Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus keramischen Werkstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mechanisch, thermisch und/oder chemisch widerstandsfähigen Formkörpern mit definiertem Querschnitt aus keramischen Werkstoffen.
Formkörper, insbesondere Hohlkörper, aus keramischen Werkstoffen, z. B. Metallkarbiden oder -oxyden, lassen sich im allgemeinen mit mechanischen Mitteln nur mit sehr grossem Aufwand massgenau bearbeiten, da ihre, durch die grosse Dichte bedingte, hohe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchungen naturgemäss auch die Bearbeitbarkeit beeinträchtigen.
Darüberhinaus sind diese Körper häufig spröde, so dass sie bei mechanischer Bearbeitung leicht splittern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine mechanische Herstellung und Bearbeitung von derartigen Formkörpern aus keramischen Werkstoffen zumindest weitgehend zu vermeiden, und die unter Umständen notwendige mechanische Nachbearbeitung der Oberfläche auf ein Minimum zu reduzieren. Derartige Formkörper finden beispielsweise Anwendung als Lagersteine für Uhren und Messinstrumente, als Abriebteile für Textilmaschine, z. B. als Fadenführer und Schützenhalter von Webmaschinen, oder als Düsen, die chemisch und thermisch hoch belastet werden, z. B.
Brennstoff- oder Spritzdüsen.
Die Erfindung basiert auf dem, für die Beschichtung von Metalloberflächen bekannten, sogenannten CVD(Chemical Vapor Deposition)-Verfahren.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein die Form und die Abmessungen des gewünschten Formkörpers mindestens annähernd aufweisender Trägerkörper aus chemsich inaktivem, temperaturbeständigem Material in einem Reaktionsgefäss unter Schutzgas oder Vakuum auf eine Reaktionstemperatur aufgeheizt wird, die durch die verwendeten Ausgangsverbindungen bestimmt ist, dass ferner die Elemente des Werkstoffes mindestens enthaltende, dampf- oder gasförmige Ausgangsverbindungen an den heissen Trägerkörper herangeführt und an diesem chemisch und/oder thermisch zersetzt werden, wobei der keramische Werkstoff auf dem Trägerkörper abgeschieden wird, und dass schliesslich der Trägerkörper nach der Beschichtung durch mechanische und/oder chemische Mittel aus der den Formkörper bildenden keramischen Schicht entfernt wird.
Ein weiteres Anwendungsgebiet für derartige Formkörper sind elektrische Heizelemente sehr hoher Leistungsdichte und Belastbarkeit, die unter Umständen als Glühkörper Temperaturen über 1200 C erreichen.
Bei derartigen Heizelementen ist es oft wünschenswert, wenn sie bestimmte elektrische Leitfähigkeiten besitzen, die in einem weiten Temperaturbereich möglichst temperaturunabhängig sind. Die elektrischen Eigenschaften der Hohlkörper lassen sich mit dem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren auf einfache Weise beeinflussen, wenn das sich abscheidende Material mit geeigneten Elementen dotiert wird.
Eine geeignete Dotierung kann beispielsweise erreicht werden, wenn während der oder anschliessend an die Abscheidung des keramischen Werkstoffes mindestens ein bei der Reaktionstemperatur festes Metall, beispielsweise Eisen, Aluminium, Bor oder Titan, oder Stickstoff aus mindestens einer bei der Reaktionstemperatur spaltbaren, dampf- oder gasförmigen Verbindung abgeschieden wird, wobei die Konzentration des oder der zusätzlich abgeschiedenen Elemente in dem Werkstoff durch das Verhältnis der Mengenströme pro Zeiteinheit für die die Elemente des keramischen Werkstoffes und die das oder die Zusatzelemente enthaltenden Verbindungen und/oder durch die Temperatur in je einem zur Verdampfung der Verbindungen dienendem Gefäss gesteuert wird.
Für die Abscheidung von Stickstoff werden vorteilhaft Ausgangssubstanzen, wie Ammoniak oder Amine, verwendet, bei deren Zersetzung zumindest überwiegend atomarer Stickstoff entsteht.
Vorteilhafterweise kann weiterhin die Massnahme vorgesehen sein, dass ein elektrisch leitender Trägerkörper durch elektrischen Strom, galvanisch oder in duktiv, direkt beheizt wird, während das Reaktionsgefäss gekühlt wird. Diese Massnahmen ergeben den Vorteil, dass die thermischen und/oder chemischen Reaktionen im wesentlichen in der unmittelbaren Umgebung des Trägerkörpers lokalisiert werden und dadurch Ablagerungen an den Wänden des Reaktionsgefässes zumindest vermindert werden.
Selbstverständlich ist jedoch eine Aufheizung des ganzen Reaktionsgefässes auf die Reaktionstemperatur, beispielsweise durch eine Gas- oder Ölheizung, ebenfalls möglich.
Weiterhin können die dampf- oder gasförmigen Verbindungen mit Hilfe eines Transportgases dem Reaktionsgefäss und dem Trägerkörper zugeführt werden, wobei das Transportgas gleichzeitig als Reaktionspartner für mindestens eine der chemischen Reaktionen dienen kann.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung nachstehend näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Fig. 2 und 3 geben einen Hohlkörper wieder, der beispielsweise zu Lagersteinen weiter verarbeitet werden kann.
Fig. 4 und 5 stellen zwei verschiedene Ausführungsformen eines beschichteten Trägerkörpers dar, die zur Herstellung von Fadenführern und Düsen dienen.
Fig. 6-10 zeigen weitere Ausführungsformen der Trägerkörper und die darauf aufgebrachten Schichten der keramischen Werkstoffe.
in dem Reaktionsgefäss 1, dessen Begrenzungswände von einem Kühlmittel, z. B. Wasser, durchflossen sein können, wofür die Kühlmittelleitungen 2 und 3 vorgesehen sind, kann in den Halterungen 4 ein geeigneter Trägerkörper 5 befestigt werden, auf dem sich der keramische Werkstoff während des Verfahrens niederschlägt.
Die Halterungen 4 für den Trägerkörper 5, der vorteilhafterweise elektrisch leitend ausgebildet ist, dienen gleichzeitig zur Zuführung der elektrischen Energie für die Aufheizung des Trägers 5 auf Reaktionstemperatur. Die elektrische Heizung für den Träger 5 ist nur schematisch angedeutet und mit 6 bezeichnet.
