DEP0045487DA - Verfahren zum Züchten von synthetischen Quarz-Kristallen - Google Patents

Description

f est«» Staetrio O^t

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Verfahren zum Züchten vonvQuarB-Kristallea

besticht eich äie Erfindung auf Tsrfahreii Kita 2üohten von Quara-Kriatallea ta einer für piezoelektrische Terweadung geeigneten öröaae aus Quara-Kriatall-jiCeiaen la wässerigen Medien unter hohen Temperaturen und hohen

Me wissenschaftliche Literatur gibt AufeohIuee Uber dl© Bemühungen aahlrelcher Forscher aus den lotsten Jahrhundert, Quars-Rrietalle aua Kieee^eohaelsen und wiese« rlgen S&likatldaangon au «flehten« Einer der a» meisten erfolgreichen früheren Foracher war Speola_f der die ▼on der Temperatur anhängige Veränderung der löslichkeit von Quara in einer wässerigen alkalischen Flttsslgkelt auanutste (Aocad» Sci·Torino* Attl· , Band 33» Selten 289-308? Band 4o, Seiten 254-262; Band 41» Seiten 158-165ί Band 44_f Seiten 95-lo7)* Speela gelang die wesentliche Tergrösseruag von Quare-Krist all-Keimen, die unter einer Bähraaase aue Quaraettloken in Sohwehe gehalten wurden» die man auf einer höheren Temperatur als den^s Eeia hielt ι sowohl der Iteim ale auch die HShrtaaeae wurden in eine alkalische, wässerige SlHeaigkeit getaucht» die in eine» druokfesten Behälter enthalten war und auf erhölitea Bruok und erhöhter !temperatur gehalten saurde« Man hat aage- »OiMen_v dass Speola hei "besten Bedingungen in der Ijßge «aar» ein durohaohnittlichee Wachstum dee Quarsea von nur etwa O_fI sim pro fag Ifiogs der Srletallaohae au errelohen.

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In jüngerer Ieit wurden grdeaere Anfaagegeaohwindigkeiten dee ¹Iaetotms lei Quar skr la t allkaiisen erreicht, wobei geaehmoleeae &*eel««$» "als ^ilhraaeee in eine» wässerigen alkalischen Ifedlua benutat srarde» und anrer oberhalb der kritischen feaperatur «d des Jcritieehea .Dnxcks von Waases-, Bei diesen späteren Versuchen bestand xiiöht das BemUhen_r eine femperaturdi fieren» awlsehen dem Quariskelm und der achmelaflüo algen Hesel« -twnie-Iiährfflaea* aufrechtzuerhalten* dae ?/aohstura war m der Sateaohe abhängig» daee die amorphe schaelsfIttoolge SCiesele^e^vUater den aufrechterhaltenen Bedingungen stärker loelleh let ale krietallinieehee Quarsu Die WirkmmM dleeer Verfahren ist durch den ttaotanA begrenzt,^ das© die unbeständige, übersättigte £8se.g aus Kioael-^**-^ a- nicht nur KieeelSle^uf' dem Quarekeim abeetst, sondern auoh eine groee* Aneahl unechter Xeiae bildet, so Äsas die Veraorgung sit sehoelaflüosiger Xieaelerde-Sfahrmaeee raech eraehöpft ?/ar, und awar grösstenteils durch Verlust bei 4er Bildung und dem Wachetua der un~ echten Eeime₉ wahrend nur ein kleiner $eil sum ^aohatum des gewünechten JCriatalle beitrögt. Ss 1st deshalb unsäglich, eine ständige grosse ^achetumegeeohwindlgkeit in Verbindung mit dieser Verfahrenaart aufrechtzuerhalten und, obgleich daa Waohetum einige Stunden lang lebhaft sein mag» fällt ee auf la wesentlichen null ab, wenn die amorphe Hährmaaae gane in die kristallinische Iform umgewandelt ist, was gewöhnlich nach etwa einem fag eintritt«

S«i AavenAtutg Aee V*rfsh»&s aaeÄ ▼»litgtster Irfiaim^ mtrd« iefflg«f#AÄer g«£t&A«n» dass es aftgUeh iat₉ tuaage^elnrlitAlgte»lte& la Ä#r*f»sa# voa *$wat Jfc_t 54 mm

feg natea? «!•Atx^ratttllbKrem -BeAiqgungttn amireefct* „ snexMHian onA Aios·* WaÄstm far Imm Mttmsmmm fprt«s«t««#_: lit leiigliöte Auvoft dl«'Yerowetgmig mit SStaaees« in tea Stnshtgtflss «ad IareM die flMiiceit A*e f#ftesee, A«tt gv8ee*r ff«fi#aä«i Xrlstiftll A«n erforAerliolieii

Brant m bieten, begrenzt sind* Sei dem Verfahren nach del ▼erliegenden Erfindung wird kri atallinischer Quer* eis Hährmasse in einem wässerigen Medium verwendete und dae Wachstum des Keiiakriatalls Iat abhängig ▼on dem geringen femperattirunt eraohied, welcher «wischen dem wässerigen Iiediua in der ftäha des Kristallkeisas und dem wässerigen Medium in der nähe der Hährmasae aufrechterhälten wird. Das Verfahren wird unter solchen temperatur- und Bruokbedingungen durchgeführt, dass das w&saörige Lösung»- mittel in nur einer Phase und bei einem spezifischen Volumen besteht, das kleiner ist als das kritische Volumen. Unter betrlebsmäselgsn Bedingungen wird die Quars-ilährmasse langsam in dem wässerigen Lösungsmittel bei dex ' höheren temperatur gelöst« und die gelüste Kieselevd«· wird dann bei der niedrigeren Temperatur auf dem Quaraskel

