CALCARB THERMISCHE ISOLIERUNG AUF STEIFER KOHLENSTOFFBASIS OPTIMIEREN SIE DIE THERMISCHE EFFIZIENZ IHRES PROZESSES MIT CALCARB LÖSUNGEN

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1 CALCARB THERMISCHE ISOLIERUNG AUF STEIFER KOHLENSTOFFBASIS OPTIMIEREN SIE DIE THERMISCHE EFFIZIENZ IHRES PROZESSES MIT CALCARB LÖSUNGEN TECHNISCHER LEITFADEN

2 Globale Lösungen für unsere Märkte Die Expertise von Mersen demonstriert die Energieeffizienz und ermöglicht eine zuverlässige thermische Kontrolle von zahlreichen Hochtemperaturprozessen in der Industrie. Das Angebot an thermischen Isolationsmaterialien schließt eine Reihe von verschiedenen Materialien ein. CALCARB CBCF wird aus kurzfaserigen Kohlenstofffasern hergestellt, welche über eine Matrix miteinander verbunden werden. Diese Matrixverbindung wird durch carbonisierte Phenolharze erzeugt. Hauptanwendungen CALCARB CBCF-Isolationsmaterial ermöglicht den perfekten Schutz von Hochtemperaturanlagen im Bereich von 1000 C C und deren Regulierbarkeit. Hauptanwendungsgebiete sind: Hochtemperaturanwendungen unter kontrollierter Atmosphäre (Schutzgas/Vakuum) CVD-Industrieanlagen Kristallzüchtung (Halbleiter- und Solarindustrie) Glasfaserproduktion Herstellung von Turbinenschaufeln SiC-Wafer-Produktion bis zu 2400 C 2500 C Mersen Komplettlösung für Hochtemperaturprozesse Als Experte für CFC- und Graphitmaterialien sowie für Hochtemperatur- Isolationsmaterialien ist Mersen in der Lage CNC bearbeitete Teile als komplettes Produkt zu liefern und realisiert auch schlüsselfertige Projekte. Ingenieurtechnische Lösungen 2

3 TECHNISCHE VORTEILE CALCARB - Material verbindet seinen Ruf mit Zuverlässigkeit und Leistungsvermögen, kombiniert mit den erwähnten Vorteilen wird es als bevorzugtes Isolationsmaterial von erfahrenen Ingenieuren bei thermischen Prozessen eingesetzt. EINSATZ ALS MATERIAL BEI PROZESSEN UNTER HOCHREINEN BEDINGUNGEN CALCARB CBCF ist ein Kurzfasermaterial, das aus Kunstfasern entsteht. Diese Fasern werden durch eine aus Phenolharzen erzeugten Matrix miteinander verbunden - Carbonisierung der Fasern und der Phenolharze. Das Material wird im Vakuum im Bereich oberhalb von 2000 C behandelt. Das gewährleistet eine hohe Temperaturbeständigkeit und es kommt auch später nicht zu Ausgasungsprozessen. Als Ergebnis dieses Prozesses hat das Material einen Gehalt an Verunreinigungen von maximal 500 ppm. Gereinigtes Material ( Aschegehalt/Verunreinigungsgrad unter 20 ppm) kann durch entsprechende Reinigungsprozesse ebenfalls produziert und geliefert werden. EINSATZ BEI FORDERUNGEN NACH EXTREM HOHEN ISOLATIONSLEISTUNGEN Die Kurzfaserstruktur von Calcarb CBCF ermöglicht beste Wärmedämmwerte bei hohen Temperaturen. Über die Wahl des Einsatzmaterials sind unsere Kunden in der Lage, die Energieeffizienz ihrer Prozesse wesentlich zu steigern. Die Dichte des Materials und differenzierte Materialarten werden genutzt, um thermische Eigenschaften des Materials mit dem Prozess abzustimmen : Calcarb CBCF 14VF-2000 für höchste Isolationsleistungen Calcarb CBCF oder Modulationsmöglichkeit zwischen Isolierwirkung und Gaspermeabilität 1,0 Wärmeleitfähigkeit (W/m K) 0,8 0,6 0,4 0,2 CALCARB CBCF (Dichte = 0,18 g/cm³) Unter Stickstoffatmosphäre Testmethode ASTM C 177 Thermal conductivity (W/m C) , Temperatur ºC PRÄZISIONSBEARBEITETE TEILE ZUR GESTALTUNG VON HOCHTEMPERATURBEREICHEN Isolationen, die aus Langfasermaterial hergestellt werden, können während der maschinellen Bearbeitung delaminieren. Calcarb Isolationsmaterial kann leicht und auf herkömmlicher Art bearbeitet werden. Die Materialhomogenität ermöglicht es uns das Material komplex zu bearbeiten und komplizierte Formen zu fertigen. Die Homogenität ermöglicht eine präzise Temperaturanstiegskontrolle in Hochtemperaturprozessen. Diese Eigenschaft ist einer der wichtigsten Punkte für den exzellenten Ruf von Calcarb -Produkten, der z.b. für den Einsatz des Materials bei den neuen Generationen von Kristallzüchtungsanlagen geführt hat. 3

