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. Verfahren zur Herstellung von zusammenhängenden Körpern aus Nitriden.
Die Herstellung von testen Körpern aus Oxyden gelingt, verhältnismässig leicht, da. diese die Eigenschaft der Sinterungsfähigkeit in hohem Masse besitzen, so dass es genügt, hie, nachdem sie einer geeigneten Vorbehandlung ausgesetzt waren, einer hinreichenden Erhitzung duszusetzten, so dass sie sintern. Diese Eigenschaft der Sinterung zeigen die meisten Stoffe, insbesondere die Metalle, d. h. alle Stoffe, die beim Schmelzpunkt noch einen ziemlich geringen Dampfdruck
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feuerfesten, wie die Nitride von Bor und Titan. bei gewöhnlichem Druck keinen Schmelzpunkt besitzen, sondern sublimieren und auch keine Sattel un zeigen.
Daher ist es bisher noch nicht gelungen, diese Stoffe zu Gegenständen beliebter Gestalt zu verarbeiten, bei denen der Zusammenhalt durch Nitridteilchen untereinander gebildet wird trotzdem die hervorragenden Eigenschaften, besonders des Borstickstoffes, zum Teil schon bekannt sind. Das vorliegende Verfahren gestattet nun in einfacher Weise, Gegenstände in fester Gestalt zu gewinnen und so diesen Stoffen ein weites Anwendungsgebiet zu eröffnen. Das Verfahren besteht darin, dass von Verbindungen der Grundstoffe, wie z.
B. des Bor, Titan, Zirkon'um usw. ausgegangen wird, die die Eigenschaft der Sinterung zeigen, wie die Oxyde und Sulfide, aus denen man dann die gewünschten Stücke in gewöhnlicher Weise formt und sintert, so dass ein fester Körper entsteht bei dem das Ausgangsmaterial in sich durch die Sinterung den Zusammenhang erhält. Als bestes Ausgangsmaterial sind die Oxyde zu wählen, die sehr leicht sintern und gegebenenfalls in oxydierender Atmosphäre gebrannt werden können. Die auf diese Weise gewonnenen festen Formstücke aus Oxyden werden nunmehr auf chemisch thermischen Wege in die Nitride übergeführt, am besten hier durch Glühen im Ammoniakstrom. Dann bilden sich die Formstücke gleichmässig zu festen Nitridkörpern um, wenn die Erhitzung genügend lange und langsam geleitet wird.
Bei manchen dieser Stoffe, z, B. beim Titannitrid, tritt bei diesem Prozess Rissebildung auf, die man dadurch
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wierig, da die Einwirkung des Ammoniaks infolge der langsamen Diffusion sehr verzögert wird und grosse Massen umzusetzen sind es empfiehlt sich daher besonders für dünne Körper wie, Röhrchen, Fäden u. dgl., die besonders haltbar und gleichmässig sein müssen.
Nach einer weiteren Vervollkommnung des Verfahrens wird nur ein Teil des Ausgangsmaterials als Oxyd o. dgl. angewandt, der gleichmässig zwischen dem Nitrid verteilt wird und
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geben. Dies ist besonders beim Borstickstoff nötig, da das Bortrioxyd schon früh schmilzt und daher nur schwierig und langsam aus reinem Bortrioxyd sich ein Borstickstoffkörper gewinnen lässt. Eine besondels gleichmässig verbitte Oxydmenge erhält man, wenn man diese durch teilweise Oxydation des Ausgangsmaterials, des reinen Nitrid, erzeugt, z.
B. durch Herausbrennen eines organischen Bindemittels. Natüllich kann man auch auf diesem Wege Körper aus Gemengen von Nitriden mit anderen Körpern, die einen so hohen Nitridgellalt haben, dass der Zusammenhalt durch die Nitride bedingt ist, herstellen, z. B. mit Metallen, wie Wolfram usw., indem man diese dem Ausgangsmaterial, z. B. dem Oxyd, beimengt. Die Herstellung eines Körpers aus Borstickstoff geschieht beispielsweise folgendermassen : Fein gemahlener Borstickstoff wird mit einer genügenden Menge organihei Bindemittel zu einer formbaren Masse
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angemacht und so lange feucht behandelt, bis sich eine genügende Menge Borsäure gebildet hat. Man kann auch von vornherein eine nicht zu grosse Menge Borsäure hinzutun.
