DE3339490A1

DE3339490A1 - Verfahren zur plasmachemischen gewinnung eines feindispersen beschickungsguts

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Publication number: DE3339490A1
Application number: DE19833339490
Authority: DE
Inventors: Gundega Martynovna Cheidemane; Jurij Vladimirovi&ccaron; Moskva Cvetkov; Janis Petrovi&ccaron; poselok Salaspils Grabis; Ol'ga Michajlovna &Ccaron;ernogolovka Grebcova; Ivan Alekseevi&ccaron; Moskva Kijanskij; Elena Borisovna Moskva Koroleva; Valentin Ivanovi&ccaron; Michalev; Talis Niklasovi&ccaron; Miller; Sergej Alekseevi&ccaron; Istra Moskovskoj oblasti Panfilov; Vasilij Aleksandrovi&ccaron; Petruni&ccaron;ev; Leonid Petrovi&ccaron; Ogre Stafeckij; Vladimir Nikolaevi&ccaron; &Ccaron;ernogolovka Troickij; Anatolij Adamovi&ccaron; Moskva Uel'skij; Il'mar Viktorovi&ccaron; Riga Zalite
Original assignee: INST METALLURGII IMENI AA BAIK; INST NEORGANICHESKOI CHIMII AK; INST NOVYCH KHIM AKADEMII NAUK; SP KT BJURO NEORGANICESKICH MA
Current assignee: INST METALLURGII IMENI AA BAIK; INST NEORGANICHESKOI CHIMII AK; INST NOVYCH KHIM AKADEMII NAUK; SP KT BJURO NEORGANICESKICH MA
Priority date: 1983-10-31
Filing date: 1983-10-31
Publication date: 1985-05-15
Also published as: DE3339490C2

Description

Verfahren zur plasmachemischen Gewinnung eines
feindispersen Beschickungsguts Die vorliegende ErfindungbetrifEt das GebieÜderlvermetallurgie und insbesondere Verfahren zur plasmachemischen Gewinnung eines feindispersen Beschickungsguts für Verbundwerkstoffe bzw. Hartmetalle, das sauerstofffreie schwerschmelzbare Metallverbindungen und Bindemetalle enthalt.
Das feindisperse Beschickungsgut, enthaltend sauerstoffreie schwerschmelzbare Metallverbindungen und Bindemetalle, kann im Maschinenbau, in der chemischen, Uhren- und Schmuckwarenindustrie zur Herstellung von verschleissfesten Hochtemperaturerzeugnissen und dispersverfestigten Werkstoffen nach Verfahren der Pulvermetallurgie verwendet werden, die bei erhöhten Temperaturen in aggressiven Medien arbeiten.
Das feindisperse Beschickungsgut, enthaltend sauerstoffreie schwerschmelzbare etallverbindungen und Bindemetalle, kann auch zur Herstellung von ein- bzw. mehrschichtigen hitzebeständigen Uberzügen auf verschiedenen Erzeugnissen verwendet werden, die auf vielen Gebieten der Technik zum Einsatz kommen.
Das feindisperse Beschickungsgut, enthaltend sauerstoffreie Metallverbindungen und Bindemetalle, kann auch zur Erzeugung von wolframfreien Hartmetallen und Schneidwerkzeugen verwendet werden.
Die bekannten Verfahren zur Gewinnung eines feindispersen Beschickungsguts sind in der Regel die zweistufigen, wobei man in der ersten Stufe die Ausgangspulver herstellt und in der zweiten Stufe durch eine mechanische Bearbeitung eine Mischung erzeugt. Das auf diese Weise gewonnene Beschickungsgut weist eine inhomogene Zusammensetzung auf und ist durch Beimengungen verschmutzt, wodurch die Güte der aus diesem Beschickungsgut hergestellten Erzeugnisse wesentlich vermindert wird.
Es ist zum Beispiel ein Verfahren zur Gewinnung vom Beschickungsgut bekannt, enthaltend metalloxide und -nitride sowie freie Metalle, bei dem Pulver von Metalle oxyden und -nitriden und Pulver von freien Metallen zerkleinert und in einer Mühle in Stickstoff- bzw.
Argonatmosphäre im Laufe von mehreren ragen oder sogar Wochen vermischt werden (US-PS 3502447).
Der Zerkleinerungs- und Vermischungsvorgang in einer Mühle ist zeit- und arbeitsaufwendig und es ist nicht möglich, ein der Zusammensetzung nach homogenes Beschickungsgut mit Partikelgrössen unter einem Mikrometer zu erhalten. Eine Inhmogenität des Beschikkungsgutes und ein unzureichender Zerkleinerungsgrad von Partikeln bewirken eine Herabsetzung der mechanischen Eigenschaften von Erzeugnissen, die aus diesem Beschickungsgut hergestellt werden.
Zur Zeit werden oft plasmachemische Verfahren zur Gewinnung von einzelnen Komponenten des Beschickungsguts für Verbundwerkstoffe bzw. Hartmetalle in Form von feindispersen Pulvern angewendet. Das Vorhandensein einzelner Komponenten in Form von feindispersen Pulvern in der Zusammensetzung des Beschickungsguts ermöglicht eine Steigerung der physikalisch-mechanischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften der daraus hergestellten Erzeugnisse.
Es ist unter anderen ein Verfahren zur Gewinnung eines feindispersen Beschickungsguts bekannt, enthaltend Ubergangsmetallnitride, durch Bearbeitung von Metallhalogeniden im Strom eines Niedertemperatur-Wasserstoffplasmas im Gegenwart von Stickstoff bzw.
Ammoniak (US-PS 3429661). Bei der Anwendung dieses Verfahrens erhitzt man einen Wasserstoffstrom bis auf eine Temperatur von 3500 K in einer Bogenentladung und führt danach in den Strom Stickstoff und Metallhalogenide mit Hilfe eines Transportgases und zwar Argons ein. Im Ergebnis einer Umsetzung zwischen Halogeniden und Wasserstoff bzw. Stickstoff bei bohren Iemperaturen erhält man feindisperse Pulver der Ubergangsmetallnitride mit Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,07 im. Die Ausbeute an feindispersen Pulvern beträgt 90 bis 93%.
Nach diesem Verfahren kann man Nitride von Ubergangsmetallen der IV. und der V.Gruppe des periodischen Systems in Form eines feindispersen Pulvers mit Partikelgrössen von 0,01 bis 0,07zum gewinnen.
Das genannte Verfahren gibt jedoch keine Möglichkeit, bei einer einzigen Plasmatemperatur Nitride von Ubergangsmetallen mit dem verschiedenen chemischen Aufbau zu gewinnen; bei der angegebenen Temperatur der Synthese entstehen nur Nitride von Typ Ta2N und Nb2N, während Nitride von Typ TaN und NbN nur im Ergebnis einer zusätzlichen Pulverbearbeitung im Stickstoffstrom bei einer Temperatur von 973 bis 1073 K zu gewinnen sind.
