Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Keramikberstsicherung.

Berstsicherungen werden in der Apparatetechnik gegen Überdruck bzw. Unterdruck eingesetzt. Damit soll zuverlässig verhindert werden, dass nicht erwünschte Druckniveaus in Apparaten unter- oder überschritten werden, indem die zentrale Berstscheibe als Einmal-Membran als eine Art„Opfermaterial" zerbirst. Die Membran ist in der Regel eine dünne Metallfolie, bestehend aus Stahl, Edelstahl oder Graphit; es können auch andere Materialien verwendet werden, um die Berstscheibe an eine bestimmte Anwendung anzupassen.

Berstsicherungen bieten eine schnelle Reaktion auf eine Veränderung des System- Druckes. Ist die Membran einmal zerstört, kann diese nicht wieder geschlossen werden.

Diese Sicherungskomponenten unterliegen strengen Baumusterprüfungen. Die Komponenten müssen daher besonders sorgfältig hergestellt werden und auch während des Einsatzes ihre ursprünglichen Eigenschaften beibehalten.

Bei korrosiven Anwendungen, insbesondere oxidierenden Anwendungen müssen Berstsicherungen besonders robust ausgeführt werden, um den Sicherheitsansprüchen gerecht zu werden.

Berstsicherungen werden standardmäßig aus mit Harz imprägniertem Feinkorngraphit hergestellt. Diese Harzimprägnierung, die den herstellungsbedingt porösen Graphit gasdicht macht, ist im Regelfall gegen Säurekorrosion beständig.

Berstsicherungen aus Kohlenstoff oder Graphit weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Die herstellungsbedingt porösen Graphitkörper werden zur Abdichtung mit Kunstharzen, wie Phenol-, Formaldehydharzen oder Furanharzen imprägniert und die Zersetzungstemperaturen der Imprägnierharze bestimmen die maximal erreichbare Einsatztemperatur.

Ein weiterer Nachteil von kunstharzimprägnierten Berstsicherungen besteht darin, dass die Festigkeit mit zunehmender Temperatur beträchtlich abnimmt, bei einer Temperatursteigerung von 0 bis 150 °C im Durchschnitt um ca. 20%. Temperaturen oberhalb 20 °C führen bereits zu einem Festigkeitsabfall, der bei Graphitwerkstoffen für den Bau von Druckgeräten berücksichtigt werden muss.

Der Betreiber von mit Berstsicherungen aus imprägniertem Graphit ausgestatteten Behältern ist so gezwungen, für jede Betriebstemperatur besondere Berstsicherungen bereitzuhalten.

Für Hochtemperaturanwendungen und stark korrosive Anwendungen sind somit unzureichende Lösungen aus imprägniertem Graphit erhältlich, die zudem nur bis maximal 200 °C anwendbar sind. Je nach Einsatzmedium kann die maximale Einsatztemperatur stark vermindert sein. Metallische Werkstoffe sind bei Hochtemperaturanwendungen nur unzureichend einsetzbar, da Metalle bei Temperatursteigerungen ihre Festigkeit verlieren.

Gegen extrem starke Lösungsmittel oder oxidierende Medien wie beispielsweise Sulfit, heißen Sauerstoff (T<300 °C) oder weitere oxidierend wirkende Medien ist harzimprägnierter Graphit nicht beständig.

Graphit ist ein Werkstoff, der bei einer Temperaturerhöhung seine Festigkeit nicht verliert. In Bezug auf Festigkeitsverluste stellt bei höheren Temperaturen die Imprägnierung ein besonderes Problem dar, da das Harz und/oder die Graphitstruktur oxi- dativ angegriffen werden. Es sind also oxidationsbeständige Beschichtungen erforderlich, die wirksam gegen einen oxidativen Angriff schützen.

Es ist bekannt, Graphitscheiben für Berstsicherungen mit einer Schicht aus Pyro- kohlenstoff zu überziehen. Pyrokohlenstoff ist gasundurchlässig, temperaturbestän- dig und die Festigkeit ist bis zu Temperaturen von etwa 1000 °C praktisch unabhängig von der Temperatur.

