DE1796287C3 - Hartstoff aus einem aluminiumhaltigen Borcarbid. Ausscheidung aus: 1696399 - Google Patents

Description

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Nach einem bekannten Verfahren wird ein Hartstoff mit 2 bis 5°/₀ freiem oder nicht an Sauerstoff gebundenem Aluminium, Rest Borcarbid einer Zusammensetzung zwischen B_3-SC und B_5t4C dadurch hergestellt, daß Borcarbid in einer Zusammensetzung von B_3iSC bis B₅₁C mit überschüssigem Aluminium in einer Graphitform unter einem Preßdruck von wenigstens 35 kg/cm³ auf ISOO bis 1900"C erhitzt wird. Temperaturen unterhalb 1800°C werden dabei a's ungeeignet bezeichnet, da sie zur Bildung von AI₁O₃ -s führen. Der so entstandene, heiß gepreßte Borcarbidkörper muß wieder auf die gewünschte Korngröße zerkleinert werden, was erfahrungsgemäß einen großen Arbeitsaufwand bedingt.

Es wurde nun ein Hartstoff aus einem aluminiumhaltigen Borcarbid gefunden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er die Struktur eines borreichen Borcarbids mit Gehalten an chemisch gebundenem Aluminium von 7 bis 20 Gewichtsprozent sowie chemisch gebundenem Kohlenstoff von 12 bis 16 Gewichtspro- 3s zent und als Rest Bor aufweist.

Neben einer extremen Härte und. einer bei Hartstoffen besonders wünschenswerten Festigkeit besitzt dieses Material überraschenderweise eine besonders eünsti»e Oxydationsbeständigkeit und außerdem ₃ec-nüber Borcarbid merklich günstigere Sintere_:-nsehaften Er kann deshalb als Neutronenabsorber, als Schleifmaterial und in der Feuerfestindustne Ver*,nüun* finden. Er eignet sich aber auch zur Herst™ ng von"Schutzüberzügen und Auflagen mit Hilfe „es Plasmabrenners. .

Der erhaltene Hartstoff hegt in feiner Körnung .or. Das Rönlgendiagramm zeigt die Struktur eines -ehr borreichen Borcarbids.

Der Hartstoff wird dadurch hergestellt, daß pwherförmi-es Borcarbid mit im Überschuß verwendetem Aluminiumpulver bei mindestens 1000°C, vorzugsweise 1400 bis 1500'C, in inerter Atmosphäre drucklos eesintert und anschließend zur Entfernung von ,urhandenem überschüsMgem Aluminium bzw Aluminiumreaktionsprodukten mit Mineralsaure in bekannter Weise ausgewaschen wird.

Überraschenderweise gelingt es, ein Produkt herzustellen bei dem durch den Einbau von Aluminium in die Elementar/eile des Borcarbids die Eigenschaften des Borcarbids verbessert werden. Außerdem war nicht zu erwarten, daß das erhaltene Produkt die außerordentliche Härte des Borcarbids mit der guten Oxydationsbeständigkeil der Aluminiumbonde verbindet.

Beispiel

In einem Silitrohrofen mit keramischem Schutzrohr vird der zweckmäßig trockene, oder mit etwas temporärem Binder, z. B. Irichloräthylen, gepreßte Formline aus Borcarbid und Aluminium in einem Smterknnmdschiffehen den nachstehenden Temperaturen ausgesetzt. Als Inertgas wird Wasserstoff oder Argon verwendet. Dabei sind auch andere Anordnungen möglich, soweit sie eine definierte Gasatmosphäre gestatten.

