EP1044178A1 - Surface coated non-oxidic ceramics - Google Patents

Surface coated non-oxidic ceramics

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EP1044178A1
EP1044178A1 EP98966404A EP98966404A EP1044178A1 EP 1044178 A1 EP1044178 A1 EP 1044178A1 EP 98966404 A EP98966404 A EP 98966404A EP 98966404 A EP98966404 A EP 98966404A EP 1044178 A1 EP1044178 A1 EP 1044178A1
Authority
EP
European Patent Office
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ceramic
oxide
ceramics
group
water
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98966404A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Juan Gonzalez-Blanco
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HC Starck GmbH
Original Assignee
HC Starck GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to non-oxide ceramics, the surface of which is coated with at least one ⁇ -amino acid, a process for their production and their use for the production of ceramic sintered bodies and layers.
  • Preferred non-oxide ceramics are TiN, ZrN, TiC or SiC, in particular TiN or TiC.
  • Aromatic ⁇ -amino acids such as tyrosine, in particular L-tyrosine and heterocyclic ⁇ -amino acids are also advantageous.
  • the average primary particle size of the non-oxide ceramic used in the method according to the invention can be determined with the aid of electron microscopic images. It is preferably 0.1 to 50 nm, in particular 0.5 to 30 nm.
  • the primary particles of the non-oxide ceramics preferably have a spherical structure. They can also be in the form of their agglomerates or aggregates, these having an average particle size of less than 500 nm, preferably less than 150 nm.
  • the non-oxide ceramics used can have extremely low oxygen contents of less than 10% by weight, based on the solid, preferably ⁇ 1%, particularly preferably ⁇ 0.1%.
  • non-oxide ceramics are used particularly preferably in the inventive process which have a content of NH 4 -O ⁇ ® groups from 50 to 1000, preferably from 50 to 500, in particular 100 to 500 .mu.eq / g of non-oxide ceramics.
  • the -O ⁇ NH4® groups can be produced, for example, by reacting -OH groups on the ceramic surface with aqueous ammonia.
  • the - OH groups in turn can be obtained, for example, by oxidation or passivation with oxygen-containing gases of the ceramic particles produced by the CVR process. This creates a monomolecular oxide layer on the
  • the invention therefore further relates to a process for the production of -O ⁇ NH ®- group-containing ceramics, which is characterized in that at least one non-oxide ceramic from BN and from the group of carbides, nitrides, borides and silicides of the elements Ti, Zr, Hf , Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge and Sn with an average primary particle size of 0.1 to 50 nm, with an aqueous NH 3 solution at a temperature of 20 to 150 ° C, optionally under pressure , treated.
  • the ceramics used for this treatment are preferably after
  • the NH 3 treatment is preferably carried out in a 5-50% by weight aqueous NH 3 solution. It is particularly preferably carried out at a temperature of 40-120 ° C.
  • the treated ceramic is filtered off, optionally washed with water and then dried.
  • Water can be removed.
  • this is possible with the following equipment: fluidized bed dryer, paddle dryer, spray dryer, drying cabinet and vacuum dryer.
  • Normal pressure It is particularly preferred to work under reflux. At higher temperatures, the process can also be carried out with the application of an external pressure, in particular 2 to 10 bar.
  • the process according to the invention is particularly preferred in water or aqueous
  • the ceramic to be used can also be wet-ground together with at least part of the ⁇ -amino acid, for example on a 2-roller grinding device.
  • the ceramic to be used is in powder form or in the form of the water-moist press cake together with a portion of the ⁇ -amino acid and water, preferably deionized water, to form a homogeneous grinding suspension, for example by means of an agitator bucket, dissolver and similar units, if appropriate after a pre-comminution and homogenized).
  • the grinding suspension can also contain fractions of low-boiling solvents (boiling point ⁇ 150 ° C.), which can be removed by evaporation in the course of a subsequent fine grinding. However, it can also contain proportions of higher-boiling solvents or other additives, for example grinding aids, defoamers or wetting agents.
  • the wet comminution of the ceramics to be used includes both the pre-comminution and the fine grinding.
  • the suspension concentration is preferably above the desired concentration of the finished preparation.
  • the desired final solids concentration is preferably set after the wet comminution.
  • grinding is carried out to the desired particle size distribution. Units such as e.g. Kneaders, roller mills, kneading screws, ball mills, rotor-stator mills, dissolvers, corundum disc mills, vibrating mills and in particular high-speed, continuously or discontinuously charged agitator ball mills with grinding media with a diameter of 0.1 to 2 mm in question.
  • the grinding media can be made of glass, ceramic or metal, e.g. Be steel.
  • the grinding temperature is preferably in the range from 20 to 150 ° C., but generally at room temperature, if appropriate below the cloud point of the optionally additionally used surface-active compounds as dispersing agents (grinding aids).
  • the ⁇ -amino acid is preferably used in an amount of 0.1 to 20% by weight, based on the amount of ceramic used.
  • Amount from 1 to 10% by weight.
  • Any excess ⁇ -amino acid can, for example, be separated from the surface-coated ceramic by filtration using the process according to the invention. Excess ⁇ -amino acid can also be separated off, for example, by centrifuging the suspension and then decanting off the supernatant. Membrane or micro filtration processes are also suitable.
  • the ceramic according to the invention is preferably used in the form of its aqueous or solvent-containing suspension, for example for the production of ceramic composite materials from non-oxidic and / or oxidic components.
  • the suspensions can also be used to manufacture metallic composite materials.
  • the invention therefore furthermore relates to suspensions containing the surface-coated ceramic and water and / or an organic solvent according to the invention.
  • the suspensions according to the invention preferably contain 5 to 50% by weight, in particular 10 to 35% by weight, based on the suspension, of the ⁇ -
  • aqueous suspensions according to the invention can also be used to produce layers, for example by dipping or knife coating.
  • the layers produced in this way can, for example, protect the wear of metals, ceramics,
  • the solvent-containing suspensions are preferably used for pigmenting plastics.
  • the suspensions containing organic solvents are preferably prepared by adding the organic solvent to the aqueous suspensions and removing the water by suitable methods, for example by distillation.
  • the invention further relates to a process for the production of ceramic sintered bodies, which is characterized in that the suspensions according to the invention, if appropriate together with other ceramic powders or suspensions, are processed before or after removal of the dispersing medium from water and / or solvent to give green bodies or layers and then sinters.
  • further ceramics include, for example, those with particle sizes of up to several ⁇ m.
  • Al 2 O, TiC, SiC and Si 3 N4 are to be mentioned as ceramics. These ceramic blends are ideal for the production of ceramic sintered bodies or layers.
  • Green bodies or sintered bodies or layers can be processed in various ways.
  • extrusion masses can be produced, which can be sintered into finished moldings after extrusion.
  • 20 to 80, in particular 30 to 70 and particularly preferably 40 to 60 parts by weight of the ceramic powder according to the invention (either as such or in the form of a suspension as described above, for example) are usually used per 100 parts by weight of extrusion compositions.
  • sion, 10 to 70, in particular 20 to 60 and particularly preferably 30 to 50 parts by weight of dispersing medium and 0.5 to 20, in particular 2 to 15, particularly preferably 5 to 10 parts by weight of additives which consist of binders, plasticizers and Mixtures of these are used.
  • the binders and plasticizers mentioned are preferably made from modified celluloses (e.g. methyl cellulose, ethyl cellulose, propyl cellulose and carboxy-modified cellulose), polyalkylene glycols (in particular polyethylene glycol and polypropylene glycol, preferably with an average molecular weight of 400 to 50,000), dialkyl phthalates (e.g. dimethyl phthalate,
  • binders and plasticizers are required in order to ensure an extrudable mass and sufficient dimensional stability after shaping.
  • part of the dispersion medium can be removed (preferably under reduced pressure) until the extrusion masses have the desired solids content.
  • Preferred solids contents of the extrusion mass are at least 30 and in particular at least 40% by volume.
