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Verfahren zum kontinuierlichen Reinigen von mindestens
70 gew.-% igem Bornitrid
Es ist bekannt, heisspressbares stabilisiertes Bornitrid dadurch herzustellen, dass ein nicht stabilisiertes Bornitridmaterial, das nach etwa Istündigem Erhitzen unter Druck auf 1500 - 18000C in einer neutralen Atmosphäre einen Gehalt von mehr als 71o Boroxyd (B, Os) hat, in einer Ammoniakatmosphäre so lange auf wenigstens 11000C erhitzt wird, bis sich ein Teil der nicht nitridierten Borverbindung umsetzt. Dabei werden für die Herstellung eines 98% igen Bornitrids bei 14000C 8 h benötigt. Ein weiteres Verfahren beschreibt die Reinigung von Bornitrid, wobei dieses im Ammoniakstrom einer sehr hohen Temperatur ausgesetzt wird.
In einer ändern Vorveröffentlichung wird zur Reinigung von Bornitrid bei Temperaturen zwischen 1900 bis 20000C 1 h benötigt.
Es wurde nun ein Verfahren zum kontinuierlichen Reinigen von mindestens 70 gew.-tigem Bornitrid unter Verwendung eines Spülgases bei Temperaturen oberhalb 11000C gefunden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man Bornitrid in feuchtem Zustand verformt, bei möglichst niedriger Temperatur, z. B. 1500C trocknet, dem verformten, vertikal fliessenden Bornitrid im Gegenstrom bei Temperaturen von 1500 bis 2000 C, vorzugsweise 1500 bis 1800 C, ein Spülgas zuführt und den gewünschten Reinheitsgrad des Endproduktes mittels der Durchlaufgeschwindigkeit und der Spülgasmenge einstellt.
Als Spülgas sind beispielsweise geeignet Ammoniak und/oder Wasserstoff und/oder Stickstoff, Inert-
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wendung von Ammoniak als Spülgas wird z. B. die verdampfende Bor-Sauerstoffverbindung nitridiert und ab Rauch entfernt, der nach Durchlaufen eines Zyklons in einem Filtersack abgefangen wird, wodurch keine Bor-bzw. Bornitrid-Verluste entstehen. Die so isolierten Festteilchen können gegebenenfalls im Kreislauf geführt werden, indem sie z. B. dem ausgewaschenen, noch knetfeuchten Rohbornitrid zugegeben werden. Sie können aber auch als solche verwendet werden.
Das Verfahren besitzt den Vorteil, dass durch die Anwendung des Gegenstromprinzips durch geringe Reaktion der Rohrwandung mit dem Sauerstoff der Bor-Sauerstoffverbindung etwa entstandenes Kohlenmonoxyd in entgegengesetzter Richtung zum Fertigprodukt abgeführt wird. Somit wird die lästige Graufärbung des Endproduktes durch Rückreaktion von Kohlenmonoxyd mit Bornitrid unter Abscheidung von Kohlenstoff vermieden und ein rein weisses Bornitrid erhalten.
Durch die entgegengesetzte Führung von Rohbornitrid und Spülgas lässt sich der Grossteil der Verunreinigungen schon kurz nach Eintritt in die Glühzone aus dieser entfernen. Das entstandene reine Bornitrid überzieht die Wandung des Graphitrohres mit einer dünnen, auch bei hohen Temperaturen gut gleitfähigen Schicht. Damit wird der Materialtransport erleichtert und das Heizrohr geschützt.
Bei Anwendung von Ammoniak als Spülgas werden beim Verlassen der Glühzone im anschliessend kälteren Teil die eventuell noch vorhandenen Reste anhaftender Borsäure nitridiert, so dass diese im Endprodukt nur in Spuren nachgewiesen werden kann.
Weiterhin bewirkt das im Gegenstrom geführte Spülgas eine Abkühlung des die Glühzone verlassenden Materials, so dass es sofort weiterverarbeitet, z. B. abgesackt, werden kann. Gleichzeitig werden die Spülgase vorgewärmt und wird die Energieausnützung verbessert. Ausserdem bringt ein kontinuierliches Verfahren natürlich eine gleichmässigere Qualität.
