CH475163A - Verfahren zur Herstellung von hexagonalem Bornitrid - Google Patents

Description

  Verfahren     zur        Herstellung    von     hexagonalem        Bornitrid       Die Erfindung     betrifft        ein    Verfahren zur Herstel  lung von     hexagonalem        Bornitrid    aus sauerstoffhaltigen       Borverbindungen    und organischen Stickstoffverbindun  gen bei Temperaturen bis 2100  C in einer     Inertgas-          atmosphäre.        Bornitrid    ist eine schwer     schmelzbare    feu  erfeste Masse mit besonderen     elektrischen    Eigenschaf  ten und  <RTI  

   ID="0001.0015">   Schmiereigenschaften,    für welche die Industrie  wachsendes Interesse zeigt.  



  Es ist bekannt,     Bornitrid    durch Umsatz von sauer  stoffhaltigen     Borverbindungen    mit     organischen        Stick-          stoffverbindungen,    wie     Melamin,    Harnstoff,     Dicyandia-          mid    usw. herzustellen. Das dabei anfallende     Bornitrid     ist röntgenamorph und instabil, und daher für viele  Anwendungszwecke, wie feuerfeste     Materialien    oder       Schmiermittel,    nicht geeignet. Dieses Material muss  dann in einer weiteren Stufe in die stabile Modifika  tion     übergeführt    werden.  



  Der     Erfindung    liegt die Aufgabe zugrunde, stabiles       Bornitrid    mit gut ausgebildeter Kristallstruktur auf       technisch        einfache    Weise in einem Arbeitsgang herzu  stellen.  



  Diese Aufgabe wird     erfindungsgemäss    dadurch ge  löst, dass die sauerstoffhaltige     Borverbindung    mit ei  ner organischen,     stickstoffhaltigen    Verbindung ver  mischt, die Mischung bei 110 bis 350  C getrocknet,  anschliessend unter Zusatz von kleinen Mengen     Erd-          alkalinitrid    als Katalysator     vermahlen    und unter einem  Mindestdruck von 100     kg/cm2    zu     Formlingen        ver-          presst    wird, diese Formlinge in einem     Inertgasstrom    auf  1600 bis 2100  C aufgeheizt werden,

   die     Endtempera-          tur    während 5 bis 90 Minuten beibehalten wird, an  schliessend nach Erkalten die Formlinge zerkleinert wer  den, worauf mit Wasser gewaschen und     schliesslich     das nach dem Waschen     abfiltrierte        Bornitrid    getrock  net wird.    Als sauerstoffhaltige     Borverbindungen        kommen     Borsäure,     Boroxyd    und     boroxydabstaltende    Verbindun  gen in Frage. Vorzugsweise kommt Borsäure     (H3B03)     zur Anwendung.  



  Von den organischen stickstoffhaltigen Verbindun  gen können beispielsweise     Melamin,    Harnstoff,     Dicyan-          diamid    für das     Verfahren    verwendet werden.  



  Die Ausgangsstoffe werden vorzugsweise     im    Ver  hältnis von 1     Mol,    berechnet auf     B203    zu 2 bis 6,  vorzugsweise 4 bis 5     Granunatomen    Stickstoff der ein  gesetzten organischen stickstoffhaltigen Verbindung  trocken     vermischt.     



  Die Ausgangsstoffe werden vorzugsweise in pulvri  ger Form angewendet, wobei die Korngrösse nicht kri  tisch ist.  



  Anschliessend wird die     Mischung    bei Temperaturen  von 110 bis 350  C, vorzugsweise bei 150 bis 250  C,  getrocknet. Bei der Trocknung treten geringe Stick  stoffverluste auf.  



  Die Trocknung kann in Luft oder     in    einer Stick  stoff- oder     Ammoniakatmosphäre    durchgeführt werden.  Die     Trocknungszeit    hängt von der     Trocknungstempe-          ratur    ab und davon, ob in stehender Atmosphäre oder  mit Luft- bzw. Gasumwälzung gearbeitet wird.     Im     letzteren Fall wird die Zeit wesentlich abgekürzt.     In     ruhender Atmosphäre genügen bei einer Temperatur von  2l0  C etwa 4 Stunden, bei 150  C etwa 10 Stunden.  



  Das so getrocknete Gut wird nun gemahlen, wo  bei die üblichen Mühlen, wie z. B.     Walzenmühlen,          Schlagkreuzmühlen,    Rollteller, zur Anwendung kom  men können. Es hat sich als zweckmässig erwiesen,  dem Gut schon vor dem Mahlen die     Erdalkalinitride,     vorzugsweise     Calcium-    oder     Magnesiumnitrid,    als Ka  talysator zuzusetzen. Durch diese Massnahme wird eine  homogene Verteilung des Katalysators in Gemisch ge  währleistet. Die Menge des Katalysators liegt zweck-      mässig zwischen 0,2 bis 10 Gewichtsprozenten zur     An-          wenuung.     