Es ist auch ein Verfahren zur Gewinnung von feindispersen Pulvern der Nitride und deren fester Lösungen durch Verdampfung der aus den entsprechenden Metallen hergestellten Elektroden in einem Lichtbogen in der Stickstoffatmosphäre, deren Druck 2 bis 7 atü beträgt, bekannt,(GB-PS 1 357 418> Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Ausbeute an Nitriden bzw. deren festen Lösungen (97-98% vom theoretischen Wert) und kleine Partikelabmessungen (0,001-0,01 lum) aus. Doch dieses Verfahren ermöglicht die Gewinnung von nur feindisperser Pulveinvon Nitriden bzw. deren festen Lösungen; ausserdem ist das Verfahren energieaufwendig und wenig leistungsfähig Es ist ein Verfahren zur Gewinnung feindisperser Pulver von Titankarbonitrid durch Wasserstoffreduktion von Titantetrachlorid und thermische Kohlenwasserstoffzersetzung im Stickstoffplasma bekannt "Plasmachemische Reaktionen und Prozesse" ("Plazmotekhnicheskie reaktsii i protsessy") von Troitsty V.N., Grebtsov B.M., Domashnev I.A., Gurov S.V., Moskau, "Nauka", 1977, S. 26-49). Nach diesem Verfahren wird Stickstoff in einer UHF-Entladung bis auf eine mittlere Massentemperatur von 3000 bis 5000 K erhitzt. Titantetrachlorid wird mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff vermischt und in den Strom eines Stickstoffplasmaseingeführt, dabei entsteht Karbonitrid, das ein feindisperses Pulver mit Partikelabmessungen von 0,03 bis 0~04 pm darstellt. Die Reaktionsprodukte enthalten aber Beimengungen von freiem Kohlenstoff.
Samit existieren mehrere Verfahren zur Gewinnung feindisperser Pulver von schwerschmelzbaren Verbindungen für Verbundwerkstoffe und Hartmetalle.
Es ist ein Verfahren zur Gewinnung von feindispersen Metallpulvern bekannt, das eine Verdampfung von grobdispersen Ausgangsmetallpulvern in einem Niedertemperaturplasma und eine darauffolgende Kondensation der Metallpulver auf einer gekühlten Wand beinhaltet <FR-PS 2 154 949). Gemäss diesem Verfahren führt man die Ausgangspulver mit Hilfe einer gekühlten Düse in den zentralen Plasmabereich ein, wodurch eine schnelle und vollkommene Verdampfung sichergestellt ist. Eine Pulverkondensation wird auf der Oberfläche einer gekühlten Wand erzielt, die parallel zum Plasmastrom angeordnet ist, wobei der Temperaturgradient in der Gasphase, der von der Oberfläche der gekühlten Wand weg gemessen wird, mehr als 103K/cm beträgt. Dadurch werden feindisperse Metallpulver erzeugt.
Die bekannten Verfahren zur Gewinnung von feindispersen Pulvers in Strömen eines iedertemperaturplasmas ermöglichen es somit, einzelne Komponenten des Beschickungsguts für Verbundwerkstoffe bzw. Hartmetalle, d.h. entweder feindisperse Pulver von Metailnitriden bzw. -karbonitriden oder feindisperse Pulver von reinen Metallen zu erhalten.
Doch zur Gewinnung eines Beschickungsguts für Verbundwerkstoffe bzw. Hartmetalle, das feindisperse Pulver von schwerschmelzbaren Verbindungen und Bindemetallen enthält, ist deren lange Vermischung erforderlich. Dabei ist es infolge einer Neigung der feindisperser Pulver zur Aggregatbildung unmöglich, homogene Mischungen durch Vermischung im Laufe sogar von Dutzenden und mehreren Dutzenden von Stunden zu erhalten.
Der genannte Nachteil ist in dem bekannten Verfahren zur Gewinnung von feindispersen Beschickungsgut- pulvern auf der Grundlage von schwerschmelzbaren Verbindungen und Bindemetallen beseitigt, wonach durch Verdampfung in einem Lichtbogen mit einer hohen Intensität einer Anode- Elektrode, die aus den entsprechenden Ausgangsstoffen hergestellt worden ist, die Gewinnung feindisperser Pulver von schwerschmelzbaren Verbindungen und Bindemetallen mit deren Vermischung vereinigt ist (US-PS 3 892 644).
Das bekannte Verfahren beinhaltet folgende Stufen.
- Vermischung der Ausgangspulvermaterialien mit Kohlenstoff; - Vermischung der erhaltenen Mischung mit einem flüssigen Bindemittel (Polymerharz); - Elektrodenerzeugung durch Extrusion; - Polymerisation des Bindemittels bei einer Temperatur von 523 K im Laufe von 2 Stunden bzw. im Gegenwart eines Katalysators bei einer Temperatur von 293-373 E; - Elektrodenröstung bei einer Temperatur von 1173 K; - Einführung der Ausgangsstoffe in Form einer Anodenelektrode in einen Lichtbogenreaktor; - Zündung eines Lichtbogens mit einer hohen Intensität zwischen der Anode und einer Wolfram- bzw. Kohlenstoffkatode in einer nicht oxydierenden Atmosphäre und Verdampfung des Anodenmaterials, in deren Ergebnis eine chemische Umsetzung zwischen den Metallverbindungen und dem Kohlenwasserstoff unter Bildung von Karbiden bzw. anderen schwerschmelzbaren Verbindungen und Bindemetallen zustande kommt; - Kondensation der-schwerschmelzbaren Verbindungen und Bindemetalle in verschiedenen Bereichen des Plasmastrahls und Vermischung der Mischungskomponenten, d.h. der Partikeln von schwerschmelzbaren Verbindungen und Bindemetallen.
Das bekannte Verfahren ermöglicht es, homogene feindisperse mischungen von Pulvern auf der Grundlage schwerschmelzbarer Verbindungen und Bindemetalle mit Partikelabmessungen 0,01 bis 0,1 um zu erhalten. Dabei kann man die Partikelabmessungen in einem bestimmten Bereich durch eine Anderung des Elektrodendurchmessers und der Kühlbedingungen ändern. Dadurch kann man aus den angegebenen Pulvermischungen nach Verfahren der Pulvermetallurgie Erzeugnisse mit hohen mechanischen Eigenschaften herstellen.
Dieses bekannte Verfahren beinhaltet jedoch einen komplizierten Prozess der Elektrodenherstellung aus pulverförmigen Ausgangsmaterialien, der in mehreren Stufen durchgeführt wird. Dies erschwert die Ausarbeitung einer kontinuierlichen Technologie zur Gewinnung von feindispersen Mischungen. Ausserdem lässt die ausgearbeitete Technologie der Elektrodenherstellung als Ausgangsmaterialien keine hochflüchtige Verbindungen verwenden, zu denen zum Beispiel solche billige und zugängliche Verbindungen wie Chloride von Ubergangsmetallen gehören.
