DE968734C

DE968734C - Monokristalline Masse mit hohem Brechungswert und hoher Farbenzerstreuung und Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE968734C
Application number: DET8994A
Authority: DE
Inventors: Leon Merker
Original assignee: Titan GmbH
Current assignee: Titan GmbH
Priority date: 1953-02-05
Filing date: 1954-02-06
Publication date: 1958-03-27

Description

Monokristalline Masse mit hohem Brechungswert und hoher Farbenzerstreuung und Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine monokristalline Masse mit hohem Brechungswert und hoher Farbenzerstreuung und beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zu ihrer Herstellung.
Monokristallines Calciumtitanat kennzeichnet sich durch einen hohen Brechungswert und einen niedrigen reziproken Farbenzerstreuungs- oder )-Wert. Es lassen sich große Einzelkristalle aus Calciumtitanat herstellen, die klar und durchsichtig sind. Die farblosen ebenso wie die gefärbten Kristalle besitzen hohe Brechungs- und Farbenzerstreuungswerte und besitzen daher weitgehende Ähnlichkeit mit Edelsteinen und gestatten eine entsprechende Anwendung.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung einer monokristallinen Masse aus Calciumtitanat, die einen hohen Brechungsindex bei hoher Farbenzerstreuung bzw. entsprechend niedrigem )-Wert besitzt und die farblos oder gefärbt sein kann. Die erfindungsgemäße monokristalline Masse kann in Formen geschnitten und geschliffen werden, wie sie für Schmucksteine, Linsen, Prismen u. dgl. erforderlich ist. Die anschließende Beschreibung dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Die erfindungsgemäße monokristalline Masse wird erfindungsgemäß gebildet, indem geschmolzene Calciumtitanatpartikeln kristallisiert werden.
Das Verfahren zur Herstellung des monokristallinen Calciumtitanates ist dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmiges Calciumtitanat in einer Sauer-. stof-Wasserstoff-Flamme geschmolzen wird und daß das geschmolzene Material zwecks Bildung einer monokristallinen, flaschenförmigen, aus Calciumtitanat bestehenden Masse kristallisiert wird.
Erfindungsgeinälerfolgt ein Ausglühen der auf diese Weise gebildeten Calciumtitanatmasse, das darin besteht, daß der Einkristall in einer oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 65o und 170o° C erhitzt wird, um die in dem Einkristall vorhandenen Spannungen zu beheben.
Der Ausdruck »Calciumtitanat« umfaßt sowohl reines als auch verunreinigtes Ca Ti 03, das Verunreinigungen oder zugegebene Färbe- oder Modifizierungsmittel besitzt, die entweder von Natur aus anwesend oder zugegeben sein können und ihrer Art und Menge nach die moinokristalline Struktur nicht beeintri-ichtigen und die gewünschte Färbung der Calciumtitanatmasse nicht verändern.
Meistens betragen diese Verunreinigungen ein Minimum und übersteigen gewöhnlich nicht einige zehntel Prozent; die Modiiizierungs- oder Färbemittel werden in einer zur Erzielung der gewünschten Wirkung erforderlichen Menge zugegeben.
Es wurde gefunden, daß die Temperatur der Sauerstoff-Wasserstoff-Flamme etwas über dem Schmelzpunkt des als Ausgangsmaterial verwendeten Calciumtitanates gehalten werden sollte; die Temperatur soll jedoch die Grenze nicht überschreiten, bei der das geschmolzene Material über den Rand der an dem Ende des Einkristalls befindlichen flüssigen Masse zu fließen beginnt. Die Temperatur der Flamme kann durch die Gesamtmenge und auch durch das mengenmäßige Verhältnis zwischen Wasserstoff und Sauerstoff eingestellt und aufrechterhalten werden; es ist jedoch wichtig, daß die Flamme so konstant und ruhig wie möglich gehalten wird. Die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Einrichtung ähnelt in ihrer allgemeinen Konstruktion der bei der Herstellung von Rutilkörpern verwendeten Vorrichtung. Die hauptsächlichen Unterschiede zwischen der erfindungsgemäßen Einrichtung und der bei der Herstellung von Rutilkörpern benutzten Vorrichtung beruhen auf dem Verhältnis von dem Brenner und derBrennkammer und auf der Art, in der die Gase zugeführt werden. Diese Unterschiede gehen aus der Zeichnung hervor.
Der in der Zeichnung dargestellte Brenner besteht aus drei einander konzentrischen Rohren i, 2, 3. Das pulverförmige Calciumtitanat wird mit einem Teil des Sauerstoffes durch das mittlere Rohr i eingeführt, während der restliche Sauerstoff durch das Zwischenrohr 2 zugeführt wird. Der Wasserstoff wird durch das Außenrohr 3 eingeleitet, das ein wenig länger ist als die Rohre i und Der flaschenförmige Einkristall 4. wird auf einem Fuß 5 aus geeignetem schwerschmelzendem Material, wie Schamotte oder Zirkonoxyd, gebildet; mit dem Wachsen des Einkristalls wird der Fuß 5 gesenkt, so daß das obere Ende des Einkristalls immer in derselben Stellung zur Flamme bleibt.
Der Einkristall q. und das obere Ende des Fußes 5 werden von einer Kammer 6 aus Schamotte od. dgl. unischlosseii; zwecktnäßigerweise geht die Kammer 6 in das untere Ende des Außenrohres 3 über. Die Gase werden vorzugsweise in solchen Mengen zugeführt, daß die Flamme die gesamte Kammer um den Einkristall herum ausfüllt und sich in ihr ausbreitet; auf diese Weise werden die Temperatur und die übrigen Bedingungen um den Einkristall herum praktisch konstant gehalten. Es wurde gefunden, daß kleinere Flammen auf Grund der in der Kammer herrschenden Strömungen unbeständig; sind und daß Veränderungen in der Flamme zti lk-Schädigungen des Einkristalls führen können.
Das pulverförmige Calciumtitanat wird im allgemeinen periodisch zusammen mit einem geringeren Teil des Sauerstoffes in das Rohr i eingeführt, während der größere Sauerstoffanteil durch das Zwischenrohr 2 eingeleitet wird. Durch das Außenrohr 3 muß Wasserstoff im Überschuß zugeführt werden, um die Einhaltung der genauen Temperatur und der großen Flamme zu gewährleisten. Beispielsweise können bei einem Brenner der Sauerstoff des Innenrohres i, der Sauerstoff des Zwischenrohres 2 und der Sauerstoff des Außenrohres 3 in dem Verhältnis 4 : 5 :.4o zueinander stehen.
Innerhalb der Flamme bildet sich unter den Rohren 1 und 2 ein Kegel; der Fuß 5 ist vorzugsweise so angeordnet. daß das geschmolzene Ende des Einkristalls .4 in der Nähe der Spitze des Kegels liegt. Um die Bildung eines solchen Einkristalls zu veranlassen, ist es nötig, auf dem Fuß 5 zunächst eine kleine Anfangsmenge zu bilden und dann allmählich die Menge des geschmolzenen Materials auf dieser Anfangsmenge zu einem Kristall aufzubauen. Dieses Verfahren gestattet es, allmählich aus sich selbst heraus einen flaschen- oder karottenförmigen Einkristall aus Calciumtitanat finit wachsendem Durchniesser aufzubauen. Die Größe der Öffnungen des Sauerstoff-Wasserstoff-Gebläses bestimmt die Größe der intensiv beheizten Zone, die wiederum bestimmend ist für den Durchmesser des karottenförmigen Kristalls.

