreieckdiagramms für das Aluminium-Titan-Kohlenstoff-System nach Figur 2 liegen.28. Composite material in which carbon has a Interlayer or bond of titanium carbide is distributed in an aluminum matrix, and the atomic weight ratios of aluminum, titanium and carbon within the trapezoidal area c-d-e-f of the triangle diagram for the aluminum-titanium-carbon system according to Figure 2 lie. 29. Zusammengesetztes Material nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff in Form von Körnern vorliegt. 29. Composite material according to claim 28, characterized in that that the carbon is in the form of grains. 30. Zusammengesetztes Material nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff in Form von Fasern vorliegt. 30. The composite material of claim 28, characterized in that the carbon is in the form of fibers. 509808/0964509808/0964 -Sä-Sä 31. Verfahren zur Herstellung von zusammengesetztem Material, bei dem der Kohlenstoff über eine Zwischenschicht bzw.
-Bindung aus Metallcarbid mit den Metallen Tantal, Titan oder Hafnium, in einer Aluminiummatrix verteilt ist, gekennzeichnet durch folgende Stufen:31. Process for the production of composite material in which the carbon is deposited via an intermediate layer or
-Bond made of metal carbide with the metals tantalum, titanium or hafnium, distributed in an aluminum matrix, characterized by the following stages: a) aus Kohlenstoff und Al,Ta, Al,Ti oder Al₃Hf wird eine Mischung hergestellt;a) a mixture is produced from carbon and Al, Ta, Al, Ti or Al _{3 Hf;} b) die Mischung wird solange auf eine Temperatur oberhalb ungefähr 850⁰C erwärmt, bis das Aluminium freigesetzt ist und sich eine Metallcarbid-Zwischenschicht zwischen dem Kohlenstoff und dem Aluminium gebildet hat; undb) the mixture is heated to a temperature above approximately 850 ^° C. until the aluminum is released and a metal carbide intermediate layer has formed between the carbon and the aluminum; and c) die Mischung wird bei einer Temperatur um den Schmelzpunkt des AluminiunB herum verdichtet.c) the mixture is compacted at a temperature around the melting point of the aluminum. 32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenstoff Graphit verwendet wird.32. The method according to claim 31, characterized in that graphite is used as carbon. 33. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff in der Form von Körnern oder Fasern vorliegt. 33. The method according to claim 31, characterized in that the carbon is in the form of grains or fibers. 34. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff in der Form von Fasern oder Körnern vorliegt. 34. The method according to claim 32, characterized in that the carbon is in the form of fibers or grains. 509808/0964509808/0964