Im bekannten Verfahren entstehen schwerschmelzbare Verbindungen und Metalle in verschiedenen Bereichen eines Plasmastrahls. Wenn man die Neigung feindisperser Pulver zur Agglomeratbildung berücksichtigt, soll dies eine Bildung einzelner Aggregate, die vorwiegend aus einer einzigen Komponente bestehen und folglich eine niedrigere Homogenität der Mischung bewirken. Das bekannte Verfahren weist auch gewisse Begrenzungen in bezug auf die Zusammensetzung der gewonnenen Mischungen auf. So können zum Beispiel nach dem bekannten Verfahren keine Pulver auf der Grundlage von Zirkoniumkarbid und Wolfram erhalten werden, weil infolge einer Umsetzung von Wolfram mit Kohlenstoff Wolframkarbid entsteht und dies bewirkt im Rndergebnis, dass eine Mischung aus Zirkonium- und Wolframkarbid erhalten wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Verfahren zur plasmachemischen Gewinnung eines feindispersen Beschickungsguts für Verbundwerkstoffe bzw. Hartmetalle solche Ausgangskomponenten zu verwenden und diese derart einzuführen, dass dadurch die Homogenität des gewonnenen Beschickungsguts bei einer gleichzeitigen Vereinfachung des technologischen Prozesses und einer Steigerung seiner Wirtschaftlichkeit gesteigert wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Verfahren zur plasmachemischen Gewinnung eines feindispersen Guts für Verbundwerkstoffe bzw. Hartmetalle, enthaltend sauerstoffreie schwerschmelzbare Metallverbindungen und Bindemetalle, durch Einführung der Ausgangskomponenten in einen Strom des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas unter gleichzeitigem Vermischung des Reaktionsgemisches und durch darauffolgende Kondensation der Reaktionsprodukte erfindungsgemäss als Ausgangskomponenten zur Gewinnung der sauerstofffreien schwerschmelzbaren Metallverbindungen Stoffe verwendet werden, die im Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas Karbonitride und/oder Nitride der Ubergangsmetalle aus der IV. bzw. der V. Gruppe des periodischen Systems bilden und als Ausgangskomponenten zur Gewinnung der Bindemetalle Metalle bzw. Metallverbindungen verwendet werden, die im Strom eines Niedertemperatur-StickstofSplasmas keine Nitride bzw. Karbonitride bilden, dabei führt man die Ausgangskomponenten, die zur Gewinnung der Bindemetalle verwendet werden, in den Strom des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas mit einer Verzögerung vonl -7 bis 1015 s ein.
Da als Ausgangskomponenten Stoffe, die im Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas Karbonitride und/oder Nitride der Ubergangsmetalle aus der IV. bzw.
der V.Gruppe des periodischen Systems bilden und Metalle oder Metallverbindungen verwendet werden, die im Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas keine Nitride bzw. Karbonitride bilden, ist Gewinnung eines gut vermischten feindispersen ihrkomponentenbesc hickungsguts möglich, das schwerschmelzbare Verbindungen und Bindemetalle enthält und ohne zusätzliche Arbeitsgänge zur Herstellung von Verbundwerkstoffen oder Hartmetallen verwendet sein kann.
Eine direkte Einführung der Ausgangskomponenten in den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas bringt eine wesentliche Vereinfachung des technologischen Prozesses mit sich, weil dabei keine zusätzliche Arbeitsgänge zur Aufbereitung des Ausgangsrohstoffes erforderlich sind.
Die Köglichkeit einer direkten Einführung der Ausgangsstoffe in den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas ermöglicht es, die Wahl der Ausgangskomponenten zu erweitern, weil als Ausgangskomponenten auch hochflüchtige Metallverbindungen, zum Beispiel Chloride verwendet werden können.
Die Einführung der Ausgangskomponenten, die zur Gewinnung von Bindemetallen verwendet werden, mit einer Verzögerung von 10 7 bis 10 1 5 schafft günstige Bedingungen zur Kondensation der Bindemetalle auf der Partikeloberfläche der schwerschmelzbaren Verbindungen.
Dies schliesst die Möglichkeit aus, dass Agglomerate einzelner Komponenten des Beschickungsguts entstehen und führt die Gewinnung eines homogeneren Pulvergemisches herbei.
Diese Verteilung der Beschickungsgutkomponenten gewahrleisten die Gewinnung von Verbundwerkstoffen oder Hartmetallen, in denen die Karbonitrid- bzw. Nitridphasen im Volumen gleichmässig verteilt und voneinander durch eine Trennschicht aus Bindemetallen getrennt sind.
Eine gleichmässige Phasenverteilung in Werkstoffen bewirkt eine Steigerung ihrer mechanischen Eigenschaften.
Ausserdem gewährleistet die Einführung der Ausgangskomponenten, die zur Gewinnung von Bindemetallen verwendet werden, mit einer Verzögerung von 10 7 bis 10 1 s, dass sie in den Strombereich mit einer niedrigeren Temperatur gelangen, worin die chemischen Reaktionen, die eine Bildung von Karbonitriden bzw. Nitriden herbeiführen, schon teilweise beendet sind. Dadurch wird die Nöglichkeit einer Verunreinigung der Bindemetalle durch Kohlenstoff und Stickstoff verkleinert.
Die Einführung der Ausgangskomponenten, die zur Gewinnung der Bindemetalle verwendet werden, mit einer Verzögerung kleiner als 10-7 s gewährleistet keine Ausfällung der Bindemetalle auf die Partikeloberflache der schwerschmelzbaren Verbindungen und kann eine Verunreinigung solcher Bindemetalle wie Wolfram, Molybdän durch Beimengungen ihrer Karbide und Nitride bewirken.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei den so kurzen Kontaktzeiten der Komponenten mit dem Strom eine Verdampfung und eine Zersetzung der Stoffe noch nicht beendet ist, die im Stickstoffplasma Karbonitride und Nitride bilden.
Die Einführung der Ausgangskomponenten, die zur Gewinnung der Bindemetalle verwendet werden, mit einer Verzögerung über 10-1 5 bewirkt, dass die Ausgangsstoffe in einen Strombereich gelangen, dessen Temperatur unter der Zersetzungs- bzw. Siedetemperatur der Ausgangskomponenten liegt. In Verbindung damit wird die Reinheit des Beschickungsguts herabgesetzt und die Partikelabmessungen der Bindemetalle nehmen zu.