  Es     nat    sich als günstig erwiesen, bis zu     einer        Korn-          feinheit    von     weniger        ais        u,z        mm    zu     mahlen.     



  Das gemahlene Gut     wird    nun unter     einem        Diuck     von     mmuestens    100     kgicmi-,        vorzugsweise    über 900       kg,cm=,    zu     1@ormhngen        gepresst.    je hoher     uer        ange-          wenaete        DrucK,

      um so     ocsber    und grösser ist die     Ivi-          stanaustunaung    des     Endproauktes.        vür    die     Dimensio-          nierung    der     lrormlinge        ist        aarauf    zu     achcen,        aass    bei  sehr grossen     Korpern        eine        längere        XeaKCionszelt        benö-          tigt        wird,

      um eine     DruckreaxLion    zu     erreichen.    Sehr       gunstig    haben sich     Eormlorper        mit    Durchmessern von  tu bis     zo        mm    erwiesen.  



  Die Formkörper werden auf 1600 bis     2100     C,       vorzugsweise    auf 1700     bis    2000 C,     aufgeheizt    und bei  dieser Temperatur einige Zeit belassen. Die     Aurheiz-          geschwinaigKeit    kann etwa bei 10 bis 15     Minuten    lie  gen. Längere     Auiheizzeiten    stören das Verfahren nicht,  sind aber nicht     vonnöten.    Beim     Auiheizen        findet        eine          Vorreaktion    statt.

   Die     lsildung    des     kristallisierten        ilor-          nitrids        findet        dann    bei den Reaktionstemperaturen  statt. Die Zeit, in welcher die     %ormlinge    auf Reak  tionstemperatur zu     halten    sind,     liegt    bei S bis 90 Minu  ten. Je höher die gewählte     Reaktionstemperatur,    desto  kürzere Zeiten sind notwendig. Bei niedrigen Tempe  raturen, z.

   B.     1600"'    C, wird der     Formüng        zweckmäs-          sig    60 bis 90 Minuten lang auf Temperaturen gehal  ten:     bei.    hohen Temperaturen, z. B.<B>1900</B> bis 2000  C,  genügen 5 bis 10 Minuten.  



  Die Erhitzung wird in einem     inertgasstrom,    z. B.  aus N, Ar usw., und zwar vorzugsweise     in    schwach  strömendem     Inertgas,    bevorzugt Stickstoff, durchge  führt. Durch diese Massnahme werden die bei der Reak  tion frei werdenden Gas und Dämpfe, wie Wasser  dampf,     CO2,    Ammoniak, sowie bei der Reaktions  temperatur     flüchtige    Substanzen aus dem Reaktions  raum abgeführt.  



  Bei     kontinuierlicher    Durchführung des     Verfahrens,     z. B. in einem Schrägrohr- oder     Schrägschachtofen,    ist  daher Sorge zu tragen, dass die     Temperaturcharakteri-          stik,    d. h.     die        Autheizgeschwindigkeit    bzw.     Verweilzeit     in den geforderten     Grenzen    bleibt.  



       Ganz    allgemein kann gesagt werden, dass beim  Verfahren der Erfindung Pressdruck, Reaktionstempe  ratur und     Verweilzeit    bei Reaktionstemperatur unter  einander abhängige Faktoren darstellen. So kann bei  hohem Pressdruck und hoher Reaktionstemperatur eine  kurze     Verweilzeit,    bei hohem Pressdruck und niederer  Reaktionstemperatur eine lange     Verweilzeit    und bei  niederem Pressdruck und hoher Reaktionstemperatur  eine lange     Verweilzeit    benötigt werden. Wird z.

   B. kein  Pressdruck angewendet, so entsteht wohl hochprozenti  ges, aber röntgenamorphes     Bornitrid.    Als niederer  Pressdruck kann ein solcher von 100 bis 500     kg/cm@,     und als hoher Pressdruck kann ein solcher über 500       kg/cm2    verwendet werden. Als hohe Temperaturen  können solche von über 1700  C     verwendet    werden.  Als kurze     Verweilzeiten    können solche von 5 bis 10  Minuten und als lange     Verweilzeiten    solche bis zu 90  Minuten dienen.  



  Nach der Reaktion kommen die Presslinge aus dem  Ofen, werden abgekühlt, zerkleinert und das gemahle  ne Produkt mit Wasser, vorzugsweise bei einer Tem-         peratur    von 90 bis 95  C gewaschen. Diese wird vor  teilhaft unter     Rühren    30 bis 60     Minuten    lang durch  geführt. Die entstehende     Aufschlämmung    wird     filtriert     und das     abriltrierte        Bornitrid    bei 100 bis     105     C ge  trocknet.

