DE2219394B2

DE2219394B2 - WurtzitähnUches Bornitrid und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2219394B2
Application number: DE19722219394
Authority: DE
Inventors: Tamara Vasiljevna Bavina; Oleg Nikolajevitsch Breusov; Anatolij Nikolajevitsch Drjomin; Sergej Vladimirovitsch Perschin
Original assignee: INSTITUT CHIMITSCHESKOJ FIZIKI (FILIAL) AKADEMII NAUK SSR; INSTITUT NOVYCH CHIMITSCHESKICH PROBLEM AKADEMII NAUK SSR; MOSKOWSKAYA OBLASTJ (SOWJETUNION)
Current assignee: INSTITUT CHIMITSCHESKOJ FIZIKI (FILIAL) AKADEMII NAUK SSR; INSTITUT NOVYCH CHIMITSCHESKICH PROBLEM AKADEMII NAUK SSR; MOSKOWSKAYA OBLASTJ (SOWJETUNION)
Priority date: 1971-07-19
Filing date: 1972-04-20
Publication date: 1979-02-08
Also published as: CH580539A5; JPS5328880B2; AU4174272A; DD97638A1; FR2146209B1; DE2219394A1; FR2146209A1; HU164894B; JPS4932899A; CS160340B1; PL75590B1; BG20887A1; GB1373693A; DE2219394C3; IT965682B; CA992291A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung von aberharten Materialien, und da auf die Herstellung von wurtzitähnlichem Bornitrid.

Es ist eine wurtzitähnliche Modifikation von Bornitrid bekannt die im nachfolgenden der Kürze halber als wurtzitähnliches Bornitrid bezeichnet wird. Die Parameter des Kristallgitters dieser Modifikation bei einer Temperatur von 25°C sind wie folgt: ao=2,55A; cb=4,20A.

Die genannte Modifikation von Bornitrid wird durch eine Dichte von etwa 3,43 g/cm³, eine Härte nach der Mohsschen Skala von etwa 10, einem Brechungsindex von ca. 2,22 für rotes Licht gekennzeichnet (siehe z. B. US-PS3212 851).

Ein solches wurtzitähnliches Bornitrid erhält man durch die Einwirkung auf graphitähnliches Bornitrid mit einem statischen Druck von 110 bis 130 kbar und einer Temperatur von 25 bis 2200⁰C unter Verwendung beliebiger bekannter Hochdruckkammern. Jedoch wird infolge der Kompliziertheit und Kostspieligkeit der Apparatur und der Ausrüstungen zur Erzeugung hoher Drücke die praktische Durchführung des bekannten Verfahrens außerordentlich erschwert. Es ist auch zu beachten, daß das Arbeitsvolumen der gegenwärtig bekannten Hochdruckkammern ungefähr 1 cm³ beträgt Deshalb ist die Menge des wurtzitähnlichen Bornitrids, das in einem Zyklus der Behandlung des graphitähnlichen Bornitrids erhalten wird, sehr gering und macht nur 1 bis 3 Karat aus.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von wurtzitähnlichem Bornitrid durch Einwirkung auf graphitähnliches Bornitrid mit einer Stoßwelle mit einer Amplitude von mindestens 128 kbar bekannt (siehe z.B. Berichte der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, 172 5, 1066—1068, 1967, in russisch). Für die Durchführung dieses Verfahrens wird graphitähnliches Bornitrid in eine metallische Ampulle eingebracht die der Einwirkung von StoßweDen ausgesetzt wird.

In der nachfolgenden Beschreibung wird das in der Ampulle durch die Einwirkung auf das graphitähnliche Bornitrid mit einer Stoßwelle erhaltene Produkt in einigen Fällen als aufbewahrte Probe bezeichnet

Bei der Anwendung dieses Verfahrens wird das Bornitrid einer mehrfachen Einwirkung der von den Ampullenwänden reflektierten Stoßwelle ausgesetzt

ίο Es wurde festgestellt, daß der Umwandlungsgrad des graphitähnlichen Bornitrids in wurtzitähnliches Bornitrid in den aufbewahrten Proben von dem Verhältnis der vollen Zeitdauer der Einwirkung der Stoßwelle zu der Zeitdauer des Durchtritts der Stoßwellenfront durch die Bornitridschicht abhängt Je größer dieses Verhältnis, desto größer ist der Umwandlungsgrad des graphitähnlichen Boniitrids in wurtzitähnliches Bornitrid, wobei der maximale Druck der Stoßkompression im Bornitrid in diesem Falle rascher und durch eine größere Zahl der reflektierten Stoßwellen erreicht wird als im Falle eines geringeren Verhältnisses dieser Größea

Wenn die Stoßwelle durch Detonation einer Sprengstoffiadung im Kontakt mit der Aufbewahrungsampulle erzeugt wird, so hängt die volle Zeitdauer der Wirkung der Stoßwelle (mit anderen Worten die Dauer der Stoßwelle von ihrer Front mit dem maximalen Druck bis zum Punkt mit einem Druck, der dem atmosphärischen gleich ist) von der Größe der Sprengstoffladung ab. Je

ίο größer die Ladung ist desto größer ist die Dauer der Wirkung der Stoßwelle.

Wenn die Stoßwelle in der Aufbewahrungsampulle den Stoß einer auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigten Platte erzeugt wird, dann wird die volle

!■-, Zeitdauer der Einwirkung der Stoßwelle durch die Dichte dieser Platte bestimmt Je größer ihre Dicke ist desto größer ist die Dauer der Einwirkung der Stoßwelle. Die Platte kann durch Detonation einer Sprengstoffladung oder mit Hilfe einer Gaskanone beschleunigt werden.

Die Zeitdauer des Durchtritts der Stoßwellenfront durch die Bornitridschicht hängt von der Schichtdicke und der Geschwindigkeit der Stoßwellenfront ab. Bei der vorgegebenen Geschwindigkeit der Stoßwellen front ist diese Zeitdauer umso größer, je größer die Schichtdicke ist

In dünnen Schichten (um 1 mm) kann eine 80%ige Umwandlung des graphitähnlichen Bornitrids in seine wurtzitähnliche Modifikation erreicht werden.

Bei einer bestimmten Dicke der Bornitridschicht kann die Zeitdauer der Wirkung der Stoßwelle, die eine vorgegebene konstante Intensität aufweist geringer als die des Durchtritts der Stoßwelle durch die Bornitridschicht sein. In diesem Falle kann das Bornitrid einer mehrfachen Einwirkung der einzelnen reflektierten Stoßwellen von abnehmender Intensität ausgesetzt werden, wobei der maximale Druck der Stoßkompression in der ersten eintretenden Stoßwelle erreicht wird. Bei sehr großer Dicke der Bornitridschicht kann die Stoßwelle in der Schicht völlig erlöschen. In diesem Falle wird das Bornitrid der Einwirkung der durchtretenden Stoßwelle ausgesetzt wobei der maximale Druck beim Eintritt der Stoßwelle erreicht wird. Durch diesen Umstand wird ihrerseits die für einen Behandlungszyklus zulässige Menge des graphitähnlichem Bornitrids und folglich die des erhaltenen wurtzitähnlichen Bornitrids begrenzt Im österreichischen Patent 2 65 206 wird ein wurtzit-

ähnliches Bornitrid mit folgenden Parametern beschrieben: Die Parameter des Kristallgitters sind 2,55 A und 4,20 A bei 25°C; Dichte 3,43 bis 3,49 g/cm³, Brechungsindex für rotes licht: 2Ά Härte nach Mo its 10.

