DE68907078T2

DE68907078T2 - Presszylinder für Hochdruck- und Hochtemperatur-Pressen.

Info

Publication number: DE68907078T2
Application number: DE89103525T
Authority: DE
Inventors: Makoto Takei; Mamuro Tamura
Original assignee: Ohwada Carbon Industrial Co Ltd
Current assignee: Ohwada Carbon Industrial Co Ltd
Priority date: 1988-03-03
Filing date: 1989-02-28
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2009-03-01
Also published as: JPH01224570A; JPH0555751B2; EP0331124B1; US4927345A; EP0331124A1; DE68907078D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckzylinder für Hochtemperaturpressen zur Verwendung beim Sinterformen von Keramik, hartem Metall und ähnlichem unter hohen Temperaturen und hohen Drücken.

Hintergrund der Erfindung

Üblicherweise werden Hochtemperaturpressen mit hohen Drücken zur Herstellung von speziellen Keramiken und harten Metallen verwendet, derartige Maschinen besitzen einen Druckzylinder. Der Druckzylinder besitzt ein Kissen oder eine Auflage, ein artifizielles äußeres Gehäuse, das aus Graphit hergestellt ist und auf der Auflage angeordnet ist, ein artifizielles inneres Gehäuse aus Graphit, das üblicherweise als Hülse bekannt ist, und das in das äußere Gehäuse in Berührung mit dem Innenumfang des inneren Gehäuses eingepaßt ist, ein Paar artifizielle Druckplatten aus Graphit, die in das innere Gehäuse eingepaßt sind, und einen Preßstempel, der in das innere Gehäuse eingepaßt ist. Eine der Druckplatten ist auf der Auflage angeordnet, und die andere Druckplatte, die über der ersten gelagert ist, wird durch den Druckstempel von oben gepreßt. Beim Sinterformen von Keramiken und harten Metallen durch derartige Hochtemperaturdruck-Pressen wird das Material, das sintergeformt werden soll, zwischen die beiden Druckplatten eingebracht, und die beiden werden durch den Druckstempel unter einem Druck von mehr als 100 kg/cm² im Vakuum oder in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, beispielsweise Argon oder Stickstoff, zusammengepreßt und dann auf mehr als 1000º C durch Induktionsheizung oder elektrische Widerstandsheizung unter Verwendung von artifiziellem Kohlenstoffmaterial erhitzt. Das Innengehäuse kann entnommen und wieder durch ein neues ersetzt werden, wenn die gesinterten Keramiken und/oder Metalle sich auf den Innenwänden niedergeschlagen haben, wodurch Keramik-/Metallablagerungen auf dem Innenumfang des Außengehäuses verhindert werden, so daß eine verlängerte Einsatzmöglichkeit des äußeren Gehäuses ermöglicht wird.
Bisher steht kein anderes Material als artifizielles Graphit zur Verfügung, das den hohen Drücken bei Temperaturen von mehr als 1000º C widerstehen kann. In letzter Zeit jedoch besteht der Bedarf an Hochtemperaturpressen, die noch höheren Druckbedingungen standhalten können. Dazu wurde vorgeschlagen, die Wandstärke des artifiziellen Graphitaußengehäuses zu erhöhen. Jedoch ist diese Maßnahme ungenügend, um die erwünschten Festigkeitscharakteristiken zu liefern, und, wenn die gewünschte Festigkeit erreicht werden soll, muß die Wandstärke beträchtlich erhöht werden, was naturgemäß ein erhöhtes Gewicht oder eine problematische Handhabung bedeutet, und zudem einen verringerten Innenraum oder eine verringerten Kapazität zur Aufnahme des zu sinternden Materials bedeutet, mit anderen Worten, die Effizienz wird herabgesetzt.
Es wurden Versuche unternommen, dieses Problem durch die Verwendung von kohlenstoff-faserverstärkten Kohlenstoffzusammensetzungen (im folgenden bezeichnet als CRC) eines kürzlich entwickelten Materials, für das Außengehäuse des Druckzylinders in einer Presse des oben genannten Typs, zu lösen. Dieses Material, CRC, besitzt ein niedrigeres spezifisches Gewicht und hält Biege-, Zieh- und Stoßbelastungen um ein Mehrfaches besser stand als artifizielles Graphitmaterial herkömmlicher Art.
Weiterhin weist es bemerkenswert bessere Hochtemperatureigenschaften in nicht oxidierender Atmosphäre auf als andere Materialien. Aus diesem Grunde wird es verwendet für Geschosse und Raketenteile, Bremsen in der Luftfahrt und ähnlichem.
Die Herstellung eines zylindrischen Außengehäuses unter der Verwendung von CRC wird üblicherweise gemäß folgendem Verfahren durchgeführt. Carbonfasern, die mit einem Phenol-, Epoxy- oder Furanharz imprägniert sind, werden auf einen metallenen Zylinder eines spezifischen Durchmessers der gewünschten Breite (oder Länge des Außengehäuses) und gewünschter Dicke gewickelt, und der Verbund wird bei Temperaturen von 100º C bis 200º C gehärtet. Dann wird der Metallzylinder entfernt zur Freigabe eines zylindrischen Körpers, der dann bei einer Temperatur von mehr als 1000º C kalziniert oder geglüht wird. Die Schritte der Imprägnierung mit Furan-, Phenol- oder Epoxyharzen und des anschließenden Kalzinierens werden mehrere Male wiederholt.
