DE2617288B2

DE2617288B2 - Verfahren zur Herstellung von Alumlnatspinell-Fadeneinkristallen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2617288B2
Application number: DE19762617288
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Vasiljevitsch Kljutscharov (Verstorben); Sergej Petrovitsch Kokoikin; Aleksandr Dmitrijevitsch Melnikov; Stanislav Aleksejevitsch Suvorov
Original assignee: LENINGRADSKIJ TECHNOLOGITSCHESKIJ INSTITUT IMENI LENSOVETA LENINGRAD (SOWJETUNION)
Current assignee: LENINGRADSKIJ TECHNOLOGITSCHESKIJ INSTITUT IMENI LENSOVETA LENINGRAD (SOWJETUNION)
Priority date: 1975-10-27
Filing date: 1976-04-21
Publication date: 1981-01-22
Also published as: DE2617288A1; JPS5735160B2; SE408529B; FR2329341B1; SU589015A1; FR2329341A1; NL7605344A; DE2617288C3; SE7606583L; JPS5252900A; AT354981B; ATA346076A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminatspinell-Fadeneinkristallen durch Erhitzen von AI2O3 und MgO in Gegenwart von kohlenstoffhaltigem Material bei Temperaturen bis zu 1800° C in einem Reaktionsraum, dessen Bauelemente zumindest teilweise aus AI2O3 und MgO bestehen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem innerhalb eines Ofens angeordneten Reaktionsraum, dessen Bauelemente zumindest teilweise aus Al₂O₃ und MgO bestehen.

Aluminatspinell-Fadeneinkristalle gehören zu den Oxidfasern, die eine hohe Schwerschmelzbarkeit, gute mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit besitzen.

Solche Einkristalle benutzt man für die Armierung von Metallen, Keramik und Kunststoffen, wodurch man neuartige Konstruktionswerkstoffe, und zwar Verbundwerkstoffe, erhält. Der Verbundwerkstoff stellt eine metallische, keramische oder polymere Matrix mit darin gleichmäßig und geordnet (orientiert) verteilten Fadeneinkristallen dar, die eine hohe Festigkeit aufweisen und diese Eigenschaft auf den gesamten Werkstoff übertragen.

In der Zeitschrift »Journal of The American Ceramic Society« Vol. 51, No. 1, January 1968, Seiten 56 und 57, ist unter der Überschrift WMgAl₂O₄ Fibers and Platelets« ein Verfahren der einleitend angegebenen Art beschrieben. Man hat dabei festgestellt, daß die Reaktion von CO und CO₂ mit MgO oder Al₂O₃ zu vernachlässigen ist, und daß die Gasphasen-Transportreaktion nach dem Schema

Mg(gasf.) + Al₂O (gasf.) + V2O₂ = MgAl₂O₄ (fest) bzw.

Mg(gasf.) + Al₂O₃(fest) + '/2O₂ = MgAl₂O₄(fest) abläuft, und zwar innerhalb des Reaktionsraumes, dessen Bauelemente aus AI2O3 und MgO bestehen. Man hat ferner bei diesem Verfahren festgestellt, daß es zwischen Al₂O₃ und Kohlenstoff zur Reaktion kommt, und zwar unter Bildung von gasförmigem Al₂O. Ferner ist in dieser Veröffentlichung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, die einen innerhalb eines Ofens angeordneten Reaktionsraum aufweist, dessen Bauelemente zumindest teilweise aus Al₂O₃ und MgO bestehen.

Das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung arbeiten in der Weise, daß sich das kohienstoffha!- nach Anspruch 1 und 2 mit einem innerhalb des Ofens angeordneten Reaktionsraum, de ,sen Bauelemente zumindest teilweise aus Al₂O₃ und MgO bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum von einem zylindrischen Behälter (2) umschlossen ist, in dem zentral ein Stab oder zu einer Säule (3) gestapelte Tabletten aus MgO angeordnet ist (sind), oder daß der Reaktionsraum von im Abstand voneinander, konzentrisch angeordneten Rohren (6,7) aus AI₂O₃ und MgO gebildet ist, die nach oben und unten von Graphitplatten (8) abgeschlossen sind, oder daß der Reaktionsraum von Platten (H₁12,13) aus Al₂O₃, MgO und Graphit umschlossen ist.

tige Material (Graphit) eindeutig außerhalb des Reaktionsraumes befindet.^β Für die Bildung der Aluminatspinell-Fadeneinkristalle

ist jedoch die Ausbildung des Reaktionsraumes wesentlich, denn die Bauelemente desselben stellen die Reaktionspartner als solche selbst oder als Ausgangsmaterial, und innerhalb des Reaktionsraumes wachsen die Aluminatkristalle auf dem AI₂O₃. Die vorliegende

Erfindung unterscheidet sich von diesem Verfahren, wie aus den Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird.

