DE1283813B - Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Siliciumcarbid - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Siliciumcarbid

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DE1283813B
DE1283813B DEB85820A DEB0085820A DE1283813B DE 1283813 B DE1283813 B DE 1283813B DE B85820 A DEB85820 A DE B85820A DE B0085820 A DEB0085820 A DE B0085820A DE 1283813 B DE1283813 B DE 1283813B
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plasma
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silicon dioxide
wall
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Marynowski Chester Waldemar
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Description

1 ' 2
Normalerweise wird Siliciumcarbid durch Reduk- stromabwärts liegenden Ende des Plasmas eingesetzt
tion von Quarzsand mit Koks mit einem elektrischen ·■ werden. Es kann aber auch in bekannter Weise eine
Ofen hergestellt. Nach der Umsetzung wird der Ofen Induktionsspule mit einer Umkehrwicklung am
abgekühlt und das Siliciumcarbid in Klumpenform stromaufwärts liegenden Ende des Plasmas eingesetzt entnommen und zerbrochen. Die verschiedenen 5 werden.
Sorten werden durch eine Reihe von Arbeitsgängen Als Trägergas wird vorzugsweise Argon eingesetzt,
erhalten, wobei weiteres Mahlen und Sieben zur An- Als sehr günstig erwies es sich, das Siliciumdioxyd
Wendung kommt, und es ist nach einem umstand- mit einem Teilchendurchmesser von 44 bis 150 μ
liehen Verfahren der Trocken- oder Naßvermahlung einzusetzen und eine Plasmaenthalpie von minde- und Klassifizierung möglich, eine Sorte zu erhalten, io stens 30 Kilokalorien pro Grammol anzuwenden,
die nur einen geringen Rückstand auf einem Sieb Das das Plasma verlassende Reaktionsgemisch
von 325 Maschen zeigt, d. h., die Hauptmenge der kann in bekannter Weise entweder rasch unter BiI-
Teilchen ist kleiner als 43 μ. Das Produkt ist ver- dung von subpigmentären Siliciumcarbidteilchen oder
hältnismäßig unrein und zeigt eine schwarze oder mit einem solchen Temperaturgradienten abgekühlt graue Farbe. 15 werden, daß sich pigmentäre Siliciumcarbidteilchen
Siliciumcarbid kann entweder in der »- oder in bilden.
der /S-Form vorliegen. Wenn die Mengen an Ver- Zur Herstellung einer an Siliciumdioxyd armen unreinigung niedrig sind, insbesondere hinsichtlich Dispersion wird das Trägergas günstig in turbulenter Stickstoff und Aluminium, ist die α-Form farblos. Strömung in das Siliciumdioxydpulver eingeleitet und Von der /?-Form wird im allgemeinen eine gelbe 20 der abströmende siliciumdioxydhaltige Trägergas-Farbe angenommen, jedoch ist es möglich, daß diese strom geteilt, wobei aus dem einen Teilstrom das gelbe Farbe mindestens teilweise auf restliche Ver- Siliciumdioxyd abgetrennt, das Gas mit dem anderen unreinigungen zurückzuführen ist, und auf Grund Teilstrom vereinigt wird und die wiedervereinten der vorliegenden Erfindung wird es möglich, ein Teilströme in das Plasma eingeführt werden, derartig reines Produkt zu erzeugen, daß dessen 25 Das Siliciumdioxyd wird günstigerweise durch das gelbe Farbe vermindert ist oder überhaupt ver- Plasma verdampft, worin es umgesetzt wird. Die schwindet. Verdampfung muß unmittelbar stattfinden, wenn das
Aus der belgischen Patentschrift 622 220 ist auch Siliciumdioxyd in das Plasma eintritt. Um dies zu bereits ein Verfahren bekannt, bei dem dampf- erreichen, ist es günstig, das Siliciumdioxyd in das förmiges Siliciummonoxyd im Lichtbogen mit einer 30 Plasma in Form einer »armen« Dispersion von Feingasförmigen Kohlenstoffverbindung reduziert wird. teilchen, die in einem Trägergas suspendiert sind, Diesem Verfahren haften die gleichen Nachteile an einzuführen.
