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WO1995028365A1 - Process for producing porous, current-conducting moulded bodies made of silicon carbide and moulded bodies thus produced - Google Patents

Process for producing porous, current-conducting moulded bodies made of silicon carbide and moulded bodies thus produced Download PDF

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Publication number
WO1995028365A1
WO1995028365A1 PCT/DE1995/000540 DE9500540W WO9528365A1 WO 1995028365 A1 WO1995028365 A1 WO 1995028365A1 DE 9500540 W DE9500540 W DE 9500540W WO 9528365 A1 WO9528365 A1 WO 9528365A1
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WO
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silicon carbide
silicon
carbon
surface layer
flowable
Prior art date
Application number
PCT/DE1995/000540
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German (de)
French (fr)
Inventor
Freimut J. Koch
Francisco J. Dias
Marian Kampel
Hubertus Nickel
Original Assignee
Forschungszentrum Jülich GmbH
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Filing date
Publication date
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    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/063Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B38/0635Compounding ingredients
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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Definitions

  • the invention relates to a process for the production of porous, flowable shaped bodies made of silicon carbide, in which a granular fraction from the grain size range of 0.2-10 mm or from mixed powder, in the formation of which as starting materials, besides a coking material organic binder silicon, carbon and / or ⁇ -silicon carbide are used, a green body is formed, which is coked in an inert gas atmosphere or in a vacuum by heating to a temperature in the range of 600 - 1000 ° C and in which arises after the coking process ⁇ the shaped body is heated to a temperature of 1600 - 2000 ° C, the silicon reacting with carbon to ⁇ silicon carbide. It also relates to a flowable molded body
  • Silicon carbide electrically heatable via electrical contacts, with a porosity of 35 - 75%.
  • a ceramic component In order that a ceramic component can be used as a resistance heating element at a given operating voltage and operating temperature, either its total electrical resistance must be adjusted according to its geometric shape or this must be taken into account taking into account the specific electrical the state of the material.
  • the component must have a relatively thick wall due to the low strength of the material, so that the component is mechanically sufficient both in handling and in use is stable.
  • a diesel soot filter is known from DE-OS 41 30 630.
  • the areas should have a lower or higher specific one, regardless of their porosity Exhibit resistance.
  • Subregions or layers with different specific electrical resistance can be formed solely by using different mixed powders or granules for the individual subregions without using dopants. For example, a partial area with a relatively high electrical resistance is obtained if a mixed powder consisting of a small amount of binder is used in a stoichiometric ratio of silicon and as much ⁇ -silicon carbide as possible. Depending on the specific electrical resistance to be achieved, the starting powder or granulate suitable for this purpose is assumed.
  • the dopants are mixed in a suitable amount with the starting materials for the mixed powders or granules.
  • electron donors such as antimony (Sb), phosphorus and tin as well as electron receptors such as aluminum, beryllium and boron can be used elementarily or chemically bonded as dopants.
  • the partial areas of the shaped bodies made of these predoped materials exhibit after the thermal treatment tion, depending on the type of doping, the type and amount of additives and - as mentioned above - depending on the starting materials, different specific electrical resistances.
  • the nitrogen content in the sintering atmosphere is at least 20% to form a layer and / or an area with the best possible electrical conductivity.
  • CM Coat Mix
  • a liquid e.g. Alcohol
  • the binder which is wholly or partly soluble in the liquid, and the other components of the mixed powder form a suspension.
  • This is then added to another liquid with which the solvent is miscible, but in which the binder is not or only sparingly soluble, whereupon the grains coated with the binder settle out as a muddy mass.
  • the grains are freed from the supernatant liquid by decanting and then dried.
  • the proportion of binder in the sludge used should be 5 to 30% by weight of the dry weight.
  • Different predoped mixed powders or granules can be processed in layers or zones to form a shaped body which, after siliconization, has layers or zones with different resistance values.
  • an electrical voltage is applied, temperature fields can thus be generated in a targeted manner within such a shaped body.
  • the surface layer is formed by spraying a mixed powder slurry provided therefor onto the green body.
  • a flowable shaped body of the type described at the outset which is characterized by layers and / or subregions with different specific electrical resistance, which differ by doping elements, in particular their type and amount. These layers can also have different porosities.
  • the geometry (thickness and length of the layer) and the specific electrical resistance must be selected accordingly when using the method according to the invention.
  • a flow-through body which has a surface layer is particularly suitable. which has a higher specific electrical conductivity than the part of the body covered by the surface layer.
  • the specific electrical resistance of the surface layer of this filter body is 10 - * ⁇ up to 10 ohm x cm. If the body through which flow can flow is tubular, it can be used, for example, as a diesel soot filter in such a way that the exhaust gas of a diesel engine carrying the soot particles is applied to it from the outside. With a correspondingly selected porosity, these particles only penetrate into the surface of the filter body by about 0.5-2 mm. For regeneration of the filter, ie for the combustion of the soot particles collected by the filter body, it is therefore sufficient to heat only a surface layer corresponding to this thickness. The thickness of the surface layer and its specific electrical resistance is therefore chosen such that the area of the filter into which the soot particles penetrate can be heated. In other words: the surface layer has a maximum thickness of 2 mm.
  • the thickness of the surface layer can be kept small if the surface layer is also fine-pored, so that the soot particles are stopped in it.
  • the partial area of the filter which is covered by the surface layer is chosen to be coarse-pored.
  • the flowable molded body as a diesel soot filter consists in that the wall of the body has a higher specific electrical conductivity at both ends in the area of the electrical contacts attached for electrical heatability compared to at least one continuous partial area lying between the contacts. This prevents undesired heating of the ends of the body during the regeneration phase (when the current flows). Rather, only the thin surface layer is heated to the temperature required for the combustion of the soot particles.
  • Shaped bodies are shown in the drawing, which are explained in more detail in connection with the exemplary embodiments described below. Experimental diagrams are also shown, which are also explained below.
  • FIG. 1 molded body with a doped area lying between two non-predoped areas
  • FIG. 2 molded articles with a planar arrangement of the partial areas
  • FIG. 3 longitudinal section through a tubular filter element
  • FIG. 4 diagram: specific ohmic resistance of shaped bodies or partial areas of shaped bodies as a function of different dopings;
  • FIG. 5 diagram: specific ohmic resistance of moldings or partial moldings depending on the nitrogen content of the sintering atmosphere.
  • a green body was produced by die pressing at 130 ° C. and a pressing pressure of 300 hPa.
  • This green compact was coked by heating to 850 ° C. under argon, the binder resin phase being converted to carbon with loss of weight and dimensional changes.
  • P 41 30 630.9-45 heated to 1900 ° C. in a resistance-heated oven, the proportions of free carbon and free silicon being converted to silicon carbide without the body experiencing any further dimensional changes.
