DE2418235A1

DE2418235A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von metallfasern

Info

Publication number: DE2418235A1
Application number: DE2418235A
Authority: DE
Inventors: Walther Prof Dr Dawihl; Walter Dipl Ing Eicke
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1974-04-13
Filing date: 1974-04-13
Publication date: 1975-11-20
Also published as: US3955962A; JPS5192317A

Description

KLÖCKNE R-WERKE, AKTIENGESELLSCHAFT, Duisburg

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallfasern

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallfasern.

Aus der DT-PS 1 22*1 93*1 sind bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Metallfasern bekannt.

Bei dem Verfahren werden unter der Einwirkung von Wärme zersetzbare Metallcarbonyle in einen Raum eingespeist, und zwar entgegen einem in diesem Raum erzeugten Temperaturgefälle, wobei durch die thermische Zersetzung Metallatome frei werden, die in einem homogenen Magnetfeld ausgerichtet und stabilisiert werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einem ringkanalförmigen Reaktionsraum, der zwischen einem inneren, auf die Verdampfungstemperatur des Carbonyls erwärmten perforierten Verteilerrohr und einem äußeren Metallrohr, welches mit Hilfe von Heizstäben von außen erhizt wird. Das innere perforierte Rohr dient als Verdampfungsquelle. Innerhalb dieses Rohres befindet sich ein weiteres Rohr, welches mit einer Flüssigkeit aufgeheizt wird. Auf diesem Rohr liegt eine Wendel, auf welcher flüssiges Eisencarbonyl auf einem spiraligen Weg nach unten sickert, dabei verdampft und dann durch das genannte perforierte Rohr in den Reaktionsraum gelangt. Der Reaktionsraum ist oben durch einen Kolben abgeschlossen, der auch gleichzeitig zum Ausstoßen der fertigen Fasern in einen unterhalb der Vorrichtung angeordneten abnehmbaren Sammelbehälter dient. Wegen der Giftigkeit der Carbonyle ist die Vorrichtung gasdicht ausgeführt. Der Innenraum des Reaktionsraumes unterliegt dem Einfluß eines magnetischen Feldes, das parallel zur Heizfläche verläuft. Zu diesem Zweck sind Magnetpole oder

eine Magnetspule vorgesehen. /

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Bei diesem Verfahren beziehungsweise dieser Vorrichtung erfolgt das Einspeisen des Carbonyldampfes entgegen einem in diesem Raum erzeugten Temperaturgefälle, wobei die Maximaltemperaturvim Bereich der Außenwand wesentlich über der Temperatur der vollständigen Zersetzung des Metallcarbonyls liegt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich bei diesem Verfahren die Pasern ausgehend von dem äußeren Mantel des Reaktionsraumes bilden und unter einem spitzen/o<iⁿr^eparallel zur Außenwand wachsen. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß ein / großer Teil der Pasern zu Klumpen verschweißt, d.h., daß keine getrennt liegenden Pasern mehr vorliegen. Beim Ausstoßen der Pasern aus dem Reaktionsraum mit Hilfe des mit Zacken versehenen Kolbens fällt dann ein großer Teil Ausschuß an beziehungsweise der Kolben verklemmt in dem Reaktionsraum und kann dann nur sehr mühsam wieder für einen neuen Arbeitsgang betriebsbereit gemacht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, um getrennt liegende Einzelfasern ohne Ausschuß zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Metallverbindung in Richtung der magnetischen Feldlinien und senkrecht auf die Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsebene strömt. Die Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsebene wird im Reaktionsraum verschoben, wobei die Transportgeschwindigkeit entsprechend der Wachstumsgeschwindigkeit der Pasern ausgerichtet wird. Das Heizgas wird von innen in die Reaktionskammer zugeführt. Der Temperaturverlauf nimmt in der Reaktionskammer von innen nach außen ab. Die Innenwandung der Reaktionskammer wird wesentlich über die Zersetzungstemperatur der Metallverbindung aufgeheizt und weist bei der Zersetzung von Eisencarbonyl etwa eine Temperatur von 500° C auf. Die Temperatur der Außenwandung der Reaktionskammer liegt wesentlich unterhalb der Zersetzungstemperatur der Metallverbindung und beträgt bei der Zersetzung von Eisencarbonyl im allgemeinen etwa 120 C.

