DE1621248A1 - Process for the production of an amorphous drilling carbon deposit - Google Patents
Process for the production of an amorphous drilling carbon depositInfo
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Description
PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN 8 MDNCHEN 2 · THERESIENSTRASSE 33PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN 8 MDNCHEN 2 THERESIENSTRASSE 33
Dip!.-!ng> MARTIN LICHT · Dr. REINHOLD SCHMIDT DTpl.-Wirtsch.-lng. AXEL HANSMANN Dipl.-Phys. S E B A S TIA N H E R R M A N NDip! .-! Ng> MARTIN LICHT · Dr. REINHOLD SCHMIDT DTpl.-Wirtsch.-lng. AXEL HANSMANN Dipl.-Phys. S E B A S TIA N H E R R M A N N
Mönchen, den 27. Juli 1967 Ihr Zeichen Unser Zeichen Monks, July 27, 1967 Your Sign Our Sign
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GENERAL ELECTRIC COMPANY Schenectady 5, N.XO
River Road 1,
V,. St. A,GENERAL ELECTRIC COMPANY Schenectady 5, NX O River Road 1,
V ,. St. A,
Verfahren zur Herstellung eines amorphen Bohrkohlenstoff-Process for the production of an amorphous drilling carbon
niedersehlageslow rainfall
Die vorliegende Erfindung stellt eine Zusatzanmeldung zu Patent .... (g^50 506 Vlb/48b) dar.The present invention is an additional application to patent .... (g ^ 50 506 Vlb / 48b).
Die Erfindung bezieht sich auf eine Weiterentwicklung für ein Verfahren zum Herstellen yon amorphen Bor- Kohlenstoff niederschlagen und insbesondere auf ein Verfahren, bei welchem amorphe Bor- Kohlenstoffniederschlage bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen hergestellt werden.The invention relates to a further development for a process for producing amorphous boron carbon and in particular for a process at which amorphous boron-carbon precipitate at relatively low temperatures.
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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-lng. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MDNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telefon: 292102 · Telegramm-Adresse: Lipotli/München Patent attorneys Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MDNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telephone: 292102 · Telegram address: Lipotli / Munich
Amorphe Bor-Kohlenstoffniederschläge weisen sehr erwünschte, mechanische Eigenschaften auf, ob sie nun in Form von Borcarbiden oder in lOrm nichtstochiometriseher Gemische von Bor und Kohlenstoff vorliegen. Diese Materialien sind für ihre extrem hohe Zugfestigkeit und für ihren hohen Elastizitätsmodul sogar „bei sehr hohen Temperaturen bekannt. Es sollte erwähnt werden, dass mit dem Wort "amorph" nicht beabsichtigt ist, den vollständigen Mangel an kristalliner Struktur in dem Niederschlag anzuzeigen; es soll nur gesagt werden, dass mit zur Zeit bekannten Methoden, beispielsweise durch Röntgenstrahlenbeugung keine Kristallstruktur nachgewiesen werden kann.Amorphous boron-carbon deposits have very desirable mechanical properties, whether they are in the form of boron carbides or in lOrm non-stoichiometric mixtures of boron and Carbon are present. These materials are known for their extremely high tensile strength and even for their high modulus of elasticity “Known at very high temperatures. It should be mentioned that the word "amorphous" is not intended to encompass the full Indicate lack of crystalline structure in the precipitate; it should only be said that with currently known Methods such as X-ray diffraction do not Crystal structure can be demonstrated.