  • shaping processes are electrophoresis, slip casting, slip die casting and filter pressing as well as combinations of electrophoresis and slip casting, slip die casting or filter presses; furthermore injection molding, fiber spinning, gel casting and centrifuging. With these shaping processes, compact shaped bodies with high green densities are obtained. It is also possible to use the suspensions for coating purposes. Suitable
  • Coating processes are, for example, dipping, spin-coating, knife coating, brushing and the Electrophoresis.
  • Metals, ceramics, hard metals, glass and cermets are suitable as substrates.
  • the ceramic sintered bodies or layers obtained are characterized by a nanoscale structure with a grain size below 100 nm, a density> 95% of theory and high hardness.
  • the ceramic sintered moldings according to the invention find e.g. Application as
  • Al 2 O 3 , TiC, SiC and Si 3 N 4 are particularly suitable as the matrix phase.
  • Microporous layers for filtration purposes e.g. Micro ultra nano filtration and reverse osmosis.
  • Round filter made of cellulose acetate / cellulose nitrate with a pore size of 0.45 ⁇ m is suctioned off with a glass frit and washed with deionized water. The filter cake was then dried in a drying cabinet at 70 ° C. for 10 hours.
  • the Cl content on the particle surface of the pretreated TiN could be reduced from 2.9 to 0.8 atom%.
  • the analysis was carried out by ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis), using the XPS (x-ray photoelectron spectroscopy) method.

Abstract

Non-oxidic ceramics made of BN or the group of carbides, nitrides, borides and silicides of elements Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge and Sn with an average particle size of 0.1- 50 nm whose surface is coated with at least one alpha amino acid.

Description

Oberflächenbelegte, nichtoxidische KeramikenSurface-coated, non-oxide ceramics
Die Erfindung betrifft nichtoxidische Keramiken, deren Oberfläche mit wenigstens einer α-Aminosäure belegt ist, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung zur Herstellung von Keramiksinterkörpern und -schichten.The invention relates to non-oxide ceramics, the surface of which is coated with at least one α-amino acid, a process for their production and their use for the production of ceramic sintered bodies and layers.
Gemäß EP-A 650 945 sind bereits keramische Pulver beschrieben, die zur Herstellung von Keramiksinterkörpern und -schichten eingesetzt werden. Diese besitzen jedoch im Hinblick auf ihre verarbeitungstechnischen Eigenschaften wie beispielsweise der Redispergierbarkeit sowie den Produkteigenschaften daraus hergestellten Produkten noch einige Nachteile.According to EP-A 650 945, ceramic powders have already been described which are used for the production of ceramic sintered bodies and layers. However, these still have some disadvantages with regard to their processing properties, such as redispersibility and the product properties of products made therefrom.
Verwendet man beispielsweise Suspensionen dieser keramischen Pulver, so weisen diese einen hohen Agglomerationsgrad der Primärpartikel auf, was hohe Sintertemperaturen erforderlich macht um die Formkörper ausreichend zu verdichten.If, for example, suspensions of these ceramic powders are used, they have a high degree of agglomeration of the primary particles, which makes high sintering temperatures necessary in order to sufficiently compress the moldings.
Es wurden nun nichtoxidische Keramiken aus BN sowie aus der Gruppe der Carbide, Nitride, Boride und Silicide der Elemente Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge und Sn mit einer mittleren Primärteilchengröße von 0,1 bis 50 nm gefunden, derenNon-oxide ceramics made from BN and from the group of carbides, nitrides, borides and silicides of the elements Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge and Sn with an average primary particle size of 0 have now been found , 1 to 50 nm found, the
Oberfläche mit wenigstens einer α-Aminosäure belegt ist.Surface is covered with at least one α-amino acid.
Unter Oberflächenbelegung versteht man, daß die α-Aminosäuren an der Keramikoberfläche chemisch oder physikalisch gebunden sind.Surface coverage means that the α-amino acids are chemically or physically bound to the ceramic surface.
Als bevorzugte nichtoxidische Keramiken sind TiN, ZrN, TiC oder SiC, insbesondere TiN oder TiC zu nennen.Preferred non-oxide ceramics are TiN, ZrN, TiC or SiC, in particular TiN or TiC.
Bei den oberflächenbelegten, nichtoxidischen Keramiken handelt es sich vorzugs- weise um Pulver. Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter einer α-Aminosäure eine Verbindung verstanden, die eine Aminogruppe und eine Carbonsäuregruppe am selben C-Atom gebunden trägt - also ein Strukturelement der FormelThe surface-coated, non-oxide ceramics are preferably powders. In the context of this application, an α-amino acid is understood to mean a compound which carries an amino group and a carboxylic acid group bonded to the same C atom - that is to say a structural element of the formula
enthält.contains.
Die erfindungsgemäßen Keramiken sind in einer bevorzugten Ausführungsform mit aliphatischen α- Aminosäuren belegt. Besonders bevorzugt sind Arginin, Cystein,In a preferred embodiment, the ceramics according to the invention are coated with aliphatic α-amino acids. Arginine, cysteine,
Ornithin, Citrullin, Lysin, Asparaginsäure und Asparagin, zu nennen.Ornithine, citrulline, lysine, aspartic acid and asparagine.
Aber auch aromatische α-Aminosäuren wie beispielsweise Tyrosin, insbesondere L- Tyrosin sowie heterocyclische α-Aminosäuren sind vorteilhaft.Aromatic α-amino acids such as tyrosine, in particular L-tyrosine and heterocyclic α-amino acids are also advantageous.
Im allgemeinen werden die L-Formen dieser Aminosäuren eingesetzt.The L forms of these amino acids are generally used.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die erfindungsgemäßen Keramiken eine Primärteilchengröße von 0,5 bis 30 nm.In a preferred embodiment, the ceramics according to the invention have a primary particle size of 0.5 to 30 nm.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Keramiken, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine nichtoxidische Keramik aus BN sowie aus der Gruppe der Carbide, Nitride, Boride und Silicide der Elemente Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge und Sn mit einer mittleren Primär- teilchengröße von 0,1 bis 50 nm, in Wasser und/oder einem organischem Lösungsmittel bei einer Temperatur von 20 bis 150°C mit wenigstens einer α-Aminosäure behandelt und gegebenenfalls nach Filtration trocknet. Eingesetzte nichtoxidische KeramikThe invention further relates to a process for producing the ceramics according to the invention, which is characterized in that a non-oxide ceramic made of BN and from the group of carbides, nitrides, borides and silicides of the elements Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge and Sn treated with an average primary particle size of 0.1 to 50 nm, in water and / or an organic solvent at a temperature of 20 to 150 ° C. with at least one α-amino acid and optionally after filtration dries. Non-oxide ceramics used
Die mittlere Primärteilchengröße der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten nichtoxidischen Keramik kann mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Aufnahmen bestimmt werden. Vorzugsweise beträgt sie 0,1 bis 50 nm, insbesondere 0,5 bis 30 nm. Die Primärteilchen der nichtoxidischen Keramiken besitzen vorzugsweise eine sphärische Struktur. Sie können auch in Form ihrer Agglomerate bzw. Aggregate vorliegen, wobei diese eine mittlere Teilchengröße von weniger als 500 nm, bevorzugt weniger als 150 nm besitzen.The average primary particle size of the non-oxide ceramic used in the method according to the invention can be determined with the aid of electron microscopic images. It is preferably 0.1 to 50 nm, in particular 0.5 to 30 nm. The primary particles of the non-oxide ceramics preferably have a spherical structure. They can also be in the form of their agglomerates or aggregates, these having an average particle size of less than 500 nm, preferably less than 150 nm.
Die einzusetzenden nichtoxidischen Keramiken können kristallin oder amorph sein, vorzugsweise kristallin. Sie können beispielsweise nach dem in US-A-5 472 477 (= DE-A 4 214 719) beschriebenen Verfahren erhalten werden. Dabei wird bevorzugt das CVR-(chemical vapor reaction) Verfahren verwendet, womit sich Teilchen mit einer sehr engen Größenverteilung überkornfrei und mit hoher Reinheit herstellen lassen.The non-oxide ceramics to be used can be crystalline or amorphous, preferably crystalline. They can be obtained, for example, by the process described in US Pat. No. 5,472,477 (= DE-A 4 214 719). The CVR (chemical vapor reaction) process is preferably used, with which particles with a very narrow size distribution can be produced without oversize particles and with high purity.
