Verfahren zur Herstellung harter Stoffe hoher Festigkeit. Bei den bekannten Verfahren zum Her stellen harter Stoffe, bestehend aus Karbiden oder Nitriden schwer schmelzbarer Metalle oder Metalloide unter Verschmelzung der Bestandteile im elektrischen Ofen, zum Bei spiel dem elektrischen Kohlerohrwiderstand@s- ofen, wurden keine mechanisch festen, son dern nur mehr oder weniger bröckelnde oder spröde Produkte mit eng beschränktem An wendungsgebiet erzielt.
Erst .durch besondere Vorkehrungen, wie vorheriges Pressen der Ausgangsmaterialien und rasches Nieder schmelzen wurden etwas beständigere feste Produkte ausgebracht. Es war hierbei je doch auch nötig, dafür Sorge zu tragen, class nur eine kleine Berührungsfläche zwi schen Kohlenegel oder Kohlerohr und dem Pressling vorhanden war, um eine zu grosse Kohlenstoffaufnahme zu verhindern.
Nach dem Niederschmelzen musste zu dem das Schmelzgut sofort in eine meist ausserhalb des Ofens angebrachte Kohleform eingefüllt werden, um ein feines kristallines Gefüge zu erhalten. Auch wurde vorgeschla gen, ein mechanisch festeres Gefüge :dadurch zu erzielen, dass nach eingetretener Schmel zung durch besondere Vorkehrungen eine äusserst schnelle Abkühlung in ganz wenigen Sekunden herbeigeführt wird. Bereits eine Abkühlung auf Rotglut bei einer Dauer von mehr als 2@0 Sekunden ergab als Produkt eine grobkristalline, mürbe bröckelnde Masse.
Diese Nachteile werden nach der Erfin dung vermieden und Stoffe von .grosser Härte, hoher Festigkeit und Zähigkeit erzielt.
Gemäss dem vorliegenden Verfahren wer den hochschmelzende Stoffe, wie z. B. Kar- bide, Nitride, .Silicide, Boride von Metallen und Metalloiden, z.
B. von Wolfram, Molyb- dän, Titan, Vanadin, Zirkon, Cer, Silizium, Aluminium, Beryllium, Chrom, Bor und dergl., unmittelbar durch den elektrischen Lichtbogen über ihren Schmelzpunkt hinaus auf Temperaturen über 3000 C, zweck mässig auf 3400 bis<B>3,600'</B> C und darüber, in Gegenwart von atomarem Wasserstoff er- hitzt,
der durch die mindestens teilweise Aufspaltung von zugeführtem normalen Wasserstoff unter .der Einwirkung des Licht- Bogens und bei Anwendung von Elektroden aus einem hochschmelzenden Metall gebildet wird. Die Schmelzung kann in beliebigen Schmelzformen oder -schalen, z. B. aus Kohle, Graphit oder einem andern hitzebeständigen Material erfolgen und die Schmelzmasse nach der Schmelzung ohne weitere Vorkehrungen der natürlichen Abkühlung überlassen wer den.
Hierdurch entstehen harte, zähe und feste Stoffe, die sich insbesondere zum Besetzen von Bohrmeisseln, Gesteinssägen, Bohrspitzen und dergl. eignen und einen hohen Wider stand gegen mechanische Abnutzung,' Ero- sin und Korrosion zeigen.
Das Verfahren wird meist so ausge führt, dass man von bereits vorhandenen hochschmelzenden Soffen. ausgeht. Man kann aber auch im Anschluss an die Bil dung von Karbiden, Siliziden, Nitriden, Bori- den usw. aus den hierfür notwendigen Ele menten die entstandenen hochschmelzenden Stoffe der erfindungsgemässen Behandlung unmittelbar unterwerfen.
Es ist weiter .die überraschende und nicht zu erwartende Tatsache festgestellt worden, dass eine bessere Wirkung und gegebenen falls eine grössere Härte erzielt werden kann, wenn den Ausgangsmateri alien in Mengen von wenigen Prozenten, vorzugsweise bis 5 %, sauerstoffhaltige Verbindungen, vorzugsweise Oxyde oder Karbonate leichter schmelzender Metalle zugemischt werden, wie beispiels- weise die Oxyde oder Karbonate des Kobalts, Nickels, Eisens, Kupfers,
Mangans oder Sil bers und ein Reduktionsmittel, wie beispiels weise Kohlenstoff, in einer zur Reduktion gerade ausreichenden Menge hinzugefügt wird. Vermutlich wirkt .das durch Reduk tion in statu nascendi aus seinem Oxyd oder Karbonat austretende Metall katalytisch auf die Strukturbildung des zu .gewinnenden Hartstoffes ein.