Die Umfangsziehfestigkeit eines zylindrischen CRC-Körpers liegt in der Größenordnung von 2500 kg/cm² oder etwa beim Zehnfachen der Ziehfestigkeit eines herkömmlichen artifiziellen Graphitmaterials. Die Festigkeit eines Außengehäuses eines Druckzylinders in einer Hochtemperaturpresse und der interne Druck, dem er widerstehen kann, besitzen ein Verhältnis, das durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann, wobei, wenn das Außengehäuse eine höhere Umfangsziehfestigkeit aufweist, ein höherer interner Druck verwendet werden kann:
δtmax = P(γ1²+γ2²) / (γ1²-γ2²)
(wobei δt : Umfangsziehstärke
P : interner Druck
γ1 : Außenradius
γ2 : Innenradius).
Somit ist es durch die Verwendung von Außengehäusen aus CRC möglich, das Sinterformen von Keramiken oder Legierungen unter hohen Temperaturen und hohen Drücken durch das Anwenden von einem höheren Druck als im Falle einer herkömmlichen Hochtemperaturdruck-Presse zu ermöglichen. Dementsprechend ist es bekannt, daß die Verwendung von derartigen Außengehäusen eine Reihe von verschiedenen Vorteilen bietet: Es kann ein gesintertes Material höherer Dichte erreicht werden und die Wandstärke des Außengehäuses kann verringert werden, was ein geringeres Gewicht, einen vergrößerten Innendurchmesser, eine vergrößerte Kapazität und somit eine vergrößerte Produktivität bedeutet.
Jedoch ist der lineare Expansionskoeffizient von CRC niedriger als der des herkömmlichen artifiziellen Graphitmaterials. Wenn dementsprechend ein Innengehäuse aus artifiziellem Graphitmaterial in ein CRC-Außengehäuse eingepaßt wird und die beiden Druckplatten und ein Druckstempel der Wärmeausdehnung während des Temperaturanstieges unterworfen werden, wird eine Kompressionsbelastung auf das CRC-Außengehäuse ausgeübt, das bei Erwärmung weniger stark expandiert, und wenn diese Kornpressionsbelastung einen bestimmten Wert übersteigt, reißt oder bricht das CRC-Außengehäuse. Eine weitere Schwierigkeit ist, daß das Außengehäuse einer plastischen Deformation unter der Kompressionsbelastung unterworfen ist und als Ergebnis das Außengehäuse im Durchmesser expandiert, so daß, wenn das Außengehäuse wiederverwendet wird, ein vergrößerter Spalt zwischen ihm und dem Innengehäuse entstanden ist, der die Präzisionsarbeit beeinträchtigt. Dementsprechend waren die Versuche, CRC-Außengehäuse zu verwenden, trotz der oben genannten Vorteile von CRC bislang ohne Erfolg.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung zielt darauf ab, das oben genannte Problem zu lösen, demzufolge ist es ein Ziel der Erfindung, einen Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse vorzusehen, die ein Außengehäuse aus CRC verwendet und das dennoch keinem Brechen oder Reißen aufgrund des Wärmeexpansionsunterschiedes zwischen dem Außengehäuse und anderen Komponenten, wie beispielsweise Innengehäuse, Druckplatten und Druckstempel, die aus wärmebeständigem Material, wie artifiziellem Graphit, hergestellt sind, unterworfen ist.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, ist ein Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse entsprechend der Erfindung vorgesehen, mit
einem Außengehäuse aus einer mit Kohlenstoff-Fasern verstärkten Kohlenstoffverbindung,
einem Innengehäuse aus hitzebeständigen Material, ausgebildet mit einem sich längs erstreckenden Schlitz der Breite (A), die sich nach der Gleichung (I) rechnet, der in das Außengehäuse mit einem Einpaßspalt (B), der durch Gleichung (II) bestimmt ist, paßt,
zwei Druckplatten aus hitzebeständigem Material, die in das Innengehäuse eingepaßt sind, und
eine Druckstange oder Druckstempel aus hitzebeständigem Material und ebenfalls in das Innengehäuse eingepaßt:
A = α T D π (C&sub2;-C&sub1;) .......(I)
B = β T D (C&sub2;-C&sub1;) ...........(II)
(wobei A : Schlitzbreite in mm
B : Einpaßspalt in mm
α : 0,05 2,0
β : 0,1 2,0
T : Temperatur in ºC
D : Außendurchmesser des Innengehäuses in mm
C&sub1; : Koeffizient der Linearausdehnung der kohlenstoff-faserverstärkten Kohlenstoffverbindung, aus der das Außengehäuse erstellt ist, und
C&sub2; : Koeffizient der Linearausdehnung des hitzebeständigen Materials des Innengehäuses.
In dem Druckzylinder entsprechend der Erfindung ist der Innenumfang des Innengehäuses in einem Winkel von weniger als 15º geneigt, wobei der Druckzylinder ein Hilfsinnengehäuse aus hitzebeständigem Material aufweist, das zwischen das Innengehäuse und die Druckplatten und zwischen das Innengehäuse und den Druckstempel eingepaßt ist, und wobei das Hilfsinnenrohr einen Außenumfang besitzt, der entgegengesetzt zum Innenumfang des Innenrohrs geneigt ist und in Berührung mit dem Innenumfang gehalten wird, wobei zumindest ein Schlitz in Längsrichtung ausgebildet ist.