Sa das Verfahren nach der Torliegenden Erfindung bei erhöhten Temperaturen und Brucken ausgeführt wird, ist es notwendig, hierfür eine Apparatur m verwenden, die auverl&sslg diesen Bedingungen standhält, ohne undicht su , werden. Aus wlrt schaft liehen Gründen 1st es erwünscht, dass der verhältnismässig teure druckfeste Teil der Apparatur durch den Prosees praktisch nicht In Mitleidenschaft gesogen wird, so dass er wiederholt benutst werden lan»*

Das Verfahren saaeh ##3? Brfiaduas «nd äle Apparatur* die si<& ftt* eeaeett B«?0ÄflhÄnt si«' f«eignet eveieeea Iiat_f fcasaea eififao&e? imte? Begmgmel«« auf die beiliegende

S¹Ig· 1) olne Vorderansicht eines dehnungefähi^en Bombenelnsatsee im Schnitt, welcher einen Keimkristall, wässeriges Lösungsmittel und Mhrmasse enthält;

3»ig. 2) eine Schnittderstellung einer druckfesten

Bombe, die dea Iiasstα gemäss 3ig,l)e&tfcSlt|

Mg* 3) eis© ?#Mt*aas4elit ta teilweise» sofesltt* $9&&%mXim$. #is## .0f«»% ta weihte eia«. Htfcawthl »a BotfiKm*ia&»it*& geaSet» 91g«2) «netiittt »«ton* ' ■ "

Die Züchtung der Kristalle wirä in Qlaem i#toimgsfSfelg*» Binsata X. wie er in Eig.l) geaeig-t ist, ausgeführt, wel oner für sieh allein niofct fähig let, den hei dem Proaea erzeugten Brucken standzuhalten* der aber daau dient, da wässerige Mediu» einauachliessen * wn Verluete su Terseita»_t und auch die Verwendung einer Art druckfeatör Behälter erm&gliöht, welche explosionssicher sind und wiederholt benutzt werden ^Snnen« Der Sinsata 1 let aus einest 2yli»äerrohr 2 hergestellt» welche© aweciaaüasig aue einem kohlenstoffarmen atahl besteht, und ta dessen Enden awel Becher 3 und 4 eingepresst sind» walohe eine vollständig diente Kammer 5 bilden· Me Becher 5 und 4 sind an des zylindrischen Hohr 2 fsetgeschweisst, und swar rund * entlang iea Uofang der Kanten 6 und 7» woduroh die Kaomer 5 dioht abgeschlossen wird.

In den ^ineata 1 wird, nachdem einer der Becher an einem Snde dee Zylinders angebracht und mit diesem Ende Tor- »chweiset 1st, aber bevor der andere Beeher eingesetzt wird, der Qoarekristalllceia, die $ähraaeae und das Wfisse· rige Mittel aufgegeben. Dabei handelt es sieh um das Bia setaen des Bechere 3 und seine ^eatsehweissung an der Kante 6« Danach wird bei senkrechter .Lage des Zylinders, die aus Quara bestehende Mhroasee 8 Im Bodenteil des Hohres eingefüllt, anschliessend werden ein oder mehrere QuarsltristalllceiJBe 9 eingesetzt, die in geeigneter Welse s«31 mittels DrshtrahBien 10 gehalten werden, so dass sie sich in geeigneter Lage oberhall» der IiHimasae befinden. Ser Kristallkeim kann «u seiner Befeetigung an seinen . Seiten Löcher 11 aufweisen,, la welche die Enden des Srahtrahaens eingreifen} e© kann auch irgendein anderes Befestigungaaittel Anwendung finden. Sie Kästner § wird dann bis ssur erforderliehen Höhe salt wässerigem .Μβϋτ» 12

gif-fttlit« Anea&Llftftefl&cl wirA Ü# &*imm Äff* 4 Aa Ate·' Sagt e*te&eh$ usi en toy lasti 7 fftatgeeekwÄAeat«

Ser alt der Oharge versehene Biixaatz 1 wird, wie Hg*2) Seift_f in eine druckfest« Boabe 13 geschoben. Sieoe Bombe beoteht aus eitern IcrSftigen, eylindrisehen Hohr 14» auf deaeen beide Snden ICappen 15 und 16 aufgeschraubt sind. Die innere Bohrung des KfüLindriaehe» Eohree 14 ist so be-Sessea_i daae das sylindrisch» Rohr 2 des Einsatzes passend u5S30hl08aen wird, aber trotzdem leioht eingesetat w«i<§B kaxuot* - · · .

Der in dem dicht abgesehloeeenen Binsatz während dee Tor« gange erzeugt» Druck hat das Bestreben, dae Rohr 2 aa den Beruhrungeflächen von den 3echern wegzudehnen und auf diese Weiae die 3chweiesnähte an den Kanten aufzubrechen und undicht au aachen. Bss wird durch Verstärkung an und in der Bähe der Sohweleekanten vermieden, und sw&r vermittels der Heltekappen 1? und 16. Diese Kappen sind mit einer ringförmigen Hut versehen, in welche die Sobweieekanten 6,7 dee EinaatEee hlnelngedruckt werden» Per Seil jeder Haltekappe, welcher in die Vertiefung des entsprechenden Bechere hineinpaest, füllt dieee Yertiefung volletändig aus und verstärkt soait den Becher gegenüber dem inneren Bruck« Wenn die Haltekappen 17 und 18 alt tele der Schraubkappen 15 und 2.6 der Bombe In ihrer lage festgehalten werden, verhindern sie in wirkungsvoller Welaa ein Sndichtwerden der SehweiSetellen.

