DE76629C

DE76629C - Verfahren zur Darstellung einer krystallinischen Kohlenstoffsiliciumverbindung

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Publication number: DE76629C
Application number: DENDAT76629D
Authority: DE
Original assignee: E. G. ACHESON in Monongahela City, V. St. A
Anticipated expiration: 1912-10-16

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft die Erzeugung eines künstlichen, krystallinischen Kohlenstoffmaterials, hauptsächlich bestehend aus einer Verbindung von Kohlenstoff und Silicium. Diese Verbindung ist als Siliciumcaburet oder Kohlenstoffsilicid mit der chemischen Formel SiC zu bezeichnen (vergl. Compt. rend. 114, 1089). Das Material hat Eigenschaften, welche es namentlich zur Verwendung als Schleifmittel an Stelle von Diamantpulver und Schmirgel geeignet erscheinen lassen; es ist ä'ufserst hart, dabei feuerbeständig und nicht schmelzbar.

Das Verfahren zur Herstellung des Carborund gründet sich auf die von dem Erfinder beobachtete Erscheinung, dafs kohlenstoffhaltige Materialien in Verbindung mit anderen Materialien, wenn sie der Erhitzung mittelst eines hindurchgeleiteten elektrischen Stromes ausgesetzt werden, zur Erzeugung einer Masse von krystallinischem Gefüge Anlafs geben, der die angegebenen Eigenschaften zukommen und welche nach gehöriger Zerkleinerung und Vorbereitung zu allen den Zwecken benutzbar ist, zu welchen Korundschmirgel angewendet wird.

In der Ausführung der Erfindung verfährt man so, dafs man ein beliebiges Kohlenstoffmaterial, zweckmäfsig ein solches, welches möglichst reiner Kohlenstoff ist, zur Mischung mit Kiesel oder einem Silicat (Aluminium- oder Calciumsilicat etc.) auswählt und dafs diese Bestandtheile nach Mengung in geeignetem Verhältnifs der Wirkung eines elektrischen Stromes von genügender Stärke und während genügender Zeitdauer ausgesetzt werden. Von praktischem Vortheil ist es, wenn irgend ein Material, welches geeignet ist, als Flufsmittel zu wirken, wie gewöhnliches Salz oder ähnliche Zuschläge zugesetzt werden.

Die Versuche haben gezeigt, dafs als Kohlenstoff gebendes Material gewöhnlicher Koks, wie er aus bituminöser Kohle erhalten wird, oder Gasretortenkohle geeignet ist und gute Resultate erzielen läfst, wobei zu bemerken ist, dafs, je reineres Kohlenstoffmaterial angewendet wird, um so vollkommenere Producte erzeugt werden. Dieses Kohlenstoffmaterial wird in gehörigem Grade zerkleinert und mit einer zweckmäfsig erscheinenden Menge Kieselerde, Thonerdesilicat oder dergleichen, sowie ferner zur Begünstigung des Processes mit Zuschlägen, wie Kochsalz, gemischt, worauf die ganze Masse einer Zerkleinerung und gehörigen Durchmischung zu unterwerfen ist. Alsdann setzt man die Masse einem hohen Hitzegrad aus, indem man sich zweckmäfsig eines sogenannten elektrischen Ofens bedient. Beliebige Ausführungsformen von solchen Oefen bieten sich, sofern sie fähig sind, entsprechend hohe Temperaturen auszuhalten, zur Benutzung dar; die Mischung wird in den Ofen derart eingebracht, dafs der elektrische Strom durch die Masse hindurchgehen kann. Da ein verhältnifsmäfsig hoher Widerstand, nachdem die Masse eben in den Ofen eingebracht ist, sich dem Durchgang des elektrischen Stromes bietet, so zeigt es sich in der Regel wünschenswerth,

diesen Widerstand etwas zu verringern, indem man ein leitendes Material hinzugiebt. . Zweck mäfsig kann das auf die Weise geschehen, dafs man einen Kern solchen leitenden Materials (als welches Graphit in- pulveriger oder fester Form mit Erfolg benutzt werden kann) in der Masse herstellt. Das Kernmaterial besteht zweckmäfsig deshalb aus Graphit, da dieser weniger als andere leitende Stoffe die Natur des Productes beeinflufst.

Auf beiliegender Zeichnung ist ein zur Aus-. führung des Verfahrens geeigneter Ofen A im ' Querschnitt veranschaulicht. Die Wandungen C können aus feuerfesten Ziegeln oder ähnlichem Material bestehen und nehmen die gegenüberstehenden Elektroden B B auf. Die Elektroden B B sind aufsen mit den Strom zuführenden Drähten versehen, die mit einer Dynamomaschine D oder anderen Elektricitätsquelle D in Verbindung stehen.

Das Material M erfüllt den Ofen um die Elektroden und den Kern herum. Wird der erwähnte leitende Kern angewendet, so soll er, wie bei E dargestellt, zwischen den Enden der Elektroden B B angeordnet werden.