  • the electrical resistance of the individual zones of the body could be determined using the four-point method. It was 0.007 ⁇ cm at both ends; the phase predicted with Al in the middle of the body had a specific electrical resistance of 0.014 ⁇ cm.
  • two granules were produced, 6.6 g of antimony and 7.2 g of boron carbide being added to one of the starting filler mixtures as the predoping agent.
  • the granulate fractions 0.2-0.4 mm were further used in the case of the Sb-predoped material, and the fraction 1.0-1.6 mm was used for the boron-predoped material.
  • a body (base area of the die 15 ⁇ 70 mm) was produced from these granules with the aid of a molding die according to DE 39 25 844 C2, said body consisting of a 2 mm thick layer of the pre-doped granulate and an approximately 8 now thick layer of the material with boron predoping.
  • the test body was coked as described in Example 1 and siliconized at 1900 ° C. under N 2 . A sketch of this body is shown in Figure 2.
  • the length of the siliconized body was 65.3 mm after removal of a narrow strip, the width 12.9 mm and the height 9.7 mm.
  • the height of the Sb-doped layer was 2 mm.
  • the Sb-doped part was separated from the narrow strip.
  • the specific resistance of the Sb-predoped layer could thus be determined by calculation to be 0.0083 ⁇ cm.
  • the specific electrical resistances for the boron-doped layer were determined to be 0.0083 ⁇ cm.
  • the 1 mm thick "glow and filter layer" as well as the tube ends made of Sb-pre-doped material had a specific electrical resistance of 0.0083 ⁇ cm, the 5 mm thick boron-pre-doped, ⁇ -SiC-containing "support layer" of 0.520 ⁇ cm on.
  • the diagram reproduced here shows the specific ohmic resistance of differently doped, finished molded bodies or molded body parts at different operating temperatures.
  • the doping element is indicated on the respective curve in the diagram.
  • the dosage was 1 wt.
  • the diagram shows that a nitrogen content of approx. 20% in the sintering atmosphere is sufficient to obtain the lowest possible ohmic resistance.
  • Lower levels of nitrogen in the sinter atmosphere give the possibility of setting higher specific ohmic resistances.
  • the moldings used in the investigation had an ⁇ -silicon carbide content of not more than 30% after their production.

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Abstract

A process is disclosed for producing porous, current-conducting moulded bodies made of silicon carbide. For that purpose, a granulate with grains in a size range from 0.2 to 10 mm or a powder mixture are used. To form the granulate, silicon, carbon and/or α-silicon carbide are used as starting materials, besides a coking organic binder. A green compact is formed therewith and coked in an inert gas atmosphere or in a vacuum by heating up to a temperature in a range from 600 to 1000 °C. The green compact obtained by coking is heated up to a temperature from 1600 to 2000 °C, causing silicon to react with carbon and form β-silicon carbide. Components may thus be produced with more or less sharply defined partial regions, layers or zones, whose arrangement in the component determines its temperature profile when current flows therethrough. These areas have a lower or higher specific resistance, as required. To form these moulded bodies, the powder mixtures and/or granulates used to form the various layers and/or regions are composed of coking organic binder, and in addition either of silicon, of silicon and carbon, of silicon, carbon and α-silicon carbide, or only of α-silicon carbide, and of further doping substances required to achieve the desired electric conductivity.

Description

B e s c h r e i b u n gDescription
Verfahren zur Herstellung poröser, durchströmbarer Formkörper aus Siliciumcarbid und FormkörperProcess for the production of porous, flowable shaped bodies made of silicon carbide and shaped bodies
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her¬ stellung poröser, durchströmbarer Formkörper aus Sili¬ ciumcarbid, bei dem aus Granulat einer Kornfraktion aus dem Korngrößenbereich von 0,2 - 10 mm oder aus Misch- pulver, bei deren Bildung als Ausgangsstoffe außer einem verkokbaren organischen Binder noch Silicium, Kohlenstoff und/oder α-Siliciumcarbid eingesetzt werden, ein Grünkörper geformt wird, der in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum durch Aufheizen auf eine Temperatur im Bereich von 600 - 1000°C verkokt wird und bei dem der nach dem Verkokungsprozeß entstan¬ dene Formkörper auf eine Temperatur von 1600 - 2000°C aufgeheizt wird, wobei sich das Silicium mit Kohlenstoff zu ^-Siliciumcarbid umsetzt. Sie bezieht sich ferner auf einen durchströmbaren Formkörper ausThe invention relates to a process for the production of porous, flowable shaped bodies made of silicon carbide, in which a granular fraction from the grain size range of 0.2-10 mm or from mixed powder, in the formation of which as starting materials, besides a coking material organic binder silicon, carbon and / or α-silicon carbide are used, a green body is formed, which is coked in an inert gas atmosphere or in a vacuum by heating to a temperature in the range of 600 - 1000 ° C and in which arises after the coking process ¬ the shaped body is heated to a temperature of 1600 - 2000 ° C, the silicon reacting with carbon to ^ silicon carbide. It also relates to a flowable molded body
Siliciumcarbid, elektrisch aufheizbar über elektrische Kontakte, mit einer Porosität von 35 - 75 %.Silicon carbide, electrically heatable via electrical contacts, with a porosity of 35 - 75%.
DAmit ein keramisches Bauteil bei einer vorgegebenen Betriebsspannung und Betriebstemperatur als Wider¬ standsheizelement eingesetzt werden kann, muß entweder sein elektrischer Gesamtwiderstand seiner geometrischen Gestalt entsprechend eingestellt werden oder diese un¬ ter Berücksichtigung des spezifischen elektrischen Wi- derstandes des Werkstoffes ausgelegt werden.In order that a ceramic component can be used as a resistance heating element at a given operating voltage and operating temperature, either its total electrical resistance must be adjusted according to its geometric shape or this must be taken into account taking into account the specific electrical the state of the material.
Handelt es sich beispielsweise um einen hochporösen SiC-Werkstoff wie im Falle eines Durchflußheizelementes (DFH) oder Dieselrußfilters, muß das Bauteil aufgrund der geringen Festigkeit des Werkstoffes eine relativ starke Wanddicke aufweisen, damit das Bauteil sowohl bei der Handhabung als auch bei dem Einsatz mechanisch hinreichend stabil ist. Aus der DE-OS 41 30 630 ist ein solches Dieselrußfilter bekannt.If, for example, it is a highly porous SiC material as in the case of a flow heating element (DFH) or diesel soot filter, the component must have a relatively thick wall due to the low strength of the material, so that the component is mechanically sufficient both in handling and in use is stable. Such a diesel soot filter is known from DE-OS 41 30 630.