Charakteristisch für die so hergestellten nichtoxidischen Keramiken, vorzugsweise in Form ihrer Pulver, ist das vollständige Fehlen von Einzelpartikeln (Primärpartikeln), die wesentlich größer als die Durchschnittspartikelgröße sind. So weisen die Pulver vorzugsweise weniger als 1 % Einzelpartikel auf, die mehr als 20 % von der mittleren Partikelgröße abweichen; Teilchen die mehr als 50 % abweichen, sind praktisch nicht vorhanden.Characteristic of the non-oxide ceramics produced in this way, preferably in the form of their powders, is the complete absence of individual particles (primary particles) which are significantly larger than the average particle size. For example, the powders preferably have less than 1% individual particles which deviate more than 20% from the mean particle size; Particles that deviate more than 50% are practically absent.
Die in das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten nichtoxidischen Keramiken können entweder in Form ihrer Primärpartikel, Agglomerate bzw. Aggregate von Primärpartikeln oder Mischungen der beiden vorliegen. Als Agglomerate bzw. Aggregate seien Teilchen verstanden, in denen mehrere Primärteilchen über van-der- Waals-Kräfte miteinander in Wechselwirkung stehen, oder in denen die Primärteil- chen durch Oberflächenreaktion oder „Versinterung" während des Herstellungsverfahrens miteinander verbunden sind.The non-oxide ceramics used in the process according to the invention can either be in the form of their primary particles, agglomerates or aggregates of primary particles or mixtures of the two. Agglomerates or aggregates are understood to be particles in which several primary particles interact with one another via van der Waals forces, or in which the primary part Chen are connected by surface reaction or "sintering" during the manufacturing process.
Die eingesetzten nichtoxidischen Keramiken können äußerst geringe Sauerstoffge- halte von weniger als 10 Gew.-%, bezogen auf den Feststoff, vorzugsweise <1 %, besonders bevorzugt <0,1 % aufweisen.The non-oxide ceramics used can have extremely low oxygen contents of less than 10% by weight, based on the solid, preferably <1%, particularly preferably <0.1%.
Charakteristisch weiterhin ist ihre hohe Reinheit und Oberflächenreinheit. Bedingt durch das Herstellungsverfahren können die einzusetzenden nichtoxidischen Kerami- ken sehr luftempfindlich oder sogar pyrophor sein. Um diese Eigenschaft zu beseitigen, können die nichtoxidischen Keramiken vor dem Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren in definierter Weise durch Beaufschlagung mit Gas/Dampfgemischen oberflächenmodifiziert bzw. oxidiert oder passiviert werden.Their high purity and surface purity are also characteristic. Due to the manufacturing process, the non-oxide ceramics to be used can be very sensitive to air or even pyrophoric. In order to eliminate this property, the non-oxidic ceramics can be surface-modified or oxidized or passivated in a defined manner by exposure to gas / steam mixtures before use in the method according to the invention.
Besonders bevorzugt werden in das erfindungsgemäße Verfahren solche nichtoxidischen Keramiken eingesetzt, die einen Gehalt an -OΘNH4®-Gruppen von 50 bis 1 000, vorzugsweise von 50 bis 500, insbesondere 100 bis 500 μeq/g nichtoxidischer Keramik aufweisen.Such non-oxide ceramics are used particularly preferably in the inventive process which have a content of NH 4 -O Θ ® groups from 50 to 1000, preferably from 50 to 500, in particular 100 to 500 .mu.eq / g of non-oxide ceramics.
Die Erfindung betrifft daher weiterhin nichtoxidische Keramiken aus BN sowie aus der Gruppe der Carbide, Nitride, Boride und Silicide der Elemente Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge und Sn mit einer mittleren Primärteilchengröße von 0,1 bis 50 nm, die einen Gehalt an -OΘNH4Φ-Gruppen von 50 bis 1 000 μeq/g nichtoxidischer Keramik aufweisen.The invention therefore further relates to non-oxide ceramics made from BN and from the group of carbides, nitrides, borides and silicides of the elements Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge and Sn with an average primary particle size from 0.1 to 50 nm, which have a content of -O Θ NH4 Φ groups of 50 to 1,000 μeq / g of non-oxide ceramic.
Die NH4®-Gruppen befinden sich vorzugsweise auf der Oberfläche der Keramiken.The NH4® groups are preferably located on the surface of the ceramics.
Die erfindungsgemäßen Keramiken, d.h. sowohl die -OΘNH θ-Gruppen-haltigen als auch die α-Aminosäure-haltigen, besitzen außerdem bevorzugt einen Cl-Gehalt von kleiner 1 Atom-%, bezogen auf alle Atome, die sich in einer 5 nm dicken Oberflächenschicht der Keramikteilchen befinden. Eine entsprechend dicke äußere Teilchenschicht kann beispielsweise mittels ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) untersucht werden, insbesondere nach dem XPS-Verfahren (X-ray photoelectron spectroscopy).The ceramics according to the invention, ie both the -O Θ NH θ group-containing and the α-amino acid-containing, also preferably have a Cl content of less than 1 atom%, based on all atoms that are in a 5 nm thick surface layer of the ceramic particles. A correspondingly thick outer particle layer can be examined, for example, by means of ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis), in particular according to the XPS method (X-ray photoelectron spectroscopy).
Die -OΘNH4®-Gruppen können beispielsweise durch Reaktion von -OH-Gruppen auf der Keramikoberfläche mit wäßrigem Ammoniak hergestellt werden. Wobei die - OH-Gruppen ihrerseits beispielsweise durch Oxidation bzw. Passivierung mit sauer- stoffhaltigen Gasen der nach dem CVR-Verfahren hergestellten Keramikteilchen erhalten werden können. Dadurch entsteht eine monomolekulare Oxidschicht auf derThe -O Θ NH4® groups can be produced, for example, by reacting -OH groups on the ceramic surface with aqueous ammonia. The - OH groups in turn can be obtained, for example, by oxidation or passivation with oxygen-containing gases of the ceramic particles produced by the CVR process. This creates a monomolecular oxide layer on the
Keramikoberfläche, welche Hydroxygruppen ausweist. Die Anzahl der -OH-Gruppen kann beispielsweise durch konduktometrische Titration ermittelt werden. Die Anzahl der OH-Gruppen liegt beispielsweise für ein nach dem CVR-Verfahren erhaltenes TiN-Teilchen bei etwa 300 μeq/g Keramik und entsprechend groß ist die -OΘNH4®- Menge nach der Ammoniak-Behandlung.Ceramic surface, which shows hydroxyl groups. The number of -OH groups can be determined, for example, by conductometric titration. For example, the number of OH groups for a TiN particle obtained by the CVR process is about 300 μeq / g ceramic and the -O Θ NH4® amount after the ammonia treatment is correspondingly large.
Die Erfindung betrifft daher weiterhin ein Verfahren zur Herstellung -OΘNH ®- gruppenhaltiger Keramiken, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man wenigstens eine nichtoxidische Keramik aus BN sowie aus der Gruppe der Carbide, Nitride, Boride und Silicide der Elemente Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge und Sn mit einer mittleren Primärteilchengröße von 0,1 bis 50 nm, mit einer wäßrigen NH3- Lösung bei einer Temperatur von 20 bis 150°C, gegebenenfalls unter Druck, behandelt.The invention therefore further relates to a process for the production of -O Θ NH ®- group-containing ceramics, which is characterized in that at least one non-oxide ceramic from BN and from the group of carbides, nitrides, borides and silicides of the elements Ti, Zr, Hf , Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge and Sn with an average primary particle size of 0.1 to 50 nm, with an aqueous NH 3 solution at a temperature of 20 to 150 ° C, optionally under pressure , treated.