Kohlenfasern, die sich für die kohlenfaserverstärkte Kohlenstoffzusammensetzung, aus der das Außengehäuse hergestellt ist, eignen, können jede Art von Carbonfasern oder Graphitfasern sein. Es können auch Akrylonitril, Rayon, Pech, Ligninfasern oder aushärtende Kohlenstoff-Fasern auf Harzbasis verwendet werden. Die Carbonfasern wären in der Form von langen Fäden, gespaltenen Fasern, zweidimensionalen oder dreidimensionalen Geweben oder als nicht gewobene Stoffe verwendet. Das CRC wird hergestellt durch ein mehrfaches Wiederholen der Schritte der Aushärtung der Harzimprägnierung und -kalzinierung bezüglich der oben genannten Form von Carbonfasern. Das für diese Zwecke verwendete aushärtende Harz kann z. B. aus Phenolharzen, Epoxyharzen, Furanharzen oder Polyimidharzen bestehen.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Formen eines Außengehäuses aus CRC besteht in: Carbonfasern wie z. B. Pech oder Acrylonitrilfasern werden mit einem Phenolharz oder ähnlichem imprägniert, die derart imprägnierten Fasern werden auf einen Metallzylinder mit einem vorgegebenen Durchmesser in der gewünschten Breite und Dicke gewickelt, der gesamte Verbund wird bei Temperaturen zwischen 100º C und 200º C gehärtet, anschließend wird der Metallzylinder entfernt, um einen zylindrischen Körper entstehen zu lassen. Der zylindrische Körper wird dann bei Temperaturen von 700º C oder mehr kalziniert, und diese Schritte des Imprägnierens mit Phenol oder ähnlichen Harzen und des Kalzinierens werden mehrere Male wiederholt. Der Anteil von Carbonfasern in CRC liegt vorzugsweise bei 40 % oder mehr.
Generell variiert das CRC in seinem linearen Expansionskoeffizienten entsprechend der verwendeten Herstellungsmethode, und das lineare Expansionsverhalten ist anisotrop auf der Basis des Anisotropismus seiner Struktur. Dieser lineare Expansionskoeffizient liegt im wesentlichen in der gleichen Größenordnung wie der des üblichen Carbonmaterials in einer Richtung senkrecht zur Carbonfaser, jedoch in Richtung der Carbonfaserorientierung liegt er bei 1 3 x 10&supmin;&sup6; / K, d. h., er ist 20 50 % kleiner im Verhältnis zum linearen Expansionskoeffizienten eines artifiziellen Graphitmaterials.
Für das wärmebeständige Material, aus dem das innere Gehäuse, das Hilfsinnengehäuse, die Druckplatte und der Druckstempel geformt sind, können artifizielles Graphitmaterial, artifizielle Carbonmaterialien, CRC, Keramiken oder ähnliches verwendet werden, jedoch vom Standpunkt der Wärmebeständigkeit und der Festigkeit werden artifizielle Graphitmaterialien bevorzugt. Für das Rohmaterial für das artifizielle Graphitmaterial können Pechkohle, Petroleumkohle, Hartkohle oder ähnliches verwendet werden. Üblicherweise wird das artifizielle Graphitmaterial hergestellt durch ein Vermischen eines Füllers, wie z. B. Kohlen, und eines Binders, wie z. B. Pech, Ausformen der Mischung durch Extrudieren oder Formen und eine anschließende Kalzinierung. Häufig wird eine Hochtemperaturbehandlung, die als Graphitisierung bekannt ist, verwendet. Der lineare Expansionskoeffizient des artifiziellen Graphits, das auf diese Weise hergestellt wird, besitzt eine Anisotropie. Wenn das artifizielle Graphitmaterial durch Extrusion herstellt wird, liegt der lineare Expansionskoeffizjent in Richtung der Extrusion etwa 50 % niedriger als in der Richtung senkrecht dazu, und, wenn es durch Guß hergestellt wird, ist der lineare Expansionskoeffizient in Richtung senkrecht zur Richtung der Druckanwendung etwa 50 % niedriger als in Richtung der Druckanwendung. Neuerdings jedoch wurden artifizielle Graphitmaterialien mit Isotropie hergestellt durch Anwendung eines gleichmäßigen Druckes von außen. Das auf diese Weise hergestellte artifizielle Graphitmaterial besitzt keine Richtungseigenschaften für den linearen Expansionskoeffizienten oder elektrische und mechanische Festigkeiten, und dementsprechend sind sie geeignet zur Verwendung in Hochtemperaturpressen.
Allgemein variiert der lineare Expansionskoeffizient von artifiziellem Graphitmaterial entsprechend der Temperatur, wie es als Beispiel in Tabelle 1 dargestellt ist. Tabelle 1 Temperatur (ºC) Linearer Expanisonskoeffizient
Ein Innengehäuse mit einem Schlitz einer Breite A, ausgedrückt durch die Gleichung I, ist in das Außengehäuse eingepaßt mit einem Paßspalt B, der ausgedrückt wird durch die Gleichung II. Für den Wert (C&sub2; - C&sub1;) in den Gleichungen I und II wird vorzugsweise der Maximalwert unter Betriebsbedingungen angesetzt, es kann jedoch auch ein Wert unterhalb der maximalen Betriebstemperaturen verwendet werden. T stellt die Betriebstemperatur dar, vorzugsweise ist es die maximale Betriebstemperatur. Für α und β werden geeignete Werte entsprechend der Kompressionsfestigkeit des hitzebeständigen Materials, das für das Innengehäuse verwendet wird, ausgewählt. Wenn das Material eine hohe Kompressionsfestigkeit besitzt, sind die Werte kleiner als 1, üblicherweise jedoch liegen sie bei 1 oder über 1.
