NL8802116A - Method for removing free carbon and/or metal oxide from ceramic material - Google Patents
Method for removing free carbon and/or metal oxide from ceramic material Download PDFInfo
- Publication number
- NL8802116A NL8802116A NL8802116A NL8802116A NL8802116A NL 8802116 A NL8802116 A NL 8802116A NL 8802116 A NL8802116 A NL 8802116A NL 8802116 A NL8802116 A NL 8802116A NL 8802116 A NL8802116 A NL 8802116A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- ceramic material
- carbon
- metal oxide
- temperature
- gas
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/068—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with silicon
- C01B21/0685—Preparation by carboreductive nitridation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
- C01B32/956—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
- C01B32/956—Silicon carbide
- C01B32/963—Preparation from compounds containing silicon
- C01B32/97—Preparation from SiO or SiO2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
WERKWIJZE VOOR HET VERWIJDEREN VAN VRIJE KOOLSTOFΕΝ/OF METAAL-OXIPE UIT KERAMISCH MATERIAALMETHOD FOR REMOVING FREE CARBON OR METAL OXIPE FROM CERAMIC MATERIAL
De uitvinding betreft een werkwijze voor het verwijderen vanvrije koolstof en/of metaal-oxide uit keramisch materiaal dat carbideof nitride bevat waarbij het keramisch materiaal bij verhoogde tem¬peratuur in contact wordt gebracht met een gas.The invention relates to a method for removing free carbon and / or metal oxide from ceramic material containing carbide or nitride, wherein the ceramic material is contacted with a gas at elevated temperature.
Een dergelijke werkwijze is bijvoorbeeld bekend uitJP-A-60180906 waarin koolstof wordt verwijderd uit keramische poedersmet behulp van CO2 bij een temperatuur van 600-900**C of uit US-4327066waarin koolstof wordt verwijderd uit SÏ3N4 poeder met behulp vanzuurstof bij een temperatuur van 600-1OOOhC.Such a method is known, for example, from JP-A-60180906 in which carbon is removed from ceramic powders using CO2 at a temperature of 600-900 ** C or in US-4327066 in which carbon is removed from SiN4 powder using oxygen at a temperature of 600 -1OOOhC.
Een nadeel van deze werkwijzen is dat door de aanwezigheidvan zuurstof in het gas oxidatie optreedt waardoor het zuurstofgehaltein het keramische poeder substantieel toeneemt. In het algemeenbedraagt deze toename meer dan 1 gew.%.A drawback of these processes is that oxidation occurs due to the presence of oxygen in the gas, so that the oxygen content in the ceramic powder increases substantially. In general, this increase is more than 1% by weight.
De uitvinding beoogt nu een werkwijze te verschaffen waarbijkeramische materialen met een laag gehalte minder dan 0,5 gew.% aanniet omgezette koolstof en oxide worden verkregen en waarbij geen oxi¬datie optreedt.The object of the invention is now to provide a process in which low-content ceramic materials with less than 0.5% by weight of unreacted carbon and oxide are obtained and wherein no oxidation occurs.
Dit wordt volgens de uitvinding hierdoor bereikt dat hetkeramisch materiaal in contact wordt gebracht met een NH3 bevattendgas bij een temperatuur tussen 800 en 1400nc.According to the invention, this is achieved by contacting the ceramic material with an NH3-containing gas at a temperature between 800 and 1400 ° C.
Gebleken is namelijk dat het ammoniak gas met de nog aan¬wezige koolstof in het keramisch materiaal reageert onder vorming vanHCN en H2· In plaats van ammoniak kan elke, met vrije C, HCNgenererende verbinding worden toegepast. Op deze wijze is het mogelijkalle vrije koolstof uit het keramisch materiaal te verwijderen zonderdat het keramisch materiaal wordt aangetast. Bovendien is gebleken dat toepassing van een H2/N2 mengsel, zonder NH3, niet het beoogderesultaat opleverde.Namely, it has been found that the ammonia gas reacts with the carbon still present in the ceramic material to form HCN and H2. Instead of ammonia, any compound with free C, HCN-generating compound can be used. In this way it is possible to remove all free carbon from the ceramic material without affecting the ceramic material. Moreover, it has been found that the use of an H2 / N2 mixture, without NH3, did not yield the intended result.