wie den vorstehend erwähnten, von Quarzsand aus- Die Temperatur in der Reaktions- und Konden-
gehenden Verfahren. sationszone wird vorzugsweise im Bereich von 2200
Die Nachteile dieser bekannten Verfahren werden 35 bis 2500° C durch die auf die Reaktionsteilnehmer
durch das erfindungsgemäße Verfahren überwunden. aus dem Plasma übertragene Wärme gehalten. Eine
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung Temperatur oberhalb 2700° C wird günstigerweise von feinteiligem Siliciumcarbid aus Siliciumdioxyd vermieden, da bei höheren Temperaturen Silicium- und einem Kohlenwasserstoff in der Gasphase zeich- carbid in Siliciumdampf und Kohlenstoff zersetzt net sich dadurch aus, daß die Umsetzung in einem 40 werden kann. Die Temperatur des Plasmas selbst ein Inertgas enthaltenden Plasma durchgeführt wird, kann natürlich weit höher als diese Werte sein, wobei das Siliciumdioxyd mit einem Teilchendurch- Damit die Umsetzung aufrechterhalten wird, muß messer von unterhalb 210 μ, vorzugsweise von unter- die Plasmareaktionszone freien Kohlenstoffdampf halb 150 μ, in das Plasma eingeführt wird. Die Um- enthalten. Es wurde beim vorliegenden Verfahren Setzung wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 45 festgestellt, daß — wenn eine ausreichende Menge unterhalb 2700° C durchgeführt. Zweckmäßig wird Kohlenwasserstoff dem Plasma zugeführt wird, um ein Trägergas tangential in die Reaktionskammer einen sicheren Überschuß an freiem Kohlenstoffeingeführt. Besonders günstig ist es, einen Teil des dampf zu ergeben — eine Neigung für einen Teil Trägergases entlang der Wand der Reaktionskammer des Kohlenstoffes besteht, zu kondensieren und sich in dünner Schicht mit hoher Geschwindigkeit ein- 50 an der Wand der Reaktionszone abzuscheiden. Diese zuführen. Ablagerung kann im Laufe der Zeit eine erhebliche
Zur Verhinderung von Ablagerungen kann die Schicht aus Kohlenstoff an der Innenseite dieser poröse Innenwand einer doppelwandigen Reaktions- Wand bilden. Da diese Schicht elektrisch leitend ist, kammer hierbei von einem nichtoxydierenden Spül- kann dadurch ein Überhitzen und eventuell ein gas durchströmt werden. Als Spülgas werden vorteil- 55 Schmelzen der Wand verursacht werden, haft Wasserstoff oder Kohlenmonoxyd eingesetzt. Um dies zu verhindern, wird die Wand, an der Das Trägergas wird zweckmäßig in einem Volumen- der Kohlenstoff sonst abgelagert würde, aus einem verhältnis zu dem Spülgas von 10:1 bis 1:10, vor- porösen Material gebildet und ein Gas oder eine verzugsweise von 1:1, eingesetzt. dampfbare Flüssigkeit durch diese Wand zugeführt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird als 60 Dadurch wird die Ablagerung des Kohlenstoffes auf
Träger- und Spülgas das gleiche Gas eingesetzt. der Wand gehemmt oder verhütet.
Das Plasma wird vorteilhaft in bekannter Weise Das Trägergas für das Plasma kann aus einem von einer als Solenoid ausgebildeten Induktions- leicht ionisierbaren Gas bestehen. Kalium oder anspüle, die zwischen der äußeren und inneren Wand dere Alkalimetalle oder -verbindungen können in der Reaktionskammer angeordnet ist, erzeugt. Als 65 bekannter Weise zu dem Trägergas zugegeben wer-Induktionsspule eignet.sich hierbei gut ein bekanntes den, um das Ausmaß der Ionisierung des Gases zu einlagiges Solenoid. Auch kann in bekannter Weise steigern. Das Plasma kann in einer in einem feuereine Induktionsspule mit einer Umkehnvicklung am festen Rohr enthaltenen Zone, beispielsweise einem
Quarzrohr, gebildet werden, und das Trägergas kann in das Rohr entweder axial oder tangential eingeführt werden.