Das erfindungsgemäße Produkt das Bornitrid mit wurtzitähnlicher Struktur und stark defektem Kristallgitterweist folgende Daten auf:

Parameter des Kristallgitters 2,55 A und 4,20 A bei einer Temperatur von 25"C, Brechungsindex für Rotlicht: unter 2,10; Dichte von 3,10 bis 3,30 g/cm³; spezifische Oberfläche mindestens 1OmVg; Anfangstemperatur für die Umwandlung in die Graphitmodifikation ungefähr 700⁰C

Der Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Produkt und dem bekannten ist von Bedeutung, da das stark defekte wurtzitähnliche Bornitrid überraschende Eigenschaften gegenüber dem bekannten Produkt aufweist, und zwar beträgt der Mindestdruck für die Umwandlung in die kubische Modifikation, wie aus dem Phasenzustandsdiagramm entsprechend Fig. 7 des österreichischen Patentes hervorgeht, mindestens 110 kbar bei einer Temperatur von mindestens 2000⁰C. Der Mindestdruck für die Umwandlung in die kubische Modifikation beträgt bei dem vorgeschlagenen Produkt 40 bis 50 kbar bei einer Temperatur von 1200° C

Der Unterschied in den Eigenschaften zwischen dem erfindungsgemäßen Produkt und dem bekannten, der durch den Kristallgitterdefekt bewirkt wird, beruht auf den Besonderheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das bekannte Produkt wird unter statischen Verhältnissen erzeugt d.h. in einer Preßvorrichtung, und weist im Kristallgitter keinen Defekt auf.

Das Bornitrid mit wurtzitähnlicher Struktur, das mit Hilfe von Stoßwellen erzeugt wird, weist aufgrund der außerordentlich hohen Druckgradienten, der extrem kurzen Dauer des Prozesses und der Anwesenheit von Zusätzen, wie Wasser, wässerigen Alkalilösungen, Bleihalogeniden oder Alkalimetallhalogenide!! ein defektes Kristallgitter auf.

Das Bornitrid mit wurtzitähnlicher Struktur und stark defektem Kristallgitter weist gegenüber dem bekannten Produkt überraschende Eigenschaften auf.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist also die Vergrößerung der Menge des wurtzitähnlichen Bornitrids, die in einem Behandlungszyklus des graphitähnlichen Bornitrids erhalten wird, sowie die Steigerung des Umwandlungsgrades des graphitähnlichen Bornitrids in wurtzitähnliche:; Bornitrid.

Der Gegenstand der Erfindung ist aus den vorstehenden Ansprüchen und den Ausführungen ersichtlich.

Unter der dynamischen Härte versteht man das Produkt aus der Ausgangsdichte des Stoffes und der Geschwindigkeit der Stoßwellenfront also Stoßimpedanz (DE-PS 19 33162). Für das wurtzitähnliche Bornitrid beträgt die dynamische Härte wie auch für das kubische Bornitrid bei 120 kbar 2,8 · 10⁶ g/cm² · see.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es durch das Vorhandensein der genannten Zusätze selbst in »dicken« Pulverschichten bereits bei einmaligem Durchtritt der Stoßwelle durch die Schicht des Gemisches zu einer mehrfachen Reflexion der Wellen von den Trenngrenzen zwischen den Teilchen des Bornitrids und der Zusätze kommt, wodurch alle Teilchen von Bornitrid einer mehrfachen Einwirkung der reflektierten Wellen ausgesetzt werden, wobei der Enddruck der Stoßkompression stufenweise erreicht wird. Die Einführung der genannten Zusätze macht es möglich, das Volumen des eingesetzten graphitähnlichen Bornitrids ohne Vergrößerung der Ladung wesentlich zu vergrößern und dadurch die Menge des in einem Zyklus erhaltenen wurtzitähnlichen Bornitrids zu vergrößern.

Da die Reflektion der Stoßwellen von den Trenngrenzen in verschiedenen Richtungen vor sich geht, erleidet jedes Pulverteilchen chaotische Verschiebungen. Dadurch kommt es zur gegenseitigen Orientierung der bereits entstandenen kleinsten Keime des wurtzitähnlichen Bornitrids, die deren Vereinigung zu größeren und folglich stabileren Kristalliten begünstigt Eine Folge davon ist ihrerseits eine Steigerung der prozentualen Ausbeute an wurtzitähnlichem Bornitrid in den Aufbewahrungsampullen. Die Steigerung des Grades der irreversiblen Umwandlung des graphitähnlichen Bornitrids in wurtzitähnliches Bornitrid wird außerdem durch eine solche Wahl der Zusätze erreicht, daß deren Resttemperatur die durch die Stoßkompression entsteht, wesentlich niedriger als die Resttemperatur des gebildeten wurtzitähnlichen Bornitrids ist

Der Erhitzungsgrad der Stoffe durch die Stoßwelle wird durch die Amplitude der Stoßwelle und die Eigenschaften der Stoffe bestimmt Somit werden verschiedene Stoffe, die sich in dem durch Stoßwelle behandelten Gemisch befinden, auf verschiedene Temperaturen erhitzt Da die oben genannten Zusätze in geringerem Maße als das wurtzitähnliche Bornitrid erhitzt werden, überträgt das letztere rasch eine überschüssige Wärme auf die Zusätze, was zu einer

jo Verringerung des Grades des Rücküberganges und zu einer Steigerung der Ausbeute an Endprodukt führt

Als Zusätze verwendet man zweckmäßig Flüssigkeiten. Dies ist damit verbunden, daß der Erhitzungsgrad der Stoffe durch die Einwirkung der Stoßwelle auch von

is der Porosität des Stoffes abhängt, nämlich je größer die Porosität des Stoffes, desto größer sind die Resttemperaturen bei dem gleichen Druck der Stoßkompression. Flüssige Zusätze sind auch deshalb bevorzugt weil sie die Poren zwischen den Teilchen des graphitähnlichen Bornitrids erfüllen und den Gehalt an graphitähnlichem Bornitrid in demselben Volumen der Aufbewahrungsampulle nicht vermindern.

Als flüssige Zusätze verwendet man zweckmäßig Wasser und wässerige alkalische Lösungen, die gegenüber dem eingesetzten graphitähnlichen Bornitrid bei Zimmertemperatur chemisch inert sind. Die Verwendung dieser Flüssigkeiten macht es möglich, den Gehalt des Endproduktes an graphitähnlichem Bornitrid zu senken, da Wasser bzw. wässerige alkalische Lösungen unter den Bedingungen der Einwirkung hoher Resttemperaturen es vermögen, das den Stoßeinwirkungen ausgesetzte graphitähnliche Bornitrid aufzulösen, jedoch gegenüber dem gebildeten wurtzitähnlichen Bornitrid chemisch inert sind. Die Verwendung von Wasser und wässeriger alkalischer Lösungen als Zusätze macht es möglich, den Gehalt des Endproduktes an graphitähnlichem Bornitrid auf 0,5Gew.-% zu senken. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene wurtzitähnliche Bornitrid unterscheidet sich

bo wesentlich von dem bekannten wurtzitähnlichen Bornitrid, erhalten bei der Einwirkung hoher statischer Drücke. Es weist dieselben Parameter des Kristallgitters, nämlich ao=2,55A und Cb= 4,20 A bei 25° C, auf und wird durch eine Härte von 10 nach der Mohsschen

en Skala gekennzeichnet Das erfindungsgemäße wurtzitähnliche Bornitrid weist eine pyknomelrische Dichte von 3,10 bis 338 g/cm³, einen Brechungsindex von weniger als 2,10 für rotes Licht eine spezifische

Oberfläche von mindestens lOmVg auf, und die Temperatur bei der es beginnt, in graphitähnliches Bornitrid überzugehen, gegen 70O⁰C.

