AT157939B - Verfahren zur Herstellung sehr harter Stoffe. - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung sehr harter Stoffe. 



   Bei den bekannten Verfahren zum Herstellen harter Stoffe, bestehend aus Karbiden, Nitriden schwer schmelzbarer Metalle oder Metalloide unter Verschmelzung der Bestandteile im elektrischen
Ofen, z. B. dem elektrischen   Kohlerohrwiderstandsofen,   wurden keine mechanisch festen, sondern nur mehr oder weniger bröckelnde oder spröde Produkte mit eng beschränktem Anwendungsgebiet erzielt. i Erst durch besondere Vorkehrungen, wie vorheriges Pressen der Ausgangsmaterialien und rasches
Niederschmelzen, wurden etwas beständigere feste Produkte ausgebracht. Es war hiebei jedoch auch nötig, dafür Sorge zu tragen, dass nur eine kleine   Berührungsfläche   zwischen Kohletiegel oder Kohle- rohr und dem Pressling vorhanden war, um eine zu grosse Kohlenstoffaufnahme zu verhindern.

   Nach dem Niederschmelzen musste zudem das Schmelzgut sofort in eine meist ausserhalb des Ofens ange-   brachte Kohleform   eingefüllt werden, um ein feines kristallines Gefüge zu erhalten. Auch wurde vor- geschlagen, ein mechanisch festeres Gefüge dadurch zu erzielen, dass nach eingetretener Schmelzung durch besondere Vorkehrungen eine äusserst schnelle Abkühlung in ganz wenigen Sekunden herbei- geführt wird. Bereits eine Abkühlung auf Rotglut bei einer Dauer von mehr als 20 Sekunden ergab als Produkt eine grobkristalline, mürbe bröckelnde Masse. 



   Diese Umstände und Nachteile werden nach der Erfindung vermieden und ein Stoff von sehr grosser Härte, hoher Festigkeit und Zähigkeit ausgebracht. 



   Es werden erfindungsgemäss hochschmelzende Karbide, Nitride, Silizide, Boride von Metallen und Metalloiden, z. B. von Wolfram, Molybdän, Titan, Vanadin, Zirkon, Cer, Silizium, Aluminium,
Beryllium, Chrom, Bor, u.   dgl.,   unmittelbar durch den elektrischen Lichtbogen in Gegenwart von atomarem Wasserstoff über den Schmelzpunkt hinaus bis auf 3400 bis 3600  C und darüber erhitzt. 



   Das Schmelzen wird in an sich beliebigen Schmelzformen oder-schalen, z. B. aus Kohle, Graphit oder einem andern hitzebeständigen Material vorgenommen und die Schmelzmasse nach der Schmelzung ohne weitere Vorkehrungen der natürlichen Abkühlung überlassen. 



   Hiedurch entsteht ein harter, zäher und fester Stoff, der sich insbesondere zum Besetzen von
Bohrmeisseln, Gesteinssägen, Bohrspitze u. dgl. eignet und einen hohen Widerstand gegen mechanische
Abnutzung, Erosion und Korrosion zeigt. 



   Es ist weiter die überraschende und nicht zu erwartende Tatsache festgestellt worden, dass eine bessere Wirkung und gegebenenfalls eine grössere Härte erzielt wird, wenn den Ausgangsmaterialien in Mengen von wenigen Prozenten, vorzugsweise bis   5%,   Oxyde oder Karbonate leichter schmelzender
Metalle zugemischt werden, wie beispielsweise die Oxyde oder Karbonate des Kobalts, Nickels, Eisens,
Kupfers, Mangans oder Silbers, und ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise Kohlenstoff, in einer zur
Reduktion gerade ausreichenden Menge hinzufügt. Vermutlich wirkt das durch Reduktion im statu   nascendi   aus seinem Oxyd oder Karbonat austretende Metall katalytisch auf die Strukturbildung des zu gewinnenden Hartstoffes ein.

   Die fördernde Wirkung auf die Herstellung des Hartstoffes ist um so überraschender, als das Metall bei den hohen Schmelztemperaturen der Karbide, Nitride, Silizide,
Boride und andern hoehsehmelzenden Verbindungen der genannten Metalle oder Metalloide verdampft und sich in dem fertigen Hartstoff kaum mehr vorfindet. 



   Auch in diesem Falle sind die einleitend genannten Vorkehrungen nicht erforderlich, vielmehr sind ausser der in den folgenden   Ausführungsbeispielen angegebenen   Arbeitsweise andere wesentliche
Massnahmen nicht zu treffen. Auch wird bei der   erfindungsgemasscn Herstellung   des Hartstoffes von 

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Graphittiegel oder-schalen beliebig schnell bis auf eine die Schmelztemperatur weit übersteigende Temperatur erhitzt und das Schmelzprodukt in den Sehmelzformen oder-tiegeln auskühlen lassen. 