Die zur Lieferung der Energie an das Plasma angewandte Induktionsspule ist in üblicher Weise entweder als einlagiges Solenoid oder als Spiralwicklung (eine einzige Ebene) gewunden. Jedoch wird bei jeder dieser üblichen Wicklungen ein Plasma gebildet, das geringfügig stromabwärts von der Spule verschoben ist, wobei der Betrag der Verschiebung eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit, der Zusammensetzung und des Eindüsverfahrens des Trägergases ist. Das Einbringen des Siliciumdioxydpulvers mittels der axialen Strömung eines Trägergases verursacht ein zusätzliches Element der Veränderlichkeit in der Gleichgewichtseinstellung des Plasmas. Infolgedessen ist es schwierig, genau die optimale Abstandhaltung der Bestandteile auszubilden, um ein maximales Erhitzen des eingedüsten Pulvers zu erreichen und um gleichzeitig einen aus- ao reichenden Sicherheitsfaktor zu erhalten, um ein Überhitzen des Pulvereindüsrohres zu vermeiden.
Diese Schwierigkeit läßt sich durch Verwendung einer üblichen Induktionsspule vermeiden, wobei das Plasma magnetisch durch bekannte Anwendung einer Umkehrwicklung der Spule am stromabwärts liegenden Ende und, wie ebenfalls bekannt, günstigerweise auch an dem stromaufwärts liegenden Ende des Plasmas begrenzt wird. Die Umkehrwicklung an dem stromabwärts liegenden Ende ist besonders günstig.
Die Stabilität des Induktionsplasmas wird durch das Einbringverfahren für das Trägergas beeinflußt. Eine tangentiale Eindüsung an einem Ende des feuerfesten Rohres erzeugt ein schneckenförmiges Fließschema, wodurch das Plasma wirksam stabilisiert wird und gleichzeitig die Wände des Rohres gekühlt werden, jedoch ist, wenn Siliciumdioxydpulver in das Plasma eingeführt wird, das Erhitzen und Verdampfen nicht einheitlich, und das Fließschema verursacht auch ein Anschlagen von geschmolzenen Teilchen von Siliciumdioxyd an den Wänden, wodurch eine anhaftende Ablagerung aufgebaut wird. Eine derartige Ablagerung von Siliciumdioxyd wird unterdrückt, wenn eine Schildströmung angewandt wird, bei der die Hauptmenge des Trägergases in axialer Richtung in Form eines dünnen Schildes von hoher Geschwindigkeit, anliegend an der innenseitigen Wand des feuerfesten Rohres, eingeführt wird. Dies stellt ein besonders wirksames Verfahren zur Stabilisierung des Plasmas dar. Wenn das Rohr eine durchströmbare Wand, wie vorstehend beschrieben, hat, wird hierdurch nicht nur die Ablagerung eines leitendes Filmes von Kohlenstoff verhindert, sondern auch die Ablagerung von Siliciumdioxyd an der Wand vermieden, was einen weiteren Vorteil einer derartigen Wand darstellt, falls eine tangentiale Einführung des Trägergases angewandt wird.
Ein bekanntes Arbeitsverfahren entsprechend der Arbeitsweise mit durchströmender Wand besteht in der Anwendung einer in einer Kammer enthaltenen Reaktionszone, die aus einem doppelwandigen Zylinder besteht, welcher an beiden Enden geschlossen ist, wobei die Innenwand aus gefrittetem Siliciumdioxyd gefertigt ist. Das Trägergas, welches ein leicht ionisierbares Gas, wie z. B. Argon, sein kann, wird dem Reaktionsgefäßkopf zugeführt und in den Oberteil des zentralen Zylinders eingelassen. Gleichzeitig wird ein Anteil des gasförmigen Kohlenwasserstoffes, wie Methan, zusammen mit diesem Gasstrom zugeführt, und ein schwierig ionisierbares Gas, wie z. B. Wasserstoff oder Kohlenmonoxyd, wird in den ringförmigen Raum eingeführt und von dort durch die poröse Wand eingeströmt.