Die fördernde Wirkung auf die Herstellung des Hartstoffes ist umso überraschender, als ,das Metall beiden hohen Schmelztemperaturen der Karbide, Nitride. Silicide, Boride und andern hochschmelzen den Verbindungen der genannten Metalle oder Metalloide verdampft und sieh in dem fer tigen Hartstoff kaum mehr vorfindet.
Auch in diesem Falle sind die einleitend benannten, bereits bekannten Vorkehrungen nicht erforderlich, vielmehr sind die in den folgenden Ausführungsbeispielen angege benen Massnahmen ausreichend. Auch kann bei der Herstellung des Hartstoffes von in jeder Form vorliegendem Ausgangsmaterial ausgegangen und .das Ausgangsmaterial in Kohle- oder Graphittiegel oder -schalen be liebig schnell bis auf eine die Schmelztem peratur weit übersteigende Temperatur er hitzt werden, worauf man :das Schmelz produkt in den Schmelzformen oder -tiegeln auskühlen lassen kann.
Die praktische Aus führung hat ergeben, :dass vermutlich infolge der hohen Schmelztemperatur eine nennens werte Kohlenstoffaufnahme aus der Tiegel wandung usw. in das Schmelzgut nicht auf tritt.
Die Bildung .des atomaren Wasserstoffes wird indem für die Schmelzung verwendeten Lichtbogen durch Zufuhr normalen Wasser stoffes hervorgerufen. Die gänzliche oder teilweise Aufspaltung des Wasserstoffes in seine Atome findet unter Verwendung von Elektroden, die aus Wolfram, Molybdän oder einem diesen äquivalenten Metall be stehen können, im Liehtbo:gen selbst statt.
Nachfolgend sind zwei Ausführungsbei spiele angefügt, bei denen einmal mit und einmal ohne Zugabe von Metalloxyden ge arbeitet wird.
Beispiel <I>1:</I> Wolframkarbid wird in einer hitzebestän digen offenen Form oder Schale unter den unmittelbaren Einwirkungen des elektrischen Lichtbogens auf etwa 3450' C, in Gegen wart von atomarem Wasserstoff, erhitzt.
Die Elektroden bestehen aus Molybdän. Unter der Wirkung des Lichtbogens wird :der zu geleitete normale Wasserstoff zum Teil in seine Atome aufgespalten, so dass über der Schmelze sieh eine Hülle atomaren Wasser- stoffes befindet. Nach dieser Behandlung wird der so gebildete Hartstoff erkalten ge lassen und zu geeigneten Stücken zerschla gen. Diese Stücke können zum Besetzen von Bohrmeisseln oder überhaupt zur Bearbeitung harter Stoffe dienender Werkzeuge verwen det werden.
<I>Beispiel 2:</I> Dem im Beispiel 1 genannten Wolfram karbid wurde eine Menge von 1,5 % Kobalt oxyd mit der zur Reduktion erforderlichen Menge Kohlenstoff beigefügt. Im übrigen wurde die Behandlung des Beispiels 1 wie derholt. Es ergibt sich ein noch härterer, zäherer und festerer Stoff, der zum Beispiel für die Besetzung von Bohrspitzen zur Be arbeitung härtester Gesteine geeignet ist.
Wenn in den Beispielen die Behandlung von Wolframkarbid erläutert wurde, so gilt diese Arbeitsweise in gleicher oder ähnlicher Weise für alle andern, für Hartstoffe ver wendbaren Nitride, Silicide, Boride oder Karbide des Molybdäns, Titans, Vanadins, Zirkons, Cers" Siliziums, Bors, Aluminiums, Berylliums, Chroms, Wolframs und dergl.
Es können auch Oxyde oder Karbonate von Kobalt, Nickel, Eisen, Kupfer, Mangan oder Silber vor oder während der Schmelzuug des Hartstoffes zugefügt werden. Diese Zusätze verdampfen nach der Reduktion zum grössten Teil bei der hohen Schmelztemperatur.