4 ERHÖHTE LEBENSDAUER, SELBST IN AGGRESSIVEN UMGEBUNGEN Mersen entwickelte eine ganze Reihe von Prozessen zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit von CALCARB CBCF in aggressiven Umgebungen. PYROCARBON-SCHUTZ CVI Pyrocarbon-Schicht auf den Fasern: Durch die Umhüllung der Kernfasern mit 99,99% reinem Kohlenstoff wird durch diese Infi ltration beim Materialeinsatz in aggressiven Umgebungen eine bis zu 50% höhere Lebensdauer gegenüber dem Standardmaterial erreicht. Calcoat CVD: Pyrocarbon-Außenbeschichtung: Bei dieser Pyrocarbon-Außenbeschichtung verändert die Schutzschicht die thermischen Eigenschaften des Materials nicht. Die durch CVD erzeugte dichte Oberfl ächenbeschichtung macht das Material gegenüber Erosionen widerstandsfähiger. Die Teile werden erst komplett maschinell produziert bevor sie dem Beschichtungsprozess unterzogen werden. Somit wird eine geschlossene Schutzschicht als Erosionsschutz gegen das Eindringen von aggressiven Prozessdämpfen gebildet. CALCOAT UND CALFOIL - OBERFLÄCHENSCHUTZ Calcoat ist eine Standardgraphitbeschichtung, durch die eine Versiegelung der porösen Oberfl äche erzielt wird. Sie bietet eine begrenzte Erosionsbeständigkeit für das Material. Calfoil ist eine hochreine Graphit-Schutzfolie, die Materialabrieb verhindert und zu einer noch gleichmäßigeren Temperaturverteilung entlang der Folie sorgt. INNOVATIVER SILICIUMCARBID-SCHUTZ In einigen speziellen Einsatzfällen, wie z.b. unter Wasserstoffatmosphäre über 1000 C können Kohlenstofffasern durch das Medium korrodieren. Da die Isolationsteile bei solchen Prozessen oft ein entscheidendes Kriterium sind, bietet die Siliziumcarbidbeschichtung als Schutz einen unschätzbaren Vorteil. Mersens einzigartige Möglichkeit kann Ihnen in diesen Einsatzfällen helfen, Ausfallzeiten durch notwendige Wartungen erheblich zu reduzieren und die Lebensdauer Ihrer Isolierungen zu verlängern. 4

5 STANDARD- PRODUKTABMESSUNGEN Material: Blöcke und Scheiben Blockgrösse Blockstärke Dichten Scheibengröße 1219 x 1067 mm bis zu 216 mm Virgin Fibre: 0,16 g/cm³ ± 0,03g/cm³ Ø von 635 bis 1854 mm 1320 x 1219 mm Standardmaterial: 0,18 g/cm³ ± 0,03 g/cm³ 1333 x 1333 mm Dichtes Material: 0,25 g/cm³ ± 0,03 g/cm³ Scheibendicke 1524 x 1016 mm ab Ø 635 mm max. Dicke 406 mm 1524 x 1524 mm ab Ø 1752 mm max. Dicke 254 mm Zylindermaterial/Rohrförmige Isolierungen bis 1400 mm Länge Innendurchmesser Ø 65 bis 400 mm ( ± 0,5 mm) Ø 400 bis 1100 mm ( ± 0,75 mm) Ø bis mm ( ± 0,75 mm) Max. Höhe 350 mm 500 mm 880 mm Max. Wandstärke 40 mm 55 mm ab Ø > 600 mm 55 mm Dichten Virgin Fibre: 0,14 g/cm³ ± 0,03 g/cm³ Standardmaterial: 0,15 g/cm³ ± 0,03 g/cm³ Dichtes Material: 0,18 g/cm³ ± 0,03 g/cm³ Faserorientierung parallel zum Umfang des Zylinders. Typische Bauformen der Zylinder/ Rohrförmigen Isolierungen Fassförmige Konstruktion über Ø > 1600 mm CWC Ineinander gesteckte Zylinder bei Wandstärken > 55mm Segmentierter Zylinder aus vorgeschnittenem, einwandigen Zylinder 5