Das Verhältnis von Trägergas zu Einströmungsgas kann zwischen 10:1 und 1:10, auf das Volumen bezogen, liegen, beträgt jedoch vorzugsweise etwa 1:1. Wenn das Verhältnis des Trägergases zu dem Einströmungsgas unterhalb etwa 1:1, auf das Volumen bezogen, abfällt, besteht die Gefahr, daß das Plasma auswandert oder sich in den Beschickungsraum außerhalb der durchströmten Wand erstreckt. Bei Verhältnissen von Trägergas zu Einströmungsgas oberhalb 1:1, auf das Volumen bezogen und unter ähnlichen Bedingungen gemessen und ausgedrückt, ist das Plasma normalerweise stabil. Selbstverständlich muß ein ausreichendes Volumen an Einströmungsgas verwendet werden, um eine Ablagerung an den Wänden zu hemmen oder zu verhindern, wie es dessen Hauptzweck darstellt. Diese Schwierigkeit hinsichtlich des Verhältnisses von Trägergas zu Einströmungsgas wird überwunden, wenn die Induktionsspule in Form eines einlagigen Solenoids oder einer Spule um die innere poröse Wand des doppelwandigen Zylinders herumgewickelt ist, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Normalerweise ist es günstig, das abströmende Trägergas und das abfließende Einströmungsgas zu der Reaktionszone zurückzuführen. Dies ist besonders der Fall für das Trägergas, welches vorzugsweise aus Argon, welches schwierig zu erhalten ist, besteht und von dem große Mengen durch das Plasma geführt werden müssen, um eine relativ kleine Menge an Siliciumcarbid zu erzeugen. Leider ist die Zurückführung in der Praxis kaum auszuführen, da es normalerweise sehr schwierig ist, das Abströmungsgemisch in seine Hauptbestandteile aufzutrennen. Diese Schwierigkeit könnte natürlich überwunden werden, wenn man das gleiche Gas sowohl als Trägergas als auch als Einströmungsgas verwenden könnte, doch ist dies üblicherweise bei dem vorstehenden Verfahren auf Grund dessen praktisch nicht möglich, als — wie bereits ausgeführt — sich das Plasma in den Beschickungsraum außerhalb der durchströmbaren Wand erstrecken kann.
Auf Grund der vorliegenden Erfindung ergibt sich auch eine Maßnahme zur Überwindung dieses Problems, indem es ermöglicht wird, als Trägergas und Einströmungsgas das gleiche Gas zu verwenden. Diese Maßnahme besteht darin, daß die Induktionsspule als einlagiges Solenoid oder als Spule um die innere, für Gas poröse Wand des doppelwandigen Zylinders gelegt wird, so daß die Spule in dem Beschickungsraum für das Einströmungsgas liegt. Diese Anordnung ist äußerst praktisch und erlaubt es, daß das bevorzugte Trägergas, nämlich Argon, auch als Einströmungsgas verwendet werden kann. Je nach dem verwendeten Trägergas und der zu der Spule zurückgeführten Stromstärke kann es notwendig sein, eine isolierte Kupferspule anzuwenden, und eine in einem Siliciumdioxydschild von entsprechenden Abmessungen eingesetzte Spule erwies sich für diesen Zweck geeignet. Bei dieser Arbeitsweise werden Produkt und andere Feststoffe aus dem abströmenden Gas nach irgendeinem der nachfolgend beschrie-
benen üblichen Verfahren abgetrennt, und da das Die Sammlung des f einteiligen Siliciumcarbids und
Gas bereits abgekühlt ist, kann es direkt zur Wieder- dessen Abtrennung aus den abgekühlten Gasen kann verwendung zurückgeführt werden. Die Konzen- durch übliche Maßnahmen, beispielsweise Tuchtration der bei der Umsetzung entstehenden Gase, filter, Zyklone oder elektrostatische Ausfällung, hauptsächlich Kohlenmonoxyd und Wasserstoff in 5 erreicht werden. Durch Anwendung eines gefritteten dem Trägergas, steigt allmählich an, und diese müs- Glasfaserfilters wird eine Sammlung aus nur teilsen periodisch oder kontinuierlich abgetrennt weise abgekühlten Gasen möglich, jedoch ist eine werden. höhere Sammlungswirksamkeit durch Verwendung