Erfindungsgemäss besteht das verbesserte Verfahren darin, ein Substratmaterial bis zu einer Temperatur im Bereich von 700 bis 900° C unter sehr niedrigem Druck zu erhitzen, während das Substratmaterial mit einem gasförmigen Gemisch von Acetylen und Borhydrid in Berührung gebracht wird. Nach der vorzugsweise dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein fadenförmiges Substrat mit einem Gemisch von Acetylendiboran und Wasserstoff bei einer Temperatur von etwa 850° C und bei einem Druck von etwa 5 mm Quecksilber in Berührung gebracht.According to the invention, the improved method consists in heating a substrate material to a temperature in the range of 700 to 900 ° C under very low pressure while the substrate material is brought into contact with a gaseous mixture of acetylene and borohydride. According to the preferably illustrated embodiment of the present invention a thread-like substrate with a mixture of acetylenediborane and hydrogen at a temperature of about 850 ° C and at brought into contact with a pressure of about 5 mm of mercury.
Die Borhydride, welche den Ausgangspunkt für"das Bor bei der vorliegenden Erfindung darstellen, können in einer Anzahl von flüchtigen Borhydriden vorliegen, obwohl Diboran durch seineThe boron hydrides, which are the starting point for "the boron of the present invention may exist in a number of volatile borohydrides, although diborane by its
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ihm eigene Flüchtigkeit, Verfügbarkeit und durch die niedrigen Kosten "bevorzugt wird. Diese Materialien sind "bei gewöhnlichen Temperaturen verbältnismässig stabil und unterliegen bei der Reaktionstemperatur und dem Druck nach dem vorliegenden Verfahren einer gesteuerten Zersetzung. Obwohl der besondere Ablauf des Zerfalles bzw. der Zersetzung unbekannt ist, ist es wahrscheinlich, dass mehrere Zwischenprodukte einschliesslieh Borhydriden mit höherem Molekulargewicht während des Zerfalls geformt werden. Dies bedeutet, dass andere Borhydride'anstelle oder zusätzlich von bzw. mit den bekannteren und leichter erhältlichen Diboranen Verwendung finden können.It is preferred by its own volatility, availability and low cost ". These materials are" at ordinary Temperatures relatively stable and are subject to the reaction temperature and pressure according to the present process a controlled decomposition. Although the particular process of decay or decomposition is unknown, it is likely to include several intermediates Higher molecular weight borohydrides during decay be shaped. This means that other boron hydrides instead or can be used in addition to or with the more well-known and more readily available diboranes.
Obwohl amorphe Borkohlenstoffniederschläge bei niedrigem Druck durch den Niederschlag eines Gemisches erzielt werden können, welches nur aus einem Borhydrid und aus Acetylen besteht, ist Wasserstoff gewöhnlich in dem reagierenden Gasgemisch enthalten. Die Holle des Wasserstoffes ist zweiteilig. Zunächst unterstützt der Wasserstoff die Reduktion auf Borcarbide und darüberhinaus wird durch Wasserstoff das Auftreten schädlicher Nebenreaktionen vermieden.Although amorphous boron carbon precipitates can be achieved at low pressure by precipitating a mixture, which consists only of a borohydride and acetylene, hydrogen is usually contained in the reacting gas mixture. The hell of hydrogen is two-part. First the hydrogen supports the reduction to boron carbides and, in addition, hydrogen makes the occurrence more harmful Side reactions avoided.
