DE1222018B

DE1222018B - Verfahren zur Gewinnung von Kristallen inkongruent schmelzender intermetallischer Phasen

Info

Publication number: DE1222018B
Application number: DED30873A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Dannoehl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-06-16
Filing date: 1959-06-16
Publication date: 1966-08-04

Description

Verfahren zur Gewinnung von Kristallen inkongruent schmelzender intermetallischer Phasen Intermetallische Phasen und Verbindungen zeichnen sich durch besondere physikalische Eigenschaften aus, die ihre Verwendung als Einzelkristalle, z. B. als Halbleiter in der Elektrotechnik oder als Ausgangswerkstoffe für die Herstellung von Preßsowie Verbundkörpern verschiedenster Art besonders vorteilhaft erscheinen lassen. So sind z. B. hexagonale MnBi-Teilchen wegen ihrer kristallographischen Anisotropie als Ausgangswerkstoff für Dauermagnete technisch besonders wichtig. Die Herstellung dieser Kristalle ist jedoch schwierig. So kann man aus einer Schmelze von etwa 50 Atomprozent Wismut und 50 Atomprozent Mangan entsprechend der stöchiometrischen Formel MnBi oder aus einer Schmelze ähnlicher Zusammensetzung nicht auch nur annähernd quantitativ diese Verbindung gewinnen, da die bei 446° C stattfindende Umsetzung (Mangankristalle+Schmelze .E MnBi-Kristalle) sehr reaktionsträge ist und nur recht unvollständig abläuft.
Es wurde nun gefunden, daß man Kristalle inkongruent schmelzender intermetallischer Phasen auf einfache Weise herstellen kann, wenn man erfindungsgemäß von einer Schmelze mit einer von der stöchiometrischen Zusammensetzung der zu erzeugenden Kristalle wesentlich abweichenden Zusammensetzung ausgeht, eine an sich bekannte örtliche Unterkühlung der Schmelze vornimmt, die gebildeten Kristalle aus der Schmelze entfernt und die Schmelze wieder auflegiert.
Die Anwendung der örtlichen Unterkühlung einer Schmelze ist an sich von Salzschmelzen und aus der organischen Chemie her als fraktionierte Kristallisation bekannt. Doch ließ sich von diesem Anwendungsgebiet her nicht ohne weiteres folgern, daß sich diese Technik unter bestimmten Bedingungen auch zur Gewinnung von Kristallen inkongruent schmelzender intermetallischer Phasen eignen würde.
Im folgenden wird das Verfahren an dem Beispiel der Herstellung von hexagonalen MnBi-Kristallen näher beschrieben.
Man geht von Zusammensetzungen mit vorzugsweise mehr als 80 Atomprozent Wismut (ungefähr 93 Gewichtsprozent Bi) aus, die bereits oberhalb 446° C völlig flüssig sind. Aus stückigen Metallen kann z. B. nach Zusammenschmelzen bei genügend hohen Temperaturen zur Auflösung des Mangans im flüssigen Wismut oder gegebenenfalls nach Zugabe gesondert erschmolzenen flüssigen Mangans zur Wismutschmelze eine flüssige Ausgangsphase mit etwa 93 Gewichtsprozent Bi erhalten werden, aus der unterhalb 446° C Kristalle der MnBi-Phase fraktioniert auskristallisiert werden. Zweckmäßig wird man die Schmelze auf einer Temperatur oberhalb der Liquiduskurve zwischen 446° C und 270° C halten und in diese einen oder mehrere Träger, Siebe oder Transportvorrichtungen einbringen, die gegenüber der Schmelze unterkühlt sind, jedoch Oberflächentemperaturen vorzugsweise nicht unter 270° C aufweisen. Entsprechend den Gesetzen des heterogenen Gleichgewichtes scheiden sich dann an diesen örtlich unterkühlten Stellen innerhalb der Schmelze praktisch reine MnBi-Kristalle ab, während sich die Schmelze gleichzeitig an Wismut anreichert. Beim kontinuierlichen Gewinnungsverfahren für diese MnBi-Kristalle entnimmt man die Kristalle aus der Schmelze und legiert die Schmelze aus einer Mangan-Wismut-Vorschmelze bis zu 7 Gewichtsprozent Mangan wieder auf. Zweckmäßig hat diese Vorschmelze etwa die Zusammensetzung der abzuscheidenden MnBi-Kristalle, so daß die Menge der der fraktionierten Kristallisation ausgesetzten Arbeitsschmelze über längere Zeite in etwa konstant bleibt.
Man kann durch Anwendung aus der Verfahrenstechnik bekannter Verfahren, wie z. B. des Zentrifugierens oder des Scheidepressens die Trennung festflüssig weiter fördern. Die ferromagnetische MnBi-Phase kann aus der flüssigen Phase unter der Richtwirkung eines Magnetfeldes abgeschieden werden, falls die Abscheidungstemperatur unterhalb 340° C liegt.
Das Verfahren kann auch bei intermetallischen Phasen angewendet werden, die zwar kongruent erstarren, aber einen sehr hohen Dampfdruck haben.
So können z. B. Kristalle der hexagonalen a-MnSb-Phase des NiAs-Typs, deren Homogenitätsbereich sich von etwa 41 bis 50 Atomprozent Sb erstreckt, deren Kristalle sich aber niemals aus einer Schmelze gleicher Zusammensetzung unmittelbar abscheiden lassen, hergestellt werden. Vorzugsweise wird man die Kristalle aus Ausgangsschmelzen mit etwa 55 bis 78 Atomprozent Sb abscheiden und die Schmelze wieder kontinuierlich oder diskontinuierlich auflegieren. . -

Claims

Patentansprüche: -1. Verfahren zur.-Gewinnung'-.von Kristallen inkongruent schmelzender intermetallischer Phasen, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Schmelze mit einer von der stöchiometrischen Zusammensetzung der zu erzeugenden Kristalle wesentlich abweichenden Zusammensetzung ausgegangen und eine an sich bekannte örtliche Unterkühlung der 'Schmelze vorgenommen wird, die gebildeten Kristalle aus der Schmelze entfernt werden und die Schmelze wieder auflegiert wird. .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle von der Schmelze durch die Anwendung einer Zentrifugalbeschleunigung' abgetrennt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferromagnetische Kristalle aus der Schmelze mittels eines Magnetfeldes abgetrennt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1008 490.