   Gegebenenfalls     schliesst    sich eine     nochmalige          Zerkleinerung        an.    Der Gewichtsverlust bei der Wasser  behandlung beträgt etwa 1,5 bis 2 Gewichtsprozente.  



  Das nach dem Verfahren der     Erfindung    hergestellte       Bornitrid    stellt nach     röntgenografischer        Bestimmung          ein    sehr gut     kristallisiertes        hexagonales        Bornitrid    dar.  <I>Beispiel</I>  495 g Borsäure     (HsBOs)    und 336 g     Dicyandiamid     wurden als Pulver     miteinander    trocken gemischt und  in     einer    Porzellanschale im     Trockenschrank    5 Stunden       lang    bei einer Temperatur von 190  C getrocknet.

         Durch        Wägung        wurde        ein        Gewichtsverlust        von        24,4        %     festgestellt. Die     Mischung    war zu einem porösen Ku  chen gesintert. Der Gewichtsverlust     wurde    durch Ab  spaltung von     Wasser    aus der Borsäure     (H3BOs)    und       Umwandlung    zu     HBOz        (Metaborsäure)    verursacht.  



  Die     zusammengebackene        Mischung        wurde    grob       zerkleinert    und nach     dein    Beimischen von 0,5<B>%</B>     Cal-          ciumnitrid        (CäsN2)    in     einer        Laborschwingmühle    auf       eine        Feinheit    0,2     mm        vermahlen.    Von dieser Mischung  wurden 259 g ohne     zusätzliches    Bindemittel zu     Form-          lingen    von 100 mm Länge,

   12     mm    Breite und 8 bis  12     mm    Dicke     verpresst.    Der     angewandte    Pressdruck  betrug<B>1000</B>     kg/cm0.    Die     Formlinge    wurden     in    Stick  stoffstrom innerhalb 60 Minuten auf 1850  C aufge  heizt und 20     Minuten    lang auf dieser Temperatur ge  halten. Nach dem Abkühlen wurden 66,7 g     Bornitrid     ausgewogen. Die Farbe der reagierten     Formlinge    war  weiss bis schwach     grünlich-weiss.    Der     Stickstoffgehalt     betrug 55;8 %.

   Die     Formlinge    wurden zerkleinert und  das feingemahlene     Bornitrid    mit Wasser von 90  C  gewaschen. Dabei wurde ein Gewichtsverlust von 0,4 %  ermittelt. Die     röntgendiffraktometrische    Untersuchung  ergab sehr gut     kristallisiertes        hexagonales        reines    Bor  nitrid. Die Ausbeute, bezogen auf die     eingesetzte    Bor  säure, betrug 85,3 %.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von hexagonalem Bor nitrid aus sauerstoffhaltigen Borverbindungen und or ganischen, stickstoffhaltigen Verbindungen bei Tempe raturen bis 2l00 C in einer Inertgasatmosphäre, da durch gekennzeichnet, dass die sauerstoffhaltige Bor verbindung mit einer organischen, stickstoffhaltigen Verbindung vermischt, die Mischung bei<B>110</B> bis 350 C getrocknet,

   anschliessend unter Zusatz von kleinen Mengen Erdalkalinitrid als Katalysator vermahlen und unter einem Mindestdruck von 100 kg/cm= zu Form- lingen verpresst wird, diese Formlinge in einem Inert- gasstrom auf 1600 bis 2100 C aufgeheizt werden, die Endtemperatur während 5 bis 90 Minuten beibehalten wird, anschliessend nach Erkalten die Formlinge zer kleinert werden,

   worauf mit Wasser gewaschen und schliesslich das nach dem Waschen abfiltrierte Borni- trid getrocknet wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass als Borverbindung Borsäure verwen det wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als organi sche stickstoffhaltige Verbindung Dicyandiamid ver wendet wird. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteran- sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass so viel organische Stickstoffverbindung verwendet wird, dass 2 bis 6 Grammatome Stickstoff pro Mol B203 angewendet werden. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei 150 bis 250 C getrocknet wird. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteran- sprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Erdalkalinitrid Calcium- oder Magnesiumnitrid in Men gen von 0,2 bis 10 Gewichtsprozenten verwendet wird. 6. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran spruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass 0,5 bis 2 Ge wichtsprozente Calcium- oder Magnesiumnitrid verwen det werden. 7. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran sprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass unter einem Pressdruck über 500 kg/cm2 gepresst wird. B.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteran sprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Inertgas Stickstoff verwendet wird. Anmerkung <B>des</B> Eidg. Amtes <B>für</B> geistiges <B>Eigentum:</B> Sollten Teile der Beschreibung mit der im Patentanspruch gegebenen Definition der Erfindung nicht in Einklang stehen, so sei daran erinnert, dass gemäss Art. 51 des Patent gesetzes der Patentanspruch für den sachlichen Geltungs bereich des Patentes massgebend ist.