DE2000710C3 - Feuerfestes Material - Google Patents

Description

Ein älterer Vorschlag (DT-OS 1930176) betrifft ein feuerfestes Material, insbesondere als Schiffchen oder Tiegel für das Vakuumaufdampfen von Aluminium, bestehend aus a) Aluminiumnitrid und Bornitrid und b) wenigstens einem Borid, Nitrid, Carbid oder Silicid eines feuerfesten Materials, wobei der Bestandteil a) wenigstens 60 Gew.-% Alumiumnitrid besitzt und in Bestandteil b) 40 bis 60 Gew.-% des ganzen feuerfesten Materials vorliegen, und zwar als Borid, Nitrid, Carbid oder Silicid von Titan oder Zirkonium. Der Bestandteil a) kann bis zu 80 Gew.-% Aluminiumnitrid enthalten, der Bestandteil b) ist bevorzugt Titandiborid oder Zirkoniumdiborid. Ein besonders bevorzugtes feuerfestes Material danach enthält 37 ± 5 Gew.-% Aluminiumnitrid, 17 ± 2 Gew.-% Bornitrid, Rest Titandiborid. Die Herstellung dieser feuerfesten Gegenstände geschieht, indem die benötigten Mengen der einzelnen Verbindungen in fein pulverisierter Form gemischt und heiß gepreßt werden.

Von diesen bekannten Produkten zeichnen sich die hinsichtlich Festigkeit und Dauerhaftigkeit besonders aus, die 40 bis 60 Gew.-% Borid, Carbid, Nitrid oder Silicid und 60 bis 40 Gew.-% Aluminiumnitrid und Bornitrid enthalten. Der Anteil an Aluminiumnitrid in letzterem Gemisch liegt bei zumindest 60, vorzugsweise zwischen 60 und 80%.

Erfindungsgemäß wurde nun festgestellt, daß noch bessere Materialien Tür Tiegel oder Schiffchen erhalten werden, wenn sie noch Kohlenstoff enthalten, wozu so dem Ausgangsgemisch für die Herstellung Kohlenstoff oder eine Substanz zugesetzt wurüe, die beim Erhitzen Kohlenstoff zu bilden vermag, und zwar in einem Mengenanteil von 0,5 bis 3 Gew.-%.

Die erfindungsgemäßen Produkte werden erhalten aus einem Gemisch von 40 bis 60 Gew.-% eines Borids, Nitrids, Carbids oder Silicids von Titan oder Zirkonium, 60 bis 40 Gew.-% von Aluminium- und Bornitriden, wobei der Anteil an Aluminiumnitrid zumindest 60 Gew.-% beträgt, und 0,5 bis 3 Gew.-% Kohlenstoff oder eine durch Erhitzen in Kohlenstoff umzuwandelnde Substanz, bezogen auf die Gesamtmenge an den Ausgangsprodukten.

Bei den bevorzugten feuerfesten Materialien nach der Erfindung wendet man als Komponente der Boride, ns Nitride, Carbide oder Silicide Titandiborid oder Zirkoniumdiborid an. Es ist besonders zweckmäßig, in das Ausgangsgemisch den Kohlenstoff in Form von feinem Graphit einzubringen. Dieser ist zweckmäßiger als Ruß. Auch kann man ein kohlenstoffhaltiges Harz wie ein Furanharz anwenden, das beim Heißpressen zu Kohlenstoff zersetzt wird.

Es können in vorteilhafter Weise gleichzeitig mehrere Formkörper hergestellt werden. In diesem Fall wird das Ausgangsgemisch kalt in die gewünschte Form gep.eßt, diese grünen Preßlinge mit Bornitrid überzogen um ein Zusammenkleben zu vermeiden, woraufhin dann eine Anzahl dieser grünen Preßlinge dem Heißpreßvorgang unterworfen werden.

Die bevorzugte obere Grenze des Gehaltes an Aluminiumnitrid in dem Gemisch von Aluminium- und Bornitriden beträgt 80%. Mit dem Anteil an Aluminiumnitrid im Gesamtgemisch kann man bis etwa 24% heruntergehen, sollte jedoch maximal nur etwa 48% AlN anwenden.