In einer Seitenwand des Reaktionsgefässes 1 befindet sich ein Beobachtungsfenster 7, vor dem ein Strah iungspyrometer 8 angeordnet ist, das zur Messung und Überwachung der Reaktionstemperatur dient.
Die als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Hohlkörpern dienenden Verbindungen, sowie die als Grundsubstanzen für die als Dotierung zur Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften verwendeten Elemente können bei Umgebungstemperatur gasförmig, flüssig oder fest sein. Darüberhinaus werden für den Ablauf der Zersetzungsreaktionen und die Bildung der keramischen Stoffe unter Umständen zusätzliche, meist gasförmige Reaktionspartner, wie z. B. Wasserstoff als Reduktionsmittel, benötigt. Sehr häufig ist es darüberhinaus notwendig, das Verfahren unter Schutzgasatmosphäre oder bei reduzierten Drücken durchzuführen.
Für die Zuführung der verschiedenen Verbindungen und Elemente, zu dem Trägerkörper 5 sowie für das Wegführen von gasförmigen Reaktionsprodukten bzw.
für das Arbeiten unter reduziertem Druck oder Vakuum besitzt das Reaktionsgefäss 1 daher mehrere Leitungsanschlüsse.
Von oben mündet in das Gefäss 1 eine Leitung 9, an die ein Messgerät 10 für die Messung des Druckes im Reaktionsraum angeschlossen ist. Durch diese Leitung 9 kennen gasförmige Verbindungen oder lile- mente dem Reaktionsraum direkt zugeführt werden.
Bei Umgebungstemperatur feste Verbindungen werden dem Reaktionsraum dampfförmig mit Hilfe eines Transportgasstromes zugeführt. Die Verdampfung erfolgt in einem Gefäss 12, dass in einem Verdampfungsraum 11 gelagert ist. Durch eine Heizspirale 13, die mit einer elektrischen Energiequelle 14 verbunden ist, wir der Verdampfungsraum 11 auf eine geeignete Temperatur aufgeheizt; diese Temperatur wird durch einen Temperaturfühler 15 überwacht, der gegebenenfalls den Heizstrom für die Spirale 13 automatisch steuert.
Das Transportgas für den Transport der Verdampfungsprodukte aus dem Raum 11 zu dem Trägerkörper 5 wird über eine Leitung 15 in den Raum 11 einge- speist.
Im Reaktionsgefäss 1 sind weiterhin eine Reihe von Verteilerdüsen 17 vorhanden, durch die die für den Aufbau des keramischen Werkstoffes notwendigen Verbindungen und/oder Elemente gas- oder dampfförmig in den Rea3rtionsraum, unter Umständen ebenfalls wieder mit Hilfe eines Transportgases, eingeblasen und dem Träger 5 zugeführt werden. Zu diesem Zweck sind die Düsen 17 mit einer Leitung 18 verbunden, die zu Dreiweg-Umschalt-Ventil 19 führt, dessen zweiter Ausgang über eine Leitung 20 mit der Atmosphäre verbunden irt. Dieser zweite Ausgang hat die Aufgabe vor der Durchführung des eigentlichen Herstellungsverfahrens, ein Durchspülen der Anlage zu ermöglichten.
Am Eingang des Ventils 19 endet eine Leitung 21, die das Ventil 19 über eine Leitung 22 entweder mit einer Quelle für einen gasförmigen Stoff verbindet oder zu zwei Verdampfungseinrichtungen 23 und 24 für flüssige Substanzen führt.
Jede der beiden Verdampfungseinrichtungen 23 und 24, die beide gleich ausgebildet sind, -von denen die eine für die Erzeugung des Dampfes einer Verbindung zur Herstellung des keramischen Werkstoffes und die andere beispielsweise zur Verdampfung eines flüssig vorliegenden Stoffes dient, aus dem ein Dotierungsmittel gewonnen wird -besitzt eine in eine elektrische Heizhaube 25 eingebettete Verdampferblase 28, an die sich ein von einem Thermostaten 26 umgebenes Steigrohr 27 anschliesst. Temperaturfühler 29 überwachen die Verdampfungstemperatur 71 und steuern gegebenenfalls den Stromdurchgang durch die Heizhaube 25.
Weitere Temperaturfühler 30 messen und steuern die Temperatur T2 im Thermostaten 26 und damit im Innern des Steigrohres 27. Die Temperatur T2 wird beispielsweise durch Verändern des Stromes eines Mediums, z. B. Wasser, durch den Thermostaten 26 auf einem konstanten Wert gehalten.
Die doppelte Temperaturmessung und -steuerung durch die Fühler 29 und 30 hat den Zweck, den Mengenanteil an verdampfter Flüssigkeit in dem dem Gefäss 1 zufliessenden Dampf oder Dampfgas-Gemisch definiert festzulegen und zu verändern, wie später noch beschrieben wird.
In jede Verdampferblase 28 mündet eine Leitung 31, durch die ein Transportgas für den in der Blase 28 erzeugten Flüssigkeitsdampf eingespeist werden kann.
Die Leitungen 9, 16, 22 und 31 sind je mit einem beispielsweise als Nadelventil ausgebildeten, einstellbaren Drosselorgan 33 und einem Strömungsmesser 34 versehen; sie besitzen -ausserdem je einen Druckmesser 3, mit dem der Eingangsdruck in die Anlage für die jeweils in diesen Leitungen geführten Gase gemessen wird. Alle diese Leitungen sind an nicht dargestellten Quellen, z. B. Gasflaschen, für die entsprechenden Gase angeschlossen, wobei unter Umständen darüberhinaus ebenfalls nicht gezeigte Gasreinigungsvorrichtun gen vorhanden sein können.
Schliesslich gehen von dem Reaktionsgefäss 1, zwei weitere Leitungen 36 und 37 aus, die über je -eine einstellbares Drosselorgan 38 und 39 in die Atmosphäre führen, wobei inner Leitung 37 darüberhinaus eine mehrstufige Vakuumpumpe 41 vorgesehen ist, mit der Vakua bis zu I-0-6mm Hg erzeugt und aufrecht erhalten werden können.