Beispiel 1 : Ein vertikaler Tammannofen mit einem Graphitheizrohr von etwa 100 mm lichter Weite wird auf 1700 30 C aufgeheizt. An das eigentliche Heizrohr schliesst sich unten ein Metallrohr mit demselben Innendurchmesser an, in das mehrere Gaseinleitungsrohre von 10 mm lichter Weite in nicht zu spitzem Winkel eingearbeitet sind. Darunter befindet sich die Austragsschnecke, deren Drehzahl über einen stufenlos regelbaren Getriebemotor beliebig variiert werden kann. An das Austragsende der Schnekke kann z. B. eine Schlagkreuzmühle mit einem entsprechenden Sieb angeschlossen werden, welche die durch die Schnecke aus dem Heizrohr entfernten "Würstchen" auf die gewünschte Korngrösse zerkleinert.
Das die Mühle verlassende Material kann in einen Vorratssilo oder direkt in verkaufsfertige Behälter, z. B. in Säcke, geleitet werden.
Die Aufgabe der verformten Würstchen (Raumgewicht etwa 0, 4 gem deren Herstellung oben beschrieben wurde, erfolgt am oberen Heizrohrende, kontinuierlich. Dabei ist es zweckmässig, die Schüttungshöhe nicht zu hoch zu wählen, um dem durch das Spülgas entfernten Gemenge aus Bornitrid und Bor- säure das Entweichen zu erleichtern. Die Gewichtsabnahme, bezogen auf eingesetztes Material, beträgt je nach Reinheitsgrad des aufgegebenen Bornitrids etwa 200/0. Die Reaktionszone mit der Temperatur von 17000C besitzt bei den angegebenen Bedingungen eine Länge von etwa 15 cm. Die Umlaufgeschwindigkeit der Schnecke beträgt 0,61 Umdr/min. Nach Anlaufen des Betriebes wurden stündliche Proben ent- nommen und analysiert. Einige fortlaufende Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle 1
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<tb>
<tb> Proben <SEP> Nr. <SEP> Endprodukt, <SEP> Analyse
<tb> Gewicht/h <SEP> in <SEP> g <SEP> % <SEP> Stickstoff <SEP> % <SEP> anhaft. <SEP> BÖ <SEP>
<tb> 1 <SEP> 800 <SEP> 56, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 800 <SEP> 56, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 820 <SEP> 55, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 800 <SEP> 55, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 5 <SEP> MO <SEP> 55, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
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Beispiel 2 : Es wird wie in Beispiel 1 gearbeitet, verändert wird nur die Drehzahl der Schneckenwelle. Sie wird von 0,61 Umdr/min auf 0,85 Umdr/min erhöht. Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse eini- ger hintereinander im Abstand von je 1 h entnommener Proben.
Tabelle 2
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<tb>
<tb> Proben <SEP> Nr. <SEP> Endprodukt, <SEP> Analyse
<tb> Gewicht/h <SEP> in <SEP> g <SEP> % <SEP> Stickstoff <SEP> anhaft. <SEP> BO <SEP>
<tb> 1 <SEP> 1650 <SEP> 55. <SEP> 1 <SEP> 0,1
<tb> 2 <SEP> 1040 <SEP> 55, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 1050 <SEP> 55, <SEP> 0 <SEP> 0,1
<tb> 4 <SEP> 1020 <SEP> 55, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 1030 <SEP> 55, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 1020 <SEP> 55, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb>
Beispiel 3 : Es wird wie in Beispiel 1 gearbeitet, wobei die Drehzahl der Schneckenwelle von 0, 85 (entsprechend Beispiel 2) auf 1, 50 Umdr/min erhöht wird. Die Ammoniak-Strömungsgeschwindigkeit wird dem erhöhten Durchsatz angepasst und von etwa 200 l/h der Beispiele 1 und 2 auf etwa 400 l/h gesteigert.
Die Temperatur der Glühzone beträgt etwas weniger als 20000C. Der Anstieg des Materialaustrages um durchschnittlich 1200 g bei einer Drehzahlsteigerung von 0,85 Umdr/min auf 1, 50 Umdr/min zeigt, dass mit der angegebenen Temperaturerhöhung bereits eine Dichtesteigerung durch teilweises Versintern der Bornitrid-Formlinge einhergeht. Die Tabelle 3 bringt die Ergebnisse einiger hintereinander im Abstand von je 1 h entnommener Proben.
Tabelle 3
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<tb>
<tb> Proben <SEP> Nr. <SEP> Endprodukt, <SEP> Analyse
<tb> Gewicht/h <SEP> in <SEP> g <SEP> % <SEP> Stickstoff <SEP> % <SEP> anhaft. <SEP> Boos
<tb> 1 <SEP> 2230 <SEP> 55, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 2240 <SEP> 55, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 2250 <SEP> 54, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 2280 <SEP> 54,8 <SEP> 0,2
<tb> 5 <SEP> 2230 <SEP> 55,2 <SEP> 0, <SEP> 1
<tb> 6 <SEP> 2240 <SEP> 55, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>
<tb>
Beispiel 4 : Es wird wie in Beispiel 1 gearbeitet, wobei die Drehzahl der Schneckenwelle auf 1, 58 Umdr/mín erhöht wird. Die Ammoniak-Strömungsgeschwindigkeit beträgt etwa 300 l/h. Die Temperatur der Glühzone liegt bei etwa 17000C.
Die Tabelle 4 bringt die Ergebnisse einiger hintereinander im Abstand von je 1 h entnommenen Proben.
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Tabelle 4
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<tb>
<tb> Proben <SEP> Nr. <SEP> Endprodukt, <SEP> Analyse
<tb> Gewicht/h <SEP> in <SEP> g <SEP> % <SEP> Stickstoff <SEP> % <SEP> anhaft. <SEP> B <SEP> : <SEP> 03 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 2150 <SEP> 54, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 2100 <SEP> 54,4 <SEP> 0,8
<tb> 3 <SEP> 2180 <SEP> 54, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 2150 <SEP> 54, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 2130 <SEP> 54. <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 9
<tb> 6 <SEP> 2170 <SEP> 54,3 <SEP> 1,0
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Beispiel 5 : Es wird wie in Beispiel 4 gearbeitet, wobei die Drehzahl der Schneckenwelle ebenfalls auf 1, 58 Umdr/min gehalten wird. An Stelle von Ammoniak wird Stickstoff mit einer Geschwin digkeit von 200 l/h geströmt.
Die Temperatur der Glühzone beträgt etwa 17000C. Die Tabelle 5 bringt die Ergebnisse einiger hintereinander im Abstand von je 1 h entnommener Proben.
Tabelle 5
EMI4.2
<tb>
<tb> Proben <SEP> Nr. <SEP> Endprodukt <SEP> Analyse
<tb> Gewicht/h <SEP> in <SEP> g <SEP> % <SEP> Stickstoff <SEP> % <SEP> anhaft. <SEP> B203
<tb> 1 <SEP> 2500 <SEP> 46,0 <SEP> 9,2
<tb> 2 <SEP> 2660 <SEP> 45, <SEP> 4 <SEP> 10, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 2550 <SEP> 45, <SEP> 7 <SEP> 9, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 25ss0 <SEP> 45, <SEP> 7 <SEP> 9, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 2610 <SEP> 45, <SEP> 5 <SEP> 9, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 2540 <SEP> 45,9 <SEP> 9,9
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PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum kontinuierlichen Reinigen von mindestens 70 gew.-tigem Bornitrid unter Verwendung eines Spülgases bei Temperaturen oberhalb 1100 C, dadurch gekennzeichnet, dass man Bornitrid in feuchtem Zustand verformt, bei möglichst niedriger Temperatur, z.
B. 150 C, trocknet, dem verformten, vertikal fliessenden Bornitrid im Gegenstrom bei Temperaturen von 1500 bis 2000 C, vorzugsweise 1500 bis 1800 C, ein Spülgas zuführt und den gewünschten Reinheitsgrad des Endproduktes mittels der Durchlaufgeschwindigkeit und der Spülgasmenge einstellt.