Diese Veränderung der Eigenschaften des unter Anwendung der Stoßwellen erhaltenen wurtzitähnlichen Bornitrids gegenüber dem bekannten wurtzitähnlichen Bornitrid ist durch eine außerordentlich hohe Konzentration der Kristallgitterfehler hervorgerufen, die unter den Bedingungen des Stoßdruckes entstehen. Ein hoher Anteil der Kristallbaufehler in diesem Produkt führt zu einer Erhöhung der Beweglichkeit der Atome in seinem Kristallgitter. Bei gewöhnlichen Drücken bewirkt dies eine Senkung der Temperatur auf 700° C, bei der wurtzitähnliches Bornitrid in graphitähnliches Bornitrid übergeht, bei hohen Drücken eine Senkung des Druckes, bei dem die Umwandlung in kubisches Bornitrid erfolgt Ohne Zusatz spezieller Katalysatoren wandelt sich das bei der Einwirkung des statischen Druckes erhaltene wurtzitähnliche Bornitrid bei der Einwirkung von Drücken von mindestens 110 kbar in kubisches Bornitrid um (F. P. B a η d y, R. H. W e η t ο r f; J. Chem. Phys, 38, No 2, p. 1144,[1963]). Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene wurtzitähnliche Bornitrid weist eine erhöhte Aktivität auf und wandelt sich in kubisches Bornitrid bei einem bedeutend geringeren Druck von 40 bis 50 kbar um. Wesentliche Unterschiede in den physikalisch-chemischen Eigenschaften des unter Anwendung von Stoßdruck erhaltenen wurtzitähnlichen Bornitrids und des bekannten wurtzitähnlichen Bornitrids, das unter Anwendung von statischem Druck erhalten wird, gestatten es, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Produkt als ein neues Material, nämlich als wurtzitähnliches Bornitrid mit erhöhter Aktivität anzusehen.

Das wurtzitähnliche Bornitrid mit erhöhter Aktivität kann in einem breiten Bereich dynamischer Drücke und unter Verwendung verschiedener Zusätze erhalten werden. Die höchste Aktivität, d.h. die größte Abweichung der Eigenschaften des erfindungsgemäß erhaltenen wurtzitähnlichen Bomitrids von dem bekannten wurde unter den Bedingungen erzielt, die im nachfolgenden als bevorzugt bezeichnet werden, nämlich bei einer Stoßkompression des Gemisches von graphitähnlichem Bornitrid mit Wasser oder mit 1- bis 5% igen wässerigen Lösungen alkalischer Reagenzien (beispielsweise NaOH, KOH, Na₂CO₃), in einem Gewichtsverhältnis von 1 :0,5 bis 1 :0,2 entsprechend für feste und flüssige Phase. Die bevorzugten Bedingungen führt die Stoßkompression für dieses Gemisch werden herbeigeführt in einer zylindrischen Ampulle bei der Detonation der sie umgebenden Ladung von Gußtrotyl oder Schütthexogen mit einer Dichte von Ll g/cm³. Die Anwendung bevorzugter Bedingungen machte es möglich, wurtzitähnliches Bornitrid mit minimaler pyknometrischer Dichte (3,10 g/cm³), maximaler spezifischer Oberfläche (über 20m²/g) und minimalem Brechungsindex (weniger als 2,10 für rotes Licht) zu erhalten. Außerdem macht es die Anwendung bevorzugter Bedingungen möglich, den maximalen Umwandlungsgrad des graphitähnlichen Bomitrids in wurtzitähnliches Bornitrid mit erhöhter Aktivität (über 90%) zu erzielen und das Endprodukt mit minimalem Gehalt an graphitähnlichem Bornitrid (bis zu 0,5 Gew.-%) zu erhalten.

Es wurde ein Vergleichsversuch zu Beispiel 7 der DE-PS 19 33 162 durchgeführt Gemäß diesem Beispiel erhält man wurtzitähnliches Bornitrid durch Einwirken von Stoßwellen auf ein Gemisch von 97 Gew.-% Al und 3 Gew.-% graphitähnliches Bornitrid. Man erhält auf diese Weise ein Produkt von einer pyknometrischen Dichte von 3,40 g/cm³ und einer spezifischen Oberfläehe von 9,5 m²/g.

Gemäß Beispiel 1 wird wurtzitähnliches Bornitrid durch Einwirkung von Stoßwellen auf ein Gemisch aus 5 g Bleichlorid und 5 g graphitähnliches Bornitrid hergestellt Dabei erhält man ein Produkt von einer

ίο pyknometrischen Dichte von 3,32 g/cm³ und einer spezifischen Oberfläche von 38,5 m²/g.

Die verschiedensten auf verschiedenste Art und Weise hergestellten kristallinen Stoffe sind gekennzeichnet durch Störungen im Kristallgitter, durch sogenannte Defekte. Die Häufigkeit dieser Defekte übt einen wesentlichen Einfluß auf die Eigenschaften des Festkörpers aus, wie z. B. auf seine Härte, Dichte, die Art des Bruches bei Zerstörung usw. Gewöhnlich ist die Dichte umso geringer, je höher der Störungsgrad ist

2(i Andererseits steigt die Härte eines Stoffes mit zunehmendem Störungsgrad.

Zu Polymerumwandlungen beim Einwirken der Stoßwellen kommt es bei hohen Druckgradienten, was zu einer Steigerung des Störungsgrades führt Dieser

2> hängt von den konkreten Versuchsbedingungen ab. Wenn zum Beispiel die Defekte lediglich in Vakanzstellen bestehen, läßt sich ihre Häufigkeit C_v nach folgender Näherungsformel errechnen:

C₁. = -JÜLZJL - 100%

wobei go die Röntgendichte des wurtzitähnlichen

j-, Bomitrids bedeutet und 3,48 g/cm³ ausmacht während ρ die reale pyknometrisch ermittelte Dichte bedeutet

Aus der Formel geht hervor, daß der Störungsgrad umso größer ist, je geringer die pyknometrische Dichte ist Das unter Einwirkung von Stoßwellen erhaltene wurtzitähnliche Bornitrid hat immer eine defekte Struktur. Der Störungsgrad hängt jedoch wesentlich von den Herstellungsbedingungen ab.

Der Störungsgrad beträgt nach Beispiel 7 der DE-PS 19 33162 2,2%, während er nach Beispiel 1 4,5% 5 beträgt Der größte Störungsgrad, nämlich 11,0% wird nach Beispiel 7 erreicht wo als Zusatz Wasser verwendet wird.

Der Störungsgrad von 2% des gemäß Beispiel 7 der genannten DE-PS durch Explosion erhaltenen Produk tes ist auch für das Produkt kennzeichnend, das durch Einwirken statischer Drücke gemäß der GB-PS 10 48 973 (Seite 10, Zeile 109 bis 114) erzielt wird. Das gemäß dieser PS erhaltene wurtzitähnliche Bornitrid weist eine pyknometrische Dichte von 3,43 g/cm³ und somit einen Defekt von 1,5% auf. Daß die Störungsgrade der beiden Produkte so nahe beisammenliegen, erklärt sich dadurch, daß das Ausgangsgemisch in Beispiel 7 eine große Menge (97%) metallisches Al enthält Dieser stark verformbare Stoff und damit auch das darin verteilte Bornitrid lassen sich bei Stoßdruck unter Bedingungen, die hydrostatischen sehr nahe kommen, zusammenpressen.

Der relativ geringe Al-Gehalt im Gemisch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren führt im Gegensatz dazu

es zu einer Verringerung der Abstände zwischen den Boraitridteüchen, was seinerseits zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Reflexionswellen führt, d. h. zu einem ungeordneten Pulsieren des Druckes. Durch die

mehrfach reflektierten Wellen kommt es zu einem Pulsieren des Druckes an der Front der sich fortpflanzenden Stoßwelle, wodurch die Bornitridteilchen ungeordnete Verschiebungen erfahren. Dadurch kommt es zu einer wechselseitigen Ausrichtung der feinen Teilchen der neuen Wurtzitmodifikation, was zu einer Vergrößerung führt Außerdem senken die Zusätze die Resttemperatur was seinerseits eine Rückumwandlung der neuen Phase in die graphitähnliche Phase verhindert So steigt bei Steigerung des Bornitridgehalts im Gemisch von 3% gemäß Beispiel 7 der PS 19 33 162 auf 57 Gew.-%, gemäß Beispiel 1 der Störungsgrad des erhaltenen wurtzitähnlichen Bornitrids von 2,2 auf 4,5%.

