DEP0000465DA - Verfahren zur Gewinnung großer Einkristalle bei relativ niedrigen Temperaturen von Stoffen mit hoher Schmelztemperatur - Google Patents

Description

Zur Gewinnung eines Stoffes in großen Einkristallen gibt es grundsätzlich zwei Methoden:

1.) Der reine Stoff kann bis zu seiner Schmelztemperatur erhitzt und dadurch geschmolzen werden und dann durch langsame Abkühlung in kristallisierter Form erstarren. Dabei ist durch geeignete Führung des Wärmeentzuges nach Einführung eines Kristallkeimes häufig eine Gewinnung sehr großer Einkristalle möglich. So lassen sich z.B. KCl-Kristalle aus der Schmelze bei etwa 770°C ziehen.

2.) Der Stoff kann in einem Lösungsmittel gelöst werden und aus diesem auskristallisieren, entweder durch Entfernen des Lösungsmittels - Wasser z.B. durch Verdampfen oder druch Dialyse - oder aber durch Ausnutzung der Erscheinung, daß das Lösungsmittel bei höherer Temperatur mehr von dem fraglichen Stoff löst als bei niederer. Im letzteren Falle wird zum Beispiel eine heißgesättigte Lösung langsam abgekühlt und durch Einführung eines Kristallkeimes dafür gesorgt, daß der gelöste Stoff sich als Einkristall aus der Lösung abscheidet, z.B. bei der Gewinnung von KCl-Kristallen aus wässriger Lösung im Bereich von 100°-20°C.

Man hielt diese bekannten Methoden bislang nur für solche Substanzen für brauchbar, die bei Temperaturen von etwa 100°C bis herunter zur Erstarrung des Lösungsmittels lösbar sind. Der Erfindung liegt nun die überraschende Erkenntnis zu Grunde, daß sich diese bekannten Verfahren auch auf solche Substanzen anwenden lassen, deren Lösungsmittel nur bei erheblich höheren Temperaturen flüssig sind, oder deren Schmelzpunkt so hoch liegt, daß ein Ziehen der Kristalle aus der Schmelze bisher technisch nicht mehr durchführbar schien.

Die Erfindung besteht darin, daß man als Lösungsmittel, insbesondere für sehr hochschmelzende Stoffe geschmolzene Salze oder Metalle oder Legierungen verwendet, die in festem Zustand keine feste Lösung oder Verbindung mit dem auszukristallisierenden Stoff bilden und die man in an sich bekannter Weise zusammen mit einem Kristallkeim langsam abkühlt oder verdampfen läßt oder denen man den auszukristallisierenden Stoff in fester Form an einem Punkt, der auf Grund der dort herrschenden Temperatur eine untersättigte Lösung aufweist, zuführt und die man darauf den gelöstem Stoff durch Strömung zu einem Punkt der Übersättigung, an dem sich der Keim befindet, transportieren läßt. (Substanztransport).

Dabei ist es zweckmäßig, die gewünschte Kristalltracht durch Wahl des Lösungsmittels, gegebenenfalls unter Zugabe sich lösender Zusätze zu erzielen.

Ferner kann es vorteilhaft sein, als Ausgangsstoff für die zu bildenden Kristalle eine chemische Verbindung zu benutzen, deren Lösungsgeschwindigkeit jene des auszukristallisierenden Stoffes übersteigt.

Schließlich kann es für den Verlauf des Verfahrens günstig sein, die Lösung während des langsamen Abkühlens oder Verdampfens zwecks Vermeidung von Nebenkristallen beispielsweise durch elektromagnetische Kräfte zu bewegen.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführung einer Vorrichtung dargestellt, die zur Durchführung des neuen Verfahrens mittels Substanztransports geeignet ist.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Ringofen mit drei Stutzen a, b, c von denen einer zum Einfüllen der Lösung und eventuell zum Einhängen des festen auszukristallisierenden Stoffes, einer zum Einbringen eines Kristallkeimes und einer als Auslaßöffnung für die Lösung nach Beendigung der Kristallisation dient. Die Ringebene des Ofens liegt in der Vertikalen. Der Ofen ist zur Erleichterung des Aufbringens der Heizwicklung aus drei Teilen d, e, f zusammengesetzt.

Der ganze Ring ist so mit einer Heizwicklung g bewickelt, daß durch sie alle Teile des Ofens auf ein und dieselbe Tempera- tur erhitzt werden. Eine zweite Heizwicklung h, die über die erste gewickelt ist, läßt sich durch einen Thermostaten i regeln und dient zur Feineinstellung der Temperatur.

Die Messung der Temperatur erfolgt mit einem geeigneten Gerät, z.B. einem Thermoelement, das den Thermostaten steuert.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen der Ringsektoren d mit einer Haltevorrichtung für den Kristallkeim, die als Wandvorsprung k ausgebildet ist.

Claims (6)

1.) Verfahren zur Gewinnung großer Einkristalle, insbesondere aus sehr hochschmelzenden Stoffen durch Ziehen der Kristalle in einer flüssigen Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel geschmolzene Salze oder Metalle oder Legierungen verwendet, die in festem Zustand keine feste Lösung oder Verbindung mit dem auszukristallisierenden Stoff bilden und die man in an sich bekannter Weise zusammen mit einem Kristallkeim langsam abkühlt oder verdampfen läßt oder denen man den auszukristallisierenden Stoff in fester Form an einem Punkt, der auf Grund der dort herrschenden Temperatur eine untersättigte Lösung aufweist, zuführt und dass man darauf den gelösten Stoff durch Strömung zu einem Punkt der Übersättigung, an dem sich der Keim befindet, transportieren läßt. (Substanztransport).

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die gewünschte Kristalltracht durch Wahl des Lösungsmittels, gegebenenfalls unter Zugabe sich lösender Zusätze erzielt.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadruch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsstoff für die zu bildenden Kristalle eine chemische Verbindung benutzt, deren Lösungsgeschwindigkeit jene des auszukristallisierenden Stoffs übersteigt.

4.) Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung während des langsamen Abkühlens oder Verdampfens zwecks Vermeidung von Nebenkristallen, beispielsweise durch elektromagnetische Kräfte bewegt.

5.) Vorrichtung zur Ausübung eines Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 mittels Substanztransports, gekennzeichnet durch einen gegebenenfalls aus mehreren Sektoren zusammengesetzten und mit den zur Beschickung erforderlichen Öffnungen versehenen Ringofen mit zwei elektrischen Heizwicklungen, von denen die erste zur Grundheizung dient und über die ganze Länge des Rings geführt ist, während die zweite zur Wärmeregelung dient und u.U. nur einen Sektor des Rings zu umgeben braucht.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringraum eine Haltevorrichtung, beispielsweise in Form eines Wandvorsprungs zur Aufnahme eines Kristallkeims vorgesehen ist.