Das Einströmungsgas hat einen zusätzlichen Effekt von Filtern aus natürlichen oder synthetischen insofern, als es die Innenwand der Reaktionszone io Fasern, z. B. einem Acrylfaserfiltertuch von hoher kühlt. Unter bestimmten Umständen kann es bevor- Wirksamkeit, erzielbar. Falls ein Tuchfilter verwenzugt sein, den ringförmigen Mantel, der den Be- det wird, müssen die Gase gut gekühlt sein, um ein schickungsraum für das Einströmungsgas bildet, in Versengen des Gewebes zu verhüten. In der Praxis einige Zonen entlang der Achse des Reaktionsgefäßes zeigte es sich, daß bei Verwendung von Tuchfiltern zu unterteilen und unterschiedliche Einströmungs- 15 eine Neigung zum Aufbau eines Rückdruckes auf geschwindigkeiten in jeder Zone anzuwenden, um Grund der teilweisen Verstopfung des Tuches durch den unterschiedlichen Niveaus der Wärmeströmung das feinteilige Produkt besteht, und elektrostatische sich anpassen zu können. Niederschlagsgeräte stellen die bevorzugte Form der
Wie vorstehend erwähnt, beträgt die Temperatur Sammlungseinrichtung dar.
der Reaktionszone günstigerweise 2200 bis 2500° C. ao Auf Grund der vorliegenden Erfindung wird die Die Wärmezufuhr muß ausreichend sein, um die Herstellung von Siliciumcarbid in feinverteilter Form, sofortige Verdampfung des Siliciumdioxyds zu ver- insbesondere in pigmentärer Form, möglich. Um Ursachen, und zu diesem Zweck wurde gefunden, ein Siliciumcarbid der genau gewünschten Teilchendaß bei Siliciumdioxyd mit einer Teilchengröße von größe herzustellen, kann man die Eigenschaften des 44 bis 150 μ eine minimale spezifische Plasma- 35 Plasmas oder der verschiedenen, am Verfahren teilenthalpie von etwa 30 Kilokalorien je Grammol nehmenden Gase abändern. Der Temperaturabfall, normalerweise erforderlich ist. nachdem der Gasstrom das Plasma verlassen hat,
Das aus der Reaktionszone abströmende Gas kann kann, wie bekannt, die Teilchengröße des Produktes abgekühlt und das darin ausgetragene Siliciumcarbid beeinflussen. So kann eine sehr rasche Abkühlung kann abgetrennt werden. 30 des Gasstromes unmittelbar nach Verlassen des
Der Kühler für das abfließende Gas kann irgend- Plasmas, wie es bei den normalen Verfahren statteine Form eines üblichen Wärmeaustauschers be- findet, die Erzeugung von unterpigmentären Teilchen sitzen, besteht jedoch günstigerweise aus einem be- begünstigen. Es kann deshalb günstig sein, den Gaskannten mit einem Wassermantel versehenen Kupfer- strom langsam abzukühlen, um so die restliche Rewärmeaustauscher, und die Kühlung kann in üb- 35 aktion, die zu einem Aufbau der Teilchengröße licher Weise durch Eindüsen eines kalten Gases führt, so daß sie den pigmentären Bereich erreicht, unterstützt werden. Das Ausmaß der erforderlichen zu begünstigen. Eine andere Regelmaßnahme beAbkühlung hängt von der Art der zum Sammeln steht in der Geschwindigkeit des das Plasma ver- oder Abtrennen des Siliciumcarbids aus den Gasen lassenden Gasstromes, der in geeigneter Weise reguverwendeten Ausrüstung ab. Jeder gewünschte Ab- 40 liert werden kann.
kühlungsgrad kann durch Eindüsen eines kalten In der Zeichnung ist schematisch ein System geGases erreicht werden, welches vorzugsweise aus zeigt, mit dem sich das erfindungsgemäße Verfahren einem Teil des Gases besteht, welches früher aus der durchführen läßt.
