DE1089240B

DE1089240B - Verfahren zur Herstellung von UEberzuegen aus harten, hochschmelzenden Nitriden

Info

Publication number: DE1089240B
Application number: DEM22208A
Authority: DE
Inventors: Willy Ruppert; Gottfried Schwedler
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1954-03-05
Filing date: 1954-03-05
Publication date: 1960-09-15

Description

Verfahren zur Herstellung von Überzügen aus harten, hochschmelzenden Nitriden Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Überzügen aus Nitriden der Metalle der IV. und V. Gruppe des Periodischen Systems, z. B. Titan, Zirkon, Vanadin, Niob, unter Verwendung von Ammoniak und einem Halogenid des nitridbildenden Metalles.
Es sind eine Reihe von Verfahren bekannt, Überzüge aus Nitriden der Metalle der IV. und V. Gruppe des Periodischen Systems herzustellen. Nach diesen Verfahren werden beispielsweise Überzüge aus Titannitrid durch Reaktion eines Titanhalogenids oder einer organischen Titanverbindung mit Stickstoff und Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen abgeschieden. Für die erfolgreiche Durchführung dieser Verfahren ist eine sehr gute Reinigung des Stickstoffes und des Wasserstoffes von Wasserdampf und Sauerstoff erforderlich. Dies ist dann nachteilig, wenn größere Anlagen mit den erforderlichen Gasmengen zu versorgen sind, weil in diesen Fällen die übliche Gasreinigung meist unvollkommen bleibt oder kostspieligere Reinigungsverfahren eingesetzt werden müssen.
Es ist außerdem bekannt, die Reaktionskomponenten beim Gasplattieren getrennt zu verdampfen und in einer Mischung dem Reaktionsraum zuzuführen. Bei der Verwendung von Ammoniak ist dies Verfahren jedoch ungeeignet, weil die Halogenide, insbesondere die Chloride, der Metalle der IV. und V. Gruppe des Periodischen Systems mit Ammoniak bei tiefen Temperaturen schwer flüchtige Komplexverbindungen bilden, die sich zwar bei höheren Temperaturen zersetzen, dabei aber keine einwandfreien Nitridüberzüge bilden.
Erfindungsgemäß wird Ammoniak mit dem Halogenid des nitridbildenden Metalls erst bei Temperaturen zusammengebracht, die oberhalb der Zersetzungstemperatur der Komplexverbindungen aus Ammoniak und den Metallhalogeniden liegen. Demgemäß besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß zum Herstellen von Überzügen aus Nitriden der Metalle der IV. und V. Gruppe des Periodischen Systems durch Gasplattieren mit Ammoniak und Halogeniden des nitridbildenden Metalls der zu überziehende Gegenstand auf über 700° C und die Plattierungskammer auf über 650° C erhitzt wird und daß das Ammoniak und die Metallhalogenide erst in der Plattierungskammer zusammengebracht werden.
Am einfachsten ist es, wenn man zu diesem Zweck Ammoniak und die Halogenide der nitridbildenden Metalle getrennt in den Reaktionsraum einführt und diesen auf einer Temperatur hält, die über der Zersetzungstemperatur der Komplexverbindungen liegt. Ammoniak ist leicht in der erforderlichen Reinheit herzustellen. Außerdem sind Ammoniak und seine Spaltprodukte mit großer Wabnscheinlichkeit Zwischenprodukte - bei der Bildung der Nitride. Die Anwendung von Ammoniak bringt versuchstechnisch den Vorteil, daß man mit kleineren Ausgangsvolumina gegenüber den der bisher verwendeten Stickstoff-Wasserstoff-Mischungen arbeiten kann.
Es ist jedoch auch möglich, die Titanhalogenide im Reaktionsraum in einer Zone zu bilden, die eine niedrigere Temperatur besitzt als die Abscheidungszone für das Nitrid, und das Ammoniak erst in die Zone höherer Temperatur, in der die Abscheidung erfolgt, einzuleiten. Hierbei kann die Halogenidbildung beispielsweise durch Überleiten von Halogenwasserstoff über das Nitrid des nitridbildenden Metalls erfolgen.
Auf die erfindungsgemäße Weise erhält man durch Verwendung von Ammoniak und getrennte Einleitung des Ammoniaks in die Nitridbildungszone einwandfreie Nitridüberzüge aus Reaktionskomponenten, die leicht in größeren Mengen in genügender Reinheit zu erhalten sind.
Das Verfahren hat außerdem den Vorteil, daß man mit kleinerem Volumen der Ausgangsgase, als es bei den bekannten Verfahren, die ein Gemisch von Wasserstoff und Stickstoff verwenden, möglich ist, arbeiten kann, so daß in kürzerer Zeit dickere Überzüge zu erzielen sind.
Die Überzüge können als harte, abriebfeste, korrosions- und erosionsbeständige Überzüge verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren sei am Beispiel der Herstellung von Titannitridüberzügen aus Titantetrachlorid und Ammoniak erläutert: T itantetrachlorid bildet mit Ammoniak Komplexverbindungen verschiedener Zusammensetzung. Diese Komplexverbindungen zersetzen sich beim Erhitzen auf höhere Temperaturen über verschiedene, noch nicht einwandfrei geklärte Verbindungen zu Titannitrid. Die Zersetzungstemperaturen liegen zwischen -300 und 650' C: Oberhalb 650' C -.wurde bisher keine Bildung von Komplexverbindungen aus Titantetrachlorid und Ammoniak beobachtet.
Zur Bildung von Überzügen aus Titannitrid läßt man Titantetracblorid mit Ammoniak bei Temperaturen über 650'C; vorzugsweise bei 900 bis 1200' C, in den zu überziehenden Flächen reagieren. Zur Vermeidung der Abscheidung von Schwebeteilchen aus Titannitrid auf den zu überziehenden Flächen leitet man Titantetrachlorid und Ammoniak getrennt voneinander in die Reaktionszone. Hierbei kann die Verdampfung und Einleitung des Titantetrachlorides mit Hilfe eines Wasserstoffstromes erfolgen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Herstellen von Überzügen aus Nitriden der Metalle der IV. und V. Gruppe des Periodischen Systems durch Gasplattieren mit Ammoniak und Halogeniden des nitridbildenden Metalls, wobei der zu überziehende Gegenstand auf über 700' C erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattierungskammer auf über 650'C erhitzt wird und daß das Ammoniak und die Metallhalogenide erst in der Plattierungskammer zusammengebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Reaktion zu bringende Halogenid im Reaktionsraum in einer Zone niedrigerer Temperatur. gebildet wird, als sie die Abscheidungszone für das Nitrid besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogenid durch Überleiten von Halogenwasserstoff über das Nitrid des nitridbildenden Metalls gebildet wird.
4. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Herstellung von Titannitridüberzügen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 414255; Ztschr. für anorg. Chemie, Bd. 198/1931, S. 255.