WO1992016456A1 - Verfahren zur herstellung von bornitrid - Google Patents

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WO1992016456A1
WO1992016456A1 PCT/EP1992/000552 EP9200552W WO9216456A1 WO 1992016456 A1 WO1992016456 A1 WO 1992016456A1 EP 9200552 W EP9200552 W EP 9200552W WO 9216456 A1 WO9216456 A1 WO 9216456A1
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boron nitride
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trifluoroborane
formula
intermediate product
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PCT/EP1992/000552
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Günter Schmid
Torsten Piontek
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Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh
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    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/064—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
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    • C04B41/5064—Boron nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics

Definitions

  • the invention relates to a process for producing boron nitride with a predominantly hexagonal structure and to an intermediate product for producing boron nitride and the use of this intermediate product for producing boron nitride layers on metallic or ceramic surfaces.
  • Thin coherent layers (films) made of non-oxide ceramics on surfaces of all kinds of materials are finding increasing technical interest.
  • the ceramic films prevent the surface of the material from being destroyed, be it by atmospheric oxygen with simultaneous thermal stress, by caustic or corrosive chemicals or by abrasion under high mechanical stress.
  • Boron nitride in particular is characterized by its high temperature resistance. It is only attacked in an oxidizing atmosphere at temperatures around 1000 ° C. In addition, boron nitride does not conduct the electrical current and has a very high specific resistance.
  • the method is used when one of the Eduk components is volatile.
  • the phase formation is kinetically controlled, which makes it possible to apply high-melting films to unheated surfaces.
  • a nitrogen plasma is generated for the production of boron nitride between two electrodes, the substrate being attached to the anode and the boron source attached to the cathode. Due to the very high negative voltage that is applied to the cathode, a nitrogen ion current is generated which is able to knock out boron or boron nitride molecules from the boron source. These then uncharged molecules condense on the substrate surface to form a boron nitride film.
  • PVD Physical vapor deposition
  • a boron film of 100 to 200 nm thickness is applied to a substrate by electron beam bombardment. This boron film is then bombarded with 100 keV nitrogen ions with a radiation density of 6 ⁇ 10 17 ions / cm 2 , a boron nitride film being formed from the boron film.
  • an ion beam of one element is generated at the same time and the second component is evaporated.
  • Boron nitride films are formed by evaporating boron and simultaneously generating a nitrogen ion beam with an energy of 200 eV to 40 keV.
  • an ion beam is generated from a borazine plasma (B3N3H6), which is focused on a substrate surface and thus forms a boron nitride film.
  • B3N3H6 borazine plasma
  • the present invention is concerned with the problem of the simplest possible production of boron nitride and boron nitride films on metallic or ceramic surfaces, the boron nitride being said to be predominantly in hexagonal form.
  • the invention is based in particular on the problem of finding an intermediate connection which is easy to produce and can be handled safely and, if appropriate directly on surfaces with film formation, can be converted into boron nitride under conditions which are as gentle as possible and without major outlay on equipment.
  • the invention relates to a method with the characteristic that one a) Lithium nitride in the form of a suspension in anhydrous dialkyl ether, the alkyl radicals of which have 2 to 6 carbon atoms, with an excess of trifluoroborane dialkyl etherate, the alkyl radicals of which have 1 to 6 carbon atoms, with stirring in a temperature range of 20 to 230 ° C reacts for 2 to 24 hours,
  • the reaction medium used is anhydrous dialkyl ether whose alkyl radicals have 2 to 6 carbon atoms, in particular di-n-butyl ether.
  • the alkyl radicals can, for example, also be ethyl, propyl or hexyl radicals.
  • the ether can also be a mixed ether such as n-propyl-n-butyl ether.
  • the di-n-butyl ether is preferred because of its boiling point of 140 ° C. Its boiling point is thus in the range of 20 to 230 ° C, so that the reaction can be carried out under reflux.
  • trifluoroborane dialkyl etherates compounds are used which have 1 to 6 carbon atoms in the alkyl radical.