Um ein Hilfsinnengehäuse mit zumindest einem Längsschlitz in das Innengehäuse einzupassen, ist der Innenumfang des Innengehäuses in einem Winkel von 15º oder weniger geneigt. Das Hilfsgehäuse, dessen Außenumfang eine Neigung entgegengesetzt zu der des Innenumfangs des inneren Gehäuses besitzt, ist in das Innengehäuse in Anlage mit dem Innenumfang des inneren Gehäuses eingepaßt. Ein derartiges Einpassen erleichtert den Zusammenbau und das Herausnehmen des Hilfsinnengehäuses. Wenn der Neigungswinkel mehr als 15º beträgt, können die Wandstärke des Innengehäuses und die des Hilfsinnengehäuses teilweise zu dünn werden, was zu Zerstörungen oder Brechen führen kann.
Das Hilfsinnengehäuse hat zumindest einen Schlitz. Es kann zwei oder mehr derartige Schlitze haben, in diesem Falle besitzt das Hilfsinnengehäuse zwei oder mehr Teilabschnitte. Wenn das Hilfsinnengehäuse in das Innengehäuse eingepaßt ist, ist es wünschenswert, daß die Positionierung so vorgenommen ist, daß der Schlitz des Innengehäuses nicht mit dem Schlitz des Hilfsinnengehäuses zusammenfallen kann. Der innere Umfang des Hilfsinnengehäuses ist Ablagerungen von gesintertem Abfall unterworfen und kann nach mehreren Gebrauchsdurchgängen unbrauchbar werden. Um derartige Beeinträchtigungen zu vermeiden, kann das Hilfsinnengehäuse in Längsrichtung in z. B. drei Segmente unterteilt werden, so daß lediglich das Segment, auf dem gesinterte Ablagerungen auftreten, ersetzt werden muß.
In den Druckzylinder entsprechend der Erfindung wird das zu sinterformende Material zwischen zwei Druckplatten innerhalb des Innengehäuses oder des Hilfsinnengehäuses eingebracht und der Erwärmung und dem Druck unterworfen. Um die Druckplatten in das Innengehäuse oder Hilfsinnengehäuse einzupassen, ist vorzugsweise ein Spalt von 0,1 bis 0,2 mm vorgesehen. Die Druckstange oder der Druckstempel muß eine hohe Festigkeit besitzen, aus diesem Zweck ist er häufig aus CRC ausgebildet.
Mit der oben beschriebenen Aufbauweise ist der Druckzylinder einer Hochtemperaturdruck-Presse entsprechend der Erfindung keiner besonderen Kompressionsbeanspruchung im Hinblick auf das Außengehäuse, das Innengehäuse und das Hilfsinnengehäuse unterworfen, da jeglicher thermischer Expansionsunterschied, der aus der Kombination unterschiedlicher Materialien entsteht, durch den Schlitz oder die Schlitze mit der vorgegebenen Breite A und dem vorgegebenen Einpaßspalt B absorbiert werden. Dementsprechend sind die Komponenten, wie das Außengehäuse, das Innengehäuse und das Hilfsinnengehäuse keinem Bruch oder keiner plastischen Deformation unterworfen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 ist eine teilweise geschnittene Frontansicht, die die Hauptteile eines Druckzylinders für eine Hochtemperaturpresse entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Figur 2 ist eine teilweise weggebrochene Perspektivansicht, die die Hauptteile eines Druckzylinders einer Hochtemperaturpresse entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Figur 3 ist ein Längsschnitt des Druckzylinders für eine Hochtemperaturpresse entsprechend Figur 2.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Figur 1 stellt einen Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung dar. In Figur 1 ist ein zylindrisches Innengehäuse 12 aus hitzebeständigem Material in das Innere eines vertikalen zylindrischen Außengehäuses 11, das aus CRC hergestellt ist, eingepaßt. Das Innengehäuse 12 besitzt einen sich längs erstreckenden Schlitz 12A, der mit einer speziellen Breite A ausgebildet ist, die durch die oben erwähnte Gleichung I ausgedrückt wird, und ist in das Innere des Außengehäuses 11 eingepaßt, wobei ein Spalt oder ein Spiel 13 zwischen dem Innenumfang 11a des Außengehäuses 11 und dem Außenumfang 12a des Innengehäuses 12 vorgesehen ist, wobei das Spiel 13 dem Einpaßspalt B entspricht, der in der oben genannten Gleichung II angegeben ist. In dem Inneren des Innengehäuses 12 sind zwei Druckplatten 14A und 14B, eine obere und eine untere, gegenüberliegend angeordnet, wobei die Druckplatten 14A und 14B aus hitzebeständigem Material ausgebildet sind. Über der oberen Druckplatte 14A ist eine Druckstange oder ein Druckstempel 15 aus hitzebeständigem Material vorgesehen. Mit 16 ist eine Auflage oder ein Kissen bezeichnet.
