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Verfahren zur Verflüssigung von Kohlenstoff. Versuche des Erfinders
ergaben, daß die Temperatur des positiven Kraters einer in freier Luft (bei Atmosphärendruck)
brennenden Bogenlampe selbst dann dauernd dieselbe bleibt, wenn man die bisher gebräuchliche
(normale) Stromstärke, bei welcher der Krater die ganze Oberfläche der positiven
Kohle bedeckt (bei rund 6-mm-Kohlendurchmesser etwa =o bis 12 Amp.), erheblich steigert.
Die Temperatur des positiven Kraters einer frei brennenden Bogenlampe überschreitet
also, wie der Erfinder zuerst erkannte, auch bei Zuführung beliebiger Energiemengen
niemals eine bestimmte Höchsttemperatur (etwa q200° abs.). Es gelang dem Erfinder
ferner, auch die Temperatur des negativen Kraters der frei brennenden Bogenlampe,
welche Temperatur immer um mehrere roo ° (6 bis 70o °) niedriger ist als diejenige
des positiven Kraters, auf die Höchsttemperatur des positiven Kraters zu bringen,
ohne daß auch diese Temperatur durch Steigerung der Energiezufuhr erhöht werden
konnte. Die Temperaturen wurden in allen Fällen durch die Flächenhelligkeit gemessen.
Der Erfinder schloß daher: »Wenn mit dieser von der Stromstärke unabhängigen Höchsttemperatur
der Bogenlampenkohlen die Verdampf- (Sublimations-) Temperatur der Kohle gefunden
war, so muß diese Temperatur mit abnehmendem Druck sinken und mit zunehmendem Druck
steigen. « Zur Untersuchung der Abhängigkeit dieser Höchsttemperatur von dem Druck
wurde die Bogenlampe in verdünnter Luft (also bei Unterdruck) gebrannt und die Temperatur
der Krater bei verschiedenen Unterdrucken neuerdings durch die Flächenhelligkeit
gemessen. Hierbei war die Bogenlampe in ein an eine Luftpumpe angeschlossenes Gefäß
eingebaut, welches gegenüber den Kratern mit einer deren Beobachtung ermöglichenden
verglasten Schauöffnung versehen war. Die Krater hatten in der Tat eine niedrigere
Temperatur als bei Atmosphärendruck. Abgesehen hiervon zeigte sich aber bei einem
Unterdruck von etwa 1/2 Atmosphären plötzlich ein merkwürdiges Schauspiel: Die ganze
Oberfläche des positiven Kraters, welche bisher wie eine diffus beleuchtete Fläche
aussah, aus welcher sich auch die dunklen Risse deutlich und scharf heraushoben,
zeigte mit einem Male ein ganz verändertes Aussehen es schien, soweit mit den damaligen
Mitteln beobachtet werden konnte, als ob in einer flüssigen, nicht abtropfenden
Oberflächenschicht erheblich hellere Perlen herumschwammen, und die Flüssigkeit
siedete und brodelte.
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Bei einer etwa 30fachen Vergrößerung des Bildes der Krater konnte
dann beobachtet werden, daß man es mit drei gesondert zu betrachtenden Elementen
zu tun hat: z. -mit einer Flüssigkeit (»Kohleteich«), 2. mit in dieser befindlichen,
heller als der Kohleteich leuchtenden, eckigen (zumeist sechseckigen) Individuen
(»Fischen(c) und 3. mit einem am Grund des Kohleteichs befindlichen, aus sechseckigenZellen
sich zusammensetzenden Gerüst (»Waben«). In dem Kohleteich tummeln sich die helleren
Fische, äußerst schnell von Ort zu Ort eilend, herum. Mitunter bildet sich auch
an einzelnen Stellen der Oberfläche des Kohleteichs eine dünne, feste »Kruste«,
unter welcher man deutlich die Fische und sogar häufig deren Bewegung erkennt.
Alle
diese Erscheinungen deuten darauf hin, daß man es nicht mit einer optischen Täuschung,
sondern in der Tat mit dem flüssigen Zustand der Kohle zu tun hat, zumal das Erstarrungsprodukt,
wenn man den Strom über der Bogenlampe unterbricht, nach Aussehen, physikalischen
Eigenschaften und chemischer Analyse sich bei Verwendung aller möglichen (Homogen-,
Docht- und getränkten) Kohlen in sehr verunreinigtem und auch sehr reinem (Aschengehalt
nur etwa o,o7 Prozent) Zustande sowie bei Verwendung glasklarer Diamanten ausnahmslos
als reinster Graphit erwies. Dieser »leichtflüssige« Zustand stellt sich auf der
ganzen Kohlenoberfläche bei einem Unterdruck von etwa 1/2 Atm., aber stets nur bei
der normalen Stromstärke (für 6-mm-Kohlen etwa io bis 12 Amp.) ein; steigert man
die Stromstärke, so geht die Kohle aus dem flüssigen Zustand wieder in den festen
über.
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Die Versuche wurden dann auf verschiedene Unterdrucke (Drucke unter
i Atm.) ausgedehnt; immer ließ sich bei einer bestimmten Stromstärke (»Schmelzstromstärke«)
der flüssige Zustand der Kohle erreichen. Wie sich durch Messung der Flächenhelligkeit
ergab, ist die Temperatur des flüssigen Kraters (Fische) höher als diejenige des
im festen Zustand verdampfenden Kraters und auch, soweit man dies mit den Beobachtungseinrichtungeu
feststellen konnte, für alle Unterdrucke gleich groß.