Tabelle

Das Ausgaiigsborcarbid besitzt einen	Reaktionszeit in h	Borgehalt von 78,2 <	Gas atmosphäre	V0 und einen Kohlenstoffgehalt	Analysen gckfch B	des ten	von 21,8%.	ure I uktcs	■f- 5 C
Ver such Nr.	4,5	Sinlcr- tempcratur in X	H,	Oasströmungs- geschuindigkcit in l/h	75,5		mit Salzsä Sinterprod A.		14,4
1	24,0	14.50	H2	5	76,1		10,0		13,8
2	4.5	14.50	H2	5	76,0		9,7		13,8
3	4,5	1450	Ar	30	77,2		10,0		14,0
4	4,5	1450	H2	5	76,0		8,9		15,8
5		1200	5	8,0

Die Versuche 1 und 3 zeigen, daß die Größe der Strömungsgeschwindigkeit auf den Kohlenstoffgehalt im Endprodukt einen geringen Einfluß ausübt.

Eine Verlängerung der Reaktionsdauer von 4¹I₂ auf 24 Stunden (vgl. Versuch 1 und 2) ist ohne Bedeutung für den Aluminiumgehalt im Endprodukt. Dagegen brachte eine Versuchsdauer von 2 Stunden nur einen Aluminiumgehalt von 8,9%.

Die Versuche 1 und 5 zeigen, daß dagegen die Reaktionstemperatur von Bedeutung ist. Während im Versuch 5 der Aluminiumgehalt den geringsten Wert aufweist, liegt der Kohlenstoffgehalt am höchsten. Dies zeigt, daß unter sonst gleichen Versuchsbedingungen

mit steigender Temperatur der Aluminiumgehalt im Endprodukt ansteigt, während der Kohlenstoffgehalt sinkt.

Wird das nach Tabelle 1, Versuchsnummer 1, hergestellte Produkt nach der Säurebehandlung erneut mit einem Überschuß an Aluminium umgesetzt, so läßt sich, wie Tabelle 2 zeigt, der chemisch gebundene Aluminiumgehalt nochmals steigern, während der chemisch gebundene Kohlenstoffgehalt weiter absinkt.

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Tabelle 2 Pas Ausgangsmaterial setzt sich aus 75,5 ⁰Z₀ Bor, 10,0% Aluminium und 14,4 ⁰Z₀ Kohlenstoff zusammen.

Ver such Nr.	Reaktionszeit in h	Sinter temperatur in C	Gas atmosphäre	Gasströmungs geschwindigkeit in l/h	Analysen gekoc B	des mit Salzsä hten Sinterproi . Al	are 1 r 5 iuktes C
6 7	4,5 4,5	1200 1450 .	H„ Η« '	5" 5	73,9 73,7	12,3 13,2	13,4 12,8

Für Aluminium mit seiner Is²2s²2p⁶3s²3p'-Eleki nenkonfiguration besteht die Möglichkeit der Aus-N Jung einer linearen sp-Funktion. Diese lineare Bin-..; ngsmögüchkeit ist jedoch eine Voraussetzung für ■ in.· Erhaltung der Borcarbidsfruktur.

Aus demselben Grunde wird die Borcarbidstruktur r ν -ι der Umsetzung mit Beryllium, das eine 1 s²2s²-Konfiiiiiration besitzt, zerstört, da hier nicht die Möglich- so lit einer linearen Bindung besteht. Durch den Einbau \^n Aluminium in die lineare Kohlenstoff kette des borcarbids wird die Struktur in Richtung der hexagonalen Ziehachse gestreckt. Die Gitterkonstanten betragen dann »5

a₀ = 5,65 A c₀ = 12,39 A

c Achsenverhältnis = 2,193

Die entsprechenden Werte für Borcarbid (B_4-00C) sind O₀ = 5,61 Ä C₀ = 12,07 A

Achsenverhältnis— = 2,151 a

Die Gitteraufweitung hat ferner zur Folge, daß die Härte von Borcarbid von etwa 3000 kg ■ mm ² auf etwa 2500 kg · mnr ² sinkt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hartstoff aus einem aluminiumhaltigen Borcarbid, dadurch gekennzeichnet, daß er die Struktur eines borreichen Borcarbids mit Gehalten an chemisch gebundenem Aluminium \on 7 bis 20 Gewichtsprozent sowie chemisch gebundenem Kohlenstoff von 12 bis 16 Gewichtsprozent und als Rest Bor aufweist.