  • Trifluoroborane dibutyl etherate is particularly preferred.
  • Ma uses an excess of trifluoroborane dialkyl etherate (based on lithium nitride) for the reaction.
  • a 4- to 6-fold excess of trifluoroborane dialkyl etherate is preferred.
  • stage b the lithium tetrafluoroborate formed as a by-product is washed out with a suitable solvent, preferably tetrahydrofuran.
  • a suitable solvent preferably tetrahydrofuran.
  • the washed-out intermediate product is then freed from attached tetrahydrofuran, preferably by heating to 200 to 280 ° C.
  • the intermediate of formula I is obtained, which in process step c) is converted into boron nitride by heating to a temperature of> 520 ° C. This conversion is preferably carried out under a protective gas atmosphere or in a vacuum. If the intermediate product is heated with the admission of oxygen, oxygen-containing boron nitride is obtained which has a high hardness (Mohs hardness 7 to 8). The faster the heating and thus the conversion of the intermediate product takes place, the greater the amorphous fractions in the boron nitride obtained, as can easily be demonstrated by Debye-Scherrer recordings.
  • the intermediate product I which forms a further subject of the invention, corresponds to the average general formula
  • x has a value from 3 to 7000
  • y has a value from 3 to 400
  • the quotient x / y has a value from 1 to 18.
  • Preferred ranges for x are 2000 to 7000, preferred ranges for y are 200 to 400 and preferred ranges for the quotient x / y are 10: 1 to 18: 1.
  • the intermediate is a fine, white powder.
  • the Debye-Scherrer diagram it has very wide reflections at 2 ⁇ - 26.5 ° and 2 ⁇ - 42.5 °, which are due to the small particle size of the powder.
  • a DSC recording of the compound shows, if small residual amounts of tetrahydrofuran are still present in the product, an exothermic signal starting at 220 ° C. At 520 ° C another, strongly exothermic signal occurs, which is caused by the beginning trifluoroborane cleavage.
  • a particular advantage of the intermediate connection I according to the invention is its ease of handling and its relatively simple manufacture.
  • the intermediate product can be applied to surfaces of metals or ceramics and thus be converted into boron nitride on the spot.
  • the shape and size of the surface to be coated does not play a decisive role. All that is required is a suitable, possibly evacuable or inert gas beatable and heated to temperatures of> 500 ° C annealing furnace required.
  • the intermediate product according to the invention is thus a boron nitride precursor which is capable of depot, storage stability and is easy to apply to surfaces.
  • the invention therefore relates as a further object to the use of the intermediate of formula I for the production of boron nitride layers on metallic or ceramic surfaces, such as surfaces made of A1 0 3 , Ti0 2 , MgO, Sie, Si3N4, B4C, mixed ceramics, metals and noble metals .
  • the parts to be coated are advantageously degreased as part of a pretreatment.
  • the coating itself is carried out by applying a dispersion of the intermediate product I, for example by spraying, brushing or dipping.
  • Dispersing media for producing the dispersion of intermediate I are preferably largely anhydrous solvents such as toluene, ether, alkenes and / or aromatic hydrocarbons.
  • the parts coated in this way are then heated to a temperature of 520 ° C. for a period of 1 to 5 hours.
  • the parts coated according to the invention are preferably suitable as sliding and bearing elements.
  • the suspension is refluxed for about 6 hours with stirring.
  • the red color of the lithium nitride disappears completely.
  • a colorless product is created.
  • the solid is fritted off and washed several times with absolute diethyl ether in order to remove adhering trifluoroborane dibutyl etherate.
  • the solid is then dried in vacuo.
  • the intermediate product obtained (f-BN) is converted to hexagonal BN (h-BN) by slow heating to 1100 ° C. in a protective gas atmosphere with elimination of trifluoroborane.
  • the intermediate product (f-BN) obtained according to Example 1 is dispersed with dry toluene to form a 10% suspension and applied evenly in a glove box to the sliding surfaces of an SiC sliding ring by spraying.
  • the still moist part is placed in an oven and rinsed with N.
