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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON ERZEUGNISSEN AUS EINEM PULVERFÖRMIGEN
EINSATZ AUF DER BASIS VON HEXAGO-NALEM BORNITRID Die Erfindung betrifft Verfahren
zur Herstellung von einem Erzeugnissen auspulverförmigen Einsatz, insbesondere ein
Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen aus pulverförmigem Einsatz auf der Basis
von hexagonalem Bornitrids In letzter Zeit finden solche Erzeugnisse weitgehend
Anwendung in verschiedenen Bereichen der modernen Technik (in der Elektronik, Radiotechnik,
Chemie, im Hüttenwesen Feperfestigkeit und u.a.) als Stoffe mit hoher/Temperaturwechselbeständigkeit,
als Elektroisolatoren und Dielektrika in Elektronenanlagen1
als
Tiegelmaterial zum Schmelzen von Metallen und aggressiven Legierungen, als Antifriktionsteile
usw.
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Die erwähnte Verwendung solcher Erzeugnisse ist auf die wertvollen
Eigenschaften des hexagonalen Bornitrids -hoher Schmelzpunkt (3000°C unter Stickstoffdruck),
hohe Elektroisoliereigenschafter, gute Schmiereigenschaften, chenische Resistenz
in verschiedenen aggressiven L"edien, hohe Wärmeleitfah'igkeit u.a. zurückzuführen0
Die Eigenschaften die des hexagonalen Bornitrids sind durch /Besonderheiten seiner
kristallinen Struktur bestimmt. Allgemein bekannt ist, daß das hexagonale Bornitrid
("weißer Graphit") einer der nächsten strukturellen Analoga des Graphits ist und
eine Elementarselle aus zwei Molekülen mit einfacher Schichtstruktur aufweist. Die
geometrischen Unterschiede der Struktur von Bornitrid und Graphit bestehen lediglich
im Typ der Packung der Schichten. Im Bornitrid lieden gen die Gipfel der Sechsecke
in Schichten unmittelbar un-@ereinander. Der Graphit hat eine dichtere Packung,
in der einer Schicht die Hälfte der Atome/zwischen den Zentren der hexagonalen Ringe
benachbarter Schichten liegt.
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Das hexagonale Bornitrid unterscheidet sich vom Graphit durch die
Beschaffenheit der chemischen Bindung. Zum Anteil Unterschied voln Graphit mit einem
großen/ metallischer Bindungen weist das Bornitrid voorwiegend koen valente und
Ionenbindung auf. Es liegen Angaben über
einen vorwiegend kovalenten
Typ der Bindung in den hexagonalen Gittern von BN vor.
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Bekanntlich üben auf die physikalisch-chemischen higenschaften des
Bornitrids Fehler in seiner kristallinen Struktur großen Einfluß aus. Ihrc Haupt
fehler sind wie bei anderen Strukturen Schicht-, Fehler in der Schichten packung.
Eine derartige Struktur, die für Bornitrid und Graphit typisch ist, wird "nicht
ordnungsgemäß" genannt. Zu den am häufigsten anzutreffenden Fehlern in der Packung
von Schichten graphit ähnlicher Strukturen gehört ihre Neuorintierung zu einander.
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einem Bei hoher Grad der Neuorientierung der Schichten, d.h.
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wenn eine bestiiuzte zweidimensionale Wiederholung innerhalb jeder
Schicht und das vollständige Fehlen der dritten Dimension des Gitters vorliegt,
nennt man die Struktur "turbostratisch". Der Terminus "mesographitisch" ist für
Strukturen mit einer Zwischenstufe bei der Neuorientierung von Schichten zwischen
turbustratischer und graphitischer Struktur tgeordneter)/üblich. Bei hohen Temperaturen
erfolgt die Transformation der turbostratischen Struktur in eine raphitische, d.h.
ihre "Graphitbildung".
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Die Eigenschaften des hexagonalen Bornitrids machen es zu einem wortvellen
Stoff zur Herstellung von Erzeugnissen, die in speziellen Gebieten der Technik bei
starker Temperaturgefällen und aggressiver Medien,
bei hohen mechanischen
und elektrischen Beanspruchungen Verwendung finden, Die Herstellung von Erzeugnissen
aus dem Pulver des hexagonalen Bornitrids ist jedoch mit großen technologischen
Schwierigkeiten verbunden. Eines der möglichen Herstellungsverfahren von Erzeugnissen
mit hoher Dichte und Festigkeit aus dem Pulver des hexagonalen Bornitrids ist das
Warmpressen.
