DE1227756B - UEberzuege aus Bornitrid - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C23c

Deutsche Kl.: 48 b-11/08

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

N19269VIb/48b
2. Dezember 1960
27. Oktober 1966

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Trichlorborazol zur Herstellung von Überzügen aus Bornitrid auf hitzebeständigen bzw. feuerfesten Werkstoffen.

Es sind bereits Versuche unternommen worden, Bornitridüberzüge auf bestimmte Werkstoffe aufzubringen, jedoch haben sich die bekanntgewordenen Vorschläge als äußerst schwierig und kostspielig durchführbar erwiesen.

Bornitridüberzüge werden gewöhnlich aus mit Borchlorid beladenem Stickstoff- und/oder Wasserstoffstrom, dem man einen Ammoniakstrom zuführt, in komplizierten Apparaturen bei 800 bis 1500° C und darüber erhalten; jedoch bestehen die gewonnenen Überzüge üblicherweise aus Zweiphasenmischungen von Bor mit Bornitrid.

Auch hat man vorgeschlagen, Bornitridüberzüge durch thermische Zersetzung von Borazol zu gewinnen. Erstens ist aber Borazol durch Umsetzen von Diboran mit Ammoniak äußerst schwierig herzustellen. Zweitens können durch Borazolzersetzung selbst im Temperaturbereich von 800 bis 1500° C nur Bornitridablagerungen in der ungewöhnlich geringen Dichte von nur 1,6 g/cm³ erhalten werden; erst bei 1800° C entstehen Ablagerungen einer Dichte, die an den theoretisch zu erwartenden Wert von 2,27 g/cm³ herankommt. Aus diesen Gründen kann Borazol als Ausgangsstoff zur Gewinnung von Bornitridüberzügen nicht in Betracht kommen.

Die der vorliegenden Erfindung-zugrunde liegende Aufgabenstellung besteht in der Auffindung eines Verfahrens zur leichten Herstellung einwandfreier Bornitridüberzüge in einer einfachen und wirtschaftlichen Weise. Überaschenderweise wurde gefunden, daß durch eine einfache thermische Zersetzung des wesentlich leichter als Borazol zugänglichen Trichlorbenzols bei wesentlich tieferen Temperaturen Überzüge einer dem Wert von 2,27 g/cm³ angenäherten Dichte erhältlich sind.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Trichlorborazol verfährt man dergestalt, daß diese Verbindung thermisch unter Ausbilden von Bornitrid auf den entsprechenden Werkstoffen zersetzt wird. Der zu überziehende Werkstoff kann hierbei z. B. in einem Behälter angeordnet werden, der mit einem Trichlorborazol enthaltenden Gefäß in Verbindung steht. Das Trichlorborazol wird verdampft und bei dem Inberührungkommen dieses Dampfes mit der Oberfläche des erhitzten Werkstoffes erfolgt die Zersetzung unter Ausbilden von Bornitrid.

Man kann hierbei sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich unter Normaldruck oder in einem Überzüge aus Bornitrid

Anmelder:

National Research Development Corporation,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. K. A. Brose, Patentanwalt,

Pullach (Isartal), Wiener Str. 2

Als Erfinder benannt:

Paul Popper,

Thomas Alan Ingles,

Penkhull, Staffordshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 5. Dezember 1959 (41405)

as geschlossenen System unter von Normaldruck abweichenden Drücken arbeiten. Die Arbeitstemperatur wird vorzugsweise über 800° C gehalten. Unter dieser Temperatur hergestellte Überzüge neigen dazu, nicht stabil zu sein. Dieselben können jedoch gegebenenfalls einer Nachbehandlung bei hohen Temperaturen bis zu 1700° C zwecks Stabilisieren unterworfen werden.

Die ausgebildeten Überzüge aus Bornitrid können auf die entsprechenden erhitzten Oberflächen sowohl elektrisch leitender als auch nichtleitender Werkstoffe aufgebracht werden, die eine indirekte Beheizung erfahren.

Bedingt durch die in Anwendung kommenden Temperaturen bei dem Aufbringen des Überzuges kann man nur mit Werkstoffen arbeiten, die bei diesen Temperaturen in geeigneter Form vorliegen. Man wird weiterhin darauf achten, daß der Überzug aus Bornitrid und die entsprechenden Werkstoffe nicht so stark differierende Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen.

Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäß ausgebildeten Überzüge aus Bornitrid sind z. B. das Herstellen von Isolierungen auf elektrischen Leitern für die Anwendung bei hohen Temperaturen sowie das Herstellen von Kondensatoren. Die Überzüge aus Bornitrid können besondere Nutzanwendung als Schichten finden, die für Kernstrahlung nicht oder

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schwer durchlässig sind. Es handelt sich hierbei um Fälle, wo der Anteil des Bor-(10)-Isotopen auf Grund des hohen Neutroneneinfangvennögens auf sehr geringe Mengen herabgesetzt werden muß. Es gelingt hierbei erfindungsgemäß eine elektrische Isolation mit Bor-(11)-Nitrid wirtschaftlich zu gestalten, da nur geringe Mengen an Bor-(ll) benutzt werden und somit die Anreicherung an Bor-(11)-Isotopen nicht so groß zu sein braucht, als wenn große Mengen an Bornitrid angewandt werden. Die Schmiereigenschaften von Bornitridüberzügen zusammen mit deren Dichte lassen dieselben für Lager mit geringer Reibung geeignet erscheinen, die der Einwirkung hoher Temperaturen ausgesetzt sind. Die Überzüge aus Bornitrid erweisen sich überall dort als vorteilhaft, wo die hohe chemische Widerstandsfähigkeit des Bornitrids von Wichtigkeit ist, wie z, B. für Tiegel und Muffeln oder zur Steigerung der Oxidationsfestigkeit von Graphit. Die einen Nitridüberzug aufweisenden Gegenstände können weiterhin an die Stelle derjenigen treten, die auf dem teuren Wege des Heizpressens aus Bornitrid hergestellt sind. Weiterhin ist es möglich, durch Aufbringen des Bornitrides auf die Oberfläche oder in die Poren eines porösen Körpers eine Verringerung der Permeabilität desselben zu erreichen oder, ein Erhöhen der Dichte desselben zu erzielen.

Der Erfindungsgegenständ wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Die 'Zeichnung ist ein Aufriß im Schnitt und zeigt die Vorrichtung für das Aufbringen des .Bomitridüberzuges auf die Oberfläche eines Drahtstückes, Stange oder ähnlichen Materials!,'"die aber selbst nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Die Vorrichtung weist eine äußere Umkleidung 10 u§ einem wärmefesten Glas in Rohrform auf, die waagerecht angeordnet ist. Es sind zwei Kohleelektroden 11,12 in das Rohr 10 von gegenüberliegenden Enden aus eingeführt, und die halsartigen Öffnungen, durch die dieselben hindurchtreten, sind mit Tonerdezement 13 abgedichtet. Ein Gaseinlaß 14 ist an der unteren Seite des Rohrs angeordnet, in der sich ein geschlossenes und Trichlorborazol enthaltendes Rohr 15 befindet. Das Rohr 15 weist eine lange schmale Bohrung 15° auf, durch die der Trichlorborazoldampf auf die Probe 16 geführt wird, die zwischen den Kohleelektroden 11, 12 gehalten wird. Es wird eine geeignete Energiequelle mit den Elektroden über

ίο die Leitungen 17 und Anschlußklemmen 18 in Verbindung gebracht. Es wird ein Trägergas, wie z. B. Argon, durch die Einlaßöffnung 14 eingeführt. Es liegen zwei oder mehr Gasauslässe 19, 20 an dem oberen Teil der Umkleidung 10 vor. Die Vorrichtung wird zuerst mit Argon gespült und sodann die Probe erhitzt. Das Trichlorborazol wird sodann erhitzt, bis das gesamte Trichlorborazol verdampft ist. Zu den in Anwendung kommenden Proben gehören Graphitstäbe, Tantaldraht und Kupfer- sowie Nickelfolie.

Dieselben werden auf Temperaturen von 8QO bis 900° C erhitzt. Sich,.daran anschließende Wärmebehandlungen von Graphitstäben, die in dieser Weise mit Bornitrid überzogen wurden, werden unter Stickstoff bei Temperaturen bis zu 1700? C ausgeführt.

Das Trichlorborazol wird in.;dem ^vorliegenden

, ; Fall vermittels einer äußeren Wärmequelle, wie einem Bunsenbrenner, verdampft. :.'*-""■

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verwendung von Trichlorborazol zur Heistellung von Überzügen- aus Bornitrid ' aufy.hitze-f beständigen bzw. feuerfesten;Werkstoffen,· ■ _: ·.

   In Betracht gezogene Druckschriften: ■
   Deutsche Patentschrift Nr. 833955; .

   österreichische Patentschriften Nr. 170 601, ' '

   176 082; ' ■ ■ ·. . :

   Ztschr. f. aüorg. u. ällgem. Chemie, 298 (1959), -:

   Heft 1/2, S. 31; . " _:

   W. Machu, »Metallische ,Überzüge«, 1948, S. 97.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   609708/336 10.66 © Bundesdruckerei Berlin