DE496400C

DE496400C - Verfahren zum Schmelzen von Quarz in einer oxydierenden Atmosphaere

Info

Publication number: DE496400C
Application number: DES83123D
Authority: DE
Original assignee: Quartz and Silice SA
Current assignee: Saint Gobain Quartz SAS
Priority date: 1927-01-05
Filing date: 1927-12-15
Publication date: 1930-04-25

Description

Verfahren zum Schmelzen von Quarz in einer oxydierenden Atmosphäre Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Quarz zwecks Gewinnung eines dichten Produkts, welches gleichzeitig frei von Kohlenstoff und Silicium ist, was eine Verbesserung der physikalischen Eigenschaften der erhaltenen Stücke und ihres Aussehens zur Folge hat.
Das Verfahren besteht darin, während der Bildung des Schmelzens eine oxydierende Atmosphäre im Schmelzofen aufrechtzuerhalten, Eine sehr einfache Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß man der Beschickung in dem Augenblick, wo sie in den Schmelzofen gebracht wird, eine gewisse Menge Wasser einverleibt. Um die Rolle zu erläutern, welche das Wasser beim Schmelzen des Quarzes in Gegenwart von Kohlenstoff spielt, ist es notwendig, die Folge der Erscheinungen zu analysieren, die sich in den Schmelzöfen darbieten.
Die Zeichnung stellt schematisch im Schnitt einen Ofen mit axialer Elektrode von üblichem Typ dar.
a ist ein Metallzylinder und b ein Stück Kohle, welches den Boden des Ofens bildet und als Stromzuführung dient. Dieses Stück b ist bei c in geeigneter Weise von dem Metallteil des Ofens isoliert. d bezeichnet die Kohlenelektrode, die sich einerseits auf den Boden b stützt und andererseits durch ein Kohlestück b1 hindurchgeführt ist. Die Quarzbeschickung, die beispielsweise von Quarzsand gebildet wird, umgibt vollständig die Elektrode d und füllt den Ofen an. Das obere Kohlestück b1 ruht auf der Füllung auf und ist durch diese von dem Metallzylinder a isoliert. Der durch die Elektrode hindurchgehende Strom bringt dieselbe auf eine erhöhte Temperatur, die im Betriebe etwa aooo =' C erreicht.
Bei Beginn des Schmelzens, wenn die Temperatur der Elektrode etwa 1q.00'' C erreicht, wird die Quarzfüllung durch den Kohlenstoff der Elektrode allmählich reduziert. Es bildet sich also Silicium, und wenn die Temperatur zunimmt, durchdringt dieses Silicium, welches bei 160o ° C kocht, in Dampfform die pulverförmige Quarzmasse im Ofen, die noch nicht begonnen hat sich zusammenzuballen, und kondensiert dort. Die Erfahrung lehrt, daß, wenn in diesem Augenblick der Ofen stillgesetzt wird, die Füllung vollständig grau ist.
Nimmt die Temperatur weiter zu, so backt der Quarz zusammen und schmilzt um die Elektrode herum; in diesem Augenblick können das Silicium in Dampfform und das aus der Reduktion der Füllung sich ergebende Kohlenoxyd sich nicht mehr in der Füllung verteilen und entweichen der Elektrode entlang; um an der Luft außerhalb des Ofens zu verbrennen. Es findet also ein -rstmaliger Gasdurchtritt in der Pfeilrichtung i statt, der sich in Berührung mit der Elektrode bildet und die bekannte Flamme erzeugt, die über die in' Betrieb befindlichen Ofen hinausschlägt.
Enthält die Füllung Wasser in genügender Menge, so bildet sich ein zweiter Gasdurchtritt durch die pulverförmige Masse hindurch in der Pfeilrichtung 2. Das Wasser wird tatsächlich verdampft und bei hoher Temperatur in Berührung mit der schmelzenden Füllung teilweise zerlegt. Der hierbei entstehende Sauerstoff oxydiert das freie Silicium wieder, welches sich in der Füllung niedergeschlagen hatte, und stellt so wieder Quarz her, welches die Körner der Füllung verkittet, bevor diese schmelzen.
Man sieht, daß die Gegenwart von Wasser die Möglichkeit gibt, sicher zu sein, daß die geschmolzene Füllung keine Spur freien Siliciums enthält. Dasselbe gilt für den Kohlenstoff, der von der .Elektrode kommt und sich in der Füllung hätte verteilen können, und für die organischen Stoffe, die sich mit dem Ausgangsmaterial hätten mischen können.
Hieraus ergibt sich, daß die Einverleibung einer gewissen Wassermenge in die Füllung von deren Einführung in den Ofen gemäß der