Nach den bekannten Verfahren zur Erzeugung von Defekten, wie etwa dem Bestrahlungsvertahren, erzieh man einen Störungsgrad von höchstens 5%. Erfindungsgemäß wird jedoch ein Störungsgrad von 11 % erreicht. Andere Stoffe mit einer derartigen Konzentration an langlebigen Defekten sind nicht bekannt.

Der hohe Störungsgrad des durch Sprengung erzeugten wurtzitähnlichen Bornitrids führt dazu, daß sich bei seiner Verwendung als Schleifpulver die schneidenden Kanten der einzelnen Teilchen bei Verschleiß selbst erneuern, da bei ihrem Bruch scharfe schneidende Kanten entstehen. In Kombination mit dem hohen Dispersionsgrad des durch Sprengung erhaltenen Produktes ergibt sich auf diese Weise beim Polieren eine hohe Oberflächengüte.

So wurde bei Bearbeitung von Aluminiumerzeugnissen mit Pulvern aus erfindungsgemäßem wurtzitähnlichem Bornitrid eine Güteklasse von 14 erzielt. Gute Resultate wurden auch bei der Bearbeitung von Erzeugnissen aus Korund und anderen Werkstoffen erzielt

Die bei Bearbeitung mit Pulern gemäß der genannten GB-PS und DE-PS erzielte Oberflächengüte erreicht im Gegensatz dazu nur die Güteklasse 10. Außerdem sei noch darauf hingewiesen, daß unter den statischen Verhältnissen gemäß der GB-PS die wurtzitähnliche Modifikation immer im Gemisch mit der kubischen Bornitridmodifikation vorliegt, die ihre Härte nach dem Diamanten nahesteht, weshalb man die Schleiffähigkeit in diesem. Fall nicht allein auf die wurtzitähnliche Modifikation zurückführen kann.

Ein zusätzlicher Vorzug des erfindungsgemäßen wurtzitähnlichen Bornitrids, der sich bei der Bearbeitung von Halbleitermaterialien zeigt, besteht darin, daß die für viele Eigenschaften von Halbleitergeräten überaus wichtige Dicke der gestörten Schicht auf der Oberfläche des Werkstückes mindestens ein Fünftel der Dicke der sonst verwendeten Schleifpulver ausmacht

Die DE-PS 21 08 452 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von wurtzitähnlichem Bornitrid durch Stoßbeanspruchung, wobei man als Zusätze 50 VoL-% Metalle (im Gemisch mit graphitähnlichem Bornitrid) verwendet

Es sei darauf hingewiesen, daß der Gehalt an Metallen im Gemisch mit graphitähnlichem Bornitrid, verglichen mit der DE-PS 21 08 452 50 Gew.-% weit überschreitet, da die in dieser PS aufgezählten Metalle eine Dichte aufweisen, die weit über der des grahitähnlichen Bornitrids liegt So etwa beträgt diese in einem Gemisch von 50VoL-% Kupfer 8,93g/cm3 (und in 50VoL-% graphitähnliches Bornitrid 2^9 g/cm³). Der Gehalt der Komponenten betragt dabei: Für Kupfer 80 Gew.-% und für graphitähnliches Bornitrid 20 Gew.-%.

Gemäß den Beispielen der vorliegenden Anmeldung

werden höchstens 50 Gew.-% an Metallen und anderen Zusätzen verwendet.

Bei Feststoffen, die bei Einwirkung von Stoßwellen eine polymorphe Umwandlung erfahren, werden ■-, gewöhnliche Spezialbehälter verwendet, das gilt, z. B. für die DE-PS 19 33 162. Die Behälter haben dabei die Aufgabe, den den Stoßwellen ausgesetzten Prüfling aufzunehmen. In der DE-PS wird ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem der den Stoßwellen ausgesetzten

κι Graphit nicht in einem Behälter eingeschlossen wird. Eine solche Anordnung ist aus der Literatur unter dem Namen »Mausefalle« bekannt. Unter dem Prüfling (Graphit) ist ein Gefäß mit Wasser aufgestellt, und nach dem Einwirken der Stoßwellen fällt der Prüfling ins

γ, Wasser. Das Wasser ist somit in diesem Fall ein

Bauelement. An dem Durchtritt der Stoßwellen durch

den Graphit, bei dem es zur Umwandlung in Diamant kommt, ist das Wasser nicht beteiligt

Das Wasser dient erfindungsgemäß hingegen zur

Erzeugung wiederholter Stoßreflexionen, d.h. zur Pulsierung beim Durchtritt der Stoßwellen durch den Prüfling.

Die als Zusätze zum graphitähnlichen Bornitrid verwendeten Flüssigkeiten haben gegenüber festen

Zusätzen Vorteile. Ähnlich den festen Zusätzen führen sie zur Entstehung von mehrfach an der Grenze zwischen Bornitridteilchen und der Flüssigkeit reflektierten Wellen, sind jedoch aufgrund ihres Aggregatzustandes in der Lage, die Poren zwischen den Teilchen

jo des graphitähnlichen Bornitrids auszufüllen. Die Poren führen bekanntlich zur Steigerung der Resttemperatur bei gleichem Druck der Stoßkompression. Die Flüssigkeiten senken somit erheblich die Resttemperatur und begünstigen auf diese Weise die Steigerung der Ausbeute der neuen Bornitridmodifikation und die Bildung von stark defektem wurtzitähnlichem Bornitrid (Störungsgrad bis 11 %). Andere Verfahren, die zu einem so hohen Störungsgrad im Kristallgitter führen, sind nicht bekannt Als flüssige Zusätze eignen sich am besten Wasser und wässerige Laugen. Wasser und wässerige Laugen sind nämlich gegenüber dem als Ausgangsprodukt verwendeten graphitähnlichen Bornitrid bei Zimmertemperaturen inert und lösen bei den hohen Resttemperaturen das der Stoßwellenbeeinflus sung ausgesetzte graphitähnliche Bornitrid und sind schließlich auch chemisch inert gegenüber der entstehenden Wurtzitmodifikation. Auf diese Weise läßt sich einerseits der Gehalt an graphitähnlichem Bornitrid nach der Stoßwellenbeeinflussung auf 0,5Gew.-%

so senken; andererseits gestattet das dem graphitähnlichen Bornitrid zugesetzte Wasser die Herstellung von wurtzitähnlichem Bornitrid mit einem Störungsgrad bis zu 11%.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Bess Schreibung der Beispiele für die Herstellung des erfindungsgemäßen wurtzitähnlichen Bornitrids mit erhöhter Aktivität und der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt F i g. 1 Stoßadiabate des graphitähnlichen Bornitrids, F i g. 2 eine Einrichtung zur Erzeugung der Stoßwelle durch Explosion im Schnitt,

Fig.3 eine andere Variante der Einrichtung zur Formung der Stoßwelle durch Explosion, im Schnitt, F i g. 4 eine Einrichtung zur Erzeugung der Stoßwelle durch den Stoß der Metallplatte, im Schnitt

Ein wesentlicher Teil der vorliegenden Erfindung ist die Anwendung der Einwirkung der Stoßwellen auf Bornitrid.