In dem Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, wird das zu sinterformende Material zwischen die beiden Druckplatten 14A und 14B und den Innenumfang 12b des inneren Gehäuses 12 eingebracht, das Material wird durch Induktionsheizen oder elektrisches Widerstandsheizen erwärmt und dann durch den Druckstempel 15 gepreßt, wodurch es sintergeformt wird. Bei diesem Betrieb kann jeder thermische Expansionsunterschied während des Erhitzens zwischen dem Außengehäuse 11, das aus CRC hergestellt ist, einem Material mit einem niedrigen linearen Expansionskoeffizienten, und dem Innengehäuse 12, das aus einem wärmebeständigen Material mit einem linearen Expansionskoeffizienten größer als der des CRC hergestellt ist, vollständig absorbiert werden, da das Innengehäuse 12 einen sich längs erstreckenden Schlitz 12A besitzt, der mit der Breite A ausgebildet ist, und da das Innengehäuse 12 in das Außengehäuse 11 mit dem Spiel 13 des speziellen Einpaßspaltes B ausgebildet ist. Dementsprechend sind das Außengehäuse 11 und das Innengehäuse 12 keiner Fraktur oder keiner plastischen Deformation aufgrund von Erhitzen oder von Pressen unterworfen.
Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In den Figuren 2 und 3 ist ein zylindrisches Innengehäuse 22, hergestellt aus einem wärmebeständigen Material, in das Innere eines zylindrischen Außengehäuses 21 aus CRC eingepaßt. Das Innengehäuse 22 besitzt einen Schlitz 22A mit einer Breite A, die bestimmt wird durch die Gleichung I und der in Längsrichtung des Innengehäuses 22 vorgesehen ist. Zwischen dem Innenumfang 21a des Außengehäuses 21 und dem Außenumfang 22a des inneren Gehäuses 22 ist ein Spiel 23 eines Einpaßspaltes mit der Größe B vorgesehen, die durch die vorangegangene Gleichung II spezifiziert wird. Weiterhin ist der Innenumfang 22b des Innengehäuses 22 mit einem Neigungswinkel θ von 15º oder weniger abgeschrägt, so daß im oberen Abschnitt des Innengehäuses 22 eine größere Wandstärke vorliegt. In Berührung mit dem derartig abgeschrägten inneren Umfang 22b des Innengehäuses 22 ist ein Hilfsinnengehäuse 24 mit einem entgegengesetzt abgeschrägten Außenumfang, der dem abgeschrägten Innenumfang des inneren Gehäuses 22 entspricht, in das Innengehäuse 22 eingepaßt, wobei das Hilfsinnengehäuse 24 aus hitzebeständigem Material hergestellt ist und so ausgebildet ist, daß es in seinem oberen Abschnitt eine verringerte Wandstärke besitzt. Dieses Hilfsinnengehäuse 24 besitzt zwei Schlitze 24a und 24b, die in Längsrichtung ausgebildet sind. Das Hilfsinnengehäuse 24 ist in zwei Hälften in Umfangsrichtung aufgeteilt, und besteht somit aus zwei halbzylindrischen Teilen 24A und 24B. Die zwei halbzylindrischen Teile 24A und 24B sind in das Innengehäuse 22 umfangsmäßig derart angeordnet, daß die aufeinandertreffenden oder übereinstimmenden Abschnitte nicht mit dem Schlitz 22A des Innengehäuses 22 zusammenfallen. Innerhalb des Hilfsinnengehäuses 24 sind zwei Druckplatten 25A und 25B, eine obere und eine untere gegenüberliegend vorgesehen, wobei die Druckplatten 25A und 25B aus hitzebeständigem Material ausgebildet sind, und oberhalb der oberen Druckplatte 25A liegt ein Druckstempel 26, der aus hitzebeständigem Material hergestellt ist. Mit dem Bezugszeichen 27 ist ein Kissen oder eine Auflage bezeichnet.
In den Druckzylinder der Hochtemperaturpresse, wie sie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, wird das zu sinterformende Material zwischen die Druckplatten 25A und 25B, und den Innenumfang des Hilfsinnengehäuses 24 eingebracht, das Material wird durch Induktionsheizung oder durch Widerstandsheizung erwärmt und dann durch den Druckstempel 26 gepreßt, wodurch das Material sintergeformt wird. Bei diesem Betrieb wird jeder lineare Expansionsunterschied während des Erwärmens zwischen dem Außengehäuse 21, das aus CRC hergestellt ist, einem Material mit einem kleineren linearen Expansionskoeffizienten, und dem Innengehäuse 22 und dem Hilfsinnengehäuse 24, die aus wärmebeständigen Material mit einem größeren linearen Expansionskoeffizienten als CRC hergestellt sind, vollständig absorbiert aufgrund des Schlitzes 22A mit der Breite A im Innengehäuse 22, der in Längsrichtung des Gehäuses ausgebildet ist, wenn es in das Außengehäuse 21 mit einem Spiel 23 eingepaßt ist, das dem Einpaßspalt B entspricht, und da das Hilfsinnengehäuse 24 zwei Teillinien (aufeinanderstoßende Positionen) aufweist. Dementsprechend sind das Innengehäuse 22 und das Hilfsinnengehäuse 24 keiner Fraktur oder plastischer Deformation unterworfen. Da weiterhin das Hilfsinnengehäuse 24 in das Innere des Innengehäuses 22 eingepaßt ist, ist es möglich, das zu verarbeitende Material daran zu hindern, aus dem Schlitz 22A des Innengehäuses 22 herauszufließen, um sich auf dem Innenumfang 21a des Außengehäuses 21 niederzuschlagen.
Wenn das Hilfsinnengehäuse 24 in das Innengehäuse 22 eingepaßt oder aus diesem entfernt werden soll, kann solches Eindringen oder Entfernen leicht durchgeführt werden, da die jeweiligen Abschnitte, an denen sie zusammengepaßt werden, mit einem Winkel θ abgeschrägt sind.
Im folgenden werden die folgenden Beispiele angegeben zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 1

