DE1024937B - Process for the production of powdery silicon or boron - Google Patents

Process for the production of powdery silicon or boron

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DE1024937B
DE1024937B DES51005A DES0051005A DE1024937B DE 1024937 B DE1024937 B DE 1024937B DE S51005 A DES51005 A DE S51005A DE S0051005 A DES0051005 A DE S0051005A DE 1024937 B DE1024937 B DE 1024937B
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silicon
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Dr Techn Erich Fitzer
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Siemens Plania Werke AG
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Siemens Plania Werke AG
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    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C01B35/00Boron; Compounds thereof
    • C01B35/02Boron; Borides
    • C01B35/023Boron

Description

Verfahren zur Herstellung von pulverförmigem Silicium oder Bor Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Herstellung von pulverförmigem elementarem Silicium und Bor in reinem, vor allem sauerstoff- und kohlenstofffreiem Zustand, das zur direkten Herstellung von Silicid- und Boridhartstoffen ohne Zerkleinerungsvorgang verwendet werden kann. Die Schwierigkeiten zur Herstellung von reinstem Bor und Silicium in Pulverform sind bekannt. Meist geht man von unreinen, meist kohlenstoffhaltigen Vorprodukten aus, die einem Mahlvorgang unterworfen werden. Dieser Zerkleinerungsvorgang bringt immer eine Oxydation an den Oberflächen mit sich. Auch ist bekannt, daß bei der Lagerung von gemahlenem Pulver in hohem Maße Sauerstoff aufgenommen wird. Auch die Herstellung von feinsten Hartstoffpulvern, wie sie für die Herstellung nicht spröder Sinterkörper benötigt würden, kann über das Feinmahlen von grobstöckigem Reaktionsgut nur sehr unvollkommen erreicht werden. Auch durch den Verschleiß des Mühlenwerkstoffes werden diese Pulver stark verunreinigt, und es müssen anschließend die verschiedensten Waschvorgänge durchgeführt werden, um überhaupt,ein reineres, sinterfähiges Pulver zu erhalten. Die Sauerstoffaufnahme kann jedoch erfahrungsgemäß überhaupt nicht völlig vermieden -,,verden.Process for the production of powdered silicon or boron die The invention relates to a method for the direct production of powdered elemental Silicon and boron in a pure, especially oxygen and carbon-free state, for the direct production of silicide and boride hard materials without a comminution process can be used. The difficulties in producing the purest boron and Powdered silicon is known. Mostly one assumes impure, mostly carbonaceous ones Pre-products that are subjected to a grinding process. This crushing process always causes oxidation on the surfaces. It is also known that The storage of ground powder absorbs a high degree of oxygen. Even the production of the finest hard material powders, as they are not for the production brittle sintered bodies would be required, can be done by grinding coarse grains Reaction material can only be achieved very imperfectly. Also due to the wear and tear of the Mill material, these powders are heavily contaminated, and it must then the most diverse washing processes are carried out in order to achieve a purer, To obtain sinterable powder. However, experience has shown that oxygen uptake can not completely avoided at all - ,, verden.

Durch die Erfindung .,wird die Herstellung von pulverförmigem Silicium und Bor in reinem, vor allem sauerstoff- und kohlenstofffreiem Zustand mit wirtschaftlich tragbaren Mitteln ermöglicht.The invention., The production of powdery silicon and boron in a pure, especially oxygen and carbon-free state with economical portable means possible.

Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß die Halogenide des Siliciums oder Bors mit im Unterschuß vorliegenden verdünnten Quecksilberlegierungen der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle reduziert werden und die aufschwimmenden, mit Salznebenprodukten und Quecksilberteilchen durchsetzten Pulver durch Lösen und/oder Abdampfen von diesen Nebenprodukten befreit werden.This is achieved according to the invention in that the halides of silicon or boron with a deficit of diluted mercury alloys the alkali and / or alkaline earth metals are reduced and the floating, powder interspersed with salt by-products and mercury particles by dissolving and / or These by-products can be removed by evaporation.

Diese Reduktion erfolgt bereits bei Raumtemperatur und ist möglich trotz Verminderung der Reduktionskraft der Alkali- oder Erdalkalimetalle durch Auflösen in überschüssigem Quecksilber.This reduction takes place at room temperature and is possible despite the reduction in the reducing power of the alkali or alkaline earth metals due to dissolution in excess mercury.