Bei der erfindungsgemässen Gewinnung eines feindispersen Beschickungsguts für Verbundwerkstoffe bzw. Hartmetalle ist es zweckmässig, als Ausgangsstoffe, die in einem Niedertemperatur-Stickstoffplasma Karbonitride der Ubergangsmetalle bilden, Kohlenwasserstoff und wenigstens einen Stoff zu verwenden, der aus einer Gruppe zu wählen ist, bestehend aus Titan, Zirkon, Hafnium, Niob, Tantal, Vanadium, Chlorid bzw. Oxid der genannten Metalle, weil die genannten Metalle bzw. deren Verbindungen bei einer Umsetzung mit Kohlenwasserstoffverbindungen Karbonitride bilden, die in aggressiven Medien beständig sind und gleichzeitig eine grössere Plastizitätim Vergleich zu den Karbiden derselben Metalle aufweisen.
Ausserdem ist es erfindungsgemäss zweckmässig, als Kohlenwasserstoffverbindung methan, Butan, Propan bzw.
Benzin zu verwenden, die eine hohe Ausbeute an Karbonitriden erzielen lassen. Praktisch kann man als eine Kohlenwasserstoffverbindung beliebige flüssige und gasförmige gesättigte, ungesättigte und aromatische Kohlenwasserstoffe verwenden.
Zur erfindungsgemässen Gewinnung eines feindispersen Beschickungsgut für Verbundwerkstoffe ist es zweckmässig, als Ausgangsstoffe, die in einem Niedertemperatur-Stickstoffplasma Nitride von Ubergangsmetallen bilden, wenigstens einen Stoff zu verwenden, der aus einer Gruppe zu wählen ist, bestehend aus Titan, Zirkon, Hafnium, Niob, Tantal, Vanadium bzw. Chlorid der genannten Metalle. Nitride der genannten Metalle bzw. deren feste Lösungen haben eine niedrigere Härte als Karbide bzw. Karbonitride, doch sie übertreffen diese in bezug auf die Plastizität und weisen auch eine hohe Zersetzungstemperaturine Beständigkeit in aggressiven Medien auf, was ihre breite Anwendung in Verbundwerkstoffen sicherstellt.
Es ist zweckmässig, zur Durchführung der vorliegenden Erfindung als Metalle bzw. deren Verbindungen, die im Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas keine Nitride bzw. Karbonitride bilden, wenigstens einen Stoff zu verwenden, der aus einer Gruppe zu wählen ist, bestehend aus Wolfram, Molybdän, Eisen, Nickel, Kobalt, Kupfer, Chlorid, Oxid bzw. Karbonyl der genannten Metalle.
Die Wahl der genannten Metalle bzw. deren Verbindungen ist dadurch zu erklären, dass sie im Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas feindisperse Metallpulver mit solchen physikalisch-chemischen Eigenschaften bilden, die eine zuverlässige Bindung an der Grenze von Phasen sicherstellen, die zum Bestand von Verbundstoffpulvern bzw. Hartmetallen gehören. Die genanntenMetalle und deren Verbindungen können in verschiedenen Kombinationen verwendet werden.
enn als Ausgangskomponenten Metallchloride ver- wendet werden, ist es zweckmässig, in den Strom'eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas zusätzlich Wasser-Stoff einzuführen.
Die Anwendung von Wasserstoff ist zur vollkommenen Reduktion awn Metallchloriden erforderlich. Nur bei einem bedeutenden Wasserstoffübersehuss findet eine vollkommene Reduktion der Metallchloride statt und folglich wird eine hohe Ausbeute an Karbonitriden Nitriden und Bindemetallen erzielt.
Nach dem vorliegenden Verfahren gewinnt man unter anderem feindisperses Beschickungsgut, enthaltend drei Komponenten: Karbonitride und Nitride der Ubergangsmetalle sowie Bindemetalle. Eine unbedingte Voraussetzung zur gemeinsamen Gewinnung von Karbonitriden und Nitriden der Ubergangsmetalle besteht in der Einführung in den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas einer bestimmten Menge einer Kohlenwasserstoffverbindung, wobei in der Abhängigkeit von Einführungsbedingungen und von der Konzentration der Kohlenwasserstoffverbindung feindisperse Beschickungsgüter mit verschiedenen Verhältnissen von Karbonitriden und Nitriden der Ubergangsmetalle gewonnen werden. Werkstoffe, die aus solchen komplizierten, aus drei Komponenten bestehenden Beschickungsgütern gewonnen werden, weisen gleichzeitig solche Eigenschaften von Karbonitriden und Nitriden, wie eine hohe Verschleissfestigkeit, Härte und Plastizität auf.
Die weiteren Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung des Verfahrens zur plasmachemischen Gewinnung eines feindispersen Beschickungsguts und seinenAusführungsbeispielen ersichtlich.
Als Ausgangskomponenten zur Gewinnung eines feindispersen Beschickungsguts verwendet man zweckmässig Pulver der entsprechenden Reimnetalle mit Partikelabmessungen von 20 bis 50 jum bzw. deren Oxide mit Partikelabmessungen von 10-40 Iwm weil diese Partikelabmessun- gen der Ausgangspulver deren volle Verdampfung im Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas sicherstellen.
Dabei verwendet man zweckmässig solche Pulver, deren Partikelabmessungen sich voneinander nicht mehr, als um 10 juni unterscheiden.
Wenn man als Ausgangskomponenten li8ietallchloride verwendet, ist e, zweckmässig, diese vorher in den dampfförmigen Zustand zu bringen, was deren Dosierung erleichtert und eine gleichmässige Einführung in den Plasmastrom sicherstellt.
Erfindungsgemäss wird das feindisperse Beschickungsgut für Verbundwerkstoffe bzw. Hartmetalle im Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas gewonnen, das durch eine Stickstofferhitzung in Spezialeinrichtungen und zwar in Lichtbogen-, HF- bzw. UHF-Plasmatronen bis auf eine mittlere Massentemperatur von 3000 bis 7000 K erzeugt wird. Die Wahl eines Verfahrens zur Gaserhitzung wird im wesentlichen durch die verwendeten Ausgangsstoffe und Anforderungen bestimmt, die an die Reinheit des gewonnenen Beschickungsguts gestellt werden.
Die Lichtbogen-Plasmatronen weisen einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Stromgeschwindigkeit und folglich eine kurze Eontaktzeit der eingefuhrten Stoffe mit dem Strom auf.
Das Niedertemperaturplasma, das mit Hilfe von HF-bzw. UHF-Plasmatronen erzeugt wird, weist ein grosses Plasmavolumen, kleine Stromgeschwindigkeiten und folglich grosse Kontaktzeiten der eingeführten Stoffe mit dem Strom auf, wodurch die Bedingungen einer Zersetzung bzw. einer Verdampfung dieser Stoffe verbessert werden.