  • the solvent is expelled by slowly heating to 200 ° C. within 60 minutes.
  • the temperature is then raised continuously to 1100 ° C. in the course of 5 hours.
  • the coating is converted into h-BN.
  • a 50% lower coefficient of friction is measured on the SiC slide ring coated according to the invention compared to an uncoated SiC slide ring.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Bornitrid mit überwiegend hexagonaler Struktur durch Umsetzung von Lithiumnitrid mit Trifluorboran-dialkyletherat und Erhitzen des dabei erhaltenen Zwischenproduktes der Formel (I): (BN)x(F)y(BF2)y, wobei x einen Wert von 3 bis 7000, y einen Wert von 3 bis 400 und der Quotient x/y einen Wert von 1 bis 18 hat, auf eine Temperatur von » 520 °C. Das gleichfalls beanspruchte Zwischenprodukt der vorgenannten Formel kann zur Herstellung von Bornitrid-Schichten auf metallischen oder keramischen Oberflächen verwendet werden.

Description

Verfahren zur Herstellung von Bornitrid
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bornitrid mit überwiegend hexagonaler Struktur sowie ein Zwischenprodukt zur Herstellung des Bornitrids und die Ver¬ wendung dieses Zwischenproduktes zur Herstellung von Bor¬ nitrid-Schichten auf metallischen oder keramischen Oberflä¬ chen.
Dünne zusammenhängende Schichten (Filme) aus Nichtoxidkera- miken auf Oberflächen von Werkstoffen aller Art finden in zunehmendem Maße technisches Interesse. Die Keramikfilme verhindern eine Zerstörung der WerkstoffOberfläche, sei es durch Luftsauerstoff bei gleichzeitiger thermischer Bean¬ spruchung, durch ätzende oder korrodierende Chemikalien oder durch Abrieb bei hoher mechanischer Beanspruchung.
Insbesondere Bornitrid zeichnet sich durch seine hohe Tempe¬ raturbeständigkeit aus. Es wird in oxidierender Atmosphäre erst bei Temperaturen um 1000°C angegriffen. Außerdem leitet Bornitrid den elektrischen Strom nicht und besitzt einen sehr hohen spezifischen Widerstand.
Für die Herstellung von Bornitrid-Filmen sind aus dem Stand der Technik zahlreiche, jedoch meist sehr energieintensive und apparativ aufwendige Methoden bekannt: a) "Sputter deposition" (rf-sputtering)
Das Verfahren wird benutzt, wenn eine der Eduk -Komponenten flüchtig ist. Die Phasenbildung verläuft kinetisch kontrol¬ liert, wodurch es möglich ist, auf unbeheizte Oberflächen hochschmelzende Filme aufzubringen. Bei diesem Verfahren wird zur Bornitrid-Film-Herstellung zwischen zwei Elektro¬ den, wobei an der Anode das Substrat und an der Kathode die Borquelle angebracht ist, ein Stickstoffplasma erzeugt. Durch die sehr hohe negative Spannung, die an der Kathode angelegt wird, wird ein Stickstoffionenstrom erzeugt, der aus der Borquelle Bor- oder Bornitrid-Moleküle herauszu¬ schlagen imstande ist. Diese dann ungeladenen Moleküle kon¬ densieren auf der Substratoberfläche zu einem Bornitrid- Film.
b) "Physical vapor deposition" (PVD)
Bei einem Druck von 10~4 Pa wird auf einem Substrat durch Elektronenstrahlbeschuß ein Bor-Film von 100 bis 200 nm Dicke aufgebracht. Dieser Bor-Film wird anschließend mit 100 keV Stickstoffionen mit einer Strahlungsdichte von 6xl017 Ionen/cm2 beschossen, wobei sich aus dem Bor-Film ein Bor¬ nitrid-Film bildet.
c) "Reactive ion beam assisted deposition" (RIBAD)
Es handelt sich dabei um eine Methode, bei der simultan oder sequentiell Substratoberflächen mit Bor beschichtet oder in borbeschichtete Oberflächen Stickstoffionen implantiert wer¬ den. Durch diese Methode ist es möglich, Filme größerer Dicke zu erhalten.
