DD140984A1

DD140984A1 - Verfahren zur herstellung von hochdruckmodifikationen fester stoffe

Info

Publication number: DD140984A1
Application number: DD21032879A
Authority: DD
Inventors: Erich Wolf; Heinrich Oppermann; Heinz Hennig
Original assignee: Erich Wolf; Heinrich Oppermann; Heinz Hennig
Priority date: 1979-01-04
Filing date: 1979-01-04
Publication date: 1980-04-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Stoffwechseldarstellung. Ihr Ziel ist es, die Umwandlungstemperatur und damit den erforderlichen Druck bei der Herstellung von Hochdruckmodifikationen fester Stoffe zu senken und das Verfahren wirtschaftlicher zu gestalten. Die Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird, besteht darin, ein Verfahren anzugeben, das die Aktivierungsenergie wesentlich senkt und die Darstellung der Hochdruckmodifikationen mit geringem technischem Aufwand ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein fester Einsatzstoff, der in mindestens zwei Modifikationen existent ist und der über eine Reaktion mindestens eine chemische Verbindung eingehen kann, wobei das Reaktionsgleichgewicht temperaturabhängig ist, auf einer Seite eines geschlossenen Druckbehälters eingebracht wird. In den geschlossenen Druckbehälter wird mindestens eine chemische Ausgangsverbindung, mit dem der Einsatzstoff zu reagieren vermag, eingebracht, in dem Druckbehälter anschließend'ein Druck P erzeugt und der Einsatzstoff einer Temperatur Tj ausgesetzt. Die Temperatur T-| wird so eingestellt, daß der Einsatzstoff mit der chemischen Ausgangsverbindung reagiert. Der Druck P sowie die Temperatur T2 werden so gewählt, daß sie oberhalb der Stabilitätsgrenze der herzustellenden Modifikation liegen. Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft alle durch chemische Reaktionen darstellbaren Hochdruckmodifikationen fester Stoffe.

Description

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Verfahren zur Herstellung von. Hochdruckmodif ikationen fester Stoffe

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Stoffdarstellung. Ihre Anwendung ist bei allen durch chemische Reaktionen darstellbaren Hochdruckmodifikationen fester Stoffe möglich und zweckmäßig.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von Diamanten aus Graphit (Ullrnanns: Enzyklopädie der technischen Chemie, 1955». Bd. 6, S. 228). Dazu wird der Graphit zunächst einem Druck > 80 kbar und dann einer Temperatur >250O ⁰C ausgesetzt. Diese hohe Temperatur ist erforderlich um die für die Umwandlung notwendige Aktivierungsenergie aufzubringen. Sie bedingt aber, entsprechend dem Phasendiagramm des Kohlenstoffs, den genannten hohen Druck. Bei Saum- bzw« wenig erhöhter Temperatur würde beispielsweise für die Umwandlung ein Druck von nur 10 bis 15 kbar ausreichen, wobei allerdings infolge Fehlens der Aktivierungsenergie praktisch keine Umwandlung vor sich geht.. Bei der -direkten Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid, Bornitrid mit kubisch-ähnlicher Struktur oder Wurtzgitter, die durch ihre Härte bei gleichzeitiger Zähigkeit als Werkzeugwerkstoffe große technische Bedeutung haben,- sind noch höhere Drücke erforderlich.

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Der Mangel dieses" Verfahrens besteht darin, daß infolge der aufzubringenden Aktivierungsenergie eine hohe Umwandlungstemperatur und damit ein hoher Druck erforderlich sind. Weiterhin ist.das Verfahren auf Grund des großen technischen Aufwandes, der zur Beherrschung des erforderlichen Druckes getrieben werden muß, unökonomisch. Der Einsatz von katalytisch wirkenden, »die Umwandlung fordernden festen Stoffen hat keine wesentliche temperatur- und damit drucksenkende Wirkung gezeigt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Umwandlungstemperatur und damit den erforderlichen Druck bei.der Herstellung von Hochdruckmodifikationen fester Stoffe zu senken und das Verfahren wirtschaftlicher zu gestalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt eine Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Aktivierungsenergie wesentlich senkt und die Darstellung der Hochdruckmodifikationen mit geringerem Aufwand ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein fester Einsatzstoff, der .in mindestens zwei Modifikationen existent ist und der über eine Eeaktion mindestens eine chemische Verbindung eingehen kann, wobei das Beaktionsgleichgewicht temperaturabhängig ist, auf einer Seite eines geschlossenen Druckbehälter eingebracht wird. In den geschlossenen Druckbehälter wird mindestens eine chemische Ausgangsverbihdung, mit dem der Einsatzstoff zu reagieren vermag, eingebracht, in dem Druckbehälter anschließend ein Druck P erzeugt und der Einsatzstoff einer Temperatur T^ ausgesetzt. Die Temperatur T.] wird so eingestellt, daß der Einsatzstoff mit der chemischen Ausgangsverbindung reagiert. Der Druck P sowie die Temperatur T₂ werden so gewählt, daß sie oberhalb der. Stabilitätsgrenze der herzustellenden Modifikationen liegen.

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Es kann zweckmäßig sein, daß dem Einsatzstoff ein Katalysator zugesetzt wird.