Ein Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, wurde auf folgende Weise hergestellt. Längsfasern aus Polyacrylonitrilcarbon wurden mit einem Phenolharz imprägniert, und die derart imprägnierten Fasern wurden auf einen Metallzylinder in einem Winkel von 45º gewickelt. Eine Wärmebehandlung bei 150º C wurde für zehn Stunden durchgeführt, um die Fasern auszuhärten. Die derart erhaltene Struktur wurde bei 2000º C kalziniert. Anschließend wurden die Schritte der Phenolharzimprägnierung und Kalzinierung dreimal wiederholt. Auf diese Weise wurde ein zylindrisches Außengehäuse 11 aus CRC ausgebildet, das einen linearen Expansionskoeffizienten von 3 x 10&supmin;&sup6; / K, 100 mm Außendurchmesser, 80 mm Innendurchmesser und 50 mm Länge besitzt. Ein Innenghäuse 12 mit einem Außendurchmesser von 79,6 mm, einem Innendurchmesser von 75 mm und einem sich längs erstreckenden Schlitz 12A mit 0,4 mm Breite wurde unter Verwendung eines artifiziellen Graphits mit einem spezifischen Gewicht von 1,68, einem linearen Expansionskoeffizienten von 5 x 10&supmin;&sup6; / K und einer Kompressionsfestigkeit von 450 Kg /cm² hergestellt. Dieses Innengehäuse 12 wurde in das Außengehäuse 11, das auf oben genannte Weise erhalten wurde, eingepaßt (mit einem Einpaßspalt von 0,4 mm). Die beiden Druckplatten 14A und 14B, jede mit einem Durchmesser von 74,9 mm und einer Dicke von 10 mm, die aus dem oben genannten artifiziellen Graphitmaterial hergestellt wurden, und ein Druckstempel 15 aus dem gleichen Material wurden in das Innere des Innengehäuses 12 eingepaßt, der Zusammenbau wurde auf eine Auflage 16 montiert.
Das Material, das sintergeformt werden soll, wurde zwischen die Druckplatten 14A und 14B des Druckzylinders eingebracht und einem Druck von 20 Tonnen durch den Druckstempel 15 unterworfen. Die Temperatur wurde auf 2000º C erhöht und das Sinterformen wurde durchgeführt. Anschließend wurde der Zylinder auf Raumtemperatur abgekühlt und auseinandergebaut. Keinerlei Fraktur oder irgendwelche abnormalen Vorgänge wurden festgestellt, weder beim Außengehäuse 11, noch beim Innengehäuse 12, den Druckplatten 14A, 14B und dem Druckstempel 15. Das gewünschte gesinterte Produkt wurde erfolgreich erhalten.