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Die Metallverbindung wird außerhalb der Reaktionskammer verdampft und der Dampf dann von außen in die Reaktionskammer eingeführt. Die Verdampfung der Metallverbindungen kann auch in mehreren Verdampfern durchgeführt werden, was insbesondere dann der Fall ist, wenn verschiedene Metallverbindungen verdampft werden sollen. Auf diese "Weise können durch gleichzeitige Zersetzung verschiedener Carbonyle auch Legierungen hergestellt werden. Eine andere Möglichkeit besteht auch darin, durch Zersetzung von Carbonylen anderer Metalle wie zum Beispiel Nickel, Molybdän und Chrom die Pasern mit einem überzug aus den entsprechenden Metallen zu versehen. Um eine gute Verwirbelung im Reaktionsraum zu erhalten, wird die gasförmige Metallverbindung im allgemeinen tangential in den Reaktionsraum eingeführt.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, um getrennt liegende Einzelfasern ohne Ausschuß zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsebene für die Pasern senkrecht zu den magnetischen Feldlinien sowie der Strömungsrichtung der Metallverbindung ausgerichtet ist. Die Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsebene kann beispielsweise aus einem nicht ferromagnetischen Material bestehen und als Drahtnetz ausgebildet sein. Im Innern des ringförmigen Reaktionsraumes ist ein Heizelement vorgesehen,' an welchem das Heizgas bis zu den perforierten Einlassen in den Reaktionsraum entlang streicht. Außerhalb der Vorrichtung sind Verdampfer vorgesehen, die mit dem Reaktionsraum verbunden sind. Bei der Verwendung mehrerer Verdampfer, was bei der Verwendung verschiedener Metallverbindungen der Fall ist, können diese beispielsweise ringförmig um den Reaktionsraum herum angeordnet sein und sind dann mit verschiedenen Metallverbindungen gefüllt. Die Verdampfer können auch axial versetzt angeordnet sein.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß die Fasern nicht mehr an den Mantelflächen des Reaktionsraumes anwachsen und dort zu mit einem Kolben auszustoßenden größtenteils kompakten Massen verwachsen, sondern an einer im Reaktionsraum verschiebbaren

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Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsfläche, von der sie leicht durch einfaches Abschütteln entfernt werden können, so daß geordnete Fasern ohne nennenswerten Ausschuß anfallen. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei einem Vorgehen gemäß der Erfindung die Fasern weder an der relativ kalten Außenwand noch an der relativ heißen Innenwand anwachsen, sondern an der dazwischen liegenden, dazu vertikal verlaufenden Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsfläche. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß diese im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung beliebig auf größere Volumina erweitert werden kann, weil sich die Vergrößerung der Mantelfläche auf das Anwachsen der Fasern nicht nachteilig auswirkt, denn das Anwachsen erfolgt zu-', nächst an dem am beweglichen Kolben befestigten Drahtnetz und anschließend an dem Ende der gebildeten Faserfront, so daß sich durch ständiges Verschieben des Kolbens ein endloser Faserstrang ergeben kann. Die beispielsweise durch Zersetzung von Eisencarbonyl hergestellten Fasern können anschließend oder in einem zweiten Arbeitsgang mit einer Nickelschicht überzogen werden, die in der gleichen Apparatur durch Zersetzung von Nickelcarbonyl erhalten werden kann. In gleicher Weise können andere Oberflächenschichten durch Zersetzung entsprechender Carbonyle erhalten werden. Derartige oberflächlich bedampfte Grundfasern können für bestimmte katalytische Zwecke vorteilhaft eingesetzt werden. Derartige Schichten können aber auch beispielsweise mit anderen Metallen, wie auch Edelmetallen, durch galvanische oder stromlose Abscheidung aus Lösungen aufgetragen werden.

Die Erfindung ist anhand der anliegenden Zeichnungen, die Jedoch lediglich eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgedankens veranschaulichen, beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 einen Detailausschnitt gemäß Darstellung in FIg. 1 mit Temperaturdiagramm für die Zersetzung von Eisencarbonyl,

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 2 und

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Pig, 4 einen Detailausschnitt aus einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik mit Temperaturdiagramm für die Zersetzung von Eisencarbonyl.

