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DE941608C - Process for the preparation of disilicides and diborides - Google Patents

Process for the preparation of disilicides and diborides

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Publication number
DE941608C
DE941608C DES37798A DES0037798A DE941608C DE 941608 C DE941608 C DE 941608C DE S37798 A DES37798 A DE S37798A DE S0037798 A DES0037798 A DE S0037798A DE 941608 C DE941608 C DE 941608C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
metals
reaction
silicon
halogen compounds
boron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DES37798A
Other languages
German (de)
Inventor
Dipl-Ing Dr Techn Erich Fitzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Plania Werke AG
Original Assignee
Siemens Plania Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Plania Werke AG filed Critical Siemens Plania Werke AG
Application granted granted Critical
Publication of DE941608C publication Critical patent/DE941608C/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B35/00Boron; Compounds thereof
    • C01B35/02Boron; Borides
    • C01B35/04Metal borides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/06Metal silicides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

Verfahren zur Herstellung von, Disiliziden und Diboriden Die Hartstoffe, Verbindungen der Übergangsmetalle der IV. bis VI. Gruppe .des Periodischen Systems (also Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo und W) mit Kohlenstoff, Stickstoff, Silizium und Bor und besonders die Disilizide und Dibori.de haben sich als hochschmelzende, warmfeste und oxydationsbeständige Materialien erwiesen. Von den bekannten . Verfahren zur Darstellung dieser Verbindungsgruppe ist nun dasjenige der Umsetzung. der hartstoffbildenden Metalle und Legierungen mit dampfförmigen Halogenverbindungen des Bors oder Siliziums zur Bildung der Diboride ünd Disilizide von besonderem technischem Interesse. Durch derartige »Aufdampfverfahren« können nicht nur dünne Teile aus hartstoffbildenden Metallen und Legierungen vollständig in die gewünschten Disilizide oder Diboride umgesetzt werden, sondern es gelingt auch die Borid- bzw. Sil:izidbildung an der Oberfläche von didker dimensionierten Metallteilen. Darüber hinaus bieten die flüchtigen Halogenverbindungen ein leichtere Reinigungsmöglichkeit, und man gelangt auf diesem Wege zu reinsten fremdmetallfreien Hartstoffen.Process for the production of, disilicides and diborides The hard materials, Compounds of transition metals from IV. To VI. Group of the periodic table (i.e. Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo and W) with carbon, nitrogen, silicon and boron and especially the disilicides and Dibori.de have proven to be high-melting, Proven heat-resistant and oxidation-resistant materials. From the known. procedure the implementation is now used to represent this group of compounds. the hard material forming Metals and alloys with vaporous halogen compounds of boron or silicon for the formation of the diborides and disilicides of particular technical interest. By Such "vapor deposition processes" can not only be used for thin parts made of hard material Metals and alloys completely into the desired disilicides or diborides be implemented, but it also succeeds in the boride or silicide formation on the Surface of didker sized metal parts. They also offer the volatile Halogen compounds an easier cleaning option, and you get on this Ways to the purest hard materials free of foreign metals.

Es hat sich jedoch ergeben, daß die Umsetzungen der flüchtigen Halogenide mit .den hartstoffbildenden Metallen und Legierungen oft recht langsam und unvollständig verlaufen und auch einen örtlich stark unterschiedlichen Reaktionsverlauf aufweisen. Dies erfordert bei Ader :gewünschten vollständigen Umsetzung der Metalle .in die Hartstoffe eine unverhältnismäßig lange Reaktionszeit.However, it has been found that the reactions of the volatile halides with the hard material forming metals and alloys often quite slow and incomplete run and also a locally very different course of the reaction exhibit. At Ader, this requires: Desired complete conversion of the metals .in the hard materials a disproportionately long reaction time.

Bei den Schichtbildungen aus Hartstoffen bedingt dieser Umstand ungleichmäßige Schichtdicken mit allen daraus resultierenden Nachteilen.In the case of layer formations made of hard materials, this fact causes uneven layers Layer thicknesses with all the resulting disadvantages.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird .die Bildung der Disilizide und Diboride durch. Umsetzung der dampfförmigen Halogenide des Bors und Siliziums mit den hartstoffbildenden Metallen der IV. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems dadurch beschleunigt und wirksamer gestaltet, daß die flüchtigen Halogenverbindungen vor der Aufdampfreaktion durch Umsetzung mit großoberflächigem Bor oder Silizium bzw. deren Legierungen aktiviert und anschließend ohne Abkühlung mit den Metallen umgesetzt werden. Die Umsetzung-erfolgt durch Überleitendes Halogenidstroms, vorzugsweise in einem indifferenten oder reduzierenden Trägergas, über Bor oder Silizium in einer Heizzone.According to the process according to the invention, the formation of the disilicides and diboride through. Implementation of the vaporous halides of boron and silicon with the hard material forming metals of the IV. to VI. Group of the periodic table thereby accelerated and made more effective that the volatile halogen compounds before the vapor deposition reaction by reaction with large-area boron or silicon or their alloys activated and then with the metals without cooling implemented. The reaction takes place by passing over the halide stream, preferably in an inert or reducing carrier gas, over boron or silicon in one Heating zone.

