AT229268B - Verfahren zur absatzweisen oder kontinuierlichen Herstellung von Carbiden, Boriden und Siliciden der Elemente der 3. und 4. Hauptgruppe des periodischen Systems - Google Patents

Description

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   Verfahren zur absatzweisen oder kontinuierlichen Herstellung von Carbiden, Boriden und Siliciden der Elemente der 3. und 4. Hauptgruppe des periodischen Systems 
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur absatzweisen oder kontinuierlichen Herstellung von Carbiden,
Boriden und Siliciden der Elemente der 3. und 4. Hauptgruppe des periodischen Systems, bei welchem ein in   geformtenKörpern   vorliegendes Ausgangsprodukt, das in feiner Verteilung und homogener Mischung Kohlenstoff und ein der herzustellenden Verbindung entsprechendes sauerstoffhaltiges Material enthält, in einem Lichtbogenofen umgesetzt wird.

   Sie besteht darin, dass man als Ausgangsprodukt ein solches wählt, das mindestens 0, 02 Gew.-% Alkalimetall und/oder Erdalkalimetall, vorzugsweise in Form von Verbindungen, enthält, wodurch die ansonsten den elektrischen Strom schlecht leitende Dampfphase des im Lichtbogen erhitzten Reaktionsgemisches elektrisch besser leitend wird, was ein ruhigeres und gleichmässigeres Brennen des Lichtbogens zur Folge hat. 



   Die Alkali- und/oder Erdalkalimetalle bzw. deren Verbindungen können im Ausgangsmaterial, insbesondere in seiner (seinen) sauerstoffhaltigen Komponente (n), schon von Natur aus vorhanden sein oder können dem Ausgangsmaterial in sehr feiner Verteilung beigemischt werden, woran sich eine trockene oder feuchte Verformung der Mischung, gegebenenfalls eine Trocknung und die Weiterverarbeitung im Lichtbogenofen in möglichst wasserarmem Zustand anschliesst. 



   Die Menge der genannten Metalle bzw. ihrer Verbindungen in dem Möller, welcher dem Lichtbogenofen zugeführt wird, beeinflusst die Reaktionstemperatur im Lichtbogenofen und führt gegebenenfalls zur bevorzugten Bildung eines gewünschten Verbindungstyps. 



   In der franz. Patentschrift   Nr. 1. 136. 007   wurde schon vorgeschlagen, Titancarbid aus Ca-und Mg-haltigem   TiO   und Koks im Lichtbogenofen herzustellen. Der Ca- und Mg-Gehalt des Titandioxyds wirkt sich hier aber nicht besonders aus, da titan- und auch zirkonhaltige Reaktionsansätze im Lichtbogen auf alle Fälle eine gute Leitfähigkeit der Gasphase besitzen. 



   Die folgenden Beispiele mögen das erfindungsgemässe Verfahren erläutern. 



     Beispiel l :   In einem Lichtbogenofen von 60 cm Länge und 50 cm Breite mit Kohleboden und zwei senkrecht von oben hereinragenden regulierbaren Graphitelektroden von 100 mm Durchmesser wurde Borcarbid erschmolzen. Dazu wurde ein Möller in der Weise hergestellt, dass 75 kg Borsäure und 25 kg feingemahlener Petrolkoks (mit 88% Kohlenstoff) mit 60   l   Wasser, dem 60 g Ätznatron beigegeben waren, angeteigt wurden. Die feuchte Mischung wurde in flache Tassen eingebracht und in üblicher Weise in einem Dampftrockenschrank mit Luftumwälzung getrocknet. Die den Tassen entnommenen flachen, zirka   0, 035 Gew.-'%   Natrium enthaltenden Kuchen wurden grösstenteils zu 4-8 cm grossen Stücken zerkleinert und mit diesen der Ofen beschickt. 



   Bei 80 V und   2 000   A lief der Ofen bei vollständig bedeckten Elektroden ruhig und gleichmässig, wobei das entstehende Ofengas, ohne zu blasen, an der Beschickungsoberfläche abbrannte. Das der Formel B. C entsprechende erschmolzene Bodenmaterial bildete unter den Elektroden ein einheitliches, vollständig durchgeschmolzenes und zwischen den beiden Elektroden ganz zusammengelaufenes Bad. 



   Beim Arbeiten im technischen Massstab wurden Stücke bis zu 30 cm Grösse vom gleichen Möller kontinuierlich geschmolzen und das Bad im Abstand von 2 bis 4   h abgestochen.   

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 und gemahlenem Petrolkoks beschickt, wobei die Komponenten im gleichen Verhältnis wie in Beispiel 1, aber ohne Zusatz von Ätznatron, gemischt wurden. Der Ofen lief sehr unruhig und die Stromaufnahme konnte nicht über etwa 1200 A gesteigert werden. Bei weiterem Senken der Elektroden trat Kurzschluss mit dem Bodenkörper auf, was zu Betriebsunterbrechungen zwang. Trotz der auf diese Weise nur geringen möglichen Belastung trat nach bereits 20 min ein Zusammenbacken der Mischung ein, so dass die Ofengase nicht mehr gleichmässig entweichen konnten. 



