DE456921C

DE456921C - Verfahren zur Herstellung von Koerpern aus Borkohlenstoff

Info

Publication number: DE456921C
Application number: DEP44954D
Authority: DE
Inventors: Dr Emil Podszus
Original assignee: HARTSTOFF METALL AKT GES HAMET
Current assignee: HARTSTOFF METALL AKT GES HAMET
Priority date: 1922-09-20
Filing date: 1922-09-20
Publication date: 1928-03-08
Also published as: AT105335B; CH109476A

Description

Verfahren zur Herstellung ton Körpern aus Borkohlenstoff. Die Erfindung betrifft die Herstellung von Körpern, die im wesentlichen aus Bor und Kohle erschmolzen sind und eine Härte besitzen, die an die Härte des Diamanten herari;-reicht und über diese bei richtiger Zusammensetzung hinausgeht.
Von den tatsächlichen Verbindungen des Bors mit Kohlenstoff ist bisher nur das Borcarbid B6C bekannt und einwandfrei nachgewiesen, und für seine Herstellung sind verschiedene Verfahren angegeben worden. Die Verbindung BX., deren Vorhandensein behauptet, aber nicht nachgewiesen wurde, kommt tatsächlich nicht vor, sondern stellt ein Gemenge dar, das erhebliche Mengen Graphit enthält. Nach T u c k e r (G m e 1 i n -K r a u t, Handbuch der anorganischen Chemie, Band i und 2, S. 8 12 ff.) handelt es sich dabei um einen Stoff, der aus Borcarbid BBC und beigemengtem Graphit besteht.
T u c k e r hat bereits versucht, durch Schmelzen von Borsäureanhydrid mit Kohle unter Druck Borcarbide herzustellen. Bei ihm wurde jedoch durch Anwendung des Borsäureanhydrids im überschuß die Erzielung borreicher Verbindungen, wie BeC, angestrebt. Man erhält nach diesem Verfahren im wesentlichen BGC ganz unregelmäßig mit Graphit gemengt. Nach T u c k e r s eigenen Angaben ist ihm nur gelungen, mit reinem B6C einigermaßen brauchbare Resultate zu erhalten, aber auch nur in geringem Ausmaß.
Borcarbid BOC zeichnet sich bereits durch außerordentliche Härte aus. Diese wertvolle Eigenschaft wird jedoch durch eine gewisse Sprödigkeit beeinträchtigt. Sogar Kristalle mit einer Kantenlänge bis zu 6 mm, wie sie hergestellt worden sind, zeigten nicht die gewünschte Festigkeit.
Vorliegende Erfindung zeigt nunmehr, wie man diese ungünstigen Eigenschaften des Borcarbids wesentlich verbessern und vor allem auch die Härte steigern kann. Sie beruht auf der Vermeidung der Übelstände, die die ungünstigen Eigenschaften hauptsächlich bedingen und als deren Hauptursache die Inhomogenität und die lokale Zusammensetzung seitens des Erfinders erkannt wurde. Vorliegende Erfindung erzeugt eine homogene Schmelze aus Bor und Kohlenstoff, in der so viel Kohlenstoff gelöst werden soll, daß ein größerer Kohlenstoffgehalt als B6C erhalten wird, und zwar soll der Kohlenstoffgehalt fortlaufend bis zur Sättigung der Schmelze gesteigert werden können. Dieses Verfahren darf jedoch nur so weit getrieben werden, daß sich beim Abkühlen der Masse nicht scbädliche Mengen Graphit ausscheiden können, denn nur der Kohlenstoff in der angegebenen Form verleiht dem Produkt die günstigen Eigenschaften.
Die Kohlenstoffmenge, die insgesamt von dem Bor aufgenommen werden kann, beträgt unter günstigen Verhältnissen nur wenig über 30 Prozent. Es gelingt, allerdings durch Anwendung höherer Drücke, den Kohlenstoffgehalt in der Schmelze etwas zu steigern. Jedoch muß der angewandte Druck bereits recht erheblich gesteigert werden, wenn man den Kohlenstoffgehalt nur um wenige Prozent erhöhen will. Die Anwendung eines erhöhten Druckes führt daher sehr bald zu .einem Verfahren, das praktisch unhandlich ist. Die Grenze ist aber in jedem Falle für das Verfahren gegeben in der Menge, die auch beim Abkühlen gelöst bleibt bzw. sich nicht in schädlicher Form ausscheidet.
Ein besonders günstiges Ergebnis bezüglich der mechanischen Eigenschaften ergibt sich, wenn man dem Bor so viel Kohlenstoff zuführt, daß eine Zusammensetzung etwa zu BBC entsteht, die .etwa 26 bis 27 Prozent Kohlenstoff enthält. Diese Zusammensetzung läßt sich auch bei gewöhnlichem Druck sehr sicher erreichen. Das Produkt in dieser Zusammensetzung erreicht bzw. es übertrifft die Härte des Diamanten, denn es ritzt ihn.
Eine weitere Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes derart, daß er in dem Produkt in gelöster Form enthalten ist, gelingt nur noch um ganz wenige Prozente und ist geeignet, die Eigenschaften des Körpers etwas zu verbessern.
Die nach dem Vorstehenden gewonnenen Körper besitzen außer der außerordentlichen Härte noch die Eigenschaft, daß sie eine erheblich größere Festigkeit als Borcarbid B6C besitzen.