Zweckmäßigerweise wird ein Calciumtitanat in feinverteilter Pulverform angewendet; dieses als Ausgangsmaterial verwendete Calciumtitanat mufi praktisch frei sein von ungeeigneten oder unverträglichen Verunreinigungen, die die Kristallstruktur, ihre Färbung oder ihre anderen Eigenschaften nachteilig beeinflussen können. Das Ausgangsmaterial muß fein verteilt und von gleichmäßiger Korngröße

sein. Zur Erzielung günstigster Ergebnisse muß das

als Ausgangsmaterial verwendete Calciumtitanat

eine Struktur mit schnell schmelzbaren Einheiten

besitzen. Fin Calciumtitanatmaterial mit einer Par-

tikelgröße von weniger als z Mikron hat sich als

besonders vorteilhaft erwiesen. Massen aus diesen

kleinen Partikeln, die ein Nr.-4o-DIN-Sieb nicht

mehr passieren, sollten vermieden werden, da sie

nicht vollständig schmelzen. Das Ausgangsmaterial

muß frei fließend genug sein, um durch einen Sauer-

stofi-@@'<tsserstofl-Brenner zugeführt zu werden, der

konzentrische Öffnungen besitzt, von denen die in-

nere Öffnung Sauerstoff mit dem eingetragenen

pulverförmigen Calciunititanatmaterial, die mitt-

lere üffnung den restlichen Sauerstoff führt, wäh-

rend durch die äußere Öffnung Wasserstoffgas zu-

geführt wird: unter Verwendung eines solchen

l',reiniers wird ein flaschenförmiger Einkristall aus

Calciumtitanat erzielt. Die gesamte Sauerstoffzu-

fuhr betrug y 1/ Min., wovon 4. 1 durch die innere

c)ffnung. 5 1 durch die mittlere Öffnung eingeleitet

wurden: die `Vas,erstoftzufuhr betrug 4o 1/Min.