Die Parameter der Stoßwelle sind miteinander durch das Gesetz von der Erhaltung der Masse und den Impulssatz verbunden, die zu den Verhältnissen

P =

RzJl

DU

führen, worin Vo das spezifische Anfangsvolumen des Stoffes; Vdas spezifische Volumen des Stoffes, erreicht beim Stoßdruck; P der Stoßdruck; D die Geschwindigkeit der Stoßwellenfront; i/die Massengeschwindigkeit des Stoffes hinter der Stoßwellenfront bedeuten.

Wenn die kinematischen Parameter D und V der Stoßwelle bekannt sind, kann man, wie aus der Gleichung (1) und (2) zu ersehen ist, den Druck und das spezifische Volumen des Stoffes berechnen. Die Parameter D und U werden von der modernen experimentellen Technik verhältnismäßig genau registriert

Die Stoßadiabate (F i g. 1) Kurve der Komprimierbarkeit) des graphitähnlichen Bornitrids mit einer Anfangsdichte von

L'o = ~rr = 2,0 g/cm³
"o

(Berichte der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, 172, [511066, [19671 in russisch) wurde nach der Reflektionsmethode (Zeitschrift für experimentelle und theoretische Physik, 34, 886, [19581 ⁱⁿ russisch), d.h. nach einer Methode erhalten, wo in den untersuchten Proben Dregistriert wird, während Pund i/aus dem P-, U- Diagramm gefunden werden. Die Parameter der Stoßwellen in der Metallplatte waren aus den vorläufigen Experimenten bekannt

Gemäß der Stoßadiabate (Fig. 1) kommt bei einem Druck der Stoßkompression über 192kbar die Umwandlung des graphitähnlichen Bornitrids in wurtzitähnliches Bornitrid unmittelbar in der Stoßwellenfront zustande. Dabei ist die Umwandlungszeit gleich dem Quotienten von der Teilung der Breite der Stoßwellenfront durch deren Geschwindigkeit Die Breite der Stoßwellenfront im Bornitrid ist ungefähr der Größe seiner Teilchen gleich, die im allgemeinen von 1 bis 10 Mikrometer beträgt Die Geschwindigkeit der Stoßwelle mit einem Druck in der Front von etwa 192 kbar beträgt 4,70 km/sea Folglich ist die Umwandlungszeit weniger als 10 -⁹ see.

Die Stoßwellen im graphitähnlichen Bornitrid mit einem Druck von 128 kbar bis 192 kbar sind unbeständig, sie zerfallen in zwei aufeinanderfolgende Stoßwellen, wobei die erste Stoßwelle unabhängig von dem angelegten Druck eine konstante Amplitude von 128 kbar aufweist, während die zweite sich in dem von der ersten Stoßwelle komprimierten Stoff mit einer geringeren Geschwindigkeit als die erste Stoßwelle fortpflanzt Die Umwandlung des graphitähnlichen Bornitrids in wurtzitähnliches Bornitrid kommt in der Front der zweiten Stoßwelle zustande. Die Zeitdauer dieser Umwandlung beträgt einige Zehntel von 10~⁶ see bei einem Druck von etwas mehr als 128 kbar und vermindert sich mit wachsendem Druck.

Bei Drücken der Stoßkompression von weniger als 128 kbar kann die Umwandlung ebenfalls Zustandekommen. Ein merklicher Grad dieser Umwandlung wird hinter der Stoßwellenfront nach Ablauf einer Zeit erreicht die größer als die Fortpflanzungsdauer der Stoßwellenfront durch die Schicht des graphitähnlichen Bornitrids ist, weshalb diese in den Experimenten zur Ermittlung der Stoßadiabate des graphitähnlichen Bornitrids, in denen die Dicke der Schichten des graphitähnlichen Bornitrids (die Meßbasis der Stoßwellengeschwindigkeit) einige mm betrug, nicht festgestellt

ίο wird.

Bei einem Druck der Stoßkompression von mehr als 192 kbar gemäß der Stoßadiabate erfolgt eine vollständige Umwandlung des graphitähnlichen Bornitrids in seine dichte Modifikation. Diese Schlußfolgerung ergibt sich aus dem folgenden Resultat Wenn man den oberen Abschnitt der Stoßadiabate (den Abschnitt über 192 kbar) zur Volumenachse extrapoliert ergibt sein Schnittpunkt mit der Volumenachse ein spezifisches Volumen (03cm³/g), welches dem spezifischen VoIumen der dichten Bornitridmodifikation ungefähr entspricht Für dichte Bornitridmodifikationen beträgt das spezifische Volumen beim Normaldruck 1/ρ » 0,286 cmVg, wo ρ = 3,5 g/cm³ die Dichte der kubischen und wurtzitähnlichen Bornitridmodifikation !St

Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Stoßadiabate für poriges graphitähnliches Bornitrid bestimmt wurde. Es wies eine Anfangsdichte von 2,0 g/cm³ auf, während die Dichte der Einkristalle des graphitähnli-

jo chen Bornitrids 2,26 g/cm³ betrug.

Es ist bekannt daß die Stoßadiabate des porigen Stoffes in den Koordinaten Druck — spezifisches Volumen rechts von der Stoßadiabate des Monolithstoffes Hegt Da außerdem das graphitähnliche Bornitrid

j5 eine Dichte der Kristalle von 2,26 g/cm³ besitzt und die dichten Bornitridmodifikationen eine solche von etwa 3,5 g/cm³ aufweisen, kann das graphitähnliche Bornitrid in gewisser Beziehung als poriges Bornitrid dichter Modifikation angesehen werden. Die Porigkeit kann die Ursache einer gewissen Diverenz der angeführten Größen (03 cm³/g und 0,286 cmVg) sein.

Die Experimente haben ergeben, daß die sich unter der Wirkung der Stoßwelle bildenden dichten Bornitridmodifikationen wurtzitähnliches Bornitrid ist Jedoch besteht hinter der Stoßwellenfront das ganze wurtzitähnliche Bornitrid aus Keimen, deren Größe kleiner als die kritische Größe bei der Resttemperatur in der Aufbewahrungsampulle ist Deshalb ist bei der Einwirkung der durchtretenden Stoßwelle selbst mit einem Druck von mehr als 192 kbar der Gehalt an dem wurtzitähnlichen Bornitrid in der Aufbewahrungsampullle vernachlässigbar gering. Dies geschieht deshalb, weil das ganze wurtzitähnliche Bornitrid, das sich beim hohen Druck hinter der Stoßwellenfront gebildet hat eine Rückumwandlung in graphitähnliches Bonitrid bei der Resttemperatur der Stoßkompression in der Aufbewahrungsampulle erleidet

Die Kompression des Stoffes durch die Stoßwelle ist irreversibel. Ein Teil der Energie der Stoßwelle bleibt nach deren Durchtritt in dem Stoff als Wärme zurück.

Infolgedessen besitzt der Stoff nach dem Durchtritt der Stoßwelle eine höhere Temperatur als vor der Stoßkompression.

Unter den Bedingungen hoher Drücke ist thermodynamisch die Bildung größerer Kristalle vorteilhaft, weil der Stoff bestrebt ist, eine minimale Oberflächenenergie aufzuweisen. Jedoch ist der gewöhnliche Diffusionsmechanismus der Vergrößerung infolge geringer Wir-

kungsdauer der Stoßwelle unwirksam. Beim mehrfachen Durchtritt der Stoßwellen durch den durch Stoß komprimierten Stoff und einer stufenweisen Erzielung des maximalen Druckes der Stoßkompression kommt es zu einer relativen Verschiebung und Drehung der gebildeten Keime des wurtzitähnlichen Bornitrids.

Es wird dabei ein anderer, ein rascherer Vergrößerungsmechanismus möglich, wo sich die Keime zu einem einheitlichen Kristallit unter Zusammenfallen ihrer kristallographischen Richtungen vereinigen. Die Abmessungen der gebildeten Kristallite des wurtzitähnlichen Bornitrids sind groß genug, weshalb die letzteren keine Rückumwandlung in graphitähnliches Bornitrid unter der Einwirkung der Resttemperaturen in den Aufbewahrungsampullen erleiden.