Gemäß Fig. 1 wird das Carbonyl nach Verlassen des Behälters 1 mit dem Trägergas zusammengeführt und gelangt dann in den Verdampfer 2, Von diesen Zusatzeinrichtungen können auf dem Umfang der Vorrichtung/iin?^>er^^avlrCeH?^sSfeg;feS?dnet sein, was beispielsweise dann erfolgt, wenn dem Reaktionsraum 3 verschiedene Metallverbindungen zugeführt werden sollen, was beispielsweise bei der Herstellung von Legierungen der Fall ist. Der Reaktionsraum 3 ist als ringförmiger Raum zwischen dem Außenrohr 4 und dem Innenrohr 5 ausgebildet» Er ist von einer Magnetspule 6 sowie einer Wandheizung; 7 umgeben. Die Transportvorrichtung für die entstandenen Fasern besteht aus einem Kolben 8, der zum Beispiels über eine Kolbenstange 9 axial verschoben werden kann. Die Stirnfläche des Kolbens 8 beziehungsweise das daran angebrachte Drahtnetz dient als Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsfläche 18 für die Fasern. In die Vorrichtungsöffnung 11 strömt das Heizgas ein, welches zunächst an der Heizpatrone 12 entlangstreicht, dabei aufgeheizt wird und dann durch die perforierten Wandteile 13 in den Reaktionsraum 3 eingeleitet wird. Mit 14 beziehungsweise 15 sind Ein- und Austrittsöffnungen für die Kühlung der Vorrichtung bezeichnet. Durch den Stutzen 16 tritt das überschüssige Gas aus der Vorrichtung aus.

In Fig. 2 ist besonders veranschaulicht, daß die Fasern 17 senkrecht auf der Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsfläche 18 des Kolbens 8 anwachsen* Die Richtung der magnetischen Feldlinie wird durch den Pfeil F, die Richtung des· gasförmigen Metallstromes durch die Pfeile M und die Richtung des Temperaturgradienten durch den Pfeil T veranschaulicht. Bei der in Fig. 2 eingezeichneten Richtung des Temperaturgradienten T handelt es sich Jedoch nur um ein Ausführungsbeisplel, weil der Temperaturgradient auch eine andere Richtung haben kann. Aus

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dieser Darstellung sieht man besonders deutlich, daß die Strömungsrichtung des Gases und die Feldlinien in Richtung des Wachstums der Metallfasern verlaufen und in diesem Falle die Temperatur im Reaktionsraum von innen nach außen abfällt, was noch in Form eines zusätzlichen Diagrammes besonders veranschaulicht ist. Dieses Diagramm zeigt die Temperaturverhältnisse auf, die bei der Zersetzung von Eisencarbonyl auftreten. Die Innenwand des Reaktionsraumes wird demnach auf eine Temperatur von etwa 500 C und die Außenwand auf eine Temperatur von etwa 120° C aufgeheizt. Die Zersetzung des Eisencarbonyls erfolgt etwa in dem Bereich zwischen 320 und 360° C, so daß innerhalb dieses Temperaturbereiches das wesentliche Anwachsen der Fasern an dem beweglichen Kalben oder dem Drahtnetz erfolgt. Der Temperaturgradient T stellt sich aufgrund der Strömungs- und Temperaturverhältnisse von selbst ein«

Gemäß Darstellung in Fig. 3 ist der Reaktionsraum 3 zwischen der Außenwand 4 und der Innenwand 5 des Reaktionsraumes angeorndet und die gesamte Vorrichtung von der Wandheizung 7 sowie der Wicklung der Spule 6 umgeben.