Me ober» Haltekappe 18 iat mit einer mittleren Bohrung von solcher Oröaee versehen, dass bal einem vorbestimmten, ungefährlichen Druok_s der höher ist ale der normale Betriebsdruck, der ?eil de» Bechers 4, der der öffnung in dar Haltekappe gegenüberliegt, aufbricht und ein® Druckentlastung ermöglicht. Auf diese 9Ma# iat eine wirksame Sicherhaiteentlaetung für den fall vorgesehen, dasta der Struck innerhalb der Bombe anfällig zu hoch werden sollte» Me obere Schraubkappe 16 ist mit eine» aittlesea Jianal und radialen Kanälen 21 versehen» welche daau dienen,, den

abgelassenen JDmapf a ue der Bombe nach aussen su leiten. Irgendwelcbe geeignete Eaeae und Materialien mUgm bei der Konstruktion der Bombe und des Sinsatsee Anwendung finden, unter Beobaohtuag der Erfordernisse, die die während dee Brozeeaee entwickelten Bruolce bedingen. Ss hat sich ale zweckmässig erwiesen, die Xaraaer 5 la einer Höhe, die etwa dem acht- Ms zwölffachen Suroimeeser entspricht, ausmfilShren, aber diese Verhältnisse können lan« halb weiter praktischer Srensen verändert warden. Ss empfiehlt el oh, den llaaata au» nahtloaya !Iohr aue niedrig gekohlte» Stahl zu fertigen, wie as.3. handelailb-Hohen Stählen alt nicht mehr als 0»3;S Kohlenstoff, swsckmäsaig alt nicht a<*hr ale G»2fi Kohlenstoff. Aber irgendwelche Jetalle geeigneter festigkeit und Widerstand fähigkeit gegen Korrosion unter dem Mnfluee dee JSinsataiahalts bei den angewandten iemperataren und den sieh dabei «sws einstellenden Drucken können verwendet werden. Wenn jnaximale Drucke hie au etwa 1400 kg pro qc» auf» treten, hat es aiÄ ala aweekmässig erwiesen, das Rohr 14 der Bombe aus niohtroetendeis Stahl au fertigen, wobei der äussere JDurchmeaeex* doppelt so gross 1st wis die Inner« Btthrtnie·

Wm das Züchten des ICrlstalls durchauführen, werden eine oder mehrere der gefüllten Bomben 15 in einen geeigneten Ofen 22 geaüsa fig,?} gebracht* In dem Ofen nach atehen die Bomben 13 senkrecht auf einer belesen Platte 23, die la irgendeiner geeigneten Welse, a.B. Sittels elektrischer Heiewiderstände 24 von unten erhitzt wird. Me lielsae Platte, die Heiawiderstände und die Boaben sind von einem 'Xwtel 25 aus feuerfestem Mauerwerk umgeben, der oben offen ist und eine Karos» r 26 begrenzt.

Qra das erforderliche iemperaturgofälle anlachen den Bi* den und den oberen Teilen der Bomben aufrechtzuerhalten, ist der Haura 26 zwischen den Bomben und dem Mantel 25 bis sur erforderlichen Höhe mit irgendeinem geeignetaa Iitae· bOStsndigen_p wärmeiaollerenden Material gefüllt, z,B.<-talt ^e^^^^feÄ««*!^^«^*»*»^^«'!^ bekannten Kieaele*3$£~''''''

material· Wtm der Haua 26 vollständig alt wärmaisolie- ^atan Material gefüllt iot, ist Isr geringe Temperaturunterschied zwischen den Xopf- iaä Bodenteilem der bomben gewährleistet. Bieser Temperaturunterschied wird vorgrössert, wenn, die POllhahe des Iaolieraateriale herabgesetzt wird, wobei der obere teil der Boaben aeiir und »ftr freigelegt wird.

Ein geeigneter Beofcel 27 ist für die Kamrasr 26 vorgesehen! der Beokel kann sau einen Blook aus porösem Glasaohatu» feeetelMua» Ilae eusätaliche Wl»©ia©l&tioa 28 aus irgeai* einen geeigneten Material» n.B* au* Aaoestr-Wolle, tu» seÄtdsut den Ssat#I 25 ans feuerfesten Mauerwerk fett wiri seinerseits von eimer Auseeahtille 29 umechloasen, die aua SletaXI1>löoh gefertigt sein kaa» naÄ eis®» Bleolideokel 3o " aufweist, der mit einer Absug3Öffnung versehen ist, um dia Oase abströmen gtt Iaesen_p wenn die Sioherheitsvorrichtung einer Boahe ausgelöst wird. Der Ofen let vorssugawelae mit avtomtleehea Steuerungsmittel^ verbunden, welche die fettes« Platte 25 «Bf einer IcoastBaten Teaperatur halt«a*

Die helsse Platte des Ofens wird für eine Seitspanne auf der erforderlichen Tenperatur gehalten» die ausreicht» um dae gewünschte Waohetxua dee Sri3tallkelms auf Soeten der Qoarx-Nährmaese an ermöglichen. Man lässt dann den Ofen abkühlen, η» anschliessend die Bomben en entnehmen tasi » (Jffaea uad die &is"6alie aus tea Berthe» Iio»»« zunehmen»

Uamit eine praktische Tiaohetxxasgesohwiadigkeit erzielt wird, ist es erforderlich, bestimmte Bedingungen .aufrechtauer halten. Ua unechte Selae sweoks Brhaltung einer ständigen hohen tachstnmageeohwindigkeit ausgeschieden oder auf ein Minimum reduziert werden ^müssen, lot es erforderlich, eolehe »rata Ton Xiesele*4e su vermeiden» die ie wesentliohsn leichter löslich sind a3s Quarz, und welche daher ssu unbeständigen, übersättigten 14sunken führen würden. Die verwendete Mhrmasse sollte daher im wesent-