d) "Dynamic ixing" (IVD)
Bei dieser gemischten Methode wird gleichzeitig ein Ionen¬ strahl des einen Elementes erzeugt und die zweite Komponente verdampft. Bornitrid-Filme werden durch Verdampfen von Bor und gleichzeitiger Erzeugung eines Stickstoffionenstrahls mit einer Energie von 200 eV bis 40 keV hergestellt.
e) "Direct ion beam deposition"
Mit Hilfe eines Primär-Elektronen-Strahls wird aus einem Borazin-Plasma (B3N3H6) ein Ionenstrahl erzeugt, der auf eine Substratoberfläche fokussiert wird und so einen Borni¬ trid-Film bildet.
f) "Chemical vapor deposition" (CVD)
In der Gasphase reagieren zwei oder mehr Edukt-Komponenten, wobei sich unter Bildung von flüchtigen Nebenprodukten auf einem in den Gasraum eingebrachten Substrat ein Film bildet. Bornitrid-Filme durch CVD werden z.B. aus einem Gemisch BCl3-N2~H2-Ar erhalten. Von dieser Methode gibt es noch mehrere Abwandlungen.
Eine ausführliche Schilderung dieses Standes der Technik kann dem Buch "Synthesis and Properties of Boron Nitride" von John J. Pouch and Samuel A. Alterovitz, Verlag Trans Tech Publications, entnommen werden.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Problem der möglichst einfachen Herstellung von Bornitrid und Bornitrid- Filmen auf metallischen oder keramischen Oberflächen, wobei das Bornitrid überwiegend in hexagonaler Form vorliegen soll. Der Erfindung liegt dabei insbesondere das Problem zugrunde, eine Zwischenverbindung zu finden, die leicht herstellbar und sicher handhabbar ist und, gegebenenfalls direkt auf Oberflächen unter Filmbildung, unter möglichst schonenden Bedingungen ohne größeren apparativen Aufwand in Bornitrid umgewandelt werden kann.
Die Erfindung betrifft in einer ersten Ausgestaltung ein Verfahren mit dem Kennzeichen, daß man a) Lithiumnitrid in Form einer Suspension in wasserfreiem Dialkylether, dessen Alkylreste 2 bis 6 Kohlenstoffato e aufweisen, mit einem Überschuß an Trifluorboran-dialkyl- etherat, dessen Alkylreste 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufwei¬ sen, unter Rühren in einem Temperaturbereich von 20 bis 230°C 2 bis 24 Stunden umsetzt,
b) das erhaltene Zwischenprodukt der allgemeinen durch¬ schnittlichen Formel
(BN)x(F)y(BF2)y , I
wobei x einen Wert von 3 bis 7000, y einen Wert von 3 bis 400 und der Quotient x/y einen Wert von 1 bis 18 hat,
aus dem Reaktionsgemisch entfernt, noch im Reaktionsprodukt enthaltenes Trifluorboran-dialkyletherat und das als Neben¬ produkt entstandene Lithiumtetrafluoroborat mit einem geeig¬ neten Lösungsmittel auswäscht und dann
c) das Zwischenprodukt der Formel I durch Erhitzen auf eine Temperatur von >.520°C in Bornitrid umwandelt.
In dem Verfahrensschritt a) verwendet man als Reaktions¬ medium wasserfreien Dialkylether, dessen Alkylreste 2 bis 6 Kohlenstoffatome aufweisen, insbesondere Di-n-butylether. Die Alkylreste können aber z.B. auch Ethyl-, Propyl- oder Hexylreste sein. Der Ether kann auch ein gemischter Ether, wie z.B. der n-Propyl-n-butylether, sein. Der Di-n-buty1- ether ist aufgrund seines Siedepunktes von 140°C bevorzugt. Sein Siedepunkt liegt somit im beanspruchten Bereich von 20 bis 230°C, so daß man die Reaktion unter Rückfluß vornehmen kann. Als Trifluorboran-dialkyletherate werden Verbindungen einge setzt, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome im Alkylrest aufweisen. Insbesondere bevorzugt ist Trifluorboran-dibutyletherat. Ma verwendet für die Umsetzung einen Überschuß an Trifluor- boran-dialkyletherat (bezogen auf Lithiumnitrid) . Bevorzugt ist ein 4- bis 6facher Überschuß and Trifluorboran-dialkyl- etherat.