Reaktionszone abgegeben wurde, und das bereits Bei dem System nach der Zeichnung tritt ein
abgekühlt ist. 45 Strom des Trägergases, der eine arme Dispersion
Falls eine derartige Eindüsung eines kalten Gases von Siliciumdioxyd enthält, in die Reaktionszone 2 nicht gewünscht wird, läßt sich eine sehr wirksame durch Leitung 1 ein. Mittels eines Verteilungs-Abkühlung durch eine bekannte Modifikation des Stückes 3 wird dieser Strom mit einem weiteren Wärmeaustauschers erreichen. Bei dieser Modi- Strom eines Trägergases vermischt, welches durch fikation wird ein fester Kupferzylinder mit gering- 50 Leitung 4 eintritt und den Kohlenwasserstoff als fügig kleinerem Durchmesser als das innere Wärme- Dampf enthält.
austauschrohr axial innerhalb dieses Rohres be- Die Reaktionszone 2 ist von einem doppelwandi-
festigt, so daß die abströmenden Gase zu einem gen Zylinder 5 umgeben, dessen innere Wand 6 gas-Weg durch den erhaltenen Ringformraum gezwungen durchlässig ist. Ein Einströmungsgas wird durch werden. Bei einem Versuch in der Praxis wurde ein 55 Einlaß 7 in den ringförmigen Raum 8 eingelassen, fester Kupferzylinder von 60 cm Länge verwendet. aus dem es durch die innere Wand 6 in die Reak-Beim Betrieb erreicht der Kupferzylinder rasch eine tionszone 2 durchströmt.
axiale Gleichgewichtstemperaturverteilung, so daß Die Reaktionszone ist von einer Spule 9 umgeben,
sein stromaufwärts liegendes Ende als Wärmestau die mit einer Hochfrequenzquelle (nicht gezeigt) verwirkte, während sein stromabwärts liegendes Ende 60 bunden ist. Wenn dieSpule unter Energie gesetztwird, kontinuierlich durch Konvektion und Strahlung an wird in der Reaktionszone 2 ein Plasma gebildet,
die wassergekühlte umgebende Wand des Wärme- Der aus dem Plasma kommende Gasstrom geht in
austauschers kühl verblieb. Das aus dem modifizier- einen Wärmeaustauscher 10 mit einer Innenwand 11 ten Wärmeaustauscher abströmende Gas lag prak- und einer äußeren Wand 12, zwischen denen Wasser tisch bei Raumtemperatur. Das stromaufwärts lie- 65 mittels Einlaß 13 und Auslaß 14 strömt,
gende Ende des Kupferwärmestauzylinders war vor Ein fester Kupferzylinder 15 ist innerhalb des
dem Schmelzen durch die hohe thermische Leit- Wärmeaustauschers 10 angebracht und bildet, wie fähigkeit des Kupfers geschützt. vorstehend beschrieben, einen Wärmestau.
Aus dem Wärmeaustauscher wird der Gasstrom zu einer Filterfläche 16 geführt, wo das feste Produkt aus dem Gasstrom durch einen Filterbeutel 17 abfiltriert wird, worauf der filtrierte Gasstrom durch Leitung 18 abströmt.
Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
Beispiel
Bei einem Versuch gemäß der Erfindung entsprach das angewandte System dem in der Zeichnung gezeigten und vorstehend beschriebenen. Das Trägergas bestand aus Argon, welches in einer Menge von 0,017 m3 (0,6 cubic foot) je Minute zugeführt wurde. Ein Teil des Argongases trat durch Leitung 1 ein und enthielt eine arme Dispersion eines feinen Siliciumdioxydpulvers mit einer Teilchengröße von 44 bis 150 μ. Siliciumdioxyd trat in die Reaktionszone in einer Menge von 1,5 g/Min, ein. Das restliche Argon trat durch Leitung 4 ein; es enthielt 0,0011 ms (0,04 cubic foot) Methan je Minute. Das Einströmungsgas bestand aus Wasserstoff, welcher durch Einlaß 7 in einer Menge von 0,017 m3 (0,6 cubic foot) je Minute eintrat. Die Kraftzufuhr zu der Spule betrug 9,2 kW.
Das anfängliche Produkt bestand aus einem feinen Pulver. Es wurde mit Fluorwasserstoffsäure gewaschen, um nicht umgesetztes Siliciumdioxyd zu entfernen. Das Endprodukt bestand aus Siliciumcarbid mit einer Teilchengröße von weniger als 1 μ.