Ilchea frei β ein iaa anderen M.m<$2MSämT®Tgim &la Qua»»

Der als Sihmaes· Terweadei;* Quays sollte eine XtorngrSee· Safwelsea_t die dem Lösungsmittel eine ausreichende Oberfläche bietet, ua eine genügend rasche Auflösung des Quarzes ssu gewährleisten» aweoka Aufrechterhaltung der ge-IiUnsehten IFachetumegasohwindigkelt dee Keiiakrletalle· Se wurde gefunden» dasa hei geeigneter Stetierung der anderen Bedingungen ein ständiges raechee Wachstum mit Hilfe einer Halhraaaee eralelt wird, die aus Quarztailohen solcher Größe tkeeteht» &*aa der durchschnittliche Korndurohaeaser a-tva 1/8 Iis 1/4 des Durcthmeaeera der Zuohtkasuaer 5 ausmacht Wenn Quara geringerer Son^r^sse verwendet wird» so nisaat die Kaungegeeohwlndigkelt zu·

Wenn Quara von beaondera geringer XorngrSsae, s*3» von der Srilaa«, die durch ein Sieb, desäen öffnungen kleiner alnd als 0,025 am sind, hindurchgeht, als Maaae In den Bodenteil der Heairtionakaaaer gefüllt wird, ao bewirkt der Temperaturunterachied sswleohen dem Boden und dem oberen feil der Haaae die Ablagerung von Quars a» oberen Teil der Kaeee_t deren JUamaae auereloht» um die obere Seite der Haaee mit einer Ölaeaohlcht cu überziehen, ao daea ale fur daa wäaserige Überfuhrungaatedium im weaentlichen miurehiirtaglieli wird» Weaia tee eintritt, ateht nicht mehr die gesamte OberflMohe der Teilchen, sondern a«y Böeb die obere fltel» I« Maas© aäa wirksame XüarangsflSche aur Verfügung, wodurch dar Prosesa verengert «ird« Uieaer Slnfluaa kann natürlich beeeitigt werden durch An» bringung Bechanieoher SClttal zur Aufreohterhaltung einer ausreichenden Anzahl von Kanälen innerhalb der Masse, darai die benötigte QberfläohengrSaae verfügbar bleibt.

Sine awe ekstase ige Grösse de a •Quaraee, der sie Nöhrmaaee verwendet werden soll, besteht, wenn die Quarzteilchen 30 gross aind, daa3 -sie durch ein Sieb STr. 4 {öffnungen vo: 4,75 a»)* abar nicht durch ein Sieb Nr· 6 (öffnungen von 3»35 am) hindurchgehen.

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Bear KeialKPiatell 9 kmm ms irgendeinem ganzem Kvlettall odsr mtmrn. gßUmuhmnm ödest? aogasehnlttanea Sttiak tos natürlichem ©4er synthetischem Qesrs beeteheii· Str SCöis» Icristell sollte frai Tön Verwachsungen (Zwilling) eeia» wenn de erwünscht Iet_f «inen, nichtverwaehaenen Srietall sä eraeiageB» Da das T/aohatuia dm Iristalls la wesentlichen gaaa in der liciitimg d«a? primären ScrietaXlographisohea Achs© Ter sich gabt, während praktisch k©ia lachotua la senkrechter Hichtuog Stattfiaatt₉ ist m awee&aissig» ein© Platte m. T©w©ad@n» di# se geschnitten Ist_f äaea Iliw S¹ISshea soxilcrecht » kri »t allograph! achen Mhm ^tTax^tlaufen, Bs iat auch e»&efcailsa%_f- den Koisikriotall ao anzubringen, dass dia ^riatallachaa söstaeaht verläuft, damit des Wsehstm in der l&ngariehtuiig der ayllndriachen ICaaaer 5 orfolgt, wie m in. Fig·!) tmS 2) aureh die gestrichelten Linian 31 veranschaulicht ist. Bia aadewr Sehsitt_f der dan Törteil sofortigen deutlichen WaohatÄS-Mgiaae biotet, oeateht aus einer Platte, deren HLaohea parallel zur grösseren rhoaboadrisohen fliehe dea Kriatalli verlaufen« Weim 41«s© Platte alt ihrem S^vISohen parallel aur Aehas dar Boabs angebracht wird, ao erfolgt das Xsl* 3tall-Wachatum la einer Kichtung_r die alt dar Achae 4er Bomha a inen WiateX von etwa 38° bildet. Sewilmachteafslie kann 41s Platte xantor eines Wiafesl eingestallt cardan, so drnss das laehstua IIags dar 3orahenaohae vor «ich geht.

Äa Iaahata des llfejüBkrtfttall» let imim Attmtoduag des ?«rfmh3?sa© aaeh V0vliegen&«* Bsi&aduiag nur «ratelt werden» w#m dae fSr äie Bsf8ri#raag dor s^«m&«£»^< ¥öa der. " Sghraaae» a» lute feeanftite vSeee-rige nmtm Ietri»«» ionen eatMelte Kain wtasatllehee Iftekatm wurde ereieXtalt Ionen gaiter©!? IlkalisetÄI# * Äs » ij«§st«a geeignet« ■ ImrhlndMa^mn ffüt tie Meftrimg der Iatrfnsisaaa wb?4ii natrluB&yäraxyd* lstri«kaÄ9aat «sd IetfiweilIfert fest-* gestalltς Bs KatriiHtellikftt des !«drtiöitsff^tti;* ?» Κί·β#1««ίί\»ά Satriucihydroxyd MmtmlMp ist «β Kiar_t

