DD140985A1

DD140985A1 - Verfahren zur herstellung von hochdruckmodifikationen fester stoffe

Info

Publication number: DD140985A1
Application number: DD21032979A
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 Stoffdarstellung. Ihr Ziel besteht darin, die Umwandlungstemperatur und damit den erforderlichen Druck bei der Herstellung von Hochdruckmodifikationen fester Stoffe zu senken. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das die Aktivierungsenergie wesentlich senkt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine oder mehrere chemische Ausgangsverbindungen, die bei Temperaturerhöhung unter Bildung eines festen Stoffes zerfallen oder reagieren und dieser feste Stoff druckabhängig mindestens in zwei Modifikationen existent ist, in einen Druckbehälter eingebracht werden.. Im Druckbehälter befindet sich eine gegenüber den chemischen Ausgangsverbindungen chemisch inerte Unterläge. Die eingebrachten chemischen Ausgangsverbindungen werden einem Druck P ausgesetzt, und anschließend wird die chemisch inerte Unterlage so erwärmt, daß sich entsprechend des eingestellten Druckes bei der stattfindenden Reaktion auf der chemisch inerten Unterlage die Hochdruckmodifikation des festen Stoffes abscheidet. Die Erfindung ist bei der Herstellung aller durch chemische Reaktion darstellbaren Hochdruckmodifikationen •W: O5S3 OOV« fester Stoffe anwendbar.

Description

Verfahren zur Herstellung von Hochdruckmodifikat ionen 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 (Ullmanns: Enzyklopädie der technischen Chemie, 1955, Bd. 6, S. 228). Dazu wird der Graphit zunächst einem Druck > SO kbar und dann einer Temperatur > 2500 ⁰C ausgesetzt. Diese hohe Temperatur ist erforderlich um die für die Umwandlung notwendige Aktivierungsenergie aufzubringen. Sie bedingt aber, entsprechend dem Phasendiagramm des Kohlenstoff, den genannten hohen Druck. Bei Baum- bzw. wenig erhöhter Temperatur würde beispielsweise für die'Umwandlung ein Druck-von nur 10 bis 15 kbar ausreichen, wobei allerdings infolge 3?ehlens 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 Drucke erforderlich.

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Der Mangel dieses Verfahrens besteht darin, daß infolge der aufzubringenden Aktivierungsenergie eine hohe Umwandlung stemperatur 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 för-. dernden 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 eine oder mehrere chemische Ausgangsverbindungen, die bei Temperaturerhöhung unter Bildung eines festen Stoffes zerfallen oder reagieren und dieser feste Stoff druckabhängig mindestens in zwei Modifikationen existent ist, in einen Druckbehälter eingebracht wird. Als Temperaturerhöhung ist dabei die Abweichung von der Temperatur zu verstehen, die die chemischen Ausgangsverbindungen zum Zeitpunkt des Einbringens aufweisen. Im Druckbehälter befindet sich eine gegenüber den chemischen Ausgangsverbindungen chemisch, inerte Unterlage. Die eingebrachten chemischen Ausgangsverbindungen werden einem Druck P ausgesetzt und anschließend wird die chemisch inerte Unterlage so erwärmt, daß sich entsprechend des eingestellten Druckes bei der stattfindenden Beaktion, auf der chemisch inerten Unterlage die Hoehdruckmodifikation.des

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festen Stoffes abscheidet. Die chemischen Ausgangsverbindungen können auch durch chemisch inerte Stoffe, beispielsweise Edelgase, verdünnt werden. Als chemische Ausgangsverbindungen werden vorzugsweise wasserstoffhalt ige Kohlenstoffverbindungen und/oder wasserstoff- und halogenhalt ige Kohlenstoffverbindungen oder Kohlenmonoxid oder deren Mischungen eingesetzt. Aber auch Mischungen.aus Borhalogeniden, Wasserstoff und Stickstoff und/oder Ammoniak werden eingesetzt.

Vorzugsweise wird als chemisch inerte Unterlage eine arteigene Unterlage, auch einkristallin verwendet. Beim Einsatz von Kohlenstoffverbindungen werden die chemischen Ausgangsverbindungen einem Druck P zwischen 15 und 40 kbar ausgesetzt und die chemisch inerte Unterlage wird auf eine Temperatur zwischen 500 und 13OO ⁰C erwärmt. Beim Einsatz der beschriebenen Mischungen^aus Borhalogeniden dagegen werden die chemischen Ausgangsverbindungen einem Drück P zwischen 20 und 4-0 kbar ausgesetzt und die chemisch inerte Unterlage wird auf eine Temperatur zwischen 800 und I5OO ⁰C erwärmt.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß die Zufuhr der chemischen Ausgangsverbindungen und die Abfuhr der nicht abgeschiedenen ^Reaktionsprodukte kontinuierlich vorgenommen wird.