Es wurde festgestellt, daß die -beste Aktivierung bei hohen Temperaturen erfolgt und die aktivierten Chloride vor der Aufdampfreaktioa keine Abkühlung erfahren .dürfen, zumindest nicht unter die Temperatur der Aufdampfreaktion. Offenbar wird die katalytische Reduktion während. der Aufdampfreaktiondurch . die Bildurig instabiler Halogenverbindungen begünstigt, wobei möglicherweise noch eine thermische Zersetzung der Halogenverbindungen überlagert ist. Bekanntlich entstehen kettenartige Siliziumchloride durch: Behandeln von Siliziumtetrachlorid mit Überschüssigem Silizium. Diese S,iliziumchlori@de, wie z. B. Si2C16, sind bei höher Temperatur spaltbar, indem z. B. Sie C16 bei 300' langsam, bei 80o ° schnell in Si und Si C14 zerfällt. Das bei .diesem Zerfall fTes werdende feinstverteilte Si und diie sich bildenden niederwertigen, bei tiefer Temperatur in.stabileni Halogenverbindungen erleichtern die Bildfang der > gewünschten Metalldisikzide.It was found that the best activation takes place at high temperatures and the activated chlorides must not be cooled before the vapor deposition reaction, at least not below the temperature of the vapor deposition reaction. Apparently, the catalytic reduction occurs during. the evaporation reaction. favors the figuratively unstable halogen compounds, with a possible thermal decomposition of the halogen compounds being superimposed. As is well known, chain-like silicon chlorides are formed by: Treating silicon tetrachloride with excess silicon. These S, siliconchlori @ de, such as. B. Si2C16, are cleavable at a higher temperature by z. B. C16 slowly disintegrates at 300 ' , rapidly at 80o ° into Si and Si C14. The finely divided Si that forms during this disintegration and the low-value halogen compounds that are formed, which are stable at low temperatures, make it easier to capture the image of the desired metal disiccides.

Das erfindungsgemäße Erfindungsverfahren hat .darüber hinaus :den Vorzug, daß es bei Kreislaufführung der Aufdampfatmosphäre während der Aktivierung auch eine Regenerierung von bei der Aufdampfreaktion entstandenem. Halogen oder Halogenwasserstoff gestattet. ' Ganz vortrefflich eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung gut verpreßbarer Hartstoffpulver. Hierzu werden die hartstoffbildenden Metalle und Legierungen in Pulverform von der gewünschten Korngröße der' Behandlung ausgesetzt. Lediglich auf eine größtmöglich freigelegte Oberfläche bei ständiger Erneuerung der Aufdampfatmosphäre und E.irnhaltung der Temperatur muß hierbei geachtet werden. Vorteilfiaft ist eine leichte- gleichmäßige Bewegung der Metallpulver. Für derartige Hartstoffbildungen aus.den entsprechenden Metallpulvern konnte z. B. das sogenannte; Fließbett mit Erfolg angewendet werden.In addition, the inventive method has: the Advantage that there is circulation of the vapor deposition atmosphere during activation also a regeneration of the evaporation reaction. Halogen or Hydrogen halide permitted. 'The one according to the invention is perfectly suitable Process for the production of easily compressible hard material powder. For this purpose, the hard material forming Metals and alloys in powder form of the desired grain size of the 'treatment exposed. Only on the largest possible exposed surface with constant Renewal of the vapor deposition atmosphere and maintenance of the temperature must be ensured will. The advantage is a slight, even movement of the metal powder. For Such hard material formations aus.den corresponding metal powders could z. B. that so-called; Fluidized bed can be applied with success.