Das Aluminiumnitrid kann in unreiner Form, enthaltend einen geringen Anteil von Kohlenstoff, vorliegen. Dieser Kohlenstoffgehalt eines unreinen Aluminiumnitrids ist bei der Berechnung der zuzusetzenden Kohlenstoffmenge für den gewünschten Gesamtgehalt an Kohlenstoff zu berücksichtigen. Es gibt im Handel Aluminiumnitrid, welches als weitgehend unrein bezeichnet werden müßte und 5% Kohlenstoff enthält. Bei der Herstellung von feuerfesten Massen würde es sonst als unbrauchbar zurückgewiesen oder gereinigt werden müssen. Ein Gemisch aus 47 Gew.-Teilen Titandiborid, 37 Gew.-Teilen unreinen Aluminiumnitrid wie erwähnt und 16 Gew.-Teilen Bornitrid entspricht folglich folgender Analyse: 47% TiB₂, 35% AlN, 2% C und 16% BN. Eine solche Masse ist erfindungsgemäß. Ist der Kohlenstoffgehalt des Aluminiumnitrids zu gering, so wird man Graphit auf den vorbestimmten Kohlenstoffgehalt in das Ausgangsgemisch einbringen, z.B. 2%.

Eine bevorzugte Zusammensetzung nach der Erfindung ist 36 ± 5% AlN, 16 ± 2% BN, etwa 2% C, Rest TiB₂ oder ZrB₂.

Der Anteil der einzelnen Produkte kann schwanken und eineestellt werden im Hinblick auf einen vorbestimmten elektrischen Widerstand für die Widerstandsbeheizung. Die Boride erhöhen die Leitfähigkeit, die Nitride erhöhen den Widerstand, Bornitrid führt zu weicheren Produkten.

Ein weiteres Beispiel für das erfindungsgemäße Ausgangsgemisch ist 33 Gew.-% Aluminiumnitrid, 15 Gew.-% Bornitrid, 50 Gew.-% Titandiborid und 2 Gew.-% Graphit.

Das Ausgangsgemisch wird aus feinen Pulvern der Komponenten hergestellt und ist nach einwandfreier Mischung ein feines graues Pulver. Es läßt sich nun in die gewünschte Form heißpressen. Zwei Proben wurden nun heißgepreßt, einmal auf geringe Dichte, d.h. etwa 90% der Theorie, und das andere Mal auf hohe Dichte, d.h. mehr als 95% der Theorie.

Das Heißpressen geschieht zum Beispiel bei einer Temperatur von 1800⁰C unter einem Preßdruck von 190 kg/cm².

Diese beiden erfindungsgemäßen Prüfkörper wurden mit Produkten, die in gleicher Weise hergestellt wurden, verglichen, sie enthielten die gleichen Mengenanteile an Aluminiumnitrid, Bornitrid und Titandiborid, jedoch keinen Kohlenstoff, im Vergieichsversuch wurden die Betriebsfähigkeit in h im Rahmen der Vakuumaufdampfung von Aluminium, die Bearbeitbarkeit und die Verpreßbarkeit sowie die elektrischen Eigenschaften herangezogen.

liehe Dichte

Geringe Dichte

Betriebszeit

Betriebszeit

Elektrische Eigenschaften

Elektrische Eigenschaften

Bearbeitbarkeit

Bearbeitbarkeit

Preßbarkeit

Preßbarkeit

erfindungsgemäß

Vergleich

erfindungsgemiiß

Vergleich

erfindungsgemäß

Vergleich

erfindungsgemäß

Vergleich 33

29

gut

mäßig

schwieriger

schwierig

annehmbar

nicht ganz

so gut

mäßig

mäßig

leicht

leicht

gut

gut

Aus dieser Aufstellung ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen feuerfesten Materialien mit Kohlenstoffgehalt die Betriebsrähigkeit der Formkörper verläneern, insbesondere wenn es sich um Körper geringerer Dichte handelt, wodurch auch die Bearbeitbarkeit erleichtert wird.

Bei den erfindungsgemäßen feuerfesten Materialien kann es sich um längliche Stäbe mit flachem Querschnitt und einer eingearbeiteten Höhlung an einer Seite handeln.

Diese werden an den Enden mit elektrischen Kontakten verbunden. In die Höhlung oder Ausnehmung wird Aluminium laufend bei der Bedampfung aufgegeben und durch das Schiffchen elektrischer Strom geleitet. Die Bedampfung findet im allgemeinen bei Drücken zwischen 1 · 10~³ und 5 · 10"³ Torr statt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Feuerfestes Material, enthaltend a) ein Gemisch von Aluminiumnitrid und Bornitrid und b) zu- rmindest ein Borid, Nitrid, Carbid oder Silicid eines reuerfesten Metalls, dadurch gekennzeichnet, daß in der Komponente a) wenigstens 60 Gew.-% Aluminiumnitrid vorliegen, daß die Komponente b) 40 bis 60 Gew.-% des Gemischs ausmacht und das Borid, Nitrid, Carbid oder Silicid von Titan oder Zirkonium ist und daß 0,5 bis 3 Gew.-% Kohlenstoff enthalten sind.