In der US-PS 35 58 270 ist ein anderes Verfahren zur Herstellung von Fadeneinkristallen beschrieben. Nach

π diesem Verfahren bereitet man ein Gemisch von chemisch reinen csiliziumoxidfreien Aluminium- und Magnesiumoxiden und einen aus Siliziumoxid und festem Kohlenstoff bestehenden Einsatz zu. Man bringt zwei Reaktionsgefäße mit den genannten Gemischen in eine Ofenkammer ein und erhitzt die Oxide bei einer zwischen 1375 und 1525° C liegenden Temperatur in einer Atmosphäre von Chlor oder eines Gemisches von Chlor, Argon und Helium unter einem Druck von bis 300 Tor während 4 bis 8 Stunden.

Im Reaktionsgefäß, in dem das Gemisch von Magnesium- und Aluminiumoxiden vorhanden ist, kommt es zum Wachsen der Aluminatspinell-Fadeneinkristalle. Man erhält bis zu 25 mm lange und 1 bis 2 μπι dicke Einkristalle. Die Ausbeute an Produkt ist gering.

Die Anwendung der hermetischen Apparatur hat eine kompliziertere Herstellungstechnologie, höhere Kosten für das Endprodukt, eine geringe Verfahrensproduktivität und bedeutende technische Schwierigkeiten bei der Umstellung des Prozesses von der periodischen

Betriebsweise auf die kontinuierliche zur Folge. Die Reinheit von Ausgangsstoffen führt zur Erhöhung der Endproduktkosten und kompliziert die Umstellung des Prozesses auf die industrielle Grundlage. Die Anwendung von Chlor stellt Sonderforderungen

an die Korrosionsbeständigkeit der Konstruktionswerkstoffe und die Dichtigkeit des ganzen Systems, wodurch das Arbeiten bei hohen Temperaturen bedeutende Schwierigkeiten bereitet. Der vorliegenden Erfindimg liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Aluminatspinell-Fadeneinkristallen anzugeben, bei dem die genannten Nachteile vermieden sind und das es ermöglicht, die Ausbeute an Produkt zu erhöhen und die

Herstellungstechnologie zu vereinfachen; es gehört zur Aufgabe der Erfindung, auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die '"> Merkmale des Patentansprüche: 1 gekennzeichnet

Eine bevorzugte Ausführungsforrn zur Erhöhung der Ausbeute an Einkristallen sieht vor, daß im Reaktionsraum Aluminiumsulfid im Verhältnis von 1:10 bis 1 :5 zum Magnesiumoxid eingesetzt wird. Dabei ist es zweckmäßig, das Aluminiumsulfid in Form von Tabletten einzusetzen, wobei diese Tabletten mit Tabletten aus Magnesiumoxid aufeinanderfolgend liegen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die eingangs ebenfalls angegeben ist, ist zur weiteren Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 3 gekennzeichnet

Blei der Durchfuhrung des Verfahrens <ter vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Aluminatspinell-Fadeneinkristallen ist es besonders zweckmäßig, das Magnesiumoxid und den Untersatz aus Aluminiumoxid in einem Abstand von höchstens 30 mm voneinander anzubringen.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend beschrieben und anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung erläutert

Es zeigt

F i g. 1 einen Ofen zur Herstellung von Aluminatspinell-Fadeneinkristallen, in dem das Substrat aus dem Aluminiumoxid in Form eines zylindrischen Behäilers, das Magnesiumoxid als Tab'etten und das kohlenstoffhaltige Material in Form einer Schicht untergebracht sind (Längsschnitt),

F i g. 2 den gleichen Ofen wie in F i g. 1 mit Aluminium- und Magnesiumoxiden als Röhrenelementen nach der zweiten Ausführungsform,

F i g. 3 den gleichen Ofen wie in F i g. 1 mit Aluminium- und Magnesiumoxiden in Form von ebenen Platten nach der dritten Ausführungsforrn.