Die für diese Behandlung eingesetzten Keramiken sind vorzugsweise nach demThe ceramics used for this treatment are preferably after
CVR-Verfahren, beispielsweise analog zu dem in US-A 5 472 477 beschriebenen Verfahren, erhalten worden.CVR processes, for example analogous to the process described in US Pat. No. 5,472,477, have been obtained.
Beim CVR-Verfahren werden gasförmige Edukte, beispielsweise TiCl und NH3 für die TiN-Herstellung, in einem Reaktor umgesetzt. Die Produkte entstehen unter vorzugsweise Ausschluß von Wandreaktionen. Besonders vorteilhaft ist die Verfahrens- durchführung in einem Rohrreaktor unter laminarer Durchströmung von Edukten und Produkten.In the CVR process, gaseous starting materials, for example TiCl and NH3 for the production of TiN, are reacted in a reactor. The products are produced with the exclusion of wall reactions. The process is particularly advantageous Carried out in a tubular reactor with laminar flow of educts and products.
Die Edukte werden dabei im allgemeinen in koaxialen Teilströmen in den Reaktor eingebracht. Zu deren Durchmischung ist bevorzugt ein Störkörper in die sonst streng laminare Strömung eingebaut; damit wird eine in Intensität und Aufweitung definierte Karmansche Wirbelstraße erzeugt, in der die Durchmischung stattfindet.The starting materials are generally introduced into the reactor in coaxial partial streams. To mix them, a disturbing body is preferably built into the otherwise strictly laminar flow; this creates a Karman vortex street, defined in terms of intensity and expansion, in which the mixing takes place.
Um die energetisch stark bevorzugte Abscheidung der Reaktionsteilnehmer an der Reaktorwand zu verhindern, wird bevorzugt das Reaktionsmedium durch eine Inertgasschicht abgeschirmt.In order to prevent the energetically highly preferred deposition of the reaction participants on the reactor wall, the reaction medium is preferably shielded by an inert gas layer.
Die NH3 -Behandlung erfolgt vorzugsweise in einer 5 - 50 gew.-%igen wäßrigen NH3-Lösung. Besonders bevorzugt erfolgt sie bei einer Temperatur von 40 - 120°C.The NH 3 treatment is preferably carried out in a 5-50% by weight aqueous NH 3 solution. It is particularly preferably carried out at a temperature of 40-120 ° C.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieser NH3 -Behandlung wird die behandelte Keramik abfiltriert, gegebenenfalls mit Wasser gewaschen und anschließend getrocknet.In a further preferred embodiment of this NH 3 treatment, the treated ceramic is filtered off, optionally washed with water and then dried.
Als Trocknungsverfahren kommen grundsätzllich alle solchen in Frage, mit denenAs a drying process, all those with which
Wasser entfernt werden kann. Beispielsweise ist dies mit nachfolgenden Apparaturen möglich: Wirbelbettrockner, Schaufeltrockner, Sprühtrockner, Trockenschrank sowie Vakuumtrockner.Water can be removed. For example, this is possible with the following equipment: fluidized bed dryer, paddle dryer, spray dryer, drying cabinet and vacuum dryer.
Die Erfindung betrifft daher auch die nach diesem NH3-Behandlungsverfahren erhältlichen nichtoxidischen Keramiken, vorzugsweise in Form ihrer Pulver.The invention therefore also relates to the non-oxide ceramics obtainable by this NH 3 treatment process, preferably in the form of their powders.
Sofern das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der α-Aminosäure belegtenIf the method according to the invention for the production of the α-amino acid is documented
Keramiken in einem organischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch erfolgt, sind als geeignete organische Lösungsmittel zu nennen: aliphatischeCeramics made in an organic solvent or solvent mixture should be mentioned as suitable organic solvents: aliphatic
C]-C4- Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Isopropanol, n-Propanol, n-Butanol, Iso- butanol oder tert.-Butanol, aliphatische Ketone, wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon oder Diacetonalkohol, Polyole, wie Ethylenglykol, Propy- lenglykol, Butylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Trimethylolpropan, Polyethylenglykol mit einem mittleren Molgewicht von 100 bis 4000, vorzugsweise 400 bis 1500 g/mol oder Glycerin, Monohydroxyether, vorzugsweise Monohydroxy- alkylether, besonders bevorzugt wie Efhylenglykol- monoalkyl-, -monoethyl-, -diethylenglykolmonomethylether oder Diethylenglykol- monoethylether. Diethylenglykolmonobutylether, Dipropylenglykolmonoethylether, Thiodiglykol, Tnethylenglykolmonomethylether oder -monoethylether, ferner 2-Pyrrolidon, N-Methyl-2-pyrrolidon, N-Ethyl-pyrrolidon, N-Vinyl-pyrrolidon, 1,3-C ] -C4 alcohols, such as methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol, n-butanol, iso- butanol or tert-butanol, aliphatic ketones, such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone or diacetone alcohol, polyols, such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, trimethylol propane, polyethylene glycol with an average molecular weight of 1500 to 1500 to preferably 400 to 1500 g / mol or glycerol, monohydroxy ether, preferably monohydroxy alkyl ether, particularly preferred such as ethylene glycol monoalkyl, monoethyl, diethylene glycol monomethyl ether or diethylene glycol monoethyl ether. Diethylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, thiodiglycol, methylene glycol monomethyl ether or monoethyl ether, furthermore 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-pyrrolidone, N-vinyl-pyrrolidone, 1,3-
Dimethyl-imidazolidon, Dimethylacetamid sowie Dimethylformamid. Es kommen auch Gemische der erwähnten Lösungsmittel in Betracht.Dimethyl-imidazolidone, dimethylacetamide and dimethylformamide. Mixtures of the solvents mentioned are also suitable.
Bevorzugt erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Temperatur von 60°C bis zum Siedepunkt des jeweils verwendeten Lösungsmittelsystems beiThe process according to the invention is preferably carried out at from 60 ° C. to the boiling point of the solvent system used in each case
Normaldruck. Besonders bevorzugt wird unter Rückfluß gearbeitet. Bei höheren Temperaturen kann das Verfahren auch unter Anlegen eines äußeren Druckes durchgeführt werden, insbesondere 2 bis 10 bar.Normal pressure. It is particularly preferred to work under reflux. At higher temperatures, the process can also be carried out with the application of an external pressure, in particular 2 to 10 bar.
Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren in Wasser oder wäßrigenThe process according to the invention is particularly preferred in water or aqueous
Lösungsmittelgemischen durchgeführt.Solvent mixtures carried out.
Vor oder während des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch eine Naßmahlung der einzusetzenden Keramik zusammen mit wenigstens einem Teil der α- Aminosäure, beispielweise an einer 2-Walzenmahlvorrichtung, erfolgen. Dabei wird im allgemeinen die einzusetzende Keramik in Pulverform oder in Form des wasserfeuchten Preßkuchens zusammen mit einem Teil der α-Aminosäure und Wasser, vorzugsweise deionisiertem Wasser, zu einer homogenen Mahlsuspension beispielsweise mittels Rührwerksbütte, Dissolver und ähnlichen Aggregaten gegebenenfalls nach einer Vorzerkleinerung angeschlagen (d.h. eingebracht und homogenisiert). Die Mahlsuspension kann außerdem Anteile niedrigsiedender Lösungsmittel (Siedepunkt <150°C) enthalten, die im Verlauf einer sich gegebenenfalls anschließenden Feinmahlung durch Verdampfung ausgetragen werden können. Sie kann aber auch Anteile höhersiedender Lösungsmittel oder weiterer Zusätze, z.B. Mahlhilfs-, Ent- schäumungs- oder Benetzungsmittel, enthalten.Before or during the process according to the invention, the ceramic to be used can also be wet-ground together with at least part of the α-amino acid, for example on a 2-roller grinding device. In general, the ceramic to be used is in powder form or in the form of the water-moist press cake together with a portion of the α-amino acid and water, preferably deionized water, to form a homogeneous grinding suspension, for example by means of an agitator bucket, dissolver and similar units, if appropriate after a pre-comminution and homogenized). The grinding suspension can also contain fractions of low-boiling solvents (boiling point <150 ° C.), which can be removed by evaporation in the course of a subsequent fine grinding. However, it can also contain proportions of higher-boiling solvents or other additives, for example grinding aids, defoamers or wetting agents.