Vergleichsbeispiel 1

Ein Innengehäuse mit einem Außendurchmesser von 79,98 mm, einem Innendurchmesser von 75 mm und einer Länge von 55 mm wurde aus dem gleichen artifiziellen Graphitmaterial, das in Beispiel 1 verwendet wurde, hergestellt und in das Innere eines Außengehäuses eingepaßt, das in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 aufgebaut war. Nach einer Erwärmung auf 2000º C wurde das Innengehäuse entnommen und festgestellt, daß es gebrochen war.

Vergieichsbeispiei 2

In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde ein entsprechendes Außengehäuse aus CRC mit einem Außendurchmesser von 100 mm, einem Innendurchmesser von 93 mm und einer Länge von 50 mm hergestellt. Im Inneren dieses Außengehäuses wurde ein Innengehäuse eingepaßt mit einem Außendurchmesser von 92,99 mm und einer Länge von 50 mm, das aus dem gleichen artifiziellen Graphitmaterial, das in Beispiel 1 verwendet wurde, ausgebildet war. Dieser Aufbau wurde auf 2000º C erhitzt und dann auf 20º C abgekühlt. Da das Außengehäuse eine geringe Wandstärke hatte, wurde keine Fraktur, weder beim Außengehäuse noch beim Innengehäuse, beobachtet. Jedoch hat sich der Außenumfang des Außengehäuses auf 100,2 mm erhöht, was nachweist, daß eine plastische Deformation stattgefunden hat.

