DE456921C

DE456921C - Process for the production of bodies from boron carbon

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: CH109476A; AT105335B

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.Process for the production of clay bodies from boron carbon. The invention relates to the production of bodies which are essentially melted from boron and coal and have a hardness that is equal to the hardness of a diamond; and goes beyond this if the composition is correct.

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.Of the actual compounds of boron with carbon is so far only the boron carbide B6C is known and properly proven, and for its production various procedures have been given. The connection BX., Its presence asserted, but not proven, actually does not occur, but represents a mixture that contains significant amounts of graphite. According to T u c k e r (G m e 1 i n -Kr a u t, Handbuch der Inorganic Chemistry, Volume i and 2, pp. 8-12 ff.) it is a substance made from boron carbide BBC and added graphite consists.

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.T u c k e r has already tried by melting boric anhydride to produce boron carbides with coal under pressure. With him, however, was through application of boric anhydride in excess enables boron-rich compounds such as BeC, strived for. This process gives essentially very irregular BGC mixed with graphite. According to T u c k e r's own statements, he only succeeded with to get reasonably useful results with pure B6C, but only to a limited extent Extent.

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.Boron carbide BOC is already characterized by its extraordinary hardness. However, this valuable property is impaired by a certain brittleness. Even crystals with an edge length of up to 6 mm, as they have been made, did not show the desired strength.

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.The present invention now shows how to overcome these unfavorable properties of the boron carbide and, above all, can increase the hardness. It is based on avoiding the evils that have the unfavorable properties mainly cause and as their main cause the inhomogeneity and the local Composition was recognized by the inventor. The present invention creates a homogeneous melt of boron and carbon in which so much carbon is dissolved should be that a greater carbon content than B6C is obtained, namely the carbon content should be increased continuously until the melt is saturated can be. However, this procedure may only be carried out so far that not harmful amounts of graphite can precipitate when the mass cools, because only the carbon in the specified form gives the product the favorable properties.

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.The total amount of carbon that can be absorbed by the boron is, under favorable conditions, only a little over 30 percent. It is possible, however, by using higher pressures, to increase the carbon content in the melt somewhat. However, the applied pressure has to be increased quite considerably if one wants to increase the carbon content by only a few percent. The use of increased pressure therefore very soon leads to a process which is practically unwieldy. In any case, however, the limit for the process is the amount that remains dissolved on cooling or does not precipitate in a harmful form.

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.A particularly favorable result in terms of mechanical properties if so much carbon is added to the boron that a composition results about BBC arises, which contains about 26 to 27 percent carbon. This composition can be reached very safely even with normal pressure. The product in this Composition reaches or exceeds the hardness of the diamond because it scratches him.

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.A further increase in the carbon content such that it is in the If the product is contained in a dissolved form, it only works by a very small percentage and is suitable for improving the properties of the body somewhat.

Die nach dem Vorstehenden gewonnenen Körper besitzen außer der außerordentlichen Härte noch die Eigenschaft, daß sie eine erheblich größere Festigkeit als Borcarbid B6C besitzen.The bodies obtained according to the foregoing possess besides the extraordinary Hardness still has the property that it has a considerably greater strength than boron carbide Own B6C.

Für das Verfahren ist es wichtig, daß eine schnelle Abkühlung der Schmelze stattfindet, damit ein Zerfall des Produktes unter Ausscheidung von Graphit hintangehalten wird.For the procedure it is important that a rapid cooling of the Melt takes place, so that the product decomposes with the precipitation of graphite is held back.

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.If the carbon content added to the boron is increased over the specified amount is essential, so you can still get to melt, but separates graphite emerges from these in such considerable quantities during cooling that the mechanical Properties of the body are significantly impaired, even if it is possible to to prevent evaporation of the boron. This also happens when the melt is too homogeneous, d. H. if in individual places too strong a saturation of carbon takes place because .from there the precipitation of graphite easily on .the less saturated spots.

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.A rapid cooling of the boron carbon compound is obtained on it is best to remelt without embedding the mass; for example by mixing boron and carbon in the correct proportions, into rods forms and these, stored only at the ends, with the help of the electric current to the Brings melting and allows the melted material to drain.

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.The new boron carbon compound is best obtained in one operation, by adding boron or boron nitrogen or boron carbide or mixtures of these with coal heated in the correct proportions to a sufficiently high temperature. One can z. B. melt pure boron directly with the necessary amount of carbon, or one can start from boron carbide B6C and this in the molten state the required Add amount of coal. Boron can also be melted at a very high temperature or boron carbide exposed to the influence of a carbon vapor atmosphere until the The melt is sufficiently saturated with coal.

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.To further increase the strength of the new body can be small Amounts (a few percent) of metals that have a high boiling point, or of their carbides, e.g. B. tungsten, titanium, tungsten carbide, titanium carbide or the like. Added will. However, it is useful to measure the additives only so small that one harmful or significant reduction in hardness does not occur.

Man kann auch etwas von dem Borgehalt durch geeignetes Metall, z. B. Wolfram, ersetzen.One can also use some of the boron content by suitable metal, e.g. B. tungsten.

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.The melting point of the products listed is extremely high, at around 2700 ° C, which is a little lower than boron carbide (B6C), so that a Separation of the melt from the boron carbide crystals is possible.

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.The boiling point of these substances is not defined in more detail at normal pressure, since the vapor pressure of the individual components at the temperatures in question, which are significantly above 3000 °, is already so high that decomposition occurs.

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.The bodies obtained from the melting process are fine-grained Structure in the fracture, the color is a little darker than cast iron, which are melt droplets blackish on the surface with a slight tinge of brownish.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of bodies from boron material, characterized in that my melt of boron with carbon or boron carbide evenly a quantity of carbon is dissolved, which is bigger than corresponds to the carbon content of B6C.

2. The method according to claim i, characterized characterized that so much carbon is in the melt of boron and carbon is resolved that the end product contains a maximum of about 3o percent of it.

3. Procedure according to claim i or 2, characterized in that; that the melt so much carbon is supplied so that the total content corresponds approximately to the composition B3C. q ..

Process according to Claims i to 3, characterized in that boron nitrogen is used with the corresponding amount of carbon processed.

5. Method of manufacture of bodies according to claims i to q., characterized in that the melt material quickly is cooled.

6. A method for the production of bodies according to claims i to 5, characterized in that the starting material melted freely without embedding and the body is recovered by draining.

7. The method according to claim i to 6, characterized in that melting of boron or boron carbide (B6C) of the action from carbon vapor at very high temperatures to the corresponding saturation be subjected. B.

Method according to claims i to 7, characterized in that that the masses are melted under higher than atmospheric pressure.

9. The method according to claim i to 8, characterized in that the melt is low Amounts of one or more metals that boil at high temperature, such as e.g. B. tungsten, Titanium or their carbides.