dees unabhängig davon» ob «uerat Hatritiaihyaroacyd oder Hatriumeilikat zugeeetet wir4» äae Lösangeaittei «ehrend to 2*roseeeablaufe si» Satriumailikat besteht. Sin. Wachetnm tssÄ alt anderen anorganischen Katriunsalsen, Inobeeondere Salzen schwacher sauren erreicht werden, Ea können auoh !fatriumealaa von organischen SEuren_t die "bei den angewandten Semperatnrea und Konzentrat ionen gegen wesentliche Zerisetsmng widerstandefähig sind, benutat werden. Ale besondere wirksam haben sioh Iiiaohuuagen von ffatriumhydroxyd wid Satriuiakarbonat oder von ffatriuasilikat und Iatri»- lcarbonat oder Mlsohnngen aus allen drei Varblndtingen erwiesen» Ms Zugabe kielner Koneentrationen in der Grässen-Ordnung von etwa 0,001 bie etwa 0,005 nonaal von Setrluasaleen der Fettsäuren langer Kettenfor», wie s*B. Natriumoleat» am Meungen anorganischer Hatriunaverblndungen scheint die Oberfläöbenbeschaffenheit der erzeugten Kristalle au verbessern*

Zur Verwirklichung einee Wachetuma von geeigneter Geschwindigkeit sollte die Konzentration der STatriuaionen in der wässerigen LISeung wenigetens etwa 1/2 no ratal, sweokmäseig wenigstens 1 noriaal aein. Wenn die Konaentratloa erhöht wird so nimt die WaohetumsgeeohwindigIrei t im allgemeinen etwas zu, ¥le Xonaentrationen von etwa 4 xieraaX oder 5 ncrmal ©rreicht sind. Blne weitere Steigerung der Konaentration scheint amr eis« geringe Steigerung der faehstiesgesüfewia« dlgkelt zu bewirken* aber höhere Konaentrationen können gewünaohtenfalls ohne weiteres benutst werden.

Die Sliefetiasg der Quarekrlatalle naoh äess Proeese der vorliegenden Erfindung wird alt der wäseerlgen Lösung bei femperaturen durchgeführt, die sreeokaasslg obarhalb der kritischen temperatur der wässerigen Lösung liegen und im we« eentliohen der kritieohen Teisporatur von ,tiaeeer entsprechen. Alle Teile der Kassser, in weloher die Züchtung vor eich geht, werden auf ¹Eec^eratüren gehalten, die «weokmäeelg oberhalb dee kritischen Punktes liegen, und in j#tea Pail nuf einer iersperatur, die ho oh genug 1st, um die Bildung einer aueäteliehea Phaee der LSeung bei den bei aolohea

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äaftirah I*3f Pro»*«» gestisrt , '

Pie temperatur ia tea. kühlsten der ICaaaar sollte

obariialb etwa 2ßO°Q« vorzugewejee oberhalb etwa 375°C und noon besser auf wenigst«» 380 0 gehalten worden. Bis Waehe tuinegesohwindiglceit des Kristalls süheirit etwa® smssunehmen, wenn die Itarcheehrdfct&temperatur in 4er Kajsser erhöht wird? die -Deaperatur des wachsenden Kriatalla sollte aber stfrarlSMi« unter 573°0, der tsmu*liiag»~ terapei'atur von Quars gehalten werden und auch, suverlöesig innerhalb der mechanischen. Peatigfceitegrenaexi der Bombe, in v/eleher Saa "tf&ehsea ▼or aioh geht. ©§ ist siapfahlenstvert_v dass die ^fJteEperattxr in der Ilfes dea Srintalls maÄ neon besser in. des heiaseeten feil der Zeamer S5Q°0 nieht über gebreitet. Für den praktischen Betrieb günstiger* Temperaturen liegen unter 50G°0 tmd wtetealssig unter 450% _t wd swaF' an der oberen fläche der !lährmaose oder salbet in dem heiaseaten ⁱTell der Bombe. Sehr befriedigende Sesultate sind bei solchen Betriebsbedlngtingen erzielt «orden* dass die aussen an dem Ieil der Boabe_f 4er der oberen Fläche der Quarz-Mhrmaaae entsprießt, gemeeeene Temperatur gwiÄhes etwa 395°C unA etwa 415%, vorzugsweise bei etwa 400% liegt. Die. aueaen genossene Temperatur an dieser Stelle entspricht la wesentlichen der Innentessaperatur· Im allgemeinen Kann eine pralltische Waohstnasgesohwlndlgkelt nicht erreicht werden, wenn die Sueciere Seaperatur an dieaer stelle unter etwa 380°O beträgt»

Bis Siohte ä#js wlaaesigea Ieiime_f in. mlekm der Qtuuro·» fartstalX räUsbet, und des^gen&es &«» Smet_e tor is de« Beaibe »Skr#mi ins fflM&gverjgajsgs h*r?&6&t_ff fOtam einen toetrfieftt«· iieii©a/liafimss auf 4i# mmUm±n&igm%% exte* mit welöh«? der Qaexticrletall tifitot* Bis Msiite oder «§t»ft .Aaa epexlfisöh« Velimen lös «geeerigea S#4iias wird teem die HiXbe eingestellt» _ bis Ä welebe? der Ho&ürem dear 2iu&t~ .!©«©Sⁱ to? 4«p AtieMiffii dear lew?, ait der wlsassigsa'

IiSsaiig gpfKULt wird* .· Sas teitiseh« Yolasaea» eae. baiaet das aiMiBals fISsstgkeitaTOimea_fi «!el»« did Befte** IiAltuae ein©? fIfeSig·», Baase ta der leaer bis zur ErmMim&g ä« lrltlssfee XAaperatttr nav^hrlelatet« Restate waaa a·* üraerbedolvaia» lei Immteafemtw bis au etwa