Ausserdem sind in diesen Plasmatronen keine Elektroden vorhanden. Dies stellt eine grosse Stromreinheit des Niedertemperaturplasmas sicher, aber der Wirkungsgrad dieser Plasmatronen ist niedriger, als jener der Lichtbogen-Plasmatronen.
Folglich sind die Lichtbogen-Plasmatronen für eine Stickstofferhitzung bei der Gewinnung feindisperser Beschickungsgüter aus hochflüchtigen Verbindungen, die eine niedrige Siede- bzw. Zersetzungstemperatur aufweisen, sowie in jenen Fällen zweckmässig einzusetzen, wenn keine hohe Anforderungen an die Reinheit des Beschickungsguts gestellt werden. Die tiF'- und die UHF-Plasmatronen sind zweckmässig zur Stickstofferhitzung bei der Gewinnung feindisperser Besehickungsgüter mit einer hohen Reinheit sowie dann einzusetzen, wenn als Ausgangsstoffe schwerschmelzbare Metalle und deren Oxide verwendet werden.
Erfindungsgemäss wird der erzeugte Strom des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas in einen zylindrischen Reaktor geleitet, in dessen Oberteil Kanäle zur beinführung mit Hilfe eines Transportgases von Stoffen vorgesehen sind, die im Stickstoffplasma Karbonitride und Nitride der Ubergangsmetalle aus der IV. und der V. Gruppe des periodischen Systems bilden.
Zur Gewinnung feindisperser Beschickunsgüter, enthaltend Karbonitride, führt man über diese Kanäle in den Strom des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas Pulver der Ubergangsmetalle aus der IV. und der V. Gruppe bzw.
ihre Oxide zusammen mit Kohlenwasserstoffen oder vorher vermischte Dämpfe von Chloriden dieser Metalle mit Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen ein.
Zur Gewinnung feindisperser BeschickungsgUters enthaltend Nitride, führt man über diese Kanale in den Strom des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas Pulver der Ubergangsmetalle aus der IV. und der V. Gruppe bzw.
Dämpfe von Chloriden dieser Metalle zusammen mit Wasserstoff ein.
Dabei sind die Ausgangsstoffe mit einer Geschwindigkeit einzuführen, die ein Eindringen dieser Stoffe in den Zentralbereich des Niedertemperaturplasmas sicherstellt, worin die günstigsten Bedingungen zur schnellen Erhitzung, Zersetzung bzw. Verdampfung der Ausgangsstoffe existieren, was zur Bildung von Karbonitriden und Nitriden in Form eines feindispersen Pulvers erforderlich ist.
Des weiteren sind in der Stromrichtung des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas im Reaktor Kanäle zur Einführung von Stoffen mit Hilfe eines Transportgases vorgesehen, die im Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas 3indemetalle bilder.
Der Abstand zwischen den Kanälen zur Einführung der Stoffe, die im Strom Karbonitride und Nitride bilden, und der Stoffe, die im Strom Bindemetalle bilden, ist durch die Geschwindigkeit des Plasmastroms und durch die Verzögerungszeit bestimmt.
Die erforderliche Verzögerung bei der Einführung der Stoffe, die im Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas Bindemetalle bilden, wird dadurch sichergestellt, dass der Abstand zwischen den Kanälen zur Stoffeinführung so bemessen wird, damit er vom Plasmastrom in der vorgegebenen Verzögerungszeit zurückgelegt wird. Für eine Anderung der Verzögerung ändert man den Abstand zwischen den Kanälen zur Einführung der Ausgangsstoffe und die Stromgeschwindigkeit des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas. Uber die genannten Kanäle führt man mit Hilfe eines rransportgases (Stickstoff) in den Strom des Niedertemperaturplasmas Pulver von wolfram, Molybdän, Eisen, Wickel, Kobalt, Kupfer, deren Karbonyle oder zusammen mit Wasserstoffderen Chloride bzw. Oxide.
Im Strom des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas findet eine Erhitzung, Zersetzung bzw. Verdampfung dieser Stoffe unter darauffolgender Kondensation der Bindemetalle auf den Karbonitrid- und Nitridpartikeln statt.
Des weiteren werden Produkte der Umsetzung aus dem Reaktor zur Kühlung in Wärmetauscher eingeführt. Danach werden feste Produkte in Form eines feindispersen Beschickungsguts auf der Oberfläche von Schlauchfiltern aufgefangen.
Die chemische und die Phasenzusammensetzung des gewonnenen feindispersen 3eschickungsguts ermittelt man nach den bekannten Verfahren der chemischen und der Röntgenanalyse. Die Form, die Abmessungen und die Struktur der Partikeln ermittelt man nach dem Verfahren der Elektronenmikroskopie Die nach dem vorstehend dargelegten Verfahren gewonnenen feindispersen Beschickungsguter, bestehend aus Karbonitriden und/oder Nitriden der Ubergangsmetalle aus der IV. und der V.Gruppe des periodischen Systems und den Bindemetallen haben im wesentlichen Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,1 juni. Die Karbonitrid- und Nitridpartikeln der Ubergangsmetalle weisen eine regelmäßige Würfelform auf. Dabei befinden sich Bindemetalle auf der Oberfläche der Karbonitrid- und Nitridpartikeln, wodurch eine hohe Homogenität des feindispersen Beschickungsguts sichergestellt ist. Eine hohe Dispersität und eine Homogenität des Beschickungsguts ermöglicht es, die Temperatur seines Sinterns bei der Herstellung von Erzeugnissen nach den Verfahren der Pulvermetallurgie auf 470 bis 570 K sinken zu lassen. Dabei haben die erzeugten Stoffe eine feinkörnige Struktur, was ihre physikalisch-mechanische und physikalischchemische Eigenschaften verbessert.
Beispiel 1 mitanpulver mit Partikelabmessungen von 40 bis 50 lum führt man aus Dosiervorrichtungen zusammen mit dem gasförmigen iaethan mit Hilfe eines Transportgases (Stickstoff) in einen Bereich des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas einer Hochfrequenzentladung ein, der eine mittlere Massentemperatur von 6000 K aufweist. Die Leistung des HF-Generators beträgt 60 kW. Der Verbrauch am plasmabildenden Gas-Stickstoff beträgt 11 kg/h, an Titanpulver 1,5 kg/h, an Methan 0,071 kg/h.
Mit einer Verzögerung von 10 7 s führt man in den Strom mit Hilfe eines Transportgases Nickelpulver mit Partikelabmessungen von 40 bis 50 juni ein. Der Verbrauch an Nickelpulver beträgt 0,47 kg/h.
Das Reaktionsgemisch wird aus dem Reaktor in einen Särmetauscher geleitet, worin Reaktionsprodukte bis auf eine Temperatur von 300 K abgekühlt werden. Feste Produkte werden auf der Oberfläche eines Schlauchfilters aufgefangen.