Die Naßzerkleinerung der einzusetzenden Keramiken umfaßt sowohl die Vorzerkleinerung als auch die Feinmahlung. Vorzugsweise liegt die Suspensionskonzentration dabei oberhalb der gewünschten Konzentration der fertigen Präparation. Die gewünschte Feststoff-Endkonzentration wird vorzugsweise im Anschluß an die Naßzerkleinerung eingestellt. Im Anschluß an die Vorzerkleinerung erfolgt eine Mahlung auf die gewünschte Partikelfeinverteilung. Für diese Mahlung kommen Aggregate wie z.B. Kneter, Walzenstühle, Knetschnecken, Kugelmühlen, Rotor-Stator-Mühlen, Dissolver, Korundscheibenmühlen, Schwingmühlen und insbesondere schnellaufende, kontinuierlich oder diskontinuierlich beschickte Rührwerkskugelmühlen mit Mahlkörpern mit einem Durchmesser von 0,1 bis 2 mm in Frage. Die Mahlkörper können dabei aus Glas, Keramik oder Metall, z.B. Stahl sein. Die Mahltemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 20 bis 150°C, in der Regel jedoch bei Raumtem- peratur, gegebenenfalls unterhalb des Trübungspunktes der gegebenenfalls zusätzlich eingesetzten grenzflächenaktiven Verbindungen als Dispergiermittel (Mahlhilfsmittel).The wet comminution of the ceramics to be used includes both the pre-comminution and the fine grinding. The suspension concentration is preferably above the desired concentration of the finished preparation. The desired final solids concentration is preferably set after the wet comminution. Following the pre-comminution, grinding is carried out to the desired particle size distribution. Units such as e.g. Kneaders, roller mills, kneading screws, ball mills, rotor-stator mills, dissolvers, corundum disc mills, vibrating mills and in particular high-speed, continuously or discontinuously charged agitator ball mills with grinding media with a diameter of 0.1 to 2 mm in question. The grinding media can be made of glass, ceramic or metal, e.g. Be steel. The grinding temperature is preferably in the range from 20 to 150 ° C., but generally at room temperature, if appropriate below the cloud point of the optionally additionally used surface-active compounds as dispersing agents (grinding aids).
Die α-Aminosäure wird vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, bezo- gen auf die eingesetzte Menge an Keramik verwendet. Besonders bevorzugt ist eineThe α-amino acid is preferably used in an amount of 0.1 to 20% by weight, based on the amount of ceramic used. One is particularly preferred
Menge von 1 bis 10 Gew.-%.Amount from 1 to 10% by weight.
Gegebenenfalls überschüssige α-Aminosäure kann beispielsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Filtration von der oberflächenbelegten Keramik abgetrennt werden. Überschüssige α-Aminosäure kann weiterhin beispielsweise durch Zentrifugation der Suspension und anschließendes Abdekantieren des Überstandes abgetrennt werden. Ebenso kommen Membran- oder Micro filtrationsverfahren in Betracht.Any excess α-amino acid can, for example, be separated from the surface-coated ceramic by filtration using the process according to the invention. Excess α-amino acid can also be separated off, for example, by centrifuging the suspension and then decanting off the supernatant. Membrane or micro filtration processes are also suitable.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen noch feuchten, d.h. wasser- oder lösungsmittelfeuchten oberflächenbelegten Keramiken werden anschließend getrocknet. Bevorzugt verwendet man dabei Trocknungstemperaturen von 20 bis 150°C, insbesondere 50 - 120°C, wobei auch das Anlegen von Vakuum von Vorteil sein kann.The still moist, i.e. water- or solvent-moist surface-covered ceramics are then dried. Drying temperatures of 20 to 150 ° C., in particular 50-120 ° C., are preferably used, although the application of a vacuum can also be advantageous.
Die Trocknung erfolgt im allgemeinen unter Verwendung der üblichen Trocknungsapparaturen wie Schaufeltrockner, Trockenschränke, Sprühtrockner, Wirbelbettrockner usw. Der Restwassergehalt nach dem Trocknen beträgt vorzugsweise weniger als 2 Gew.-%, bezogen auf die Keramik.Drying is generally carried out using the usual drying apparatus such as paddle dryers, drying cupboards, spray dryers, fluidized bed dryers etc. The residual water content after drying is preferably less than 2% by weight, based on the ceramic.
Die so erhaltene erfindungsgemäße oberflächenbelegte Keramik liegt vorzugsweise als Pulver vor.The surface-coated ceramic according to the invention thus obtained is preferably in the form of a powder.
Die erfindungsgemäße Keramik wird vorzugsweise in Form ihrer wäßrigen oder lösungsmittelhaltigen Suspension, beispielsweise für die Herstellung von keramischen Kompositwerkstoffen aus nichtoxidischen und/oder oxidischen Komponenten eingesetzt. Auch zur Herstellung von metallischen Kompositwerkstoffen können die Suspensionen verwendet werden.The ceramic according to the invention is preferably used in the form of its aqueous or solvent-containing suspension, for example for the production of ceramic composite materials from non-oxidic and / or oxidic components. The suspensions can also be used to manufacture metallic composite materials.
Die Erfindung betrifft daher weiterhin Suspensionen, enthaltend die erfindungsgemäße, oberflächenbelegte Keramik und Wasser und/oder ein organisches Lösungsmittel.The invention therefore furthermore relates to suspensions containing the surface-coated ceramic and water and / or an organic solvent according to the invention.
Die erfindungsgemäßen Suspensionen enthalten vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, ins- besondere 10 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Suspension, der erfindungsgemäßen α-The suspensions according to the invention preferably contain 5 to 50% by weight, in particular 10 to 35% by weight, based on the suspension, of the α-
Aminosäure belegten Keramik, 50 bis 95, insbesondere 65 bis 90 Gew.-%, bezogen auf die Suspension, Wasser und/oder organisches Lösungsmittel sowie gegebenenfalls weitere Zusätze.Amino acid-coated ceramics, 50 to 95, in particular 65 to 90 wt .-%, based on the suspension, water and / or organic solvent and optionally other additives.
Als weitere Zusätze kommen beispielsweise kationische, anionische, amphotere und/oder nichtionische Dispergiermittel in Frage, beispielsweise solche, die im Verzeichnis „Surfactants Europa, A Directory of Surface Active Agents avanlable in Europe (Edited by Gordon Hollis, Royal Society of Chemistry, Cambridge (1995) aufgeführt werden sowie pH-Regler wie NaOH, Ammoniak, Aminomethylpropanol und N,N-Dimethylaminoethanol.Further additives include, for example, cationic, anionic, amphoteric and / or nonionic dispersants, for example those which are listed in the “Surfactants Europe, A Directory of Surface Active Agents avanable in Europe (Edited by Gordon Hollis, Royal Society of Chemistry, Cambridge ( 1995) and pH regulators such as NaOH, ammonia, aminomethylpropanol and N, N-dimethylaminoethanol.
Besonders bevorzugt sind wäßrige Suspensionen der erfindungsgemäßen Keramiken, vorzugsweise solche mit einem pH- Wert von 7 - 10, insbesondere 8 - 9. Diese wäßrigen Suspensionen eignen sich insbesondere zur Herstellung von Grünkörpern, vorzugsweise nach dem Schlickergußverfahren sowie von Schichten. Diese Grünkörper können anschließend zu Kompositwerkstoffen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften gesintert werden.Aqueous suspensions of the ceramics according to the invention are particularly preferred, preferably those with a pH of 7-10, in particular 8-9. These aqueous suspensions are particularly suitable for the production of green bodies, preferably by the slip casting process and layers. These green bodies can then be sintered into composite materials with improved mechanical properties.