Derartige Bauteile erfordern, da sie einen einheitli¬ chen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen und da die gesamte Masse des Bauteils aufgeheizt werden muß, einen hohen Energie- und Zeitaufwand zur Errei¬ chung der Betriebstemperatur. Für die Anwendung eines solchen rohrförmigen Bauelementes als Dieselrußfilter mit periodischer Regeneration wirkt diese Tatsache be¬ sonders nachteilig, weil einerseits die vom Ruß belegte äußere Oberfläche des Filters bei der Regeneration we¬ gen der Kühlwirkung des einströmenden Motorabgases nur langsam die Zündtemperatur des abgeschiedenen Rußes er¬ reicht und zum anderen das abfiltrierte Abgas unnötig überheizt, da die Innentemperatur des Filters weit hö- her liegt. Eine Umkehrung dieses Temperaturprofils würde also diese Nachteile deutlich verringern.Components of this type, since they have a uniform specific electrical resistance and since the entire mass of the component has to be heated, require a great deal of energy and time to reach the operating temperature. For the use of such a tubular component as a diesel soot filter with periodic regeneration, this fact is particularly disadvantageous because, on the one hand, the outer surface of the filter occupied by soot during the regeneration, because of the cooling effect of the inflowing engine exhaust gas, only slowly increases the ignition temperature of the deposited soot is sufficient and, on the other hand, the filtered exhaust gas is unnecessarily overheated, since the internal temperature of the filter is much higher. Reversing this temperature profile would significantly reduce these disadvantages.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von Bauteilen der ein- gangs bezeichneten Art ermöglicht, die mehr oder weni¬ ger scharf begrenzte Teilbereiche, Schichten oder Zonen aufweisen, deren Anordnung im Bauteil dessen Tempera¬ turprofil beim Stromdurchgang bestimmen. Die Bereiche sollen dabei je nach Vorgabe - unabhängig von deren Po- rosität - einen niedrigeren oder höheren spezifischen Widerstand aufweisen.It is therefore an object of the invention to provide a method which enables the production of components of the type described at the outset which have more or less sharply delimited partial areas, layers or zones, the arrangement of which in the component has its temperature profile during the passage of current determine. Depending on the requirements, the areas should have a lower or higher specific one, regardless of their porosity Exhibit resistance.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ver¬ fahrensmaßnahmen gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the procedural measures according to claim 1.
Teilbereiche oder Schichten mit unterschiedlichem spe¬ zifischen elektrischen Widerstand können alleine da¬ durch gebildet werden, daß - ohne daß Dotierungsstoffe eingesetzt werden unterschiedliche Mischpulver oder Granulate für die einzelnen Teilbereiche eingesetzt werden. So erhält man beispielsweise einen Teilbereich mit relativ hohem elektrischen Widerstand, wenn ein Mischpulver aus wenig Binder, zu diesem in stöchiome- trischem Verhältnis Silicium und möglichst viel α-Sili- ciumcarbid eingesetzt wird. Je nach dem zu erzielenden spezifischen elektrischen Widerstand geht man somit von dem hierfür geeigneten Ausgangspulver oder Granulat aus.Subregions or layers with different specific electrical resistance can be formed solely by using different mixed powders or granules for the individual subregions without using dopants. For example, a partial area with a relatively high electrical resistance is obtained if a mixed powder consisting of a small amount of binder is used in a stoichiometric ratio of silicon and as much α-silicon carbide as possible. Depending on the specific electrical resistance to be achieved, the starting powder or granulate suitable for this purpose is assumed.
Eine zusätzliche Möglichkeit der Ausbildung von im Hin¬ blick auf die elektrischen Eigenschaften unterschiedli¬ chen Bereichen bzw. Schichten erhält man durch den Ein¬ satz der Dotierungsstoffe. Die Wirkung der Dotierungs¬ stoffe im Hinblick auf die gewünschten elektrischen Eigenschaften ist dabei grundsätzlich an das Entstehen von ß-Siliciumcarbid gebunden.An additional possibility of forming regions or layers which differ with regard to the electrical properties is obtained by using the dopants. The effect of the dopants with regard to the desired electrical properties is basically linked to the formation of β-silicon carbide.
Die Dotierungsstoffe werden den Ausgangsstoffen für die Mischpulver bzw. Granulate in geeigneter Menge zuge- mischt. Als Dotierungsstoffe können sowohl Elektronen¬ donatoren wie Antimon (Sb), Phosphor und Zinn als auch Elektronenrezeptoren wie Aluminium, Beryllium sowie Bor elementar oder chemisch gebunden, eingesetzt werden. Die Teilbereiche der Formkörper aus diesen so vordo- tierten Materialien weisen nach der thermischen Behand- lung, ihrer Dotierungsart entsprechend, der Art und Menge der Additive und - wie oben erwähnt - abhängig von den Ausgangsstoffen, unterschiedliche spezifische elektrische Widerstände auf.The dopants are mixed in a suitable amount with the starting materials for the mixed powders or granules. Both electron donors such as antimony (Sb), phosphorus and tin as well as electron receptors such as aluminum, beryllium and boron can be used elementarily or chemically bonded as dopants. The partial areas of the shaped bodies made of these predoped materials exhibit after the thermal treatment tion, depending on the type of doping, the type and amount of additives and - as mentioned above - depending on the starting materials, different specific electrical resistances.
Soll ein relativ geringer spezifischer elektrischer Wi¬ derstand erzielt werden, dann ist in dem für den ent¬ sprechenden Teilbereich vorgesehenen Mischpulver und/oder Granulat weniger als 70 % α-Siliciumcarbid einzusetzen. In diesem Fall empfiehlt sich außerdem, daß die Aufheizung des nach dem Verkokungsprozeß ent¬ standenen Vorkörpers unter Stickstoff und/oder stick¬ stoffhaltiger Atmosphäre erfolgt.If a relatively low specific electrical resistance is to be achieved, then less than 70% α-silicon carbide is to be used in the mixed powder and / or granulate provided for the corresponding sub-area. In this case, it is also recommended that the preform formed after the coking process be heated under nitrogen and / or nitrogen-containing atmosphere.
Wird die Silicierung unter Argon durchgeführt, so wer¬ den bei Materialien, die mit Beryllium, Bor und Alumi¬ nium dotiert wurden, hohe Widerstandswerte bei Raumtem-If the siliconization is carried out under argon, high resistance values at room temperature are obtained for materials that have been doped with beryllium, boron and aluminum.
*> peratur (> 10*J Ohm x cm) erzielt, während z.B. der Wi¬ derstandswert von Sb-dotiertem Material unter 10 Ohm x cm liegt. Wird dagegen die Silicierung unter Stickstoff oder stickstoffhaltigem Argon durchgeführt, findet eine zusätzliche N-Dotierung des Materials statt, wodurch die oben genannten Widerstandswerte bis zu einigen lOer-Potenzen herabgesetzt werden können.* > temperature (> 10 * J Ohm x cm) achieved, while for example the resistance value of Sb-doped material is less than 10 Ohm x cm. If, on the other hand, the siliconization is carried out under nitrogen or nitrogenous argon, an additional N-doping of the material takes place, as a result of which the above-mentioned resistance values can be reduced to a few 10-potencies.