Im Verlauf der Umsetzung verschwindet die rote Farbe des Lithiumnitrids vollständig. Es entsteht ein farbloses Pro¬ dukt, das als Nebenprodukt Lithiumtetrafluoroborat enthält. Der Feststoff wird vom flüssigen Reaktionsmedium durch Fil¬ trieren, Dekantieren, Zentrifugieren oder andere bekannte Methoden zum Abtrennen von Feststoffen aus Flüssigkeiten abgetrennt.
In der Stufe b) wird das als Nebenprodukt entstandene Li¬ thiumtetrafluoroborat mit einem geeigneten Lösungsmittel, vorzugsweise Tetrahydrofuran, ausgewaschen. Das ausgewasche¬ ne Zwischenprodukt wird anschließend von angelagertem Tetra¬ hydrofuran vorzugsweise durch Erhitzen auf 200 bis 280°C be¬ freit.
Man erhält das Zwischenprodukt der Formel I, welches in der Verfahrensstufe c) durch Erhitzen auf eine Temperatur von > 520βC in Bornitrid umgewandelt wird. Diese Umwandlung er¬ folgt vorzugsweise unter Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum. Erhitzt man das Zwischenprodukt unter Sauerstoffzutritt, er¬ hält man Sauerstoffhaltiges Bornitrid, welches eine hohe Härte (Mohs-Härte 7 bis 8) aufweist. Je schneller die Erhit¬ zung und damit die Umwandlung des Zwischenproduktes erfolgt, um so größer sind die amorphen Anteile im erhaltenen Bor¬ nitrid, wie dies durch Debye-Scherrer-Aufnahmen leicht nach¬ gewiesen werden kann. Das Zwischenprodukt I, welches einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet, entspricht der durchschnittlichen allge¬ meinen Formel
(BN)x(F)y(BF2)y , I
wobei x einen Wert von 3 bis 7000, y einen Wert von 3 bis 400 und der Quotient x/y einen Wert von 1 bis 18 hat.
Bevorzugte Bereiche für x sind 2000 bis 7000, bevorzugte Bereiche für y sind 200 bis 400 und bevorzugte Bereiche für den Quotienten x/y sind 10:1 bis 18:1.
Das Zwischenprodukt ist ein feines, weißes Pulver. Es weist im Debye-Scherrer-Diagramm sehr breite Reflexe bei 2 θ - 26,5° und 2 δ — 42,5° auf, welche durch die geringe Teil¬ chengröße des Pulvers bedingt sind. Eine DSC-Aufnähme der Verbindung zeigt, falls noch kleine restliche Mengen Tetra- hydrofuran im Produkt enthalten sind, ein bei 220°C begin¬ nendes exothermes Signal. Bei 520°C tritt ein weiteres, stark exothermes Signal auf, welches durch die beginnende Trifluorboranabspaltung verursacht wird.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Zwischenverbin¬ dung I besteht in ihrer leichten Handhabbarkeit und in ihrer verhältnismäßig einfachen Herstellung. Das Zwischenprodukt kann auf Oberflächen von Metallen oder Keramiken aufgebracht und somit an Ort und Stelle in Bornitrid überführt werden. Dabei spielt die Form und Größe der zu vergütenden Oberflä¬ che keine entscheidende Rolle. Es wird lediglich ein geeig¬ neter, gegebenenfalls evakuierbarer oder mit Inertgas beauf- schlagbarer und auf Temperaturen von > 500°C beheizbarer Glühofen benötigt.
Das erfindungsgemäße Zwischenprodukt ist somit ein depot¬ fähiger, lagerstabiler und leicht auf Oberflächen aufbring¬ barer Bornitrid-Vorläufer.
