DE1075839B

DE1075839B - Gesinterte feuerfeste Hartmetallcgie rung

Info

Publication number: DE1075839B
Application number: DENDAT1075839D
Authority: DE
Inventors: Mer land Taylor Lewiston Niagara Kenneth (V St A)
Original assignee: The Carborundum Company Niagara Falls N Y (V St A)
Publication date: 1960-02-18

Description

Gesinterte feuerfeste Hartmetallegierung Die Erfindung bezieht sich auf eine gesinterte feuerfeste Hartmetallegierung.
Feuerfeste Körper müssen vor allem schwer schmelzbar sein, d. h. hohen Temperaturen ohne chemische oder physikalische Veränderung widerstehen können. Weiterhin ist es wünschenswert, daß sie gegen plötzlichen Temperaturwechsel, ohne zu platzen oder zu springen, widerstandsfähig sind, eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit bei erhöhter Temperatur wie auch bei Zimmertemperatur besitzen, chemisch inert sind, gegen korrodierende und erodierende Substanzen sowie oxydierende Einflüsse beständig und je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck dicht und hart sind.
Feuerfeste Körper, die die obengenannten Eigenschaften haben, sind heute außerordentlich wichtig. In der genannten Vollkommenheit gab es bisher keine solchen Körper.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, feuerfeste Werkstoffe oder Formkörper zur Verfügung zu stellen, die die obengenannten Eigenschaften besitzen und die auf Bornitrid- und Borkarbid-Basis aufgebaut sind. Nach der Erfindung besteht ein solcher feuerfester Gegenstand aus 1 bis weniger als 50%, Bornitrid, Rest Borkarbid. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Körper aus 20°/w Bornitrid und 800/0 Borkarbid.
Die Körper oder Gegenstände der Erfindung werden durch Heißpressung in einer Graphitform bei mindestens 1800° C, vorzugsweise 2100° C, und einem Druck von 35 bis 52,5 kg/cm2 oder mehr hergestellt.
Das verwendete Bornitrid kann handelsübliches Bornitrid sein. Es empfiehlt sich jedoch, ein Bornitrid zu verwenden, das durch Formen einer porösen, gekörnten Mischung von Borsäure oder Boroxyd und Tricalciumphosphat und Nitrieren der gekörnten Mischung in der Hitze in einem geeigneten Röstofen bei etwa 900° C in einer Atmosphäre von Ammoniak während mehrerer Stunden hergestellt ist, wodurch Boroxyd oder Borsäure zu Bornitrid umgewandelt werden. Nach dem Nitrieren werden die nitrierten Körnchen gebrochen und mit verdünnter Salzsäure behandelt, so daß sich Tricalciumphosphat und andere Bestandteile lösen. Das nicht gelöste Bornitrid wird mehreremal mit Wasser gewaschen, gewöhnlich mit heißem 95%.igem Alkohol behandelt, um den Gehalt an Oxyden herabzusetzen, bei Zimmertemperatur über Nacht getrocknet und anschließend 2 Stunden lang auf 93° C erhitzt.
Wenn das wie oben hergestellte Bornitrid vor der Verwendung einer Hitzebehandlung unterworfen wird, und zwar in einer Atmosphäre von Ammoniak bei 1400° C oder höher, werden die erhaltenen Körper, besonders wenn sie durch Heißpressung verformt werden, stabiler und enthalten weniger Verunreinigungen.
20 Teile Bornitrid und 80 Teile Borkarbid wurden trocken gründlich vermischt. Das Bornitrid wurde vorher im Ammoniakgasstrom bei 1400° C 8 Stunden gebrannt. Das Borkarbid besaß eine Korngröße von 180 Maschen und feiner (etwa 85 Mikron). 9 g dieser Mischung wurden in einer zylindrischen Graphitform mit einem Innendurchmesser von etwa 1,27 cm und zwei beweglichen Graphitdruckstempeln untergebracht. Die gefüllte Form wurde in eine zylindrische Kammer mit einem Innendurchmesser von 10 cm und 30,5 cm Länge eines Hochfrequenzofens, der Vorrichtungen zur Anwendung von Druck auf die Druckstempel der Form besaß, gebracht. Die Ofenkammer wurde geschlossen, nur oben eine öffnung von etwa 1,27 cm im Durchmesser vorgesehen, durch die die Temperatur überwacht werden konnte, und eine Öffnung, durch die die Stempel glitten. Die Ofentemperatur wurde im Verlauf von 11/2 Stunden auf 2100° C gesteigert, 10 Minuten anschließend so hoch gehalten und dann allmählich auf Zimmertemperatur abgekühlt. Während des Erhitzens und Abkühlens wurde ein Druck von 52,5 kg/cm2 auf die Stempel ausgeübt.
Das heißgepreßte Stück war dicht, fest und hart. Die Dichte betrug 2,25 g/em3. Die Sandstrahleindringtiefe betrug 0,075 mm im Vergleich zur Eindringung von 0,25 mm bei einer Glasplatte unter denselben Bedingungen.