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Es war demnach gefunden, daß die Kohle bei Unterdruck geschmolzen
werden kann und der Druck der die brennende Bogenlampe umgebenden Luft auf die Schmelztemperatur
von keinem (oder jedenfalls von nur sehr geringem) Einfluß ist. Dies berechtigte
den Erfinder zu dem Schluß, daß ein Schmelzen der Kohle auch bei Atmosphären- und
Überdruck gelingen müsse. Da gemäß den Versuchen des Erfinders und unter Heranziehung
derjenigen M o i s s a n s feststand, daß die Oberfläche der Bogenlampenkohlen bei
Stromstärken von io bis 22oo Amp. nicht flüssig wird, blieb als einzige Möglichkeit,
den flüssigen Zustand der Kohle bei Atmosphärendruck zu erreichen, nur. übrig, die
Stromstärke unter die normale zu verringern.
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Tatsächlich zeigte es sich, daß bei einer in freier Luft (bei Atmosphärendruck)
brennenden Bogenlampe der flüssige Zustand der Kohlenoberfläche (6-mm-Kohlen vorausgesetzt)
mit einer gegenüber der normalen erheblich herabgesetzten Stromstärke erreicht wird.
Diese Schmelzstromstärke beträgt etwa 3 bis q. Amp. Es gelang auch, den negativen
Krater der in freier Luft brennenden Bogenlampe zum Schmelzen zu bringen, wobei
das Schmelzschauspiel dasselbe ist, wie dasjenige am positiven Krater. Ferner zeigte
es sich, daß das Schmelzen der Kohlen auch bei Überdrucken (bis etwa 2 Atm.) beobachtbar
ist. Die hierzu erforderliche Schmelzstromstärke ist kleiner als diejenige einer
frei brennenden Bogenlampe.
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Da, wie oben erwähnt, die Schmelzstromstärke bei etwa 1/, Atm. Druck
rund io bis 12 Amp. beträgt, so kann man von einer annähernd umgekehrten Proportionalität
zwischen dem Druck der Luft, in welcher die Bogenlampe brennt, und der Schmelzstromstärke
sprechen, wobei davon ausgegangen werden muß, daß die Schmelzstromstärke bei Atmosphärendruck
erheblich kleiner ist als die normale.
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Der flüssige Zustand der Kohlen läßt sich am besten in dem Druckintervall
von 0,5 bis i Atm. (einschließlich der Grenzen) erreichen und beobachten;
bei höheren Drucken gelingt die Beobachtung zumeist nur unter Zuhilfenahme sehr
scharfer Fernrohre.
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Jedem Druck ist eine ganz bestimmte (die »kritische(c) Schmelzstromstärke
zugeordnet, bei welcher die Kohle flüssig wird.
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Schmelzversuche beim Brennen der Bogenlampe in anderen Gasen als Luft,
z. B. in Stickstoff, Kohlensäure, Sauerstoff, zeigten die früher genannten. Ergebnisse,
nur daß der Wert der kritischen Schmelzstromstärken je nach dem verwendeten Gase
von den auf Luft und gleiche Drucke bezogenen Schmelzstromstärken abweicht; so liegt
z. B. die kritische Schmelzstromstärke für Kohlensäure von rund i/2 Atm. Druck bei
etwa 8 Amp., während sie, wie früher schon angegeben, für Luft von rund 1/Z Atm.
Druck bei etwa ii Amp. liegt.
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Bei den verschiedenen Versuchen zeigte es sich ferner, daß das Schauspiel
des flüssigen Zustandes der Kohlenoberfläche nach etwa einer halben Stunde plötzlich
aussetzte und dann, auch bei beliebiger Änderung der Stromstärke, nicht mehr eintrat.
Vermutlich ist diese Tatsache auf eine Veränderung (Ionisation?) des Gases, in welchem
die Bogenlampe brennt, zurückzuführen, denn das Schauspiel tritt sofort wieder auf,
wenn man das veränderte Gas <durch Frischgas (natürlich unter Wiederherstellung
des betreffenden Druckes) ersetzt. Man kann die Erneuerung des Frischgases auch
so bewirken, daß man die Bogenlampe mit getränkten Kohlen brennt, deren Tränkungsmittel
beim Brennen der Kohlen das notwendige Frischgas unmittelbar selbst abgibt, so beispielsweise,
wenn man die Bogenlampe in Kohlensäure brennen will, mit Kohlen, die mit Ammoniumkarbonat
getränkt sind und die beim Brennen Kohlensäure entwickeln. Auch in diesen Fällen
wird selbstverständlich für die Erhaltung des betreffenden Druckes, welchem die
verwendete -Schmelzstromstärke zugeordnet- ist, 'Sorge zu tragen sein.
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Das vorliegende Verfahren ist für die Technik
insofern
von Bedeutung, als das Endprodukt, Graphit, also Kohlenstoff in kristallinischer
Form, bereits eine Zwischenstufe zur Herstellung von Kohlenstoff in kristallisierter
Form (Diamant) bildet; ganz abgesehen davon läßt es sich aber ganz allgemein zur
Herstellung reinsten Kohlenstoffs verwenden. Da ferner die verflüssigten Bogenlampenkrater,
wie oben erwähnt, gegenüber den festen Kratern eine erheblich gesteigerte Helligkeit
zeigen, so kann das Verfahren auch für Beleuchtungszwecke (Unterdruckbogenlampen
mit flüssigen Kratern) Verwendung finden.