   Es bildeten sich einzelne Löcher in der verklebten Mischung, durch welche die Ofengase stürmisch entwichen. Im Gegensatz zum stückigen Möller in Beispiel   l,   welcher gleichmässig von selbst im Ausmass der chemischen Umsetzung nachrutschte, war ein Nachfallen der pulverigen Mischung im vorliegenden Fall nicht möglich, weil die heftig blasenden Ofengase den pulverigen Möller mit fortführten. 



   Beispiel 3 : Im gleichen Ofen und in gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde Boraluminium hergestellt durch Niederschmelzen eines Möllers, welcher aus einem Gemisch von 90 kg Borsäure,   4, 8   kg Tonerde, 32 kg Petrolkoks und 0, 5 kg Ätznatron (0,   230/o   Natrium, bezogen auf die Gewichtssumme aller Feststoffe) in stückiger Form wie oben erhalten wurde, bei 80 V Spannung. 



   Durch Erhöhung des Ätznatronzusatzes wurde die Temperatur im Ofen gesenkt und dadurch die Bildung eines Aluminiumborids mit höherem Aluminiumgehalt herbeigeführt. 



   Beispiel 4 : Im gleichen Ofen wie in Beispiel 1 wurde bei 80 V ein Gemisch von 60 Gew.-Teilen Sand und 40 Gew.-Teilen gemahlenem Petrolkoks umgesetzt. Nach 20 min hatte sich eine Verbindung zwischen den Elektroden gebildet, welche die Stromführung übernahm und den Lichtbogen zum Erliegen brachte. Beim Abbau des Ofens wurde eine graphitische Brücke zwischen den Elektroden festgestellt. Dies beweist, dass der Ofen nicht mehr mit Lichtbogen arbeitete, sondern die Erhitzung durch Widerstand erfolgte. 



     Beispiel 5 :   Im gleichen Ofen wie in Beispiel 1 wurde die gleiche Mischung von Sand und Petrolkoks wie in Beispiel 4 geschmolzen, welche aber vorher mit einem Zusatz von 15 Gew.-Teilen Wasserglas und 15 Gew.-Teilen Wasser vermischt, getrocknet und zu faustgrossen Stücken   (2, 3 Gew.-%   Natrium) gebrochen wurde.

   Nach 1 h Fahrzeit, während welcher der Ofen als reiner Lichtbogenofen arbeitete, hatte sich eine starke Kruste von SiC gebildet. 
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 che in gleicher Weise wie in Beispiel 1 mit Wasser aufbereitet und zu Stücken verarbeitet wurde : 
100 Gew.-Teile Borsäure
18 Gew.-Teile Sand
44 Gew.-Teile Russ   0, 5 Gew.-Teile   Ätznatron (0,17   Gel.-%   Natrium, bezogen auf die Gewichtssumme der Feststoffe) 
Bei 80 V und 2500 A ging der Ofen sehr ruhig ; erhalten wurde ein vollständig durchgeschmolzener Block der Zusammensetzung : 
23, 5% C, 28,   5%   Si,   47, 80/0   B. 



   Beispiel 7 : Im gleichen Ofen wie in Beispiel 1 wurde die nachstehende Mischung geschmolzen, welche in gleicher Weise wie in Beispiel 1 mit Wasser aufbereitet und zu Stücken verarbeitet wurde : 
75 Gew.-Teile Borsäure
32   Gew.-Teile   Sand
37 Gew.-Teile Russ
36 Gew.-Teile Borax, kristallwasserhaltig   (2, 42 Gew.   



   Natrium, bezogen auf die Gewichtssumme der Feststoffe). 



   Wie in Beispiel 6 war der Ofengang bei 80 V und zirka   2500   A sehr ruhig. Es wurde ein Borsilicium der angenäherten Formel   SiB,   mit geringem Kohlenstoffgehalt geschmolzen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Verfahren zur absatzweisen oder kontinuierlichen Herstellung von Carbiden, Boriden und Siliciden der Elemente der 3. und 4. Hauptgruppe des periodischen Systems, bei welchem ein in geformten Körpern vorliegendes Ausgangsprodukt, das in feiner Verteilung und homogener Mischung Kohlenstoff und ein der herzustellenden Verbindung entsprechendes sauerstoffhaltiges Material enthält, in einem Lichtbogenofen umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ausgangsprodukt ein solches wählt, das mindestens 0,02 Gew. -0/0 Alkalimetall und/oder Erdalkalimetall, vorzugsweise in Form von Verbindungen, enthält, wodurch die ansonsten den elektrischen Strom schlecht leitende Dampfphase des im Lichtbogen erhitzten EMI3.1