Um Fadeneinkristalle des Aluminatspinells herzustellen, benutzt man als Ausgangsstoffe Magnesium- und Aluminiumoxide. Die genannten Oxide können sowohl technisch reine chemische Reagenzien als auch industriereine metallurgische Rohstoffe mit etwa 10% Gehalt an Beimengungen, beispielsweise metallurgischer Magnesit mit 90 bis 92% MgO sein. Das Magnesium- usd das Aluminiumoxid als Substrat für das Wachstum von Einkristallen wird zwischen 1300 und 1800°C in Gegenwart eines kohlenstoffhaltigen Materials erhitzt. Zwecks Erhöhung der Ausbeute an Fadeneinkristallen von 0,5 bis 1 μπι großem Durchmesser nimmt man das Erhitzen in Anwesenheit von Aluminiumsulfid vor. Das Aluminiumsulfid wird als Pulver im Reaktionsraum oder im Gemisch mit Magnesiumoxid oder Kohlenstoff bei einem Verhältnis von Aluminiumsulfid zu Magnesiumoxid wie 1 :5 bis 1 :10 in geformten Elementen verwendet Das Erhitzen erfolgt in offenen öfen, z. B. in Widerstandsöfen mit einem Platin-Rhodium-Erhitzer, mit Silitheizstäben, in mit flüssigem und gasförmigem Brennstoff betriebenen «> Herden. Optimal ist der Temperaturbereich von 1500 bis 1600⁰C, in dem die höchste Produktausbeute bei minimaler ProzeßdaUer gesichert wird. In diesem Temperaturbereich !Assen sich die längsten Fadeneinkristalle des Spinells mit //(/-Verhältnis von 30 000 herstellen. Als kohlenstoffhaltiges Material kommt beispielsweise fester Kohlenstoff (Pulver.Kristall, Platte) oder kohlenstoffhaltiges Gas, wie KchlePirr.op.oxyd, Kohlendioxyd, zur Verwendung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Fadeneinkristallen des Aluminatspinells beruht auf der VLC-Technik. Nach diesem Mechanismus wird die Wachstumsrichtung von Fadeneinkristallen durch die Form der KristaUisationsfront und die Konfiguration des Randwinkels eines Tropfens der am Kristallende befindlichen Legierung bestimmt Das einseitig gerichtete, in der Regel senkrecht auf der KristaUisationsfront stehende Wachstum ist nur dann möglich, wenn diese zwei Parameter konstant gehalten werden. Als notwendige Voraussetzung für das einseitig gerichtete Kristallwachstum gilt deshalb die Isothermie der Ofenkammer und der Kristallisationsfront

Die einfachste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt das Erhitzen von pulverförmigem Magnesiumoxid, z. B. metallurgischem Magnesit, der 90 bis 92% MgO enthält und eine 0,06 bis 2 mm Teilchengröße aufweist, auf einem Substrat aus Aluminiumoxid, beispielsweise aus Korundleichtstein, bei einer zwischen 1300 und 1800⁰C liegenden Temperatur dar. Das genannte Substrat kann 2. B. als Schale, Tiegel ausgeführt werden. Als Tiegeldeckel dient eine Graphitplatte. Die Fadeneinkristalle des Aluminatrpinells wachsen in Poren und an der Korundoberfläche.

Die Erhöhung der Produktausbeute wird im Falle der Anwendung von vorgeformten Elementen aus Magnesiumoxid, Aluminiumsulfid und Aluminiumoxid erzielt.

Die Höchstleistung des erfindungsgemäßen Verfahrens richtet sich nach dem Flächeninhalt des Aluminiumoxidsubstrates und dem Spielraum zwischen Substrat und Magnesiumoxid. So lassen sich z. B. 0,03 g Spinellfadeneinkristalle von 1 cm² Substratfläche bei einem spezifischen Gewicht des Endmaterials von 0,005 bis 0,01 g/cm³ erhalten.