Zur Herstellung von Diamant oder Kohlenstoff in diamantähnlicher Form weiden als Einsatzstoff vorzugsweise Graphit, Büß odes Aktivkohle und als chemische Ausgangsverbindungen CO₂, CO, Op, HpO oder deren Gemische eingesetzt. Soll dagegen Bornitrid in kubischer oder kubisch-ähnlicher Modifikation hergestellt werden, empfiehlt es sich, als Einsatzstoff vorzugsweise hexagonales Bornitrid und als chemische Ausgangsverbindung Borhalogenide, Wasserstoffhalt ige Borhalogenide oder Mischungen daraus gemeinsam mit Wasserstoff und Stickstoff und/oder Ammoniak zu verwenden. Bei der Herstellung von Diamant ist es zweckmäßig, daß die Temperatur T₁ zwischen 9OO und 14-00 ⁰G, der Druck P>15 kbar und die (Temperatur T₂ zwischen 4-00 und 85Ο ⁰C eingestellt werden. Dagegen ist es bei der Herstellung von Bornitrid in kubischer Modifikation zweckmäßig, daß die Temperatur T^ zwischen 9OO und I5OO ⁰G, der Druck P > 20 kbar und die Temperatur T_? zwischen 500 und 800 ⁰C eingestellt werden. Zur Herstellung von fiochdruckmodifikationen in einkristal-

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liner Form wird zwischen den Temperaturen T,. und T^ vorzugsweise eine Temperaturdifferenz von 20 bis 200 ⁰C eingestellt.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß auf der Seite des geschlossenen Druckbehälters wo die Temperatur T₂ herrscht, Impfkristalle eingesetzt werden«

Anwendungsbeispiele

1. Ein zylindrischer geschlossener Druckbehälter mit einem Volumen von 40 cmr und einer Länge von 15 cm wird mit Sauerstoff und auf einer Seite mit Graphit beschickt. Im Behälter wird ein statischer Druck von 30 kbar erzeugt. Die Seite des geschlossenen Druckbehälters, auf der sich das Graphit befindet, wird auf eine Temperatur von 1000 ⁰G, die andere Seite auf 870 ⁰G erwärmt. Nach einer Versuchsdauer von 20 Stunden ist auf der

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auf 870 ⁰G .eiwärmten Seite des Druckbehälters Diamant, größten Teils in einkristalliner Form abgeschieden.

2. Bin Behälter.wie im Beispiel 1 beschrieben, wird auf einer Seite mit hexagonalem Bornitrid und BBo mit Wasserstoff im Verhältnis 1:5 und Stickstoff im Verhältnis 1:2 gegenüber Wasserstoff beschickt. Die Seite des geschlossenen Druckbehälters, wo sich das hexagonale Bornitrid befindet, wird auf 1100 ⁰G, die andere Seite auf 700.⁰G erwärmt, vor dem im Behälter ein statischer Druck von 30 kbar erzeugt wurde. Nach 15stündiger Ver-Buchsdauer ist auf der Seite des Behälters, wo die tiefera Temperatur herrscht, kubisches Bornitrid einer Korngröße bis zu 100/um abgeschieden. .

Claims

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Erfindungsanspruch.

1. Verfahren zur Herstellung von Hochdruckmodifikationen fester Stoffe, gekennzeichnet dadurch, daß ein fester Einsatzstoff, der in mindestens zwei Modifikationen existent ist und der über eine Reaktion mindestens eine chemische Verbindung eingehen kann, wobei das Beaktionsgleichgemacht temperaturabhängig ist, auf einer Seite eines geschlossenen Druckbehälters eingebracht, in den Druckbehälter ebenfalls mindestens eine chemische Ausgangsverbindung mit dem der Einsatzstoff zu reagieren vermag, eingebracht, in dem Druckbehälter anschließend ein Druck P erzeugt und der Einsatzstoff einer Temperatur T^ ausgesetzt wird, die andere Seite des Druckbehälters auf eine Temperatur T₉ erwärmt wird,und wobei die Temperatur T^ so, daß der Einsatzstoff mit den chemischen Ausgangsverbindungen reagiert und der Druck P sowie die Temperatur T_? so, daß sie oberhalb der Stabilitätsgrenze der herzustellenden Ivlodifikation liegen, gewählt werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß dem Einsatzstoff ein Katalysator zugesetzt wird.
3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Einsatzstoff vorzugsweise Graphit, Euß oder Aktivkohle und als chemische Ausgangsverbindungen GOp, 00, (X,, H^O oder deren Gemische eingesetzt werden.·
4. Verfahren.nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Einsatzstoff vorzugsweise hexagonales Bornitrid und als chemische Ausgangsverbindung Borhalogenide, wasserstoffhaltige Borhalogenide oder Mischungen daraus gemeinsam mit Wasserstoff und Stickstoff und/oder Ammoniak verwendet werden.
5. Verf-ahren nach Punkt 1 und 3> gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur T₁ zwischen 900 und 1400 ⁰G, der Druck > 15 kbar und die Temperatur T_? zwischen 400 und J35O ⁰O eingestellt werden.
6. Verfahren nach Punkt 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur T,, zwischen 900 und 15OO ⁰G,. der Druck P > 20 kbar und die Temperatur T₂ zwischen 5OO und 800 ⁰C eingestellt werden.
7. Verfahren nach Punkt 1 "bis 6, gekennzeichnet dadurch,

. daß zwischen der Temperatur T^ und Tp eine Temperaturdifferenz von 20 bis 200 ⁰G eingestellt wird.
8. Verfahren nach Punkt 1 bis 7» gekennzeichnet dadurch, daß auf der Seite des geschlossenen Druckbehälters, wo die Temperatur Tp herrscht, Impfkristalle eingesetzt werden.