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Verfahren zur Gewinnung von Formkörpern Unter den bekannten Verfahren,
Steinkohlenstaub unter Zusatz von Bindemitteln zu Formkörpern zu verpressen, befinden
sich auch Vorschläge von A c h e s o n jun., Steinkohlenpulver unbestimmter
Herkunft und Kornform mit Graphit und anderen üblichen Zusätzen zu mischen und daraus
Formkörper für Elektronen, Strahlplatten, feuerfeste Tiegel und andere technische
Gebrauchsgegenstände herzustellen.
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Durch das physikalische Verfahren nach der Erfindung werden Formkörper
gewonnen, die meist nur aus Steinkohle bestehen und die ohne Bindemittel verpreßt
worden sind. Den Zustand der Steinkohle in den benutzten Formkörpern darf man vielleicht
Kohlengraphit nennen (Sinterkohle). Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß
es unzweckmäßig ist, nach der üblichen, Entfernung des aschenreichen Fusites aus
der Kohle den verbleibenden aschenarmen Rest als ganzes zu ververwenden. Vielmehr
treten neue Erscheinungen auf, wenn man aus der im wesentlichen entaschten Kohle
zunächst den Reinstvitrit absondert und als wertvolle Reinstkähle für sich verwendet;
dagegen den schweren duritischen Anteil nach der neuen Aufbereitung nach der Erfindung
zuführt, er ist reich an graphitischen Keimen. Wahrscheinlich sind dieses in Verbindung
mit der aufbereitungstechnisch meist übersehenen humosen Grundmasse die Ursache
für die Möglichkeit, diesen Anteil sintern zu können. Unter einer Sinterung wird
dieselbe
Behandlung verstanden, wie sie bei Metallpulvern oder Legierungen
üblich ist, nämlich eine haltbare Pressung in lehrenhaltige Form und eine anschließende
thermische Vergütung mit Verkittung. In beiden Fällen enthält der fertige Formkörper
kleinste Porenräume.
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- Das neue Verfahren verbindet die bergmännische Kohlenaufbereitung
mit der Herstellung von Graphitformstücken für hüttenmännische und elektrotechnische
Zwecke, weil der Formgebung und thermischen Vergütung unmittelbar Kohlenanteile
aus der Aufbereitung zugeführt wer-den. Dabei wird nicht nur die bisherige Graphitunterlage
verlassen, sondern auch die bei ihm übliche Vorbereitung durch Reinigung, Aufarbeiten
und Mischung mindestens mit bituminösen Bindemitteln, Graphitpulver wird nach der
Erfindung nur in besonderen Fällen zugesetzt, in denen die ergänzende Aufgabe
,gestellt ist Formstücke mit besonderen Eigenschaften, z. B. einer bestimmten
elektrischen Leitfähigkeit, herzustellen.
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Das neue Verfahren zur Gewinnung von Formkörpern aus Steinkohle besteht
darin, Steinkohlen-Staub, dessen Teilchen vorteilhaft alle kleiner sind als 40 Mikron,
von dem Anteil mit geringerer Wichte als 1,3.2 und zweckmäßig auch leichter als
434 zu befreien, durch Pressen lehrenhaltig zu formen und anschließend im freien
Stand zu sintern. Wenn der duritische Anteil ödes Steinkohlenstauhes auf flüssigem
Wege durch ein Schweremittel abgetrennt wird, so empfiehlt sich in der anschließenden
Waschstufe eine chemische Entaschung. Diese ist jedoch durchaus nicht in allen Fällen
notwendig, weil auch ohne dies der Aschengehalt des verpreßten Anteils in der Größenordnung
üblicher Graphite und daher marktgängiger Formkörper liegt.
