DE2149944A1

DE2149944A1 - Verfahren zur Herstellung von Formkoerpern aus Borkohlenstoffverbindungen

Info

Publication number: DE2149944A1
Application number: DE19712149944
Authority: DE
Inventors: Brown Clifford Gordon; Donald Stibbs; Raymond Thompson
Original assignee: United States Borax and Chemical Corp
Current assignee: US Borax Inc
Priority date: 1970-10-07
Filing date: 1971-10-06
Publication date: 1972-04-13
Also published as: CA989601A; US3749571A; GB1325204A

Description

betreffend

Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Borkohlen-

• stoffverbindungen

Die Erfindung betrifft die Herstellung von harten Formkörpern aus Verbindungen, enthaltend Bor- und Kohlenstoff, insbesondere von Borcarbid B.C.

Die übliche Methode zur Herstellung derartiger Formkörper besteht darin, daß Borcarbidpulver heiß gepreßt wird. Dies ist ein sehr aufwendiges Verfahren. Einige keramische Pulver lassen sich auch durch Kaltpressen und anschließendes Sintern der Preßlinge zu harten Formkörpern verarbeiten, jedoch stellt diese Methode keine zufriedenstellende Alternative für das Heißpressen zu Formkörpern aus

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Borcarbid dar, da die erhaltenen. Formkörper nicht so fest oder hart sind wie die durch Heißpressen erhaltenen.

Es konnte nun gefunden werden, daß sich Borcarbidkörper herstellen lassen durch Kaltpressen und Sintern, wobei Festigkeit und Härte vergleichbar sind mit durch Heißpressen erhaltene Gegenstände. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Kaltpressen und Sintern lassen sich Borcarbidformkörper mit einer Dichte von über 99 Jo d. Theorie herstellen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von lOrmkörpern durch Kaltpressen und Sintern aus einem Pulver einer Bor- und Kohlenstoffverbindung wird ein Verdichtungshilfsmittel in Form von Silicium, Aluminium, Magnesium und/oder w λ. -,-.,oder deren Gemische , , . . , . Metallboriden/angewanat. So kann man beispielsweise von einem Gemisch von Aluminium oder dem Metallborid und gegebenenfalls Silicium ausgehen. Eine Kombination von Metallborid und Aluminium, gegebenenfalls mit Silicium,kann sehr zweckmäßigerweise als Verdichtungshilfsmittel dienen. Die bevorzugten Metallboride sind die Boride von Metallen, die leichter sind als Zirkonium, insbesondere Titandiborid.

Das Verdichtungshilfsmittel kann in den kaltgepreßten Formling aus der pulverförmigen Borkohlenstoffverbindung eingebracht werden, bevor dieser Formling gesintert wird. Es kann jedoch a'ueh mit dem pulverförmigen Borcarbid gemischt- und dieses Gemisch dann kaltgepreßt und anschließend gesintert werden. Schließlich ist es auch möglich, den kaltgepreßten Formling aus der Borkohlenstoffverbindung zu imprägnieren mit dem Verdichtungshilfsmittel, worauf der imprägnierte Formling dann gesintert wird. Biese Verfahrensvarianten werden im folgenden noch näher erläutert.

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Die erste Methode zur Einbringung des Yerdichtungshilfsmittels besteht nun darin, daß ein rohes Gemisch, enthaltend vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-$ Verdichtungshilfsmittel, in einer Kugelmühle sorgfältig gemischt und die Korngröße verringert wird, woraufhin das Gemisch dann kalt verpreßt wird. Dieses Kaltpressen erfolgt üblicherweise bei Raumtemperatur und unter einem Druck in der Größenordnung von 31,5 kg/mm zu der gewünschten Form, z.B. zur Herstellung einer Platte oder Scheibe. Der Formling wird dann bei einer Temperatur von zumindest 2000⁰G, vorzugsweise etwa 2100⁰G, gesintert.

Nach einer weiteren Methode kann das Yerdichtungshilfs_ mittel, wenn es einen Schmelzpunkt unter 2200⁰C besitzt, in den kaltgepreßten Borcarbidformling imprägniert werden. Der Formling kann, wie oben erwähnt, durch Kaltpressen bei Raumtemperatur und unter dem angegebenen Druck erhalten worden sein. Das Verdichtungshilfsmittel in Form einer Schmelze oder als Dampf wird mit dem Formling in Berührung gebracht. Handelt es sich um eine Schmelze, so wird der Formling darin eingetaucht oder zumindest mit der Schmelze in Berührung gebracht, so daß das Mittel durch Kapillarwirkung eindringen kann. Man kann, aber auch die Schmelze über den Preßling gießen. Ist das Verdichtungshilfsmittel Silicium, so kann die Imprägnierung bei einer Temperatur von zumindest 2000⁰C, vorzugsv/eise etwa 2100⁰C, erfolgen. Es ist zwar möglich, daß Silicium durch Vakuum^-abscheiden aus der Dampfphase niederzuschlagen, jedoch wird das Imprägnieren mit der Siliciumschmelze bevorzugt. Die Formlinge werden vorzugsweise mit ausreichend Silicium imprägniert, so daß sie einen Anteil von etwa 5 oder iOGew.-% Si aufweisen. Das Silicium dient als Verdichtungshilfsmittel, so daß bei der nachfolgenden Sinterung durch Erhitzen auf zumindest 2000⁰C eine Verdichtung in einem solchen Ausmaß stattfindet (wie sich aus dem Schrumpfen ergibt), daß eine Dichte von zumindest 99 $> d. Theorie erreicht werden kann.

