Calcarb - Mersen

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

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 -
3000°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
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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 18-2000 oder 25-2000 - Modulationsmöglichkeit zwischen
Isolierwirkung und Gaspermeabilität
1,0
Wärmeleitfähigkeit (W/m K)
0,8
0,6
0,4
0,2
CALCARB ®
CBCF 18-2000
(Dichte = 0,18 g/cm³)
Unter Stickstoffatmosphäre
Testmethode ASTM C 177
Thermal conductivity (W/m°C)
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0,0
0
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Temperatur ºC
0.0
0 200 400 60
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.
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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.
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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 1.100 bis 1.400 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
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HAUPTMATERIALEIGENSCHAFTEN
Physikalische Eigenschaften
Typ
Dichte g/cm³
Druckfestigkeit MPa,
Parallel zur Faserrichtung (xy)
Senkrecht zur Faser (z)
Biegefestigkeit MPa
Parallel zur Faserrichtung (xy)
Senkrecht zur Faser (z)
Wärmeausdehnungs- koeffizient
25 bis 1000ºC
1000 bis 2000ºC
Spezifische Oberfläche m² g -1
Spezifischer elektrischer
Widerstand Ωm
Parallel zur Faserrichtung (xy)
Senkrecht zur Faser (z)
Wärmeleitfähigkeit
500°C
1000°C
2000°C
VF Blockmaterial
& Zylinder
CBCF 14VF-2000
Zylinder 0,14 ± 0,03
Block 0,14 ± 0,03
1,09
0,23
1,65
0,20
2,9 ± 0,2 x 10 -6
2,2 ± 0,2 x 10 -6
22
12,5x10 -4
52,1x10 -4 Standarddichte
Block
CBCF 18-2000
0,18 ± 0,03
1,10
0,76
1,03
0,15
3,0 ± 0,3 x 10 -6
2,6 ± 0,3 x 10 -6
18
11,0x10 -4
40,7x10 -4 Standarddichte
Zylinder
CBCF 15-2000
0,15 ± 0,03
0,80
0,20
1,50
0,20
3,0 ± 0,3 x 10 -6
2,6 ± 0,3 x 10 -6
20
25,0x10 -4
74,0x10 -4
Dichtes Material
Block & Zylinder
CBCF 25-2000
0,25 ± 0,04
2,10
1,07
2,70
0,62
3,0 ± 0,3 x 10 -6
2,6 ± 0,3 x 10 -6
11
5,90x10 -4
15,93x10 -4
Blockmaterial Board mit
sehr thickness hoher Dichte
HD
> 0,30
3,20
2,30
2,32
1,45
3,0 ± 0,3 x 10 -6
2,6 ± 0,3 x 10 -6
17
12,0x10 -4
4,0x10 -4
Vak N2 Ar
0,06 0,11 0,08
0,16 0,28 0,21
0,62 0,97 0,76
Vak N2 Ar
0,26 0,48 0,36
0,41 0,72 0,54
1,00 1,47 1,16
Vak N2 Ar
0,18 0,35 0,26
0,31 0,54 0,40
0,83 1,24 0,98
Vak N2 Ar
0,39 0,70 0,55
0,57 1,01 0,75
1,22 1,79 1,38
Vak N2 Ar
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 18-2000 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
0,20
0,20
Heizplatte
weniger als 1mBar N2
0,00
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Temperatur ºC
0,00
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
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.
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MessunG Des
VerunreINIGunGSGraDes
UNSERE METHODE ETV-ICP-OES
Gase:
Argon
und
Freon
F 2
2800°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

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-98527 Suhl
Tel.: +49(0)3681 35320-0
Fax: +49(0)3681 3532-29
Ansprechpartner für Europa
MERSEN Frankreich Gennevilliers
41 rue Jean Jaurès - BP 148
F-92231 GENNEVILLIERS CEDEX
Frankreich
Tel.: +33 (0)1 41 85 43 00
Fax: +33 (0)1 41 85 45 11
MERSEN Schottland
Holytown Ltd.
11 woodside, Eurocentral, Holytown,
ML1 4XL, UNITED KINGDOM
Tel.: +44 1698 838710
Fax: +44 1698 838711
HT29 DE 2140
E-mail : calcarb@mersen.com
www.mersen.com