6 HAUPTMATERIALEIGENSCHAFTEN Physikalische Eigenschaften VF Blockmaterial & Zylinder Standarddichte Block Standarddichte Zylinder Dichtes Material Block & Zylinder Blockmaterial Board mit sehr thickness hoher Dichte Typ CBCF 14VF-2000 CBCF CBCF CBCF HD Dichte g/cm³ Druckfestigkeit MPa, Parallel zur Faserrichtung (xy) Senkrecht zur Faser (z) Zylinder 0,14 ± 0,03 Block 0,14 ± 0,03 1,09 0,23 0,18 ± 0,03 1,10 0,76 0,15 ± 0,03 0,80 0,25 ± 0,04 2,10 1,07 > 0,30 3,20 2,30 Biegefestigkeit MPa Parallel zur Faserrichtung (xy) Senkrecht zur Faser (z) 1,65 1,03 0,15 1,50 2,70 0,62 2,32 1,45 Wärmeausdehnungs- koeffizient 25 bis 1000ºC 1000 bis 2000ºC 2,9 ± 0,2 x ,2 ± 0,2 x ,0 ± 0,3 x ,6 ± 0,3 x ,0 ± 0,3 x ,6 ± 0,3 x ,0 ± 0,3 x ,6 ± 0,3 x ,0 ± 0,3 x ,6 ± 0,3 x 10-6 Spezifische Oberfläche m² g Spezifischer elektrischer Widerstand Ωm Parallel zur Faserrichtung (xy) Senkrecht zur Faser (z) 12,5x ,0x ,1x ,7x ,0x ,0x10-4 5,90x ,93x ,0x10-4 4,0x10-4 Wärmeleitfähigkeit 500 C 1000 C 2000 C 0,06 0,11 0,08 0,16 0,28 0,21 0,62 0,97 0,76 0,26 0,48 0,36 0,41 0,72 0,54 1,00 1,47 1,16 0,18 0,35 0,26 0,31 0,54 0,40 0,83 1,24 0,98 0,39 0,70 0,55 0,57 1,01 0,75 1,22 1,79 1,38 1,49 2,77 2,06 1,65 2,89 2,14 1,99 3,03 2,32 Calcarb BCF 18-2,000 Thermal Conductivity vs Temperature Calcarb CBCF Wärmeleitfähigkeit im Verhältnis zur Temperatur Calcarb BCF 18-2,000 Thermal Conductivity vs Temperature 1,60 1,60 1,40 Laserflash 1 Bar N2 1,40 1,20 1,20 1,00 1,00 Wärmeleitfähigkeit W/m K 0,80 0,60 Laserflash weniger als 1mbar N2 Wärmeleitfähigkeit W/m K 0,80 0,60 Heizplatte 1Bar N2 0,40 0,40 Heizplatte weniger als 1mBar N2 0, Temperatur ºC 0, Temperatur ºC Laser-Flash-Methode ASTM E-1461 Ein Materialmuster wird auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Ein Laserimpuls wird auf die Vorderfl äche des Musters aufgebracht; die Temperaturleitfähigkeit wird durch Messung der Rate und Intensität des Temperaturanstiegs auf der Rückseite des Musters gemessen. Anschließend wird die Wärmeleitfähigkeit aus der Dichte des Musters, seinem speziellen Wärmewert bei der erforderlichen Temperatur und aus der ermittelten Temperaturleitfähigkeit bestimmt. Heizplattenmethode ASTM C-177 Eine Heizplatte wird auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt. Die Energie zur Aufrechterhaltung eines Temperaturgleichgewichts, bezogen auf eine bekannte Kühlplatte und Oberfläche, ergibt einen messbaren thermischen Energiefluss. Die Wärmeleitfähigkeit wird anhand des Temperaturrückgangs innerhalb eines Musters mit genau festgelegter Dicke gemessen und der thermische Energiefluss des Systems wird gemessen, wenn es sich in einem stabilen Gleichgewichtszustand befindet. 6