Die Erfindung betrifft deshalb als weiteren Gegenstand die Verwendung des Zwischenproduktes der Formel I zum Herstelle von Bornitrid-Schichten auf metallischen oder keramischen Oberflächen, wie z.B. Oberflächen aus A1 03, Ti02, MgO, Sie, Si3N4, B4C, Mischkeramiken, Metallen und Edelmetallen.
Die zu beschichtenden Teile werden vorteilhafterweise im Rahmen einer Vorbehandlung entfettet. Die Beschichtung selbst wird durch Auftragen einer Dispersion des Zwischen¬ produkts I beispielsweise durch Sprühen, Streichen oder Tauchen vorgenommen. Als Dispergier edien zur Herstellung der Dispersion des Zwischenprodukts I werden bevorzugt weit¬ gehend wasserfreie Lösungsmittel wie Toluol, Ether, Alkene und/oder aromatische Kohlenwasserstoffe eingesetzt.
Die derart beschichteten Teile werden anschließend für einen Zeitraum von 1 bis 5 h auf eine Temperatur _ 520°C erhitzt. Die erfindungsgemäß beschichteten Teile eignen sich bevor¬ zugt als Gleit- und Lagerelemente.
Die Erfindung soll durch die folgenden Beispiele noch näher erläutert werden.
1. Beispiel
Zu einer Suspension von 5,0 g (144 mMol) Lithiumnitrid in 150 ml absolutiertem Di-n-butylether gibt man langsam den fünffachen Überschuß (150 ml» 144,7 g Ä.730 mMol) an Tri¬ fluorboran-dibutyletherat:
Li3N+5BF3-OBu2-»(BN)6000±400(F)350±20(BF2>350±20+3LiBF4+5Bu2
Unter Rühren erhitzt man die Suspension ca. 6 h lang unter Rückfluß. Hierbei verschwindet die rote Farbe des Lithium¬ nitrids vollständig. Es entsteht ein farbloses Produkt. Der Feststoff wird abgefrittet und mit absolutierte Diethyl- ether mehrfach gewaschen, um anhaftendes Trifluorboran-dibu¬ tyletherat zu entfernen. Anschließend wird der Feststoff im Vakuum getrocknet.
Das Produktgemisch wird zum Entfernen des LiBF4 mit absolu¬ tiertem Tetrahydrofuran versetzt und ca. 2 h gerührt. Der verbleibende Feststoff wird abgefrittet und mit absolutier¬ tem Diethylether gewaschen und anschließend im Vakuum ge¬ trocknet. Das erhaltene Zwischenprodukt der Formel
(BN)6000±400CF)350±20(BF2)350±20
wird nun unter Schutzgas bei 250°C von angelagertem Tetra¬ hydrofuran befreit.
Das erhaltene Zwischenprodukt (f-BN) wird durch langsames Erhitzen auf 1100°C in Schutzgasatmosphäre unter Abspalten von Trifluorboran zu hexagonalem BN (h-BN) umgewandelt.
Durch schlagartiges Erhitzen auf 1100°C läßt es sich zu ei¬ nem Bornitrid kondensieren, welches in Debye-Scherrer-Auf- nahmen die Reflexe von h-BN aufweist. Diese sind jedoch stark verbreitert, was auf große amorphe Bereiche hindeu¬ tet. Erhitzen an Luft auf 1100°C führt zu einem sehr harten Mate¬ rial (Mohs-Härte 7 bis 8) , das aber große Mengen Sauerstoff beinhaltet.
Das Zwischenprodukt (f-BN) zeigt in einer DSC-Aufnähme einen sehr breiten Reflex bei 2 θ = 26,5° (002) und einen sehr breiten Reflex bei 2 6 - 42° (100, 101), was auf ein dreidi¬ mensional ungeordnetes Bornitrid schließen läßt, bei dem zwar bereits die Schichten in einer gewissen Größe ausgebil¬ det sind, die dreidimensionale Zusammenlagerung zu h-BN oder r-BN jedoch noch nicht erfolgt ist.
