DEP0003102BA

DEP0003102BA - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung der Carbide von für Hartmetall-Legierungen verwendbaren Metallen, insbesondere des Titans, und von Borcarbid

Info

Publication number: DEP0003102BA
Authority: DE
Inventors: Anton Dr.-Ing. Königer
Original assignee: Hermann C. Starck AG, Goslar
Publication date: 1950-12-28

Description

GeTor, BORCHERS Aktiengesellschaft, Goslar

l.Juni 1949

Verfahren zur Herstellung der iiarbide von für Hartmetalllegierungen verwendbaren Metallen, insbesondere des Titans, und von Bor&arbid

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Karbide einerseits von für Hartmetallegierungen verwendbaren Metallen, insbesondere des Titans, andererseits des Bors durch Sintern ihrer Oxyde mittels Kohle, Carbide der Schwermetalle wie W, Ta, Ti_s Mo werden als Hartmetalle verarbeitet, BoHkarhid(B.C) liegt auf der Grenze zwischen Hartmetallen und Schleifmitteln; es handelt sich um den härtesten, künstlich erzeugten Stoff.

Es ist bekannt, BorKabid bei etwa 2400° C aus Boroxyd und Petrolkoks im elektrischen 'Yiderstandsofen mit einem Reinheitsgrad von 75 bis 90 % zu erschmelzen« Die übrigen ferbide z.B. Wolframkarbid oder Titanjfarbid (TiC) werden durch Erhitzen der Metalle oder der Oxyde dieser Metalle gewonnen. Es ist ferner bekannt, TiOp mit Kohle in Wasserstoffatmosphäre zu erhitzen, wobei eine Aufkohlung aus der Gasphase über die im Ofen entstehenden Kohlenwasserstoffe stattfindet. Das TiO enthält nach Beendigung der Reaktion 1 bis 2fo Graphit und Oxyde.

Demgegenüber wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Carburierung mittels Holzkohle von 0,2 bis 0,6 mm Korngrösse bei einer Temperatur von mindestens 2400° C ohne Schutzgas unter Verhinderung des Luftzutritts in den Karburierungsraum durchgeführt wird. Zweckmässig wird die karburierung in einem diskontnuierlich oder kontinuierlich arbeitenden Ofenaggregat mittels eines Tiegels durchgeführt, der bis über seinen Deckel hinaus in von den abziehenden Reaktionsgasen durchstrichenen Kohlegrieß, Koks oder Graphit körniger Beschaffenheit eingebettet ist.

Zur Durchführung des Verfahrens empfiehlt sich ein z.B. in einem Kohlerohr-Kurzschlussofen eingesetzter Doppeltiegel mit einem in Kohlegrieß, Koksgrieß, Graphitgrieß o.dgl. eingebetteten Doppeldeckel, der seitliche Öffnungen für den Austritt der Reaktionsgase hate Ein solcher Tiegel gestattet z?ra.r den Austritt der Reaktionsgase, verhindert jedoch das Eindringen von Sauerstoff in den Karburierungsraum, insbesondere beim Abkühlen des Tiegels. Der durch Kontraktion des Gasvdlumens angesaugte Sauerstoff, da ohne Schutzgas gearbeitet wird, gelangt nicht bis an die Tiegelfüllung und kann dort keine ReOxydation verursachen.

Man erhält mit dem beschriebenen Verfahren ein Titankarbid mit mindestens 19 f° gebundenem Kohlenstoff bei höchstens 0,4 i° freiem Kohlenstoff in Form von Graphit.

Die bekannten Wege, die zur Entstehung von 'Schwermetallkarbiden führen, sind erheblich zeitraubender, liegen im Energieverbrauch höher und erfordern -durch Vorbereitung des zu sinternden Grobgutes kostspielige Massnahmen wie Pressen, Vorsintern, erneute Vermahlung und Nachsinterung des so geschaffenen Endproduktes, das noch keinesfalls frei von .Graphit und ocydischen Einschlüssen ist. Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet es dagegen, in einem Arbeitsgang ein relativ reines Carbid zu erhalten, ohne Pressen des Rohmaterials und ohne Schutzgas.

Ausführungsbeispiele; /^»^J

1)100 Gewicht steile Titan^bas^C^TiOp) und 81 Gewicht steile körnige Holzkohle (= 45 Gewichtsteile Kohlenstoff (C) in Form von Holzkohle) mit einer Korngrösse' von 0,2 bis 0,6 mm werden gründlich gemischt. Die Masse wird, in einen Tiegel eingebracht und fest eingedrückt. Der Tiegel wird geschlossen und in einen Kohlerohr-Kur^chlussofen oder in einen Hochfrequenzofen nach vorheriger Aufheizung auf 2500 C eingesetzt. Diese -Tempe-ratür muss unbedingt gehalten werden. Es entwickelt sich Kohlenoxyd (CO), das aus dem Ofen austritt und zu COp verbrennt» Nach Erlöschen der COp-Flamme ist die Reaktion beendet. Man kann auch inne-rhalb des Ofens eine Kühlzone vorsehen, um Oxydation zu vermeiden. Es ergibt sich die. stöchiometrische Menge

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an Titankarbid mit mindestens 19$ gebundenem Kohlenstoff und höchstens 0,4 $ Graphit.