Mit den erfindungsgemäßen wäßrigen Suspensionen können auch Schichten, beispielsweise durch Tauchen oder Rakeln hergestellt werden. Die so hergestellten Schichten können beispielsweise den Verschleißschutz von Metallen, Keramiken,The aqueous suspensions according to the invention can also be used to produce layers, for example by dipping or knife coating. The layers produced in this way can, for example, protect the wear of metals, ceramics,
Schneid-, Bohr- und Fräßwerkstoffen verbessern. Weiterhin sind dadurch verbesserte Korrosionsschichten erreichbar.Improve cutting, drilling and milling materials. Furthermore, improved corrosion layers can be achieved as a result.
Die lösemittelhaltigen Suspensionen werden vorzugsweise zum Pigmentieren von Kunststoffen eingesetzt.The solvent-containing suspensions are preferably used for pigmenting plastics.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Suspensionen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die erfindungsgemäße, mit α-Aminosäure oberflächenbelegte Keramik, vorzugsweise in Form ihres Pulvers, in Wasser und/oder einem oder mehreren organischen Lösungsmittel suspendiert. In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens erfolgt das Dispergieren in Wasser, vorzugsweise bei einem pH- Wert von 7 - 10, insbesondere in Gegenwart von NH3. Bevorzugt erfolgt die Dispergierung unter Verwendung der üblichen Apparatu- ren wie beispielsweise Rotor-Stator-Mischer, Ultraschallgeräten, Strahldispergatoren oder Hochdruckhomogenisatoren.The invention further relates to a process for the preparation of the suspensions according to the invention, which is characterized in that the ceramic according to the invention, coated with α-amino acid, preferably in the form of its powder, is suspended in water and / or one or more organic solvents. In a preferred embodiment of this process, the dispersion is carried out in water, preferably at a pH of 7-10, in particular in the presence of NH 3 . The dispersion is preferably carried out using the customary apparatuses, such as, for example, rotor-stator mixers, ultrasound devices, jet dispersers or high-pressure homogenizers.
Die organischen Lösungsmittel enthaltenden Suspensionen werden vorzugsweise so hergestellt, daß den wäßrigen Suspensionen das organische Lösungsmittel zugegeben wird und das Wasser durch geeignete Verfahren beispielsweise durch Destillation entfernt wird.The suspensions containing organic solvents are preferably prepared by adding the organic solvent to the aqueous suspensions and removing the water by suitable methods, for example by distillation.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Keramiksinterkörpern, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die erfmdungsgemäßen Suspen- sionen gegebenenfalls zusammen mit anderen Keramikpulvern oder -Suspensionen vor oder nach Entfernen des Dispergiermediums also von Wasser und/oder Lösungsmittel zu Grünkörpern oder Schichten, verarbeitet und anschließend sintert.The invention further relates to a process for the production of ceramic sintered bodies, which is characterized in that the suspensions according to the invention, if appropriate together with other ceramic powders or suspensions, are processed before or after removal of the dispersing medium from water and / or solvent to give green bodies or layers and then sinters.
Als weitere Keramiken kommen in diesem Zusammenhang beispielsweise solche mit Teilchengrößen von bis zu mehreren μm in Frage. Als Keramiken sind dabei insbesondere Al2O , TiC, SiC sowie Si3N4 zu nennen. Diese Keramikblends eignen sich hervorragend zur Herstellung von Keramiksinterkörpern oder -schichten.In this context, further ceramics include, for example, those with particle sizes of up to several μm. Al 2 O, TiC, SiC and Si 3 N4 are to be mentioned as ceramics. These ceramic blends are ideal for the production of ceramic sintered bodies or layers.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Keramiksuspensionen bzw. die trockenen oberflächenbelegten Keramikpulver können zwecks Herstellung vonThe ceramic suspensions obtained by the process according to the invention or the dry surface-coated ceramic powders can be used for the production of
Grünkörpern bzw. Sinterkörpern oder -schichten auf verschiedene Weise weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann man Extrusionsmassen herstellen, die nach der Extrusion zu fertigen Formkörpern gesintert werden können. Hierbei werden gewöhnlich pro 100 Gew.-Teile Extrusionsmassen 20 bis 80, insbesondere 30 bis 70 und besonders bevorzugt 40 bis 60 Gew.-Teile des erfindungsgemäßen Keramikpulvers (entweder als solches oder in Form einer z.B. wie oben beschriebenen Suspen- sion, 10 bis 70, insbesondere 20 bis 60 und besonders bevorzugt 30 bis 50 Gew.- Teile Dispergiermedium und 0,5 bis 20, insbesondere 2 bis 15, besonders bevorzugt 5 bis 10 Gew.-Teile Additive, die aus Bindemitteln, Plastifiziermitteln und Mischungen davon ausgewählt werden, eingesetzt.Green bodies or sintered bodies or layers can be processed in various ways. For example, extrusion masses can be produced, which can be sintered into finished moldings after extrusion. 20 to 80, in particular 30 to 70 and particularly preferably 40 to 60 parts by weight of the ceramic powder according to the invention (either as such or in the form of a suspension as described above, for example) are usually used per 100 parts by weight of extrusion compositions. sion, 10 to 70, in particular 20 to 60 and particularly preferably 30 to 50 parts by weight of dispersing medium and 0.5 to 20, in particular 2 to 15, particularly preferably 5 to 10 parts by weight of additives which consist of binders, plasticizers and Mixtures of these are used.
Die erwähnten Bindemittel und Plastifiziermittel werden vorzugsweise aus modifizierten Cellulosen (z.B. Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose und Carboxy-modifizierte Cellulose), Polyalkylenglykolen (insbesondere Polyethy- lenglykol und Polypropylenglykol, vorzugsweise mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 400 bis 50 000), Dialkylphthalaten (z.B. Dimethylphthalat,The binders and plasticizers mentioned are preferably made from modified celluloses (e.g. methyl cellulose, ethyl cellulose, propyl cellulose and carboxy-modified cellulose), polyalkylene glycols (in particular polyethylene glycol and polypropylene glycol, preferably with an average molecular weight of 400 to 50,000), dialkyl phthalates (e.g. dimethyl phthalate,
Diethylphthalat, Dipropylphthalat und Dibutylphthalat) und Mischungen dieser Substanzen ausgewählt. Selbstverständlich können auch andere Binde- und Plastifiziermittel eingesetzt werden, wie z.B. Polyvinylalkohol etc.Diethyl phthalate, dipropyl phthalate and dibutyl phthalate) and mixtures of these substances are selected. Of course, other binders and plasticizers can also be used, e.g. Polyvinyl alcohol etc.
Die obigen Bindemittel und Plastifiziermittel werden benötigt, um eine extrusions- fähige Masse und eine ausreichende Formstabilität nach der Formgebung zu gewährleisten.The above binders and plasticizers are required in order to ensure an extrudable mass and sufficient dimensional stability after shaping.
Nach gründlicher Durchmischung der obigen Komponenten (z.B. in einer herkömm- liehen Mischvorrichtung) kann ein Teil des Dispergiermediums (vorzugsweise unter reduziertem Druck) wieder entfernt werden, bis die Extrusionsmassen den gewünschten Feststoffgehalt aufweisen. Bevorzugte Feststoffgehalte der Extrusions- masse liegen bei mindestens 30 und insbesondere mindestens 40 Vol.-%.After thorough mixing of the above components (e.g. in a conventional mixing device), part of the dispersion medium can be removed (preferably under reduced pressure) until the extrusion masses have the desired solids content. Preferred solids contents of the extrusion mass are at least 30 and in particular at least 40% by volume.
Andere bevorzugte Formgebungsverfahren sind die Elektrophorese, der Schlickerguß, der Schlickerdruckguß und das Filterpressen sowie Kombinationen von Elektrophorese und Schlickerguß, Schlickerdruckguß oder Filterpressen; ferner das Spritzgießen, Faserspinnen, Gel-Casting und Zentrifugieren. Mit diesen Formgebungsverfahren werden kompakte Formkörper mit hohen Gründichten erhalten. Ebenso ist es möglich, die Suspensionen für Beschichtungszwecke einzusetzen. GeeigneteOther preferred shaping processes are electrophoresis, slip casting, slip die casting and filter pressing as well as combinations of electrophoresis and slip casting, slip die casting or filter presses; furthermore injection molding, fiber spinning, gel casting and centrifuging. With these shaping processes, compact shaped bodies with high green densities are obtained. It is also possible to use the suspensions for coating purposes. Suitable
Beschichtungsverfahren sind z.B. Tauchen, Spin-coating, Rakeln, Streichen und die Elektrophorese. Als Substrate kommen z.B. Metalle, Keramiken, Hartmetalle, Glas und Cermets in Frage.Coating processes are, for example, dipping, spin-coating, knife coating, brushing and the Electrophoresis. Metals, ceramics, hard metals, glass and cermets are suitable as substrates.