De werkwijze volgens de uitvinding is in het bijzonder vanbelang bij keramische materialen die bereid zijn via de carbother-mische productie methode. In deze processen waarin een metaaloxide metbehulp van koolstof in een eventueel stikstof bevattend, reducerendmilieu wordt omgezet tot Carbide of nitride, is altijd of een over¬maat oxide of een overmaat koolstof aanwezig. Wanneer een overmaatoxide wordt toegepast resulteert dit in de aanwezigheid van oxiden inhet eindprodukt; wanneer een overmaat koolstof wordt toegepastresulteert dit in de aanwezigheid van niet omgezette koolstof in heteindprodukt. Beide situaties zijn ongewenst aangezien dergelijkeverontreinigingen een negatieve invloed hebben op de kwaliteit van depoeders en het keramisch eindprodukt.The process according to the invention is of particular importance for ceramics prepared by the carbothermal production method. In these processes in which a metal oxide is converted into carbide or nitride in an optionally nitrogen-containing, reducing carbon using carbon, there is always either an excess of oxide or an excess of carbon. When an excess oxide is used, this results in the presence of oxides in the final product; when an excess of carbon is used, this results in the presence of unreacted carbon in the final product. Both situations are undesirable, since such impurities have a negative influence on the quality of the powders and the ceramic end product.
Als koolstofbron wordt in dergelijke processen bijvoorbeeldcarbon black, petroleum cokes, naald cokes, hars, suiker, zetmeel etc.toegepast. De koot wordt gebruikt voor de reductie van het metaaloxideonder vorming van CO gas en daarnaast, bij de carbide bereiding, alsgrondstof.The carbon source used in such processes is, for example, carbon black, petroleum coke, needle coke, resin, sugar, starch, etc. The pastern is used for the reduction of the metal oxide to form CO gas and, in addition, in the carbide preparation, as a raw material.
Het behulp van de werkwijze volgens de uitvinding blijkt heteenvoudig mogelijk vrije, ongebonden koolstof uit het eindprodukt teverwijderen. Zelfs blijkt het mogelijk om resten metaaloxide op dezewijze om te zetten in nitriden, hetgeen met name bij de nitridebereiding resulteert in de mogelijkheid te werken met kleine overmaatkoolstof of met een stoechiometrische verhouding metaaloxide totkool.The method according to the invention has shown that it is possible to simply remove free, unbound carbon from the end product. It has even proved to be possible to convert residues of metal oxide to nitrides in this way, which in particular in the nitride preparation results in the possibility of working with small excess carbon or with a stoichiometric ratio of metal oxide to carbon.
Bovendien is gebleken dat bij toepassing van de werkwijze opcarbiden alleen vrije, niet tot SiC omgezette, kool wordt verwijderd,en dat het carbide onaangetast blijft. Aangezien het bij de carbidebereiding goed mogelijk is om de aanwezigheid van niet omgezette oxi¬den in het carbide materiaal te vermijden, kan de hier ongewenstenitridevorming tengevolge van resten metaaloxide eenvoudig voorkomenworden door een overmaat koolstof te gebruiken.In addition, it has been found that when using the opcarbides process, only free carbon not converted to SiC is removed, and the carbide remains unaffected. Since it is quite possible in the carbide preparation to avoid the presence of unreacted oxides in the carbide material, the undesired nitride formation here due to metal oxide residues can be easily prevented by using an excess of carbon.
Het ammoniak gas wordt in het algemeen gemengd met een inertgas zoals N2 of He. De verhouding ammoniak tot inert gas is niet kri- tisch. In de praktijk blijken mengsels met 5 tot 100 % ammoniak goederesultaten op te leveren.The ammonia gas is generally mixed with an inert gas such as N2 or He. The ammonia to inert gas ratio is not critical. In practice, mixtures with 5 to 100% ammonia have been found to yield good results.
De verwijdering van koolstof kan zowel voor als na de vorm¬geving plaatsvinden d.w.z. uit het gerede keramische poeder of uit degroenlingen vóór het sinteren. De verwijdering van koolstof uitgroenlingen kan plaatsvinden in elke oven waarin een reducerend milieukan worden gerealiseerd, b.v. een kameroven. Bij de verwijdering vankool uit poeders kan elke reaktor geschikt voor gas-vaste stof reak-ties zoals een fluidbed of een moving bed reaktor worden gebruikt.The removal of carbon can take place both before and after shaping, i.e. from the finished ceramic powder or from greens before sintering. The removal of carbon outgrowths can take place in any furnace in which a reducing environmental can be achieved, e.g. a chamber oven. In the removal of coal from powders, any reactor suitable for gas-solid reactions such as a fluid bed or a moving bed reactor can be used.
