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Verfahren zur Herstellung der kubischen und bzw. oder der
Wurtzit-Form von Bornitrid
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung dichterer Formen von Bornitrid aus einer Quelle für Bor und einer Quelle für Stickstoff unter Anwendung von hohen Drücken und gewünschtenfalls hohen
Temperaturen, welches Verfahren in Abwesenheit eines Katalysators ausgeführt wird.
Die bisher bekannte Herstellungsmethode für eine dichte Form von Bornitrid umfasst im allgemeinen einen Vorgang, bei welchem man hexagonales Bornitrid (Dichte =2, 27 g/cm3, Härte nachMohs = 1 bis 2, Gitterkonstanten : ao = 2, 504, C = 6, 66) in Gegenwart oder zusammen mit speziellen Zusatzmaterialien sehr hohen Drücken und Temperaturen im Stabilitätsbereich des kubischen Bornitrids im Phasendiagramm von Bornitrid unterwirft. Nach Aufhebung des hohen Druckes und Absenkung der hohen Temperatur wird kubisches Bornitrid (Dichte = 3,48 g/cm3, Härte nach Mohs = 10, ao = C = 3,62) ge- wonnen.
Das für diesen Zweck speziell zugesetzte Material bzw. der Katalysator wird als eine Substanz beschrieben, die mindestens eines der Metalle aus der Gruppe der Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Zinn, Blei und Antimon und/oder die Nitride der vorstehend genannten Metalle umfasst. Der Stabilitätsbereich des kubischen Bornitrides ist der im allgemeinen oberhalb der Gleichgewichtslinie zwischen hexagonalem und kubischem Bornitrid liegende Bereich im Phasendiagramm von Bornitrid.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von kubischem Bornitrid ist in der österr. Patentschrift Nr. 227 115 beschrieben. Eine geeignete Vorrichtung, wie sie in dieser Patentschrift sowie in der darauf Bezug nehmenden USA-Patentschrift Nr. 2,941, 248 dargelegt ist, umfasst einen ringförmigen Gurt oder ein Gesenkglied, der bzw. das eine konvergentdivergente Öffnung aufweist, und ein Paar gegenüberliegend angeordneter, konzentrischer, kegelstumpfförmiger Druckglieder, welche in diese Öffnung bewegt werden und eine Reaktionskammer darin definieren. Eine keramische oder mineralische Dichtung aus einem Material wie Pyrophyllit wird zwischen den Druckstempeln und dem Gesenkglied zu Abschlusszwecken verwendet.
Bei dem erwähnten Verfahren und der Vorrichtung bestehen gewisse Beschränkungen, die die beschriebenen Reaktion beeinflussen. Eine Beschränkung bezieht sich auf die Temperatur. Bei hohen Temperaturen tritt eine erhebliche Schwächung der Vorrichtung auf und diese Temperaturen ergeben einen kritischen Faktor und eine Beschränkung bei der Erreichung höherer Drucke. Gleichzeitig führen hohe Temperaturen in den umgebenden Materialien auf Grund von Schmelzen, Zersetzungen und Phasenänderungen sowohl zu unerwünschten Temperatur- als auch Druckschwankungen.
Die vorgenannten Zusätze beanspruchen ein beträchtliches Volumen des Reaktionsbehälters, wodurch die Menge der kubischen Bornitridkristalle, die in einem gegebenen Reaktionsansatz gebildet werden, erniedrigt wird. Ferner können die Zusatzmaterialien unerwünschten chemischen Reaktionen unterliegen oder sie können sowohl bekannte als auch unbekannte Bestandteile oder Verunreinigungen enthalten,
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die die Reaktion beeinflussen. In vielen Fällen ist die Wirkung dieser Verunreinigungen schädlich oder unbekannt. Da ein solcher Zusatzstoff während eines relativ langen Zeitabschnittes geschmolzen werden muss, ist ferner die Wanderung oder Diffusion von Verunreinigungen während eines längeren Zeitraumes wirksam und damit auch die Beeinflussung der Reaktion.
Das Züchten von bzw. die Umwandlung zu kubischem Bornitrid im Rahmen einer Reaktion, bei der ein geschmolzener Zusatzstoff verwendet wird, erfordert auch verschiedene Methoden, weil in Verbindung mit den zahlreichen Zusatzmaterialien und Verbindungen dieser Zusätze viele Schmelzpunkte in Betracht kommen. Aus demselben Grund ist das Endprodukt oder das Ergebnis bei verschiedenen Zusatzstoffen verschieden, weil z. B. ein Einschluss von Metell oder metallischen Verbindungen in den wachsenden Kristall erfolgen kann.
Die gemeinsame Wirkung von höherer Temperatur und zugesetzten Stoffen verhindert nicht nur die
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Beschränkungen die gewünschte Regelung des Reaktionsprozesses. Das sie die Anwendung höherer Drucke einschränken, ist auch die Regelung spezieller Bereiche des Verfahrens begrenzt.
Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung dichterer Formen von Bornitrid zu schaffen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der kubischen und bzw. oder der Wurtzit-Form von Bornitrid, bei welchem man ein bor- und stickstoffhaltiges, z. B. hexagonales Bornitrid enthaltendes Ausgangsmaterial der Einwirkung hoher Drucke unterwirft, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein bor-und stickstoffhaltiges von Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Blei, Zinn, Antimon und den Nitriden der genannten Metalle freies Ausgangsmaterial verwendet, und dass man dieses Ausgangsmaterial Druck- und Temperaturbedingungen innerhalb der in den Fig. 7 durch die Linien Th, L2, K und die Ordinate begrenzten Fläche so lange unterwirft, bis die Umwandlung in die kubische und bzw. oder Wurtzit-Form des Bornitrids zu einem wesentlichen Teil erfolgt ist.
Im Rahmen der Erfindung wird insbesondere die graphitisch-hexagonale Form von Bornitrid einem bestimmten Druckbereich oberhalb der Gleichgewichtslinie von hexagonalem und kubischem Bornitrid im Bornitridphasendiagramm sowie hohen Temperaturen unterworfen, um die hexagonale Form des Bornitrids in die kubische Form des Bornitrids umzuwandeln.