2. Beispiel
Das nach Beispiel 1 erhaltene Zwischenprodukt (f-BN) wird mit trockenem Toluol zu einer 10%igen Suspension dispergiert und in einer Glovebox auf die Gleitflächen eines SiC-Gleit- rings durch Sprühen gleichmäßig aufgetragen. Das noch feuch¬ te Teil wird in einen Ofen gebracht und mit N gespült. Durch langsames Erhitzen innerhalb von 60 Min. auf 200°C wird das Lösemittel vertrieben. Danach wird die Temperatur innerhalb 5 Std. kontinuierlich auf 1100°C erhöht. Die Be¬ schichtung wird dabei in h-BN umgewandelt. Im Anwendungstest wird am erfindungsgemäß beschichteten SiC-Gleitring gegen¬ über einem nicht beschichteten SiC-Gleitring ein um 50% niedrigerer Reibungskoeffizient gemessen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Bornitrid mit überwiegend hexagonaler Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) Lithiumnitrid in Form einer Suspension in wasserfrei¬ em Dialkylether, dessen Alkylreste 2 bis 6 Kohlenstoff- atome aufweisen, mit einem Überschuß an Trifluorboran- dialkyletherat, dessen Alkylreste 1 bis 6 Kohlenstoff- atome aufweisen, unter Rühren in einem Temperaturbereich von 20 bis 230°C 2 bis 24 Stunden umsetzt,
b) das erhaltene Zwischenprodukt der allgemeinen durch¬ schnittlichen Formel
(BN)x(F)y(BF2)y , I
wobei x einen Wert von 3 bis 7000, y einen Wert von 3 bis 400 und der Quotient x/y einen Wert von 1 bis 18 hat,
aus dem Reaktionsgemisch entfernt, noch im Reaktionspro¬ dukt enthaltenes Trifluorboran-dialkyletherat und das als Nebenprodukt entstandene Lithiumtetrafluoroborat mit einem geeigneten Lösungsmittel auswäscht und dann
c) das Zwischenprodukt der Formel I durch Erhitzen auf eine Temperatur > 520°C in Bornitrid umwandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Verfahrensstufe a) als Trifluorboran-dialkyl- etherat Trifluorboran-dibutyletherat verwendet. - II -
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Verfahrensstufe b) das Lithiumtetrafluoro- borat mit Tetrahydrofuran auswäscht und das gereinigte Zwischenprodukt der Formel I nach dem Auswaschen durch Erhitzen auf eine Temperatur von 200 bis 280°C von ange¬ lagertem Tetrahydrofuran befreit.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Verfahrensstufe c) die Umwandlung des Zwi¬ schenproduktes I in Bornitrid unter Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gkennzeichnet, daß man in der Verfahrensstufe c) die Umwandlung des Zwi¬ schenproduktes I in Bornitrid unter Sauerstoffzutritt durchführt.
6. Verbindung der allgemeinen Formel
(BN)x(F)y(BF2)y
wobei x einen Wert von 3 bis 7000, y einen Wert von 3 bis 400 und der Quotient x/y einen Wert von 1 bis 18 hat.
7. Verwendung der Verbindung des Anspruchs 6 zum Herstellen von Bornitrid-Schichten auf metallischen oder kerami¬ schen Oberflächen.
8. Verfahren zur Herstellung von BN-Schichten auf metalli¬ schen oder keramischen Oberflächen, gekennzeichnet da¬ durch, daß eine Verbindung nach Anspruch 6 in einem Lösemittel dispergiert, auf die zu beschichtende Ober¬ fläche aufgetragen und unter Schutzgas auf > 520°C er¬ hitzt wird.
9. Verwendung von nach Anspruch 8 beschichteten Teilen als Gleit- und/oder Lagerelement.
PCT/EP1992/000552 1991-03-15 1992-03-13 Verfahren zur herstellung von bornitrid WO1992016456A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEP4108367.9 1991-03-15
DE19914108367 DE4108367C1 (de) 1991-03-15 1991-03-15

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