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Die in striktem Gegensatz zur üblichen Verkokun,g stehende Sinterung
nach der Erfindung wurde auf Grund elektronenoptischer Untersuchungen vorausgesagt,
sie hat sich bestätigt. Verpreßt man einen nach der Erfindung vorbereiteten Kohlenstaub
bei etwa 8oo bis iooo Atm., so entstehen glatte dichte Formstücke mit graphitartig
glänzender Oberfläche und angemessener Festigkeit, die durch Sintern therrnisch
vergütet werden können, ohne dabei ihre Form oder Oberflächenbeschaffenheit in einer
für das bloße Auge sichtbaren Weise zu verändern. Diese Formkörper können also unmittelbar
nach dem Abkühlen, verwendet werden.
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Der lehrenhaltige. Übergang in Graphifkohle beruht wahrscheinlich
auf einen Austritt kleinster Mengen von Kohlenwasserstoffen aus dem Inneren von
K6hIenteilchen und deren sofortigem Niederschlag unter Urückenbildung und Verkokung
auf Teilchenoberflächen. Dies ist das Gegenteil der bekannten Thermodiffusion bei
der von Oberflächen her Teilchen in Schmelzen hineinwandern, Die ,geringfügigen
restlichen Kohlenwasserstoffe des duritischen Anteils sind in den Kohleteilchen
dieses definierten und im ganzenhohen Inkohlungsgrades an ganz bestimmten Stellen
enthalten, nämlich in Schichten, die mit graphitischen Flächenkristallen abwechseln.
Infolgedessen wandern die Gase bei der Erhitzung aus den Formstücken auf bestimmten
sehr engen vorgegebenen Wegen nach außen. Es liegt nahe, zu vermuten, daßt diese
Wege von der Oberfläche her gebildet werden und allmählich immer tiefer in den Forinkörper
hineinwachsen. Diese Kanäle und Spalten sind nur bei starker ,mikroskopischer Vergrößerung
sichtbar. Die Störung des Formkörperaufbaues, d.ie sie mit sich bringen, wird um
das Vielfache ausgeglichen durch die verfestigende Sinterwirkung der wachsenden
Graphitkeime; denn dieser zufolge sinkt beispielsweise bei einer Sinterung bei 8oo'
der spezifische Widerstand um rund sieben Zehnerpotenzen. Dieser neue Wert stellt
sich beim Erwärmen auf niedrige Temperaturen regelmäßig und genau wieder ein.
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Bei einer Formung und Pressung bei etwa iooo Atm. entstehen nach der
Erfindung trotz des sehr feinen Ausgangsstaubes praktisch genügend haltbare Formkörper.
Zur wahlweisen Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit der Formkörper kann man
ihnen Graphitpulver derselben Kornkennlinie gleichmäßig beimischen, etwa in der
Größenordnung von io bis 2,o 1/o. Es scheint, als ob bei dieser Beimischung, die
an sich. die Festigkeit des Formkörpers herabsenkt, beim Preßvorgang durch Verschiebung
der Graphitschichtkristalle gegeneinander neue Grenzflächen freigelegt und der Sintervorgang
der benachbarten Graphitkeime der Kohle günstig beeinflußt wird, so daß tatsächlich
eher eine Festigkeitserhöhung eintritt. Von besonderem Vorteil ist es, daß in die
Effusions-(Entgasungs-) Kanäle des fertigen Formkörpers Metalle zur Aktivierun#g
oder zur Benutzung als Effektkohle eingebracht werden können, z. B. indem man den
mäßig warmen Formkörper in entsprechende Metallsalze taucht oder damit übersprüht.
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Bei dem neuen Verfahren war weder vorauszusehen, daß der isolierte
Steinkohlenanteil, der hauptsächlich aus Durit, daneben aus Mattfusit und in ganz
geringen Mengen aus Vitritspuren besteht, noch dazu in so feiner Pulverform haltbar
verpreßt werden kann, und noch weniger, daß er der Sinterung unter weitgehender
Änderung des Fein)baues jedoch ohne äußerlich meßbare Verformun.g zugänglich sein
würde.