Die hergestellten Grünkörper bzw. Schichten können dann getrocknet und einer Sin- terbehandlung unterzogen werden. Dabei hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die gewünschte Verdichtung bereits bei relativ niedrigen Temperaturen erfolgt. Ferner werden überraschenderweise keine Sinteradditive benötigt. Die Sintertemperatur liegt gewöhnlich im Bereich von 0,4 bis 0,6 der Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur. Dies ist deutlich niedriger als nach dem Stand der Technik, wo gewöhnlich Temperaturen nahe der Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur, Sinteradditive und gegebenenfalls noch Druck benötigt werden.The green bodies or layers produced can then be dried and subjected to a sintering treatment. It has surprisingly been found that the desired compression takes place at relatively low temperatures. Furthermore, surprisingly, no sintering additives are required. The sintering temperature is usually in the range of 0.4 to 0.6 of the melting or decomposition temperature. This is significantly lower than according to the prior art, where temperatures close to the melting or decomposition temperature, sintering additives and, if appropriate, pressure are usually required.
Die erhaltenen Keramiksinterkörper bzw. -schichten sind gekennzeichnet durch ein nanoskaliges Gefüge mit einer Korngröße unterhalb 100 nm, einer Dichte > 95 % der Theorie und einer hohen Härte.The ceramic sintered bodies or layers obtained are characterized by a nanoscale structure with a grain size below 100 nm, a density> 95% of theory and high hardness.
Die erfindungsgemäßen Keramiksinterformkörper finden z.B. Anwendung alsThe ceramic sintered moldings according to the invention find e.g. Application as
Bulk-Keramik z.B. für Schleifpulver;Bulk ceramics e.g. for grinding powder;
Beschichtungsmaterial für Metalle, Keramik und Glas für Dekorationszwecke, Verschleißschutz, tribologische Anwendungen, Korrosionsschutz, insbesondere als Schicht auf Schneidwerkzeugen und Schleifmitteln bzw. Schleifpulvern;Coating material for metals, ceramics and glass for decorative purposes, wear protection, tribological applications, corrosion protection, in particular as a layer on cutting tools and abrasives or grinding powders;
- Bestandteil in Keramik/Keramik-Kompositen. Als Matrixphase kommen insbesondere Al2θ3, TiC, SiC und Si3N4 in Frage.- Component in ceramic / ceramic composites. Al 2 O 3 , TiC, SiC and Si 3 N 4 are particularly suitable as the matrix phase.
Bestandteil von Nanokompositen;Component of nanocomposites;
- Sinterhilfsmittel für gröbere Keramiken; Metall/Keramik-Komposite vom Typ Hartstoffe;- Sintering aids for coarser ceramics; Metal / ceramic composites of the hard materials type;
Cermets;Cermets;
- Mikroporöse Schichten für Filtrationszwecke, z.B. Mikro-Ultra-Nano-Filtra- tion und Umkehrosmose.Microporous layers for filtration purposes, e.g. Micro ultra nano filtration and reverse osmosis.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung, ohne diese jedoch zu beschränken. The following examples serve to further illustrate the present invention without, however, restricting it.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
2 g L-Arginin wurden in 250 mL eines Lösemittelgemisches aus Ethanol/Wasser2 g of L-arginine were dissolved in 250 mL of a solvent mixture of ethanol / water
(1 : 1) aufgelöst. Zu dieser Lösung wurden 10 g festes TiN (hergestellt nach dem CVR-Verfahren gemäß dem Verfahren nach US-A-5 472 477 mit einer Primärpartikelverteilung von 0,5 bis 30 nm) portionsweise unter intensiver Durchmischung (Magnetrührer) zugesetzt. Die Suspension wurde 5 Stunden bei etwa 90 bis 100°C unter Rückfluß erhitzt (Heizpilz). Anschließend wurde die Suspension über einen(1: 1) resolved. 10 g of solid TiN (prepared by the CVR process according to the process according to US Pat. No. 5,472,477 with a primary particle distribution of 0.5 to 30 nm) were added to this solution in portions with thorough mixing (magnetic stirrer). The suspension was heated under reflux at about 90 to 100 ° C for 5 hours (patio heater). The suspension was then over a
Rundfilter aus Celluloseacetat/Cellulosenitrat mit einer Porengröße von 0,45 μm mit einer Glasfritte abgesaugt und mit deionisiertem Wasser gewaschen. Anschließend wurde der Filterkuchen 10 Stunden bei 70°C im Trockenschrank getrocknet.Round filter made of cellulose acetate / cellulose nitrate with a pore size of 0.45 μm is suctioned off with a glass frit and washed with deionized water. The filter cake was then dried in a drying cabinet at 70 ° C. for 10 hours.
5 g des so modifizierten TiN-Pulvers wurden mit 50 mL Wasser aufgenommen und der pH- Wert mit verdünnter Ammoniaklösung auf pH = 9 eingestellt. Anschließend erfolgte eine 5-minütige Behandlung der Suspension mit einem Ultraschallfinger (Leistung: 200 Watt).5 g of the modified TiN powder were taken up with 50 mL water and the pH was adjusted to pH = 9 with dilute ammonia solution. The suspension was then treated with an ultrasound finger for 5 minutes (power: 200 watts).
Zur Partikelcharakterisierung der Suspension wurde ein Aliquot mit der obengenannten Lösung verdünnt und der mittlere Partikeldurchmesser von TiN nach dem Verfahren der dynamischen Lichtstreuung (Streulichtverteilung) bestimmt. Es wurden 145 nm festgestellt. Mittels des Verfahrens der Ultrazentrifuge (Massenverteilung) wurden folgende Werte für die Massenverteilung ermittelt:For particle characterization of the suspension, an aliquot was diluted with the above-mentioned solution and the average particle diameter of TiN was determined by the dynamic light scattering method (scattered light distribution). 145 nm were found. The following values for the mass distribution were determined using the ultracentrifuge (mass distribution) method:
(Anm.: Als Teilchen sind hier die Primärpartikel und Agglomerate (bzw. Aggregate) zu verstehen). Beispiel 2(Note: The primary particles and agglomerates (or aggregates) are to be understood here as particles). Example 2
Zu 150 mL einer 10 %igen Ammoniaklösung wurden unter intensiver Durch- mischung (Magnetrührer) 15 g festes TiN (hergestellt nach dem CVR-Verfahren, siehe Beispiel 1, mit einer Primärpartikelverteilung von 0,5 bis 30 nm) portionsweise zugesetzt und während eines Zeitraums von 2 Stunden bei 80°C erhitzt. Anschließend wurde die Suspension über einen Rundfilter aus Celluloseacetat/Cellulosenitrat mit einer Porengröße von 1,2 μm mit einer Glasfritte abgesaugt. Der Filterkuchen wurde 10 Stunden bei 70°C im Trockenschrank getrocknet.15 g of solid TiN (prepared by the CVR method, see Example 1, with a primary particle distribution of 0.5 to 30 nm) were added in portions and over a period of time to 150 ml of a 10% strength ammonia solution with intensive mixing (magnetic stirrer) heated at 80 ° C for 2 hours. The suspension was then sucked off through a round filter made of cellulose acetate / cellulose nitrate with a pore size of 1.2 μm using a glass frit. The filter cake was dried in a drying cabinet at 70 ° C. for 10 hours.