Der einströmende Wasserstoff verhütete wirksam die Ablagerung eines leitendes Filmes aus Kohlenstoff auf der Innenwand 6.
Wie in der vorstehenden spezifischen Beschreibung angegeben, kann Wasserstoff in das Plasma eingeführt werden. Der Zweck besteht in der Verbesserung der Heizwirksamkeit des Plasmas. Die Menge an Wasserstoff kann etwa 5 bis 15% des Volumens des Trägergases betragen.
Es erwies sich als günstig, den Reaktionsgefäßkopf, aus dem sich das Plasma erstreckt, aus einem dielektrischen Material zu fertigen. Teflon erwies sich in der Praxis als zufriedenstellend. Gewünschtenfalls kann eine Metallkonstruktion verwendet werden, jedoch kann das Metall während eines langeren Betriebes des Verfahrens überhitzt werden; diese Überhitzung ist vermutlich auf Eddy-Ströme zurückzuführen, die durch die Spule induziert werden.
Wenn das Verfahren begonnen werden soll, kann das Plasma gezündet werden, indem zuerst eine niedere Energie und eine niedrigere Gasströmungsgeschwindigkeit mit einem leicht ionisierbaren Gas angewandt wird, worauf dann diese Werte gleichzeitig auf die Arbeitswerte gesteigert werden.
Das Rohr 1, durch das die Dispersion des Siliciumdioxyds in das Plasma eingeführt wird, ist günstigerweise so geformt, daß es sich an seinem Ende verjüngt. Dadurch wird die Dispersion als enger Düsenstrahl, der den Kern des Plasmas trifft, eingeengt und die Menge der Dispersion, die am Plasma vorbeiströmt, verringert. Das verjüngte Rohr ergibt eine bessere Verdampfungswirksamkeit als ein Rohr mit einem zylindrischen Ende.

Claims (16)

65 Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Siliciumcarbid aus Siliciumdioxyd und einem Kohlenwasserstoff in der Gasphase, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einem ein Inertgas enthaltenden Plasma durchgeführt wird, wobei das Siliciumdioxyd mit einem Teilchendurchmesser von unterhalb 210 μ, vorzugsweise von unterhalb 150 μ, in das Plasma eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einer Temperatur von unterhalb 2700° C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägergas tangential in die Reaktionskammer eingeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Trägergases entlang der Wand der Reaktionskammer in dünner Schicht mit hoher Geschwindigkeit geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Ablagerungen die poröse Innenwand einer doppelwandigen Reaktionskammer von einem nichtoxydierenden Spülgas durchströmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülgas Wasserstoff oder Kohlenmonoxyd eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas in einem Volumenverhältnis zu dem Spülgas von 10:1 bis 1:10, vorzugsweise von 1:1 eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger- und Spülgas das gleiche Gas eingesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma in bekannter Weise von einer als Solenoid ausgebildeten Induktionsspule, die zwischen der äußeren und inneren Wand der Reaktionskammer angeordnet ist, erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Induktionsspule in bekannter Weise ein einlagiges Solenoid eingesetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise eine Induktionsspule mit einer Umkehrwicklung am stromabwärts liegenden Ende des Plasmas eingesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise eine Induktionsspule mit einer Umkehrwicklung am stromaufwärts liegenden Ende des Plasmas eingesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Argon eingesetzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxyd mit einem Teilchendurchmesser von 44 bis 150 μ eingesetzt und eine Plasmaenthalpie von mindestens 30 Kilokalorien pro Grammol angewendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise das das Plasma verlassende Reaktionsgemisch entweder rasch unter Bildung von subpigmentären Siliciumcarbidteilchen oder mit einem sol-
809639/1906
chen Temperaturgradienten abgekühlt wird, daß sich pigmentäre Siliciumcarbidteilchen bilden.
