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Verfahren zum Herstellen von Borcarbiden Es sind Verfahren bekannt,
nach welchen Borcarbide verschiedener chemischer ,Zusammensetzung hergestellt werden
können. Die meisten dieser Borcarbide, insbesondere das durch seine hohe Härte praktisch
wichtigste, der Formel B,C entsprechende Borcarbid, aber auch borreichere, weniger
harte Carbide enthalten freien Kohlenstoff in Form von Graphit. Diese Kohlenstoffeinlagerungen
sind bekanntlich von Nachteil, da sie die Härte und Festigkeit der Borcarbide'ungünstig
beeinflussen.
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Lm diesen Nachteil zu verringern, war man bisher gezwungen, besonders
reinen Kohlenstoff in Form von Holzkohle, Ruß oder Graphit als Ausgangsmaterial
für die Erzeugung von Borcarbiden zu verwenden. Diese Stoffe sind jedoch für eine
technische Herstellung von Borcarbiden zu teuer, oder, wie der Ruß, infolge seiner
Beschaffenheit schlecht zu verarbeiten. Man mußte daher entweder die Verunreinigung
durch freien Kohlenstoff in Kauf nehmen oder sich darauf beschränken, Borcarbid
zu erzeugen, das mehr Bor enthält, als der Formel B,C entspricht, und kleinere Mengen
nicht gebundenen Kohlenstoffs enthält, jedoch, wie eingangs erwähnt, weniger hart
ist. Ein anderer Weg bestand darin, das erzeugte Borcarbid auszusieben, um eine
gewisse Trennung von kohlenstoffreicherem und kohlenstoffärmerem Borcarbid zu erreichen.
Diese Verfahren sind jedoch umständlich und in wirtschaftlicher und technischer
Hinsicht nicht befriedigend.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von freien Kohlenstoff
nicht enthaltenden Borcarbiden,' die der Formel B4C entsprechen oder mehr Bor enthalten,
und bezweckt, die erwähnten Nachteile zu vermeiden. Das nach der Erfindung hergestellte
Erzeugnis
enthält überhaupt keine freien Kohlenstoffe, und für den Anteil des Kohlenstoffes
kann ein wohlfeiles Ausgangsmaterial, wie Koks oder Petrolkoks, verwendet werden.
Die Erfindung macht der-. art die Erzeugung eines hochwertigen, sonst nur laboratoriumsmäßig
herstellbaren Borcarbides in großem Maßstabe in wirtschaftlicher Weise möglich.
. Gemäß der Erfindung wird dieses .Ziel dadurch erreicht, daß beim Herstellen des
Borcarbides aus Borsäure oder Bortrioxyd und Kohlenstoff Phosphor in einer Menge
zugesetzt wird, die vom Eisengehalt des Gemisches abhängig ist. Diese Phosphormenge
kann im allgemeinen 0,5 bis 2o °/o des Eisengehaltes betragen, beläuft sich
also z. B. bei einem durch 3 °/o Eisen verunreinigten Reaktionsgemisch auf 0,015
bis o,6 °/o. Ein schädlicher Einfluß dieser Phosphorbeigabe ist nicht vorhanden.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß das im Kohlenstoff als Verunreinigung stets vorhandene
Eisen, wie bekannt, bei höheren Temperaturen Kohlenstoff auflöst und diesen beim
Abkühlen in Form von Graphit wieder ausscheidet, wodurch das erschmolzene Produkt
zufolge der Einlagerung von Graphit leicht spaltbar und nicht genügend fest ist
und dadurch die Herstellung von einheitlichen Körnungen für Schleifzwecke nicht
mehr gewährleistet. Bei Zusatz von Phosphor in den oben angeführten Mengen wird
diese schädliche Wirkung des Eisens verhindert.
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Das nach obigem Verfahren erzeugte Produkt stellt ein Borcarbid hoher
Güte, Gleichmäßigkeit und Dauerhaftigkeit dar. Diese Eigenschaften können auch bei
borreicheren als der Formel B.C entsprechenden Borcarbiden verbessert werden.
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Während man also bisher darauf angewiesen war, zum Herstellen von
Borcarbiden einen möglichst . eisenfreien Kohlenstoff zu verwenden, ist man durch
die vorliegende Erfindung in der Lage, auch Kohlenstoffsorten geringerer Reinheit,
wie Koks und Petrolkoks, zu verarbeiten. Hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit der
Erzeugung von Borcarbiden in hohem Maße verbessert. Die Erfindung ermöglicht weiterhin
auch besonders zähe Borcarbide mit größerem Eisengehalt als dem durch Verunreinigung
vorhandenen zu erzeugen. Dieser Eisengehalt'kann z. B. bis 30 °/o betragen. Die
Herstellung solcher Borcarbide war bisher nicht in befriedigender Weise möglich,
da der erhöhte Eisengehalt die Ausscheidung schädlicher Graphitmengen in noch größerem
Umfange verursacht als- die Verunreinigung des Kohlenstoffes durch Eisen. Beispiel
zur Erzeugung eines zähen Borcarbides der Zusammensetzung B,C.
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50 kg Bortrioxyd werden mit 38 kg Koks, der o,9 kg Eisenoxyd
als Verunreinigung enthält, und 2,6 kg reinem Eisenoxyd sowie o,18 kg rotem Phosphor
im elektrischen Lichtbogenofen zusammengeschmolzen, bis die Reduktion der Sauerstoffverbindungen
durch den Kohlenstoff beendet ist. Aus dieser Schmelze werden im legierten Zustand
erhalten: 19,7 kg Borcarbid, entsprechend der Formel B,C, mit ungefähr 2,75 kg einer
festen Phosphor-Eisencarbid-Lösung.
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Die Größe des Phosphorzusatzes kann je nach den sonstigen Eigenschaften
der Komponenten des Gemisches schwanken. Der günstigste Phosphorzusatz kann im einzelnen
Fall durch Kontrollversuche leicht festgestellt werden.