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Warmgepreßte Erzeugnisse sind jedoch mit Zusätzen von Boroxid (bis
5-10») und Kohlenstoff verunreinigt, was ihre wichtigsten Eigenschaften verschlechtert.
Der Zusatz von wohlenstoff verschlechtert die dielektrischen und chemischen E-genschaften
des Stoffes. Das Boroxid führt im warmgepreßten Stoff zur Zerstörung der Erzeugnisse
bei schneller erhitzung auf hohe Temperaturen . und zu einer starken Abnahme ihrer
mechanischen Festigkeit bei erhöhten Temperaturen sowie der chemischen Resistenz
in vielen aggressiven einem medien. Erzeugnisse mit,Zusatz von Boroxid reagieren
heim Aufbewahren mit der Luftfeuchtigkeit und können daher in feuchten medien nicht
verwendet werden.
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Ein großer Nachteil warmgepreßter Erzeugnisse ist die Anisotropie
ihrer Eigenschaften und das irreversibele Quellen beim Erhitzen, was ihren Anwendungsbereich
in der Technik einschränkt (z.B. bei starrem Kontakt mit Teilen von
Konstruktionen,
die bei hoher Temperatur eingesetzt werden, in metallkeramischen Bauteilen usw.).
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In den letzen Jahren hat die Firma Union Carbide Corfür poration
ein Herstellungsverfahren einen warmgepreßten Stoff patentiert, der dank höherer
Reinheit von diesen Nachteilen im wesentlichen frei ist.
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für Das Herstellungsverfahren solche Erzeugnisse ist jedoch kompliziert,
zeit- und kraftraubend und besteht aus folgenden technologischen Arbeitsgängen:
a) Warmpressen eines Pulvers von Bornitrid bei 1800-2000°C und einem Druck von 100-200
kp/cm²; b) chemische Behandlung der gewonnenen warmgepreßten Erzeugnisse in Lösungsmitteln
(z.B. in Methanol); c) Rösten bei 1600 - 2200°C.
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Die auf solche Weise hergestellten Erzeugnisse weisen einen Gehalt
an Boroxid unter 0,5 Gew.%, eine Dichte von mindestens 1,9 g/cm3 und eine Biegefestigkeit
bei Ra@@te@ peratur = 420 kp/cm2 auf. Das Verfahren des Warmpressens einen ist technisch
kompliziert, erfordert großen Energieaufwaned, ist wenig produktiv und erfordert
die Anwendung hochfeuerfester (in der Regel;raphit-) Preßformen, die maliges oft
nicht mehr als 1-2Pressar aushalten. Deshalb ist das Warmpressen im Vergleich zu
anderen technologischen Verfahren unwirtschaftlich.
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Bekannt ist auch ein einfacheres und produktiveres Herfür stellungsverfahren
de Erzeugnisse - das Formen von Rohunter lingen / nachfolgendem Rösten, dicht gesinterte
Erzeugnisse aus den rulver des hexagonalen Bornitrids4gelingt ts jedoch nicht, mit
Hilfe dieses Verfahrens herzustellen, sogar bei Rösttemperaturen von über 20000C.
Manche F:orscher erklären das mit der Dissozi@@ion von Bornitrid bei hohen Temperaturen,
andere mit der Anisotropie der Wärmeausdehnung von Kristallen des Bornitrids und
dem irreversiblen Quellen der Rohlinge beim Rösten.
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Aufgrund der negativen Ergebnisse bei Sinterungsversuchen mit Bornitrid
wurden viele Verfahren zur herstellung von Erzeugnissen mit Bindemitteln aus anderen
wie feuerfesten Stoffen, Boriden, Nitriden, Oxyden u.a., entwickelt. wobei winden
Erzeugnisse gewonnen, die einen Gehalt an Bornitrid von weniger als 80-90% aufweisen,
was zur Verschlechterung einer Reihe von Eigenschaften der Erzeugnisse (dielektrischer,
chemischer u.a.) führt und ihren Einsatzbereich einschränkt.