In Flg. 4 sind die Verhältnisse dargestellt, die bei der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung bei der Zersetzung von Eisencarbonyl vorliegen. Hierzu ist zunächst einmal festzustellen daß der Temperaturgradient T im Vergleich zum bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, welches in Fig. 2 dargestellt ist, genau in umgekehrter Richtung verläuft, d.h. die Außenwand des Reaktionsräumes wird etwa auf die obere Grenze des Zersetzungsbereiches des Eisencarbonyls erhitzt und die Innenwandung lediglich auf eine Temperatur von etwa 120° C« Der Verlauf der magnetsichen Feldlinien F entspricht dem gemäß Fig« 2. Die Strömungsrichtung M der gasförmigen Metallverbindung ist jedoch radial auf die Außenwand des Reaktionsräumes gerichtet, so daß sich zwischen der Richtung der Feldlinien und der Strömungsrichtung der Metallverbindung etwa ein Winkel von 90° befindet. Die Fasern 17 wachsen bei dieser bekannten Vorrichtung an der äußeren Wandung 4 des Reaktionsraumes 3 an, wobei die Orientierungsrichtung unter einem flachen Winkel zur Außenwand geneigt ist, oder sie wachsen parallel zur Außenwand.

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Claims

2A18235 Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Metallfasern in einem Magnetfeld mit parallel zur Wandung der ringförmig ausgebildeten Reaktionskammer verlaufenden Feldlinien, wobei eine Metallverbindung unter der Einwirkung von Wärme zersetzt wird, dadurch gekennzeichnet. daß die Metallverbindung in Richtung der magnetischen Feldlinien (F) und senkrecht auf die Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsebene (18) strömt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsebene (18) im Reaktionsraum (3) verschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportgeschwindigkeit der Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsebene (18) entsprechend der Wachstumsgeschwindigkeit der Fasern (17) ausgerichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgas von innen in die Reaktionskammer zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturverlauf in der Reaktionskammer (3) von innen nach auften abnimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet _t daß die Innenwandung (5) der Reaktionskammer (3) wesentlich über die Zersetzungstemperatur der Metallverbindung aufgeheizt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet» daß die Innenwandung (5) der Reaktionskammer bei der Zersetzung von Eisencarbonyl auf etwa 500° C aufgeheizt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (4) der Reaktionskammer (3) wesentlich unter-

. halb der Zersetzungstemperatur der Metallverbindung aufgeheizt wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet. daß die Außenwandung (¹O der Reaktionskammer (3) bei der Zersetzung von Eisencarbonyl auf etwa 120° C aufgeheizt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindung außerhalb der Reaktionskammer (3) verdampft wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dampfförmige Metallverbindung von außen, in die Reaktionskammer (3) eingeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfung der Metallverbindungen in mehreren Verdampfern (2) durchgeführt wird.

13.. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verdampfern (2) verschiedene Metallverbindungen verdampft werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß durch die gleichzeitige Zersetzung verschiedener Metallverbindungen in einer Reaktionskammer (3) Legierungen hergestellt werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch _ gekennzeichnet, daß die Pasern durch Zersetzen von Carbonylen anderer Metalle wie Nickel, Molybdän oder Chrom mit den entsprechenden Metallen überzogen werden.

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindungen tangential in den Reaktionsraum (3) eingeführt werden.

17. Vorrichtung zur Herstellung von Metallfasern aus unter der Einwirkung von Wärme zersetzbaren Metallverbindungen, wobei eine auf der einen Seite mit einem beweglichen Kolben versehene Reaktionskammer vorgesehen ist, durch die Feldlinien

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von den Reaktionsraum umgebenden Magneten verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsebene (18) für die Pasern (17) senkrecht zu den magnetischen Feldlinien (P) sowie der Strömungsrichtung (M) der Metallverbindung ausgerichtet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsebene (18) aus einem nicht ferromagnetischen Material besteht.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisations- beziehungsweise Kristallisationsebene (18) aus einem nicht ferromagnetischen Drahtnetz besteht.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des ringförmigen Reaktionsraumes (3) ein Heizelement (12) vorgesehen ist, an welchem das Heizgas bis zu den perforierten Einlassen (13) in den Reaktionsraum (3) entlang streicht.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Vorrichtung mit dem Reaktionsraum (3) verbundene Verdampfer (2) vorgesehen sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfer (2) ringförmig um den Reaktionsraum (3) herum angeordnet sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfer (2) mit verschiedenen Metallverbindungen gefüllt sind.

2H. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfer (2) axial versetzt angeordnet sind.

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