DE1246513B

DE1246513B - Verfahren zur Herstellung von Formkoerpern aus Titandiborid

Info

Publication number: DE1246513B
Application number: DEU10501A
Authority: DE
Inventors: Anthony Arthur Robinson Wood; John Thomas Allsopp; Donald Stibbs
Original assignee: United States Borax and Chemical Corp
Current assignee: US Borax Inc
Priority date: 1963-02-15
Filing date: 1964-02-14
Publication date: 1967-08-03
Also published as: GB1010492A; CH440722A

Description

(UNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

'EUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b-8/183

Nummer: 1246 513

Aktenzeichen: U 10501 VI b/80 b

Anmeldetag: 14. Februar 1964

Auslegetag: 3. August 1967

EHe Erfindung betrifft die Herstellung von Titandiborid-Formkörpern, die sich durch eine außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit gegenüber infiltrierten Metallschmelzen auszeichnen. Die erfindungsgemäßen Formkörper eignen sich daher im besonderen Maße für Elektroden zur elektrolytischen Gewinnung von z. B. Aluminium.

Die bekannten Formkörper aus Titandiborid entsprachen für ähnliche Anwendungszwecke nicht, da sie nach kurzer Zeit in Berührung mit der Metall- to schmelze bereits rissen. Der Grund dafür liegt wahrscheinlich in den unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des reinen Titandiborids und des Materialteils, welcher mit der Metallschmelze infiltriert ist.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von hochfeuerfesten Körpern aus Bornitrid und Titanborid durch Heißpressen bekannt. Der Anteil an Titanborid beträgt in diesen Formkörpern 20 bis 99 %. Diese bekannten feuerfesten Baustoffe sind rein keramische Körper und besitzen daher einen relativ »o hohen elektrischen Widerstand bei geringerer Dichte.

Es ist auch bereits ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Titanborid bekanntgeworden, bei welchen ein Gemisch von Titandioxyd, Borcarbid und Kohlenstoff nach entsprechender Verdichtung as unter Druck erhitzt wird. Es bildet sich das Borid mit einer beträchtlich herabgesetzten Dichte infolge der Abscheidung von Kohlenmonoxyd während der Reaktion.

Es ist auch bereits ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Titanborid durch Heißpressen von Titandiborid unter Verwendung eines feuerfesten Nitrids wie Titannitrid in Verbindung mit einem Harz-Bindemittel bekanntgeworden. Der Stickstoffgehalt des Fertigprodukts beträgt mindestens 0,5 Gewichtsprozent.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von gegen Rißbildung bei Berührung mit geschmolzenen Metallen hochwiderstandsfähigen Titandiborid-Formkörpern, wie Elektroden, zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium u. dgl. durch Heißpressen von feinem Titandiborid und einem Mittel zur Erleichterung des Heißpressens und ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Mittel zur Erleichterung des Heißpressens höchstens etwa 3%, vorzugsweise etwa 0,25%, insbesondere etwa 1 bis 2,5%, feines Bor — bezogen auf das Gewicht des Titandiborids — anwendet. Das Ausgangsgemisch verdichtet man auf etwa 94 bis 96% der theoretischen Dichte. In dem Ausgangsgemisch liegt also ein Verhältnis von Titan zu Bor von etwa 1: 2 bis 1: 2,1 vor. '

Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Titandiborid

Anmelder:

United States Borax and Chemical Corporation,

Los Angeles, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte,
München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Anthony Arthur Robinson Wood,

North Holmwood, Dorking, Surrey;

John Thomas Allsopp, London;

Donald Stibbs,

West Ewel, Surrey (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 15. Februar 1963 (6328)

Als Ausgangsprodukt verwendet man Titandiborid hoher Reinheit, insbesondere mit mehr als 95% bei einem Gehalt von < 0,4% Kohlenstoff und <0,5% Stickstoff. Die Korngröße des angewandten Titanborids und des elementaren Bors kann in weiten Grenzen schwanken. Eine gewisse Feinkörnigkeit ist jedoch Voraussetzung für eine zufriedenstellende Verdichtung unter den angewandten Bedingungen.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper geschieht durch Heißpressen bei etwa 1700 bis 2000⁰C oder auch darüber, vorzugsweise bei etwa bis 1950⁰C, unter einem Druck bis etwa 157,5 kg/cm². Man verdichtet auf zumindest 87 bis 90% der theoretischen Dichte, vorzugsweise jedoch höher. Das Heißpressen geschieht im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre, im allgemeinen Wasserstoffatmosphäre.