Nachstehend seien einige Beispiele für die Durchführung der vorgeschlagenen Erfindung näher betrachtet

Beispiel 1

Man nimmt 5 g Pulver von graphitähnlichem Bornitrid, das eine pyknometrische Dichte von 2,26 g/cm³ und eine dynamische Härte von etwa 0,5 · 10⁶ g/cm² · see aufweist, und 5 g Bleichloridpulver, das eine dynamische Härte von etwa 2,0 · 106 _g/ cm² · see aufweist An dieser Stelle und in den nachfolgenden Beispielen werden die Größen der dynamischen Härte bei einer Amplitude der Stoßwelle von 120 kbar angeführt In den nachfolgenden Beispielen beträgt die pyknometrische Dichte des graphitähnlichen Bornitrids ebenfalls 2,26 g/cm³. Man verrührt sorgfältig das graphitähnliche Bornitrid und Bleichlorid in einer Kugelmühle. Das erhaltene Gemisch wird in eine Aufbewahrungsampulle eingebracht, die in der F i g. 2 dargestellt ist

Die Aufbewahrungsampulle ist durch zwei Stahlbecher 1 und 2 gebildet, wobei der eine in den anderen eingesetzt und jeder mit den Stöpseln 3 und 4 verschlossen ist Der äußere Becher 1 stellt einen Kegelstumpf von 145 mm Höhe mit einem Durchmesser der Grundfläche von 28 bzw. 32 mm dar. Die Höhle dieses Bechers ist zylindrisch ausgeführt und weist einen Durchmesser von 16 mm und eine Höhe von 130 mm auf. Der innere Becher 2 stellt einen Zylinder von 16 mm Durchmesser und 115 mm Höhe dar. Die Höhle dieses Bechers, in die das Pulvergemisch eingebracht wird, weist einen Durchmesser von 8 mm und eine Höhe von 85 mm auf. Die Stöpsel 3 und 4 weisen eine Höhe von 15 mm auf. Die Ampulle ist nach der Achse der zylindrischen Ladung 5 aus Schütthexogen von 1,1 g/cm3 Dichte mit einem Durchmesser von 120 mm angeordnet

Nach der Sprengung der Ladung tritt durch die Ampulle mit dem genannten Gemisch eine Stoßwelle, deren Parameter berechnet werden können (Zeitschrift »Physik des Brennens und der Explosion«, Nr. 2, 281, [1967], UdSSR, in russisch).

Bei mehrfacher Reflexion der Stoßwelle von den Wandungen der Ampulle und der Pulverteilchen steigt der Druck in dem Gemisch stufenweise auf 350 kbar.

Nach der Explosion wird die Ampulle geöffnet Das Gemisch behandelt man mit verdünnter (1:1) Salpetersäure bis zur restlosen Entfernung des Bleichlorids und der Einschlüsse des Ampullenmaterials. Dann behandelt man das Gemisch des gebildeten wurtzitähnlichen Bornitrids und des graphitähnlichen Bornitrids während 12 Stunden bei einer Temperatur von 200⁰C mit konzentrierter Schwefelsäure, der man schrittweise Natriumfluoridpulver zusetzt Das Gewichtsverhältnis des behandelten Bornitridpulvers, der Schwefelsäure und des Natriumfluorids beträgt 1 :20 :3. Die Behandlung mit einem heißen Gemisch von Schwefelsäure und Natriumfluorid führt zur Zersetzung des graphitähnlichen Bornitrids und macht es möglich, das Endprodukt mit einem Gehalt an graphitähnlichem Bornitrid von nicht mehr als 3Gew.-% zu erhalten. Der Rückstand wird mit Wasser gewaschen und bei einer Temperatur von 200 bis 300⁰C getrocknet

ίο Die Ausbeute an wurtzitähnlichem Bornitrid bei einem solchen Verfahren beträgt 60% zur Ausgangsmenge des Pulvers von graphitähnlichem Bornitrid. Die pyknometrische Dichte eines solchen wurtzitähnlichen Bornitrids betrug 3,23 g/cm⁵. Sie wurde bei einer Temperatur von 25° C bestimmt Als Arbeitsflüssigkeit verwendete man für die Bestimmung der Dichte Toluol. Der Brechungsindex des wurtzitähnlichen Bornitrids für rotes Licht beträgt weniger als 2,10. Er wurde nach der Immersionsmethode nach dem Becke-Streifen unter Verwendung einer hochbrechenden Flüssigkeit ermittelt die eine Legierung von Schwefel und Selen als Immersionsmedium darstellt Die spezifische Oberfläche des wurtzitähnlichen Bornitrids, ermittelt nach der Adsorption von Krypton, betrug 38,5 m²/g.

Es wurde ein Versuch zur Herstellung von wurtzitähnlichem Bornitrid aus dem graphitähnlichen Bornitrid in derselben Ampulle in Abwesenheit von Zusätzen angestellt Das erhaltene Produkt enthielt 40% wurtzitähnliches Bornitrid. Somit macht das erfindungsgemäße Verfahren es möglich, die Ausbeute an wurtzitähnlichem Bornitrid gegenüber dem bekannten Verfahren um 20% zu erhöhen.

In einem anderen Experiment verwendete man ein Gemisch von graphitähnlichem Bornitrid und kubi schem Bornitrid in einem Verhältnis von 1:1. Unter den gleichen Bedinungen (die gleiche Ampulle und die gleiche Ladung) erhielt man ein Produkt welches 17% wurtzitähnliches Bornitrid, 33% graphitähnliches Bornitrid und 50% kubisches Ausgangsbornitrid enthält.

Somit wird klar, daß die Zusätze, die sich nach der dynamischen Härte und dem Erhitzungsgrad in der Stoßwelle von dem wurtzitähnlichen Boritrid nicht unterscheiden, den Umwandlungsgrad nicht beeinflussen.

Beispiel 2

Man nimmt 5 g Pulver von graphitähnlichem Bornitrid und 5 g Natriumchlorid, das eine dynamische Härte von 1,1 ■ 10⁶ g/cm² · see aufweist vermischt wie

so in Beispiel 1 beschrieben und bringt in die Aufbewahrungsampulle wie in Beispiel 1 ein, wonach die Ladung gesprengt wird. Nach der Wirkung der Stoßwelle wird das Gemisch ausgetragen, zum Entfernen von Natriumchlorid mit Wasser, dann zum Entfernen aus dem Gemisch des Ampullenmaterials mit verdünnter Salzsäure behandelt und anschließend wie in Beispiel 1 mit Wasser gewaschen und getrocknet

Die Menge des wurtzitähnlichen Bornitrids in diesem Falle beträgt 70 Gew.-%, seine pyknometrische Dichte 3,28 g/cm³, die spezifische Oberfläche 40m²/g, der Brechungsindex für rotes Licht weniger als 2,10. Die Temperatur des Obergangsbeginns in graphitähnliches Bornitrid beträgt gegen 700° C

Beispiel 3

Man nimmt 2£4g graphitähnliches Bornitrid und 13,76 g Bleifluorid, das eine dynamische Härte von etwa 3,1O⁶ g/cm² · see aufweist Im weiteren wird das

Gemisch wie in Beispiel 1 behandelt Das aus der Ampulle nach der Explosion ausgetragene Gemisch behandelt man mit verdünnter (1:1) Salpetersäure zum Entfernen des Bleiiluorid und der Einschlüsse des Ampullenmaterials und dann wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Ausbeute an reinem wurtzitähnlichem Bornitrid beträgt etwa 76% zum Gewicht des eingesetzten graphitähnlichen Bornitrids. Dieses wurtzitähnliche Bornitrid weist eine pyknometrische Dichte von 331 g/cm³, einen Brechungsindex von weniger ak 2,10 in rotem Licht, eine Temperatur des Beginns des Überganges in graphitähnliches Bornitrid von etwa 700° C und eine spezifische Oberfläche von 35 m²/g auf.