Man formt die Oxide als Rohre, Platten, Tabletten, indem man sie in verschiedene Heizapparate, die die erforderliche Temperatur zu erreichen ermöglichen, auf solche Weise einbringt, daß der Arbeitsraum rationell ausgefüllt wird und die größte Wachstumsfläche von Fadeneinkristallen erhalten wird. Die Elemente werden sowohl in Preßformen auf Pressen als auch von Hand in der Schalung geformt Der Preßdruck ist von keiner prinzipiellen Bedeutung. Um die mechanische Festigkeit zu sichern, die Handhabung von Elementen während der Anbringung derselben in einen Ofen zu ermöglichen und die Zerstörung der geformten Elemente bei einer hohen Temperatur zu vermeiden und damit die Verunreinigung des Endprodukts auszuschließen, benutzt man Materialien unterschiedlicher Körnung, die zwischen 0 und 3 mm liegt, indem man die Prinzipien der Formung von feuerfesten Werkstoffen in Betracht nimmt. Als Anfangsbindemittel kommt eine 5%ige wäßrige Sulfit-Lösung zum Einsatz. Die geformten Elemente werden in die Ofenkammer zum Erhitzen eingebracht

Eine der Ausführungsformen des errindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Fadeneinkristallen des Aluminatspinells ist die Anwendung des Aluminiumoxidsubstrates in Form eines zylindrischen Behälters und des Magnesiumoxids als Tabletten, die in der Mitte des Behälters längs seiner Achse in einem Abstand von seinen Wänden, der 30 mm nicht übersteigt, säulenförmig gelegt werden.

Man legt Tabletten aus Aluminiumsulfid zwischen Tabletten aus Magnesiumoxid bei einem Gewichtsverhältnis von 5 : 1 bis !0 : 1, um die Produktivität und die

maximale Ausbeute an 0,5 bis 1 μπι im Durchmesser großen Fasern zu erhöhen.

In einen mit porösen Korundleichtsteinen ausgekleideten Ofen 1 (Fig. 1), ausgerüstet mit einem Widerstandsheizelement (PtRh 4), bringt man dabei einen zylindrischen Korundbehälter 2 ein. In der Mitte des genannten Behälters längs seiner Achse wird eine Säule 3 von Tabletten aus metallurgischem Magnesit angebracht. Der Behälterboden wird mit der Schicht 4 eines kohlenstoffhaltigen Materials, z. B. von granuliertem Graphit oder Graphit, bedeckt. Man schließt den Behälter 2 mit einem Tonerdedeckel 5 zu. Das Erhitzen der genannten Oxide erfolgt zwischen 1300 und 1850° C während 2 — 3 Std. Die Fadeneinkristalle des Aluminatspinells MgAbÜ4 wachsen an den Innenwänden des zylindrischen Behälters 2 in radialer Richtung zur Behältermitte und am Deckel S senkrecht nach unten. Die maximale Einkristallänge erreicht 25 bis 30 mm, Ud= 25 000.

Statt einzelner säulenförmig gelegter Tabletten kann man einen Stab verwenden, der aus Magnesiumoxid, sowie aus einem Gemisch von Magnesiumoxid mit Aluminiumsulfid, bei deren Verhältnis von 1:10, geformt ist.

Die andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man ein Substrat aus Aluminium- und Magnesiumoxiden in Form von Röhrenelementen benutzt, die konzentrisch in Aufeinanderfolge angebracht werden. Die Röhrenelemente 6 (F i g. 2) aus Aluminiumoxid, z. B. Tonerde, wechseln mit Röhrenelementen 7 aus Magnesiumoxid, z. B. aus metallurgischem Magnesit, ab. Die genannten Elemente liegen in einem 30 mm nicht übersteigenden Abstand, beispielsweise in 25 mm Abstand, voneinander. Die erzielte Anordnung aus Röhrenelementen bringt man zwischen zwei Graphitplatten 8 ein. Die genannten Oxide werden in einen Ofen 9 gegeben und bei einer zwischen 1300 und 1800⁰C liegenden Temperatur erhitzt. Die Fadeneinkristalle des Aluminatspinells wachsen auf beiden Ebenen jedes Röhrenelements aus Aluminiumoxid in der Richtung zu der Oberfläche der Röhrenelemente aus Magnesiumoxid.

Die weitere der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die den beliebigen Öfenraum rationell auszufüllen ermöglicht, was zur Erhöhung der Endproduktausbeute führt, stellt die Anwendung des Substrates aus Aluminium- und Magnesiumoxiden in Form von ebenen, parallel zueinander angeordneten Platten dar.