Figur 2

Ein Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, wurde auf folgende Weise hergestellt. Ein zylindrisches Außengehäuse 21 mit einem Außendurchmesser von 370 mm, einem Innendurchmesser von 305 mm und einer Länge von 450 mm wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 unter Verwendung von CRC mit einem linearen Expansionskoeffizienten von 3 x 10&supmin;&sup6; / K ausgebildet. Das Innegehäuse 22 mit einem Außendurchmesser von 304,2 mm, einem Innendurchmesser von 285 mm an dem einen Ende und einem Innendurchmesser von 295 mm am anderen Ende, dessen Innenumfang mit einem Neigungswinkel von 40 Minuten und einem längserstreckenden Schlitz 22A mit einer Breite von 2,6 mm vorgesehen war, wurde aus einem Graphitmaterial mit einem spezifischen Gewicht von 1,81, einem linearen Expansionskoeffizienten von 6 x 10&supmin;&sup6; / K und einer Kompressionsfestigkeit von 400 kg/cm² hergestellt. Das Innengehäuse 22 wurde in das Außengehäuse 21 (mit einem Einpaßspalt von 0,8 mm) eingepaßt. Ein Hilfsinnengehäuse 24 mit einem inneren Durchmesser von 275,05 mm und einer Länge von 450 mm, ausgebildet aus dem oben genannten Graphitmaterial und mit einem Außenumfang, der eng sich an die abgeschrägte Fläche des Innenumfangs des inneren Gehäuses 22 anlehnt, wurde in das Innengehäuse 22 eingepaßt, wobei das Hilfsinnengehäuse 24 in zwei Hälften geteilt ist. Im Inneren des Hilfsinnengehäuses 24 wurden zwei Druckplatten 25A und 25B eingepaßt, von denen jede einen Durchmesser von 274,9 mm und eine Dicke von 20 mm besitzt und die aus dem oben genannten artifiziellen Graphitmaterial ausgebildet sind, sowie ein Druckstempel 26, der aus dem gleichen artifiziellen Graphitmaterial besteht. Die Anordnung wurde auf eine Auflage 27 montiert. Das Zusammenpassen des inneren Gehäuses 22 und des Hilfsinnengehäuses 24 wurde derart bewirkt, daß der Schlitz 22A des inneren Gehäuses 22 nicht mit den aufeinandertreffenden Teilen der beiden Hälften, d.h., der semizylindrischen Abschnitte 24A und 24B des Hilfsinnengehäuses 24 zusammenfällt.
Ein Material, das sintergeformt werden soll, wurde zwischen die beiden Druckplatten 25A und 25B des Druckzylinders eingebracht und einem Druck von 150 Tonnen durch den Druckstempel 26 unterworfen. Die Temperatur wurde auf 2000º C erhöht und das Material wurde sintergeformt. Anschließend wurde der Zylinder auf Zimmertemperatur abgekühlt und auseinandergebaut. Keinerlei Fraktur oder kein anderes abnormes Auftreten wurde beobachtet, weder beim Außengehäuse 21, noch beim Innengehäuse 22, beim Hilfsinnengehäuse 24, bei den Druckplatten 25A, 25B, oder beim Druckstempel 26. Das gewünschte gesinterte Produkt wurde erfolgreich erhalten.

Claims

1. Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse mit hohen Drücken, mit:

einem Außengehäuse aus einer mit Kohlenstoffasern verstärkten Kohlenstoffverbindung,

einem Innengehäuse aus hitzebeständigem Material, ausgebildet mit einem sich längs erstreckendem Schlitz der Breite (A), die sich nach Gleichung (I) errechnet, das in das Außengehäuse mit einem Einpaßspalt (B), der durch Gleichung (II) bestimmt ist, paßt,

zwei Druckplatten aus hitzeheständigem Material, die in das Innengehäuse eingepaßt sind, und

einer Druckstange, die aus hitzebeständigem Material besteht und ebenfalls in das Innengehäuse eingepaßt ist:

A = α T D π (C&sub2; - C&sub1;) .........(I)

B = β T D (C&sub2; - C&sub1;) ...........(II)

wobei

A: Schlitzbreite in mm,

B: Einpaßspalt in mm,

α: 0,05 2,0; β : 0,1 2,0;

T : Temperatur τ,

D : Außendurchmesser des Innengehäuses in mm,

C&sub1; : Koefflzient der Linearausdehnung der kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoffverbindung, aus der das Außengehäuse erstellt ist, und

C&sub2; : Koeffizient der Linearausdehnung des hitzebeständigen Materials des Innengehäuses.

2. Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse mit hohen Drücken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenumfang des Innengehäuses in einem Winkel von weniger als 15 Grad geneigt ist, wobei der Druckzylinder ein Hilfsinnengehäuse aus hitzebeständigem Material aufweist, das zwischen das Innengehäuse und die Druckplatten und zwischen das Innengehäuse und den Druckstab eingepaßt ist, und wobei das Hilfsinnenrohr einen Außenumfang besitzt, der entgegengesetzt zum Innenumfang des Innenrohrs geneigt ist und in Berührung mit dem Innenumfang gehalten wird, wobei zumindest ein Schlitz in Längsrichtung ausgebildet ist.

3. Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse mit hohen Drücken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffaserverstärkte Kohlenstoffzusammensetzung entweder Karbonfasern oder Graphitfasern sind.

4. Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse mit hohen Drücken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffaserverstärkte Kohlenstoffzusammensetzung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Akrylonitril, Rayon, Pech, Lignin, und aushärtenden Harz - Kohlenstoffasern.

5. Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse mit hohen Drücken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kohlenstoffaserverstärkte Kohlenstoffzusammensetzung ausgebildet ist in der Form von langen Fäden, gespaltenen Fasern, zweidimensionalem Gewebe, dreidimensionalem Gewebe und nichtgewebtem Stoff.

6. Druckzylinder für eine Hochtemperaturpresse mit hohen Drücken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzefeste Material des Innengehäuses, der Pressplatten und der Druckstange ausgewählt ist aus der Gruppe enthaltend artifizielles Graphitmaterial, artifizielles Kohlenstoffmaterial, artifizielle kohlenstoffaserverstärkte Kohlenstoffzusammensetzung und Keramik.