Für das Verfahren ist es wichtig, daß eine schnelle Abkühlung der Schmelze stattfindet, damit ein Zerfall des Produktes unter Ausscheidung von Graphit hintangehalten wird.
Vergrößert man den dem Bor' zugesetzten Kohlenstoffgehalt über das angegebene Maß wesentlich, so kann man zwar noch zu Schmelzen gelangen, jedoch scheidet sich aus diesen beim Abkühlen Graphit in so erheblichen Mengen aus, daß die mechanischen Eigenschaften der Körper wesentlich beeinträchtigt werden, selbst wenn es gelingt, die Verdampfung des Bors zu verhindern. Dies geschieht auch dann, wenn die Schmelze zu urhomogen ist, d. h. wenn an einzelnen Stellen eine zu starke Sättigung von Kohlenstoff erfolgt, da .sich von dort aus die Ausscheidung von Graphit leicht auf .die weniger gesättigten Stellen ausbreitet.
Eine schnelle Abkühlung der Borkohlenstoffverbindung erhält man am besten, wenn man das Umschmelzen vornimmt, ohne die Masse einzubetten; beispielsweise indem man Bor und Kohlenstoff in dem richtigen Mengenverhältnis mischt, zu Stäbchen formt und diese, nur an den Enden gelagert, mit Hilfe des elektrischen Stromes zum Schmelzen bringt und das Schmelzgut abtropfen läßt.
Die neue Borkohlenstoffverbindung gewinnt man am besten in einem Arbeitsgang, indem man Bor oder Borstickstoff oder Borcarbid oder Gemenge von diesen mit Kohle in dem richtigen Mengenverhältnis auf ausreichend hohe Temperatur erhitzt. Man kann z. B. reines Bor direkt mit der nötigen Menge Kohlenstoff zusammen schmelzen, oder man kann von Borcarbid B6C ausgehen und diesem in geschmolzenem Zustande die erforderliche Kohlenmenge zuführen. Man kann ferner bei sehr hoher Temperatur Schmelzen von Bor oder Borcarbid dem Einfluß einer Kohlendampfatmosphäre so lange aussetzen, bis die Schmelze hinreichend mit Kohle gesättigt ist.
Zur weiteren Steigerung der Festigkeit können dem neuen Körper geringe Mengen (einige Prozente) von Metallen, die einen hohen Siedepunkt besitzen, oder von deren Carbiden, z. B. Wolfram, Titan, Wolframca.rbid, Titancarbid o. dgl., zugesetzt werden. Jedoch ist es zweckmäßig, die Zusätze nur so gering zu bemessen, daß eine schädliche oder nennenswerte Herabsetzung der Härte nicht eintritt.
Man kann auch etwas von dem Borgehalt durch geeignetes Metall, z. B. Wolfram, ersetzen.
Der Schmelzpunkt der angeführten Produkte liegt außerordentlich hoch, etwa bei 2700° C, und zwar ist er etwas niedriger als Borcarbid (B6C), so daß eine Trennung der Schmelze von den Borcarbidkristallen möglich, ist.
Der Siedepunkt dieser Stoffe ist bei gewöhnlichem Druck nicht näher definiert, da der Dampfdruck der einzelnen Komponenten bei den in Frage kommenden Temperaturen, die wesentlich über 3000' liegen, bereits so groß ist, daß Zersetzung-en auftreten.
Die aus dem Schmelzprozeß gewonnenen Körper zeigen ein feinkörniges Gefüge im Bruch, die Farbe ist etwas dunkler als Gußeisen, die Schmelztropfen sind an der Oberfläche schwärzlich mit einem geringen Stich ins bräunliche.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Borkoblenstoff, dadurch gekennzeichnet, daß meiner Schmelze von Bor mit Kohlenstoff oder Borcarbid gleichmäßig eine Kohlenstoff-menge gelöst wird, die größer ist, als dem Kohlenstoffgehalt von B6C entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß so viel Kohlenstoff in der Schmelze von Bor und Kohlenstoff gelöst wird, daß das Endprodukt maximal etwa 3o Prozent davon enthält.
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet; daß der Schmelze so viel Kohlenstoff zugeführt wird, daß der Gesamtgehalt etwa der Zusammensetzung B3C entspricht. q..
Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Borstickstoff mit der entsprechenden Menge von Kohlenstoff verarbeitet.
5. Verfahren zur Herstellung von Körpern nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgut schnell abgekühlt wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Körpern nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial ohne Einbettung freierschmolzen und der Körper durch Abtropfenlassen gewonnen wird.
7. Verfahren nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Schmelzen von Bor oder Borcarbid (B6C) der Einwirkung von Kohlenstoffdampf bei sehr hoher Temperatur bis zur entsprechenden Sättigung unterworfen werden. B.
Verfahren nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen unter höherem als Atmosphärendruck zum Schmelzen gebracht werden.
9. Verfahren nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze geringe Mengen eines oder mehrerer bei hoher Temperatur siedender Metalle, wie z. B. Wolfram, Titan oder deren Carbide, zugesetzt werden.