Pralcti 3ohs Waehataaagescbwinaigäto i tas. kdaaea oaon dsm vorlleg*Böa& Tsrfsbrm imr erreicht -garden, wmm aia S¹Iillung das krieche Yolimea be tr&üht licli Übcirsöhraitot* ifet si» pralrtiaclte Wachattjmogeaciiwlndiiskdit au arroicJisa, 1st m aötwantig, d©n froion Eatua der Kamaor * ausgtaö*» aiea der fail, dar von dor IIiIiCTsase_f dem KristaUkels a&dften SMtmittela air^eaosraea wird - ti©! Baratt taperatur Ms am ^eaigeteaa 60S* mit den fIttaaigen» wässerigen Wuohaiaadiusi au füllen» Wean, dor Fiilluixgagrad arhöht wir#_f se nimmt die Waekstmsgesahwiiidigfcait aerkliob ara. Bi« Gransso its anwendbar an IHillimssgrado a ist la«»

diglich durch, die TIMerstaatsfiMgfceit der Boabe 503**1-über dem erzeugten Braofc gegeben. Mae Füllung von etwa 80;S liat sich als sehr befriedigend BTwimm_f ab<ar ölno FSllw^ τοπ liefert boasero Hesultate ia einer Basfee_s die dem arhfötöaa Srmefe standhalten tcana,

Ilt etaer ?lfissi«lc0it«ftti2niig des Ilelilraiae bei Raimtemperattüf ypn-SO^ ist das ap^aifieeke Veits»» Isr wSs»«* rigen läSsmg oberhalb 4« Iritiselieii 'FmMtss et« das 4* l^T^tmlm daa e^eifieebaa ?α1ακ*»8 i#r flöuaiilcaii bei \ftewt«ffip»ratur* Bei IfftlliiBf es τ&ά SÖ$* tmü jjö-jl 'betragen die sfealflselies Volusiaa elsertia» dae kritleonea JPttaJe«· tee das 1»2<>~ besw« aaa X»£l«*faebe derjealgeit bsi Iite»» temperatur« ·

för di@ laeÄstaitsgtseliwifiit^eit des JQrietalle ist e« vlahtle» daea Ier geetgaet» f«Äfemtawmt@r©eMe4 wahrend dae gaxLxea promeeaa aufreeMerhaltwa wird, und «nmr 3wis©Äia dem ^Hlaatgen MstmgmmlMml bei» Verlasse* oar Qamrs-IMJireasse und 4« wässerigen Siatiegeittel

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la der Mhm des Qoarakrletallkeisw* Sal el»« sehr IeIeisea- fmpmmtwsvmtmmM%& ist lie Vtej^aaegeaaawia« dlgfceit iiSigseii* w«ßÄ der ^eapa vatavtsatav&ealed saala&t,' m arird «aalt die WaelMtuaagaaeaaladlgkalt gaatelgarti Wtns äies© aber en greaa wird, β# ty&tt muolkti» leia* iiXdmg a» den ^w SbAmi der Äite auf * ®a die Iig IiohlEeit aaeehter KelafelXdang au vexbladaatti, int ea aatvaadig« tine am Breese 5eaperatu*W#f*»e»e aa ▼«»»Meit_t uad swsr alaat mir awlaeaaa Ier fÄxmai»© traft 4#s Kaialerlatall_i aoa&am ssen, saiaoliea da? Httttaaaae and l?geadeiaea fell te* Baabe« Wi© eeveite ©ben aagegeaea* tesa der tee»***- tuvaAtetteoaled eet der in i#r Selebmmg daxgeetaXltea Äppaxata* dadurch gaataoert wert«»* 'Hass man die Isela· Mem »I um die Borte» laaevaala i#s Qfteae ▼WSstort ·

Bei der in der Seichnung dargestellten Apparatur ist #a swackmäseig, den Semperaturunteraehied der äusseren S Fläche der Boiaoe an den durah gestrlohelte Xilnien 1 und B gemüse Fig, 2) gekennzeichneten Stellen zu meeeen. Me Aussenmeeeung mm der 3telle A ergibt eine Anzeige der Xnnonteiaperatur in gleicher Höhej und diese Innentemperatur ist im weaentllchen die gleiche wie die Temperatur in dem kühlsten feil dor Zuchtkaauaer· Me Auesenmeaeung an der Stelle B ergibt eine Anaeige der Innentemperatur an der oberen Fläche oder an de» icühleten fell der iJährtnaese. la allgemeinen seilte der aussen gemessene $eape~ raturuntersohiad zwischen 5°ö und 25°C gehalten werden. In den meisten Fällen wird der tJnterschied blechen IO⁰O und 20°0 liegen, Ser wirkliche ieraperaturuntorschied innerhalb der Boaba 1st etwas kleiner, Maa kann aohätaungewelae annehmen, dass der äueaere iemperaturunterschied «wischen dar Oberfläche der Kährmaase und dem MItiletea Teil aer Zucht kassier 5°ö nicht überschreitet und In den «eisten fällen nicht griJaoer ist als 2°ö oder seiftet 1% ■

Iiae avaktiaeae tfeaiiatttaa^eaelMriadlgfcelt kann erreicht wevdea» waaa der x&atallkei» aaae am Kopfaada der Saaaar