Dabei ist von Vorteil, wenn zur Bildung einer Schicht und/oder eines Bereiches mit möglichst guter elektri¬ scher Leitfähigkeit der Stickstoffanteil in der Sinter¬ atmosphäre wenigstens 20 % beträgt.It is advantageous if the nitrogen content in the sintering atmosphere is at least 20% to form a layer and / or an area with the best possible electrical conductivity.
Um einen Formkörper zu erhalten, der als Filter einge¬ setzt werden soll, empfiehlt es sich, bei der Herstel¬ lung des Mischpulvers oder Granulats nach einer aus der De-OS 41 30 630 bekannten Verfahrensweise vorzugehen. Bei Anwendung dieser Verfahrensweise werden die Füller- körner mit dem Binder umhüllt und dabei ein sog. CM-Ma- terial (CM = Coat Mix) erhalten:In order to obtain a shaped body which is to be used as a filter, it is advisable to proceed according to a procedure known from DE-OS 41 30 630 when producing the mixed powder or granules. When using this procedure, the filler grains coated with the binder and thereby get a so-called CM material (CM = Coat Mix):
Zur Herstellung des Mischpulvers wird zunächst aus einer Flüssigkeit, z.B. Alkohol, dem Binder, der in der Flüssigkeit ganz oder zum Teil lösbar ist, und den wei¬ teren Komponenten des Mischpulvers eine Suspension ge¬ bildet. Diese wird sodann in eine andere Flüssigkeit, mit der das Lösungsmittel mischbar, in der der Binder jedoch nicht oder nur schwer löslich ist, eingegeben, worauf sich die mit dem Binder überzogenen Körner als schlammige Masse absetzen. Die Körner werden durch Dekantieren von der überstehenden Flüssigkeit befreit und anschließend getrocknet.To produce the mixed powder, a liquid, e.g. Alcohol, the binder, which is wholly or partly soluble in the liquid, and the other components of the mixed powder form a suspension. This is then added to another liquid with which the solvent is miscible, but in which the binder is not or only sparingly soluble, whereupon the grains coated with the binder settle out as a muddy mass. The grains are freed from the supernatant liquid by decanting and then dried.
Zu empfehlen ist, die Aufschlämmung in einer Mischkam¬ mer mittels einer Mischdüse in die Abscheideflüssigkeit einzuspritzen, so daß die Körner mit dem Bindemittel gleichmäßig überzogen werden.It is recommended to inject the slurry in a mixing chamber into the separating liquid by means of a mixing nozzle so that the grains are evenly coated with the binder.
Der Anteil des Binders in dem verwendeten Schlamm sollte 5 bis 30 Gew% der trockenen Einwaage betragen.The proportion of binder in the sludge used should be 5 to 30% by weight of the dry weight.
Für die Mischpulver werden Ausgangspulver mit Korn- großen im Bereich von 0,5 - 50 μm verwendet. Beim Mischvorgang agglomerieren diese bis zu 200 μ .Starting powder with grain sizes in the range of 0.5 - 50 μm is used for the mixed powders. During the mixing process, these agglomerate up to 200 μ.
Unterschiedlich vordotierte Mischpulver oder Granulate können Schicht- oder zonenweise zu einem Formkörper verarbeitet werden, der nach der Silicierung Schichten bzw. Zonen mit unterschiedlichen Widerstandswerten auf¬ weist. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung können somit gezielt Temperaturfelder innerhalb eines derarti¬ gen Formkörpers erzeugt werden. Zur Bildung eines Formkörpers mit einer wenigstens teilweise diesen bedeckenden Oberflächenschicht wird die Oberflächenschicht durch Aufsprühen einer dafür vorgesehenen Mischpulveraufschlämmung auf den Grünkör- per gebildet.Different predoped mixed powders or granules can be processed in layers or zones to form a shaped body which, after siliconization, has layers or zones with different resistance values. When an electrical voltage is applied, temperature fields can thus be generated in a targeted manner within such a shaped body. To form a shaped body with a surface layer that at least partially covers it, the surface layer is formed by spraying a mixed powder slurry provided therefor onto the green body.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird somit durch einen durchströmbaren Formkörper der eingangs be¬ zeichneten Art gelöst, der gekennzeichnet ist durch Schichten und/oder Teilbereiche mit unterschiedlichem spezifischen elektrischen Widerstand, die sich durch Dotierungselemente, insbesondere deren Art und Menge, unterscheiden. Diese Schichten können zudem unter¬ schiedliche Porositäten aufweisen.The object on which the invention is based is thus achieved by a flowable shaped body of the type described at the outset, which is characterized by layers and / or subregions with different specific electrical resistance, which differ by doping elements, in particular their type and amount. These layers can also have different porosities.
Soll eine Schicht beispielsweise im Niederspannungsbe¬ reich auf eine Betriebstemperatur von 700°C erhitzt werden, so sind - bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens - Geometrie (Dicke und Länge der Schicht) und der spezifische elektrische Widerstand entsprechend zu wählen.If, for example, a layer is to be heated to an operating temperature of 700 ° C. in the low-voltage range, the geometry (thickness and length of the layer) and the specific electrical resistance must be selected accordingly when using the method according to the invention.
Für den Fall, daß der durchströmbare Körper als Filter¬ element, beispielsweise als Dieselrußfilter, zum Ein- satz kommen soll und über die elektrischen Kontakte re¬ generiert werden soll, ist insbesondere ein durchström¬ barer Körper geeignet, der eine Oberflächenschicht auf¬ weist, die gegenüber dem von der Oberflächenschicht be¬ deckten Teil des Körpers eine höhere spezifische elek- trische Leitfähigkeit aufweist.In the event that the flow-through body is to be used as a filter element, for example as a diesel soot filter, and is to be regenerated via the electrical contacts, a flow-through body which has a surface layer is particularly suitable. which has a higher specific electrical conductivity than the part of the body covered by the surface layer.