Ausführungsbeispiele

1. In einem erwärmten zylindrischen Behälter von 50 cnr Volumen wird ein Gemisch von Methan und Stickstoff im Molverhältnis 1:2 auf 25 kbar komprimiert. Im Behälter befindet sich ein Platindraht und an einer Seite-des Behälters ist ein weiterer Druckbehälter angeschlossen, ..in dem das gleiche Gasgemisch mit einem Druck von .35 kbar enthalten ist, wogegen die andere Seite mit einem Ablaßventil versehen ist. Der Platindraht wird auf 850 ⁰G erhitzt und durch das Vorbeiströmen des Gasgemisches werden darauf Kohlenstoff in diamant ar tiger· Form abgeschieden. Die restlichen "Reaktionsprodukte

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über das Ablaßventil abgeleitet und durch den

Druckgradienten bedingt strömt-aus dem Druckbehälter kontinuierlich Gasgemisch in den Reaktionsbehälter nach.

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In einem auf 200 ⁰G erwärmten zylindrischen Behälter von 50 cnr Volumen wird eine Mischung von BGl₀ und Wasserstoff in einem molaren Verhältnis von 1:10 und Wasserstoff zu Stickstoff in einem molaren Verhältnis von 2;1 auf 30 kbar komprimiert. Danach wird ein im Behälter befindliches dünrovandiges Kohlerohr auf 95O ⁰G erwärmt. Im und auf dem Kohlerohr scheiden sich Kristalle von kubischem Bornitrid ab.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von'Hochdruckmodifikationen fester Stoffe, gekennzeichnet dadurch, daß eine oder mehrere chemische Ausgangsverbindungen, die bei Temperaturerhöhung unter Bildung eines festen Stoffes zerfällt oder reagiert und dieser feste Stoff druckabhängig mindestens" in zwei Modifikationen existent ist, in einen Druckbehälter, in dem sich eine gegenüber den Ausgangsverbindungen chemisch inerte Unterlage befindet, eingebracht, einem Druck P ausgesetzt und anschließend die chemisch inerte Unterlage so erxvärmt wird, daß sich, entsprechend des eingestellten Druckes bei der stattfindenden Beaktion, auf der chemisch inerten Unterlage die Hochdruckmodifilcation des festen Stoffes abscheidet.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die chemischen Ausgangsverbindungen durch chemisch inerte Stoffe,beispielsweise Edelgase, verdünnt werden.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch,

daß als chemische Ausgangsverbindung vorzugsweise wasserstoff halt ige Kohlenstoffverbindungen und/oder wasserstoff- und halogenhalt ige Kohlenstoffverbindungen oder Kohlenmonoxid oder deren Mischungen-eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als chemische Ausgangsverbindungen Mischungen aus Borhalogeniden, Wasserstoff und Stickstoff -und/oder Ammoniak eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4-, gekennzeichnet dadurch,

daß als chemisch inerte Unterlage eine arteigene Unterlage verwendet wird.

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Erfindungsanspruch

6. Verfahren nach Punkt 5» gekennzeichnet dadurch, daß die arteigene Unterlage einkristallin verwendet, wird.

7* Verfahren· nach Punkt 3> 5.und S, gekennzeichnet dadurch, daß die chemischen Ausgangsverbindungen einem Druck P zwischen "15 und 40 kbar ausgesetzt werden und die · chemisch inerte Unterlage auf eine "Temperatur-zwischen 500 und 1300 ⁰O erwärmt wird.

8. Verfahren nach Punkt 4 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die chemischen Ausgangsverbindungen einem Druck P zwischen 20 und 40 kbar ausgesetzt werden und die chemisch inerte Unterlage auf eine Temperatur zwischen 800 und 1500 ⁰C erwärmt wird.

9.. Verfahren nach Punkt 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Zufuhr der chemischen Ausgangsverbindungen und die Abfuhr der nicht abgeschiedenen Reaktionsprodukte kontinuierlich vorgenommen wird.