Beispiel 4

Man nimmt 23 g pulverförmiges graphitähnliches Bornitrid und 17,2 g Bleibromid, das eine dynamische Härte von etwa 2$ · 10⁶ g/cm² · see aufweist Man behandelt das Gemisch wie in Beispiel 1 beschrieben. Nach der Sprengung der Ladung wird der Ampulleninhalt nacheinander mit verdünnter (1:1) Salpetersäure zum Entfernen des Bleibromids und der Einschlüsse des Ampullenmaterials mit Wasser und danach wie in Beispiel 1 beschrieben, behandelt Die Menge des wurtzitähnlichen Bornitrids beträgt 80% zum Gewicht des graphitähnlichen Bornitrids. Dieses wurtzitähnliche Bornitrid weist eine pyknometrische Dichte von 3,30 g/cm³, einen Brechungsindex von weniger als 2,10 in rotem Licht eine Temperatur des Beginns des Überganges in graphitähnliches Bornitrid von etwa 700⁰C und eine spezifische Oberfläche von 37 m²/g auf.

Beispiel 5

Man nimmt 5,4 g pulverförmiges graphitähnliches Bornitrid und 5,4 g pulverförmiges Kaliumbromid, das eine dynamische Härte von etwa 0,98 ■ 10⁶ · see aufweist. Das Gemisch wird wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt Nach der Sprengung der Ladung wird der Ampulleninhalt nacheinander mit verdünnter Salzsäure, Heißwasser zum Entfernen der Einschlüsse des Ampullenmaterials und des Kaliumbromids und weiter wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt Die Ausbeute an wurizitähnlichern Bornitrid in diesem Falle beträgt 50% zum Gewicht des graphitähnlichen Bornitrids. Das wurtzitähnliche Bomitid weist eine pyknometrische Dichte von 3,22 g/cm³, einen Brechungsindex von weniger als 2,10 für rotes Licht, eine Temperatur des Beginns des Übergangs in graphitähnliches Bornitrid von etwa 700⁰C und eine spezifische Oberfläche von 25 m²/g auf.

Beispiel 6

Man nimmt 2,5 g pulverförmiges graphitähnliches Bornitrid und 2,5 g Lithiumfluoridpulver, das eine dynamische Härte um 1,6 ■ 10⁶ g/cm² · see aufweist Man behandelt das Gemisch -vie in Beispiel 1 beschrieben. Nach der Sprengung der Ladung wird der Ampulleninhalt mit verdünnter (1 :1) Salpetersäure zum Entfernen des Zusatzes und der Einschlüsse des Ampullenmaterials und weiter wie in Beispiel 1 behandelt Die Ausbeute an wurtzitähnlichem Bornitrid berägt 60% zum Gewicht des graphitähnlichen Bornitrids. Das wurtzitähnliche Bornitrid weist eine pyknometrische Dichte von 3,22 g/cm³, einen Brechungsindex in rotem Licht von weniger als 2,10, eine Temperatur des Beginns des Überganges in graphitähnliches Bornitrid von etwa 700⁰C und eine spezifische Oberfläche von 25 m²/g auf.

Beispiel 7

Man nimmt ein Gemisch, welches 2£ g pulverförmiges graphitähnliches Bornitrid und 2,5 g Wasser, das eine dynamische Härte von 0,50 - 10⁶ g/cm² · see aufweist, enthält, verrührt innig in einer Kugelmühle und bringt in eine Ampulle ein, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist Die Erzeugung der Stoßwellen erfolgt durch Detonation einer Ladung von GuBtrinitrotoluoL Der Ampulleninhalt wird ausgetragen und mit verdünnter (1 :1) Salpetersäure zum Entfernen der Einschlüsse des Ampullenmaterials behandelt Dann wird mit Wasser gewaschen und bei einer Temperatur von 200 bis 300° C getrocknet Das Gewicht des Endproduktes is beträgt 2,4g, davon sind 95 Gew.-% wurtzitähnliches Bornitrid.

Ein Teil des graphitähnlichen Bornitrids löst sich durch die chemische Umsetzung mit Wasser nach der Gleichung

-° BN+3 H₂O = NH₃+ H3BO3

auf. In dieser Reaktion setzt sich mit Wasser graphitähnlicbes Bornitrid um, das der Wirkung der Stoßwellen abgesetzt wurde.

>-> Somit bewirkt das Wasser als Zusatz nicht nur eine bedeutende Steigerung der Ausbeute an wurtzitähnlichem Bornitrid, sondern gewährleistet auch die Herstellung eines reineren Endproduktes infolge der chemischen Umsetzung mit dem graphitähnlicher

J₀ Bornitrid bei den Resttemperaturen.

Das wurtzitähnliche Bornitrid weist eine Dichte vor 3,10 g/cm³, einen Brechungsindex in rotem Licht vor weniger als 2,10, eine Temperatur des Beginns des Überganges in graphitähnliches Bornitrid von 700° C

J₅ und eine spezifische Oberfläche von 45 m²/g auf. Beispiel 8

Man nimmt 2^g pulverförmiges graphitähnliche! Bornitrid und 2,5 g l%ige NaOH-Lösung. Das Gemisch wird wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt

Nach der Sprengung der Ladung wird der Ampullen gehalt wie in Beispiel 7 beschrieben behandelt Das Gewicht des Endproduktes beträgt 2,4 g. Es enthält 99% wurtzitähnliches Bornitrid. Ein Teil des graphitähnli chen Bornitrids löst sich durch die chemische Umsetzung nach der Gleichung

BN + 3 NaOH = NH₃ + Na₃EO₃

auf. Die Dichte des wurtzitähnlichen Bornitrids betrag 3,28 g/cm³, der Brechungsindex in rotem Licht wenigei als 2,10, die Temperatur des Beginns des Überganges ir graphitähnliches Bornitrid gegen 700⁰C, die spezifische Oberfläche 31 mVg.

Beispiel 9

Man nimmt 3 g pulverförmiges graphitähnliche! Bornitrid und 2 g Wasser. Dann wird das Gemisch wie ir Beispiel 1 beschrieben behandelt Nach der Sprengung der Ladung wird der Ampulleninhalt wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt Das Gewicht des Endprodukte; beträgt 2,9 g; es enthält 70% wurtzitähnliches Bornitrid Das wie in Beispiel 1 beschriebenen gereinigte wurtzitähnliche Bornitrid weist eine pyknometrische Dichte von 3,20 g/cm³, einen Brechungsindex in roten Licht von weniger als 2,10, eine Temperatur des Beginn: des Überganges in graphitähnliches Bornitid von 700⁰C eine spezifische Oberfläche von 40 m²/g auf.

Beispiel 10

Man nimmt 2 g pulverförmiges graphitähnliches Bornitrid und 3 g 2°/oige NaOH-Lösung. Dann wird das Gemisch wie in Beispiel 1 behandelt.

Nach der Sprengung der Ladung wird der Ampulleninhalt wie in Beispiel 7 behandelt

Die Ausbeute an Endprodukt beträgt 1,5 g, der Gehall an wurtzitähnlichem Bornitrid in diesem beträgt 99,5%. Die Verwendung von Ätznatronlösung macht es möglich, praktisch reines wurtzitähnliches Bornitrid zu erhalten, welches eine Dichte von 3,25 g/cm³, einen Brechungsindex in rotem Licht von weniger als 2,10, eine temperatur des Beginns des Überganges in graphitähnliches Bornitrid von 700⁰C und eine spezifische Oberfläche von 25 m²/g aufweist.