Die Abscheidung von Pyrokohlenstoff beschränkt sich jedoch nicht auf die Oberfläche der Graphitscheibe, ein Teil des Kohlenstoffs wird vielmehr im Innern der Scheibe an den Porenwandungen abgelagert. Der Umfang derartiger die Festigkeit der Graphitscheibe beeinflussender Ablagerungen wird durch vor allem durch die Porenstruktur des Graphits sowie durch die Reaktionsbedingungen bestimmt. Diese Faktoren weisen in diesem Fall eine größere Schwankungsbreite auf, variiert wird auch die Bruchfestigkeit von mit Pyrokohlenstoff beschichteten Graphitscheiben beträchtlich, wodurch vor allem die Berechnung des jeweiligen Berstdrucks unmöglich wird.

Es ist weiter bekannt, aus Graphitscheiben bestehende Berstsicherungen mit einer Glaskohlenschicht zu überziehen. Glaskohlenschichten werden dadurch hergestellt, dass flüssige Kunstharze, z.B. Phenol-, Formaldehydharz, auf Graphitscheiben aufgetragen und in situ ausgehärtet und karbonisiert werden. Die flüssigen Harze dringen ebenfalls zum Teil in das Porensystem des Graphits ein und erhöhen dessen Festigkeit in einem nicht berechenbaren Ausmaß.

Wesentliche Nachteile von Berstsicherungen aus Metallen sind oftmals nicht befriedigende Beständigkeit gegen korrodierende Medien und vor allem bei einer erhöhten Temperatur die Verformung der folienartigen Berstscheibe.

Es muss also ein Werkstoff gefunden werden, der in extremer Atmosphäre beständig ist und auch bei einer Temperaturerhöhung seine Festigkeit beibehält.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten Berstsicherungen zu vermeiden, die Streuung der effektiven Berstdrücke zu verkleinern und Berstsicherungen mit großer, temperaturunabhängiger Berstgenauigkeit zu generieren. Gelöst wird dieses Problem erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , dass es sogar überraschend ermöglicht, Hochtemperaturanwendungen mittels Berstsicherungen zuverlässig abzusichern. Durch die Oberflächenreaktion eines Abschnitts der porösen nicht imprägnierten Berstsicherung mit Siliziumkarbid oder siliziuminfiltriertem Siliziumkarbid entsteht ein fester Materialverbund, der bei höheren Temperaturen beständig ist.

Besonders bevorzugt ist die Berstsicherung gasundurchlässig.

In einer bevorzugten Variante kann vor dem Aufbringen der Schicht aus Siliziumkarbid oder siliziuminfiltriertem Siliziumkarbid Silizium auf der Oberfläche der Berstscheibe abgeschieden werden. Irgendein Siliziumüberschuss auf der Oberfläche kann durch Verwendung von Säuren wie beispielsweise verdampftem Chlorwasserstoff bei Temperaturen zwischen 1200 und 1400 °C entfernt werden. Das HCl reagiert mit dem Silizium unter Bildung eines Silans, reagiert jedoch mit dem Siliziumkarbid nicht.

Vorzugsweise besteht die Berstsicherung aus Graphit. Besonders geeignet sind alle Graphitkörper, die durch Verfahren wie Strangziehen, Trockenpressen oder isostatisches Pressen erhältlich sind.

Bevorzugt wird eine Berstsicherung aus Graphit oder aus Ruß und Graphit mit Schlicker überzogen, wobei der Schlicker feinverteiltes Siliziumkarbid, feinverteilten Kohlenstoff und Bindemittel enthält. Vorzugsweise wird der Schlicker eingetrocknet, das Bindemittel durch Erhitzen zerstört und der Überzug mit den Kohlenstoff körpern durch Kontakt mit flüssigem Silizium siliziert.

Durch die Dicke und die Zusammensetzung der Schlickerschicht lassen sich die physikalischen Eigenschaften der Verbundkörper variieren.