Die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Borkohlenstoffniederschlägen im Temperaturbereich von unter 1000° C ist ein wesentlicher Faktor des beschriebenen Verfahrens. Durch das Verfahren wird die Herstellung vonThe effectiveness of the present invention for manufacture of boron carbon precipitates in the temperature range below 1000 ° C is an essential factor of the described Procedure. Through the process the production of
BADBATH
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amorphen Borkohlenstoffniederschlagen auf vielen Substraten bzw, Scnichtträgern ermöglicht, welche bei Temperaturen von · über 1000° C beträchtlichen physikalischen oder chemischen Änderungen unterworfen sind» So"'sind metallische Substrate bekannt, bei welchen sich Oberhalb· von 1000° C die Kristall-Struktur verändert oder bei denen in diesem Temperaturbereich, ein Verlust an Dehnbarkeit zu verzeichnen ist. .Bs gibt auch Substrate \bzw0 Schichtträger, wie SiIiciumoxyd und G-las, welche -""'. überhalb von 1000 G einem Zerfall unterliegen. Die letztgenannten Substrate sind insbesondere geeignet bei der Herstellung von Borkohlenstofffäden geringer Dichte. Diese Fäden weisen, wenn sie erfindungsgemäss hergestellt werden, in-dem amorpher Borkohlenstoff auf einem fadenförmigen Schichtträger aus SiIiciumoxyd oder "CKLaB niedergeschlagen wird, ein ausgezeichnetes Spannungsverhalten als Verstärkungsbestandteil .zusammengesetzter Baukörper auf, ... ' '■■,"'amorphous boron carbon deposits on many substrates or non-carriers, which are subject to considerable physical or chemical changes at temperatures of over 1000 ° C . which can be observed in this temperature range, a loss of extensibility .BS are also substrates \ or 0 substrate as SiIiciumoxyd and G-las which -. '''over half of 1000 G subject to decay The latter substrates are particularly suitable. Suitable for the production of low-density boron carbon threads. These threads, if they are produced according to the invention by depositing amorphous boron carbon on a thread-like substrate made of silicon oxide or "CKLaB, have excellent stress behavior as a reinforcing component. '■■, "'
.'"-.Die Qualität dieser Erzeugnisse wurde durch visuelle'Beobachtung als auch durch !Röntgenstrahlen- und mikroskopische Analysen bestimmt, wobei man feststellte, dass die ISFi ed erschlage verhältnismässig glatt, amorph und frei von Verunreinigungen waren*. '"-. The quality of these products was determined by visual' observation as well as by! X-ray and microscopic analyzes determined, whereby it was found that the ISFi ed killed proportionally were smooth, amorphous and free of impurities *
Fach einem Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde ein Wolframfaden mit einem Durchmesser von 0,02 mm axial in einem waagrecht angeordneten, zylindrischen Reaktionsgefäss von 5 cm länge und 2 cm Innendurchmesser befestigt..Dieses Reaktions-One subject was a method of the present invention Tungsten filament with a diameter of 0.02 mm axially in one horizontally arranged, cylindrical reaction vessel of 5 cm length and 2 cm inside diameter.
1 0 985 2/.02 411 0 985 2 / .02 41
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gefäss war mit elektrischen·Kontakten ausgestattei:, um-den Faden im Gefäss durch Widerstandsheizung zu erwärmenj im : Gefäss "befand sich eb enf alls"'ein.© Vorrichtung eines Hochvakuums und einer -xiXearißp^ unreinigungen. Das Reafct^gefäss wies ausserdem Einlasse und Auslässe für: gewöJj^ich senkreelxt zur Eeaktoraclise strömende, reagierende @jisie auf und einen Verteiler "bzw* Eeitkör|ier für ~~"äas reagierende G-as. Dieser Verteiler l3estand. aus einer ,gescbDitzten Trennwand zwischen den Gas einlass en und dem/Faden im Eeaktor, um das Eeaktionsgäs in den unmittelbar den Faden umgebenden Baum zu leiten. Bei einem auf 5 mm QuecksillDer absolut reduzierten Druck wurde die Temperatur des Substrates durch Widerstandserhitzung auf etwa 850° C angehoben. 3in, Gemisch von Wasserstoff mit einer Geschwindigkeit von 2,0 I!übikzentimetempro Minute,: Diborany mit einer Geschwindigkeit von 120 Kubikzentimetern pro Minute und Acetylen mit" einer^^ Geschwindigkeit von 30 Kubikzentimetern pro Minute wurde^ Reäktionsgefäss hindurchgeleitet. Dabei bildjste sich ein amorpher Borkohlenstoffniederschlag mit einer Geschwindigkeit an Durch~■ messerzunähme von etwa 0,025 mm pro Stunde.vascular was having electrical contacts · ausgestattei :, to-the thread in the vessel by resistance heating to erwärmenj in: vessel "was located eb enf alls '' a © device of a high vacuum and a -xiXearißp ^ impurities.. The React ^ vessel also had inlets and outlets for: Reacting @jisie flowing vertically perpendicular to the reactor and a distributor "or" Eeitkör | ier for ~~ "for the reacting G-a's. This distributor stood. from a seated partition between the gas inlets and the / thread in the reactor, in order to direct the reaction gas into the tree immediately surrounding the thread. At a pressure reduced to 5 mm of mercury-absolute, the temperature of the substrate was raised to around 850 ° C by resistance heating. 3in, mixture of hydrogen at a rate of 2.0 I übikzentimetempro minute: Diborany at a rate of 120 cubic centimeters per minute and acetylene with "a ^^ rate of 30 cubic centimeters per minute was passed ^ Reäktionsgefäss In this case, an amorphous bildjste. Boron carbon precipitation at a rate of increase in diameter of about 0.025 mm per hour.
