DE1107652B - Verfahren zur Herstellung von Einzelkristallen von Borphosphid - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Einzelkristallen von BorphosphidInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Herstellung einer großen Einzelkristallform
von Borphosphid. Es ist ein Zweck der Erfindung, ein neues und wirtschaftliches Verfahren zur
Herstellung von Borphosphid zu schaffen, das eine kubisch-kristalline Struktur aufweist und in Form
gutdefinierter, länglicher Einzelkristalle vorliegt, die größer sind als solche, die durch übliche Verfahren
erhalten werden. Die Herstellung von Einzelkristallen von Borphosphid erfolgt aus rohen, entweder amorphen
oder kristallinen Formen von Borphosphid.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer Einzelkristallform von Borphosphid basiert
auf einer chemischen Umsetzung, die erfolgt, wenn rohes Borphosphid in Gegenwart eines Halogen-Wasserstoffdampfes
verdampft wird. Die Halogenwasserstoffe, die gemäß der Erfindung in Betracht gezogen
werden, schließen die Gruppe von Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff und Jodwasserstoff ein, wobei
Chlorwasserstoff bevorzugt wird.
Das rohe Borphosphid, das in dem Verfahren gemäß der Erfindung als Ausgangsmaterial verwendet
wird, kann von jedem erwünschten Reinheitsgrad sein. Zum Beispiel ist bei der Herstellung einer elektronischen
Qualität von Borphosphid, bei welcher sehr große Einzelkristalle gewünscht werden, eine
verhältnismäßig reine Form von Borphosphid zur Verwendung als Grundstoff erwünscht. Jedoch sind
auch amorphes Borphosphid und andere rohe Borphosphide gemäß der Erfindung anwendbar. Die
chemische Umsetzung gemäß dem Verfahren der Erfindung ist komplex, aber der Halogenwasserstoff
ist in dem Verfahren unbedingt erforderlich. Das Verfahren unterscheidet sich von einer einfachen
Destillation oder Sublimation dadurch, daß die Verdampfung durch eine chemische Umsetzung von Borphosphid
mit einem Halogenwasserstoffgas durchgeführt wird.
Gemäß der Erfindung wird das rohe Borphosphid in einer Zone hoher Temperatur mit einem Halogenwasserstoffgas
in Berührung gebracht. Der Gasstrom wird danach durch eine Zone mit noch höherer
Temperatur geleitet, in der sich dann aus der Gasphase Einzelkristalle von Borphosphid niederschlagen.
Die Zone niedrigerer Temperatur, in der das rohe Borphosphid zuerst mit Halogenwasserstoffgas in
Berührung gebracht wird, wird auf einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 600 bis 1500° C gehalten,
wobei ein bevorzugter Temperaturbereich zwischen 800 und 1200° C liegt. Das Gasgemisch
aus der ersten Zone wird dann einer Zone unterworfen, die auf einer höheren Temperatur innerhalb
Verfahren zur Herstellung
von Einzelkristallen von Borphosphid
von Einzelkristallen von Borphosphid
Anmelder:
Monsanto Chemical Company,
St. Louis, Mo. (V. St. A.)
St. Louis, Mo. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. E. Wiegand, München 15, Nußbaumstr. 10,
und Dipl.-Ing. W. Niemann, Hamburg 1,
Patentanwälte
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. Juni 1959
V. St. v. Amerika vom 29. Juni 1959
Bobbie Dean Stone, West-Miamisburg, Ohio,
und Robert Albert Ruehrwein,
und Robert Albert Ruehrwein,
Dayton, Ohio (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
des allgemeinen Bereiches von 800 bis 1800° C gehalten wird, wobei ein bevorzugter Bereich zwischen
1100 und 1500° C liegt. Es ist jedoch wesentlich, daß zwischen der jeweils höheren und niedrigeren
Temperaturzone ein Temperaturunterschied zwischen 50 und 1000°C aufrechterhalten wird. Bevorzugt
liegt der Temperaturunterschied zwischen 200 und 500° C.