Nach dem Trocknen wird der Formling in oxydierender Atmosphäre von seinem organischen Bindemittel befreit, wobei die Borsäure die Borstickstoffteilchen zusammenkittet. Dann wird der Formling langsam im Ammoniakstrom geglüht, wobei allmählich ein Borstickstoffkörper entsteht. Um diesen Körper noch dichter zu machen, kann er mit Boroglyzerin oder geschmolzenem Bortrioxyd getränkt und abermals geglüht werden, wobei man ausserordentlich dichte Körper erhält.
Die so gewonnenen Körper eignen sich für alle Zwecke. die hohe Temperaturen erfordern und bei denen eine reduzierende Atmosphäre herrscht ; denn der Borstickstoff, der so behandelt ist, dissoziiert erst über 2000 Grad und sublimiert selbst im Wasserstoffstrom erst oberhalb dieser Temperatur, während seine Feuerfestigkeit im Ammoniak und Stickstoffstrom noch weiter, in letzteren bis 3000 Grad reicht. Es ist daher als Ofenmaterial allen bisher bekannten Stoffen überlegen, da er auch bei den höchsten Temperaturen elektrisch isoliert und gegen Temperaturschwankungen sehr widerstandsfähig ist. Desgleichen ist seine Verwendung als Schmelztiegel für Metalle von grosser Bedeutung, da selbst siedende Alkalimetalle ohne Einfluss darauf sind.
Gegenstände aus Titannitrid stellt man in analoger Weise her, indem man gebranntes oder geschmolzenes Oxyd aufs feinste vermahlt, mit organischem Bindemittel verformt und in oxydierendem Feuer oder auch direkt in Ammoniak brennt. Dabei sintert zunächst das Oxyd und geht dann erst in das Nitrid über. Will man dieses mit Metall, z. B. Wolfram, vermengen, so wird das Metall dem Oxyd beigemengt und das Ganze in Ammoniak gebrannt.
Entsprechend kann man auch die Metalle selbst wie Bor, Titan, Aluminium in gesintertem Zustande als Ausgangsmaterial für die Nitridbildung benutzen. Man erhält dann feste Nitridkörper, wenn die Umwandlung langsam genug geschieht. Selbstverständlich braucht nur ein Teil des Ausgangsmaterials aus den Metallen zu bestehen ; man kann sie auch'mit Karbiden oder anderen Verbindungen zusammenbringen. Dabei gelingt es auch, im Stickstoffstrom Nitrierungen vorzunehmen.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Verfahren zur Herstellung von zusammenhängenden Körpern aus Nitriden, insbesondere aus Borstickstoff und Titannitrid, dadurch gekennzeichnet, dass sinterungsunfähige Verbindungen der Grundstoffe, wie z. B. die Oxyde, insbesondere Bortrioxyd, Titandioxyd, oder die Grundstoffe selbst zu festen Körpern geformt, hierauf gesintert werden und dann in einer Ammoniakatmosphäre o. dgl. unter starker Erhitzung in die Nitride übergeführt werden.
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. Process for the production of connected bodies from nitrides.
The production of test bodies from oxides is relatively easy, since. these have the property of sinterability to a high degree, so that it is sufficient, after they have been subjected to a suitable pretreatment, to subject them to sufficient heating so that they sinter. This sintering property is exhibited by most materials, especially metals, i.e. H. all substances which at the melting point still have a fairly low vapor pressure
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refractories, such as the nitrides of boron and titanium. Do not have a melting point at ordinary pressure, but sublime and show no saddles.