Der erhaltene 1?inkristall wurde anschließend in

einer oxydierenden @tmo,ph<ire, beispielsweise

l.tift, w(irzug,wei,e bei Temperaturen -zwischen 65o

11,i(1 170o° C geglüht, urn die inneren Spannungen

zu entfernen: der geglühte Kristall zeigte ein klares,

praktisch farblose: und transparentes Aussehen.

1 )ie Glühzeit hängt ab #-on der Größe des Kristalls

I

und wnn der Temperatur: es wurde gefunden, daß

eine Glühzeit zwischen i? und i80 Stunden aus-

reicht zur I?rzielung eines praktisch spannungs-

freien, transparenten und weißen Kristalls. Diese

transparente, monokristalline .Masse kann in für

wei-scliiedene Zwecke geeignete Formen zerlegt wer-

den. beispielsweise in Rohlinge zur Herstellung von

Luisen, Pri,rnen und anderen optischen Erzeugnis-

,ell : die erlindungsgemälie monokristalline Masse

kann auch Anwendung linden für Schmuckgegen-

,tündc und künstliche Edelsteine, die hinsichtlich

ihrer \Virkung und Brauchbarkeit von einem hohen

Ilrechungsexponenten abhängig sind: sie kann auch

benutzt werden für andere Gegenstände, deren Ver-

weudbarkeit durch andere Eigenschaften des Cal-

ciunititanate, ltestiinnit wird. Sowohl der

(irechungsindex als auch die Farbenzerstreuung des

erfindungsgemäßen Calciunititanatkristalls ist

rtitl.lc i-ordentlich hoch und unterscheidet sich von

(lein entsprechenden Wert jeder hekanntgewordeneu

Glasart.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. 1.Ionokristalline Masse mit hohem Brechungswert und hoher Farbenzerstreuung, bestehend aus Calciumtitanat, das auf synthetischem Wege durch Kristallisation geschmolzener Calciurntitanatpartikeln erhalten ist. a. Verfahren zur Herstellung einer Masse nach Anspruch t., dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Calciumtitanat periodisch in einen von einem Wasserstoffstrom ummantelten Sauerstoffstrom eingetragen wird, daß aus dein Sauerstoff- und Wasserstoffstrom eine Flamme reit einem zentralen Sauerstoffkegel gebildet ;wird, daß (las pulverförmige Calciumtitanat in der Flamme geschmolzen und nahe der Spitze des Sauerstoffkegels kristallisiert wird, wobei die Flamme um (las kristallisierte Material hertun aufrechterhalten wird. 3. Verfahren nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus zwei konzentrisch zueinander liegenden Teilströmen bestehender Sauerstoffstrom verwendet wird, von denen der innere die kleinere Sauerstoffmenge führt und als Träger für (las pulverförmige Calciumtitanat dient. .I. Verfahren nach Anspruch a und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus monokristallinem Calciunititanat bestehende, flaschenförmige Kristallkörper anschließend ausgeglüht wird, indem er bei Temperaturen zwischen 65o und i joo° C einer oxydierenden Behandlung unterzogen wird. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch z bis d., dadurch gekennzeichnet, daß ein Sauerstoff-Wasserstoff-Gel)lä,e vorgesehen ist, das aus drei konzentrisch zueinander liegenden Rohren (r, a, 3) besteht, von denen das innere Rohr (i) Sauerstoff mit eingetragenem Calciumtitanat, das mittlere Rohr (?) den restlichen Sauerstoff und das äußere l,#olir (3) Wasserstoff führt. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet. daß das äußere Rohr (3) des Sauerstoff-Wasserstoff-Gebläses in eine Brennkammer (6) übergeht, in der ein als Aufnahme für den Einkristall (4.) dienender axial verschieblicher Fuß (g) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift N r. 886 995.