Der spezifische elektrische Widerstand der Oberflächen¬ schicht dieses Filterkörpers beträgt 10-*^ bis zu 10 Ohm x cm. Ist der durchströmbare Körper rohrförmig, so kann er beispielsweise als Dieselrußfilter in der Art einge¬ setzt werden, daß er von außen mit dem die Rußpartikel mitführenden Abgas eines Dieselmotors beaufschlagt wird. Diese Partikel dringen bei entsprechend gewählter Porosität nur etwa 0,5 - 2 mm in die Oberfläche des Filterkörpers ein. Zur Regeneration des Filters, d.h. zur Verbrennung der vom Filterkörper aufgefangenen Ru߬ partikel, genügt es daher, nur eine dieser Dicke ent- sprechende Oberflächenschicht aufzuheizen. Die Dicke der Oberflächenschicht und deren spezifischer elektri¬ scher Widerstand wird daher so gewählt, daß gerade der Bereich des Filters, in den die Rußpartikel eindringen, erhitzt werden kann. Mit anderen Worten: Die Oberflä- chenschicht hat eine Dicke von maximal 2 mm.The specific electrical resistance of the surface layer of this filter body is 10 - * ^ up to 10 ohm x cm. If the body through which flow can flow is tubular, it can be used, for example, as a diesel soot filter in such a way that the exhaust gas of a diesel engine carrying the soot particles is applied to it from the outside. With a correspondingly selected porosity, these particles only penetrate into the surface of the filter body by about 0.5-2 mm. For regeneration of the filter, ie for the combustion of the soot particles collected by the filter body, it is therefore sufficient to heat only a surface layer corresponding to this thickness. The thickness of the surface layer and its specific electrical resistance is therefore chosen such that the area of the filter into which the soot particles penetrate can be heated. In other words: the surface layer has a maximum thickness of 2 mm.
Die Dicke der Oberflächenschicht kann gering gehalten werden, wenn die Oberflächenschicht zugleich feinporig ist, so daß die Rußpartikel in ihr aufgehalten werden. Um eine hohe Gasdurchlässigkeit des Filters zu erhal¬ ten, wird der Teilbereich des Filters, der von der Oberflächenschicht bedeckt ist, grobporig gewählt.The thickness of the surface layer can be kept small if the surface layer is also fine-pored, so that the soot particles are stopped in it. In order to obtain a high gas permeability of the filter, the partial area of the filter which is covered by the surface layer is chosen to be coarse-pored.
Eine zweckmäßige Weiterausgestaltung des durchströmba- ren Formkörpers als Dieselrußfilter besteht darin, daß die Wandung des Körpers an beiden Enden im Bereich der zur elektrischen Aufheizbarkeit angebrachten elektri¬ schen Kontakte eine gegenüber wenigstens einem zwischen den Kontakten liegenden, durchgehenden Teilbereich eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist. Eine unerwünschte Erhitzung der Enden des Körpers wäh¬ rend der Regenerationsphase (beim Stromfluß) wird da¬ durch vermieden. Vielmehr wird lediglich die dünne Oberflächenschicht auf die zur Verbrennung der Rußpar- tikel erforderliche Temperatur erhitzt. In der Zeichnung sind Formkörper dargestellt, die im Zusammenhang mit den nachstehend beschriebenen Ausfüh¬ rungsbeispielen näher erläutert werden. Es sind ferner Versuchsdiagramme wiedergegeben, die ebenfalls nachste¬ hend erläutert werden.An expedient further development of the flowable molded body as a diesel soot filter consists in that the wall of the body has a higher specific electrical conductivity at both ends in the area of the electrical contacts attached for electrical heatability compared to at least one continuous partial area lying between the contacts. This prevents undesired heating of the ends of the body during the regeneration phase (when the current flows). Rather, only the thin surface layer is heated to the temperature required for the combustion of the soot particles. Shaped bodies are shown in the drawing, which are explained in more detail in connection with the exemplary embodiments described below. Experimental diagrams are also shown, which are also explained below.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 Formkörper mit einem zwischen zwei nicht vordotierten Bereichen liegenden do¬ tierten Bereich; Figur 2 Formkörper mit planarer Anordnung der Teilbereiche; Figur 3 Längsschnitt durch ein rohrförmiges Fil¬ terelement; Figur 4 Diagramm: spezifischer ohmscher Wider¬ stand von Formkörpern bzw. Formkörper¬ teilbereichen in Abhängigkeit von unter- schiedlichen Dotierungen;FIG. 1 molded body with a doped area lying between two non-predoped areas; FIG. 2 molded articles with a planar arrangement of the partial areas; FIG. 3 longitudinal section through a tubular filter element; FIG. 4 diagram: specific ohmic resistance of shaped bodies or partial areas of shaped bodies as a function of different dopings;
Figur 5 Diagramm: spezifischer ohmscher Wider¬ stand von Formkörpern bzw. Formkörper¬ teilbereichen in Abhängigkeit vom Stick¬ stoffgehalt der Sinteratmosphäre.FIG. 5 diagram: specific ohmic resistance of moldings or partial moldings depending on the nitrogen content of the sintering atmosphere.
Ausführunqsbeispiel 1Example 1
Herstellung eines Formkörpers mit einem zwischen zwei nichtdotierten Bereichen liegenden dotierten Teilbe- reich gemäß Figur 1.Production of a molded body with a doped partial area lying between two undoped areas according to FIG. 1.
Zur Herstellung des nur mit Stickstoff zu dotierenden Granulates wurden 200 g Novolak-Harz in 1 1 Ethanol ge¬ löst und durch Zugabe von 397 g Si und 70 g Elektrogra- phit (Partikeldurchmesser der eingesetzten Füllermate- rialien zwischen 0,5 mm und 50 μm) eine Aufschlämmung hergestellt, die gemäß dem oben genannten Coat-Mix- Verfahren (DE-OS 41 30 630) mit Wasser verdüst wurde, wobei sich das im Wasser unlösliche Binderharz auf den Füllerpartikeln abschied. Durch Filtration wurde das so beschichtete Pulver von der Flüssigkeit abgetrennt, mit einem Taumelmischer agglomeriert und getrocknet. Die Fraktion der Agglomerate mit einem Korndurchmesser von 0,5 - 1 mm wurde durch Sieben abgetrennt. Ein weiteres Granulat wurde wie oben beschrieben herge¬ stellt, jedoch wurden dem Füllergemisch zusätzlich 10,7 g Aluminiumoxid als Vordotierungsmittel zugesetzt.To produce the granules to be doped only with nitrogen, 200 g of novolak resin were dissolved in 1 liter of ethanol and by adding 397 g of Si and 70 g of electrographite (particle diameter of the filler material used). rialien between 0.5 mm and 50 microns) produced a slurry, which was sprayed with water according to the above-mentioned coat-mix method (DE-OS 41 30 630), the water-insoluble binder resin separating from the filler particles. The powder coated in this way was separated from the liquid by filtration, agglomerated with a tumble mixer and dried. The fraction of the agglomerates with a grain diameter of 0.5-1 mm was separated by sieving. Another granulate was produced as described above, but an additional 10.7 g of aluminum oxide were added to the filler mixture as a predoping agent.
Zur Grünkörperherstellung wurde in einer Matrize einer Grundfläche von 15 x 70 mm ein etwa 12 mm breiter Be¬ reich durch Folie abgetrennt. Außen wurde Material ohne Vordotierungen und innen das Aluminiumoxid-haltige Gra¬ nulat eingefüllt. Figur 1 verdeutlicht dies anhand einer Skizze.For the production of green bodies, an area about 12 mm wide was cut off by foil in a die with a base area of 15 × 70 mm. Material without pre-doping was filled in on the outside and the aluminum oxide-containing granules were filled in on the inside. Figure 1 illustrates this using a sketch.