In einen Ofen (F i g. 3) bringt man den Satz, bestehend aus einer ebenen, aus Aluminiumoxid geformten Platte 11 und einer ebenen, aus Magnesiumoxid geformten Platte IZ ein. Die genannten Platten werden in einem 30 mm nicht übersteigenden Abstand voneinander angebracht und durch Graphitplatten 13 getrennt Man kann in den Ofen mehrere Sätze aufgeben. Das Erhitzen der Magnesium- und Aluminiumoxide erfolgt bei einer zwischen 1300 und 1800⁰C liegenden Temperatur. Die Fadeneinkristalle des Aluminatspinells wachsen von oben nach unten in der Richtung von der Aluminiumoxidplatte zur Magnesiumoxidplatte.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die Fadeneinkristalle des Aluminatspinells sowohl in Form von einzelnen 0,5 bis 5 μπι dicken und bis 30 mm langen Nadeln mit einem spezifischen Gewicht von 3,6 g/cm³ als auch in Form von Watte mit 0,005 bis 0,01 g/cm³ Dichte herstellen. Das kristallinische Gefüge der Einkristalle ist kubisch, der Gitterparameter beträgt 8,086 Ä. Die Schmelztemperatur der Einkristalle liegt bei 2135°C. Die hergestellten Einkristalle sind dem thermischen Zerfall nicht ausgesetzt und erhallen ihre Eigenschaften bei Temperaturen, die über 1500° C ^ri liegen.

Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend konkrete Beispiele angeführt, die das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern.

κι Beispiel 1

Zur Herstellung von Fadeneinkristallen des Aluminatspinells MgAI₂O< benutzte man als Reagenzien Magnesiumoxid und Aluminiumoxid.

π Das Äiuminiumoxidsubsirat wurde als zylindrischer Behälter von 60 mm Durchmesser und 120 mm Höhe gefertigt. Man formte 60 g Magnesiumoxid als zylindrischen Stab von 20 mm Durchmesser und 100 mm Höhe, brachte eine 5 mm dicke Graphitscheibe von 60 mm Durchmesser auf den Boden des zylindrischen Behälters ein und stellte den Magnesiumoxidstab in der Mitte des zylindrischen Behälters längs seiner Achse auf die Oberfläche der Graphitscheibe. Die zweite Graphitscheibe diente als Behälterdeckel.

2*, Der genannte zylindrische Behälter wurde in einen mit Silitheizstäben ausgerüsteten Widerstandsofen eingebracht. Zum Erhitzen von Oxiden erhöhte man die Ofentemperatur auf 1500⁰C mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 10 bis 12°C/min und hielt diese

jn Temperatur während 2 StcL. wonach der Ofen abgeschaltet wurde.

Die Fadeneinkrsistalle des Aluminatspinells wuchsen an der Innenwand des zylindrischen Behälters und füllten den ganzen freien Raum aus. Die Länge der

η hergestellten Fadeneinkristalle betrug 20 mm, die durchschnittliche Dicke 3 bis 5 μπι und die Dichte des erhaltenen Materials machte 0,008 bis 0,01 g/cm³ aus.

Beispiel 2

Zur Herstellung von Fadeneinkristallen des Aluminatspinells benutzte man als Ausgangsoxide den metallurgischen Magnesit mit 90 bis 92% MgO und porösen Korundleichtstein mit 95 bis 97 AI2O3.

Den pulverförmigen metallurgischen Magnesit von 0,06 bis 3 mm Körnung brachte man auf den Boden eines rechtwinkligen Graphitbehälters ein, stellte eine Platte aus porösem Korundleichtstein in 30 mm Entfernung von der Schicht des metallurgischen Magnesits parallel zum Behälterboden, schüttete auf die Platte eine 6 bis 10 mm dicke gleichmäßige Schicht des metallurgischen Magnesits wieder auf und stellte die folgende Platte in 30 mm Entfernung von der Magnesitoberfläche, indem man also vier Schichten erhielt Die Zahl der Schichten richtet sich nur nach den Abmessungen des Graphitbehälters.

Der genannte Graphitbehälter wurde in einem Gasofen in eine Umhüllung aus technischer Tonerde gebracht um das Ausbrennen von Graphit zu vermeiden. Das Erhitzen der Oxide erfolgte bei 1550⁰C während 3 Std.

Die Fadeneinkristalle des Aluminatspinells füllten den ganzen freien Behälterraum zwischen Magnesit und porösem Korundleichtstein aus. Die Länge der herge stellten Fadeneinkristalle betrug 30 mm, die durch schnittliche Dicke 1 bis 3 μπι, Mf= 10 000 bis 30 000. Die Dichte des erhaltenen Materials machte 0,008 bis 0,01 g/cm³ aus.