Es wurde weiters gefunden, dass es möglich ist, das hexagonale Bornitrid in einen harten Kristall von Wurtzitstruktur umzuwandeln, wenn man die hexagonale Form des Bornitrids genügend hohen Drücken unterwirft, um die Umwandlung von gewöhnlichem hexagonalem Bornitrid (das ein weisses, weiches, schlüpfriges Pulver ist) in eine harte, dichtgepackte hexagonale Form, die alsWurtzitstrukrur (Dichte=3, 49g/cms, Härte nachMohs = 10, Gitterkonstanten : a =2, 55, C = 4, 20) bezeichnet wird, zu'bewirken.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, worin Fig. l eine Ansicht einer modifizierten Druckapparatur darstellt, wie sie bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendet werden kann ; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Reaktionsbehälter gemäss Fig. l, mit einer darin enthaltenen Probe ; Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Reaktionsbehälters gemäss Fig. 2, die die einzelnen Teile des Reaktionsbehälters in Arbeitsstellung zeigt ; in Fig. 4 ist eine modifizierte Form eines Reaktionsbehälters gemäss Fig. 2 im Schnitt dargestellt ;-Fig. 5 zeigt einen Reaktionsbehälter, bei welchem keine Erhitzung erwünscht ist ; Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Stromkreises vom Kondensatortypus, wie er für die Widerstands- oder Kurzschlussheizung verwendet wird ;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des Phasendiagramms von Bornitrid.
Das Ausgangsmaterial für die Durchführung der Erfindung umfasst im allgemeinen eine Quelle für Bor und eine Quelle für Stickstoff. Eine solche Quelle kann bestimmte Materialien oder Verbindungen umfassen, welche Bor und Stickstoff einzeln oder gemeinsam enthalten und welche unter den Reaktionbedingungen reagieren, sich zersetzen oder in einer sonstigen Weise Bor und Stickstoff liefern. Ein be-
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2,27 g/cm. Seine Kristallstruktur ist ähnlich der von Graphit mit übereinandergeschichteten Lagen von sechsgliedrigen Ringen, wobei in jedem Ring die Bor- und Stickstoffatome abwechseln. Dieser Typus des hexagonalen Bornitrids wird im Hinblick auf seine Kristallstruktur, die bekannten Bestandteile und die Abwesenheit von andern Stoffen, welche verschiedene Reaktionen verursachen können, als Ausgangsmaterial bevorzugt.
Die Bezeichnung "Umwandlung" wird allgemein verwendet, um eine Änderung oder Änderungen zu bezeichnen, die bei der Umwandlung der hexagonalen Form des Bornitrids in eine dichtere Form von
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Bornitrid (entweder in die Wurtzitstruktur oder in die kubische Struktur) erfolgen, wobei bewirkt wird, dass die Kristallstruktur der hexagonalen Form des Bornitrids direkt in eine dichtere Form der Bornitrid-
Kristallstruktur übergeht, ohne dass ein Intermediärprodukt zur Erleichterung des Verfahrens notwendig ist.
Als Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung wird eine Apparatur verwendet, die eine Modifikation der in der USA-Patentschrift Nr. 2,941, 248 beschriebenen Apparatur ist.
Diese modifizierte Vorrichtung ist in Fig. l in annähernd richtigen Proportionen dargestellt. Die Vorrich- tung --10-- umfasst einen Gurt --11--, der eine konvergent/divergente Öffnung --12-- aufweist und von einer Vielzahl von Hartstahldruckringen (nicht dargestellt) für Abstützungszwecke umgeben ist. Ein zufriedenstellendes Material für den Gurt - -11- - ist zementiertes Karbid. Modifikationen des Gurtes - -11-gemäss der Erfindung umfassen konisch zulaufende Oberflächen --13--, die mit der Horizontalen einen Winkel von etwa 52, 20 einschliessen und eine im allgemeinen gerade kreiszylindrische Kammer - mit einem Durchmesser von etwa 5 mm.
Ein Paar konischer oder kegelstumpfförmiger Druckglieder oder Stempel --15 und 16-- von etwa 25,4 mm äusserem Durchmesser an ihrer Basis sind entgegengesetzt in bezug zueinander und konzentrisch gegenüber der Öffnung --12-- angeordnet und begrenzen dazwischen eine Reaktionskammer. Bei diesen Druckgliedern wird ebenfalls eine Vielzahl von Hartstahlbinderingen (nicht dargestellt) für Abstützungszwecke vorgesehen. Ein zufriedenstellendes Material für die Druckglieder --15 und 16-ist zementiertes Karbid.
Eine Modifikation der Druckglieder umfasst konisch zulaufende Flankenoberflächen --17--, die einen Winkel von 60 einschliessen und Druckflächen --18-- mit einem Durchmesser von etwa 3,8 mm ergeben, wobei die Höhe des konisch zulaufenden Abschnittes der Druckglieder etwa 14, 2mm in axialer Richtung beträgt. Die Kombination des 60gradigen Winkels und der den 52, 2gradigen Winkel einschliessenden, konisch zulaufenden Oberflächen --13-- ergibt dazwischen eine keilförmige Dichtungsöffnung.
Eine weitere Modifikation der Erfindung betrifft Abschlussmittel. Das Abschliessen oder Dichten wird mittels einzelner Dichtungen --19-- aus Pyrophyllit bewirkt. Die Dichtungen --19-- zwischen den Druckgliedern --15 und 16-- und dem Gurt --11-- sind keilförmig, um einen definierten Raum zu begrenzen, und haben eine genügende Dicke, um einen Abstand von etwa 1, 5 mm zwischen den Druck- flächen --18-- zu gewährleisten.
Das wesentliche Merkmal bei diesen Ausführungsformen der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung mit einer Eignung zur Erreichung sehr hoher Drücke im Bereich von 100 bis 200 kbar und dar- über und bezieht sich auf Verhältnisse bestimmter gegebener Abmessungen. Diese Abmessungen sind (l) der Durchmesser des Druckflächenabschnittes --18--, (2) der Abstand zwischen den Druckflächenabschnitten --18-- in der Anfangsstellung, wie in Fig. l veranschaulicht, vor der Kompression und (3) die Neigungshöhe der Dichtung --19-- längs der Flanke oder des konisch zulaufenden Abschnittes --17-- der Druckglieder.
Bei den Ausführungsbeispielen mit der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemä- ssen Verfahrens ist das Verhältnis der Spalte --G-- oder der Abstand zwischen den Druckgliederflächen
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Komponente von zur Komprimierung der Dichtung bei Druckanstiegen im Reaktionsbehälter angewendeter Kraft. Diese Verhältnisse sind des weiteren für andere Apparaturen vom Druckgliedertypus anwendbar, um dadurch den Druckbereich zu erhöhen.
