Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitrid in elektrischen Lichthogenöfen. Es ist bis jetzt nichtgelungen, in elektri schen Lichtbogenöfen Aluminiumnitrid aus Kohle, einem mindestens teilweise aus Ton erde bestehenden Stoff und einem mindestens teilweise aus Stickstoff bestehenden (-)las, z.
B. reinem Stickstoff oder (ieneratorgas, in ökonomisch vorteilhafter Weise herzu stellen, da sich dabei immer eine so starke Karbidbildung zeigte, dass ein technischer Erfolg auf diesem Wege ausgeschlossen war. Dem vorliegenden Verfahren liegt nun die Erkenntnis der Ursachen zugrunde, die bis her die Herstellung von Aluminiumuitrid iin Lichtbogenofen als untunlich erscheinen liessen.
Es herrscht nämlich allgemein die An sicht, dass sich Aluminiumnitrid technisch bei 2000 übersteigenden Temperaturen mit weniger gutem Resultat herstellen lasse, als bei Temperaturen von 20000 und darunter. Es wurde nun gefunden, dass die Ursache des Misserfolges beim Arbeiten bei höheren Temperaturen als 2000' nicht darin lag, dass Nitrid sich bei diesen Temperaturen zersetzt oder dass die Geschwindigkeit der zur Bil- dung von Nitrid aus Kohle, Tonerde und: Stickstoff führenden Reaktion an sich eine Hemmung erleidet.
Es hat sich vielmehr ge zeigt, dass aus dem Bildungsgemisch auch bei höherer Temperatur, also auch mit dem Licht bogen, ebensogut hochprozentiges Nitrid er zeugt werden kann, wie bei Temperaturen unten '-)WO, solange reichlich Stickstoff zu der hocherhitzten testen Substanz derart hin zugeführt wird, dass der Gasstrom die feste Substanz vom Lichtbogen trennt.
Gemäss einer Ausführungsform der vor liegenden Erfindung kann der den Stickstoffzu führende (sassti-om zuerst in den Lichtbogen und dann zii der Beschickung geführt wer den, oder es kann der Gasstrom zwischen dem Lichtbogen und der Beschickung einge leitet werden. Es gelingt so, bei Verwendung- von reiner Tonerde reines Nitrid mit mehr als 30"'o Stickstoff zu erzeugen; bei Ver wendung von unreiner Tonerde. wie z. B.
Bauxit. treten natürlich die vorhandenen Ver unreinigungen im Endprodukt in entspre chender Zusammensetzung wieder auf. Zur Erklärung für das unerwartet giirr- stige Ergebnis des neuen Verfahrens sei darauf hirngewiesen, dass bei den bisherigen negativ ausgefallenen und ebenfalls bei Tem peraturen von über 2000' durchgeführten Versuchen die Masse viel Aluminiumkarbid, zumeist aus geschmolzenem Zustande erstarrt, @anthält. Mit steigender Temperatur<I>wird</I> _rnäiulich die Kohlenoxi-dentwicklur)
g aus dem Bildungsgemisch von Tonerde und Kuhle, entsprechend der wachsenden Reaktiorrsge- sch#.vindigkeit, immer heftiger. Dadurch wird dem Stickstoff der- Zutritt zur festen Sub stanz erschwert, und es kann Karbid ernt- stelren, das sofort schmilzt.
Ist aber einmal eine geschmolzene Oberfläche ini Bildungs- gernisch vorhanden, so hat der Stickstoff auch zu den weiter innen liegendem Teilen des Gemisches keinen Zutritt mehr, und es ':)ildet sich c-ine geschmolzene Masse von Karbid mit mehr oder weniger Tonerde, je =nach dem ursprünglichen Kohlentoffzusatz. :
Solche geschmolzenen Massen setzen sich dann auch bei hoher Temperatur nur sehr larrgarn mit Stickstoff zu Nitrid tun.
<B>;</B> orgt man dagegen, gemäss der- vorlie- olenden Erfindung dafür. dass die hocherhitzte Substanz allseitig einem kräftigen reichlich Stickstoff zuführenden Gasstrom begegnet, so tritt Nitridbildung ein.
bevor gesclrmol- xene Karbidkrusten entstehen können. Denn flas Nitrid schmilzt auch bei hohen Tempe- raturen nicht, wohl aber sr)blimiert es. Diese Eig-rrsehaft ist natürlich für die Durcharbei- tung des Gemisches nur günstig.
Wesent lich für das neue Verfahren ist, dass der Stic_;stoff führende Gasstrom stets die feste Subtanz von dem Lichtbogen trennt. Be- das Bildungsgemisch irgendwie den Aus=-angspunkt der Flamme, auf der Elek- tro < 1_-. so ist eine reichliche Zufuhr von Stick- store .praktisch nicht mehr möglich.
Abgesehen von der Erzielung einer hoben Stichstoffausbeute im Endprodukt bietet das vorliegende, auf der Verwendung des Licht bogens beruhende Verfahren gegenüber den be kannten, in Widerstandsöfen durchzuführen den Verfahren im Bau und Betrieb des Ofens grosse Vorteile. Es sei nur darauf hingewiesen, dass bei der Verwendung von Widerständen einigermassen beträchtliche Energiemengen schon sehr grosse Apparate und Ofenräume erfordern. Auch bringt der Ersatz vor) so grossen Widerständen irr Ofen mit kontinuierlichen) Betrieb viele Störungen mit sich.
Zur Durchführung des Verfahrens kann ein Schachtofen dienen, wie er beispielsweise in den Fig. 1 und 2 in zwei Vertikalschnitten, und zwar in Fig. 1 in einem Schnitt durch die beiden Elektroden, in Fig. n in einen) Schnitt senkrecht dazu und in Fig. 3 im Ho rizontalschnitt durch die beiden Elektroden schematisch veranschaulicht ist. 1-) und sind die beiden Elektroden.
die durch eine isolierende. zweckmässig gekühlte Fa#"surrg .7 in den Schacht eintreten, der Schacht ist runsclrlossen von einer inneren, hochfeuer festen. und eurer äusseren, gewöhnlichen lllarrerung Si. bezw. @5,"" und oben mit einer abnehmbaren Eindeckung D versehen, die an ihrer ITnterseite ebenfalls eine hoch feuerfeste Ausfütterung aufweist.
Seinen un tern Abschluss bildet ein Kasten k_; der er laubt, das Reaktionsgut dein untern Teile des Ofens zu entnehmen. Auf.;er an den Elektroden ist die z@-lindrisi#1)w"an < lun de Selrachtoferrs ungef@ilrr auf der 1=iülre der Elektroden durch sechs Kanäle unterbrochen, welche als nach aussen abchliessbare Einfüll- stutzen () ausgebildet sind. Diese dienen dazu,
neues Bildungsgemisch in r-I(-n Ofen einzufüllen, und erlauben, die Charge für !-Ofen in der später beschriebener) Weise zrr bear beiten. Etwas unterhalb der Ebene, in der die Elektroden liegen, sind Rohre A in den Ofenmantel eingesetzt, durch welr-lre das aus dem Ofen entweichende Gas austritt. Die Zuführung des mindestens teilweise aus Stick stoff bestehenden Gases geschieht durch die hohlen Elektroden Ei, Da.
Die Arbeitsweise des Ofens ist folgcrrcle: Der Ofen wird, nachdem die Elektroden) eingeführt sind, bei abgehobener hirrdeckung D mit dem kleinstöckigen Reaktionsgemenge bis oben gefüllt. Dann wird die Decke auf- gesetzt, der Ofen überall geschlossen, Stick stoff, resp. (Teneratorgas zugeführt und der elektrische Strom eingeschaltet.
Es bildet .ich dann in der Beschickung der aus der 7eichnurrg ersichtliche kugelf < irmige Hohl raum : hat sich dieser gebildet, so wird aus dem unterer Teile des Ofens Material ent- rroninien. Damit sinkt das feinstöckige Ma terial der höher liegenden Schichten nach, die untere Wandung des Hohlraumes wird durch Stangen von den Offnungen 0 aus nach unten gestossen, indem entstandene Krusten zerschlagen werden,
und sodann wird, ebenfalls durch die Öffnungen 0 neues Ma terial nachgefüllt. Dieses wird neuerdings umgesetzt, indem sich die untere Wandung des Holilraunies wieder neu ausbildet, wäh rend die obere Wandung des Hohlraumes und das ganze über den Elektroden liegende Material iirinrer unverändert bleibt, wie es die Zeichnung zeigt.
Mit weitergehender Uni- setzung des neu zugegebenen Gemisches wird unten von neuem Material abgezogen, damit wiederum Platz für das gebildete Nitrid ge schaffen, so dass es von den Öffnungen 0 aus ebenfalls nach unten gestossen werden kann. Auf diese Weise kann der Prozess kontinuierlich fortgeführt werden.
Zur Erzielung einer besseren Wärme- ökonoinie können Vorrichtungen getroffen werden, um das zuströmende Gas vorzu- wärrnen, sei es dadurch, daf, es durch Ka näle in den Wänden des Schachtes geleitet wird. .ei es. dalä in anderer Weise die Wärme dcs aus der lleal:tioiiszone kommenden, ge bildeten Nitrids ihm übertragen wird.
An derseits kann die Hitze des abgehenden Gases zum Vorwärmen des festen Reaktions gemisches dienen.