DE1250333B

DE1250333B - Feuerfeste Gegenstande und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1250333B
Application number: DE1964U0010755
Authority: DE
Inventors: Fostona Ohio Joseph Charles Fisher jun Berea Ohio Martin Aloysius Roche jun (V St Al
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1963-05-20
Filing date: 1964-05-20
Publication date: 1967-09-14
Also published as: AT245470B; JPS4315078B1; GB999415A; US3256103A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

PATENTAMT

EUTSCHES

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 8Ob-I

U 10755 VI b/80 b

20. Mai 1964

14. September 1967"

Imr

Die Erfindung betrifit feuerfeste, in der Hauptsache aus Bornitrid und Titanborid bestehende Gegenstände mit stark verbesserter Hitzebeständigkeit.

Gemische aus Bornitrid und Titanborid werden zwar bereits zur Herstellung feuerfester Materialien verwendet, jedoch zeigen diese, z. B. entsprechend der USA.-Patentschrift 2 872 327 hergestellten Gegenstände wegen der Verunreinigungen durch Kohlenstoff und Sauerstoff eine Unbeständigkeit gegenüber " Feuchtigkeit beim Lagern und eine geringe Wärmerißfestigkeit. Aus dieser Veröffentlichung geht aber nicht hervor, daß ein Zusatz von Titannitrid vorteilhaft ist, um die Eigenschaften zu verbessern.

Die Verwendung von Titannitrid im Gemisch mit Titanborid und einem niedriger schmelzenden Metall zur Herstellung von Hartmetallegierungen für Werkzeuge wurde in der deutschen Patentschrift 659 917 erwähnt. Die dort genannten Gemische enthalten kein Bornitrid. Der Gehalt an niedriger schmelzendem Metall erhöht zwar die Zähigkeit, verbessert aber nicht die Feuerfestigkeit.

Auch bei einer gedanklichen Kombinierung beider Veröffentlichungen konnte kein Fachmann auf den Gedanken kommen, daß feuerfeste heißgepreßte as Gegenstände, die aus Titanborid, Bornitrid und Titannitrid in ganz bestimmten Mengenverhältnissen bestehen, eine besonders große Festigkeit bei hohen Temperaturen haben und bei einer solchen Verwendung nicht springen.

Die Erfindung betrifft feuerfeste heißgepreßte Gegenstände, die im wesentlichen aus Titanborid und Bornitrid bestehen. Diese Gegenstände sind dadurch gekennzeichnet, daß sie 10 bis 89 Gewichtsprozent Titandiborid, 10 bis 89 Gewichtsprozent. Bornitrid, geringe Mengen von Verunreinigungen und 1 bis 10 Gewichtsprozent Titannitrid enthalten.

Titandiborid und Bornitrid sind vorzugsweise im Gewichtsverhältnis von etwa 1:1 vorhanden.

Das in den feuerfesten Gegenständen vorhandene Titandiborid und/oder Bornitrid können zusammen 2 bis 4 Gewichtsprozent Kohlenstoff und Sauerstoff enthalten. Der Gehalt an Titannitrid beträgt in diesem Fall etwa 4 Gewichtsprozent.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der feuerfesten Gegenstände. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch der Ausgangsstoffe warm in einer Form preßt.

Bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird aus handelsüblichem TiB₂-, BN- und TiN-Pulver, z.B. mit Hilfe eines V-förmigen Mischers, eine gleichmäßige Mischung hergestellt, deren Feuerfeste Gegenstände und Verfahren zu ihrer
Herstellung

Anmelder:

Union Carbide Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Als Erfinder benannt:

Martin Aloysius Roche jun., Fostoria, Ohio;

Joseph Charles Fisher jun., Berea, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 20. Mai 1963 (281 804) - -

durchschnittliche Teilchengröße zweckmäßig bei 5 bis 10 Mikron liegt. Das Verhältnis des TiB₂ zum BN wird nach dem.gewünschten. spezifischen elektrischen Widerstand, oder anderen Eigenschaften' des Endproduktes gewähltTEine Erhöhung der BN-Menge ergibt beispielsweise einen höherenj£ezifischen_elektrischen Widerstand. '