Ein Reaktionsbehälter --20-- ist zwischen den Druckflächen --18-- angeordnet. In diesem Falle umfasst der Reaktionsbehälter - -20-- einen zylindrischen oder spulenförmigen Pyrophyllitprobehalter - mit einer Zentralöffnung --22--. Die Teile, die in der Öffnung --22-- in Arbeitsstellung an-
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aus Graphit. Die zwischenliegende Scheibenanordnung --24-- umfasst ein Paar von im Abstand vonein- ander angeordneten segmentartigen Abschnitten --30 und 31-- (letzterer nur in Fig. 3 dargestellt) aus Bornitrid mit einem Graphitstab --32-- dazwischen. Jede Scheibenanordnung --23, 24 und 25-hat einen Durchmesser von 2,03 mm und eine Dicke von 0,5 mm.
Der Graphitstab --32-- ist etWa 0, 5 mm dick, 0,63 mm breit und hat eine Länge von 2, 03 mm. Der veranschaulichte Aufbau ergibt einen Gra- phitheizkörper, der von einer Bornitridprobe umgeben ist, wobei der durch den Graphit fliessende Strom das Bornitrid aufheizt. Der Heizkörper --32-- kann ein Gemisch von Bornitrid mit Graphit, Metallen usw. sein. In der Schnittansicht von oben gemäss Fig. 3 sind die einzelnen Teile in Arbeitsbeziehungen zueinander dargestellt.
In Fig. 4 ist ein modifizierter Reaktionsbehälter --33-- veranschaulicht. Ein Probenhalter -- 21 -- (nicht dargestellt) umfasst ein Paar von Pyrophillitscheibengliedern-34 und 34'-von etwa 2,03 mm
Durchmesser und etwa 0,43 mm Dicke, welche konzentrisch an jeder Seite der Scheibenanordnung--35-
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dazwischen angeordnet werden kann. Die Segmente --36 und 36'-haben etwa 2,03 mm Durchmesser und etwa 0,63 mm Dicke, während das Rohr --37-- aus Titan besteht und 0,76 mm Aussendurchmesser, 0,63 mm Innendurchmesser und 2,03 mm Länge hat. Das Rohr --37-- enthält das zur Verwendung gelangende Probenmaterial, beispielsweise hexagonales Bornitrid und ist auf eine Dicke von etwa 0, 66 mm leicht abgeflacht.
Zur Leitung des elektrischen Stromes in den Reaktionsbehälter sind Elektroden in Form von Drähten - 38 und 38'-- aus rostfreiem Stahl von etwa 0,5 mm Durchmesser vorgesehen. Diese Drähte sind an jedem Ende desRohres --37-- befestigt, wobei der eine Draht --38-- nach oben zum Kontakt mit dem Druckglied --15-- und der andere Draht --38'-- vom andern Ende des Rohres --37-- nach unten zur Berührung mit dem Druckglied --16-- führt. Das Befestigen der Drähte der Elektroden-38 und 38'-- erfolgt so, dass man nahe der Peripherie der Scheiben --34 und 34'-- ein Loch mit etwa dem Durchmesser der Elektroden --38 und 38'-bohrt, und dort die Elektroden einsetzt.
Die elektrische Widerstandsheizung für die Reaktionsbehälter gemäss Fig. 2 und 4 wird durch Verbinden der Druckglieder --15 und 16-- mit einer nicht dargestellten Stromquelle mit Hilfe von Leitungen - 39 und 39'-- bewirkt. Der Strom fliesst von dem einen Druckglied, beispielsweise --15--, inder beschriebenen Weise durch den Reaktionsbehälter und zu dem andern Druckglied --16 --. In Fig. 2 verläuft der Weg des Stromes in dem Reaktionsbehälter von dem einen Graphitsegment --27-- durch den Graphitstab --32-- als Widerstandselement und dann durch das Segment --29--.
In Fig. 4 verläuft der Strom in dem Reaktionsbehälter von der einen Drahtelektrode --38-- durch das Rohr --37-- als Widerstands- heizelement und dann durch die Drahtelektrode --38'--. Es können aber auch verschiedene andere Reaktionsbehälter, Modifikationen und Bauarten, wie sie im Stande der Technik bekannt sind, für die Erfindung Verwendung finden.
Durch die Vorrichtung-10-wird eingewünschter Druck in einem Bereich geschaffen, in welchem die kubische Form der Bornitrids stabil ist und das Bornitrid vorzugsweise in der kubischen statt in der hexagonalen Form existiert. Der Arbeitsvorgang mit der Apparatur --10-- umfasst das Einbringen der erläuterten Apparatur zwischen die Platten einer geeigneten Presse und Bewegen der Druckglieder --1. 5 und 16-- gegeneinander, wodurch der Reaktionsbehälter zusammengepresst und die darin befindliche Probe hohen Drücken unterworfen wird. Eine Kalibrierung bzw.
Eichung der Apparatur für hohe Drücke erfolgt durch Anwendung üblicher Methoden, wie in der USA-Patentschrift Nr. 2,941, 248 beschrieben, wobei gewisse Metalle bekannten Drücken, bei welchen ein elektrischer Phasenübergang dieser Materialien festgestellt wird, unterworfen werden. Beispielsweise wird während einer Kompression von Eisen eine definierte reversible elektrische Widerstandsänderung bei etwa 130 kbar festgestellt. Somit zeigt bei der Kalibrierung der Apparatur eine Änderung des elektrischen Widerstandes von Eisen einen Druck von 130 kbar an.
Die folgende Tabelle gibt Metalle an, die bei der Kalibrierung der Druckapparatur angewendet werden :
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Tabelle 1
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<tb>
<tb> Übergangsdruck
<tb> Metalle <SEP> (kbar)
<tb> x <SEP> Wismut <SEP> I <SEP> 25
<tb> Thallium <SEP> 37
<tb> Cäsium <SEP> 42
<tb> x <SEP> Barium <SEP> I <SEP> 59
<tb> x <SEP> Wismut <SEP> III <SEP> 89
<tb> Eisen <SEP> 130
<tb> Barium <SEP> II <SEP> 141
<tb> Blei <SEP> 161
<tb> Rubidium <SEP> 193
<tb>
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dietung --43-- zwischen Schalter --44-- und Widerstand --45--, verbunden ist. Das Oszilloskop-51enthält eine Nullverbindung-40-.
Die Nullung-46-- der Schaltung-41-liegt zwischen dem Pro- benheizelement --24-- und dem Widerstand --45--, so dass die Signale undE-im Oszillographen einen gemeinsamen Nullpunkt haben. Das Oszilloskop-51-- weist ein Aufzeichnungsintervall auf, das der Entladungszeit mit 9 bis 5 und 0 bis 10 Millisekunden, wie sie im Rahmender Beispiele der Erfindung angewendet wird, entspricht. Das Oszillogramm wird mit einer Kamera photographiert, die dem Schirm gegenüber angeordnet ist.