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Ein derartiges Herstellungsverfahren der Przeugnisse ermöglicht es
nicht, in vollem Maße die einzigartigen Sigenschaften des Bornitrids selbst zu nutzen
- den niedrigen dielektrischen Verlustrakt@r in einem weiten Bersich von Frequenzen
und Temperaturen, die Antifriktionseigenschaften, die das Anwachsen der Festigkeit
bei Temperatursteigerung, hohe
chemische Resistenz in aggressiven
Medien u.a.
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Alle diese Erwägungen laufen darauf hinaus, daß ein Verfahren zur
delstellunb von Erzeugnissen aus reinem Bornitrid von großten Interesse ist.
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Bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen aus
reinem dornitrid durch Kaltpressen von Hohlingen unter nachfolgendem Rösten in Stickstoff
bzw.
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inertem Gas bei 1800°C. Die so gewonnenen Erzeugnisse haben eine geringe
Dichte: 1,1 - 1,2 g/cm3 (45-50» der Theorie).
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Die Festigkeit der Erzeugnisse, die durch Kaltpressen und anschließendes
Sintern hergestellt; w erden, ist außerordentlich gering. Die Biegefestigkeit beträgt
weniger als 200 -300 kp/cm2.
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ferner Bekannt ist / ein Verfahren zur Herstellung von Srzeugnissen
durch Pressen eines feindispesen Bornitrideiner pulvers mit spezifischen Oberfläche
vcn wenigstens 40 m2/g und Rösten in Stickstoff bei 1800-2000°C. Die dabei gewonnenen
Proben weisen jedoch eine niedrige Dichte von 1,0-1,2 g/cm3 auf.
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In der britischen Patentschrift Nr. 1073936 werden die geformten
Rohlinge zur Steigerung der Dichte der krzeugnisse in iormen ein gebracht, um ihr
irreversibles Quellen einzuschränken, und danach ohne Druck auf Sinterun-stemperatur
erhitzt. o wird die Dichte der Erzeugnisse um 6-9 % gesteigert, wobei es jedoch
nicht
gelingt,ihre Festigkeit zu vergrößern. Die Biegefestigkeitbeträgt maximal 211 kp/cm2.
Bei solch einem Herstellungaverfahren der Erzeugnisse war des öfteren der Druck
des Rohlings auf die Form beim Erwärmen so groß, daß er die Form zerbrach. Dieses
Verfahren ist seinen Ergebnissen nach nicht wirksam genug und kompliziert wegen
der Anwendung spezieller hochfeuerfester Formen Bekannt ist auch ein anderes Verfahren
zur Steigerung der Dichte von Erzeugnissen aus reinem Bornitrid durch Pressen der
Rohlinge bei hohem Druck - 7 t/cm2 und anschließendes - Nedium Sintern in Stickstoff-bzw.
trockenem Ammoniak bei 220000. Die Dichte der gerösteten Erzeugnisse hegt unter
1,60 g/cm3. Ein Zusammensintern der Rohlinge und eine Vergrößerung ihrer Festigkeit
wird als Ergebnis des Höstens nicht beobachtet. Solch ein Herstellungsverfahren
$Erzeugnissen eines dert die Anwendung hoher Temperaturen und sehr hohen Preßdrucks,
was bei der Herstellung sperringer Erzeugnisse überaus kompliziert ist. Aiißerdem
ist das Verfahren wenig wirksam, da es die Festigkeit der zrzeuÖnisse nicht zu steigern
vermag.
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Das wirksamste der bekannten Herstellungsverfahren von Erzeugnissen
aus Bornitrid mit erhöhter Festigkeit und Dichte ist die Formung von Rohlingen aus
einem "aktiven" Pulver von Bornitrid mit "nichtordnungsgemäßer" kristalliner Struktur
(turbostratischer, mesographitischer) unter nachfolgendem einem Rösten in nicht
oxydierenden Gasmedium bei einer Temperatur von 1700 bis 22000C. Die gerösteten
Erzeugnisse weisen eine
Festigkeit von 1,47 - 1,53 g/cm3 und eine
Biegefestigkeit von 350 - 450 kp/cm2 auf. Um die Dichte zusätzlich zu steigern,
werden die Erzeugnisse wiederholt mit borhaltigen einem Verbindungen durchtränkt
und in/nicht oxydierenden Medium geröstet. Nach viermaligem Durchtränken weisen
die geröstet ten Erzeugnissen eine Dichte von 1,58 - 1,66 g/cm3 auf.