Das fertige Gemisch kommt in eine geeignete Form beispielsweise aus Graphit und wird unter Druck gebrannt. Dabei können die für das Warmpressen von TiB₂-BN-Gemischen üblichen Temperaturen und Drücke angewendet werden, beispielsweise 1800 bis 2050° C und 80 bis 220 kg/cm². Aus dem so erhaltenen Produkt lassen sich leicht Tiegel und Schiffchen für die Aluminiumverdampfung herstellen, die eine ausgezeichnete Warmrißfestigkeit und Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit bei Lagerung an der Luft haben.

TiB,-BN-Gemische mit und ohne TiN-Zusätze wurden bei 1850° C ± 50° C und einem Druck von 160 kg/cm² warmgepreßt und bei hohen Temperaturen getestet. Die warmgepreßten Gegenstände hatten die Form von zylindrischen Körpern von 25,4 cm Länge und 12,4 cm Durchmesser.

709 647/509

Die Ergebnisse sind in Tabelle I wiedergegeben:

	TiBo	BNTiN	50 0	Tabelle 1	O	) Bleibende Dehnung bei*	Bruchtemperatur	In den warmgepreßten Gegenständen enthaltener ffnhlpnctnff nnH SmiprctnfF	⁰
		in Gewichtsteilen	49 2	Im Gemisch enthaltender Kohlensauerstoff	2,1	1800° C cm/cm • IfJ-³		in Gewichtsprozent	2,8
		50 4	in Gewichtsprozent			⁰C	C	—
	50	43 8	C	2,1	12,8	1810	0,7	2,4
1	49		0,67		8,8	1900	—	—
π	46	—	6,1	2100	0,67
III	49	0,7	7,2	1850	—
XV

*) Gemessen parallel zur Druckrichtung.

Die bleibende Dehnung wurde durch Erhitzen einer Probe 6,3 · 1,3 · 1,3 cm Größe auf 1800° C gemessen, die man bei Zimmertemperatur abkühlen ließ, worauf die Längenveränderung der Längsrichlung gemessen wurde. Die Proben wurden aus den warmgepreßten Körpern von 12,4 cm Durchmesser und 25,4 cm Längen mit der 6,3 cm messenden' Strecke parallel zur Druckrichtung herausgeschnitten. Die Bruchtemperatur wurde durch Widerstandserhitzen eines Probestabes unter Vakuum, bis er brach, ermittelt.

Wie die Tabelle zeigt, erhöhen die erfindungsgemäßen TiN-Zusätze die Hitzebeständigkeit beträchtlich. Ein aus dem in Tabelle! mit III bezeichneten Material in der beschriebenen Weise hergestellter Aluminiumverdampfer wurde 12 Stunden lang bei einer verdampften Aluminiummenge von 1 g/Min./cm² betrieben, ohne daß er brach.

In der gleichen Weise aus dem gleichen TiB₂- und BN-Malcrial ohne TiN-Zusätze hergestellte Verdampfer brachen bei der gleichen Aluminiummenge nach etwa einer Stunde und fielen aus.

Nachstehendes Beispiel erläutert die erfindungsgemäße Herstellung von Aluminiumverdampfungsschiffchen.

Beispiel

Etwa 1% Sauerstoff und 0,5 °/o Kohlenstoff als Verunreinigungen enthaltendes TiB₂-Pulver und etwa 2% Sauerstoff und 0,1% Kohlenstoff als Verunreinigungen enthaltendes BN-Pulver wurden im Gewichtsverhältnis von 1:1 gemischt, und dem Gemisch wurden 4 Gewichtsprozent TiN zugesetzt.

Das Gemisch wurde in eine Graphitform eingefüllt und bei 1900° C unter einem Druck von 160 kg/cm² warmgepreßt. Proben von dem erhaltenen Produkt wurden getestet, und es zeigt sich, daß ihre Bruchtemperatur über 2000° C lag. Der spezifische Widerstand betrug 850 Mikroohm/Zentimeter.