Verschiedene Anordnungen können verwendet werden, um ein Auslösungssignal für das Oszilloskop - -51-- zu liefern. Bei einer zweckmässigen Schaltungsanordnung wird ein Kondensator --54-- mit einer Kapazität von 1 Mikrofarad verwendet, der über Leitung --55-- die eine Seite der Induktionsdrosselspu- le-48*-mildern Oszilloskop-51-verbindet. MiteinemweiterenKondensator-54'-miteiner Kapazität von 1 Mikrofarad wird die andere Seite der Induktionsdrosselspule --48-- an Masse --40-- gelegt. Das Verzögerungs-Auslösesignal ist somit etwa jenes des Spannungsabfalles über die Induktionsdrosselspule --48--. Selbstverständlich können zahlreiche Variationen dieser Schaltung für den beabsichtigten Zweck angewendet werden.
Beispielsweise können mehrere Oszilloskope benutzt werden oder das Oszilloskop und dessen Schaltung können entfallen, wenn Messungen überflüssig sind.
Die Temperatur in dem Reaktionsbehälter kann durch Berechnung oder Kalibrierung bestimmt werden. Die Temperaturen können in Beziehung zu der Energiezufuhr im Reaktionsbehälter gebracht wer- den, so dass Änderungen des Umwandlungsgrades auf die Aufladung des Stromkreises bezogen werden können. Anderseits können die Temperaturen auch auf die Eingangsleistung für das Heizrohr-37-- be- zogen werden. Das Rohr -37-- kann z. B. durch einen Nickeldraht und durch damit verbundene, zur Ablesung von Widerstandswerten dienende Messgeräte ersetzt werden. Dem Reaktionsbehälter wird Wechselstrom zugeführt, um das Schmelzen des Drahtes zu bewirken, wobei der entsprechende Punkt für den Anstieg des elektrischen Widerstandes notiert wird.
Dieser Vorgang wird bei verschiedenen Drücken wiederholt, so dass eine Kurve erhalten wird, die die Eingangsleistung gegen die Temperatur angibt. Durch Extrapolation einer solchen Kurve erhält man den Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Eingangsleistung. Anderseits kann auch die Temperatur in der Probe auf der Grundlage der elektrischen
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hexagonalem Bornitrid für die Probe aufgebaut, u. zw. für die Teile --26, 28, 30 und 31--, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert und dargestellt worden ist.
Die Apparatur --10--wirddann zwischen das Plattenpaar einer 300 Tonnenpresse gelegt, so dass die Platten die Druckglieder --15 und 16--gegen- einander bewegen, um den Reaktionsbehälter zu komprimieren und den Druck in der Probe aus hexagonalem Bornitrid auf etwa 130 kbar zu steigern, entsprechend dem Druckbereich der Eisenumwandlung bei der Kalibrierung der Presse. Der Druckanstieg bis zum Umwandlungsbereich des Eisens kann langsam oder rasch herbeigeführt werden, ohne dadurch das Endresultat zu ändern. Der Druckanstieg kann auch in Teilbeträgen oder kontinuierlich erfolgen. Bei der vorliegenden beispielsweisen Ausführungsform wurde der Druckanstieg in etwa 3 min ausgeführt. Danach wurde der Stromkreis --41-- bei etwa 26V und 0,085 Farad durch das Heizelement --24-- entladen.
Nach Verminderung des Druckes und der Temperatur und dem Herausnehmen des Reaktionsbehälters --20-- aus der Apparatur-10-wurden die Teile --26, 28,30 und 31--der Probe mikroskopisch untersucht und als ein polykristalliner Körper befunden, der eine grosse Anzahl von sehr kleinen kubischen Bornitridkristalliten von blassgelber Farbe mit etwa l als längste Abmessung enthielt. Zur Feststellung der kubischen Form des Rornitrids wurde die Probe Untersuchungen auf Kratzfestigkeit, Schwimmvermögen sowie einer Röntgenanalyse unterworfen, welche Untersuchungen schlüssig kubisches Bornitrid erwiesen.
Es ist zu beachten, dass die Drücke in einem Reaktionsbehälter auf einer Kalibrierung der beschriebenen Art beruhen und dass die Genauigkeit jeder Druckbestimmung daher nicht ganz präzise ist.
Ausserdem ist der Druck, bei welchem die Umwandlung stattzufinden beginnt, nicht genau messbar. Aus typischen Beispielen geht hervor, dass eine teilweise Umwandlung der Probe bei niederen Drücken und bei niederen Temperaturen und eine vollständigere Umwandlung bei höheren Drücken und höheren Temperaturen stattfindet.
Typische Beispiele für den Umwandlungsprozess sind in der nachfolgenden Tabelle-2-für den R & aktionsbehälter der Fig. 2 mit dem Kondensatorentladungsstromkreis für Heizzwecke und in Tabelle 3 für den Reaktionsbehälter nach Fig. 4 mit einem Stromkreis für Widerstandsheizung unter Verwendung
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eines Wechselstromes von 60 Hz zur Aufheizung des Rohes --37-- und der darin befindlichen Probe an- gegeben. Alle Wandungsmaterialien bestehen aus Pyrophyllit. Bei der Ausführung der Erfindung werden die Reaktionsbehälter in der beschriebenen und dargestellten Weise zusammengestellt und in die Appa- ratur gemäss Fig. 1 eingebracht. Der Reaktionsbehälter wird dann dem gewünschten hohen Druck unterworfen.
Sobald der Druck erreicht ist, wird die langsame Widerstandheizung eingeschaltet (oder der
Kondensatorstromkreis --41-- wird zwecks rascher Erhitzung entladen), um den vorbestimmten Tempe- raturanstieg zu erzielen. Nach einer Dauer von z. B. etwa 1 bis 3 min wird die Temperatur und dann der
Druck vermindert und das Probenmaterial gewonnen. Durch Ritzproben und Röntgenanalyse wurde das
Vorhandensein von kubischem Bornitrid (nachfolgend als CBN abgekürzt) verifiziert.