Nach Entfernen der Folien wrude durch Gesenkpressen bei 130°C und einem Preßdruck von 300 hPa ein Grünkörper hergestellt.After the films had been removed, a green body was produced by die pressing at 130 ° C. and a pressing pressure of 300 hPa.
Dieser Grünling wurde durch Erhitzen unter Argon auf 850°C verkokt, wobei unter Gewichtsverlust und Dimen¬ sionsänderungen die Binderharzphase in Kohlenstoff überführt wurde.This green compact was coked by heating to 850 ° C. under argon, the binder resin phase being converted to carbon with loss of weight and dimensional changes.
Anschließend wurde der Körper unter Stickstoff gemäßThe body was then under nitrogen
P 41 30 630.9-45 in einem widerstandsbeheizten Ofen auf 1900°C aufgeheizt, wobei die Anteile an freiem Kohlen¬ stoff und freiem Silicium zu Siliciumcarbid umgesetzt wurden, ohne daß der Körper weitere Dimensionsänderun- gen erfuhr. Der elektrische Widerstand der einzelnen Zonen des Kör¬ pers konnte nach der Vierpunktmethode bestimmt werden. An beiden Enden betrug er 0,007 Ωcm; die mit AI vordo- tierte Phase in der Körpermitte wies einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,014 Ωcm auf.P 41 30 630.9-45 heated to 1900 ° C. in a resistance-heated oven, the proportions of free carbon and free silicon being converted to silicon carbide without the body experiencing any further dimensional changes. The electrical resistance of the individual zones of the body could be determined using the four-point method. It was 0.007 Ωcm at both ends; the phase predicted with Al in the middle of the body had a specific electrical resistance of 0.014 Ωcm.
Ausführunqsbeispiel 2Example 2
Herstellung eines Formkörpers mit planarer Anordnung der Teilbereiche gemäß Figur 2.Production of a shaped body with a planar arrangement of the partial areas according to FIG. 2.
Gemäß Ausführungsbeispiel 1 wurden zwei Granulate her¬ gestellt, wobei dem einen Ausgangs-Füllergemiseh als Vordotierungsmittel 6,6 g Antimon und dem anderen 7,2 g Borcarbid zugesetzt wurden.According to embodiment 1, two granules were produced, 6.6 g of antimony and 7.2 g of boron carbide being added to one of the starting filler mixtures as the predoping agent.
Weiterverwendet wurden die Granulatfraktionen 0,2 - 0,4 mm im Falle des Sb-vordotierten Materials, beim Bor-vordotierten Material wurde die Fraktion 1,0 - 1,6 mm eingesetzt.The granulate fractions 0.2-0.4 mm were further used in the case of the Sb-predoped material, and the fraction 1.0-1.6 mm was used for the boron-predoped material.
Aus diesen Granulaten wurde mit Hilfe einer Formmatrize gemäß DE 39 25 844 C2 ein Körper hergestellt (Grundfläche der Matrize 15 x 70 mm ) , der aus einer 2 mm dicken Schicht des mit Antimon vordotierten Granu¬ lats und einer etwa 8 nun starken Schicht des Materials mit Bor-Vordotierung bestand. Der Testkörper wurde wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben verkokt und bei 1900°C unter N2 siliciert. Eine Skizze dieses Körpers ist in Figur 2 wiedergegeben.A body (base area of the die 15 × 70 mm) was produced from these granules with the aid of a molding die according to DE 39 25 844 C2, said body consisting of a 2 mm thick layer of the pre-doped granulate and an approximately 8 now thick layer of the material with boron predoping. The test body was coked as described in Example 1 and siliconized at 1900 ° C. under N 2 . A sketch of this body is shown in Figure 2.
Die Länge des silicierten Körpers betrug nach Abnahme eines schmalen Streifens 65,3 mm, die Breite 12,9 mm und die Höhe 9,7 mm. Die Höhe der Sb-dotierten Schicht betrug 2 mm. Der Gesamtwiderstand des Körpers wurde mit R = 0,182 Ω bestimmt.The length of the siliconized body was 65.3 mm after removal of a narrow strip, the width 12.9 mm and the height 9.7 mm. The height of the Sb-doped layer was 2 mm. The total resistance of the body was with R = 0.182 Ω determined.
Zur Ermittlung des Widerstandes der einzelnen Schichten wurde vom schmalen Streifen der Sb-dotierte Teil abge- trennt. Der spezifische Widerstand des mit Bor dotier¬ ten Materials konnte nach der Vierpunktmethode mit 9 = 0,209 Ωcm bestimmt werden. Auf den Gesamtkörper be¬ zogen ergibt sich daraus ein Widerstand von 1,378 Ω. Somit konnte der spezifische Widerstand der Sb-vordo- tierten Schicht rechnerisch mit 0,0083 Ωcm bestimmt werden.To determine the resistance of the individual layers, the Sb-doped part was separated from the narrow strip. The specific resistance of the material doped with boron could be determined using the four-point method with 9 = 0.209 Ωcm. Based on the total body, this results in a resistance of 1.378 Ω. The specific resistance of the Sb-predoped layer could thus be determined by calculation to be 0.0083 Ωcm.
Ausführunqsbeispiel 3Example 3
Herstellung eines Formkörpers mit planarer Anordnung der Teilbereiche gemäß Figur 2.Production of a shaped body with a planar arrangement of the partial areas according to FIG. 2.
Gemäß Ausführungsbeispiel 1 wurde nach dem Coat-Mix- Verfahren aus 200 g Novolak-Hrz, 234 g Silicium und 232 g Siliciumcarbid. unter Zugabe von 7,2 g Borcarbid als Vordotierungsmittel ein Ausgangspulver hergestellt, das ebenfalls granuliert wurde. Aus der Granulatfrak¬ tion 1,0 - 1,6 mm dieses Materials wurde zusammen mit dem im Ausführungsbeispiel 2 verwendeten Sb-vordotier- te Grarαlat eine planare Materialkombination gemäß Ausführungsbeispiel 2 hergestellt, verkokt und unter N2-Atmosphäre siliciert.According to embodiment 1, 200 g of novolak resin, 234 g of silicon and 232 g of silicon carbide were used according to the coat-mix method. with the addition of 7.2 g of boron carbide as a preliminary dopant, a starting powder was prepared, which was also granulated. From the granulate fraction 1.0-1.6 mm of this material, together with the Sb-predoped graralate used in embodiment 2, a planar material combination according to embodiment 2 was produced, coked and siliconized under an N2 atmosphere.