It has therefore not yet been possible to process these substances into objects of a popular shape in which the cohesion is formed by nitride particles among one another, despite the fact that the excellent properties, especially of boron nitrogen, are in part already known. The present method now allows objects in a solid shape to be obtained in a simple manner and thus to open up a wide range of applications for these substances. The method consists in that of compounds of the basic materials, such as.
B. of boron, titanium, zirconium, etc. is assumed, which show the property of sintering, such as the oxides and sulfides, from which the desired pieces are then formed in the usual way and sintered, so that a solid body is formed in the the starting material in itself receives the connection through the sintering. The best starting material should be chosen from oxides, which sinter very easily and, if necessary, can be fired in an oxidizing atmosphere. The solid oxides obtained in this way are now converted into nitrides by chemical thermal means, ideally here by annealing in a stream of ammonia. Then the shaped pieces are evenly transformed into solid nitride bodies if the heating is conducted slowly and long enough.
With some of these substances, e.g. titanium nitride, cracking occurs during this process, which is then caused
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difficult, since the effect of ammonia is very delayed due to the slow diffusion and large masses have to be implemented, so it is particularly recommended for thin bodies such as tubes, threads and the like. Like. Which must be particularly durable and uniform.
After a further improvement of the process, only part of the starting material is used as oxide or the like, which is evenly distributed between the nitride and
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give. This is particularly necessary with boron nitrogen, since the boron trioxide melts early and it is therefore difficult and slow to obtain a boron nitrogen body from pure boron trioxide. A particularly uniform amount of oxide is obtained if this is generated by partial oxidation of the starting material, the pure nitride, e.g.
B. by burning out an organic binder. Of course, bodies can also be produced in this way from mixtures of nitrides with other bodies which have such a high nitride gel content that the cohesion is due to the nitrides, e.g. B. with metals such as tungsten, etc. by adding these to the starting material, e.g. B. the oxide, added. The production of a body from boron nitrogen takes place as follows, for example: Finely ground boron nitrogen is combined with a sufficient amount of organic binder to form a malleable mass
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and treated with a damp cloth until a sufficient amount of boric acid has formed. You can also add a not too large amount of boric acid from the start.
After drying, the molding is freed from its organic binding agent in an oxidizing atmosphere, the boric acid cementing the boron nitrogen particles together. The molding is then slowly annealed in a stream of ammonia, gradually forming a body of boron nitrogen. In order to make this body even more dense, it can be soaked in boroglycerine or molten boron trioxide and then annealed again, which results in extremely dense bodies.
The bodies obtained in this way are suitable for all purposes. that require high temperatures and that have a reducing atmosphere; because the boron nitrogen, which has been treated in this way, only dissociates above 2000 degrees and sublimes even in the hydrogen flow above this temperature, while its fire resistance in the ammonia and nitrogen flow extends even further, in the latter up to 3000 degrees. As a furnace material, it is therefore superior to all previously known substances, as it is electrically insulated even at the highest temperatures and is very resistant to temperature fluctuations. Its use as a crucible for metals is also of great importance, since even boiling alkali metals have no influence on it.
Objects made of titanium nitride are produced in an analogous way, by grinding burnt or molten oxide very finely, shaping it with an organic binder and burning it in an oxidizing fire or directly in ammonia. The oxide first sinters and only then changes into the nitride. If you want to do this with metal, e.g. If you mix tungsten, the metal is added to the oxide and the whole is burned in ammonia.
Correspondingly, the metals themselves, such as boron, titanium and aluminum, can also be used in the sintered state as starting material for nitride formation. Solid nitride bodies are obtained if the conversion occurs slowly enough. Of course, only a part of the starting material needs to consist of the metals; they can also be brought together with carbides or other compounds. It is also possible to carry out nitrations in a stream of nitrogen.
PATENT CLAIMS: i. Process for the production of coherent bodies from nitrides, in particular from boron nitrogen and titanium nitride, characterized in that non-sintering compounds of the base materials, such as. B. the oxides, especially boron trioxide, titanium dioxide, or the basic materials themselves are formed into solid bodies, then sintered and then converted into nitrides in an ammonia atmosphere or the like under intense heating.