Beispiel 11

Man nimmt ein Gemisch von 4,25 g graphitähnlichem Bornitrid und 4,25 g Bleichlorid und verrührt innig in einer Kugelmühle. Das erhaltene Gemisch bringt man in eine Aufbcwahrungsampiillc ein, die in F i g. 3 dargestellt ist.

Die Aufbcwahrungsampiillc wird durch zwei zylindrische Stahlbccher 6 und 7 gebildet, wobei der eine Becher in den anderen eingesetzt ist, und in eine Stahlmatrize 8 von 200 mm Durchmesser und 100 mm Höhe eingebracht ist. Der äußere Becher 6 von 12 mm Höhe und 45 mm AuBcndurchmcsscr weist eine Höhle von 35 mm Durchmesser und 8 mm Höhe auf. Der innere Becher 7 von 8 mm Höhe und 35 mm Außendurchmesscr weist einen Arbeitshohiraum von 30 mm Durchmesser und 4 mm Höhe auf. Auf die Ampulle wird eine Ladung 9 des Sprengstoffes, der aus einem Gemisch von Trotyl und Talk in einem Verhältnis 60 :40 besieht, mit einer Dichte von 1,4 g/cm¹ gebracht. Der Durchmesser der Ladung des Sprengstoffes beträgt 100 mm, die Höhe 50 mm. Auf die Ladung des Sprengstoffes aus Trotyl und Talk wird ein Generator 10 für flache Detonationswelle gestellt. Bei der Sprengung der Ladung wird in dem Gemisch des graphitähnlichen Bornitrids mit dem Blcichlorid ein Druck von HOkbar erreicht. Nach der Sprengung der Ladung wird die Ampulle geöffnet das Gemisch ausgetragen und wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt. Die Ausbeute an wurtzitähnlichem Bornitrid beträgt 16 Gew.-o/o.

Verwendet man statt der Ladung des Sprengstoffes, der aus einem Gemisch von Trotyl und Talk in einem Verhältnis von 60 :40 besteht, mit einer Dichte von 1,4 g/cm³ eine schwächere Ladung, die aus einem Gemisch von Trotyl mit Talk in einem Verhältnis von 50:50 gleicher Anfangsdichte und gleicher geometrischer Abmessungen besteht, so wird in dem Gemisch des graphitähnlichen Bornitrids mit dem Bleichlorid ein Druck von nur lOOkbar erreicht und die Ausbeute an wurtzitähnlichem Bornitrid beträgt gegen 3%.

Behandelt man mit einem Druck von lOOkbar in derselben Versuchsanordnung nicht ein Gemisch des graphitähnlichen Bornitrids mit dem Bleichlorid, sondern reines graphitähnliches Bornitrid mit einer Anfangsdichte von 1,5 bis 2,0 g/cm³, so ist die Ausbeute an graphitähnlichem Bornitrid ebenfalls vernachlässigbar klein.

Behandelt man mit einem Druck von ilOkbar in derselben Versuchsanordnung ein Gemisch von 50 Gew.-% graphitähniichein Bornitrid und 50 Gew.-% kubischem Bornitrid, das die gleiche dynamische Härte -, wie auch das wurtzitähnlichc Bornitrid aufweist, enthält das bewahrte Produkt eine vernachlässigbar kleine Menge des wurtzitähnlichen Bornitrids. Dies bedeutet, daß der Zusatz von kubischem Bornitrid in diesem Falle die irreversible Umwandlung des graphitähnlichen in Bornitrids in wurtzitähnliches Bornitrid nicht begünstigt.

Beispiel 12

ι, Man nimmt ein Gemisch von 12 g graphitähnlichem Bornitrid mit 5.45 g Wasser, welches eine dynamische Härte von 0,5 - 10*g/cm^J · see aufweist. Das erhaltene Gemisch bringt man in eine Ampulle ein, die in Fig.4 dargestellt ist Die Ampulle ist durch zwei ineinander

.><> eingesetzte zylindrische Kupferbecher 11 und 12 gebildet und in einer Stahlmatrizc 13 von 200 mm Durchmesser und 100 mm Höhe angebracht Der äußere Becher 11 von 45 mm Höhe und 50 mm Außendurchmesscr weist eine Höhle von 40 mm

■, Durchmesser und 35 mm Höhe auf. Der innere Becher 12 von 35 mm Höhe und 40 mm Außcndurchmcsser weist einen Arbeitshohiraum von 30 mm Durchmesser und 20 mm Höhe auf. Über der Ampulle wird in einem Abstand von 25 mm eine Einrichung angeordnet, die

ι,, einen Generator 10 für flache Dctoiiationswcllc und eine ladung 14 von Trotyl mit einer Dichte von 1,5 g/cm¹ und 120 mm Durchmesser und 80 mm Höhe sowie eine Aluminhimplatlc 15 von 4 mm Dicke enthält, die in einem Abstand von I mm von der l-adung

i, angeordnet ist.

Die Detonationsprodukte der Ladung beschleunigen die Aluminiumplatle 15 auf eine gewisse Geschwindigkeit. Beim Zusammenstoß der beschleunigten Aluminiumplatle mit der Ampulle wird ein Druck von 600 kbar

in erzeugt, während an der Trenngrenze kupfcrbchandcl tes Gemisch der Druck etwa 220 kbar ausmacht. Nach der Maßgabe des Durchtritts der Stoßwelle durch dieses

Gemisch klingt diese ab. Nach der Sprengung der l-adung wird die Ampulle

ι, geöffnet, das Gemisch mit verdünnter (1 :1) Salpetersäure zum Entfernen der Einschlüsse des Ampullcnmaterials und weiter wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt. Die Ausbeute an wurtzitähnlichem Bornitrid beträgt

-,n 8,4 g (70%).

Es wurde ein Versuch zur Herstellung von wurtzitähnlichem Bornitrid aus dem graphitähnlichen Bornitrid in derselben Versuchsanordnung mit der gleichen Menge von Bornitrid, jedoch in Abwesenheit von

r, Zusätzen angestellt Die Ausbeute an wurtzitähnlichem Bornitrid betrug 1.8 g(15%).

Somit macht es die Erfindung möglich, bei ein und derselben Quelle zur Erzeugung von Stoßwellen die Quantität des in einem Zyklus erhaltenen wurtzitähnli-

i,(i chen Bornitrids durch Steigerung des Umwandlungsgrades des graphitähnlichen Bornitrids im wurtzitähnliches Bornitrid und Vergrößerung der Menge des durch die Stoßwelle in einem Zyklus behandelten hexagonalen Bornitrids wesentlich zu erhöhen.

Hier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprache:

1. Wurtzitähnliches Bornitrid mit Parametern des Kristallgitters ao=2J55k und q>=4,20A bei einer Temperatur von 25⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß es eine pyknometrische Dichte von etwa 3,10 g/m³ bis 3,38 g/cm³ aufweist, bei einer Temperatur von etwa 700⁰C beginnt in graphitähnliches Bornitrid aberzugehen, eine spezifische Oberfläche von mindestens 10 m²/g, einen Brechungsindex von weniger als 2,10 für rotes Licht und eine außerordentlich hohe Konzentration an Kristallgitterfehler aufweist

2. Verfahren zur Herstellung von wurtzitähnlichem Bornitrid nach Anspruch 1 durch Einwirken von Stoßwellen auf ein Pulvergemisch aus graphitrhnlichem Bornitrid und Zusätzen unter für die Phasenumwandlung in die wurtzitähnliche Modifikation ausreichendem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß man als Zusätze Wasser, wässerige Alkalilösung oder Bleichlorid, Natriumchlorid, Bleifluorid Bleibromid, Kaliumbromid, Lithiumfluorid verwendet