Die Reduktion bei möglichst tiefen Temperaturen ist besonders wichtig bei den leichtflüchtigen Halogeniden, weil Reduktionen bei höheren Temperaturen unter Druck .erfolgen m.üßten. In keinem Falle wurden niederwertige Zwischenprodukte bei unvollständiger Reduktion gefunden.The reduction at the lowest possible temperatures is particularly important in the case of the volatile halides, because reductions at higher temperatures under pressure. In no case were low-value intermediates found with incomplete reduction.

Silicium und Bor zeigen bei erfindungsgemäßer Durchführung des Verfahrens keinerlei Affinität zu Quecksilber. Sie schwimmen im Quecksilber gemeinsam mit dem als feinverteiltes Alkali- oder Erdalkalichlorid anfallenden Nebenprodukt auf.Silicon and boron show when the method is carried out according to the invention no affinity for mercury. They swim in the mercury together with the as a finely divided alkali or alkaline earth chloride by-product.

Bei der Reduktionsdurchführung bei tiefer Temperatur ist eine innige Durchmischung der flüssigen Reaktionspartner notwendig. Reduziert man z. B. S' C14 bei 25° C mit 0,5a/aigem Natriumamalgam unter Rühren mit einer Tourenzahl von 600/Minute, so ist das ganze Reaktionsgemisch in 15 Minuten völlig ausreagiert. Läßt man dagegen das Gemisch stehen unter fallweisem Umschütteln, so benötigt die Umsetzung bei gleicher Temperatur etwa 10 Stunden bis zum völligen Ausreagieren des Natriumamalgams.When the reduction is carried out at low temperature, there is an intimate one Mixing of the liquid reactants is necessary. If you reduce z. B. S 'C14 at 25 ° C with 0.5a / a sodium amalgam while stirring at a speed of 600 / minute, so the entire reaction mixture is completely reacted in 15 minutes. One lets against it the mixture is under occasional shaking, so the implementation needs the same Temperature about 10 hours until the sodium amalgam has completely reacted.

B C13 kann z. B. bei -I-5° C unter Rühren in 2 Stunden völlig umgesetzt werden. Bei 50° C allerdings in geschlossenem Gefäß ist die Umsetzung unter Schütteln in wenigen Minuten abgeschlossen. Die Umsetzung erfolgt unter Bildung eines pastösen Breies, welcher eine Suspension der Reaktionsprodukte im Restamalgam darstellt. Diese Suspension bleibt bei äquivalentem Ansatz auch nach Abreaktion bestehen. Es konnte jedoch gefunden werden, daß ein Aufschwimmen der Reduktionsprodukte nach Abschluß der Reduktion, d. h. nach völligem Verbrauch des Reduktionsmetalls; im Quecksilber erfolgt, wenn ein geringer Überschuß des zu reduzierenden Chlorids verwendet wird. Dieser Umstand ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung.B C13 can e.g. B. at -I-5 ° C with stirring in 2 hours will. At 50 ° C, however, in a closed vessel, the reaction is shaking completed in minutes. The implementation takes place with the formation of a pasty Porridge, which is a suspension of the reaction products in the residual amalgam. With an equivalent approach, this suspension remains in place even after the reaction has ended. It it was found, however, that the reduction products float after Completion of the reduction, d. H. after complete consumption of the reducing metal; in the Mercury occurs when a slight excess of the chloride to be reduced is used will. This fact is an important feature of the present invention.

Das aufschwimmende Pulver stellt ein inniges Gemisch von feinverteiltem Bor oder Silicium und Alkali- bzw. Erdalkalichlorid und etwas Quecksilberpulver dar. Die gewonnenen Halbmetalle sind sehr reaktionsfähig. Sie können entweder nach dem Abdestillieren des anhaftenden Quecksilberpulvers direkt als aktives Halbmetallpulver in Verdünnung mit Salzen in feinverteilter Form zu verschiedensten Umsetzung-en verwendet werden. Auf diese Weise kann man z. B. Hartstoffe herstellen. Die Umsetzung mit oxydfreiem Molybdän- oder Wolframpulver setzt z. B. schon ab 600° C, also bei für Hartstoffb.ild.ungen ungewöhnlich tiefen Temperaturen, ein. Es resultieren Hartstoffpulver mit Korngrößen um einige Mikron. Nach dem Herauslösen der Salze mit verdünnter Salzsäure können diese ohne jede Zerkleinerung direkt `als reinste Pulver zur Herstellung von Sinterkörpern verwendet werden.The floating powder is an intimate mixture of finely divided powder Boron or silicon and alkali or alkaline earth chloride and some mercury powder The semi-metals obtained are very reactive. You can either post distilling off the adhering mercury powder directly as active semi-metal powder when diluted with salts in finely divided form to the most varied of reactions be used. That way you can one z. B. produce hard materials. The implementation with oxide-free molybdenum or tungsten powder sets z. B. from 600 ° C, i.e. at unusually low temperatures for hard material formations. It result Hard powder with grain sizes around a few microns. After the salts have been dissolved out with dilute hydrochloric acid, these can be `` purest '' directly without any comminution Powder can be used for the production of sintered bodies.