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in Sefteefew gehalt*« wird* wo Aey liailmse dee woll«& f«mf«»t«ruate^seM«ie» mmmit&hm iet.«· Ban "kenn aueh. #iaea ti*£er«& JMfct wähle»» der sur wfslg oberhale ■ier. SBtoneeee Iiegt_f ea velehem aba* &ae iraabatu* wegen dea gerlagtireii f#®fera%i«»ia-fee.rseMiti0.9 etwas ia^eetr vor «ieh geht* las kann. Kmtibmm_f iftss fttr eia s^&aÄl^e

teeiai und 3wr QfeerflSeli« dsar lüimssee w*slget«Ae etwa 1/2% betragen 8011t©» abgleich ein tnu&llehea tthehatua

«aeh eelbet bei itSadtaevea. lBmpmmtmäi ,ftmm&mm Ms 2*β*~ mater au O_frI^eC Qdsr aega? aoelt weaigitr eraielt wiyt*

Der optimale !!"omperaturunterschied Innerlialb der oben aa* gegebenen Bereich« hängt von äea übrigen Betriebsbedingungen ab, von denen die XorngriJeae der Quara-Mbraaeea die bedeutungsvollste ist* Bei grösserer KbrngrSsae ergeben sich die beaten Heaxiltate bei Binhalttais grösserer TomparaUirdlfferenaen· Bei Sclelner Korngröaae liefern kleinere Itejaperaturdifferensan die beaten ^rgobnlese·

Im allgemeinen werden die saubereton ICrietalle nur bei den Iangeamoren iachatumegeachwindigkeiten erzeugt. Bei höherer r/achatumagesohwindigkeit haben die erzeugten Kristalle eine nach Itaung aussehende Oberfläche· Der Unteraohied ist jedoch nur oberflächlicher Art, und die Kristalle, die nmh Ätaung aussehen, sind g®nmfm geeignet fj piezoelektrische Zwecke wie as die klaren Kristalle sind. Wenn, wie oben angegeben, das Waohetua su raseh erzwungen wird, kann unter gewlasen Bedingungen eine unechte Kelabildung eintreten. Han kann jedoch eine gewisse unechte JCeiiabildung zulassen, aofern sie nicht so ausgesprochenen Charakter bekommt, dasa sie daa noraale Wachstum der Flächen des Kristalls verändert.

Dta ro&gext&m apeaiellea Beispiel© n#ll©n erlSotera,' in we eher Art und Weise 41e vorliegende Erfiad«ag praktisch daveligafüfert wird«..

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Be.ta.gtt»! Ii

Bin sylindrlscher Biaaats aus nahtlosem Hohr, äm ma α drig gekohltem Stalil besteht» eine Wandstärke von 1,59 1 aufweist und aittols Bachem augesohweisst ist, die aus niedrig gekohlt aa Stahl baatehen, eine Wandstärke toxi 0,80 M aufweisen und entsprechend Fig·!) #iae Suohtkammer begrenaen, daran Durchmaaaar 25#4 ma und daran Iianga 23,6 as batragen, erhielt eine füllung, dia ans ■ 50 gr Hährmaase, bestehend aus Quarateilchan solcher SrSsse_e daaa sie durch ein Sieb Ir« 4 nicht aber duroh ein Sieb Hr.6 hindurchgehen, einer wässerigen Lösung ' aas Natriumkarbonat , Matriutahydroayd und Hatriumolaat und sache Quarakristallkeiaen bestand* Me Konzentrationen der Hatriumverbindungaa in dar !•Saung waren 1 norssl für Natriumkarbonat, 0,1 normal itlr das Ifatriuatoydroxyd und 0,005 normal fur das Natrlumoleat. Die I&eunj reichte aus, u» 80$ des freien Hauma der Eammor bei Baui temperatur au füllen, nach Abrechnung das Toluaena der JJährmasae, dor Kristallkeime und der Stiteaittel. Die Keimkristalle hatten die fem von etwa 1,27 aa dicken Platten, die ao geschnitten «raren, dass ihre flächen pa« raHel su dar grösseren rhosboadrisehen fläche de a Kristalls verliefen* Bie Kriatallkaine waren unter aenkraol tar Anordnung ihrer Flächen an einem Drahtgestell aufgehängt. Sie waren mit ihren Hltten in einem Abstand von etwa 19 n» befsetigt, wobei der oberste Seiiakriatall etwa 25 aa vom Kopf der Kasamer entfernt war, und dar un« terato Keimkristall etwa 65,5 mm oberhalb der Oberfläeh« der lihraaase lag« Der Sinaatz wurde In eine Bombe aus nichtrostendem Stahl geeigneter 0r<Ss3e gesteckt. Die Bombe hatte die aus l?ig.2) ersichtlich® Ausbildung und TTurda ent sprechend Üg.3) in einen Ofen ge stellt;. Me fee poratur der heiaaen Platte und der Umfang der Isolation waren so abgestimmt, doss dia Auosentemperatur der Bombi an dar ntelle B in Pig.2) bsi 4o5°0 und dia Aussentempa« ratur der Bombe an der stelle A um etwa 18°C niedriger als an dar Stella B ausfielen. Pleae Bedingungen ward« neun fage lang aufrechterhalten. Anschliessend vrurda di< 3oaba gekühlt und die kristalle wurden entnommen. Ie hat

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sich gezeigt» äm» die drei obersten Kristalle, welchen infeige ihrer Lage eine höhere iemperaturdifferens gegenüber der H&hrmaaee zugute kam, ein Burcheohnittewachetu» Ton täglich 2,29 »as längs der lcrietellogmphisohen Hauptachse aufwiesen. Ble drei unteren Kristalle» die auf ein« niedrigeren Hemperaturuntereohied gegenüber der Nährmassi gehalten mir den, aeigten ein Iturchsohnittewaohstum tos
etwa 1,78 » pro tag, Die Kristalle hatten ein nach Atzui auasehendes lusaere, aber innen waren sie vollkommen klai wenn man sie in einer Flüssigkeit beobachtete, deren Brechungsindex mit desjenigen von Quars übereinstimmt.