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Dieses bekannte Verfahren hat aber eine Reihe von Nachteilen. Die
Erzeugnisse werden bei dem bekannten Verfahren einem in nicht oxydierenden Medium
bei hohen Rösttemperaturen (bis 22000C) geröstet, die zum Zusammensintern der Erzeugnisse
und für das 'Graphitisieren" von Bornitrid notwendig sind. Solch ein Rösten erfordert
die Anwendung spezieller, in der Bauart komplizierter und viel Strom verbrauchender
Hochtemperaturöfen (Z.i3. Vakuumöfen), die ein beschränktes hrDeitsvolumen besitzen.
Da zu das Bornitrid selbst und die Komponenten,/ deri es beim Hösten dissoziiert,
mit schwer schmelzbaren Lietallen (Wolfram, Molybdän u.a.) reagieren, werden für
das Rösten der Erzeugnisse aus Bornitrid in nicht oxydierenden medien Öfen mit Graphitneizern
verwendet, was bei hohen Rösttemperaturen zum "Aufkohlen" der Erzeugnisse und zur
Verschlechterung ihrer Eigenschaften führt.
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Die nach dem bekannten Verfahren bei Temperaturen unterhalb 190000
gerösteten Erzeugnisse haben eine instabile
(mesographitische,
turbostratische) Struktur, dio beim Einsatz der Erzeugnisse bei hohen Temperaturen
in eine graphitische (stabile) Struktur übergeht bei gleichzeitiger Veränderung
von Volumen, Dichte, Festigkeit und anderen Eigenschaften. Bei unvollständiger Graphitisierung
der Er-und zeugnisse verringert sich ebenfalls ihre chemische Resistenz verschlechtern
sich die dielektrischen und andere Eigendem schaften. Die Festigkeit der gemäß bekannten
Verfahren hergestellten Erzeugnisse übertrifft nicht 350-450 kp/cm².
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unter Das m@@malige chemische Durchtränken nachfolgendem Rösten in
diesem Verfahren kompliziert und verteuert die Herstellungstechnologie der Erzeugnisse.
Ein derartiges Herstellungsverfahren von Erzeugnissen mit hoher Dichte ist zur Fertigung
sperriger Erzeugnisse von großen Umfang untauglich, kostspielig und kompliziert
im hinblick auf die gro@technische Fertigung.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten
Nachteile.
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Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein einem Verfahren
zur Herstellung von Erzeugnissen aus pulverförmigen tinsatz auf der Basis von hexagonalem
Bornitrid durch Rösten vor geformter Rohlinge zu entwickeln, das es möglich macht,
den technologischen Prozeß bedeutend zu vereinfachen, die Rösttemperaturen herabzusetzen
und für das
Rösten der Erzeugnisse industrielle Gasflamm- bzw.
elektrische Öfen mit großen Arbeitsvolumen zu verwenden und die Festigkeit der Erzeugnisse
zu erhöhen.
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Die gestellte Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß im einem Herstellungsverfahren
von Erzeugnissen aus pulverförmigen Einsatz auf der Basis von hexagonalem Bornitrid
mit nicht ordnungsgemäßer Struktur, das im Formen der Rohlinge und anschließendem
Rösten bei hohen Temperaturen besteht, erfindungsgemäß in pulverförmigem Einsatz
das hexagonale Bornitrid mit "nicht ordnungsgemäßer" Struktur in Verbindung mit
1-5 Gew.% Zusatz (bezogen auf das Gewicht des binsatzes) genommen w@rde, der im
Prozeß des Röstens bei hohen Temperaturen imstande ist, eine flüssige Phase zu bilden,und
das Rösten der Rohlinge in einem oxydierenden Medium bei ca.
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einer 1600 bis ca. 1800°C in zweischichtigen Füllung erfolgt, deren
Außenschicht aus einem kohlenstoffhaltigen Material deren und X Innenschicht aus
einem feuerfesten Stoff besteht, der Jurnitrid gegenüber inert ist.
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Der pulverförmige Einsatz kann außer dem erwahnten Zusatz 1-5 Gew.%
graptiitisches hoxagonales Bornitrid enthalten.
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sium Als Zusatz ist es vorteilhaft,Oxyde von @agne/, Kalzium, Yttrium
und Lanthan einzeln oder in Kombination zu verwenden.