Der erhaltene Formkörper zeigte eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen oxydierende Einflüsse; der Gewichtsverlust betrug beim Erhitzen an der Luft im Verlauf von. 24 Stunden bei 1000' C lediglich 1,80/0'. Die nachstehende Tabelle bringt Fabrikationsdaten und Eigenschaften der heißgepreßten Körper aus Bornitrid und Borkarbid. Sie zeigt auch die größere Härte der Körper aus Bornitrid und Borkarbid, wenn der Gehalt an Bornitrid von 50% auf etwa 20% des Körpers gesenkt wird. Das Bornitrid wurde vor der Einverleibung in die Mischung bei 14000 C vorgebrannt.

Körper aus Bornitrid und Borkarbid

Zusammensetzung Vorbehandlung Sandstrahl-* Dichte Druckfestigkeit

Beispiel des Bornitrids cindringtiefe

Bornitrid I Borkarbid mm glecm kg/cm

1 50 50 keine 2,2 - -

2 50 50 keine 1,7 = -

3 20 80 vorgebrannt 0,076 2125 1540

in NH3 8 Stunden

bei 1400' C

* Im Vergleich zu Glasplatten, bei denen die Eindringtiefe 0,25 mm bei gleicher Versuchsanordnung betrug.

Wenn auch in dem obigen Beispiel die Herstellung von verschiedenen geformten Gegenständen beschrieben wurde, bei denen der Körper zu der genauen Form zwecks weiterer Verwendung gepreßt und gebrannt wurde, so ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsart beschränkt. Eine andere Herstellungsweise besteht erfindungsgemäß z. B. darin, die Ansatzmasse zu Briketts oder anderen Körpern zu formen und danach in der beschriebenen Weise heiß zu pressen. Nach dem Herausnehmen aus dem Ofen werden sie zu der gewünschten Korngröße zerkleinert. Das erhaltene körnige Material kann dann- in loser Form als feuerfestes Material bei hohen Temperaturen oder als Isolierschicht, z. B. für die Isolierung oder zum Schutz um Stahlbrenner- und Raketenverbrennungskammern, oder als Isolierschicht um Brennöfen verwendet werden. Es läßt sich auch als loses Filtermaterial, als Katalysator oder Katalysatorträger verwenden. Das körnige Material kann auch, durch gesinterte Metalle,- glasartige, keramische oder andere Bindemittel gebunden werden, so daß brauchbare Körper oder Gegenstände für industrielle Zwecke entstehen.

Auch lassen sich erfindungsgemäß porenbildende Substanzen der Ansatzmischung einverleiben, um dem Endprodukt eine höhere Porosität zu verleihen. Das porenbildende Material, wie z. B. Kohlenstoff od. dgl., erfordert zur Entfernung durch Oxydation ein vorhergehendes Brennen bei niedrigen Temperaturen. Aus diesem Grunde sollte das porenbildende Material vorzugsweise aus Substanzen bestehen, die während des Trocknens und/oder Brennens sich verflüchtigen, wie gepulvertes oder körniges Naphthalin, verschiedene organische Harze, wie Phenolharze usw: oder Substanzen, die durch .Gasentwicklung Poren bilden. Die so erzeugten Körper besitzen eine höhere Porosität und sind besonders für die Herstellung von. porösem Filtermaterial, Katalysatoren und Kataly-_ satorträgern, - Isolationsstoffen usw. brauchbar,. entweder als zerkleinerte Körner oder in Formkörpern von bestimmten Ausmaßen.
Die erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisse sind auf. - kein bestimmtes Anwendungsgebiet beschränkt, sie können in körniger wie in zusammenhängender Form hergestellt sowie verwendet werden. Sie lassen sich also für alle industriellen Zwecke verwenden, wo feuerfeste Materialien verlangt werden, also für Steine, Blöcke,. Kacheln, -Muffeln, Innen- und Außenauskleidungen für Öfen sowie. andere Hochtemperaturausrüstungen; sie ..sind jedoch ebensogut für viele Spezialanwendungen bei .hohen Temperaturen, wie Strahlbrenner .für Verbrennungskammern, Auskleidungen von Exhaustordüsen, Raketenverbrennungskammern und Raketenexhaustordüsen, Turbinenflügel, Statorschaufeln, Linsengußformen usw., brauchbar. Weiterhin sind sie such für die Herstellung von Laboratoriumsgegenständen geeignet, wie Verbrennungsschiffchen, Tiegel, Brennhalter usw. Wenn die erfindungsgemäß hergestellten Körper durch Zusatz von porenbildenden Stoffen zur Ansatzmasse abgewandelt sind, -lassen sie sich besonders gut für Diffundier- und Filtrierzweeke,, wie Diffusionsröhren und -platten, Filtrierröhren und -platten usw., oder als Katalysatoren oder Katalysatorträger verwenden. Sie sind auch zur Herstellung von Schleifkörpern, wie Schleifscheiben, Wetzsteinen, Abziehsteinen und anderen Poliermitteln, geeignet. In der Elektro- und Radioindustrie finden sie ihr Anwendungsgebiet für elektrische Birnensockel, Radio-, Röntgenröhren und. Radargeräte, Widerstände. und Gitterröhren. -

Claims

PATENTANSPR:üCHE:- ` 1. Gesinterte feuerfeste Hartmetallegierung aus 1 bis weniger als 50% Bornitrid, Rest Borkarbid.
2. Hartmetallegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 20°/a Bornitrid und 800/a Borkarbid besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 286 992, 659 917. 736 789; _ britische Patentschrift Nr. 47$ 016; USA.-Patentschrift Nr.- 2 613 154. -