Die Umwandlung betrug im wesentlichen dz
Tabelle 2
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<tb>
<tb> Elektrische <SEP> Energie
<tb> Kondensatorstromkreis
<tb> Beispiel <SEP> Druck
<tb> Nr. <SEP> kbar <SEP> V <SEP> Farad <SEP> Ergebnisse
<tb> 1 <SEP> 150 <SEP> 31 <SEP> 0, <SEP> 085 <SEP> CBN
<tb> 2 <SEP> 120 <SEP> 25 <SEP> 0,085 <SEP> CBN
<tb> 3 <SEP> 140 <SEP> 28 <SEP> 0, <SEP> 085 <SEP> CBN
<tb> 4 <SEP> 140 <SEP> 28 <SEP> 0,085 <SEP> CBN
<tb> 5+ <SEP> 140 <SEP> 75 <SEP> 0,0045 <SEP> CBN
<tb>
't'= 50/50 Gew. Clo BN + Graphit.
In den Beispielen 3 und 4 der Tabelle 2 wurde ein Bornitridpulver von hoher Reinheit mit etwa 99, 80/0 und mehr BN verwendet. Es war kein BO vorhanden. Die Umwandlung war höher als etwa 50%. Als Ausgangsmaterial bei den Beispielen 1 und 2 der Tabelle 2 wurde geformtes Bornitrid eines hohen Reinheitsgrades mit einer geringen Menge B203 als Bindemittel verwendet.
Tabelle 3
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<tb>
<tb> WiderstandsEingangs-heizung,
<tb> Beispiel <SEP> Druck <SEP> leistung <SEP> Temperatur <SEP> Heizdauer <SEP> ErgebNr. <SEP> kbar <SEP> W <SEP> C <SEP> min <SEP> nisse
<tb> 1 <SEP> 113 <SEP> 103 <SEP> 1900 <SEP> 1 <SEP> CBN
<tb> 2 <SEP> 113 <SEP> 130 <SEP> 2500 <SEP> 1 <SEP> CBN
<tb> 3 <SEP> 100 <SEP> 130 <SEP> 2500 <SEP> 1 <SEP> CBN
<tb> 4 <SEP> 130 <SEP> 110 <SEP> 2200 <SEP> 1,5 <SEP> CBN
<tb> 5 <SEP> 130 <SEP> 125 <SEP> 2400 <SEP> 1 <SEP> CBN
<tb>
Aus den Beispielen der vorliegenden Tabelle 3 sowie aus zahlreichen weiteren Beispielen ergab sich, dass innerhalb des Eichbereiches der Apparatur Unterschiede in den Wandmaterialien oder den Reaktionsbehältern keinen merklichen Effekt auf den erreichten Druck ausüben, so dass für die Umwandlung von hexagonalem Bornitrid zu kubischem Bornitrid ein Druckbereich von etwa 100 bis 120 kbar bzw.
von mindestens etwa 100 kbar angegeben werden kann. Unter "mindestens etwa" soll auch eine kleine Abwei- chung von dem angegebenen Zahlenwert sowohl nach oben als auch nach unten verstanden werden. Bei allen Beispielen wurden Untersuchungen mit Röntgenstrahlen vorgenommen, um das Vorhandensein von kubischem Bornitrid festzustellen.
Als Beispiel zur Ausbildung der Wurtzitstruktur sei der in Fig. 5 dargestellte Reaktionsbehälter --39-genannt, der mit hexagonalem Bornitrid für die Probe --410-- zusammengestellt und in die Apparatur
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Form,Druckglieder --15 und 16-- gegeneinander bewegt wurden, um den Reaktionsbehälter --39-- zukom- primieren und den Druck in der Probe aus hexagonalem Bornitrid auf etwa 120 kbar zu steigern. Die Drucksteigerung kann langsam oder auch schnell durchgeführt werden, ohne dass sie eine Änderung im
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erfolgen.dieser beispielsweisen Ausführungsform wurde der Druckanstieg in etwa 3 min ausgeführt.
Nach etwa einem 5 min langen Intervall wurde der Druck vermindert und der Reaktionsbehälter-39-aus der Appa- ratur-10-herausgenommen. Der Probenzylinder --410-- wurde mikroskopisch geprüft und als polykristalliner Körper festgestellt, der eine grosse Anzahl von kleinen Bornitridkristallen in der Wurtzitform enthielt. Die Wurtzitstruktur wurde durch Röntgenanalyse schlüssig verifiziert. Aus der Röntgen.. untersuchung und aus Berechnungen ergab sich, dass die Dichte des Materials etwa 3,43 bis 3,49 g/cm3 beträgt, der optische Brechungsindex für rotes Licht etwa 2,22 (doppelbrechend) und die Härte etwa dieselbe wie von Diamant ist, d. h. etwa 10 nach der Mohs'schen Härteskala. Die Gitterkonstanten für
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Weitere Beispiele für die Herstellung der Wurtzitstruktur sind in der nachfolgenden Tabelle 4 angegeben. Gemäss dieser Tabelle sind beide Typen der Heizvorrichtungen angewendet worden, nämlich die langsame Widerstandserhitzung bei niederer Spannung und die Heizung durch Entladung eines Kondensatorstromkreises. Die Messung der Heizenergie für die vorstehend beschriebene langsame Widerstandsheizung ist in der entsprechenden Spalte in Watt angegeben. Alle Wandungsmaterialien für den Reaktionsbehälter der Fig. 4 und die Teile --40 und 40'-- der Fig. 5 bestanden aus Pyrophyllit. Die Materalien für die Probe waren (1) handelsübliche feste Formkörper aus Bornitrid, nachfolgend als MBN ab-
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wurde in das Rohr --37-- gepackt. Die Röntgenstrahluntersuchung ergab, dass in den Ausgangsmaterialien kein Wurtzit vorhanden war.
Bei Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens wurden die Reak-
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elektrische Widerstandsheizung angewendet wird, wird der Reaktionsbehälter zur Erzielung eines vorbestimmten Temperaturanstieges in den Stromkreis für langsame Widerstandsheizung eingeschaltet oder aber es wird der Kondensatorstromkreis-41-zur Erzielung rascher Aufheizung angewendet. Nach einer Zeitdauer von z. B. etwa 1 bis 5 min werden die Temperaturen und die Drücke verringert und die Probe wird rückgewonnen. Die Ergebnisse zeigen eine weitgehende Umwandlung, die in einem Bereiche von 50% und mehr aufwärts liegt (Beispiele 1 und 4), bezogen auf das Volumen des Bornitridausgangsmaterials.
