Verfahren zur Herstellung von Borkohlenstoff. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Borkohlenstoff von besonderer Härte, die so gross ist, dass sie die Härte des Diamanten erreicht und sogar übertreffen kann.
Als Verbindung zwischen Bor und Kohlen stoff ist bisher nur die Verbindung BGC, Bor karbid genannt, bekannt geworden. Für seine Herstellung sind verschiedene Verfahren an gegeben worden. Ausserdem ist in der Lite ratur noch von derVerbindung <I>B2</I> 0? gesprochen worden. Versuche von Tucker (vergleiche Gmelin-Kraut, Handbuch der anorganischen Chemie, Band 1 und 2 Seite 812 und fol gende) haben aber gezeigt, dass es sich hier bei nicht um eine Verbindung B2 C2 handelt, sondern um ein Gemisch aus B6C und Gra phit.
Dieses Gemenge besitzt keine besonders hohe Härte und Tucker hat ein für Schleif zwecke brauchbares Material nur mit reinem kristallisiertem Borkarbid B6C erhalten.
Borkarbid BoC besitzt bereits eine hohe Härte. Diese wertvolle Eigenschaft wird je doch durch eine gewisse Sprödigkeit beein trächtigt. Vorliegende Erfindung zeigt nun einen Weg, um aus Bor und Kohlenstoff Massen zu erzeugen, deren Festigkeits- und Härte eigenschaften diejenigen von Borkarbid B6C nicht unwesentlich übertreffen. Durch die Er findung werden die Übelstände, welche sich sonst bei der Erzeugung von Massen aus Bor und Kohlenstoff einstellen, vermieden.
Diese Übelstände bestehen darin, dass keine eigentliche homogene Schmelze erzeugt wird, sondern dass Gebilde erzeugt werden von durchaus verschiedener lokaler Zusammen- Setzung.
Das vorliegende Verfahren zur Herstellung von Borkohlenstoff beruht darauf, dass man in einer Schmelze von Bor mit Kohlenstoff, Kohlenstoff gleichmässig in einem solchen Mengenverhältnis löst, dass _ eine Schmelze entsteht, welche mehr als 15-16 % Kohlen Stoff, welche der Verbindung B60 entspre chen würden, jedoch nicht mehr als 30 /o Kohlenstoff enthält. Würde Kohlenstoff in der Schmelze nicht homogen gelöst, so würde an einzelnen Stellen eine zu starke Häufung des Kohlenstoffes erfolgen. An diesen würde bei der Abkühlung leicht eine Ausscheidung von Graphit vor sich gehen, die sich auch auf die weniger gesättigten Stellen ausbreiten würde.
Um die Ausscheidung von Graphit beim Abkühlen der Masse zu vermeiden, wird zweckmässig eine schnelle Abkühlung der Schmelze herbeigeführt.
Besonders günstige Ergebnisse bezüglich der mechanischen Eigenschaften der erkal teten Masse erzielt man, wenn man in der Schmelze von Bor und Kohlenstoff etwa 26 bis 27"/o Kohlenstoff gleichmässig löst. Eine solche Zusammensetzung lässt sich auch bei gewöhnlichem Druck mit Sicherheit erreichen.
Die Schmelze aus Bor und Kohlenstoff, welche den Ausgangspunkt der Erfindung bildet, kann in verschiedener Weise leerge stellt werden, zum Beispiel indem man Bor mit Kohle mischt und etwa auf<B>30001'</B> im elektrischen Ofen erhitzt. Man kann auch statt des Bors Borstickstoff mit Kohle ge mischt erhitzen oder von vornherein Bor karbid (B6C) dazu benutzen.
In der Schmelze wird alsdann Kohlenstoff gelöst, und zwar in solchen Mengen, dass das fertige Produkt mehr als 15-16% (entsprechend der Ver- bindung BeC), aber nicht mehr als 300/.) Kohlenstoff enthält. Der Kohlenstoff kann irr fester oder auch in gasförmiger Form zur Lösung gebracht werden.
Im ersteren Falle setzt man dem Ausgangsmaterial, welches zur Bildung der Schmelze aus Bor und Koh- lenstoff benutzt wird, die erforderliche Menge Kohlenstoff, die sich ohne weiteres errechnen lässt, am besten bereits vor dein Schmelzen in pulverförmigem Zustande zu. Im letzteren Falle wird die Schmelze dein Einfluss einer Kohlenstoffdampfatmosphäre ausgesetzt, indem man Kohlenstoffdämpfe in den Schmelzraum einleitet oder darin erzeugt.
Die Erzeugung der Kohlenstoffdämpfe geschieht durch Er hitzung von Kohle mittels des elektrischen Stromes oder durch Spaltung von kohlen stoffhaltigen Massen, wie zum Beispiel Schwe felkohlenstoff oder Leuchtgas bei hoher Tem peratur. Um den Kohlenstoffgehalt, den man auf diese Weise in der Schmelze erzeugt hat, zahlenmässig festzustellen, empfiehlt es sich, die ,Schmelze erkalten zu lassen und dann zu untersuchen.
Je nach dem Ergebnis der Untersuchung wird man alsdann unter sonst gleichen Verhältnissen den Kohlenstoff- dampf längere oder kürzere Zeit zur Einwir kung bringen.
<I>Beispiel 1:</I> 330 gr Bor werden mit 120 gr Kohle, beides in pulverisiertem Zustande sorgfältig gemischt und alsdann im elektrischen Ofen auf etwa 3000 " erhitzt. Der entstehende Schmelzfluss wird schnell abgekühlt.