Ferner wurden Proben des .erhaltenen Produktes elf Tage lang bei Zimmertemperatur einer relativen Feuchtigkeit von 92%» ausgesetzt und anschließend unter Vakuum auf 1500° C erhitzt. Danach zeigte sich ein nur ganz leichtes Absplittern an der Oberfläche. Tn der gleichen Weise hergestelltes und getestetes entsprechendes Material ohne TiN-Zusatz blätterte bei Erhitzung auf 600° C völlig auseinander.

Dies zeigt, daß die erfindungsgemäßen TiN-Zusätze nicht nur die Warmrißfestigkeit von Gegenständen aus TiB₂ und BN erhöhen, sondern auch deren unerwünschte Hygroskopizität verringern.

Die nachstehende Tabelle II gibt einen weiteren Vergleich der Durchschnittseigenschaften von mit und ohne TiN-Zusätzen hergestellten, bei einem Druck von 160 kg/cm² und einer Temperatur von 1850° C ± 50° C warmgepreßten Gegenständen aus TiB₂ und BN. Alle Gegenstände wurden aus den gleichen Posten TiB₂ und BN hergestellt. Der Kohlenstoff- plus Sauerstoffgehalt der BN-TiB₂XJemische betrug 2 bis 4%, die TiN-Zusätze 4 %>.

Tabelle II

Zusammensetzung, Gewichtsteile	45 bis 55 BN 45 bis 55 TiB₂	45 bis 55 BN 45 bis 55 TiB₂ + 4TiN
Dichte	2,70 bis 2,80 2500 bis 3500 210 280 4,0 bis 5,0 9,0 bis 10,0 1650 bis 1800	2,80 bis 2,90 2500 bis 3500 246 386 1,0 bis 2,0 5,0 bis 7,0 2000 bis 2150
Spezifischer Widerstand (1500° C) Mikroohm/cm Biegefestigkeit bei 1500° C, kg/cm² Biegefestigkeit bei 1800° C, kg/cm² Bleibende Dehnung (1800° C) cm/cm · 10~³ senkrecht zur Druckrichtung in Druckrichtung Bruch temperatur bei Erhitzen durch eigenen Widerstand im Vakuum, ⁰C

Fortsetzung Tabelle II

Zusammensetzung, Gewichtsteile	45 bis 55 BN 45 bis 55 TiB₈	45 bis 55 BN 45 bis 55 TiB₈ + 4TiN
Feuchtigkeitsempfindlichkeit 2 Wochen bei 92% relativer Feuchtigkeit bei Zimmertemperatur und anschließend Erhitzen im Vakuum, ⁰C	zerblättert bei 600	ganz leichtes Oberflächenabblättern bei 1800

Die gemäß der Erfindung hergestellten Gegenstände zeigen also nicht nur.den Vorteil großer Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen, sondern ihre Dichte, ihr spezifischer elektrischer Widerstand und ihre mechanische Festigkeit sind innerhalb der ganzen Masse außerordentlich gleichmäßig.

Claims

Patentansprüche:

1. Feuerfeste heißgepreßte Gegenstände, die im wesentlichen aus Titandiborid und Bornitrid bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß sie 10 bis 89 Gewichtsprozent Titandiborid, 10 bis 89 Gewichtsprozent Bornitrid, geringe Mengen von Verunreinigungen und 1 bis 10 Gewichtsprozent Titannitrid enthalten.

2. Feuerfeste Gegenstände nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Titandiborid und Bornitrid in Gewichtsverhältnis von etwa 1:1 enthalten.

3. Feuerfeste Gegenstände nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Titandiborid und/oder das Bornitrid 2 bis 4 Gewichtsprozent Kohlenstoff und Sauerstoff enthalten, und daß der Gehalt an Titannitrid etwa 4 Gewichtsprozent beträgt.

4. Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Gegenständen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch der Ausgangsstoffe warm in einer Form preßt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 659 917;
USA.-Patentschrift Nr. 2 872 327.