CH109476A - Process for the production of boron carbon. - Google Patents

Process for the production of boron carbon.

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CH109476A
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Hartstoff-Metall A G
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Hartstoff Metall A G
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    • C01B32/90Carbides
    • C01B32/914Carbides of single elements
    • C01B32/991Boron carbide

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Description

  

  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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Borkohlen- stoff, dadurch gekennzeichnet, dass man in einer Schmelze von Bor und Kohlenstoff gleichmässig Kohlenstoff in einem solchen Mengenverhältnis löst, dass eine Schmelze entsteht, welche mehr als 15-16/o Kohlen stoff, jedoch nicht mehr als 30o% Kohlen stoff enthält. UNTERANSPRüCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man das Schmelzgut schnell abkühlt. 2. PATENT CLAIM: Process for the production of boron carbon, characterized in that carbon is uniformly dissolved in a melt of boron and carbon in such a quantitative ratio that a melt is formed which has more than 15-16 / o carbon, but not more than Contains 30o% carbon. SUB-CLAIMS: 1. Method according to claim, characterized in that the melted material is rapidly cooled. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Erzeugung der Schmelze dienenden Stoffe mit dem erforderlichen Kohlenstoff als Pulver zu sammengemengt, zu Stäben geformt und ohne Einbettung mit Hilfe des elektri schen Stromes geschmolzen werden, wo bei man das geschmolzene Material herab tropfen lässt. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man den Ausgangs stoffen der Borkohlenstoffschrnelze geringe Mengen hochsiedenden Metalles zusetzt. 4. A method according to patent claim, characterized in that the substances used to generate the melt are mixed with the required carbon as a powder, shaped into rods and melted without embedding using the electrical current, where the melted material is allowed to drip down. 3. The method according to claim, characterized in that small amounts of high-boiling metal are added to the starting materials of the boron carbon melt. 4th Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man der Schmelze den zu lösenden Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffdampf zuführt. Process according to claim, characterized in that the carbon to be dissolved is fed to the melt in the form of carbon vapor.
CH109476D 1922-09-20 1923-09-19 Process for the production of boron carbon. CH109476A (en)

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DE1032725B (en) * 1954-03-05 1958-06-26 British Aluminium Co Ltd Process for the production of carbides, borides, boron carbides and mixtures of borides and carbides of titanium, zirconium, niobium and tantalum and device for carrying out the process

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