Das Inberührungbringen und die Dampfphasenfällung können entweder in einem geschlossenen
System, das nach der Einführung des Halogenwasserstoffgases mit dem Borphosphid vollständig abgedichtet
wird, oder durch Verwendung eines kontinuierlichen Gasströmungssystems ausgeführt werden. Der
Druck, der in einem geschlossenen Einkesselsystem erhalten wird, entspricht dem Druck, der durch den
hinzugesetzten Chlorwasserstoff oder durch einen anderen Halogenwasserstoffdampf bei der Betriebstemperatur
ausgeübt wird. Wenn ein kontinuierliches Gas-Strömungs-System verwendet wird, wird das
Halogenwasserstoffgas am besten mit einer Geschwindigkeit zwischen 1 und 1000 ml/Min, eingeführt.
Der in dem System aufrechterhaltene Druck kann in einem beträchtlichen Bereich schwanken,
z. B. zwischen V100 und 2 oder mehr Atmosphären,
109 609/479
wobei ein bevorzugter Bereich zwischen Vi und
1 Atmosphäre liegt.
Die gemäß der Erfindung verwendete Bezeichnung »Einzelkristall« bezieht sich auf einen kristallinen
Stoff, in welchem die Einzelkristalle so große, physikaiische Dimensionen haben, daß 'mindestens eine
Dimension des kristallinen Produkts wenigstens 0,1 mm aufweist.
Die bei der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung verwendete Vorrichtung kann irgendeine
aus einer Reihe von Möglichkeiten sein. Die einfachste Form bildet ein geschlossenes Rohr aus einem
hitzebeständigen Material, wie z. B. Glas, Quarz oder einer Tonart, wie Mullit, in welches Borphosphid
zusammen mit dem Halogenwasserstoffdampf eingeführt wird. Das Rohr wird danach abgedichtet und
den oben beschriebenen Temperaturbedingungen unterworfen. Die Reaktionsdauer ist nicht kritisch
und kann von einer Zeitdauer von einer Minute oder weniger bis zu einer Stunde oder mehr schwanken.
Nachdem das verschlossene Rohr auf diese Weise erhitzt worden ist, wird es abgekühlt und geöffnet,
um das Borphosphid in Einzelkristallform zu entfernen, das sich aus der gasförmigen Phase an den
Wänden des Rohres niedergeschlagen hat.
In einem größeren Maßstab wird das Verfahren gemäß der Erfindung als ein kontinuierliches Fließsystem
betrieben. Dieses kann ein einfaches Rohr darstellen, in welches das feste, rohe Borphosphid eingebracht
wird und über das Ausgangsmaterial danach das Halogenwasserstoffgas geleitet wird. Bei den
niedrigeren, oben angegebenen Temperaturen wird der Gasstrom über das gleiche oder ein zusätzliches Rohr
in eine andere Zone geleitet, die auf einer höheren Temperatur gehalten wird. Zum Beispiel kann auf
diese Weise ein Silicmmdioxydrohr verwendet werden, das sich in einem elektrisch geheizten Ofen mit mehreren
Zonen befindet, um die erwünschte Temperatur der ersten Zone zu erzeugen, der eine höhere Temperatur
folgt, bei welcher die Ausfällung aus der Dampfphase erfolgt, die die Einzelkristallform ergibt.
Das Produkt wird von den Wänden des Reaktors leicht entfernt, da es nur aus der Gasphase ausgefällt
und als eine Masse entlang den Wänden des Rohres abgelagert wird. Verschiedene andere Abänderungen,
einschließlich horizontaler und vertikaler Rohre, sind ebenfalls möglich, und Umlaufsysteme, in denen das
austretende Gas nach der Ausfällung des Einzelkristallproduktes in das System zurückgeleitet wird,
sind ebenso erwünscht, insbesondere bei Anlagen in größerem Rahmen.
Borphosphid, wie es hier bereitet wird, ist ein kristallines Material von kubisch-kristalliner Struktur
mit einer Einheitszellenlänge von etwa 4,537 Ängströmeinheiten. Seine Härte liegt bei etwa 9 der
Mohrschen Skala (Diamant = 10). Es ist gefunden worden, daß es Quarz, Porzellan, Achat, zementiertes
Wolfram und Saphir ritzt oder abreibt. Das kristalline Material ist ganz leicht und hat eine
Teilchendichte, gemessen nach der Pyknometer-Methode, von 2,94 (theoretisch 2,97).