Folgende Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Titandiborid (TiB₂ >96,5%, C <0,3% und N ^ 0,4%) wurde mit 1% feinem, amorphem Bor vermengt, das Gemisch auf eine durchschnittliche Teilchengröße von 3 μ vermählen und unter Wasser-

709 619/616

Stoff bei 1900° C und einem Druck von 157,5 kg/cm² auf eine Dichte von 95% der Theorie heiß gepreßt. Die Widerstandsfähigkeit des Formkörpers gegen Rißbildung in Berührung mit geschmolzenem Aluminium wurde ermittel, sie erwies sich den Körpern ohne Borzusatz bedeutend überlegen. Diese wurden auf gleiche Weise hergestellt, jedoch nur das Titandiborid bei Temperaturen von 1660 bzw. 2130⁰C auf eine Dichte von 96,5 bzw. 98,8% der Theorie verpreßt. Bei gleich langer Berührung mit der Aluminiumschmelze zeigten diese Rißbildung, in manchen Fällen sogar schwere Risse.

Beispiel 2

~~Marr "verfuhr nach "Beispien," "wendete jedoch 2% Bor an, Dichte: 95% der Theorie. Auch diese Körper waren gegenüber einer Aluminiumschmelze wesentlich beständiger als Vergleichskörper ohne Borzusatz.

_ . .

Beispiel -3

Man verfuhr nach Beispiel 1, wendete jedoch ein weniger reines Titandiborid an - (TiB₂ 94,1%; C 0,5%; N 0,7%). Man stellte bei Berührung mit einer Aluminiumschmelze nur eine leichte Rißbildung fest, wo ein Vergleichskörper ohne Bor bereits schwere Querrisse zeigte.

Beispiel 4

Nach Beispiel 1, jedoch mit einem Preßdruck von θ7,9 bis M2 kg/cm² und einer Temperatur von 1850 bis 1900⁰C während einer halben Stunde wurden borfreie Körper und solche mit einem Borgehalt von 1% hergestellt. Die Körper wurden 6 Monate der Alummiumschrnelze ausgesetzt. Die borfreien Körper zeigten in viel höherem Maße Oberflächenrisse und Erosion als die erfindungsgemäßen Körper.

Es wurden Untersuchungen an Formkörpern aus reinem Titandiborid und solchen, die außer Titandiborid nach der Erfindung Bor bzw. nach dem Stand der Technik Borverbindungen, und zwar Bornitrid und -carbid enthielten, durchgeführt. Dje ^ Wesenheit von Borverbindungen beeinflußt offensichtlich den spezifischen Widerstand und die durch das Heißpressen erreichbare Dichte der Formkörper ganz wesentlich, wogegen es durch den Gehalt an Bor in den erfindungsgemäßen Produkten zu keiner merklichen Herabsetzung dieser Eigenschaften kommt. Die erfindungsgemäßen Produkte sind also den aus Borverbindungen erhaltenden bekannten »ο Produkten wesentlich überlegen.

TiB₂

TiB₂+ 0,5% B
TiB₂ + 2% BN
TiB₂+,1% B₄C.

/iß/cm

% der theoretischen Dichte

11,8 ± 0,1
12,0 ± 0,1
14,8 ± 0,1
17,2 ± 0,1

98,2
95,6
90,2
92,0

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gegen Rißbildung bei Berührung mit geschmolzenen Metallen hochwiderstandsfähigen Titandiborid-Formkörpern, wie Elektroden, zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium u. dgl. durch Heißpressen von feinem Titandiborid und einem Mittel zur Erleichterung des Heißpressens, dadurch gekennzeichnet, daß man als Mittel zur Erleichterung des Heißpressens höchstens etwa 3%, vorzugsweise etwa 0,25%, insbesondere etwa 1 bis etwa 2,5 %, feines Bor — bezogen auf das Gewicht des Titandiborids — anwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man auf etwa 94 bis 96% der theoretischen Dichte preßt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 3 041 142, 3 003 885,
2 872 327.