Beispiel 3

Zur Herstellung von Fadeneinkristallen des Aluminatspinells benutzte man als Ausgangsoxide metallurgischen Magnesit mit 90 bis 92% MgO und technische Tonerde mit 93 bis 95% Al₂O₃ von 0,06 bis 3 mm Körnung. Die genannten Oxyde wurden als Röhrenelemente geformt. Um den Elementen die mechanische Festigkeit zwecks Verhinderung ihres Zerfalls bei der Anbringung und im Laufe der Herstellung von Einkristallen zu verleihen, benutzte man beim Formen ein Bindemittel, eine 5%ige wäßrige Lösung von Sulfit von 1,2 bis 1,25 g/cm³ Dichte.

Die Röhrenelemente wurden so geformt, daß der Abstand zwischen benachbarten konzentrisch liegenden Rohren aus metallurgischem Magnesit und Tonerde 30 mm nicht überstieg. Die Höhe, der Durchmesser und die Zahl der Röhrenelemente richteten sich nur nach den Abmessungen der Ofenkammer.

Man brachte die Röhrenelemente konzentrisch aufeinanderfolgend an.

Als Außenröhrenelement diente ein aus Tonerde geformtes Rohr von 160 mm Durchmesser, 8 mm Wanddicke und 120 mm Höhe.

Als nächstes Rohr wurde ein 120 mm hohes Rohr aus metallurgischem Magnesit von 100 mm Durchmesser und 8 mm Wanddicke hineingestellt. In das Rohr aus metallurgischem Magnesit brachte man noch ein Rohr aus Tonerde von 40 mm Durchmesser, 5 mm Wanddikke und 120 mm Höhe ein. Man stellte die Rohre auf eine Tonerdeabstützung und schüttete in den Luftspalt zwischen diesen granuliertes Graphit von 2 bis 3 mm Körnung in einer 5 mm dicken gleichmäßigen Schicht auf solche Weise, daß sie die Tonerdeabstützung bedeckte. Von oben wurden die Röhrenelemente mit einem aus Tonerde geformten Deckel geschlossen. Die auf solche Weise verbundenen Röhrenelemente brachte man in einen mit Silitheizstäben ausgerüsteten Elektroofen ein.

Die Ofentemperatur stieg mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 15°C/min auf 1450⁰C Bei dieser Temperatur wurden die Oxide während 3 Std. erhitzt.

Die Fadeneinkristalle des Aluminatspinells wuchsen an der Oberfläche von Röhrenelementen aus der Tonerde. Die maximale Länge der hergestellten Fadeneinkristalle betrug 30 mm, die durchschnittliche Länge 1 bis 3μπι, Vd= 12 000 bis 30 000. Die durchschnittliche Produktausbeute macht 0,02 g/cm² Kristallisationsfläche (Oberfläche von Röhrenelementen aus Tonerde) aus. Die Dichte des erhaltenen Materials liegt zwischen 0,008 und 0,01 g/cm³.

Beispiel 4

Zur Herstellung von Fadeneinkristallen des Aluminatspinells benutzte man als Ausgangsoxide chemische Reagenzien, Magnesiumoxid mit 96% MgO und Aluminiumoxid mit 96,5% Al₂O₃-

Das Magnesiumoxid wurde als eine 30 mm hohe Hülse von 60 mm Durchmesser geformt Der Hülsenboden wurde mit einer 2 mm dicken Graphitpulverschicht bedeckt Die Hülse schloß man mit einem Aluminiumoxiddeckel, geformt als Tablette, zu.

Man brachte die Hülse in einen Widerstandsofen ein, ausgerüstet mit einem Heizstab aus der Legierung PtRh 40. Die Ofentemperatur stieg mit einer Geschwindigkeit von 10°C/min auf 1500⁰C, und bei dieser Temperatur wurden die Oxide während 3 Std. erhitzt

Die Fadeneinkristalle des Aluminatspinells wuchsen am Deckel aus der Tonerde.

Die Länge der hergestellten Fadeneinkristalle beträgt 30 mm, die Dicke 1 bis 2 μπι, //d=20 000. Die Dichte des erhaltenen Materials macht 0,006 bis 0,01 g/cm³ aus.