Die spezifischen elektrischen Widerstände wurden für die mit Bor vordotierte Schicht mit 0,0083 Ωcm be- stimmt.The specific electrical resistances for the boron-doped layer were determined to be 0.0083 Ωcm.
Ausführunqsbeispiel 4Example 4
Herstellung eines Filterelementes gemäß Figur 3 . Die im Ausführungsbeispiel 3 verwendeten Granulate wur¬ den zu einem rohrförmigen Dieselrußfilter verarbeitet, verkokt und unter Stickstoff-Atmosphäre siliciert.Production of a filter element according to FIG. 3. The granules used in embodiment 3 were processed into a tubular diesel soot filter, carbonized and siliconized under a nitrogen atmosphere.
Die 1 mm starke "Glüh- und Filterschicht" sowie die Rohrenden aus Sb-vordotiertem Material wiesen einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,0083 Ωcm, die 5 mm starke Bor-vordotierte, α-SiC-haltige "Stützschicht" einen solchen von 0,520 Ωcm auf.The 1 mm thick "glow and filter layer" as well as the tube ends made of Sb-pre-doped material had a specific electrical resistance of 0.0083 Ωcm, the 5 mm thick boron-pre-doped, α-SiC-containing "support layer" of 0.520 Ωcm on.
Versuchserqebnisse gemäß Figur 4Test results according to FIG. 4
In dem hier wiedergegebenen Diagramm ist der spezifi¬ sche oh sche Widerstand unterschiedlich dotierter, fer- tiggestellter Formkörpern bzw. Formkörperteilen bei un¬ terschiedlichen Betriebstemperaturen wiedergegeben.The diagram reproduced here shows the specific ohmic resistance of differently doped, finished molded bodies or molded body parts at different operating temperatures.
Es handelt sich um Formkörper, die nach ihrer Herstel¬ lung nicht mehr als 30 % α-Siliciumcarbid enthielten.These are moldings which, after their production, did not contain more than 30% of α-silicon carbide.
Im Diagramm ist an der jeweiligen Kurve das Dotierungs¬ element angegeben. Die Dosierung betrug jeweils 1 Gew .The doping element is indicated on the respective curve in the diagram. The dosage was 1 wt.
Aus dem Diagramm ist zu ersehen, daß eine Dotierung mit Bor oder Aluminium zu einem höheren Widerstand führt, als sie ein nichtdotierter Formkörper aufweist.It can be seen from the diagram that doping with boron or aluminum leads to a higher resistance than an undoped shaped body has.
Eine Dotierung mit Antimon führt zu einem geringeren spezifischen elektrischen Widerstand.Doping with antimony leads to a lower specific electrical resistance.
Eine weitere Erniedrigung des spezifischen elektrischen Widerstandes wurde bei Formkörpern erzielt, die in stickstoffhaltiger Atmosphäre gesintert worden waren. Die Dotierung mit oben genannten Elementen gibt dabei die Möglichkeit, unterschiedliche spezifische elektri- sehe Widerstände einzustellen. Der niedrigste spezifi¬ sche elektrische Widerstand wurde bei einem Formkörper erzielt, dessen Ausgangsstoff mit Antimon dotiert war und der in Stickstoffatmosphäre gesintert worden war.A further reduction in the specific electrical resistance was achieved in the case of moldings which had been sintered in a nitrogen-containing atmosphere. The doping with the above-mentioned elements enables different specific electrical see setting resistors. The lowest specific electrical resistance was achieved in the case of a shaped body whose starting material was doped with antimony and which had been sintered in a nitrogen atmosphere.
Versuchsergebnisse gemäß Figur 5Test results according to FIG. 5
Aus dem Diagramm geht hervor, daß ein Stickstoffgehalt von ca. 20 % in der Sinteratmosphäre genügt, um einen möglichst niedrigen spezifischen ohmschen Widerstand zu erhalten. Geringere Gehalte von Stickstoff in der Sin¬ teratmosphäre ergeben die Möglichkeit, höhere spezifi¬ sche ohmsche Widerstände einzustellen.The diagram shows that a nitrogen content of approx. 20% in the sintering atmosphere is sufficient to obtain the lowest possible ohmic resistance. Lower levels of nitrogen in the sinter atmosphere give the possibility of setting higher specific ohmic resistances.
Die bei der Untersuchung eingesetzten Formkörper hatten nach ihrer Herstellung einen α-Siliciumcarbid-Gehalt von nicht mehr als 30 %. The moldings used in the investigation had an α-silicon carbide content of not more than 30% after their production.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Herstellung poröser, durchströmba¬ rer Formkörper aus Siliciumcarbid, bei dem aus Granulat einer Kornfraktion aus dem Korngrößenbe¬ reich von 0,2 - 10 mm oder aus Mischpulver, bei deren Bildung als Ausgangsstoffe außer einem ver¬ kokbaren organischen Binder noch Silicium, Kohlenstoff und/oder α-Siliciumcarbid eingesetzt werden, ein Grünkörper geformt wird, der in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum durch Aufheizen auf eine Temperatur im Bereich von 600 - 1000°C verkokt wird und bei dem der nach dem Verkokungsprozeß entstandene Formkörper auf eine Temperatur von 1600 - 2000°C aufgeheizt wird, wobei sich das Silicium mit Kohlenstoff zu ß- Siliciumcarbid umsetzt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erzielung eines aus Schichten und/oder Teilbereichen unterschiedlicher spezifischer elektrischer Leitfähigkeit bestehenden Formkörpers bei der Formung des Grünkörpers für entsprechende Schichten und/oder Bereiche Mischpulver und/oder Granulate verwendet werden, die aus dem verkokbaren organischen Binder und zusätzlich wahlweise aus Silicium oder Silicium und Kohlenstoff oder Silicium und Kohlenstoff und α-Siliciumcarbid oder nur α-Siliciumcarbid und wahlweise noch zusätzlich mit Dotierungsstoffen zur Erzielung der angestrebten elektrischen Leitfähigkeit gebildet worden sind.1. Process for the production of porous, flow-through shaped bodies made of silicon carbide, in which a granular fraction from the grain size range of 0.2-10 mm or from mixed powder, in the formation of which as starting materials, besides a coking organic binder or silicon , Carbon and / or α-silicon carbide are used, a green body is formed, which is coked in an inert gas atmosphere or in a vacuum by heating to a temperature in the range from 600-1000 ° C. and in which the shaped body formed after the coking process is at a temperature is heated from 1600 - 2000 ° C, the silicon reacting with carbon to ß-silicon carbide, characterized in that in order to achieve a shaped body consisting of layers and / or partial areas of different specific electrical conductivity during the formation of the green body for corresponding layers and / or Areas of mixed powder and / or granules are used are made from the coking organic binder and additionally optionally from silicon or silicon and carbon or silicon and carbon and α-silicon carbide or only α-silicon carbide and optionally additionally with dopants to achieve the desired electrical Conductivity have been formed.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Dotierungsstoffe Elektronendonatoren, wie2. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that electron donors as dopants such
Antimon, Phosphor und Zinn, eingesetzt werden.Antimony, phosphorus and tin can be used.