Das auf diese Weise hergestellte Produkt^ war^ hart undwies unt er Eö ntgenstrahlenanalyse keine fes ts tellbare Kris tails trtiktur auf. Um zu beweisen» dass der Eiedörschlag nicht- aus reinem Bor bestand* wurde ein Versuch unternommen,,um: den Niederschlag mit 50^igem; wasserstoffper^The product thus made was ^ hard and pointed No determinable crystal structure under X-ray analysis on. To prove »that the Eiedörschlag is not made of pure Boron passed * an attempt was made to: the precipitation with 50 ^ igem; hydrogen per ^
98 52/0 24 t - ;; C ^ ; BmomGmp£"98 52/0 24 t - ;; C ^; BmomG mp £ "
kein Ätzvorgang "beobachtet, wodurch bewiesen war, dass der Niederschlag nicht nur aus Bor bestand. Da bei diesem Experiment nicht erwartet werden konnte, dass sich Kohlenstoff bei der geringen Temperatur niederschlägt, war es ebenfalls unwahrscheinlich, dass.der Fiederschlag nur aus Kohlenstoff "bestand. Man zog daraus den Schluss, dass der nach dem Experiment hergestellte Niederschlag aus amorphem Borkohlenstoff bestand. Ein Teil des Niederschlages konnte aus- Borcarbid bestehen, was jedoch nicht zu beweisen war. ' ·no etching process "was observed, proving that the Precipitation consisted not only of boron. Since with this Experiment could not be expected that carbon will precipitate at the low temperature, so was it unlikely that the rainfall consists solely of carbon It was concluded that the one after the experiment produced precipitate consisted of amorphous boron carbon. Part of the precipitate could consist of boron carbide, but this could not be proven. '·
In Anpassung an die vorliegende Erfindung kann eine endlose länge eines mit Borkohlenstoff beschichteten Fadens dadurch hergestellt werden, dass ein Faden endloser, bzw. unbestimmter länge durch ein Reaktionsgefäss der oben beschriebenen Bauart hindurchgeführt wird» Dieser Fäden wird dann ständig aufgeheizt und mit dem gasförmigen Reaktionsgemisch in Berührung gebracht,' wenn dieses durch das Reaktionsgefäss hindurchströmt.In adapting to the present invention, an endless length of a thread coated with boron carbon can be produced by making a thread endless or indefinite length is passed through a reaction vessel of the type described above »This thread is then continuously heated and brought into contact with the gaseous reaction mixture, ' when this flows through the reaction vessel.
Ö93 527 02Ä1Ö93 527 02Ä1
Claims (1)
V. St. -A. ·G-MEHAL ELECTEIC COMPANr Schenectady 5, U. Y, Hiver Eoad 1, _ ".
V. St. -A. ·
dass das GeMseh auch Wasserstoff enthält. *2 * Method according to claim 1, characterized in that
that the mind also contains hydrogen. *
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