Als Beispiel sei angegeben, daß bei 120o° Molybdänpulver von der durchschnittlichen Korngröße von i ,u mit H C1-freien, bei 130a° über Silnziumpulver aktivierten Siliziumchloriden in wenigen Minuten in Mo Sie umgewandelt werden: kann. Das erhaltene Disilizidpulver kann direkt verpreßt und pulvermetallurgisch weiterverarbeitet werden, ohne vorherige Zerkleinerung, Siebung oder ähnliche Verfahrensschritte. Auf dies:, Weise können vorteilhaft Heizleiter, Ofenbauteile, Schutzrohre, Düsen, B@renn:erköpfe, Teile von Turbinen und Verbrennungskraftmaschinen, kurz sämtliche Werkstücke erzeugt werden, welche bis zu Temperaturen um 17-5o° verwendet werden. Besonders günstig erscheint die Beständigkeit von Mo S12 Werkstücken gegen V2 05 Korrosion, weil dadurch diese Werkstoffe auch in mit Rohöl betriebenen Verbrennungskraftmaschinen Verwendung finden können; ohne daß die gefürchtete beschleunigte Oxydation durch Verschlackung eintritt.As an example it should be given that at 120o ° molybdenum powder differs from the average Grain size of i, u with H C1-free silicon chlorides activated at 130 ° over silicon powder in a few minutes you can be converted into Mo: can. The obtained disilicide powder can be pressed directly and further processed by powder metallurgy, without prior Comminution, sieving or similar process steps. In this :, way can Advantageous heating conductors, furnace components, protective tubes, nozzles, B @ renn: er heads, parts turbines and internal combustion engines, in short all workpieces are produced, which are used up to temperatures around 17-5o °. Appears particularly cheap the resistance of Mo S12 workpieces to V2 05 corrosion, because this Materials are also used in internal combustion engines operated with crude oil can; without the dreaded accelerated oxidation by slagging occurring.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von -Disiliziden und Diboriden der Übergangsmetalle der IV. bis VI. Gruppe des. Periodischen, Systems aus den entsprechenden reinen oder legierten Metallen durch. Umsetzung mit dampfförmigen Halogenverbindungen des Siliziums oder Bors, gekennzeichnet dadurch, daß die dhmpfförmigen Halogenverbindungen vor der Reaktion mit den hartstoffbildenden Metallen durch Umsetzung mit großoberflächigem Bor oder Silizium bzw. Legierungen dieser Halbmetalle bei einer Temperatur über der Umsetzungstemperatur der Halogenverbindungen mit den Metallen aktiviert und anschließend ohne Abkühlung mit den Metallen umgesetzt werden. PATENT CLAIMS: i. Process for the production of disilicides and diborides of transition metals from IV. To VI. Group of the. Periodic, system of the corresponding pure or alloyed metals through. Reaction with vaporous halogen compounds of silicon or boron, characterized in that the hollow halogen compounds are activated prior to the reaction with the hard material forming metals by reaction with large surface boron or silicon or alloys of these semimetals at a temperature above the reaction temperature of the halogen compounds with the metals and then without Cooling can be implemented with the metals. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung durch überleiten des Halogenidstroms, vorzugsweise in einem indifferenten oder reduzierenden Trägergas, über das großoberflächige Bor oder Silizium in einer Heizzone erfolgt. 2. Method according to Claim i, characterized in that the activation is carried out by transferring of the halide stream, preferably in an inert or reducing carrier gas, takes place via the large-area boron or silicon in a heating zone. 3. Verfahren nach Anspruch i oder z, gekennzeichnet dadurch, daß die Halogenatmosphäre nach der Umsetzung mit den disilizidurnd diboridbildenden Metallen im Kreislauf zur Aktivierung rückgeführt und hierdurch regeneriert wird. q.. Verfahren nach Anspruch i oder den folgenden Ansprüchen zur -Erzeugung verpreßbarer Disilizid- und Diboridpulver, gekennzeichnet dadurch, daß die dis:ilizid- und diboridbildenden Metalle bzw. Legierungen in Pulverform, vorzugsweise unter leichter Bewegung der Einwirkung von aktivierten Halogenverbindungen ausgesetzt werden. . Angezogene Druckschriften: Zeitschrift für änorgan. und alpgemeine Chemie, 1937 Bd. 232, S. 241 ff; F. E p h r a i m : Anorgan. Chemie, 2. und 3. Auflage 1923, S. 618 bis. 61g.3. The method according to claim i or z, characterized in that the halogen atmosphere is recycled after the reaction with the disilizidurnd diboride-forming metals in the circuit for activation and is thereby regenerated. q .. Process according to claim i or the following claims for - production of compressible disilicide and diboride powder, characterized in that the dis: ilicide and diboride-forming metals or alloys in powder form, preferably with slight movement, are exposed to the action of activated halogen compounds. . Attracted publications: magazine for änorgan. and alpgemeine Chemie, 1937 vol. 232, p. 241 ff; F. E phraim: Inorgan. Chemie, 2nd and 3rd edition 1923, pp. 618 bis. 61g.
DES37798A 1953-02-26 1954-02-24 Process for the preparation of disilicides and diborides Expired DE941608C (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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