Tabelle 4
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<tb>
<tb> langsame
<tb> Widerstands-Kondensator-Heiz-ErBeispiel <SEP> Reaktions-Druck <SEP> heizung <SEP> stromkreis <SEP> dauer <SEP> gebNr. <SEP> behälter <SEP> kbar <SEP> W <SEP> V <SEP> Farad <SEP> T, <SEP> K <SEP> min <SEP> nisse
<tb> 1 <SEP> Fig.4 <SEP> 130 <SEP> 110 <SEP> 2400 <SEP> 1 <SEP> Wurtzit
<tb> PBN
<tb> PBN
<tb> 2 <SEP> PBN <SEP> 113 <SEP> 130 <SEP> 2500 <SEP> 1 <SEP> Wurtzit
<tb> 3 <SEP> Fig.4 <SEP> 113 <SEP> 113 <SEP> 1900 <SEP> 1 <SEP> Wurtzit
<tb> PBN
<tb> 4 <SEP> Fig.5 <SEP> 140 <SEP> 300 <SEP> 5 <SEP> Wurtzit
<tb> MBN
<tb> 5 <SEP> Fig.
<SEP> 2 <SEP> 140 <SEP> 28 <SEP> 0,085 <SEP> 2500 <SEP> Wurtzit
<tb> MBN
<tb>
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Tabelle 4 (Fortsetzung)
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<tb>
<tb> langsame
<tb> Widerstands- <SEP> Kondensator- <SEP> Heiz- <SEP> ErBeispiel <SEP> Reaktions- <SEP> Druck <SEP> heizung <SEP> stromkreis <SEP> dauer <SEP> gebNr. <SEP> behälter <SEP> kbar <SEP> W <SEP> V <SEP> Farad <SEP> T, K <SEP> min <SEP> nisse
<tb> Fig. <SEP> 2
<tb> 6 <SEP> Gemisch <SEP> 50 <SEP> :
50 <SEP> 130 <SEP> 75 <SEP> 0,0045 <SEP> 2000 <SEP> Wurtzit
<tb> von <SEP> PBN <SEP> + <SEP> Graphit
<tb> 7 <SEP> Fig. <SEP> 5 <SEP> 130 <SEP> 300 <SEP> 5 <SEP> Wurtzit
<tb> MBN
<tb> 8 <SEP> Fig. <SEP> 140 <SEP> 300 <SEP> 5 <SEP> Wurtzit
<tb> MBN
<tb> 9 <SEP> Fig.5 <SEP> 125 <SEP> 300 <SEP> 5 <SEP> Wurtzit
<tb> PBN
<tb>
Obgleich alle angeführten Beispiele für die Ausführung der Erfindung gemäss einer bevorzugten Form der Apparatur und den bevorzugten Heizmethoden typisch sind, sind auch andere Apparaturen, die die gegebenen Bedingungen erfüllen, brauchbar und dem Stande der Technik bekannt, insbesondere solche Apparaturen, welche Drucke von mindestens etwa 100 kbar erzeugen können.
Es können auch andere Schaltungen und Heizmethoden verwendet werden oder die Schnellheizmethode, wie sie in der Erfindung beschrieben ist, kann abgeändert werden, wobei das wichtigste Erfordernis darin besteht, dass die Heizvorrichtung die gewünschte Temperatur gleichzeitig mit den angewendeten Druckbedingungen schafft.
Der Arbeitsbereich bezüglich Druck und Temperatur gemäss der Erfindung sowie die verschiedenen Drücke und Temperaturen, die verwendet werden, um die Umwandlung von Bornitrid in die kubische Form des Nitrids zu bewirken, werden am besten unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert. Darin ist ein Phasendiagramm des Bornitrids dargestellt, wobei auf der Ordinate der Druck in kbar und auf der Abzisse die Temperatur in K aufgetragen ist. Die Kurve --E-- ist jene schon früher festgestellte Gleichgewichtslinie, die den Stabilitätsbereich-H--des hexagonalen Bornitrids von dem Stabilitätsbereich - des kubischen Bornitrids trennt.
Die Kurve --L-- ist die thermodynamische Gleichgewichtslinie zwischen hexagonalem, kubischem und Wurtzit-Bornitrid einerseits und flüssigem Bornitrid anderseits, die Kurve --L 1-- ist die Schmelzlinie des hexagonalen Bornitrids, die Kurve-L-ist die Schmelzlinie des kubischen Bornitrids, die Kurve --L 3-- ist die Schmelzlinie von metallischem Bornitrid. Die Linien-L, L und L -definieren die Grenze des Flüssigkeitsbereiches-L--des Bornitrids.
Die Kurve --M-- ist die Schmelzlinie von metastabilem, hexagonalem Bornitrid. Die einen kleinen Flä- chenbereich umfassende Kurve --Th-- gibt die untere Grenze der erfindungsgemäss einzuhaltenden Verfahrensbedingungen an und ist nicht durch die thermodynamische Stabilität, sondern durch die Reaktionsgeschwindigkeit bedingt. Oberhalb-Th-, im Bereich-A-, wird die Reaktionsgeschwindigkeit immer grösser und längs der Kurve --M-- erzielt man praktisch sofortige Umwandlungen zu kubischem oder Wurtzit-Bornitrid. Im Bereich-CB-- ist nur kubisches oder Wurtzit-Bornitrid vorhanden ; dieser Bereich wird vom festen metallischen Bornitrid durch die Linie-K-getrennt.
Im Phasendiagramm der Fig. 7 entsprechen die verschiedenen Kurven im allgemeinen den Kurven für das Phasendiagramm des Kohlenstoffes (s. die franz. Patentschrift Nr. 1. 360. 911), das Phasendiagramm selbst ist in seinem Aufbau ähnlich. Demgemäss beginn in Fig. 7 die Schmelzlinie --Ll-- für das hexagonale Bornitrid bei etwa 3300 K und zeigt in ihrem Verlauf nach oben eine positive Steigung, die sich dann in eine negative Steigung ändert und die Gleichgewichtslinie --E-- in einem Tripelpunkt --'1'--
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--T-- steigt- steigt auch die Kurve-L2--, die die Schmelzlinie für kubisches bzw.
Wurtzit-Bornitrid ist, nach oben zu einem weiteren Tripelpunkt --Tl -- am Schnittpunkt eines Paares --K, L3 -- von Phasen-
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linie an, welche einen Bereich in der 400 bis 700 kbar Region definieren, für welche eine metallische Form von Bornitrid als existent angenommen wird.
Die Zuordnung der Feststellungen gemäss der Erfindung zu den Phasendiagrammen von ähnlichen Materialien ergibt einen bestimmten Arbeitsbereich für die Erfindung. Dieser Bereich ist nach unten durch die Schwellenwertskurve --Th-- abgegrenzt welche vom Tripelpunkt-T-zum Schnittpunke mit der Ordinate oder 00 K-Linie des Phasendiagramms verläuft.