Das aktive Bor und Silicium kann jedoch auch im Alkalisalz wärmebehandelt werden. Bei 1000° C z. B. wird bei Raumtemperatur reduziertes Silicium so weit desaktiviert, daß es nicht mehr pyrophor im eigentlichen Sinne ist. Während das nicht wärmebehandelte Silicium schon bei 300° C an Luft zu Kieselsäure verglüht und auch Wasser unter Wasserstoffentwicklung mindestens bis zur auftretenden Schutzschichtbildung auf den einzelnen Körnern zu zersetzen vermag, ist das wärmebehandelte Silicium bereits stabil gegen Wasser. Somit kann das Salznebenprodukt mit Wasser herausgelöst werden.However, the active boron and silicon can also be heat-treated in the alkali salt will. At 1000 ° C e.g. B. reduced silicon is deactivated at room temperature to such an extent that that it is no longer pyrophoric in the strict sense. While the not heat treated Silicon already burns up at 300 ° C in air to form silica and also under water Development of hydrogen at least until the protective layer has formed capable of decomposing the individual grains, the heat-treated silicon is already stable against water. The salt by-product can thus be dissolved out with water.

Die Korngrößen des bei 1000° C wärmebehandelten Siliciums liegen z. B. bei 10% kleiner als 2 Mikron, 10% 2 bis 4 Mikron, 50% 4 bis 10 Mikron, 20% über 10 Mikron.The grain sizes of the silicon heat-treated at 1000 ° C are z. B. at 10% less than 2 microns, 10% 2 to 4 microns, 50% 4 to 10 microns, 20% above 10 microns.

Trotzdem ist das Siliciumpulver noch sehr reaktionsfähig. Beim Glühen an Luft z. B. verbrennt es bei 700° C zu Si 0z. Verwendet man z. B. Magnesiumamalgam als Reduktionsmittel, so kann das Salz vom resultierenden Halbmetallpulver im Hochvakuum abgedampft werden. Bei der Reduktion von Borchlorid und anschließendem Laugen des wärmebehandelten Gutes ist zu beachten, daß die Laugungsflüssigkeit nicht alkalisch wird, was Verluste unter Boratbildung verursacht.Nevertheless, the silicon powder is still very reactive. When glowing in air z. B. it burns at 700 ° C to Si 0z. If you use z. B. Magnesium amalgam As a reducing agent, the salt of the resulting semi-metal powder can be used in a high vacuum be evaporated. In the reduction of boron chloride and subsequent leaching of the For heat-treated goods, care must be taken that the leaching liquid is not alkaline which causes losses under borate formation.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von pulverförmigem Silicium oder Bor durch Reduktion der betreffenden Halogenide mit Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenidee des Siliciums oder Bors mit im Unterschuß vorliegenden verdünnten Quecksilberlegierungen der Alkali- und/ oder Erdalkalimetalle reduziert und die aufschwimmenden, mit Salznebenprodukten und Quecksilberteilchen durchsetzten Pulver durch Lösen und/oder Abdampfen von diesen Nebenprodukten befreit werden. PATENT CLAIMS: 1. A process for the production of powdered silicon or boron by reducing the halides in question with metals, characterized in that the halides of silicon or boron are reduced with a deficit of diluted mercury alloys of the alkali and / or alkaline earth metals and the floating ones with salt by-products and mercury particles permeated powder are freed from these by-products by dissolving and / or evaporating. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Abtrennung der Salznebenprodukte eine Wärmebehandlung der Pulver in den geschmolzenen Nebenprodukten durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that prior to separation of the salt by-products a heat treatment is carried out on the powders in the molten by-products will.
DES51005A 1956-07-23 1956-10-25 Process for the production of powdery silicon or boron Pending DE1024937B (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7658900B2 (en) 2005-03-05 2010-02-09 Joint Solar Silicon Gmbh & Co. Kg Reactor and process for the preparation of silicon

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7658900B2 (en) 2005-03-05 2010-02-09 Joint Solar Silicon Gmbh & Co. Kg Reactor and process for the preparation of silicon

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