Das Produkt des Prozesses ist nach Daten einer Röntgenanalyse ein Titankarbonitrid- und Nickelpulver mit folgender chemischen Zusammensetzung (in Massen-%): Titan - 61,6 Nickel - 20,0 Stickstoff - 14,4 Kohlenstoff allgemein - 3,4 Kohlenstoff ungebunden - 0,1.
Das gewonnene Produkt stellt ein feindisperses homogenes Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,02 bis 0,1 jum dar.
Beispiel 2 Titanpulver mit Partikelabmessungen von 40 bis 50 jum und gasförmiges Propan führt man zusammen in einen Bereich des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas einer Hochfrequenzentladung ein, der eine mittlere Massentemperatur von 5600 K hat.Die leistung des Generators beträgt 55 kW, der Verbrauch an plasmabildendem Gas-Stickstoff 10,0 kg/h, Propan 0,178 kg/h, Titan 1,2 kg/h.
Mit einer Verzögerung von 10-1 5 führt man in den Strom Nickelkarbonyl ein. Die Reaktionsprodukte werden abgekühlt und auf der Oberfläche eines Schlauchfilters aufgefangen.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,1 juni besteht nach Daten einer Röntgenanalyse aus Titankarbonitrid und Nickel. Nach Daten einer chemischen Analyse enthält das Beschickungsgut (in Massen-%).. r Titan - 70,2; Nickel -10,4; Stickstoff - 10.1, Kohlenstoff allgemein - 9,4; Kohlenstoff ungebunden - 0,5.
Beispiel 3 mitanpulver und gasförmiges Butan führt man zusammen in einen Bereich des Niedertemperatur-Stickstoff- plasmas ein, der eine mittlere Massentemperatur von 6300 K hat. Die Generatorleistung beträgt 65 k, der Verbrauch am plasmabildenden Gas-Stickstoff 9,5 kg/h, Butan 0,14 kg/h, Titan 1,8 kg/h.
Mit einer Verzögerung von 10 3 s führt man in den Strom eine Mischung von Nickel und Molybdänkarbonylen, deren Verbrauch 1,2 bzw. 0,39 kg/h beträgt.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von O;Ol bis 0,1 jum besteht aus Titankarbonitrid, Nickel und Molybdän und enthält (in Massen-%): Titan - 62,4; Nickel - 14,9; Molybdän - 4,7; Stickstoff - 10,8; Kohlenstoff allgemein - 6,6; Kohlenstoff ungebunden - 0,3.
Beispiel 4 Titanpulver und ethan führt man zusammen in den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasrnas mit einer mittleren Massentemperatur von 5600 K ein. Der Verbrauch an Titan beträgt 1,4 kg/h, Methan 0,22 kg/h.
In den Strom wird mit einer Verzögerung von 10-4 s ':lolframkarbonyl bei einem Verbrauch von 0,6C kg/h eingeführt.
Das gewonnene feindisperse homogene Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,1 µm besteht aus Titankarbonitrid und Wolfram und enthält chemische Elemente in den folgenden Mengen (in Kassen-%) Titan - 66,7; Wolfram - 14,4; Stickstoff - 9,5; Kohlenstoff allgemein -8,9; Kohlenstoff ungebunden - C,5.
Beispiel 5 Zirkonpulver mit Partikelabmessungen von 30 bis 40 jum und Propan führt man in einen Bereich des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas ein, der eine mittlere Massentemperatur von 6200 K hat. Der Verbrauch an Zirkon beträgt 1,3 kg/h, Propan 0,08 kg/h, Stickstoff 9,5 kg/h.
Kit einer Verzögerung von 10-4 s führt man in den Strom Eisenpulver mit Partikelabmessungen von 40 bis 5C fm ein.
Das gewonnene feindisperse homogene Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,04 bis 0,1 jun besteht aus Zirkonkarbonitrid und Eisen und weist die folgende chemische Zusammensetzung (in Massen-%) auf: Zirkon -52,2; Eisen - 39,6; Stickstoff - 4,8; Kohlenstoff allgemein - 3,0; Kohlenstoff ungebunden - 0,2.
Beispiel 6 In den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas, der eine mittlere Massentemperatur von 6500 K hat, führt man Hafniumpulver und Methan ein, deren Verbrauch 1,0 bzw. 0,03 kg/h beträgt.
Mit einer Verzögerung von 10 1 s führt man in den Strom Kobaltkarbonyl (Verbrauch - 0,34 kg/h) ein.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,05 bis 0,1 um besteht aus Hafniumkarbonitrid und Kobalt. Das Beschickungsgut hat die folgende chemische Zusammensetzung (in l1ssen-%): Hafnium - 83,7; Kobalt - 9,5; Stickstoff - 4,6; Kohlenstoff allgemein - 1,8; Kohlenstoff ungebunden - 0,1.
Beispiel 7 In den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas mit einer mittleren ,,Iassentemperatur von 5800 K führt man Van'adiurulver' und Propan an (Verbrauch 1,6 bzw. 0,24 kg/h).
Mit einer Verzögerung von 10-7 s führt man in den Strom Molybdänpulver ein (Verbrauch - 0,22 kg/h).
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,05 bis Q,1 µm besteht aus dem kubischen Vanadiumkarbonitrid und Molybdän. Die chemische Zusammensetzung des Beschickungsguts (in Massen-%) Vanadium - 71,4; Molybdän - 9,6; Stickstoff -9,8; Kohlenstoff allgemein - 8,7; Kohlenstoff ungebunden - 0,3.
Beispiel 8 In den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas, der eine mittlere .assentemperatur von 6300 K hat, führt man liobpulver (Partikelabmessungen von 40 bis 50 µm) und Methan ein, deren Verbrauch 1,2 bzw.
0,02 kg/h beträgt.
Mit einer Verzögerung von 10 2 s in bezug auf die Niobeinführung führt man in den Strom ç;olframkarbonyl in einer Menge von 0,46 kg/h ein.
Im Prozeß wird ein feindisperses Beschickungsgut gewonnen, enthaltend kubisches Niobkarbonitrid und wolfram. Die chemische Zusammensetzung des Beschickunasguts (in Massen-%): Niob - 73,8; Wolfram - 14,8; Stickstoff - 10,0;4Kohlenstoff allgemein - 1,0; Kohlenstoff ungebunden - 0,1.
Beispiel 9 In den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas, der eine mittlere Massentemperatur von 6400 K aufweist, führt man Tantalpulver (Verbrauch 1,0 kg/h) und Propan (Verbrauch 0,08 kg/h) ein.
Mit einer Verzögerung von 10 s s führt man in den Strom Kobaltpulver in einer Menge von 0,20 kg/h ein.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,04 bis 0,1 jum besteht aus kubischen Tantalkarbonitrid und Kobalt. Die chemische Zusammensetzung des Beschickungsguts (in assen-): Tantal - 79,7; Kobalt - 14,4; Stickstoff - 0,6; Kohlenstoff allgemein - 5,0; Kohlenstoff ungebunden - 0,3.