3. Vei fahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Dotierungsstoffe Elektronenrezeptoren, wie Aluminium, Beryllium und Bor, eingesetzt wer¬ den.3. Vei drive according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that electron receptors such as aluminum, beryllium and boron are used as dopants.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dotierungsstoffe dem Mischpulver und/oder Granulat elementar oder chemisch gebunden beige¬ setzt sind.4. The method according to any one of claims 1 to 3, that the dopants are added to the mixed powder and / or granules in an elementary or chemically bonded manner.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden5. Method according to one of the preceding
Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Mischpulver oder Granulat weniger als 70 % α-Siliciumcarbid eingesetzt wird.Claims that d e r c h g e k e n n z e i c h n e t that less than 70% α-silicon carbide is used in the mixed powder or granules.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aufheizung des nach dem Verkokungsprozeß entstandenen Vorkörpers unter Stickstoff oder stickstoffhaltiger Atmosphäre erfolgt.6. The method of claim 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the heating of the pre-body formed after the coking process takes place under nitrogen or nitrogen-containing atmosphere.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bildung einer Schicht und/oder eines Be- reiches mit möglichst guter elektrischer Leitfä- higkeit der Stickstoffanteil in der Sinterat¬ mosphäre wenigstens 20 % beträgt.7. The method according to claim 6, characterized in that to form a layer and / or an area with the best possible electrical Leitfä- The nitrogen content in the sintered atmosphere is at least 20%.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bildung eines Formkörpers mit einer we¬ nigstens teilweise diesen bedeckenden Oberflä¬ chenschicht die Oberflächenschicht durch Aufsprü- hen einer dafür vorgesehenen Mischpulver- oder8. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n e z e i c h n e t that to form a molded body with a at least partially covering this surface layer, the surface layer by spraying a powder or provided
Granulat-Aufschlämmung auf den Grünkörper gebil¬ det wird.Granulate slurry is formed on the green body.
9. Durchströmbarer Körper aus Siliciumcarbid, elek- trisch aufheizbar und regenierbar über elektri¬ sche Kontakte, mit einer Porosität von 35 - 75 %, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Schichten und/oder Teilbereiche mit unterschied¬ lichem spezifischen elektrischen Widerstand, die sich durch Dotierungselemente, insbesondere deren9. Flowable body made of silicon carbide, can be heated electrically and regenerated via electrical contacts, with a porosity of 35-75%, suitable layers and / or partial areas with different specific electrical resistance, which are characterized by doping elements, in particular their
Art und Menge, unterscheiden.Type and quantity.
10. Durchströmbarer Körper nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Schichten und/oder Teilbereiche unterschied¬ liche Porosität aufweisen.10. Flowable body according to claim 9, d a d u r c h g e k e n e z e i c h n e t that layers and / or partial areas have differing porosity.
11. Durchströmbarer Körper nach Anspruch 9 oder 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Oberflächenschicht, die gegenüber dem von der Oberflächenschicht bedeckten Teil des Körpers eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist.11. Flowable body according to claim 9 or 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a surface layer which has a higher specific electrical conductivity than the part of the body covered by the surface layer.
12. Durchströmbarer Körper nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der spezifische elektrische Widerstand der Oberflächenschicht 10 bis zu 10 Ohm x cm be¬ trägt.12. flowable body according to claim 11, characterized in that the specific electrical resistance of the surface layer 10 is up to 10 ohms x cm.
13. Durchströmbarer Körper nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Oberflächenschicht feinporig, der darun- terliegende Teilbereich des Formkörpers grobporig ist.13. Flowable body according to claim 11 or 12, so that the surface layer is fine-pored, the sub-area of the molded body is coarse-pored.
14. Durchströmbarer Körper nach einem der Ansprüche 9 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Körper rohrförmig ist.14. Flowable body according to one of claims 9 to 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the body is tubular.
15. Durchströmbarer Körper nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wandung des Körpers an beiden Enden im Bereich der zur elektrischen Aufheizbarkeit ange¬ brachten elektrischen Kontakte eine gegenüber we¬ nigstens einem zwischen den Kontakten liegenden, durchgehenden Teilbereich eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist. 15. Flow-through body according to one of claims 11 to 14, characterized in that the wall of the body at both ends in the region of the electrical contacts attached for electrical heatability has a higher specific electrical area than at least one continuous partial region lying between the contacts Has conductivity.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2180668T3 (en) * 1996-03-23 2003-02-16 Heimbach Gmbh Thomas Josef POROUS MOLDED BODY SUITABLE FOR THROUGH THROUGH THROUGH AND PROCEDURE FOR MANUFACTURING.
DE19809976C2 (en) * 1998-03-09 2001-09-06 Heimbach Gmbh Thomas Josef Shaped body made of an electrically conductive ceramic compound and method for producing the shaped body
FR2870233B1 (en) * 2004-05-14 2006-12-01 Sicat Sarl PROCESS FOR PRODUCING BETA-SiC FORM COMPONENTS FOR USE IN AGGRESSIVE MEDIA
US7759276B2 (en) 2004-07-23 2010-07-20 Helsa-Automotive Gmbh & Co. Kg Adsorptive formed body having an inorganic amorphous supporting structure, and process for the production thereof
US7867313B2 (en) 2005-07-05 2011-01-11 Helsa-Automotive Gmbh & Co. Kg Porous β-SiC-containing ceramic molded article comprising an aluminum oxide coating, and method for the production thereof
DE102013014030B4 (en) 2013-08-26 2023-06-29 QSIL Ingenieurkeramik GmbH Ceramic heating element and forming tool and method for producing a ceramic heating element
KR102137032B1 (en) * 2017-05-10 2020-07-23 엘지전자 주식회사 A composition for carbon composite and a carbon heater manufactured by using the same
KR102004035B1 (en) 2017-05-26 2019-07-25 엘지전자 주식회사 A carbon heating element

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2016747A1 (en) * 1969-04-23 1970-11-05
DE4130630A1 (en) * 1991-09-14 1993-03-18 Forschungszentrum Juelich Gmbh METHOD FOR THE PRODUCTION OF POROESE, FLOW-THROUGH MOLDED BODIES FROM SILICON CARBIDE AND DIESEL RUSSIA FILTER ELEMENT

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2016747A1 (en) * 1969-04-23 1970-11-05
DE4130630A1 (en) * 1991-09-14 1993-03-18 Forschungszentrum Juelich Gmbh METHOD FOR THE PRODUCTION OF POROESE, FLOW-THROUGH MOLDED BODIES FROM SILICON CARBIDE AND DIESEL RUSSIA FILTER ELEMENT

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