16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer an Siliciumdioxyd armen Dispersion das Trägergas in turbulenter Strömung in das Silicium-
10
dioxydpulver eingeleitet und der abströmende siliciumdioxydhaltige Trägergasstrom geteilt wird, wobei aus dem einen Teilstrom das Siliciumdioxyd abgetrennt, das Gas mit dem anderen Teilstrom vereinigt wird und die wiedervereinten Teilströme in das Plasma eingeführt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DEB85820A 1965-02-15 1966-02-15 Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Siliciumcarbid Pending DE1283813B (de)

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DE (1) DE1283813B (de)
GB (1) GB1093443A (de)
NL (2) NL6601831A (de)
NO (1) NO119020B (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4238434A (en) * 1978-02-16 1980-12-09 Ibigawa Electric Industry Co., Ltd. Method of producing a silicon carbide sintered body
US4327066A (en) * 1979-11-14 1982-04-27 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Method of preparing silicon carbide
WO1990010595A1 (en) * 1989-03-16 1990-09-20 Davy Research And Development Limited Process
WO1990010496A1 (en) * 1989-03-16 1990-09-20 Davy Research And Development Limited Apparatus
US5340417A (en) * 1989-01-11 1994-08-23 The Dow Chemical Company Process for preparing silicon carbide by carbothermal reduction

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3658572A (en) * 1968-11-05 1972-04-25 Westinghouse Electric Corp Pyrolytic coatings of molybdenum sulfide by plasma jet technique
US5099100A (en) * 1974-08-16 1992-03-24 Branson International Plasma Corporation Plasma etching device and process
US4123663A (en) * 1975-01-22 1978-10-31 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Gas-etching device
JPS5211176A (en) * 1975-07-18 1977-01-27 Toshiba Corp Activation gas reaction apparatus
US4080508A (en) * 1976-03-17 1978-03-21 Greenewald Jr Herbert Manufacture of carbides and the like
CA1327769C (en) * 1986-06-20 1994-03-15 Shoji Ikeda Powder treating method and apparatus used therefor
US5108729A (en) * 1989-10-02 1992-04-28 Phillips Petroleum Company Production of carbide products
US5165916A (en) * 1989-10-02 1992-11-24 Phillips Petroleum Company Method for producing carbide products
US5176893A (en) * 1989-10-02 1993-01-05 Phillips Petroleum Company Silicon nitride products and method for their production
US5369241A (en) * 1991-02-22 1994-11-29 Idaho Research Foundation Plasma production of ultra-fine ceramic carbides
WO1992014576A1 (en) * 1991-02-22 1992-09-03 Idaho Research Foundation Plama production of ultra-fine ceramic carbides
US5762896A (en) * 1995-08-31 1998-06-09 C3, Inc. Silicon carbide gemstones

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE622220A (de) *

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2333948A (en) * 1941-04-25 1943-11-09 Pittsburgh Plate Glass Co Preparation of pigments
US2670275A (en) * 1950-09-02 1954-02-23 Du Pont Metal oxide production
GB915771A (en) * 1959-01-12 1963-01-16 Ici Ltd Method of conducting gaseous chemical reactions
DE1187591B (de) * 1961-09-08 1965-02-25 Degussa Verfahren zur Herstellung von Siliziumcarbid oder dieses enthaltenden Mischungen
NL128054C (de) * 1963-01-29
BE651736A (de) * 1963-08-13
US3291715A (en) * 1963-08-19 1966-12-13 Litton Systems Inc Apparatus for cathode sputtering including a plasmaconfining chamber

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE622220A (de) *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4238434A (en) * 1978-02-16 1980-12-09 Ibigawa Electric Industry Co., Ltd. Method of producing a silicon carbide sintered body
US4327066A (en) * 1979-11-14 1982-04-27 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Method of preparing silicon carbide
US5340417A (en) * 1989-01-11 1994-08-23 The Dow Chemical Company Process for preparing silicon carbide by carbothermal reduction
WO1990010595A1 (en) * 1989-03-16 1990-09-20 Davy Research And Development Limited Process
WO1990010496A1 (en) * 1989-03-16 1990-09-20 Davy Research And Development Limited Apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
US3485591A (en) 1969-12-23
BE676523A (de) 1966-08-16
CH444832A (fr) 1967-10-15
NL132104C (de)
NL6601831A (de) 1966-08-16
NO119020B (de) 1970-03-16
GB1093443A (en) 1967-12-06

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