Beispiel <I>2:</I> 780 gr Borkarbid von der Zusammenset zung BrC werden im elektrischen Ofen bei etwa 3000 in einer indifferenten Atmosphäre geschmolzen, alsdann wird innerhalb des Schmelzraumes ebenfalls reit Hilfe des elek trischen Stromes durch Erhitzen eines oder mehrerer Kolile=istä be eine Kohlendampf atmosphäre erzeugt, diese lässt man 1 bis 2 Stunden auf das Schmelzgut einwirken, wo durch sich Kohlenstoff in der Schmelze löst. Hiernach wird dasselbe abgekühlt.
Eine besonders schnelle Abkühlung der Schmelze erhält man, wenn man die genann ten Ausgangsmaterialien im richtigen Dlen- genverhältnis, das sich ohne weiteres errech nen lässt, als Pulver mischt und Stäbchen daraus formt und diese dann nur an den Enden gelagert mit Hilfe des elektrischen Stromes zum Schmelzen bringt. Das Schmelz gut tropft dann frei herab und kühlt sich dabei schnell ab.
Zur weiteren Steigerung der Festigkeit des Scliinelzgutes kann man den Ausgangs stoffen geringe Mengen, zum Beispiel einige Prozente von Metallen; welche einen hohen Siedepunkt besitzen, zum Beispiel Wolfram oder Titan oder von deren Karbiden, zum Beispiel Wolfranikarbid, Titarikarbid oder dergleichen zusetzen;
jedoch ist es zweck mässig, die Zusätze nur so gering zu bemes sen, dass eine schädliche oder nennenswerte Herabsetzung der Härte nicht eintritt. Man kann auch etwas von dem Borgehalt durch geeignetes Metall, z. 13. Wolfram ergänzen.
Process for the production of boron carbon. The invention relates to a method for producing boron carbon of particular hardness, which is so great that it reaches the hardness of the diamond and can even exceed it.
As a connection between boron and carbon, only the connection BGC, called boron carbide, has become known so far. Various processes have been given for its manufacture. In addition, the connection <I> B2 </I> 0? been spoken. Experiments by Tucker (compare Gmelin-Kraut, Handbuch der Inorganic Chemistry, Volume 1 and 2, page 812 and following) have shown that this is not a compound B2 C2, but a mixture of B6C and graphite .
This mixture does not have a particularly high hardness and Tucker obtained a material that can only be used for grinding purposes with pure crystallized boron carbide B6C.
Boron carbide BoC already has a high hardness. However, this valuable property is impaired by a certain brittleness. The present invention now shows a way of producing masses from boron and carbon, the strength and hardness properties of which surpass those of boron carbide B6C not insignificantly. By making it, the inconveniences that otherwise arise in the production of masses of boron and carbon are avoided.
These drawbacks consist in the fact that no actual homogeneous melt is produced, but that structures are produced with a very different local composition.
The present process for the production of boron carbon is based on dissolving carbon uniformly in a melt of boron with carbon in such a proportion that a melt is formed which contains more than 15-16% carbon material, which corresponds to the compound B60 but does not contain more than 30 / o carbon. If carbon were not dissolved homogeneously in the melt, the carbon would accumulate too much at individual points. During the cooling process, graphite would easily precipitate on these, which would also spread to the less saturated areas.
In order to avoid the precipitation of graphite when the mass is cooled, it is expedient to bring about rapid cooling of the melt.
Particularly favorable results with regard to the mechanical properties of the cold mass are achieved if about 26 to 27% carbon is uniformly dissolved in the melt of boron and carbon. Such a composition can be achieved with certainty even at normal pressure.
The melt of boron and carbon, which forms the starting point of the invention, can be emptied in various ways, for example by mixing boron with carbon and heating it to about <B> 30001 '</B> in an electric furnace. Instead of boron, you can heat boron nitrogen mixed with coal or use boron carbide (B6C) from the start.
Carbon is then dissolved in the melt in such quantities that the finished product contains more than 15-16% (corresponding to the compound BeC), but not more than 300%) carbon. The carbon can be dissolved in solid form or in gaseous form.
In the first case, the required amount of carbon, which can be easily calculated, is added to the starting material, which is used to form the melt from boron and carbon, in a powdery state, ideally before it is melted. In the latter case, the melt is exposed to the influence of a carbon vapor atmosphere by introducing or generating carbon vapors in the melting space.
The carbon vapors are generated by heating coal by means of electric current or by splitting carbon-containing masses such as carbon sulphide or luminous gas at high temperature. In order to quantify the carbon content that has been generated in the melt in this way, it is advisable to let the melt cool down and then examine it.
Depending on the result of the investigation, the carbon vapor will then be brought into action for a longer or shorter period of time, all other things being equal.
<I> Example 1: </I> 330 grams of boron are carefully mixed with 120 grams of coal, both in a powdered state, and then heated to about 3000 "in an electric furnace. The resulting melt flow is quickly cooled.
Example <I> 2: </I> 780 grams of boron carbide of the composition BrC are melted in an electric furnace at around 3000 in an inert atmosphere, then within the melting chamber, the electric current is also heated by heating one or more columns = If a carbon vapor atmosphere is generated, this is allowed to act on the melt material for 1 to 2 hours, where carbon is dissolved in the melt. The same is then cooled down.
A particularly rapid cooling of the melt is obtained if the above-mentioned starting materials are mixed in the correct diameter ratio, which can easily be calculated, as a powder and formed into sticks and these are then only stored at the ends with the help of the electric current Bringing melting. The enamel well then drips down freely and cools down quickly.
To further increase the strength of the Scliinelzgutes you can use the starting materials in small amounts, for example a few percent of metals; which have a high boiling point, for example tungsten or titanium or their carbides, for example tungsten carbide, titanium carbide or the like;
However, it is advisable to measure the additives only so small that a harmful or significant reduction in hardness does not occur. You can also use some of the boron content by suitable metal, e.g. 13. Add tungsten.