Die Kurve-Th- ist als ein s chraffiertes Feld dargestellt, weil die Stelle, bei welcher die Umwandlung beginnt, nicht als genaue Linie ermittelt worden ist. Die Umwandlung der hexagonalen Form des Bornitrids in die kubische Form des Bornitrids durch den direkten Umwandlungsprozess gemäss der Erfindung findet oberhalb der Kurve --Th-- in dem Bereich --A-- statt und hängt von der Reaktionszeit ab, wobei eine
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Bereiches für die metallische Form des Bornitrids Linie --K-- gehört ebenfalls zu dem allgemeinen Umwandlungsbereich für die Durchführung der Erfindung zur Gewinnung der kubischen Form von Bornitrid.
Dieser Bereich ist durch die Kurve --M-- nach unten abgegrenzt, welche unter etwa 380 kbar Druck bei Raumtemperatur beginnt und auf etwa 100 kbar bei etwa 3200 C abfällt. Die Durchführung der Erfindung oberhalb der Kurve --M-- führt zu einer augenblicklichen Umwandlung von Bornitrid in die kubische Form von Bornitrid. Bei der normalen Ausführung der Erfindung bewirkt der Übergang in das Feld - die Umwandlung in die kubische Form des Bornitrids. In dieser Richtung stellt die Linie-Mdie Grenze des Umwandlungsbereiches dar, weil sie ja als Linie des augenblicklichen Schmelzens von nicht umgewandeltem hexagonalem Bornitrid angesehen wird und einen oberen Bereich abgrenzt, in welchem lediglich die kubische Form des Bornitrids existiert.
Die Untersuchung der verschiedenen Arten von Bornitrid als Ausgangsmaterial ergibt, dass eine Schwellentemperatur existiert, bei welcher die Umwandlung beginnt oder stattfindet und dass die Schwellentemperatur von der bei dem gegebenen Druck angewendeten Art des Bornitrids abhängt. BeiUmwandlungsprozessen ebenso wie bei vielen andern Arten von chemischen Reaktionen spielt die Temperatur eine wichtige Rolle. Insbesondere sind die Reaktionsgeschwindigkeiten von der Temperatur abhängig, wobei höhere Temperaturen zu höheren Geschwindigkeiten führen. Bei der Erfindung beeinflussen die Temperaturen ebenfalls die Umwandlungsgeschwindigkeit, höhere Temperaturen sind daher erwünscht.
Die Schwellentemperatur ist eine Temperatur für einen gegebenen Druck, bei welcher die Umwandlung unter Bildung einer zufriedenstellenden (tatsächlich gewinnbaren) Menge der dichteren Form des Bornitrids in einer verhältnismässig kurzen Zeitdauer erfolgt, d. h., dass eine messbare Menge des kubischen Bornitrids in der betreffenden Zeit gewonnen wird. Die Schwellentemperaturen ändern sich für verschiedene Ausgangsmaterialien. Die Schwellentemperatur ist daher auch als jene Temperatur für einen gegebenen Druck und für ein bestimmtes Probenmaterial definiert, bei welchem die Atomgittererschütterung stattfindet und das hexagonale Bornitrid unter Bildung eines Bornitrids umgewandelt wird, das dichter als das hexagonale Bornitrid ist.
Die verschiedenen Arten von Bornitrid, die bei der Ausführung der Erfindung benutzt wurden, umfassen geformte Bornitridstäbe mit etwa 2, 5% B Og, gereinigtes Bornitridpulver von etwa 99, 8% und mehr Reinheit und pyrolytisches Bornitrid. Es wird angenommen, dass der Umwandlungsprozess gemäss der Erfindung durch Atomgittererschütterung eingeleitet wird und dass die Temperatur den Umwandlungsgrad bestimmt. Die Schwellentemperaturen samt zugehörigen Drücken sind in Fig. 7 durch die Kurve --Th-- veranschaulicht.
Die Reaktion unterscheidet sich insofern von den in der österr. Patentschrift Nr. 227115 beschriebenen Vorgängen, als keine weiteren, zugesetzten Katalysatormaterialien benutzt werden oder notwendig sind. Das Wesen der Erfindung, wie es durch zahllose Umwandlungen bestätigt wird, bezieht sich auf das Merkmal, dass das Bornitrid in eine dichtere stabile Form des Bornitrids nach einer Methode umgewandelt werden kann, welche im wesentlichen auf der Anwendung von hohen Drücken für den Umwandlungsprozess, vorzugsweise in Verbindung mit einer Temperatursteigerung, beruht.
Wie aus den vorhergehenden Beispielen hervorgeht, findet die Atomgitterverlagerung gemäss der Erfindung bei einer Ausführungsform durch Anlegen von Druck und Temperatur an eine Probe aus hexagonalem Bornitrid statt. Die Druckanwendung kann nach der wohlbekannten Schockmethode, durch Explosionswellen usw. erfolgen. Bei diesen Methoden kann ein damit verbundener Temperaturanstieg zur Erzielung einer vollständigeren Umwandlung benutzt werden. Die Atomgittererschütterung kann bei niedrigerem Druck durch Temperatursteigerung im Inneren einer vorliegenden Probe erleichtert oder herbeigeführt werden.
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Eines der wesentlichsten Merkmale der Erfindung bei Anwendung der Erhitzung ist die Regelung.
Sowohl die Temperatur als auch der Druck können einzeln geregelt werden. Beispielsweise kann bei
Ausführung der Erfindung ein gewünschter Druck für ein gegebenes Material angewendet und eine Än- derung dieses Druckes für verschiedene Zwecke vorgenommen werden. Danach kann die Probe entweder durch schnelle Entladung oder durch langsame Widerstandsheizung erhitzt werden, u. zw. entsprechend dem Ausmass der Aufladung im Kondensatorstromkreis bzw. der Leistung in Watt im Widerstandsstrom- kreis. Der Druckanstieg, der der sehr raschen Erhitzung zuzuschreiben ist, wird als nicht so gross ange- sehen, dass er die Druckregelung gemäss der Erfindung beeinflussen könnte. Daher sind Druck und Tem- peratur voneinander unabhängig.
Eine klare Folgerung aus dieser Unabhängigkeit besteht im Zusammen- hang mit dem Phasendiagramm des Bornitrids gemäss Fig. 7 darin, dass die Drücke im Stabilitätsbereich - für kubisches Bornitrid während Temperaturänderungen, die eine Umwandlung in hexagonales Bor- nitrid verursachen würden, aufrecht bleiben. Unter umgekehrten Bedingungen würde jedes gebildete ku- bische Bornitrid in hexagonales Bornitrid rückverwandelt werden.