Beispiel 1G In den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas, der eine mittlere Massentemperatur von 6200 K hat, führt man Titandioxidpulver (Verbrauch 1,6 kg/h) und Propan (Verbrauch 0,73 kg/h) ein.
Mit einer Verzögerung von 10-6 s führt man in den Strom Nickeloxid in einer fliege von 0,17 kg/h ein.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,02 bis 0,1 juni besteht aus Titankarbonitrid und Nickel. Die chemische Zusammensetzung des Beschickungsguts (in Massen-%): Titan - 70,6; Nickel -9,4; Stickstoff - 7,2; Kohlenstoff allgemein -9,2; Kohlenstoff ungebunden - 0,4; Sauerstoff- 3,6.
Beispiel 11 In den Strom eines iedertemperatur-Stickstoff- plasmas, der eine mittlere Massentemperatur von 6000 K hat, führt man Titanpulver ein.
-2 it einer Verzögerung von 10 2 s führt man in den Strom Kobaltkarbonyl ein. Der Verbrauch an Titan beträgt 1,2 kg/h, an Kobaltkarbonyl 0,8 kg/h.
Das gewonnene feindisperse BeschickungsE3ut mit Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,1 flin besteht aus Titannitrid und Kobalt. Die chemische Zusammensetzung des Beschickungsguts (in Massen-% )! Titan - 52,9; Kobalt - 30,3; Stickstoff - 16,7.
Beispiel 12 In den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas, der eine mittlere Massentemperatur von 6200 K hat, führt man Zirkonpulver ein.
Kit einer Verzögerung von 10-7 5 führt man in den Strom Nickel- und Molybdänpulver ein. Der Verbrauch an Zirkonpulver beträgt 1,2 kg/h, an Nickel 0,3 kg/h, an Molybdän 0,1 kg/h.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,03 bis 0,1 (um besteht aus Zirkonnitrid, Nickel und Molybdän. Die chemische Zusammensetzung, des Bezschickungsgüts (in .assen-;Ó) Zirkon -67; wickel -16,d; molybdän - 5,6; Stickstoff - 10,5.
Beispiel 13 In den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas, der eine mittlere Massentemperatur von 6200 K hat, führt man Titan und Niobpulver und Propan in Mengen 0,80 bzw. 0,43 und 0,16 kg/h ein.
Mit einer Verzögerung von 10-4 5 s führt man in den Strom Eisenpulver in einer enge von 0,51 kg/h ein.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,1 µm besteht aus deren festen Lösung der Titan- und Niobkarbonitride und aus Eisen. Die chemische Zusammensetzung des Beschickungsguts (in lassen-%): Titan - 40,3; Niob - 19,5; Stickstoff -7,4; kohlenstoff allgemein - 6,7; Kohlenstoff ungebunden - 0,4; Eisen - 25,6.
Beispiel 14 In den Strom eines iedertemperatur-Stickstoffplasmas, der eine mittlere Massentemperatur von 6000 K hat, führt man getrennt Titanpulver (Verbrauch 1,6 kg/h) und Propan (Verbrauch 0,1 kg/h) ein.
it einer Verzögerung von 10 1 s führt man in den Strom Lolybdänkarbonyl in einer Menge von 1,32 kg/h ein.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,1 um besteht aus Titankarbonitrid, Titannitrid und Molybdän. Die chemische Zusammensetzung des Beschickungsguts (in Massen-%)-Titan - 64,1; Molybdän - 18,0; Stickstoff - 14,1; Kohlenstoff allgemein - 3,4; Kohlenstoff ungebunden - 0,1.
Beispiel 15 Titantetrachlorid im dampfförmigen Zustand zusammen mit Propan führt man mit Hilfe eines Transportgases (Wasserstoff) in einen Bereich des Siedertemperatur-Stickstoffplasmas einer UHF-Entladung ein, der eine mittlere Massentemperatur von 4500 K aufweist. Der Verbrauch am plasmabildenden Gas -Stickstoff beträgt 2 kg/h, an Titantetrachlorid 0,06 kg/h, an Propan 0,0023 kg/h, an Wasserstoff 0,05 kg/h.
fit einer Verzögerung von 10 5 fu.ärt man in den Strom Golybdänkarbonyl in einer Menge von 0,006 kg/h ein.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,06 µm besteht aus Titankarbonitrid und Molybdän. Die chemische Zusammensetzung des Beschickungsguts (in Massen-%): Titan - 69,8; Molybdän - 10,2; Stickstoff - 9,8; Kohlenstoff allgemein - 9,5; Kohlenstoff ungebunden - 0,7.
Beispiel 16 Titantetrachlorid im dampfförmigen Zustand führt man zusammen mit Propan mit Hilfe eines Transportgases (Wasserstoff) in einen Bereich des Niedertem.peratur-Stickstoffplasmas einer UHF-Entladung ein, der eine mittlere l;Iassentemperatur von 4500 K hat. Der Verbrauch an Stickstoff beträgt 2 kg/h, an Titantetrachlorid - 0,06 kg/h, an Propan - 0,0023 kg/h, an Wasserstoff -0,05 kg/h.
Mit einer Verzögerung von 10-¹ s führt man in den Strom Nickelkarbonyl in einer Menge von 0,0098 kg/h ein.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,08 film besteht aus Titankarbonitrid und Nickel. Die chemisch Zusammensetzung des Beschickungsguts (in Massen-%): : Titan -66,3; Nickel - 14,8; Stickstoff - 9,5; Kohlenstoff allgemein - 8,8; Kohlenstoff ungebunden - 0,4.
Beispiel 17 Den Prozess führt man ähnlich dem Beispiel 15, aber gleichzeitig mit Molybdänkarbonyl (Verbrauch 0,0071 kg/h) führt man in den Strom Nickelkarbonyl (Verbrauch 0,0068 kg/h) ein.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,08 jun besteht aus Titankarbonitrid, molybdän und lMickel. Die chemische Zusammensetzung des Beschickungsguts (in Massen-%): Titan -61,b; Molybdän - 10,7; Nickel - 9,8 Stickstoff - 8,9; Kohlerstoff allgemein -8,3; Kohlenstoff un-ebunden - 0,5.
Beispiel 18 Den Prozess führt man ähnlich dem Beispiel 15, aber anstelle von Molybdänkarbonyl führt man mit einer Verzögerung von 10 5 s in den Strom Wolframkarbonyl in einer Menge von 0,0052 kg/h ein.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,08 µm besteht aus Titankarbonitrid und Wolfram. Die chemische Zusammensetzung des 3eschickungsguts(in JWassen-%): Titan - 67,9; Wolfram - 12,4; Stickstoff - 13,7; Kohlenstoff allgemein - 5,4; Kohlenstoff ungebunden - 0,3.