Belapiel 2t

Sine gefüllt© Bombe wurde in der gleichen ^eise behandeil wie la Beispiel I_s wit der Ausnahme, dass die Zuchtkaaaaei einen Burehmesaer von 2,54 c» und eine Länge von 20,32 ca aufwies, dass 30 gr Qea»~fItirstasge angewendet wurde, dat tie wl30örige LSsu&e nmr Hatriusakarbonat in einer Eonzentration von 4 normal enthielt, und vier Quarzeinkristall übereinander in dem oberen Teil der Bombe aufgehängt wurden, Die Bombe wurde in den Ofen gestellt, und üe temperatur a» dtr Steile 1 wftrd© auf 400° gehalten, während dj Aussenteaperatur an der Stalle A etwa IO⁰ niedriger lag ι an ά9Τ Stelle 8* IaeMta diese ledingtuiges für etwa »ei Wochen aufrechterhalten waren, liees man die Boabe abkühlen, und die Kristalle wurden entnommen« Bs wurde festgestellt _r dass die Kristalle alt einer durchschnittlichen Oeschwindigkeit voa O_f 92 aa pre Tag gewachsen waren, wob« die fifeHÜai Kristalle ein etwas schnelleres Wachstum als die unteren Kristalle selgtsn. Die Kristalle sahen aussei nach Itaung aus, innen aber waren sie klar.

Die vorstehende Srltatemsg der Srf im4i»g wurde im Zuemubaenhsng mit ihre» epralellira lusfihrttBgsformea g«g©h@iif
da aber Änderungen und Äquivalente für den Pachaann ohne weiteres erkennbar sind, m sollen die Ausführungsfornen nur der JSrläuterung dienen und nicht irgendwelche (Irenzez für die srfinduxig darstellen*

Claims (9)

1. Patentansprüohe

   ame QufiralcrialialXkeiaezi_f die in einen druckfeeten Behälter aus wärmeleitendem Material in Schwebe gehalten werden, dadurah gekennzeichnet , dass In dem Behälter be: Hauatemperatnr und -druck eine aus kriStalliniaohen_v QuarasttLckehen bestehende und von an&»?en Heselelrtbf»^' formen im wesentlichen freie Eähraasse, Über der IShrmasse ein einphasiges» wässeriges, Satriuaionen enthaltendes Hediuat in solcher !•Senge, dass es 60 bis 90$ des freien Hauaea in dem Behälter ausfüllt, eingebracht und wenigstens ein Kristallkeim in dem Medium aufgehängt <Λν* dass der Behälter neb at Inhalt hermetisch abgedichtet und in senkrechter Lage derart erhitat wird, dass die Oberseite der Sährmasse eine temperatur roa wenigstens 380° aufweist, während die «Temperatur des wässerigen Hediuas In der Bähe dea Kristallkeimes unter der TJowandlungetemperatur dee Quarses und unter der Temperatur der Oberseite der Kähraasse liegt, und dass die Brhitaung fort gase tat wird/ bis eine wesentliche Zunahme der Grösse des Kristallkeime» eingetreten 1st.
2. 2) · Verfahren nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dasi

   ia der NShraäese Kanäle freigehalten werden, welche eine freie Zirkulation des wässerigen Mediums über eine] grossen Flächenbe reich der IIsUirmaase anlassen»
3. 3) . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennseiehnet, dass swisehen der Oberseite der Bähraasse und dem wässerigen Medium In der Sähe des Kriatallkeimes bei Messung ausserhalb des Behälters wihrttii der Sctoltswg ein Sfaaparmturoatersshiftd roa 5°0 bis 25°C aufrechterhält en wird»
4. 4) . TTerfaliren nach einem der Torangehenden Ansprüche, dadaroh gekennzeichnet, daaa die QuarsteiXchen der Ute* maaee eine maximale Länge in der Sräaeenordaung zwiaohen 3,55 a» und 4,75 mm aufweisen«
5. 5) . Verfahren nach einest der Torangehenden Anapruohe, dadurch gekennseichnet, dass das «ftsserige Medium ei»« Siatriumlonen-Eonsentration τοη wenlgatene 1/2 normal aufweist»
6. 6) , Verfahren nach einest dar Torangehenden Anapruohe, da-

   iTOsh f«ke»aseiehn*t_v dass di® ITatrlumionen in dexa wässerigen Medium wenigatena aus f#iX aus Satriumhydroacyd, Batriuiakarbonat oder Batriumeilikat oder aua einem beliebigen Semiaoh dieser Verbindungen gewonnen
7. 7) , Verfahren naeh Anspruch 6), wobei daa wäaaeriga Medium

   Hatriuskarbonat und Hatriumhydroxyd enthalt, dadurch gekennzeichnet, daea die Xonaentration des $a«.rium~ karbonats etwa 1 normal und die Konzentration de a Xfatriumhydroxyde etwa 0,1 normal aind.
8. 8) . Verfahren nach Anspruch 6) oder 7), dadurch gekennzeichnet, dass daa wässerige Medium aua&talieh Iatriumoleat in einer Konaentratlon τοη etwa 0,003 normal enthält»
9. 9) . Verfahren nach einem der Torangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Srhitaung duroh Wtais- «ufuhr «um Boden des aufrecht stehenden Behälters erfolgt und dmss 4&» erforderliche Sei^vaturgcfalX· gegenüber dem oberen Bereich dee Behaltere duroh tJmhullung der oberen Zonen mit wärme!aoXierendem Material