Die Karburierungszeit ist verhältnismässig kurz und beträgt bei einem Einsatz von 100 g TiOp + 45 g G etwa 15 min. Die Reaktion verlauft über die Gasphase (im Entstehungszustand Kohlenwasserstoff) nach der Gleichung

TiO₂ + 3C = TiC + 2 GO,

Der Temperaturbereich von 1200° bis 1600° C sollte schnell durchfahren werden, da die infrage kommenden Metalle ζ,B₈ Ti₅ Ta₅ W, V, Zr hier leicht Nitrid bilden, wenn der Luftzutritt nicht sorgfältig ausgeschlossen ist. Man erreicht dies durch vorherige Aufheizung des Ofens.

2) 100 g entwässerte Borsäure bzw. Borglas (B₂O,) und 84 g Kohlenstoff (C) bzw. entsprechend mehr Holzkohle in körniger Form werden wie vor behandelt. Man erhält nach der Gleichung

2 B₂O₃ + 7 C = B₄C + 6 CO. die stöchiometrische Menge Bonfabid (B.C).

Wichtig ist die Korngrösse der Holzkohle zwischen 0,2 bis 0,6 mm, da diese Holzkohle höchste Reaktionsfähigkeit hat. Man kann auch Zuckerkohle oder Tierkohle verwenden, wenn diese körnig ist; Ruß eignet sich wegen zu geringer Reaktionsfähigkeit dagegen nicht. Aschearme Hohlzkohle von Nadelholz verdient den Vorzug. Die Temperatur soll mindestens 2400° C betragen; normal ist 2600°. Die Karburierungszeit hängt ab vom Reaktionsverlauf, vor allem vom Einsatz und von der Ofengrösse bzw. Ofenleistung z.B. 100 kW ausreichend für eine Ausbeute von 1 kg/h im kontinuierlichen Verfahren.

In der Zeichnung ist ein schematische^Ausführungsbeispiel der benutzten Einrichtung dargestellt.

Ein Kohlerohr-Kurz Schlussofen 1, an dessen Stelle auch ein Hochfrequenzofen treten kann_r enthält ein (Karburierungsraum 2 zum Einsatz eines Tiegels mit dem Metalloxyd und der Holzkohle.

Der ifarburierungsraum ist mit einem Deckel 3 verschlossen, der mit Durchtrittsoffnungen 4 für den Austritt der Reaktionsga*se versehen ist. Der Deckel 3 ist als Doppeldeckel ausgebildet und weist über den Durchtrittsoffnungen 4 eine Haube 5 auf, die oben dicht ist und lediglich 'seitliche Durchtrittsoffnungen 6 besitzt, durch die die bei 4 austretenden Rea--ktionsgase entweichen können. Über dem Doppeldeckel 4 bzw«, 5 befindet sich ein Raum 7, der zur Aufnahme von Kohlegrieß, Koksgrieß, körnigem Graphit Oodglo bestimmt ist. Der Raum 7 ist durch einen Deckel 8 abgeschlossen, der ebenfalls mit Durchtrittsoffnungen versehen ist» Die im ifarburierungsraum befindliche Charge wird durch die Kohlegrießfüllung gegen angesaugten Sauerstoff geschützt, die_s obwohl ein Schutzgas nicht vorhanden ist, die Tiegelfüllung nicht erreicht, sondern vorher als Kohlenoxyd verbrennt.

Patentansprüche;

Claims

Patentansprüche :

1) Verfahren zur Herstellung der Carbide von f'ir Hartmetalllegierungen verwendbaren Metallen, insbesondere des Titans, und von Borgabid durch Sintern ihrer Oxyde mittels Kohle, dadurch gekennzeichnet, dass die Karburierung mitt-els Holzkohle von 0,2 bis 0,6 mm Korngrösse bei einer Temperatur von mindestens 24OO°C unter Verhinderung des Lufteintritts in den Karburierungsraum durchgeführt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Karburierung in einem Tiegel durchgeführt wird, der bis über seinen Deckel hinaus in von den abziehenden Eeaktionsgasen durchstrichenen Kohle- oder Koksgrieß bzw» Graphit in körniger Form eingebettet ist,

3) Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Tiegel, gegebenenfalls einen Doppeltiegel, mit einem in Kohle- oder Koksgrieß bzw. Graphit in körniger Form eingebetteten Doppeldeckel , der mit seitlichen Öffnungen für den Austritt der Reaktionsgase versehen ist.