Beispiel 19 Ditantetrachloridlösung in Benzin führt man in einen 3ereich des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas einer Bogenentladung mit \1jasserstoffzugabe.ein der eine mittlere iTassentemperatur von 3700 K hat.Der Verbrauch an Stickstoff beträgt 0,49 kg/h, an asserstoff 0,29 kt,/h, an Titantetrachlorid 2,5 kg/h, an Benzin 0,08 kg/h.
Mit einer Verzögerung von 2O10 2 5 führt man in den Strom mit hilfe von Wasserstoff Wolframc.llorid in einer Menge von 0,48 kg/h ein.
Das gewonnene feindisperse Beschickungsgut mit Partikelabmessungen von 0,01 bis 0,1 µm besteht aus Titankarbonitrid und Wolfram. Die chemische Zusammensetzung des Beschickungsguts (in Massen-%): Titan -60,9; Wolfram - 21,9; Stickstoff - 10,2; Kohlenstoff allgemein - 6,6; Kohlenstoff ungebunden - 0,5.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es somit auf dem plasmachemischen Wege feindisperse Beschickungsgüter für Verbundwerkstoffe bzw. Hartmetalle zu gewinnen, die einen hohen Grad an Homogenität und Dispersität aufweisen. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, feindisperse Beschickungsgüter mit verschiedenen Zusammensetzungen zu gewinnen, die als schwerschmelzbare VerbindunJ,en Xarbonitride und/oder nitride der Ubergangsmetalle uno SlS Bindemetalle Wolfuran, Molybdän, Eisen, Nickel, Kobalt, kupfer enthalten.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, die Komponentenverhältnisse des gewonnenen Beschickungsguts in einem weiten Bereich in Abhängigkeit von der mahl der Ausgangskomponenten und den Prozessbedingungen zu variieren.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Gewinnung von feindispersen Beschickungsgütern ist ein kontinuier liches,leicht steuerbares und einstufiges Verfahren, was für den Ubergang zu einer Grossproduktion wesentlich ist.
Das erfindungs;emasse Verfahren ermöglicht es, feindisperses Beschickungsgut für Verbundwerkstoffe bzw. Martmetalle unter Anwendung als Ausgangskomponenten unter anderem von billigen und leicht zugänglichen Verbindungen wie Chloride der Übergangsmetalle, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gesteigert wird.
Ein hoher Grad der Dispersität und der Homogenitat des gewonnenen Beschickungsguts ermöglicht es, bei der Herstellung von Erzeugnissen nach den Verfahren der Pulvermetallurgie den Energieaufwand beim Sintern des Beschickungsguts bedeutend herabzusetzen.
Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren gewonnene feindisperse Beschickungsgut wird zur Herstellung von Werkstoffen verwendet, die sich durch solche hochwertige physikalisch-mechanische und chemische Eigenschaften auszeichnen, wie eine hohe Härte, Verschleissfestigkeit und Plastizität, eine gesteigerte Pestigkeit bei hohen Temperaturen, eine chemische Beständigkeit und eine Widerstandsfähigkeit in bezug auf Wärmestöße.
Dank diesen Eigenschaften finden die gewonnenen Beschickungsgüter zur Herstellung von Maschinenteilen Anwendullg, die unter schweren technologischen Bedingungen arbeiten, unter anderen von Gasturbinenschaufeln, Mischern, Ziehdusen, Pressformen, esswerkzeugen, Zerstäubungsdäsen und Schneidwerkzeugen.
Das nach den erfindüngsgemässen Verfahrn gewonnene ne 3eschick-1ngsgut kann auch als Komponente für Verbundstoffe zum Aufbringen von verschleissfesten und chemisch beständigen Uberzügen auf Erzeugnisse mit verschiedener Zweckbestimmung auf solchen Gebiete der Technik wie Maschinen und Werkzeugmaschinenbau, Werkzeugindustrie usw. verwendet werden.

Claims

VERFAHi?EN ZUR PLASMACHSIISCHEN GEw7INNUIdG EINES FEIIJDISPERSEN BESCHICKUiGSGUTS PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur plasmachemischen Gewinnung eines feindispersen Beschickungsguts für Verbundwerkstoffe bzw. Hartmetalle, enthaltend sauerstoffreie schwerschmelzbare Metallverbindungen und Bindemetalle, durch Einführung der Ausgangskomponenten in den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas unter einer gleichzeitigen Vermischung des Reaktionsgemisches und durch darauffolgende Kondensation der Reaktionsprodukte, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - als Ausgangskomponenten zur Gewinnung von sauerstoffreien schwerschmelzbaren Metallverbindungen Stoffe verwendet werden, die im Strom eines Niedertemperstur-Stickstoffplasmas Karbonitride und/oder Nitride der Ubergangsmetalle aus der IV. und der V.Gruppe des periodischen Systems bilden; - als Ausgangskomponenten zur Gewinnung von Bindemetallen Metalle bzw. Metallverbindungen verwendet werden, die keine Nitride bzw. Karbonitride im Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas bilden; - die Ausgangskomponenten, die zur Gewinnung der Bindemetalle verwendet werden, in den Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas mit einer Verzögerung von 10 7 bis 10-1 5 eingeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Ausgangsstoffe, die im Strom eines Niedertemperatur-StickstofSplasmas Karbonitride der Ubergangsmetalle bilden, eine Kohlenwasserstoffverbindung sowie mindestens einer der stoffe, der aus einer Gruppe gewählt wird, bestehend aus Titan, Zirkon, Hafnium, Niob, Tantal, Vanadium, Chlorid bzw.

Oxid der genannten Metalle verwendet werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Kohlenwasserstoffverbindung Methan, Butan, Propan bzw.

Benzin verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass als Ausgangsstoffe, die in einem Niedertemperatur-Stickstoffplasma Nitride der Ubergangsmetalle bilden, mindestens einer der Stoffe verwendet wird, der aus einer Gruppe gewahlt wird, bestehend aus Titan, Zirkon, Hafnium, Niob, Tantal; Vanadium, Chlorid der genannten Metalle.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Metalle bzw, deren Verbindungen, die keine Nitride bzw. Karbonitride im Strom eines Niedertemperatur-Stickstoffplasmas bilden, mindestens einer der Stoffe verwendet wird, der aus einer Gruppe gewäblt wird, bestehend aus Wolfram, olybdän, Eisen, Nickel, Kobalt, Kupfer, Chlorid, Oxid bzw.

Karbonyl der genannten Metalle.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei der Anwendung als Ausgangskomponenten von Metallchloriden in den Strom des Niedertemperatur-Stickstoffplasmas zusätzlich Wasserstoff eingeführt wird.