anscheinende absolute Volumen

Dichtigkeit Dichtigkeit der Poren

Trockener Sand .... 2,i9 1,93 i2 0/0

Feuchter Sand..... 2,19 2,- 9 Oio

Das Verfahren erhöht auch um etwa 15 % den mechanischen Widerstand beim Zusammenpressen des hergestellten Produktes.
Die elektrischen Eigenschaften werden ebenfalls verbessert; die Verluste in einem Hochfrequenzfelde sind schwächer.
Schließlich ist festgestellt worden, daß das Material sich besser mechanisch verarbeiten läßt und besser poliert werden kann. Dagegen vermindert das Verfahren ein wenig die Qualität des Materials vom thermischen Gesichtspunkte aus, indem der Erweichungspunkt unter Belastung um 5o bis ioo° sinkt.
Das nach dem Verfahren der Erfindung erzielte Material eignet sich also nicht für die übrigens ausnahmsweisen Anwendungen, wo der geschmolzene Quarz bei höheren Temperaturen als i2oo° C benutzt wird. Dagegen eignet er sich unbedingt für alle chemischen, mechanischen und elektrischen Anwendungen.
Die Wassermenge, die der Füllung einzuverleiben ist, um die obigen Resultate zu erzielen, Erfindung während des ganzen Schmelzprozesses eine oxydierende Atmosphäre in der Füllung sichert und gestattet, aus der geschmolzenen Masse jede Spur von freiem Silicium oder freiem Kohlenstoff zu entfernen. Dasselbe Ergebnis könnte durch eine Zirkulation von Luft oder Sauerstoff erzielt werden, z. B. durch Hindurchpressen, doch würde dieses Verfahren weniger einfach sein als das Verfahren der Verwendung von Wasser.
Das Verfahren gemäß der Erfindung bietet noch einen weiteren Vorteil.
Die Oxydierung des in der Füllung niedergeschlagenen Siliciums endigt mit der Bildung von sehr fein verteiltem Quarz, welches die Körner der Füllung umgibt, bevor es selbst schmilzt. Dies hat zum Ergebnis, daß ein Produkt erzielt wird, welches viel weißer ist, ein charakteristisches schneeiges Aussehen hat und eine größere Dichte aufweist.
Vergleicht man zwei Proben, die von rohen, nicht gewalzten und nicht gepreßten Blöcken genommen werden, von denen der eine aus trockenem Sand und der andere nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist, so findet man ist je nach der Größe der Ofen oder Tiege und je nach der Dauer der Schmelzoperationen veränderlich. Man kann im Mittel und nur beispielsweise eine Wassermenge nehmen. die etwa gleich 2 % des Gewichtes des trockenen Sandes beträgt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Schmelzen von Quarz in einer oxydierenden Atmosphäre mit Hilfe eines in die Schmelze eingebetteten Kohleheizkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß diese oxydierende Atmosphäre in dem Schmelzofen während des Schmelzvorganges dadurch erzeugt wird, daß entweder ein Luft- oder Sauerstoffumlauf durch die pulverförmige Beschickung hindurch während des Schmelzens erzeugt oder vorteilhaft eine gewisse Menge Wasser der Beschickung vor ihrem Einführen in den Schmelzofen zugesetzt wird.