Der Cl-Gehalt an der Partikeloberfläche des vorbehandelten TiN konnte von 2,9 auf 0,8 Atom-% gesenkt werden. Die Analyse erfolgte durch ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis), nach dem Verfahren der XPS (x-ray photoelectron spectroscopy).The Cl content on the particle surface of the pretreated TiN could be reduced from 2.9 to 0.8 atom%. The analysis was carried out by ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis), using the XPS (x-ray photoelectron spectroscopy) method.
2 g L-Arginin wurden in 250 mL eines Lösemittelgemisches aus Ethanol/Wasser (1 :1) aufgelöst. Zu dieser Lösung wurden 10 g festes, nach obigem Verfahren durch NH3, vorbehandeltes TiN portionsweise unter intensiver Durchmischung (Magnet- rührer) zugesetzt. Die Suspension wurde 5 Stunden bei etwa 90 bis 100°C unter2 g of L-arginine were dissolved in 250 mL of a solvent mixture of ethanol / water (1: 1). 10 g of solid TiN, pretreated by NH 3 and pretreated according to the above method, were added to this solution in portions with thorough mixing (magnetic stirrer). The suspension was under at 90 to 100 ° C for 5 hours
Rückfluß erhitzt (Heizpilz). Anschließend wurde die Suspension über einen Rundfilter aus Celluloseacetat/Cellulosenitrat mit einer Porengröße von 0,45 μm mit einer Glasfritte abgesaugt und mit deionisiertem Wasser gewaschen. Anschließend wurde der Filterkuchen 10 Stunden bei 70°C im Trockenschrank getrocknet.Reflux heated (patio heater). The suspension was then sucked off through a round filter made of cellulose acetate / cellulose nitrate with a pore size of 0.45 μm using a glass frit and washed with deionized water. The filter cake was then dried in a drying cabinet at 70 ° C. for 10 hours.
5 g des so modifizierten TiN-Pulvers wurden mit 50 ml Wasser aufgenommen und der pH- Wert mit verdünnter Ammoniaklösung auf pH = 9 eingestellt. Anschließend erfolgte eine 5-minütige Behandlung der Suspension mit einem Ultraschallfinger (Leistung: 200 Watt). Zur Partikelcharakterisierung der Suspension wurde ein Aliquot mit der obengenannten Lösung verdünnt und der mittlere Partikeldurchmesser von TiN nach dem Verfahren der dynamischen Lichtstreuung (Streulichtverteilung) bestimmt. Es wurden 138 nm festgestellt. Mittels des Verfahrens der Ultrazentrifuge (Massenverteilung) wurden folgende Werte für die Massenverteilung ermittelt:5 g of the modified TiN powder were taken up in 50 ml of water and the pH was adjusted to pH = 9 with dilute ammonia solution. The suspension was then treated with an ultrasound finger for 5 minutes (power: 200 watts). For particle characterization of the suspension, an aliquot was diluted with the above-mentioned solution and the average particle diameter of TiN was determined by the dynamic light scattering method (scattered light distribution). 138 nm were found. The following values for the mass distribution were determined using the ultracentrifuge (mass distribution) method:
(Anm.: Als Teilchen sind hier die Primärpartikel und Agglomerate (bzw. Aggregate) zu verstehen). (Note: The primary particles and agglomerates (or aggregates) are to be understood here as particles).

Claims

Patentansprüche claims
1. Nichtoxidische Keramiken aus BN oder aus der Gruppe der Carbide, Nitride, Boride und Silicide der Elemente, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge und Sn mit einer mittleren Primärteilchengröße von 0,1 bis 50 nm, deren1. Non-oxide ceramics from BN or from the group of carbides, nitrides, borides and silicides of the elements, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge and Sn with an average primary particle size of 0 , 1 to 50 nm, the
Oberfläche mit wenigstens einer α-Aminosäure belegt ist.Surface is covered with at least one α-amino acid.
2. Nichtoxidische Keramiken gemäß Anspruch 1, ausgewählt aus der Gruppe TiN, ZrN, TiC und SiC.2. Non-oxide ceramics according to claim 1, selected from the group TiN, ZrN, TiC and SiC.
3. Nichtoxidische Keramiken gemäß Anspruch 1, ausgewählt aus der Gruppe TiN und TiC.3. Non-oxide ceramics according to claim 1, selected from the group TiN and TiC.
4. Nichtoxidische Keramiken gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß deren Oberfläche mit Arginin belegt ist.4. Non-oxide ceramics according to claim 1, characterized in that the surface is coated with arginine.
5. Verfahren zur Herstellung nichtoxidischer Keramiken gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine nichtoxidische Keramik aus BN oder aus der Gruppe der Carbide, Nitride, Boride und Silicide der Elemente Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge und Sn mit einer mittleren Primärteilchengröße von 0,1 bis 50 nm in Wasser und/oder einem organischen Lösungsmittel bei einer Temperatur von 20 bis 150°C mit wenigstens einer α-Aminosäure behandelt und gegebenenfalls nach Filtration trocknet.5. A process for producing non-oxide ceramics according to claim 1, characterized in that a non-oxide ceramic made of BN or from the group of carbides, nitrides, borides and silicides of the elements Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb , Ta, Si, Ge and Sn with an average primary particle size of 0.1 to 50 nm in water and / or an organic solvent at a temperature of 20 to 150 ° C treated with at least one α-amino acid and optionally dried after filtration.
6. Nichtoxidische Keramiken aus BN oder aus der Gruppe der Carbide, Nitride,6. Non-oxide ceramics from BN or from the group of carbides, nitrides,
Boride und Silicide der Elemente Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge und Sn mit einer mittleren Primärteilchengröße von 0,1 bis 50 nm, die einen Gehalt an -OΘNH4®-Gruppen von 50 bis 1 000 μeq/g nichtoxidischer Keramik aufweisen. Borides and silicides of the elements Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge and Sn with an average primary particle size of 0.1 to 50 nm, which contain -O Θ NH4®- Have groups of 50 to 1,000 μeq / g of non-oxide ceramic.
7. Verfahren zur Herstellung von Keramiken gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens eine nichtoxidische Keramik aus BN oder aus der Gruppe der Carbide, Nitride, Boride und Silicide der Elemente Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge und Sn mit einer mittleren Primärteilchengröße von 0,1 bis 50 nm mit einer wäßrigen NH3-Lösung bei einer Temperatur von 20 bis 150°C behandelt.7. A method for producing ceramics according to claim 6, characterized in that at least one non-oxide ceramic made of BN or from the group of carbides, nitrides, borides and silicides of the elements Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Si, Ge and Sn with an average primary particle size of 0.1 to 50 nm treated with an aqueous NH 3 solution at a temperature of 20 to 150 ° C.
8. Suspensionen, enthaltend wenigstens eine nichtoxidische Keramik gemäß Anspruch 1 und Wasser und/oder organisches Lösungsmittel.8. suspensions containing at least one non-oxide ceramic according to claim 1 and water and / or organic solvent.
9. Verfahren zur Herstellung von Suspensionen gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die nichtoxidische Keramik gemäß Anspruch 1 , in Wasser und/oder einem organischen Lösungsmittel suspendiert.9. A process for the preparation of suspensions according to claim 8, characterized in that the non-oxide ceramic according to claim 1, suspended in water and / or an organic solvent.
10. Verfahren zur Herstellung von Keramiksinterkörper und -schichten, dadurch gekennzeichnet, daß man die Suspensionen gemäß Anspruch 8, gegebenenfalls zusammen mit anderen Keramikpulvern oder -Suspensionen, vor oder nach Entfernen des Dispergiermediums (Wasser und/oder Lösungsmittel) zu Grünkörpern oder Schichten verarbeitet und anschließend sintert.10. A process for the production of ceramic sintered bodies and layers, characterized in that the suspensions according to claim 8, optionally together with other ceramic powders or suspensions, are processed before or after removal of the dispersing medium (water and / or solvent) to form green bodies or layers and then sinters.
11. Keramiksinterkörper oder -schichten erhältlich gemäß dem Verfahren nach Anspruch 10. 11. Ceramic sintered body or layers obtainable according to the method of claim 10.
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