Ferner bevorzugt ist es, dass eine Berstsicherung aus Graphit oder aus Ruß und Graphit mit einer CVD-Beschichtung aus Siliziumkarbid versehen wird. Vorzugsweise wird die Berstsicherung vor oder nach der Beschichtung maschinell zu der gewünschten Größe oder Form verarbeitet.

Bevorzugt wird das Siliziumkarbid durch Reduktion einer Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Gasmischung gebildet. Das Silizium wird vorzugsweise durch Reduktion von halogenierten Silanen gebildet.

Bevorzugt ist die Beschichtung dicht gegen chemische Angriffe (z.B. besonders bevorzugt oxidative Agentien) und Erosion.

Da der Entlastungsraum von Berstsicherungen aus Graphit im Regelfall eine natürliche Umgebung ist, z.B. die Atmosphäre, ist es nicht zwingend erforderlich beide Seiten der Berstscheibe mit SiC zu beschichten.

Durch die Beschichtung mindestens einer Oberfläche einer porösen nicht imprägnierten Berstsicherung wird bereits überraschend ein hoher Sicherheitszuwachs erreicht, da nun von dieser Seite beobachtet werden kann, ob die dem extrem korrosiven Medium zugewandte Seite korrodiert. Dies kann rein visuell, durch Inspektion erfolgen, oder aber durch einfache, elektronische Einrichtungen. Solche Einrichtungen sind z.B. Leitfähigkeitsmessgeräte oder dünne Drähte, welche bei Drahtbruch ein Signal zur Sicherheitssteuerung aussenden, worauf die Anlage in einen sichern Modus gefahren werden kann. Solche Signaleinrichtungen müssen dann lediglich durch Beschichtungen, z.B. aus PFA oder aufgedampften Metallen, gegen Korrosion aus der Atmosphäre gesichert werden. Überraschend sind so bevorzugte

Einsatztemperaturen von 300°C-1200°C in beispielsweise extrem korrosiven Medien zu verwirklichen.

Ungeachtet dessen, ob Signaleinrichtungen verwendet bzw. geschützt werden müssen, ist es bevorzugt auch Kunststoffe wie Cyanatester, Kunstharze, wie z.B. Phenolharze, oder auch Beschichtungen aus der Familie der Polysilazane zu verwenden, um den Graphit gegen Luft-Atmosphäre zu schützen. In einer bevorzugten Variante muss eine Berstsicherung gegen Überdruck bis ca. 1 bar(ü) auch gegen Vakuum abgesichert werden. Es handelt sich um sogenannte Vakuumberstscheiben, die mit Vakuumstützen versehen sind. Diese Vakuumstützen werden vorzugsweise nach Figur 1 ausgeführt. Hier werden zwei Stützbalken aus SiC oder aus mit SiC beschichteten Graphit auf die Berstscheibe mit SiC-Kleber aufgeklebt und dann aufgesintert.

Die fast identische Kontur kann jedoch besonders bevorzugt auch in den Graphit sofort eingefräst werden. Ein solcher Verbund ist ungleich stabiler und ist nach der Be- schichtung mit Siliziumkarbid dann einsatzbereit.

Vorzugsweise können alle Beschichtungen bzw. Infiltrierungen auch mit dem sog. LPI-Verfahren erfolgen. Besonders bevorzugt kann ferner das sog. CVI-Verfahren zur Beschichtung und Oberflächeninfiltration des Graphits mit SiC Verwendung finden.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Berstsicherung, bei der mindestens eine Oberfläche eines porösen nicht imprägnierten Abschnitts der Berstsicherung mit einer Druckoberfläche und einer dieser gegenüberliegend angeordneten Oberfläche mit Siliziumkarbid oder siliziuminfiltriertem Siliziumkarbid beschichtet ist.

Besonders bevorzugt ist in Berstsicherung eine Vakuumstütze eingefräst und/oder ein Signaldraht eingelassen.