7 MessunG Des VerunreINIGunGSGraDes UNSERE METHODE ETV-ICP-OES Gase: Argon und Freon F C Fluoride (= Analyt)... Analyt (Fluoride)... Licht Plasma matrix CALCARB CBCF kompaktes F 2 + Verunreinigungen Muster mit Verunreinigungen Probeentnahme, Laden und Heizen Elektrothermische Verdampfung Fluoride Polychromator Photomultiplier Induktiv gekoppeltes Plasma Optische Emissionsspektrometrie HAUPTVORTEILE Einfache und schnelle Erfassung: mit Hilfe der automatischen Ladung werden täglich bis zu 50 Proben analysiert. Für Routineanalysen geeignet. Probenentnahme und Kalibrierung von Graphit ist mit vorhandenen Standards und Referenzlösungen möglich. Bei der GDMS Methode (Glimmentladungs-Massenspektrometrie) ist dies nicht möglich. Sehr niedrige Nachweisgrenzen für die meisten Elemente des Periodensystems, 1-50 µg/kg = ppb (Teile pro Milliarde). Ausgezeichnet geeignet für gereinigten Graphit, CFC und Dämmmaterialien die aus Kohlenstoff bestehen. Service für unsere Kunden. Unsere Spezifikationen für den Verunreinigungsgrad Grenzwerte PPM Bei nachweisbaren 34 Elementen Al+Cu+Fe +Cr+Ni Al+Cu+Fe Behandlung 2000 C <150 <20 <5 Behandlung 2200 C <75 <10 Behandlung 2300 C <40 Ergebnisse der ICP-ETV induktiv gekoppelten Plasma Massenspektroskopie <3 <5 <2 Halogen nachgereinigt <20 <5 <2 Die hier angegebenen Daten sind ausschließlich zu allgemeinen Informationszwecken bestimmt und sind nicht bindend. Mersen übernimmt keinerlei Haftung für die in diesem Dokument angegebenen Informationen. Vervielfältigung, Reproduktion oder Übersetzung jeglicher in dieser Dokumentation angegebener Informationen, insgesamt oder auszugsweise, sind ohne vorherige schriftliche Genehmigung durch Mersen strengstens untersagt. Unsere Materialien stimmen mit der RoHS Richtlinie überein (eingeschränkte Verwendung bestimmter Gefahrstoffe in elektrischen oder elektronischen Bauteilen). Darüber hinaus garantiert Mersen die Anwendung der REACH Vorschrift der Europäischen Union (Registrierung, Auswertung, Autorisierung und Beschränkung chemischer Substanzen) an allen europäischen Unternehmensstandorten. Es ist unser Bestreben, unsere Produkte ständig weiter zu entwickeln. Aus diesem Grund behält sich Mersen das Recht vor, die in dieser Dokumentation angegebenen Technologie- und Produktspezifikationen jederzeit zu verändern.

8 Holytown, Schottland UK Chongqing, China St-Marys, USA Gennevilliers, Frankreich Hauptproduktionsstandorte Produktions- oder Vertriebsniederlassung WELTWEITER EXPERTE für Materialien und Lösungen in Hochtemperaturprozessen GLOBAL PLAYER Als weltweiter Spezialist für Werkstoffe und Ausrüstungen für extreme Umgebungsbedingungen sowie für die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Elektroausrüstungen entwickelt Mersen innovative, optimal auf die Anforderungen unserer Kunden zugeschnittene Lösungen. Wir helfen ihnen damit, die industrielle Leistung ihrer Produkte und Dienstleistungen in Wachstumssektoren wie Energie, Transport, Elektronik, Chemie- und Pharmaindustrie sowie der Verfahrenstechnik zu optimieren. Ansprechpartner Deutschland und Österreich: MERSEN Deutschland Suhl GmbH Dröhbergstrasse 1 D Suhl Tel.: +49(0) Fax: +49(0) Ansprechpartner für Europa MERSEN Frankreich Gennevilliers 41 rue Jean Jaurès - BP 148 F GENNEVILLIERS CEDEX Frankreich Tel.: +33 (0) Fax: +33 (0) MERSEN Schottland Holytown Ltd. 11 woodside, Eurocentral, Holytown, ML1 4XL, UNITED KINGDOM Tel.: Fax: HT29 DE calcarb@mersen.com