Wenn die Druck- und Temperaturbedingungen im Stabilitätsbereich des kubischen Bornitrids lie- gen, muss der Druck hier bei der gewünschten Temperatur gehalten werden, denn bei einem Abfall des
Druckes unter die Gleichgewichtslinie wird, selbst wenn kubisches Bornitrid gebildet wird, dieses wegen der hohen Temperatur zu hexagonalem Bornitrid rückgebildet werden. Die Drücke und die Tempe- raturen müssen daher einander richtig zugeordnet werden, so dass die gegebenen Bedingungen eingestellt und aufrecht erhalten werden können. Das Merkmal einer unabhängigen Regelung stellt daher ein wich- tiges Element bei der Ausführung der Erfindung vor. Ausserdem umfasst die Regelung des Druckes eine
Erhöhung oder Verminderung des Druckes in beliebigen Teilbeträgen.
Sowohl der Druck als auch die
Temperatur wie auch beide können in Teilbeträgen erhöht werden, d. h. in einer oder mehreren Stu- fen, so dass man sich einem gegebenen Punkt von jeder beliebigen Richtung unter entsprechender Än- derung der Bedingungen nähern kann. Ein solcher Punkt kann daher durch eine Drucksteigerung, eine
Temperatursteigerung, eine Temperaturverminderung, eine Druckverminderung oder Kombinationen dieser Massnahmen erreicht werden.
Die Erfindung ist vorstehend unter Bezugnahme auf einen statischen Druckapparat beschrieben, in welchem hexagonales Bornitrid in kubisches Bornitrid umgewandelt wird. In einem solchen Apparat kann als erste Verfahrensstufe der Druck angelegt werden und dann eine variable und langzeitige Verzöge- rung eintreten, ehe die Temperatur erhöht wird. Ein langsamer Druckanstieg wird bevorzugt, um in den verschiedenen Materialien gleichmässige Bedingungen zu schaffen. Unter"langsam"sind Vorgänge in Minuten zu verstehen, doch wird ein Arbeiten in Sekunden bevorzugt. Die Konstanthaltung des Druckes in angemessenen Zeitgrenzen ergibt günstigere Arbeitsbedingungen und eine vollständigere Um- wandlung.
Der statisch geregelte Druck ist vom Schockwellendruck verschieden, denn er ist ein aufrecht erhaltener Druck an Stelle eines vorübergehenden Druckes und erlaubt das Zeitmass der Druck- änderung zu regeln. Die Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in die Wurtzitstruktur bei angelegter Heizung wird in einem Bereich von etwa 110 bis 115 kbar eingeleitet oder, genauer gesagt, bei einem Druck von mindestens etwa 113 kbar. Unter dem Ausdruck "mindestens etwa" soll auch eine entsprechende Variation sowohl oberhalb als auch unterhalb des angegebenen Zahlenwertes verstanden werden.
Die Umwandlung in die Wurtzitform wird dadurch bewirkt, dass man hexagonales Bornitrid ho- hen Drücken zur Umwandlung in eine dichtgepackte hexagonale Struktur, d. i. in die Wurtzitstruktur aussetzt. Genauer gesagt, wenn man das Bornitridmaterial Drücken über etwa 120 kbar unterwirft, so führt dies zur Umwandlung des Bornitridausgangsmaterials in Wurtzitstruktur. Durch Einschalten einer Heizvorrichtung zur Schaffung eines Temperaturanstieges wird der Umwandlungsgrad variiert. Genauere Grenzen, die auf den angegebenen Eichwerten beruhen, sind beispielsweise Drücke von etwa 120 kbar bei Raumtemperatur und etwa 110 kbar bei erhöhten Temperaturen. Bei höheren Temperaturen findet eine teilweise Umwandlung in kubisches Bornitrid statt.
An Röntgenstrahlenbeugungsbildern ist zu erkennen, dass nur die Linien für die kubische Form und die Wurtzitstruktur von Bornitrid vorhanden sind oder Linien von andern bekannten Materialien, die in der kubischen oder Wurtzitform des Bornitrids vorkommen. Mit andern Worten, diese Kristalle können vorbestimmte Kennmerkmale auf Basis der Merkmale des Bornitridausgangsmaterials aufweisen. Wenn im hexagonalen Bornitrid Materialien vorhanden sind oder zugesetzt werden, so verbleiben diese darin, wenn die Umwandlung zu kubischem Bornitrid stattfindet. Die Reinheit der dichteren Form des gemäss der Erfindung erhaltenen Bornitrids spiegelt daher den Reinheitsgrad der Ausgangsmaterialien wi- der.
Es können daher gewisse Materialien dem Bornitridausgangsmaterial zugesetzt werden, wobei eine
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Methode beispielsweise darin besteht, dass man das Ausgangsmaterial mit Silizium, Germanium, Selen, Beryllium usw. versieht, um Halbleiterkristalle zu schaffen.
Wird dasBornitridmaterial Drücken oberhalb von etwa 110 kbar bei 20000 C bis 300 bis 400 kbar bei Raumtemperatur unterworfen, so führt dies zu einer direktem Umwandlung des hexagonalen in kubisches Bornitrid.
Sowohl die kubische als auch die Wurtzitform des erfindungsgemäss erhaltenen Bornitrids sind in weiten Bereichen und in derselben Weise für technische Zwecke anwendbar wie die natürlichen Diamanten, beispielsweise als Schleif- und Schneidematerialien. Zu diesem Zweck können verschiedene Bindemittel oder elektrisch leitende Mittel, wie Metalle, mit Bornitrid als Ausgangsmaterial vermischt werden, um unter Verwendung des Reaktionsbehälters nach Fig. 2 Produkte mit entsprechenden elektrisch leitenden Eigenschaften zu erhalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung der kubischen und bzw. oder der Wurtzit-Form von Bornitrid, bei welchem man ein bor- und stickstoffhaltiges, z. B. hexagonales Bornitrid enthaltendes, Ausgangsmaterial
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stoffhaltiges, von Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Blei, Zinn, Antimon und den Nitriden der genannten Metalle freies Ausgangsmaterial verwendet und dass man dieses Ausgangsmaterial Druck- und Temperaturbedingungen innerhalb der in den Fig. 7 durch die Linien (Th, L, K) und die Ordinate begrenzten Fläche so lange unterwirft, bis die Umwandlung in die kubische und bzw. oder Wurtzit-Form des Bornitrids zu einem wesentlichen Teil erfolgt ist.