Leitet man durch den Apparat einen Strom von genügender Stärke, die vorzugsweise geringer im Anfang und gröfser beim Fortgange des Verfahrens ist, so wird die Masse auf hohe Temperatur erhitzt und das Flufsmittel schmilzt, wodurch das Material eine innige Vereinigung seiner Bestandteile erfährt, als deren Ergebnifs krystallinische Kohlenstoffproducte sich bilden. Während des Processes finden chemische Verbindungen und Zersetzungen statt, welche zu der Erzeugung von Gasen, Dämpfen und flüchtigen Salzen Veranlassung geben, die man aus dem Ofen entweichen läfst. Als Rückstand erhält man in dem Ofen die Producte des Processes, Graphit, amorphen Kohlenstoff und das mit dem Namen Carborund belegte. Material, während ferner ein nicht ganz umgewandelter Theil der Ofenfüllung ebenfalls zurückbleibt, an welchem die verschiedenen Stadien der Umwandlung kenntlich sind und der bei einer neuen Füllung mitverwendet werden kann.

Das Zusammensetzungsverhältnifs der erhaltenen krystallinischen Substanz hängt von nicht näher zu erläuternden Umständen und Vorbedingungen des Verfahrens ab. In der Regel findet sich die krystallinische Substanz in einer den Kern umgebenden Zone. Die eigenartige Beschaffenheit des krystallinischen Materials richtet sich theils nach der Stärke des Stromes, theils nach der Zeit der Einwirkung, theils nach der Zusammensetzung und sonstigen Beschaffenheit des Materials. Der Erfinder wendet passender Weise folgende Gewichtsverhältnisse an: reine Kohle 50 pCt., Kieselerde oder Aluminiumsilicat 25 pCt. und gewöhnliches Salz 25 pCt. Ist der Procefs vollendet, so nimmt man die Producte aus dem Ofen heraus und befreit das Kohlenstoffmaterial von Graphit und anderen Uiireinigkeiten, bricht es in kleine Stücke, um es auszukochen und zu waschen und schliefslich durch Wärme zu trocknen. Hierauf kann es in Krystalle von verschiedenem Feinheitsgrade sortirt werden. Die krystallinische Substanz, wie sie nach dem angegebenen Verfahrensbeispiel erhalten wird, ist starkglänzend und hat in der Regel eine dunkle Färbung, wobei diese letztere namentlich von der verwendeten Materialart abhängt. Die Krystalle scheinen nicht von regelmäfsiger Form zu sein, sondern gleichen Diamantstaub, indem als allgemeine Krystallform die oktaedrisehe auftritt, obgleich auch andere wohlausgeprägte Formen, beobachtet werden können. Viele von diesen Krystallen sind undurchsichtig, aber einige durchsichtig und farblos, wieder andere sind mannigfach gefärbt. Die Krystalle sind äufserst hart und in hohem Grade feuerbeständig, indem sie wenigstens eine Zeit lang dem Sauerstoffgebläse Stand halten.

Wenn eine Mischung aus Kohle, Kieselerde und Chlornatrium in ungefähr dem angegebenen Verhältnifs angewendet wird, so hat das Product folgende durchschnittliche Zusammensetzung:

Si . . 69,19 pCt,

Al₂ O₃ + Fe₂ O₃.... 0,38

Ca O : 0,19

. Mg O 0,06

C 29,71 -

O . 0,47 - -

Wenn eine Mischung aus Kohle, Thon (Aluminiumsilicat) und Chlornatrium gemäfs den angegebenen Verhältnissen angewendet wird, ergiebt die Analyse:

C 30,09 pCt.,

Si . . 60,51

AL₂ O₃ Fe.₂O₃ 4,78 -

Ca O 0,17

Mg O 0,18 -

O 4,27 - ·

Hiernach ist die Annahme berechtigt, dafs das Carborund genannte Material eine bisher nicht bekannte Verbindung des Siliciums mit Kohlenstoff ist, welche im Zustande der Reinheit mit Si C zu bezeichnen ist. <"

Bezüglich der praktischen Anwendung des neuen Materials soll schliefslich noch bemerkt werden, dafs es aufser als Schleifmittel zum Ersatz von Diamantpulver (zum Schneiden und Schleifen von Edelsteinen u. dergl.) auch bei der Herstellung von Kohlekörpern verwendet werden kann, die zur Erzeugung des elektrischen Lichtes dienen.

Claims

Patent-Anspruch:

Verfahren zur Herstellung einer krystallinischen Kohlenstoffsiliciumverbinduiig, dadurch gekennzeichnet, dafs kohlenstoffhaltiges Material (Koks) in Mischung mit Kieselsäure oder einem Silicat (Aluminium- oder Calciumsilicat) zweckmäfsig unter Zuschlag eines Flufsmittels der Erhitzung mittelst eines hindurchgeleiteten elektrischen Stromes unterworfen wird, wobei zur Erhöhung der Leitungsfähigkeit des Gemisches zwischen die Elektroden ein Graphitkern gebracht werden kann.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.