Die kristalline Form von Borphosphid ist widerstandsfähig gegenüber Oxydation, wenn sie einer
Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme mit einer Flammentemperatur von etwa 2200° C ausgesetzt wird. Darüber
hinaus ist gefunden worden, daß eine Probe bei dieser Temperatur einem Sauerstoffstrahl eines
Schneidbrenners ohne merkliche Zerstörung des kristallinen Borphosphids ausgesetzt werden kann.
Während das Material gegenüber Oxydation etwas weniger widerstandsfähig ist, während es auf solche
hohen Temperaturen erhitzt wird, überwindet die Schaffung einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre
jede Neigung zur Zerstörung. Wenn es in Luft einer Flamme von etwa 1150° C ausgesetzt
wird, wird es nicht brennen. Offensichtlich bildet sich an der ausgesetzten Oberfläche ein dünner Überzug,
der das Borphosphid bei diesen hohen Temperaturen schützt. Der Schmelzpunkt dieses Materials liegt
außergewöhnlich hoch, aber auf Grund von theoretischen Betrachtungen sollte es bei einer Temperatur
von mehr als etwa 3000° C schmelzen.
Kubisch-kristallines Borphosphid ist gegenüber siedender Salpetersäure und gegenüber siedendem
Königswasser vollständig stabil.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beispielen näher erläutert.
1. Eine Probe von polykristallinem Borphosphid wird in ein Quarzschiffchen eingebracht, das sich in
einem Quarzrohr befindet, das in zwei benachbarten elektrischen Öfen untergebracht ist, wobei die Probe
sich in der Mitte eines der Öfen befindet. Der die Probe umgebende Ofen wird auf 900° C und der
zweite Ofen auf 1200° C erhitzt, während trockenes Chlorwasserstoffgas mit einer Geschwindigkeit von
etwa 2 ml/Min, durch das Rohr geleitet wird. Das gereinigte Borphosphid wird an den Wänden des Quarzrohres
in der 1200° C-Zone in Form von länglichen, transparenten, roten Kristallen abgelagert. Sie werden
von den Quarzwänden durch mechanisches Abkratzen entfernt, und es wurde gefunden, daß sie aus
einer Einzelkristallform von Borphosphid bestehen.
2. Wenn das Verfahren 1 durch die Verwendung von Bromwasserstoffgas an Stelle von Chlorwasserstoff
abgeändert ist, wird ein ähnliches Produkt erhalten.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Einzelkristallen von Borphosphid, dadurch gekenn
zeichnet, daß man rohes Borphosphid mit einem Halogenwasserstoffdampf bei einer Temperatur
in dem Bereich von 600 bis 1500° C in Berührung bringt und das entstehende Gasgemisch
dann in einer zweiten Zone höherer Temperatur innerhalb des Bereiches von 800 bis 1800° C
aussetzt, wobei der Temperaturanstieg von der ersten Zone zu der zweiten Zone zwischen 50 und
1000° C liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man rohes Borphosphid mit
Chlorwasserstoffdampf bei einer Temperatur in dem Bereich von 800 bis 1200° C in Berührung
bringt und das entstehende Gasgemisch in einer zweiten Zone höherer Temperatur innerhalb des
Bereiches von 1100 bis 1500° C aussetzt, wobei der Temperaturanstieg von der ersten Zone zur
zweiten Zone zwischen 200 und 500° C liegt.
© 109 609/479 5.61
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1191794B (de) * | 1962-03-29 | 1965-04-29 | Siemens Ag | Verfahren zur Herstellung gereinigter Borphosphideinkristalle |
Families Citing this family (3)
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DE1242580B (de) * | 1963-10-28 | 1967-06-22 | Philips Nv | Verfahren zum Herstellen oder Umkristallisieren von Borphosphid |
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- 1960-06-28 DE DEM45761A patent/DE1107652B/de active Pending
- 1960-06-29 GB GB22747/60A patent/GB942560A/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1191794B (de) * | 1962-03-29 | 1965-04-29 | Siemens Ag | Verfahren zur Herstellung gereinigter Borphosphideinkristalle |
Also Published As
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GB942560A (en) | 1963-11-27 |
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US3073679A (en) | 1963-01-15 |
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