Die Dosierung gasförmiger Stoffe erfolgt direkt durch die Drosselorgane 33 mit Hilfe der Strömungsmesser 34, wobei die abgelesenen Durchsatzmengen mit Korrekturen versehen werden, die jeweils vom Eingangsdruck der Gase (Messgerät 35), dem Gesamtdruck der Anlage (Messgerät 10) und der Reaktionstemperatur (Temperaturfühler 8), sowie der Dichte der Gase abhängig sind. Die Korrekturen sind notwendig, weil die käuflichen Strömungsmesser im allgemeinen auf Luft bei bestimmter Temperatur und bestimmten Druck geeicht sind. Änderungen der Durchflussmengen werden durch nun Verstellen der Drosselorgane 33 von Hand oder automatisch vorgenommen.
Der Volumen- oder Molanteil des aus flüssigen Verbindungen gewonnenen Dampfes wird über die Temperatur in der Verdampferblase 28 und über diejenige im Steigrohr 27 auf folgende Weise festgelegt und verändert. Ein durch -die Elemente 33 und 34 bekannter Mengenstrom pro Zeiteinheit an Transportgas strömt durch die Leitung 31 in die Verdampferblase 28 und wird dort entsprechend der in ihr herrschenden Temperatur T1 partiell mit Dampf gesättigt. Beim Durchströmen des Steigrohrs 27 und damit des Thermostaten 26, der auf eine gegenüber der Temperatur T1 um etwa 10-20 C niedrigere Temperatur eingestellt ist, wird ein Teil des mit dem Gas transportierten Dampfes wieder kondensiert. Daher ist das Dampf Gasgemisch bei Eintritt in die Leitung 21 entsprechend der Temperatur T2 mit Dampf gesättigt.
Aus dem bekannten Dampfdruck der Flüssigkeit bei T2 kann dann der Molanteil des Dampfes bei bekanntem Gesamtdruck der Anlage (Messfühler 10 in Leitung 9) berechnet werden. Da der Volumenstrom des Transportgases bekannt ist, ist damit auch der Volumenoder Molstrom des Dampfes, d. h. die dem Reaktionsgefäss 1 pro Zeiteinheit zugeführte Dampfmenge an in der Einrichtung 23 oder 24 verdampfter Flüssigkeit bekannt. Eine Änderung des Dampfstromes erfolgt über Anderungen der Temperaturen T1 und T2 mit Hilfe des Heizstromes für die Hauben 25 und/oder des Stromes durch den Thermostaten 26 sowie durch Änderung des
Transportgasstromes mit Hilfe der Elemente 33 und 34 und/oder des Druckes im System mit Hilfe der Ele mente 38 oder 39.
Die festen, verdampfbaren Substanzen werden ebnfalls über ihre Verdampfungstemperatur (Temperaturfühler 15), und damit über ihren Dampfdruck, im Zusammenwirken mit dem Volumenstrom des Transportgases dosiert. Die Menge der verdampften Substanz muss dabei jeweils bei bestimmten Temperaturen und bei bestimmten Transportgasströmen durch Eichmessungen ermittelt werden. Zu diesem Zweck wird der die Substanz enthaltende Tiegel 12 in gewissen Zeitabständen gewogen; die Gewichtsdifferenz entspricht der pro Zeiteinheit verdampften Menge an fester Substanz. Eine Änderung dieser Menge erfolgt am einfachsten bei konstantem Transportgasstrom mit Hilfe von Temperaturänderungen im Verdampfungsraum 11 durch Regulieren des Heizstromes für die Spirale 13 oder umgekehrt durch eine Änderung des Transportgasstromes bei konstanter Temperatur.
Die weiteren Reaktionsparameter - Reaktionstemperatur (Strahlungspyrometer 8) und -Druck (Messfüh ler 10) - müssen ebenfalls dauernd überwacht werden, da sich vor allem die Temperatur des Trägerkörpers 5 durch Anderungen seiner elektrichen Leitfähigkeit infolge der abgeschiedenen Materialmengen dauernd ver ändert. Die mit dem Pyrometer 8 gemessene Gesamtstrahlungstemperatur dient dabei zur Steuerung des Heizstromes in der Heizeinrichtung 6. Mit dem Druckfühler 10 gemessene Druckänderungen werden durch Verstellen der Drosselorgane 38 bzw. 39 in den Leitungen 36 bzw. 37 ausgegelichen.
Als Substrat oder Trägerkörper 5 können Stäbe oder Drähte sowie Rohre oder Formkörper aus Graphit oder aus geeigneten hochschmelzenden Metallen wie z. B. Wolfram (W), Molybdän (Mo) oder Tantal (Ta) - oder geeigneten Metallegierungen dienen. Selbstverständlich können auch Trägerkörper 5 aus keramischem Material mit geeigneter elektrischer Leitfähigkeit verwendet werden.
Die Auswahl des Materials für den Körper 5 richtet sich nach den bei dem Verfahren erreichten Temperaturen und den für die Bildung verwendeten bzw.
bei der Bildung der keramsichen Körper entstehenden Substanzen.
Form und Abmessungen der Trägerkörper 5 können je nach Art und Grösse der geforderten Hohlkörper in weiten Grenzen variieren. So ist es möglich, durch Verwendung von dünnen W- oder Mo-Drähten als Trägerkörper 5 mit Durchmessern bis herunter zu 0,02 mm Hohlkörper 40 mit sehr feinen Bohrungen herzustellen.
Ein derartiger Hohlkörper 40 ist schematisch und im vergrösserten Masstab in Fig. 2 und 3 gezeigt.
Durch Zerschneiden oder Zersägen längs der Linien a-a (fig. 2) können aus diesem Hohlkörper 40 beispielsweise Lagersteine hergestellt werden.
Für die erwähnten Heizelemente werden als Trägerkörper 5 zweckmässig Graphitstäbe oder -Rohre mit Durchmessern von einigen Millimetern benutzt. In ihrer Form entsprechen derartige Elemente beispielsweise dem Holilkörper 40 nach Fig. 2.
Aus dem in Fig. 4 gezeigten Hohlkörper 40 erhält man durch Zerteilen längs der Linien a-a ringförmige Fadenführer für Webmaschinen, während durch einen zusätzlichen Schnitt längs b-b offene, halbschalenförmige Fadenführer entstehen; aus einem Körper 40 nach Fig. 5 können Spritzdüsen gefertigt werden, in dem man diesen Hohlkörper 40, wiederum an den Stellen a-a, zerschneidet.