Beispiel 5

Nach der Herstellungstechnologie von feuerfesten Erzeugnissen formte man aus metallurgischem Magne sit (90 bis 92% MgO) 20 bis 30 mm dicke Platten, indem man als Bindemittel Sulfitlösung verwendete. Im Arbeitsraum eines Muffelgasflammofens setzte man ein Paket von Magnesit- und Korundplatten (von gesägten Korundsteinen oder Korundblechen, erhalten im Schliekergießverfahren) zusammen. Die Platten wechselten ab, wobei ein 30 mm großer Luftspalt zwischen ihnen durch Anwendung von Graphiteinlagen vorhanden war. Der Ofen wurde auf 1800⁰C erhitzt und während 2 Std. gehalten. Die MgAl₂O₄- Fasern wachsen auf den Korundflächen. Die Ausbeute an Einkristallfasern des Spinells beträgt 0,025 bis 0,030 g/cm².

Beispiel 6

Zur Herstellung von MgAI^-Fadeneinkrist.allen benutzte man als Substrat ein 120 mm hohes Rohr aus Tonerde mit 60 mm Durchmesser und 3 mm Wanddicke. Man formte das Magnesiumoxid zusammen mit Aluminiumsulfid bei einem Verhältnis von 5:1 zu

j» 40 mm hohen Stäben von 20 mm Durchmesser und legte sie aufeinander längs der Rohrachse. Das Rohr wurde mit Graphitdeckeln verschlossen und in einen Gasofen eingebracht. Das Erhitzen erfolgte bei 1600⁰C während 2 Std. MgAl₂O4-Fasern wuchsen an der Rohrinnenwand.

3i Die Ausbeute an 20 bis 30 mm langem Material von 0,5 bis 1 μπι Durchmesser betrug 0,02 g je 1 cm² Rohrinnenfläche des Tonerderohrs.

Beispiel 7

Auf den Tiegelboden aus Tonerde brachte man einen Einsatz, der ein Gemisch aus 60 Gew.-% metallurgischem Magnesit, 15 Gew.-% Aluminiumsulfid und 25 Gew.-% Graphitpulver darstellte. Der Tiegel wurde mit einem Deckel aus Tonerde verschlossen. Das Erhitzen erfolgte in einem mit Silitheizstäben ausgerüsteten Elektroofen bei 1600⁰C während 2 Std. Die Ausbeute an MgAl₂O₄-Fasern (03 bis 1 mm Faserdurchmesser, /=20 bis 30 mm) betrug 0,015 bis 0,02 g/cm².

Beispiel 8

In eine flache Küvette aus Graphit schüttete man einen Einsatz folgender Zusammensetzung: 85 Gew.-% metallurgischer Magnesit 15 Gew.-% Aluminiumsulfid.

Die Küvette wurde mit einem flachen Deckel aus Tonerde verschlossen. Der Abstand zwischen Deckel und Einsatz lag nicht über 30 mm. Das Erhitzen erfolgte in einem Flammofen bei 1650⁰C während 2 Std Die Ausbeute an MgAI₂O«-Fasern von 0,5 bis 1 μπι betrug W

Beispiel 9

In eine aus Tonerde gefertigte 100 mm hohe Hülse von 60 mm Durchmesser brachte man Magnesiutnoxidtabletten, indem man sie mit aus Aluminiumsulfid geformten Tabletten abwechselte, bei einem Gewichtsverhältnis Magnesiumoxid zu Aluminiumsulfid von 8:1, ein. Die Hülse wurde mit einem Deckel aus Tonerde

verschlossen. Das Erhitzen erfolgte in einem Gasherd bei 165O⁰C. Die Ausbeute an Material betrug 0,012 bis 0,015 g/cm² (Tonerdeoberfläche) bei einem zwischen 0,5 und 1 μιη liegenden Faserdurchmesser und einer durchschnittlichen Faserlänge von 20 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminatspinell-Fadeneinkristallen durch Erhitzen von Al₂O₃ und -> MgO in Gegenwart von kohlenstoffhaltigem Material bei Temperaturen· bis zu 1800°C in einem Reaktionsraum, dessen Bauelemente zumindest teilweise aus Al₂O₃ und MgO bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Material innerhalb des Reaktionsraumes oder als ein Bauelement desselben eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß im Reaktionsraum Aluminiumsulfid im Verhältnis 1:10 bis 1:5 zum Magnesiumoxid eingesetzt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens