DE3418424A1

DE3418424A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von feinem hochreinem magnesiumoxidpulver

Info

Publication number: DE3418424A1
Application number: DE19843418424
Authority: DE
Inventors: Hideaki Ube Yamaguchi Igarashi; Waixhi Kobayashi; Kozaburo Yoshida
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1984-11-22
Also published as: GB2141701A; GB2141701B; JPS6243928B2; US4545975A; JPS59213619A; GB8411917D0; DE3418424C2

Description

D1PL.-INC. P.-C. SROKA, DR. H. FEDER" Dl PL.-PHYS. DR^W-¹D. FEDER

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Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von feinem hochreinem Magnesiumoxidpulver

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von feinem hochreinem Magnesiumoxidpulver, welches insbesonder verbesserte Sintereigenschaften haben soll.

Es ist bekannt, daß hochreines Magnesiumoxid ausgezeichnete feuerfeste bzw. wärmebeständige Eigenschaften, .ein gutes elektrisches Isoliervermögen und eine hohe Transparenz aufweist, so daß es außerordentlich gut verwendbar ist als ein neues keramisches Material vom Mag-

nesiumoxidtyp, beispielsweise für die Herstellung von hochqualitativen Porzellanartikeln, elektrischen Isolatoren, transparenten Feuerfestmaterialien und für die Infrarotstrahlen durchlässige Materialien, wobei dieses keramische Material S auf vielen Gebieten der Technik einsetzbar ist.

Gewöhnlich werden neue keramische Stoffe vom Magnesiumoxidtyp in der Weise hergestellt, daß man ein keramisches Pulver, welches als wesentliche Komponente Magnesia bzw. Magnesiumoxid (MgO) enthält, in eine bestimmte Form bringt und anschlie-, ßend sintert. Je kleiner die Partikelgröße des ι Magnesiumoxids ist, um so höher wird die Dichte des bei dem Sinterprozeß hergestellten Sinterkörpers, wobei mit höherer Dichte des Sinterkörpers auch die mechanischen und hitzebeständigen Eigenschaften des Materials sowie die Transparenz anwachsen.

Bei dem üblichen Verfahren zur Herstellung von gesinterten Magnesiumoxidkörpern werden Magnesiumoxidpulver als Rohmaterialien verwendet, die durch Calcinieren von Magnesiumhydroxid oder basichern Magnesiumcarbonat hergestellt werden. Da jedoch Magnesiumoxid einen hohen Schmelzpunkt von etwa 2800 ⁰C hat, ist es, um einen Sinterkörper mit einer hohen Dichte zu erhalten, gewöhnlich erforderlich, den Sinterprozeß bei einer hohen Temperatur von 1700 ⁰C oder mehr durchzuführen, während das Magnesiumoxidpulver heißgepreßt wird.

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Der bekannte übliche Sinterprozeß ist sehr aufwendig und kostenintensiv.

Um die Sintertemperatur auf ein Niveau von 1400 bis 1600 ⁰C zu reduzieren und damit die Prozeßkosten herabzusetzen, werden daher die Sintereigenschaften der üblichen Magnesiumoxidpulver dadurch verbessert, daß man sie mit einem Zusatz mischt, der Lithiumfluorid (LiF) , Magnesiumfluorid (MgF₂) oder Natriumfluor id (NaF) umfaßt, oder indem man das Magnesiumoxidpulver mit einem Behandlungsmittel behandelt, beispielsweise Benzol.

In der japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 49-16246 ist ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten gesinterten Magnesiumoxidröhre beschrieben; bei diesem Verfahren wird Magnesiumoxidpulver mit Lithiumfluorid und Boroxid gemischt, wobei Magnesiumborat oder Borsäure als Rohmaterialien verwendet werden.

In der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 50-153798 ist ein Verfahren zur Herstellung von Magnesiumoxid beschrieben, welches verbesserte Sintereigenschaften hat; bei diesem Verfahren wird eine Magnesiumverbindung, die mit einer Fluorverbindung gemischt ist, beispielsweise Magnesiumfluorid, bei einer Temperatur zwischen 600 bis 1200 ⁰C calciniert.

M. Banerjee und D.W. Budworth, Trans. Brit. Ceram Soc, Vol., 71 (3), 51-53 (1972), beschreiben ein Verfahren für die Herstellung von transparenten

Magnesiumoxidkörpern, bei dem Magnesiumoxidpulver, das mit Natriumfluorid gemischt ist, bei einer Temperatur von 1300 bis 1700 ⁰C gesintert wird.
5

Bei den Prozeßen, bei denen dem Magnesiumoxidpulver ein Zusatz zugesetzt wird, werden jedoch gesinterte Magnesiumoxidpulver erhalten, die, bezogen auf das Magnesiumoxid, einen verminderten Reinheitsgrad haben. Die Zusatzstoffe in dem gesinteren Magnesiumoxidkörper führen zu einer Verschlechterung der an sich charakteristischen Eigenschaften derartiger Sinterkörper, so daß der Anwendungsbereich der resultierenden Sinterkörper eingeschränkt ist.

In der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 56-16108 ist ein Verfahren zur Herstellung von eine hohe Dichte aufweisenden gesinterten Magnesiumoxidkörper beschrieben; bei diesem Verfahren wird das mit einem flüssigen Kohlenwasserstoff, beispielsweise Benzol, gemischte Magnesiumoxidpulver bei einer Temperatur von 300 bis 650 ⁰C in einer Sauerstoffatmosphäre behandelt, bevor der Sinterprozeß einsetzt.

0. Yamaguchi, H. Tonami und K. Shimizu, Chem. Lett., Vol. 8, 799-802 (1970), beschreiben, daß Magnesiumoxidpulver mit verbesserten Sintereigenschaften in der Weise erhalten werden kann, daß man Magnesiumhydroxid, das aus Magnesiumalkoxid hergestellt worden ist, calciniert.

Die zuletzt beschriebenen Verfahren sind jedoch außerordentlich kompliziert und kostenaufwendig, so daß auch die resultierenden Magnesiumoxidpulver sehr teuer ist.
5

Auch bei den oben behandelten Verfahren wird das Magnesiumoxidpulver in der Weise hergestellt, das man ein Magnesiumsalz oder -alkoxid calciniert. In der Calcinierungsstufe wachsen die Magnesiumoxidkristalle, und die gewachsenen Magnesiumoxidkristalle bilden Agglomerate. Die resultierenden Magnesiumoxidagglomerate müaaen daher vor der Sinterstufe mechanisch pulverisiert werden. Selbst nach einer derartigen

Pulverrisierungsstufe ist es bei einem Magnesium-

oxidpulver, welches aus Magnesiumsalz oder -alkoxid zubereitet ist, sehr schwierig, die Partikelgröße des pulverisierten Magnesiumoxids auf einen zufriedenstellenden Feinheitsgrad zu bringen, da das resultierende pulverisierte Magnesiumoxid stets noch eine bestimmte Menge an Agglomeraten enthält. Magnesiumoxidpartikel, die noch eine unerwünscht große Korngröße haben und noch eine bestimmte Menge an Agglomeraten umfassen, führen zu einer in unerwünschter Weise herabgesetzten Packungsdichte

des Magnesiumoxidpulvers. Dieses Phänomen führt zu Schwierigkeiten bei der Herstellung von gesinterten Magnesiumoxidkörpern mit einer hohen Dichte, wodurch auch die charakteristischen Eigenschaften derselben herabgesetzt werden. 3o

Es ist bekannt, daß Magnesiumoxidpulver durch

Verbrennung von metallischen Magnesium in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre hergestellt werden kann. Diese Reaktion kann dazu benutzt werden, Magnesiumoxidpulver durch ein Gasphasenverfahren herzusteilen. In der CS-PS 139 208 sind beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von hochreinem Magnesiumoxidpulver durch Oxidation von Magnesiumdampf mit Sauerstoff beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein Magnesiumdampf enthaltender Inertgasstrom bei einer Temperatur von 700 ⁰C im Gegenstrom mit einen Sauerstoffgasstrom in Kontakt gebracht. Die resultierenden Magnesiumoxidpulverpartikel haben eine Größe von 1 ,um oder weniger. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß es mit diesen Verfahren außerordentlich schwierig ist, sehr feine Magnesiumoxidpulverpartikel mit einer Größe von 0,1 ,um oder weniger zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von hochreinem feinem Magnesiumoxidpulver zu schaffen, welches selbst ohne Zusatzstoffe oder ohne weitere vorbereitende Behandlung des Pulvers verbesserte Sintereigenschaften hat. Dabei geht es insbesondere darum, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines hochreinen feinen Magnesiumoxidpulvers zu schaffen, aus dem die gesinterte Magnesiumoxidkörper mit einer hohen Dichte hergestellt

3ο werden können.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
35

Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe mit einer Anordnung insbesondere gemäß dem Patentanspruch 9 gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die im wesentlichen einen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßeη Vorrichtung zeigt.
Bei der Durc

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Magnesium in eine Magnesium-Verdampfungszone gebracht und bei einer Temperatur von 700 ⁰C

oder mehr verdampft, während man Inertgas durch diese Magnesium-Verdampfungszone strömen läßt.

Der das verdampfte Magnesium enthaltende Inertgasstrom wird anschließend in eine Magnesium-Oxidationsstufe eingeleitet.

In die Magnesiums-Oxidationsstufe wird ein Strom von molekularen Sauerstoff enthaltendem Gas eingeleitet, der im Gleichstrom zu dem das verdampfte Magnesium enthaltenden Inertgasstrom durch die Magnesium-Oxidationsstufe geführt wird, um ein Reaktionsgemisch zu erhalten, in dem das verdampfte Magnesium mittels des Sauerstoffgases in ein hochreines feines Magnesiumoxidpulver oxidiert wird. Während dieses Magnesiumoxidationprozeßes werden die Partialdrücke des verdampften Magnesiums bzw. des Sauerstoffgases in dem Reaktionsgemisch auf 0,09 atm. oder weniger bzw. 1/2-mal oder mehr

als dem Partialdruck des verdampften Magnesiums einreguliert. Die Temperatur in der Magnesium-Oxidationsstufe wird auf ein Niveau von 800 bis 1600 ⁰C eingestellt.
5

Das resultierende hochreine feine Magnesiumoxidpulver wird mit der Reaktionsgemischströmung in eine Magnesiumoxid-Sammelstufe eingeleitet und aus dem Reaktionsgemisch in dieser Magnesiumoxid-Sammelstufe abgetrennt.

Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt. Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung umfaßt eine feuerfeste Magnesium-Oxidationsröhre 1 mit einem geschlossenen Stirnende 2, das mittels einer Leitung 3 an einem in der Zeichnung nicht dargestellten Vorrat von molekularen Sauerstoff enthaltendem Gas angeschlossen ist. Das gegenüberliegende Stirnende 4 der Röhre ist offen. Die feuerfeste Magnesium-Oxidationsröhre 1 bildet eine Magnesium-Oxidationsstufe 5.

Die Vorrichtung umfaßt weiterhin eine feuerfeste 25 Magnesium-Verdampfungsröhre 6, in deren geschlossenes Stirnende 7 eine Leitung 8 einmündet, die an einen in der Zeichnung nicht dargestellten Inergasvorrat angeschlossen ist. Das andere Stirnende der Röhre 6 ist offen, wobei sich im Bereich dieses offenen 3o Stirnendes im wesentlichen eine Magnesium-Verdampfungsstufe 10 befindet. In den Bereich des offenen Stirnendes 9 der feuerfesten Magnesium-Verdampfungsröhre 6 wird das zu verdampfende Magnesium plaziert. Die

Magnesium-Verdampfungsröhre 6 hat einen kleineren Durchmesser als die Magnesium-Oxidationsröhre 1 und verläuft parallel zur Längsachse der Magnesium-Oxidationsröhre 1. Mindestens der offene Endbereich der Magnesium-Verdampfungsröhre 6 ist durch das geschlossene Stirnende 2 hindurch in die Magnesium-OxidationsrÖhre 1 eingeführt. Das offene Stirnende 9 der Verdampfungsröhre 6 mündet in die Magnesium-Oxidationsstufe 5.
1o

Die Vorrichtung umfaßt weiterhin einen Magnesiumoxid- Sammelbehälter 11 mit einem offenen Stirnende 12, mit dem der Sammelbehälter 11 lösbar an das offene Stirnende 4 der Magnesium-Oxidationsröhre

15 1 angeschlossen ist, während ein gegenüberliegendes geschlossenes Stirnende 13 des Sammelbehälters über eine Leitung 15 an eine Vakuumpumpe 14 angeschlossen ist. Der Magnesiumoxid-Sammelbehälter 11 bildet eine Magnesiumoxid-Sammelstufe 16 und ist mit Einrichtungen

zum Sammeln bzw. Auffangen des resultierenden hochreinen feinen Magnesiumoxidpulvers versehen, beispielsweise einem Filter 17, der innerhalb des Sammelbehälters 11 angebracht ist.

Die Magnesium-Oxidationsröhre 1 ist von einer Heizeinrichtung umgeben, beispielsweise einem Elektroofen 18, um die Magnesium-Oxidationsröhre 1 zu erhitzen.

Die Oxidationsröhre 1 und die Verdampfungsröhre 6 bestehen aus feuerfestem Material, beispielsweise Porzellan.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßeη Verfahrens wird zu verdampfendes Magnesium 19 in die 35

innerhalb der Magnesium-Verdampfungsröhre 6 befindliche Magnesium-Verdampfungsstufe 10 eingebracht und bei einer Temperatur von 700 ⁰C oder mehr, vorzugsweise 700 ⁰C bis 1100 ⁰C, verdampft. Wenn die Verdampfungstemperatur unter 700 ⁰C liegt, ist die Verdampfungsgeschwindigkeit des Magnesiums nur unzureichend, so daß das Proöuktionsergebnis an hochreinem feinem Magnesiumoxidpulver nur gering ist.

Das durch die Leitung 8 zugeführte Inertgas strömt durch die Magnesium-Verdampfungszone 10 und wird zusammen mit dem verdampften Magnesium in die innerhalb der Magnesium-Oxidationsröhre 1 befindliche Magnesium-Oxidationsstufe 5 eingeleitet. Das Inert* gas umfaßt mindestens ein Mitglied aus der Gruppe von Argon, Helium, Neon und Krypton.

Das den Sauerstoff enthaltende Gas wird durch die 2o Leitung 3 in die Magnesium-Oxidationsstufe 5 eingeleitet. Die Strömung des den Sauerstoff enthaltenden Gases in der Magnesium-Oxidationsstufe 5 ist gleichgerichtet zu der Strömung des das verdampfte Magnesium enthaltenden Inertgases. Wenn das sauerstoff-25 haltige Gas mit dem das verdampfte Magnesium enthaltenden Inertgas in Kontakt kommt und damit in
der Magnesium-Oxidationsstufe ein Reaktionsgemisch bildet, wird das verdampfte Magnesium mittels des Sauerstoffgases oxidiert und in ein hochreines
3o feines Magnesiumoxidpulver umgeformt, welches in
dem Reaktionsgemisch in Schwebe gehalten ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Oxidationsprozeß wird der Partialdruck des verdampften Magnesiums in 35

«If» A»*

dem Reaktionsgemisch auf 0,09 atm oder weniger
vorzugsweise 0,03 bis 0,09 atm. einreguliert,
wobei der Partialdruck des Sauerstoffs in dem
Reaktionsgemisch auf ein Niveau von 1/2-mal oder 5 mehr, vorzugsweise 1/2- bis 4-mal, des eingestellten Partialdruckes des verdampften Magnesiums eingestellt wird. Die Temperatur in der Magnesium-Oxidationsstufe wird mittels des Elektroofens 14 auf ein Niveau von 800 bis 1600 ⁰C, vorzugsweise 1o 800 bis 1300 ⁰C, eingestellt.

Die Partialdrücke des verdampften Magnesiums können auf den erforderlichen Wert einreguliert werden,

indem man die Temperatur in der Magnesium-Verdampfungs-

stufe 10 und die Strömungsmenge bzw. -geschwindigkeit des Inertgases in der Magnesium-Verdampfungsstufe steuert. Die Strömungsgeschwindigkeit bzw. -menge des Inertgases kann mittels des in der Leitung 8 angeordneten Strömungsmenge-Regelventils 20 reguliert werden.

Auch der Partialdruck des Sauerstoffgases kann auf den erwünschten Wert einreguliert werden, indem man die Strömungsmenge bzw. -geschwindigkeit des den molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases steuert. Die Strömungsmenge bzw. -geschwindigkeit des den molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases kann mittels eines in die Leitung 3 eingesetzten Strömungsmenge-Regelventil 21 gesteuert werden.

Wenn der Partialdruck des verdampften Magnesiums über 0,09 Atmosphären und/oder der Partialdruck
des molekularen Sauerstoffes kleiner als 1/2-mal des Partialdruckes des verdampften Magnesiums ist, hat

das resultierende Magnesiumoxidpulver eine nicht zufriedenstellende hohe Korngröße.

Wenn die Temperatur des Reaktionsgemisches über 1600 ⁰C liegt, hat das resultierende Magnesiumoxidpulver eine zu große Korngröße. Wenn die Temperatur in der Magnesium-Oxidationsstufe unter 800 ⁰C liegt, wird ein unerwünschtes Suboxid des Magnesiums gebildet.
1o

Sowohl die Strömungsmengen des das verdampfte Magnesium enthaltenden Inertgases sowie des molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases in der Magnesium-Oxidationsstufe 5, werden in einer solchen 15 Weise gesteuert, daß das verdampfte Magnesium etwa 0,2 bis 3 Sekunden in der Magnesium-Oxidationsstufe verweilt. Wenn die Verweilzeit des verdampften Magnesiums über 3,0 Sekunden liegt, kann das resultierende Magnesiumoxidpulver manchmal ein unerwünscht große 2o Korngröße haben. Wenn die Verweilzeit geringer ist als 0,2 Sekunden, enthält das resultierende ι Magnesiumoxidpulver eine bestimmte Menge unerwünschter | Magnesiumsuboxide. Wenn ein Magnesiumoxidpulver, welches Magnesiumsuboxide enthält, gesintert 25 wird, hat das resultierende Sinterprodukt beträchtlich verringerte elektrische Isolationseigenschaften.

Das das resultierende feine Magnesiumoxidpulver enthaltende Reaktionsgemisch wird aus der Magnesium-Oxidationsstufe 5 in die innerhalb des Magnesiumoxid-Sammelbehälter 11 befindlicher Magnesiumoxid-Sammelstufe 16 eingeleitet. Das feine

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- 17 -

Magnesiumoxidpulver wird aus dem Reaktionsgemisch mittels des Filters 17 abgetrennt bzw. aufgefangen, , und das Rückstandgas wird aus den Magnesiumoxid-Sammelbehälter 11 durch die Leitung 15 mittels 5 der Vakuumpumpe 14 abgesaugt.

Das resultierende hochreine feine Magnesiumoxid-• pulver hat eine hohe chemische Aktivität. Wenn ^: man es mit Luft in Kontakt kommen läßt, hat das , 1o feine Magnesiumoxidpulver die Neigung, Kohlendioxid und Wasserdampf aus der Luft zu absorbieren. . Um das erhaltene hochreine feine Magnesiumoxidi pulver dagegen zu schützen, daß es mit Luft in I Kontakt kommt, ist die Magnesiumoxid-Sammelstufe

15 16 vorzugsweise vollständig gegenüber der Luft ■ abgeschirmt, indem man den Magnesiumoxid-Sammel-, behälter 11 luftdicht abschließt.

I Die Oxidationsreaktion des verdampften Magnesiums 2o erfolgt gewöhnlich unter Umgebungsdruck oder einem

! reduzierten Druck. Der Druck in der Magnesium-Oxidations stufe 5 wird mittels der Vakuumpumpe ι auf dem erwünschten Niveau gehalten.

! 25 Der Magnesiumoxid-Sammelbehälter 11 ist in der : in der Zeichnung dargestellten Weise lösbar an die Magnesium-Oxidationröhre 1 angeschlossen. Nach Beendigung des Oxidationsprozeßes des verdampften Magnesiums wird der Magnesiumoxid-Sammel-3o behälter 11 von der Magnesium-Oxidationröhre 1 gelöst, und das von dem Filter 17 aufgefangene resultierende feine Magnesiumoxidpulver wird entnommen .

Das erfindungsgemäß hergestellte hochreine feine Magnesiumoxid pulver hat eine Korngröße von 0,03 ,um oder weniger, gewöhnlich von 0,015 .um oder weniger, und zwar berechnet von einer spezifischen Oberfläche, die durch Stickstoffadsorption gemäß der

ι Brunauer-Emmett-und Teller Methode (BET Methode) errechnet wird; die Partikel liegen in Form von kubischen Periklaskristallen vor. Das feine Pulver enthält im wesentlichen keine Agglomerate. Das erfindungsgemäß hergestellte hochreine feine ° Magnesiumoxidpulver läßt sich in einfacher Weise in einen Formkörper formen und dann in einen Sinterkörper mit einer sehr hohen Dichte sintern.

Da bei Durchführung des erfindungsgemäßen Ver-

fahrens kein Pulverrisierungsprozeß stattzufinden braucht, ist eine Verunreinigung des feinen Magnesiumoxidpulvers, die gewöhnlich in einer Pulverriserungsstufe auftritt, ausgeschlossen.

Das erhaltene feine Magnesiumoxidpulver hat einen hohen Reinheitsgrad von 99,9 % oder mehr, was im wesentlichen dem Reinheitsgrad des verwendeten metallischen Magnesiums entspricht.

Das erfindungsgemäß hergestellte hochreine feine Magnesiumoxidpulver hat ausgezeichnete Sintereigenschaften, ohne daß ein Zusatzstoff oder eine sonstige Oberflächenbehandlung erforderlich ist. Demzufolge kann das feine Magnesiumoxidpulver in einfacher Weise bei einer relativ niedrigen Sintertemperatur, etwa im Bereich von 1300 ⁰C, zu einem Magnesiumoxidkörper mit einer hohen Dichte, beispielsweise 3,51 oder mehr, gesintert werden.

- 19 -

Das erfindungsgeraäß hergestellte hochreine feine Magnesiumoxidpulver kann daher als neues keramisches Material für die Herstellung von hochqualitativen Porzellanprodukten, elektrischen Isolatoren, hitzefesten transparenten Produkten und infrarot-durchlässigen Produkten benutzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand von das Verfahren jedoch nicht einschränkenden Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben.

Beispiele 1-3

Bei jedem der Beispiele 1 bis 5 wurde für die Herstellung des hochreinen feinen Magnesiumoxidpulvers die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung verwendet.

In die innerhalb der Magnesium-Verdampfungsröhre befindliche Magnesium-Verdampfungsstufe 10 wurde eine Magnesiummasse mit einem Reinheitsgrad von 99,9 % eingebracht. In die Magnesium-Verdampfungsstufe 10 wurde ein Inertgas, bestehend aus Argon mit einem Reinheitsgrad von 99,99 %, eingeleitet. Das Magnesium wurde auf eine Temperatur von 900 ⁰C erhitzt, und der Partialdruck des resultierenden verdampften Magnesiums in der Magnesium-Oxidationsstufe 5 wurde auf 0,04 atm. einreguliert. In die Magnesium-Oxidationsstufe 5 wurde im Gleichstrom zu dem das verdampfte Magnesium enthaltenden Argongas Sauerstoffgas mit einem Reinheitsgrad von 99,6 % eingeleitet, wobei der Gesamtdruck des resultierenden Reaktionsgemisches auf 1,0 atm. und der Partialdruck des Sauerstoffgases auf 0,2 atm.

eingestellt wurden. Die Temperatur der Magnesium-Oxidations stufe wurde auf 1000 ⁰C eingestellt.

Die Verweilzeit des verdampften Magnesiums in der Magnesium-Oxidationsstufe wurde auf die in Tabelle 1 angegebenen Werte einreguliert.

Das resultierende feine Magnesiumoxidpulver wurde aus dem Reaktionsgemisch mittels eines Filters 17 in der Magnesiumoxid-Sammelstufe 16 abgeschieden.

Die Teilchengröße (BET Methode) der resultierenden Magnesiumoxid-Peinpartikel ergibt sich aus Tabelle

Das angesammelte Magnesiumoxid-Peinpulver lag in Form von Periklas vor und hatte einen Reinheitsgrad von 99,9 %.

Die Ausbeute an aufgefangenem Magnesiumoxidpulver betrug 90 % oder mehr.

Das Magnesiumoxid-Feinpulver wurde in eine Form gegeben, unter einem Druck von 100 kg/cm vorgepreßt und dann unter einem hydrostatischen Druck von 1500 kg/cm ausgeformt. Der geformte Magnesiumoxidkörper wurde drei Stunden lang bei einer Temperatur von 1300 ⁰C unter einem Vakuum von 10 Torr gesintert. Der resultierende Sinterkörper.hat die in Tabelle 1 angegebenen Dichte.

"341

	Beispiel Nr.	Tabelle 1	Größe der	Dichte der	gnesiumoxid	(g/cm³)
		Verweilzeit des	feinen Ma	Sinterkörper	partikel	3.51
		verdampften Ma		(/Um BET Methode)	3.53
(Jl		gnesiums	0.025	3.51
			0.013
	1	(sek.)	0.029
1o	2	0.2
	3	0.5
	3.0

Beispiel 4+5

Bei jedem der Beispiele 4 und 5 wurde in der gleichen Weise verfahren wie im Beispiel 1, wobei jedoch die Verweilzeit des verdampften Magnesiums in der Magnesium-Oxidationsstufe 5 0,7 sek. betrug, während die Temperatur der Magnesium-Oxidationsstufe auf die in Tabelle 2 angegebenen Werte einreguliert wurde. Die Ausbeute an abgetrenntem Magnesiumoxidpulver betrug 90 % oder mehr.

Die Partikelgröße (BET Methode) der resultierenden Magnesiumoxid-Feinpartikel und die Dichte des jeweiligen Sinterkörpers ergibt sich aus Tabelle 2.

Tabelle 2

3o	Beispiel Nr.	Reakt io ns tem	Größe der	Dichte der
		peratur	feinen Ma-	Sinterkörper
			gnesimoxid-
			partikel
			(yum BET	3
3 R		( 0)	Methode)	(g/m >
	4	800	0.013	3.52
	5	1000	0.017	3.53

Der gemäß Beispiel 4 gesinterte Magnesiumoxidkörper

—1 3 hatte einen spezifischen Widerstand von 10 ohm-cm bei einer Temperatur von 20⁰C, eine Biegefestig-

2
keit von 1600 kg/cm , und eine Gesamttransparenz von 85% bei einer Dicke von 1,0 mm.

Beispiele 6 bis 8

Bei jedem der Beispiele 6 bis 8 wurde in der gleichen Weise verfahren wie im Beispiel 1, wobei jedoch die Verweilzeit des verdampften Magnesiums in der Magnesium-Oxidationsstufe 5 0,7 sek. betrug ,der Gesamtdruck des Reaktionsgemisches auf 1,0 atm. der Partialdruck des Sauerstoffs auf 0,2 atm. und die Oxidationstemperatur auf 1300 ⁰C eingestellt wurden, und wobei das Magnesium in der Magnesium-Verdampfungsstufe 10 bei der in Tabelle 3 angegebenen Temperatur verdampft wurde.

Der Partialdruck des verdampften Magnesiums in der Magnesium-Oxidationsstufe wurde durch Steuerung der Verdampfungstemperatur des Magnesiums einreguliert. Das resultierende Magnesiumoxid-Feinpulver wurde in einer Ausbeute von 90 % oder mehr abgetrennt.

Die Partikelgröße (BET Methode) der resultierenden Magnesiumoxid-Feinpartikel und die Dichte des gesinterten Magnesiumoxidpulvers ergeben sich aus Tabelle 3.

Tabelle 3

Beispiel Nr.	Verdampfungstem	Partialdruck des	Größe der ]	Dichte der
	pera tür des Ma	verdampften Ma	feinen Ma	Sinterkörper
	gnesiums	gnesiums	gnesiumoxid
			partikel
			(,um BET-
	(°C)	(atm)	methode	(g/cm³)
6	1100	0.09	0.030	3.51
7	1000	0.05	0.020	3.52
8	800	0.03	0.015	3.53

Beispiele 9 bis 12

In jedem der Beispiele 9 bis 12 wurde in der gleichen Weise verfahren wie im Beispiel 1, wobei jedoch folgende Ausnahmen gemacht wurden. 5

Das Magnesium wurde bei einer Temperatur von 100 ⁰C verdampft. Der Partialdruck des verdampften Magnesiums in der Magnesium-Oxidationsstufe 5 betrug 0,04 atm. und der Gesamtdruck des Reaktionsgemisch betrug 1,0 atm. Die Verweilzeit des verdampften Magnesiums in der Magnesium-Oxidationsstufe 5 betrug 0,7sek., und die Oxidationstemperatur war 1000 ⁰C. Der Partialdruck des Sauerstoffs in der Magnesium-Oxidationsstufe 5 ergibt sich aus der Tabelle 4.

Das resultierende Magnesiumoxid-Feinpulver wurde in einer Ausbeute von 90 % oder mehr abgetrennt.

Die Partikelgröße (BET-Methode) der resultierenden Magnesiumoxid-Feinpartikel und die Dichte des Sinterkörpers ergeben sich aus Tabelle 4.

Tabelle 4

	Beispiel Nr.	Partialdruck Größe der	gneisumoxid-	Dichte der
25		des Sauerstoffs feinen Ma	partikel	Sinterkörper
			(/Um BET
			Methode)

		iatm.)	0.030	(g/cm³)
3o			0.020
	9	0.02	0.017	3.51
	10	0.1	0.018	3.52
	11	0.5		3.52
	12	1.0	3.52
35

• « φ * ti 4

- 25 -

Vergleichsbeispiel

Es wurde in der gleichen Weise verfahren wie im Beispiel 2, wobei jedoch die Oxidationstemperatur 900 ⁰C betrug; das Sauerstoffgas wurde in die Magnesium-Oxidationsstufe 5 durch die Leitung 15 und den Magnesiumoxid-Sammelbehälter 11 eingeleitet, der keinen Filter besaß, und zwar im Gegenstrom zur Strömung des verdampftes Magnesium enthaltenden Argongases, und das resultierende Magnesiumoxid-Feinpulver wurde mittels eines in der Leitung 3 angebrachten Filters aufgefangen.

Die Partialdrticke des Sauerstoffgases und des verdampften Magnesiums in der Magnesium-Oxidationsstufe 5 betrug 0,2 atm. bzw. 0,02 atm. und der Gesamtdruck des Reaktionsgemisches lag bei 1,0 atm., während die Temperatur in der Magnesium-Oxidationsstufe 900 ⁰C betrug. 2o

Das resultierende Magnesiumoxidpulver mit einer Partikelgröße von 0,070 ,um (BET-Methode) wurde mittels des Filters in einer nur sehr geringen Ausbeute von 15 % abgeschieden. Es zeigte sich, daß die nicht aufgefangene Menge von Magnesiumoxidpartikel an der Innenwand der Magnesium-Oxidationsröhre anhaftete, wobei die Partikel eine große Größe von 0,15 ,um (BET-Methode) hatten.

Das aufgefangene Magnesiumoxidpulver wurde in eine Form gebracht und in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 beschrieben gesintert. Der resultierende Sinterkörper hatte eine unzulängliche Dichte von 3,41 g/cm , einen spezifischen Widerstand von

10 ohm -cm bei 20 ⁰C und eine Biegefestigkeit von 1350 kg/cm . Es zeigte sich außerdem, daß der Sinterkörper mit einer Dicke von 1,0 mm keine Transparenz aufwies.
5

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von hochreinem Magnesiumoxidpulver mit verbesserten Sintereigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß

(A) man Magnesium bei einer Temperatur von 700 ⁰C oder mehr in einer Magnesium-Verdampfungszone verdampft, durch die man ein Inertgas strömen läßt,

(B) den das resultierende verdampfte Magnesium enthaltenden Inertgasstrom in eine Magnesium-Oxidationsstufe einleitet,

(C) ein molekularen Sauerstoff enthalten-

des Gas gleichzeitig vorzugsweise im Gleichstrom mit dem das verdampfte Magnesium enthaltenden Inertgasstrom durch die Magnesium-Oxidations stufe strömen läßt, um ein Reaktionsgemisch zu erhalten, wobei man die Partialdrücke des verdampften Magnesiums bzw» des Sauerstoffgases in der Magnesium-Oxidationsstufe auf 0,09 Atmosphären oder weniger bzw. 1/2-mal oder mehr als demjenigen des verdampften Magnesiums einreguliert und die Temperatur in der Magnesium-Oxidationsstufe

auf einen Bereich von 800 ⁰C bis 1600 ⁰C einstellt, um das verdampfte Magnesium mit dem den molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas In ein hochreines feines Magnesiumoxidpulver zu oxidieren,

(D) den das resultierende feine Magnesiumoxidpulver enthaltenden Reaktonsgemischstrom in eine Magnesiumoxid-Sammelstufe einleitet, und

(E) in der Magnesiumoxid-Sammelstufe das hochreine feine Magnesiumoxidpulver aus dem Reaktionsgemisch ansammelt.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das verdampfte Magnesium in der Magnesium-Oxidationsstufe für eine Zeitdauer von 0,2 bis 3,0 Sekunden verweilen läßt.
1o

3, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das resultierende feine Magnesiumoxidpulver einen Reinheitsgrad von 99,9 % oder mehr hat.

4, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn»- zeichnet, daß das resultierende feine Magnesiumoxidpulver eine Partikelgröße von 0,03 ,um oder weniger hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas mindestens aus einem Mitglied aus der Gruppe von Argon, Helium, Neon und Krypton besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man feine Magnesiumoxidpulver mittels eines Filters ansammelt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Ansammeln des feinen Magnesiumoxidpulvers den Gasrückstand aus der Magnesimoxid-Sammelstufe austrägt.

8, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesium-Oxidationsstufe unter Umgebungsdruck oder einem reduzierten Druck steht.

9. Vorrichtung zur Herstellung von hochreinem feinem Magnesiumoxidpulver mit verbesserten Sintereigenschaften gekennzeichnet durch (a) eine feuerfeste Magnesium-Oxidationsröhre (1) mit einem an eineP Vorrat für ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas angeschlossenen geschlossenen Stirnende (2) sowie einem gegenüberliegenden offenen Stirnende (4} ,

(b) einer feuerfesten Magnesium-Verdampf ungsröhre (6) mit einem an eine?* Vorrat für ein Inertgas angeschlossenen geschlossenen Stirnende (7) und einem gegenüberliegenden offenen Stirnende (9), welche feuerfeste Magnesium-Verdampfungsröhre (6) sich parallel zur Längsachse der feuerfesten Magneslm-Oxidationsröhre (1) erstreckt, wobei mindestens das · offene Stirnende (9) der Magnesium-Verdampfungsröhre (6) einen kleineren Durchmesser hat als die feuerfeste Magnesium-Oxidationsröhre (1) und durch das geschlossene Stirnende (2) in die Oxidationsröhre (1) eingeführt ist, (c) einen Magnesiumoxid-Sammelbehälter (11) mit einem offenen Stirnende (12), mit dem der Sammelbehälter (11) lösbar an dem offenen Stirnende (4) der Magnesium-Oxidationsröhre (1) angeschlossen ist, und mit einem gegenüberliegenden geschlossenen Stirnende (13),

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an das eine Vakuumpumpe (14) angeschlossen ist, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um das resultierende hochreine feine Magnesiumoxidpulver anzusammeln bzw. aufzufangen, das sich innerhalb des Magnesiumoxid-Sammelbehälters (11) befindet, und (d) eine außerhalb der Magnesium-Oxidationsröhre (1) angeordnete Einrichtung zum Erhitzen dieser feuerfesten Magnesium-Oxidationβίο röhre (1).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Auffangen der Magnesiumoxidpartikel ein Filter (17) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erhitzen der Magnesium-Oxidationsröhre (1) ein Elektroofen (18) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch.?, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zur Regelung der Strömungsmenge des Inertgases zwischen dem Inertgasvorrat und der Magnesium-Verdampfungsröhre (6) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Regelung der Strömungsmenge des den molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases zwischen dem den molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas aufweisenden Vorrat und der feuerfesten Magnesium-Oxidationsröhre (1) vorgesehen ist.