Die Trägerkörper 5 nach den Fig. 4 und 5 werden dabei am einfachsten mechanisch aus Graphit oder einem Rohling aus hochschmelzendem Metall herausgearbeitet. Die Oberflächenbeschaffung des Hohlrau- mes in den Körpern 40 hängt dabei von der Genauigkeit der äusseren Oberfläche der Körper 5 ab. Es ist eine wirtschaftliche, von Fall zu Fall zu entscheidende Frage, ob die Oberfläche der Korper 5 so genau gearbeitet wird, dass in den Hohlräumen der Körper 40 keine mechanische Nachbearbeitung notwendig ist, oder ob es vorteilhafter ist, die Oberfläche der Trägerkörper 5 weniger genau zu bearbeiten und die Körper 40 nachzubearbeiten, zum Beispiel in einer mit Quarzstaub gefüllten Trommel nachzupolieren.
Die in den Fig. 6-10 gezeigten Hohlkörper geben einige Beispiele für nach dem beschriebenen Verfahren herzustellende Formkörper; die gezeigten Hohlkörper werden dabei - unter Umständen durch Zerschneiden in verschiedenen Richtungen - in die gewünschte Form und Abmessung weiter verarbeitet. Von den in den Fig. 610 stark vergrössert dargestellten Formkörpern können dabei zum Beispiel die Körper 40 nach Fig. 6 bzw. 7 als Lagerschneiden bzw. Schneidenlager für Waagen, diejenigen nach Fig. 8 und 9 als Einsätze für Kunstfaserspinndüsen und diejenigen nach Fig. 10 als Einsätze für Sprühdüsen mit breitgefächertem, flachem Strahl dienen.
Das Herstellungsverfahren für die keramischen Formkörper läuft im allgemeinen auf folgende Weise ab:
Nach dem Einsetzen des Trägers 5 in die Halterungen oder Stromzuführungen 4 wird das Reaktionsgefäss verschlossen und das gesamte System mehrfach evakuiert und mit einem Inertgas, z. B. mit Stickstoff oder Argon gespült, um den Sauerstoffgehalt auf ein Minimum zu reduzieren. Dann wird mit Hilfe von Schutzgas der Reaktionsdruck eingestellt und der Träger bis auf eine Temperatur erhitzt, die etwa 50 C über der Reaktionstemperatur TR liegt. Diese t)berhit- zung ist notwendig, damit beim Einströmen der Gase und Dämpfe die Temperatur den gewünschten Wert TR erreicht. Bei der Temperatur TR+50 wird der Träger etwa 10 min. ausgeheizt.
Nunmehr werden die gewünschten Gasströme eingestellt und das Verfahren durch Zuführen der Gas- bzw. Dampfgasgemische zu dem Trägerkörper 5 durchgeführt. Während der gazen Reaktionszeit werden alle Reaktionsparameter kontrolliert und unter Umständen korrigiert.
Die Reaktionsdauer hängt in jedem Fall von den speziellen Bedingungen - wie zum Beispiel Reaktionstemperatur und -Druck, Verdampfungstemperatur für feste und flüssige Substanzen, Volumeströme der Gase, Art und Grösse der gewünschten Formkörper sowie ihr Material und die verwendeten Ausgangssubstanzen ab; die Reaktionsdauer lässt sich daher nur experimentell bestimmen. Sie kann zwischen 30 min. und 12 Stunden variieren. Sobald die gewünschte Schichtdicke für den Hohlkörper 40 erreicht ist, wird durch Abstellen der Heizung für den Träger 5 das Verfahren abgebrochen, das Reaktionsgefäss 1 wiederum mehrmals evakuiert, gespült und dann belüftet.
Aus dem entstandenen Rohkörper wird der Träger 5 mechanisch oder chemisch - z. B. durch Bohren, Erosion, Verbrennen, Elektrolyse oder Ätzen mit Säuren oder Laugen herausgelöst und der entstandene Hohlkörper zu den gewünschten Formkörpern weiter verarbeitet, beispielsweise zersägt und poliert. Die Herstellung der endgültigen Formkörper kann dabei vor oder nach dem Herauslösen der Träger 5 erfolgen.
Beispiel 1
Hohlkörper aus Aluminiumoxid (A1203)
Die Ausgangssubstanzen für einen Al2O3-Körper sind Aluminiumtrichlorid (AlCl3), Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H2). Als Gase werden dabei dem zuvor in der vorstehend beschriebenen Weise vorbereitetem Reaktionsgefäss 1 H2, das gleichzeitig als Transportgas für AlCl3-Dampf dient, durch die Leitung 16 und CO2 durch die Leitungen 22 und 21 zugeführt; über die Leitung 9 strömt darüberhinaus Kohlenmonoxid (CO) in das Gefäss 1 ein, um während der Herstellung des A1203 eine Nebelbildung aus Al2O3.xH2O zu verhindern. AlCl3 wird im Verdampfungsraum 11 aus dem Gefäss 12 heraus verdampft und mit Hilfe des H2 in den Reaktionsraum eingebracht.
Als Trägerkörper dient ein Graphitstab von etwa 50 cm Länge und etwa 2 mm Durchmesser.
Für die Herstellung eines Al2O3-Hohlkörpers ergeben sich folgende Werte für die einzelnen Reaktionsparameter:
Reaktions- 800-12550 C, temperatur: insbesondere 1230-1255 C
Reaktionsdruck: etwa Atmosphärendruck
H2-Strom: 50-300 cm3/min., insbesondere 160 cm2/min.
CO2-Strom: 20-200 cms/min., insbesondere 40 cm3/min.
CO-Strom: 0-1000 cm3/min., insbesondere 840 cm3/min.
AlCl3-Strom 10-600 mg/min., abhängig (gasförmig): von der gewählten
Verdampfungstemperatur
Verdampfungs- 100-180 C, temperatur: insbesondere 130-160"C
Die Dosierung der einzelnen Substanzen erfolgt in der für gasförmige und feste Stoffe beschriebenen Weise.
Über verschiedene Zwischenreaktionen wird bei dem Verfahren nach der Gleichung
EMI4.1
Al203 auf dem Trägerkörper 5 abgeschieden, während Chlorwasserstoff (HC1) und Kohlenmonoxid (CO) gasförmig durch die Leitung 36 entweichen.
Beispiel 2
Heizelement aus Siliziumkarbid (SiC), das mit Eisen (Fe) zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit dotiert ist.
Die Ausgangssubstanz für die Herstellung von Siliziumkarbid bildet Trichlormethylsilan (CH3SiCl3), das sowohl den Kohlenstoff, als auch das Silizium enthält, wobei zusätzlich beide Elemente in dem für die SiC Bildung richtigen stöchiometrischen Verhältnis vorliegen.