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sium, Außerdem können als Zusatz Borate von Plagne/ Kalzium, Yttrium
und Lanthan verwendet werden @ einzeln oder in Kombination Das W@sen der Erfindung
besteht in folgendem: Rohlinge aus einem Einsatz, welcher aus einem Pulver aus hexagonalem
Bornitrid mit "nicht ordnungsgemäßer" Struktur mit Zusätzen besteht, werden auf
beliebige bekann-und te Weise (Pressen, Guß usw.) geform dicht verschlosseiner bei
senen Kapseln in, zweischichtigen Füllung und Temperaturen zwischen 1600 und 1800°C
in oxydierender Atmosphäre, beispielsweise in Tunnel- oder periodischen Gasflammöfen
geröstet. Die Zusätze bilden beim Rösten eine leichtflüchtige Flüssigphase, @dabei@
Wenn es @orate sind, schnelzen sie # Bei der Anwendung von Oxyden als Zusätze wird
das Bornitrid mit den Zusätzen und der Gasphase der Beschnikk@n@ @nter Bildung einer
Flüssigphase von komplizierter Zusammensetzung umgesetzt, welche mit Hilfe bekannter
Vernicht zu fahren der Phasenanalyse identifizieren war. Die Bildung der Flüssigphase
und möglicherweise anderer leichtflüchtiger Produkte tragen wähnend des köstens
zum Sintern und Festigen der Erzeugnisse aus Bornitrid, zum "Graphitifolgt sieren"
seiner kristallinen Struktur bei. Dabei er/ die unq ar,t Bildung nadelförmiger,
langgestrecker tafeliger Kristalle,
die gewissermaßen den gerösteten
Stoff "verstärken" Die Länge der nadelförmigen Kristalle, die sich bei dem der Herstellung
von Erzeugnissen gemäß vorgeschlagenen Verbei fahren bilden, erreicht 1-2 zum /
einem Verhältnis L/d = 20-50. Die erwähnte Wirkung wird unter Vorwendung, eines
Pulvers von Bornitrid mit "nicht ordnungsgemäßer" Struktur als eine Ausgangsrohstoff
erreicht, der über hohe Aktivität beim eine Sintern und ullem Anschein nach Xüber
größere Auflösun sgeschwindigkeit in der sich beim lösten bildenden Schmelze # als
das graphitische Bornitrid verfügt;. Der Zusatz von Bornitrid mit graphitischer
Struktur spielt die Rolle eines Impfkleims, der Kristallisationszentren beim Wachsen
der und Kristalle in der Flüssigphase schafft dadurch den Verstärkungseffekt des
Stoffes erhöht und die "Graphitisierung" des Bornitrids beim Rösten der Erzeugnisse
beschleunigt.
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Das Rösten der Erzeugnisse in dicht geschlossenen Kapeiner seln erfolgt
in zweischichtigen Füllung, und das Vorhandensein von CO2, °2 und Wasserdämpfen
beim lösten die er FiiIlunp; in der Gasphase tragt zu den oben erwätinten Prozessen
der Sinterung und Kristallisierung von Bornitrid bei.
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Die Herstellung von Erzeugnissen mit hoher Festigkeit ist unter solchen
Röstbedingungen auch ohne Anwendung von Solch Zusätzen im Einsatz möglich. / ein
Einsatz ist jedoch nicht ganz
von so günstig. Bei Rösttemperaturen
1600-1800°C verdampfen die Flüssigphase und andere sich beim Rösten bildende leichtflüchtige
Produkte, und die gerösteten Erzeugnisse bestehen allein aus hexagonalem Bornitrid
mit "graphitischer" Struktur. Je nach den Röstverhältnissen und der Zusammensetzung
des eingesetzten Einsatzes beträgt der Gehalt der gerösteten Erzeugnisse an Bornitrid
98,0-99,5%. Bei Rösttemperaturen unterhalb 1600°C sind die gerösteten Erzeugnisse
durch Proder dukte verunreinigt, die in/ Flüssigphase enthalten sind. <->
es gelingt auch nicht, die flüssige Schmelze vollständig <Bei Zusatzmengenvon
mehr als 5 %>zu verdampfen. Solch eine Verunreinigung der Erzeugnisse durch Komponenten
der Schmelze führt zur Verschlechterung ihrer dielektrischen, thermischen, Antifriktionseigenschaften
und anderer Eingenschaften.