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Das Kaltpressen des Pulvergemisches kann bei üblichen Temperaturen und Drucken für dieses Verfahren stattfinden. Im allgemeinen wendet man Raumtemperatur bis 40⁰C und einen Druck zwischen 23»5 und 47 kg/mm an. Bevorzugte Arbeitsbedingungen sind Raumtemperatur und ein Druck zwischen 31,5 und 39,25 kg/mm .

Im allgemeinen erfolgt das Sintern bei Temperatur "zwischen 1900 und 230O⁰C, vorzugsweise zwischen 2000 und 23OO°C, insbesondere zwischen 2150 und 2250⁰C.

Die Menge an Verdichtungshilfsmittel im Gemisch liegt üblicherweise zwischen 3 und 15 Gew.-^, vorzugsweise zwischen 5 und 10 Gew.-^.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kaltgepreßten und gesinterten Formkörper müssen nicht unbedingt die gleiche Festigkeit und Schlagzähigkeit, wie heißgepreßte Borcarbidkörper, aufweisen, jedoch liegen diese Eigenschaften in der gleichen Größenordnung und sind im allgemeinen vergleichbar. Die erfindungsgemäß erhaltenen Formkörper lassen sich anstelle der heißgepreßten anwenden, z.B. als Düsen für das Sandstrahlen, als Keramikauflagen oder in Anwendungen, wo die Verschleißfestigkeit eine besondere Rolle spielt, wie in Lagerflächen.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert. ^:

Beispiel 1

Ein Borcarbidpulver mit einer Korngröße unter 45 /um wird mit Aluminiumpulver gemischt und dann in einer Kugelmühle auf dem Rütteltisch auf eine Korngröße unter 6 /im vermählen.

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Ein Bindemittel, z.B. Kampfer in Äther oder Polyäthylenglykol in Aceton, wird in das Gemisch eingerührt als temporäres Bindemittel für Kaltpressen. Die Masse wird dann unter einem Druck von 31»5 kg/mm zu kreisrunden Scheiben mit einer Stärke von 12,7 mm und einem Durchmesser von 75 mm verpreßt. Diese Preßlinge wurden dann etwa 1 h auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt von Aluminium erhitzt und bei dieser Temperatur in inerter Atmosphäre (Argon) gehalten und anschließend bei einer Temperatur von etwa 2100⁰C gesintert. Auf diese Weise erreicht man eine schnelle Verdichtung des IOrmlings ohne wesentlichen Aluminiumverlusten durch Abdampfen.

Wenn das Gemisch 90 $ Borcarbid und 10 $ Aluminium enthielt, so hatte der kaltgepreßte und gesinterte Formkörper eine Dichte von 99,2 % d. Theorie, woraus sich ergibt, daß diese Körper außerordentlich hart sind.

Beispiele 2 und 3

Im Sinne des Beispiels 1 wurden aus Borcarbid und Sliciumpulver Probeplatten hergestellt unter Verwendung des in Beispiel 1 genannten temporären Bindemittels, und zwar kreisrunde Platten, Dicke 6 mm, Durchmesser 75 mm, unter einem Druck von 31,5 kg/mm . Die Preßlinge wurden bei etwa 500⁰C in inerter Atmosphäre etwa 1 h gehalten, um das Bindemittel zu verdampfen. Anschließend wurde 13 min bei etwa 2100⁰C gesintert. Eine kürzere Sinterzeit, etwa 5 min, eignet sich für Pellets aus dem Borcarbidgemisch mit einem Durchmesser von etwa 12,7 mm.

Zwei Ansätze wurden hergestellt, der eine enthielt 90 $ Borcarbid und 10 $ Silicium (Beispiel 2), der andere 95 1° Borcarbid und 5 $ Silicium (Beispiel 3). Beide Preßlinge

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schrumpften beim Sintern, woraus sich eine wesentliche Verdichtung ergibt. Die Dichte der Platte mit 10 $ Silicium betrug >99,2 $ d. Theorie und mit 5 i° Si errechnete sich eine 100-prozentige Dichte. Daraus ergibt sich, daß extrem dichte Platten hergestellt worden sind.

Beispiele 4 bis 8

75 g Borcarbidpulver, Körnung < 45 /um,wurden mit 7,5 Gew, pulverförmigem Yerdichtungshilfsmittel vermischt, und zwar Aluminium, Magnesium, Silicium, Titandiborid bzw. Ghromdiborid. 1g Bindemittel des Beispiels 1 wurde für das Kaltpressen angewandt und die Verfahrensweise des Beispiels 2 wiederholt. Die Scheiben wurden zur Entfernung des Bindemittels erwärmt und dann nach Beispiel 2 gesintert. Man erhielt extrem dichte Kör per.

Beispiel 9

Ein kaltgepreßter Körper aus Borcarbid, 6 mm dick, 75 nun Durchmesser, wurde nach Beispiel 2 hergestellt. 3 g Siliciumspäne wurden in Argonatmosphäre in Berührung mit dem Körper auf 2100⁰C erhitzt. Man erhielt einen dichten, gesinterten, Silicium-haltigen Körper.
i

Pa tentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1· Verfahren zur Herstellung von 3?ormkörpern aus Borkohlenstoffverbindungen durch Kaltpressen und Sintern, . dadurch gekennzeichnet, daß man ein Verdichtungshilfsmittel in Form von Silicium, Aluminium, Magnesium und/oder einem Metallborid vor dem Sintern des Preßlings anwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man pulverförmiges Verdichtungshilfsmittel dem Pulver der Borkohlenstoffverbindung zusetzt und dieses Pulvergemisch kaltpreßt und dann sintert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man den aus pulverförmiger Borkohlenstoffverbindung durch Kaltpressen erhaltenen Preßling mit dem Verdichtungshilfsmittel imprägniert, insbesondere mit dessen Schmelze.

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