Zur Durchführung des Verfahrens wird CHSSiCl3 in der Verdampfungseinrichtung 23 verdampft und mit H2, das der Einrichtung 23 durch die Leitung 31 zuströmt, als Transportgas dem Gefäss 1 über die Leitungen 21 und 18 zugeführt. Der als Transportgas verwendete Wasserstoff dient gleichzeitig dazu, um das während Zwischenreaktionen entstehende, stabile Zwischenprodukt Siliziumdichiorid (SiCl2) zu reduzieren.
Das als Dotierung gewählte Eisen wird aus Eisen (III)-Chlorid (Fall5) gewonnen, das im Verdampfungsraum 11 verdampft und mit einem in der Leitung 16 fliessenden Argon-Strom als Transportgas dem Reaktionsraum und damit dem Trägerkörper 5 zugeführt wird.
An dem Trägerkörper 5 schlägt sich das Eisen zusammen mit SiC nieder, da das gasförmige FeCl3 durch H2 am heissen Trägerkörper reduziert wird.
Als Trägerkörper 5 dient ein Graphitrohr von 50 cm Länge mit einem Innendurchmesser von 4 mm und einem Aussendurchmesser von 6 mm. Für die Reaktionsparameter sind folgende Werte gewählt worden:
Reaktionsdruck: etwa Atmosphärendruck
Reaktions- 1300-1650 C, temperatur: insbesondere 14500 C
H2-Strom: 300-3000 cm3/min., insbesondere 1500 cm3/min.
CH3SiCl3-Strom: 10-600 cm2/min., abhängig von der dafür gewählten
Verdampfungstemperatur
Verdampfungs temperatur (Temperatur T2 im 10-50 C,
Thermostat 26): insbesondere 15-180 C
Ar-Strom: 100-1000 cma/min., insbesondere 500 cma/min.
FeCl3-Strom 0,5-300 cm5/min., abhängig (gasförmig): von der dafür gewählten
Verdampfungstemperatur
Verdampfungs- 190-300 C, temperatur: insbesondere 220-250 C
Die Bilrung des Fe-dotierten SiC erfolgt wiederum über mehrere Zwischenreaktionen nach den Gleichungen CH3SiCl3 e SiC + 3 HCl
2FeCl3 + 32Fe+ 6HCl wobei Chlorwasserstoff als gasförmiges Reaktionsprodukt entweicht. Die Eisenkonzentration in dem fertigen Heizelement beträgt etwa 0,5-5 Gew.-O/o.
Beispiel 3
Isolationskörper aus Bornitrid (BN)
Die Herstellung dieses Körpers erfolgt durch Thermolyse von Borazolen, insbesondere Trichlorborazol (B3N3H3Cl3) an dem heissen Trägerkörper 5. Trichlorborazol wird dabei ohne weitere zusätzliche Stoffe in der Einrichtung 23 verdampft und durch das zuvor evakuierte System dem Trägerkörper 5 zugeführt, an dem es sich nach der Gleichung B3N3H5Cl3 o 3 BN + 3 HCl zersetzt. Als Trägerkörper dienen Platin-Rhodium (PtRh)-Drähte oder Stäbe aus Mo-, W-, Ta-, Fe-Legierungen.
Die Re aktionsparameter in diesem Fall sind:
Reaktionsdruck: 0,01-100 Torr
Reaktions- 80017000 C temperatur:
Verdampfungs- 101000 C temperatur (Temperatur T2 im
Thermostat 26):
Borazol-Strom: Je nach Druck und Temperatur
Max. Abscheidungs- 4 mm/h.
geschwindigkeit:
Bevorzugte Werte für die Reaktionstemperatur liegen zwischen 1300 und 1500 C bei einem Zusammenhang zwischen der Verdampfungstemperatur und dem Reaktionsdruck von 25 C und 0,1 Torr 450rund1 Torr 60"rund5 Torr
Bei diesem Beispiel ist der Borazol-Strom abhängig vom Reaktionsdruck, der mit Hilfe der Vakuupumpe 41 und dem Drosselorgan 39 reguliert wird, und von der Verdampfungstemperatur.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt; so können beispielsweise bei Beispiel 2 statt CH3SiCls als Ausgangssubstanzen Chlorsilan (SiCl4) und Methan (CH4) dienen, während Bornitrid auch aus Borhalogeniden (z. B. BCl3) und Stickstoff oder Ammoniak aufgebaut werden kann.
Im Beispiel 1 lässt sich das Aluminiumtrichlorid durch andere Halogenide (Als5) oder auch Aluminium-organische Verbindungen (z.B. Alkoholate, Carboxylate u.s.w.) ersetzen.
Neben den beschriebenen Materialien (Al2O3,SiC und BN) sind auch andere keramische Materialien denkbar: Weitere Oxide (z.B. Silo2), weitere Karbide (z. B. Borkarbid), weitere Nitride (z. B. Siliziumnitrid) oder auch andere Materialien, z. B. Graphit.
Selbstverständlich ändern sich bei diesen Ausgangssubstanzen unter Umständen die angegebenen Reaktionsparameter sowie die erwähnten Reaktionsgleichungen.
Process for the production of molded bodies from ceramic materials
The invention relates to a method for the production of mechanically, thermally and / or chemically resistant molded bodies with a defined cross section from ceramic materials.
Shaped bodies, in particular hollow bodies, made of ceramic materials, e.g. Metal carbides or oxides, for example, can generally only be machined with great effort using mechanical means, since their high resistance to mechanical stress, due to their high density, naturally also affects the machinability.
In addition, these bodies are often brittle, so that they easily splinter when mechanically processed.
The object of the present invention is to at least largely avoid mechanical production and processing of such shaped bodies made of ceramic materials, and to reduce the mechanical post-processing of the surface that may be necessary to a minimum. Such shaped bodies are used, for example, as jewels for clocks and measuring instruments, as abrasion parts for textile machines, e.g. B. as a thread guide and shuttle holder of weaving machines, or as nozzles that are chemically and thermally stressed, z. B.
Fuel or spray nozzles.
The invention is based on the so-called CVD (Chemical Vapor Deposition) process known for coating metal surfaces.
The invention is characterized in that a carrier body which has the shape and dimensions of the desired shaped body at least approximately and made of chemically inactive, temperature-resistant material is heated in a reaction vessel under protective gas or vacuum to a reaction temperature which is determined by the starting compounds used, and the Vapor or gaseous starting compounds containing at least elements of the material are brought up to the hot carrier body and are chemically and / or thermally decomposed on this, the ceramic material being deposited on the carrier body, and finally the carrier body after coating by mechanical and / or chemical agent is removed from the ceramic layer forming the shaped body.
Another field of application for such shaped bodies are electrical heating elements with a very high power density and load capacity, which, as incandescent bodies, can reach temperatures of over 1200 C.
In the case of heating elements of this type, it is often desirable if they have certain electrical conductivities that are as independent of temperature as possible over a wide temperature range. The electrical properties of the hollow bodies can be influenced in a simple manner with the production method according to the invention if the material which is deposited is doped with suitable elements.
Suitable doping can be achieved, for example, if, during or subsequent to the deposition of the ceramic material, at least one metal that is solid at the reaction temperature, for example iron, aluminum, boron or titanium, or nitrogen, consists of at least one vapor or gaseous metal that can be split at the reaction temperature Compound is deposited, the concentration of the additional element or elements in the material being determined by the ratio of the flow rates per unit of time for the elements of the ceramic material and the compounds containing the additional element or elements and / or by the temperature in each one for evaporation of the Connections serving vessel is controlled.
For the separation of nitrogen, it is advantageous to use starting substances such as ammonia or amines, the decomposition of which produces at least predominantly atomic nitrogen.
Advantageously, the measure can also be provided that an electrically conductive carrier body is heated directly by electrical current, galvanically or inductively, while the reaction vessel is being cooled. These measures result in the advantage that the thermal and / or chemical reactions are essentially localized in the immediate vicinity of the carrier body and deposits on the walls of the reaction vessel are at least reduced as a result.
It goes without saying, however, that the entire reaction vessel can also be heated to the reaction temperature, for example by gas or oil heating.
Furthermore, the vaporous or gaseous compounds can be fed to the reaction vessel and the carrier body with the aid of a transport gas, wherein the transport gas can simultaneously serve as a reactant for at least one of the chemical reactions.
The invention is explained in more detail below on the basis of several exemplary embodiments in connection with the drawing.
Fig. 1 shows schematically a system for performing the method.
FIGS. 2 and 3 show a hollow body which can be further processed, for example, into bearing blocks.
FIGS. 4 and 5 show two different embodiments of a coated carrier body which are used to produce thread guides and nozzles.
FIGS. 6-10 show further embodiments of the carrier bodies and the layers of ceramic materials applied to them.
in the reaction vessel 1, the boundary walls of a coolant, for. B. water, for which the coolant lines 2 and 3 are provided, a suitable support body 5 can be attached in the brackets 4, on which the ceramic material is deposited during the process.
The mounts 4 for the carrier body 5, which is advantageously designed to be electrically conductive, serve at the same time to supply the electrical energy for heating the carrier 5 to the reaction temperature. The electrical heater for the carrier 5 is indicated only schematically and is denoted by 6.
In a side wall of the reaction vessel 1 is an observation window 7, in front of which a radiation pyrometer 8 is arranged, which is used to measure and monitor the reaction temperature.
The compounds used as starting materials for the production of hollow bodies, as well as the basic substances for the elements used as doping to influence the electrical properties, can be gaseous, liquid or solid at ambient temperature. In addition, additional, mostly gaseous reactants, such as, for example, may be necessary for the decomposition reactions and the formation of the ceramic substances. B. hydrogen as a reducing agent is required. In addition, it is very often necessary to carry out the process under a protective gas atmosphere or at reduced pressures.
For the supply of the various compounds and elements to the support body 5 and for the removal of gaseous reaction products or
The reaction vessel 1 therefore has several line connections for working under reduced pressure or vacuum.
A line 9, to which a measuring device 10 for measuring the pressure in the reaction chamber is connected, opens into the vessel 1 from above. Through this line 9, gaseous compounds or components can be fed directly to the reaction space.
Compounds which are solid at ambient temperature are fed to the reaction space in vapor form with the aid of a transport gas stream. The evaporation takes place in a vessel 12 that is stored in an evaporation chamber 11. The evaporation chamber 11 is heated to a suitable temperature by a heating coil 13 which is connected to an electrical energy source 14; this temperature is monitored by a temperature sensor 15 which, if necessary, automatically controls the heating current for the spiral 13.
The transport gas for transporting the evaporation products from the space 11 to the carrier body 5 is fed into the space 11 via a line 15.
In the reaction vessel 1 there are also a number of distributor nozzles 17 through which the compounds and / or elements necessary for the construction of the ceramic material are blown in gas or vapor form into the reaction space, possibly also again with the aid of a transport gas, and fed to the carrier 5 will. For this purpose, the nozzles 17 are connected to a line 18 which leads to the three-way switchover valve 19, the second output of which is connected to the atmosphere via a line 20. This second output has the task of allowing the system to be flushed through before the actual manufacturing process is carried out.
At the inlet of the valve 19 ends a line 21, which connects the valve 19 via a line 22 either to a source for a gaseous substance or to two evaporation devices 23 and 24 for liquid substances.
Each of the two evaporation devices 23 and 24, both of which are designed in the same way, one of which is used to generate the vapor of a compound for the production of the ceramic material and the other, for example, to evaporate a substance present in liquid form from which a dopant is obtained. has an evaporator bladder 28 which is embedded in an electrical heating hood 25 and to which a riser pipe 27 surrounded by a thermostat 26 is connected. Temperature sensors 29 monitor the evaporation temperature 71 and, if necessary, control the passage of current through the heating hood 25.
Further temperature sensors 30 measure and control the temperature T2 in the thermostat 26 and thus in the interior of the riser pipe 27. The temperature T2 is determined, for example, by changing the flow of a medium, e.g. B. water, held by the thermostat 26 at a constant value.
The double temperature measurement and control by the sensors 29 and 30 has the purpose of defining and changing the proportion of evaporated liquid in the vapor or vapor gas mixture flowing into the vessel 1, as will be described later.
A line 31 opens into each evaporator bubble 28, through which a transport gas for the liquid vapor generated in the bubble 28 can be fed.
The lines 9, 16, 22 and 31 are each provided with an adjustable throttle element 33, designed for example as a needle valve, and a flow meter 34; They also each have a pressure gauge 3 with which the inlet pressure into the system is measured for the gases carried in these lines. All of these lines are connected to sources not shown, e.g. B. gas bottles, connected for the corresponding gases, in addition, gas cleaning devices, not shown, may also be present conditions.
Finally, from the reaction vessel 1, two further lines 36 and 37 lead out into the atmosphere via an adjustable throttle element 38 and 39, with a multi-stage vacuum pump 41 also being provided inside the line 37, with the vacuum up to I-0 -6mm Hg can be generated and maintained.
The metering of gaseous substances takes place directly through the throttle elements 33 with the aid of the flow meter 34, whereby the read throughput quantities are provided with corrections, which are based on the inlet pressure of the gases (measuring device 35), the total pressure of the system (measuring device 10) and the reaction temperature (temperature sensor 8 ) and the density of the gases. The corrections are necessary because the commercially available flow meters are generally calibrated for air at a certain temperature and pressure. Changes to the flow rates are now made by adjusting the throttle elements 33 manually or automatically.
The volume or mole fraction of the vapor obtained from liquid compounds is determined and changed via the temperature in the evaporator bubble 28 and via that in the riser pipe 27 in the following manner. A mass flow per unit time of transport gas known through the elements 33 and 34 flows through the line 31 into the evaporator bubble 28 and is partially saturated there with steam according to the temperature T1 prevailing in it. When flowing through the riser pipe 27 and thus the thermostat 26, which is set to a temperature which is about 10-20 ° C. lower than the temperature T1, part of the vapor transported with the gas is condensed again. The vapor gas mixture is therefore saturated with vapor when it enters the line 21 corresponding to the temperature T2.
From the known vapor pressure of the liquid at T2, the molar fraction of the vapor can then be calculated with a known total pressure of the system (measuring sensor 10 in line 9). Since the volume flow of the transport gas is known, the volume or molar flow of the steam is also known. H. the amount of vapor of liquid evaporated in the device 23 or 24 supplied to the reaction vessel 1 per unit of time is known. A change in the steam flow takes place via changes in the temperatures T1 and T2 with the aid of the heating current for the hoods 25 and / or the current through the thermostat 26 as well as by changing the
Transport gas flow using elements 33 and 34 and / or the pressure in the system using elements 38 or 39.
The solid, vaporizable substances are also dosed via their evaporation temperature (temperature sensor 15), and thus via their vapor pressure, in cooperation with the volume flow of the transport gas. The amount of the vaporized substance must be determined by calibration measurements at certain temperatures and with certain transport gas flows. For this purpose, the crucible 12 containing the substance is weighed at certain time intervals; the weight difference corresponds to the amount of solid substance evaporated per unit of time. The easiest way to change this amount is with a constant transport gas flow with the help of temperature changes in the evaporation chamber 11 by regulating the heating flow for the spiral 13 or vice versa by changing the transport gas flow at a constant temperature.
The other reaction parameters - reaction temperature (radiation pyrometer 8) and pressure (measuring sensor 10) - must also be constantly monitored, since above all the temperature of the support body 5 changes continuously due to changes in its electrical conductivity as a result of the deposited amounts of material. The total radiation temperature measured with the pyrometer 8 serves to control the heating current in the heating device 6. Changes in pressure measured with the pressure sensor 10 are compensated for by adjusting the throttle elements 38 and 39 in the lines 36 and 37, respectively.
As a substrate or support body 5 rods or wires and pipes or shaped bodies made of graphite or suitable refractory metals such as. B. tungsten (W), molybdenum (Mo) or tantalum (Ta) - or suitable metal alloys. Support bodies 5 made of ceramic material with suitable electrical conductivity can of course also be used.
The selection of the material for the body 5 depends on the temperatures reached in the process and the used or for the formation.
Substances arising from the formation of ceramic bodies.
The shape and dimensions of the carrier body 5 can vary within wide limits depending on the type and size of the required hollow body. It is thus possible, by using thin W or Mo wires as carrier bodies 5 with diameters down to 0.02 mm, to produce hollow bodies 40 with very fine bores.
Such a hollow body 40 is shown schematically and on an enlarged scale in FIGS. 2 and 3.
By cutting or sawing along the lines a-a (FIG. 2), for example, bearing blocks can be produced from this hollow body 40.
For the heating elements mentioned, graphite rods or tubes with diameters of a few millimeters are expediently used as carrier bodies 5. Such elements correspond in their shape, for example, to the hollow body 40 according to FIG. 2.
From the hollow body 40 shown in FIG. 4, ring-shaped thread guides for weaving machines are obtained by dividing along the lines a-a, while open, half-shell-shaped thread guides are created by an additional cut along b-b; Spray nozzles can be manufactured from a body 40 according to FIG. 5 by cutting this hollow body 40, again at points a-a.
The carrier bodies 5 according to FIGS. 4 and 5 are most simply machined out of graphite or a blank made of high-melting metal. The surface configuration of the cavity in the bodies 40 depends on the accuracy of the outer surface of the bodies 5. It is an economic question, which has to be decided on a case-by-case basis, as to whether the surface of the bodies 5 is machined so precisely that no mechanical reworking is necessary in the cavities of the bodies 40, or whether it is more advantageous to make the surface of the carrier bodies 5 less precise to machine and to rework the body 40, for example to polish in a drum filled with quartz dust.
The hollow bodies shown in FIGS. 6-10 give some examples of molded bodies to be produced by the method described; The hollow bodies shown are further processed - possibly by cutting in different directions - into the desired shape and dimensions. Of the molded bodies shown greatly enlarged in FIG. 610, the bodies 40 according to FIGS. 6 and 7, for example, can be used as cutting edges or cutting edge bearings for scales, those according to FIGS. 8 and 9 as inserts for synthetic fiber spinning nozzles and those according to FIG. 10 serve as inserts for spray nozzles with a wide, flat jet.
The manufacturing process for the ceramic moldings generally proceeds as follows:
After inserting the carrier 5 into the brackets or power supply lines 4, the reaction vessel is closed and the entire system is evacuated several times and filled with an inert gas, e.g. B. purged with nitrogen or argon to reduce the oxygen content to a minimum. The reaction pressure is then set with the aid of protective gas and the support is heated to a temperature which is about 50 ° C. above the reaction temperature TR. This t) overheating is necessary so that when the gases and vapors flow in, the temperature reaches the desired value TR. At the temperature TR + 50 the carrier is about 10 min. baked out.
The desired gas flows are now set and the method is carried out by supplying the gas or vapor gas mixtures to the carrier body 5. During the entire reaction time, all reaction parameters are checked and corrected if necessary.
The duration of the reaction depends in each case on the special conditions - such as reaction temperature and pressure, evaporation temperature for solid and liquid substances, volume flows of the gases, type and size of the desired shaped bodies as well as their material and the starting substances used; the reaction time can therefore only be determined experimentally. It can take between 30 min. and 12 hours vary. As soon as the desired layer thickness for the hollow body 40 is reached, the process is aborted by switching off the heating for the carrier 5, and the reaction vessel 1 is again evacuated, rinsed and then ventilated several times.
The carrier 5 is mechanically or chemically - z. B. by drilling, erosion, burning, electrolysis or etching with acids or alkalis and the resulting hollow body is further processed into the desired shaped bodies, for example sawed and polished. The production of the final molded body can take place before or after the carrier 5 is detached.
example 1
Hollow body made of aluminum oxide (A1203)
The starting substances for an Al2O3 body are aluminum trichloride (AlCl3), carbon dioxide (CO2) and hydrogen (H2). The gases here are supplied to the reaction vessel 1 H2, which has been prepared in the manner described above and which also serves as a transport gas for AlCl3 vapor, through line 16 and CO2 through lines 22 and 21; In addition, carbon monoxide (CO) flows into the vessel 1 via the line 9 in order to prevent a mist formation from Al2O3.xH2O during the production of the A1203. AlCl3 is evaporated out of the vessel 12 in the evaporation chamber 11 and introduced into the reaction chamber with the aid of the H2.
A graphite rod about 50 cm long and about 2 mm in diameter serves as the support body.
For the production of an Al2O3 hollow body, the following values result for the individual reaction parameters:
Reaction 800-12550 C, temperature: especially 1230-1255 C
Reaction pressure: about atmospheric pressure
H2 flow: 50-300 cm3 / min., In particular 160 cm2 / min.
CO2 flow: 20-200 cms / min., In particular 40 cm3 / min.
CO flow: 0-1000 cm3 / min., In particular 840 cm3 / min.
AlCl3 flow 10-600 mg / min., Depending (gaseous): on the selected
Evaporation temperature
Evaporation 100-180 C, temperature: especially 130-160 "C
The dosage of the individual substances is carried out in the manner described for gaseous and solid substances.
Various intermediate reactions are used in the method according to the equation
EMI4.1
Al 2 O 3 deposited on the support body 5, while hydrogen chloride (HC 1) and carbon monoxide (CO) escape in gaseous form through the line 36.
Example 2
Heating element made of silicon carbide (SiC), which is doped with iron (Fe) to increase electrical conductivity.
The starting substance for the production of silicon carbide is trichloromethylsilane (CH3SiCl3), which contains both the carbon and the silicon, with both elements also being present in the correct stoichiometric ratio for SiC formation.
To carry out the method, CHSSiCl3 is evaporated in the evaporation device 23 and, with H2, which flows into the device 23 through the line 31, is fed as a transport gas to the vessel 1 via the lines 21 and 18. The hydrogen used as the transport gas also serves to reduce the stable intermediate product silicon dichloride (SiCl2) that is produced during intermediate reactions.
The iron selected as doping is obtained from iron (III) chloride (Case5), which evaporates in the evaporation chamber 11 and is fed to the reaction chamber and thus to the carrier body 5 as a transport gas with an argon stream flowing in the line 16.
The iron is deposited on the support body 5 together with SiC, since the gaseous FeCl3 is reduced by H2 on the hot support body.
A graphite tube 50 cm in length with an internal diameter of 4 mm and an external diameter of 6 mm is used as the support body 5. The following values have been selected for the reaction parameters:
Reaction pressure: about atmospheric pressure
Reaction 1300-1650 C, temperature: especially 14500 C
H2 flow: 300-3000 cm3 / min., In particular 1500 cm3 / min.
CH3SiCl3 flow: 10-600 cm2 / min., Depending on the selected
Evaporation temperature
Evaporation temperature (temperature T2 at 10-50 C,
Thermostat 26): especially 15-180 C
Ar flow: 100-1000 cma / min., Especially 500 cma / min.
FeCl3 flow 0.5-300 cm5 / min., Depending (gaseous): on the selected
Evaporation temperature
Evaporation 190-300 C, temperature: especially 220-250 C
The formation of the Fe-doped SiC takes place via several intermediate reactions according to the equations CH3SiCl3 e SiC + 3 HCl
2FeCl3 + 32Fe + 6HCl whereby hydrogen chloride escapes as a gaseous reaction product. The iron concentration in the finished heating element is about 0.5-5% by weight.
Example 3
Insulation body made of boron nitride (BN)
This body is produced by thermolysis of borazoles, in particular trichloroborazole (B3N3H3Cl3) on the hot carrier body 5. Trichloroborazole is evaporated in the device 23 without any additional substances and fed through the previously evacuated system to the carrier body 5, where it is after the Equation B3N3H5Cl3 o 3 BN + 3 HCl decomposed. Platinum-rhodium (PtRh) wires or rods made of Mo, W, Ta, Fe alloys serve as the carrier body.
The reaction parameters in this case are:
Reaction pressure: 0.01-100 torr
Reaction 80017000 C temperature:
Evaporation 101000 C temperature (temperature T2 im
Thermostat 26):
Borazole stream: Depending on pressure and temperature
Max. Deposition 4 mm / h.
speed:
Preferred values for the reaction temperature are between 1300 and 1500 C with a relationship between the evaporation temperature and the reaction pressure of 25 C and 0.1 Torr 450rund 1 Torr 60 "~ 5 Torr
In this example, the borazole flow is dependent on the reaction pressure, which is regulated with the aid of the vacuum pump 41 and the throttle element 39, and on the evaporation temperature.
The invention is not restricted to the examples described; For example, in Example 2, chlorosilane (SiCl4) and methane (CH4) can serve as starting substances instead of CH3SiCls, while boron nitride can also be built up from boron halides (e.g. BCl3) and nitrogen or ammonia.
In example 1, the aluminum trichloride can be replaced by other halides (Als5) or organic aluminum compounds (e.g. alcoholates, carboxylates, etc.).
In addition to the materials described (Al2O3, SiC and BN), other ceramic materials are also conceivable: Further oxides (e.g. Silo2), further carbides (e.g. boron carbide), further nitrides (e.g. silicon nitride) or other materials, e.g. . B. graphite.
Of course, the specified reaction parameters and the reaction equations mentioned may change with these starting substances.