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Außerdem führt eine Vergrößerung der Zusatzmengen bis zu 7-10 % zum
Ansteigen der Gewichtsverluste der Erzeugnisse beim Rösten und infolgedessen zur
Verringerung ihrer Dichte und Festigkeit.
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Die optimale Zusatzmenge an graphitischem bornitrid beträgt 2-3 6
Bei einer Vergrößerung dieser Zusatzmenge über 5 % hinaus vermindern sich Dichte
und Festigkeit der gerösteten Erzeugnisse.
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Die Dichte'der gerösteten Erzeugnisse, die mit Hilfe des erfindungsge'näßen
Verfahrens gewonnen werden, beträgt
je nach Röstverhältnissen,
Zusammensetzung des Ausgangsrohstoffs und Dichte des Rohlings 1,4 - 1,6 g/cm3, und
die Biegefestigkeit 400 - 600 kp/cm2. Die gewonnenen Erzeugnisgeringen se weisen
eine isothropische Wärmedehnung mit einem Wert des Ausdehnungskoeffizienten (α25°-800°C=
0,2 bis auf 0,3. 10-6 1/Grad C), sie quellen nicht beim Erwäreine men auf hohe Temperaturen,
verfügen über hohe Wärmeleituber fähigkeit (@150°C= 0,06-0,09 cal/cm.sek.°C), chemische
gute Resistenz in vielen aggressiven medien und sehr/Elektroisolationseigenschaften
(@25°C mehr als 1014 Ohm).
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten eine Erzeugnisse
kennzeichnet gute mechanische Bearbeitbarkeit.
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So kann man beispielsweise aus den gerösteten Rohlingen auf einer
Drehbank leicht Hülsen mit einer Wanddicke von 1-2 :iunso und einem Genauigkeitsgrad
von +0,05 mm erhalten. Die/hergestellten Erzeugnisse weisen eine ausgezeichnete
thermische Resistenz auf und halten zahlreiche starke Erwarmungen und innerhalb
von einem Temperaturunterschied von bis zu Abkühlungen/ 3-5 Minuten bei/ 1800°C
<ohne zu springen> aus, <->.
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Das Fehlen merklicher Mengen von Zusätzen von Kohlenstoff und Boroxid
in den Erzeugnissen gestartete es, wertvolle dielektrische Sigenschaften zu erzielen
- eine niedrige und stabile Größe der dielektrischen Permeabilität (@= 3,8-4,3),
geringe dielektrische Verluste (tg @= einer 1-3.10-4) in einem weiten Frequenzbereich
bis zu Temperatur
von 10000C. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Erzeugnisse bestehen aus Bornitrid mit graphitischer Struktur und
weisen daher stabile Eigenschaften und hohe chemische Resistenz (beispielsweise
gegenüber Wasser, Säuren u.a.) auf.
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Die Erzeugnisse, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt
wurden, kennzeichnet eine feinkristalline Struktur mit überwiegendem enteil an Kristallen
von 0,1 - 0,5µm verstärkt mit langgestreckten, tafelartigen und nadelförmigen Kristallen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet somit die Herstellung von
Erzeugnissen aus hexagonalem Bornitrid mit "graphitischer" Struktur bei geringer
Rösttemperatur (1600-1800°C) und die Anwendung von wenig strom verbrauchenden Ofen
von einfacher Bauart für das Röster, beispielsweise industrieller Gasflammöfen.
In diesen Öfen kann man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Erzeugnisse mit
großen Abmessungen rösten. Das crfindungsgemaß'e Verfahren es, gestattet, die "Aufkohlung"
der Erzeugnisse aus Bornitrid beim Rösten zu vermeiden und eine Reihe ihrer wichtigen
Eigenschaften (dielektrische, chemische u.a.) zu verbessern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Vergrößerung der Festigkeit
der Erzeugnisse aus Bornitrid ohne eine wesentliche Verunreinigung desselben durch
Beimengungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist technologisch unkompliziert, besteht
aus einfachen Arbeitsgängen, die für eine industrielle Produktion geeignet sind,
ist wirtschaftlicher und weniger energieintensiv als die bekannten VerfShren. Das
erfindungsgemäße Verfahren ergibt einen hohen technisch-wirtschaftlichen Effekt,
verringert die Kosten der Erzeugnisse aus Bornitrid und ist geeignet für ihre industrielle
Produktion.
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nis Zua besseren Versständ/ des Wesens der Erfindung werden nachstehende
konkrete Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Zusammensetzung
des Ausgangseinsatzes angeführt.
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Beispiel 1 einer Pulver mit einem Gehalt an Bornitrid von 98,0 %,/spezifischen
Oberfläche von 16 m²/g und mesographitischer kristalliner Struktur wird mit Pulver
von MgO in einem Verhältnis von 98,5 Gew.% BN und 1,5 Gew.% MgO vermischt.
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so Aus dem/ gewonnenen Einsatz werden Erzeugnisse bei einem spezifischen
Druck von 2 t/cm² gepreßt. Die Preßlinge wereiner den in eine dichtschließende Kapsel
mit zweischichtigen Füllung gebracht und bei 1620 - 16700C in einem Gasflammofen
geröstet, wobei die Haltezeit bei maximaler Temperatur 4 Stunden betragt. Die gerösteten
Erzeugnisse
weisen einen Gehalt an Bornitrid von 98,4 %, eine (scheinbare)
Dichte von 1,4-1,5 g-cm3 und eine Biegefestigkeit von 430-500 kp/cm² auf.
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Beispiel 2 Pulver des Bornitrids mit turbostratischer Struktur und
einer einem Gehalt an BN von 98,5% und spezifischen Oberfläche von 60 m²/g wird
mit Pulver von MgO und Pulver von BN mit graphitischer Struktur in folgendem Gewichtsverhältnis
vermischt: 95,5 ffi turbostratisches BN, 3 % graphitisches BN und 1,5 %0 MgO. Aus
diesem vorbereiteten Einsatz werden Rohlinge unter einem Druck von 3 t/cm2 gepreßt
und einer in Kapseln mit/zweischichtigen Füllung in einem Gasflammofen bei 1710
- 17600C mit einer Haltezeit von 4 Stunden geröstet. Die gerösteten Erzeugnisse
weisen einen Gehalt an zeit von 99,5 %, eine (scheinbare) Dichte von 1,5 - 1,6 g/cs3
und eine Biegefestigkeit von 490 - 580 kp/cm² auf.
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Beispiel 3 Man nimmt ein Pulver von BN mit turbostratischer Struktur
und einem Gehalt der Hauptkomponente voll 98,5 % und vermischt es mit Pulver von
MgO in einem Gewichtsverhältnis von 96 % BN und 4 % MgO. Rohlinge aus diesem Einsatz
werden in einem Gasfiammofen bei 1710 - 1760°C mit einer einer haltezeit von 4 Stunden
in/zweischichtigen Füllung
in Kapseln geröstet. Nach dem Rösten
haben die Erzeugnisse einen Gehalt an BN von 98,2 %, eine (scheinbare)Dichte von
1,4 - 1,5 g/cm3 und eine Biegefestigkeit von 430 - 480 kp/cm2.
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Beispiel 4 Pulver von Bornitrid mit turbostratischer Struktur einer
und einem Gehalt an BN von 98,8 % und/spezifischen Oberfläche von 89 m2/g werden
mit einem Pulver von Y203 in einem Gewichtsverhältnis von 98,5 % BN und 1,5% Y203
vermischt.
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Aus dem so vorbereiteten Einsatz werden Rohlinge unter einem einer
Druck von 3 t/cm2 gepreßt und in Kapseln mit/zweischichti-0en, Füllung in einem
Gasflammofen bei 1730 - 1780°C bei einer Haltezeit von 7 Stunden geröstet.
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Die gerösteten Erzeugnisse haben einen Gehalt an BN von 9d,7 %, eine
(scheinbare)Dichte von 1,5 - 1,6 g/cm3 und eine Biegefestigkeit von 460 - 520 kp/cm2.
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Beispiel 5 Man nimmt ein Pulver von BN mit turbostratischer einer
Struktur und einem Gehalt da" Hauptkomponente von 9d,8 % und/ spezifischen Oberfläche
von 89 m2/g und vermischt es mit einem Pulver von X203 in einem Gewichtsverhältnis
von 95 ffi BN und 5 /% X203. Die Rohlinge aus diesem Einsatz werden bei in einem
Gasflammofen bei 1730-1780°C und / einer Haltezeit
von 15 Stunden
in zweischichtiger Beschickung in Kapseln geröstet. Nach dem Rösten haben die Erzeugnisse
einen Gehalt an BN von 9d,0 ,%, eine (scheinbare)Dichte von 1,5 -1,6 g/cm3 und eine
Biegefestigkeit von 450 - 500 kp/cm2.
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Beispiel 6 Man nimmt das gleiche Pulver von BN wie in Beispiel 5
und vermischt es mit dem Pulver von Y203 und BN mit graphitischer Struktur in folgendem
Gewichtsverhältnis: 95,5 1 turbostratisches BN, 3% graphitisches BN und 1,5% Y2O3.
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Aus dem so bereiteten Einsatz werden Preßlinge unter einem Druck von
3t/cm² gepreßt und in dicht verschlossenen Kapeiner seln mit/zweischichtigen Füllung
bei 1730 - 17d00C und einer Haltezeit von 7 Stunden geröstet. Nach dem Rösten haben
die Erzeugnisse einen Gehalt an R£N von 98,9 %eine scheinbare wichte von 1,5 - 1,6
g/cm3 und eine Biegefestigkeit von 480 - 570 kp/cm2.
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Beispiel 7 Man nimmt ein Pulver von BN mit turbostratischer Struktur
und einem Gehalt dw Hauptkomponente von 98,9 und einer spezifischen Oberfläche von
89 m2'/g und vermischt es mit einem Pulver von La203 in einem Gewichtsverhältnis
von 97 % BN und 3 % La2O3. Aus dem so bereit ten Einsatz werden Rohlinge geformt
und bei 1730-1780°C und einer Halteeiner zeit von 7 Stunden in Kapseln mit/zweischichtiger
Füllung
geröstet. Die gerösteten Erzeugnisse haben einen Gehalt
an BN von 90,2 %, eine Dichte von 1,5 - 1,6 g/cm3 und eine Biegefestigkeit von 460
- 530 kp/cm2.
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Beispiel 8 Man nimmt das gleiche Pulver wie in Beispiel 7 und vermischt
es mit einem Pulver von CaO in einem Gewichtsverhältnis von 97 % BN und 3 % CaO.
Aus dem so bereiteten Sin-2 und satz werden Rohlinge unter einem Druck von 3t/cm²
gepreßt/ unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 7 geröstet.
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Nach dem Rösten haken die Erzeugnisse einen Gehalt an BN von 9d,9
%, eine Dichte von 1,4 - 1,5 g/cm3 und eine Biegefestigkeit von 470 - 560 kp/cm2.
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Beispiel 9 Man nimmt ein Pulver von BN mit turbostratischer Struck.-tur
und einem Gehalt der Hauptkomponente von 99,4 % und einer spezifischen Oberfläche
von 23 m²/g und gibt ihm 3 % Lagnesiummetaborat und 3 % graphitischen Bornitrids
zu.
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Aus dem bereiteten einsatz werden unter einem Druck von eine 3 t/cm2
Rohlinge gepreßt. Die Rohlinge werden in/zweischichtige Füllung in Kapseln eingebracht
und in einem Ofen mit oxydierender Atmosphäre bei 1730 - 1780°C und einer Haltezeit
von 7 Stunden geröstet. Nach dem Rösten haben die Erzeugnisse einen BN-Gehalt von
9d,6 %, eine Dichte
von 1,4 - 1,5 g/cm3 und eine Biegefestigkeit
von 420 - 490 kp/cm2 .
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BeisPiel 10 Man nimmt das gleiche Pulver von BN wie in Beispiel 9
und gibt ihm 5 % Kalziumdiborat und 3 /% graphitisches Bornitrid zu. Das Pressen
und Resten der Rohlinge geschieht wie in Beispiel 9. Die gerösteten Erzeugnisse
haben einen BN-Gehalt von 98,1 /%, eine Dichte von 1,4 - 1,5 g/cm3 und eine Biegefestigkeit
von 400 - 480 kp/cm2.
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Die erwähnten Zusätze von Oxyden und Boraten können nicht nur einzeln,
sondern auch in Kombination verwendet werden. Dabei gewinnt man analoge Resultate.
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womit ergäbe die Anführung zusätzlicher Beispiele für den Einsatz
mit Kombinationen verschiedener Zusätze keine zudaher sätzliche Information und
wird,/unterlassen.