  Die   praktische Ausführung   hat ergeben, dass scheinbar infolge der hohen Schmelztemperatur eine nennenswerte Kohlenstoffaufnahme aus der Tiegelwandung usw. in das Schmelzgut nicht auftritt. 



   Die Bildung des atomaren Wasserstoffes wird in an sich bekannter Weise in dem für die Schmelzung verwendeten Lichtbogen durch Zufuhr normalen Wasserstoffes hervorgerufen. Die gänzliche oder teilweise Aufspaltung des Wasserstoffes in seine Atome findet bekanntlich unter Verwendung von Elektroden aus Wolfram, Molybdän oder einem diesen äquivalenten Metall im Liehtbogen selbst statt. 



   Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele angefügt, bei denen einmal mit und einmal ohne Zugabe von Metalloxyde gearbeitet wird. 



   1. Wolframkarbid oder Wolfram mit der für die Karbidbildung notwendigen Menge Kohlenstoff wird in einer hitzebeständigen offenen Form oder Schale unter den unmittelbaren Einwirkungen des elektrischen Lichtbogens auf etwa 3450  C in Gegenwart von automarem Wasserstoff erhitzt. Die aus   Molybdän   bestehenden Elektroden spalten unter der Wirkung des Lichtbogens den zugeleiteten normalen Wasserstoff ganz oder zum Teil in seine Atome auf, so dass über der Schmelze sieh eine Hülle atomaren Wasserstoffes befindet. Nach dieser Behandlung wird der so gebildete Hartstoff erkalten gelassen und zu   Stücken   zerschlagen. Diese   Stücke   werden zum Besetzen von Bohrmeisseln oder überhaupt zur Bearbeitung harter Stoffe dienender Werkzeuge verwendet. 



   2. Dem im Beispiel 1 genannten Wolframkarbid oder dem Gemisch von Wolfram und Kohlenstoff wurde eine Menge von   1. 5%   Kobaltoxyde mit der zur Reduktion erforderlichen Menge Kohlenstoff beigefügt. Im übrigen wurde die Behandlung des Beispiels 1 wiederholt. Es ergibt sieh ein noch härterer, zäherer und festerer Stoff, der z. B. für die Besetzung von Bohrspitzen zur Bearbeitung härtester Gesteine geeignet ist. 



   Wenn in den Beispielen die Behandlung von Wolframkarbid erläutert wurde, so gilt diese Arbeitsweise in gleicher oder ähnlicher Weise für alle andern, für Hartstoffe verwendbaren Nitride, Silizide, Boride oder Karbide des Molybdäns, Titans, Vanadins, Zirkons, Cers, Siliziums, Bors, Aluminiums, Berylliums, Chroms, Wolframs u. dgl. Es können auch Oxyde oder Karbonate von Kobalt, Nickel, Eisen, Kupfer, Mangan oder Silber dem Hartstoff in seiner Bildung zugefügt werden. Diese Zusätze verdampfen nach der Reduktion zum grössten Teil bei der hohen Schmelztemperatur. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung sehr harter Stoffe von hoher Festigkeit und Zähigkeit aus hochschmelzenden Karbiden, Nitriden (soweit sie bei den in Betracht kommenden Temperaturen beständig sind), Siliziden, Boriden von Metallen und Metalloiden, wie z. B. von Wolfram, Molybdän, Titan, Vanadin, Zirkon, Cer, Silizium, Bor, Aluminium, Beryllium, Chrom u. dgl.

   im elektrischen Lichtbogen in Gegenwart von Wasserstoff, gekennzeichnet durch die Erhitzung eines oder mehrerer der genannten Elemente zusammen mit den für die Bildung ihrer Karbide, Nitride, Silizide oder Boride nötigen Zusätzen oder bereits in Form ihrer Karbide, Nitride, Silizide oder Boride unmittelbar durch den elektrischen Lichtbogen in Gegenwart von atomarem Wasserstoff über den Schmelzpunkt der betreffenden Verbindungen hinaus auf Temperaturen bis etwa   3400-3600  C   und darüber.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Ausgangsstoffen vor oder während der Schmelzung geringe Mengen, z. B. bis o% Oxyde oder Karbonate eines leichter schmelzenden Metalls, z. B. des Kobalts, Nickels, Eisens, Kupfers, Mangans oder Silbers, zusammen mit einer zur Reduktion des Oxydes ausreichenden Menge eines Reduktionsmittels, z. B. von Kohlenstoff, zugemischt werden.