De optimale temperatuur waarbij de verwijdering van koolstofplaatsvindt is afhankelijk van het type kool en de daarin aanwezigeverontreinigingen. De pyrolyse van koolstof bij hoge temperatuur, dieplaatsvindt bij de bereiding van nitriden en carbiden heeft een enormnegatieve invloed op de reaktiviteit van de koolstof tijdens het ver-wijderingsproces achteraf. Gebleken is dan ook dat de verwijdering vankoolstof met ammoniak uit keramisch poeder of uit keramische groen¬lingen pas bij hogere temperatuur plaatsvindt vergeleken met de ver¬wijdering van koolstof die niet een hoge temperatuur-behandeling heeftondergaan, zoals bijvoorbeeld koolstof uit polymeer of organisch bin-dermateriaal. De temperatuur ligt in het algemeen tussen 800 en1400«C. Wanneer zuivere kool, b.v. met metallische verontreinigingenbeneden 100 ppm., is toegepast zijn in het algemeen temperaturen inhet hoge temperatuur segment van deze range, bijvoorbeeld 1100-1400nc,voordelig.The optimum temperature at which carbon removal takes place depends on the type of carbon and the impurities present therein. The pyrolysis of carbon at high temperature, which takes place in the preparation of nitrides and carbides, has a hugely negative influence on the reactivity of the carbon during the subsequent removal process. It has therefore been found that the removal of carbon with ammonia from ceramic powder or from ceramic greenhouses takes place only at a higher temperature compared to the removal of carbon that has not undergone a high temperature treatment, such as, for example, carbon from polymer or organic bonding. material. The temperature is generally between 800 and 1400 ° C. When pure cabbage, e.g. with metallic impurities below 100 ppm, temperatures in the high temperature segment of this range, for example 1100-1400 ° C, are generally advantageous.
De hoeveelheid koolstof die nog aanwezig is in het keramischmateriaal ligt in het algemeen tussen 1 en 25 gew.%. Voor de verwij¬dering van alle niet omgezette koolstof wordt dan per mg vrijekoolstof ten minste 1,4 mg NH3 toegevoegd.The amount of carbon still present in the ceramic material is generally between 1 and 25% by weight. To remove all unreacted carbon, at least 1.4 mg NH3 is added per mg of free carbon.
De reaktietijd die nodig is om het keramisch meteriaal volko¬men vrij te maken van niet omgezette koolstof of oxide is afhankelijkvan de zuiverheid van de materialen en varieert van enkele minuten bijzeer onzuiver tot enkele uren meer in het bijzonder 5 tot 20 uur bijzeer zuivere stoffen.The reaction time required to liberate the ceramic material completely from unreacted carbon or oxide is dependent on the purity of the materials and ranges from a few minutes very impure to a few hours more especially 5 to 20 hours of very pure substances.
Het proces kan worden uitgevoerd bij atmosferische druk.Werken bij verhoogde druk b.v. 1-50 bar, heeft echter het voordeel dat daardoor kortere reaktietijden kunnen worden aangehouden.The process can be performed at atmospheric pressure, operating at elevated pressure e.g. 1-50 bar, however, has the advantage that it allows shorter reaction times.
De uitvinding zal nu verder worden toegelicht aan de hand vande volgende voorbeelden.The invention will now be further elucidated by means of the following examples.
Voorbeeld IExample I
Een SiC poeder dat na carbothermische synthese 10 gew.% vrijekool bevatte werd getabletteerd. De persdruk bedroeg 100 MPa. Dediameter en de hoogte van de tabletjes was 5 mm. Het SiC met C poederbevatte ongeveer 1000 ppm metalen. 300 g tabletjes reageerden in eengepakt bed bij een temperatuur van 1200bc. Het gasdebiet was 900 lammoniak C1 atm> per uur. De beddiameter was 75 mm. De reactietijd was10 uur. Na afloop van de reactie was het gehalte aan vrije kool minderdan 0,5 gew.%. Het stikstofgehalte van de tabletten was na afloopminder dan 0,5 gew.%. Het zuurstofgehalte na afloop was minder dan 0,5gew.%.A SiC powder containing 10% by weight of free carbon after carbothermal synthesis was tableted. The press pressure was 100 MPa. The diameter and height of the tablets was 5 mm. The SiC with C powder contained about 1000 ppm of metals. 300 g of tablets reacted in a packed bed at a temperature of 1200 bc. The gas flow rate was 900 ammonia C1 atm> per hour. The bed diameter was 75 mm. The reaction time was 10 hours. After the reaction, the free carbon content was less than 0.5% by weight. The nitrogen content of the tablets afterwards was less than 0.5% by weight. The oxygen content afterwards was less than 0.5% by weight.
Voorbeeld IIExample II
Een SiC poeder met 4 gew.% vrije kool werd getabletteerd. Depersdruk was 100 MPa. De diameter van het tablet was 13 mm en dehoogte was 4 mm. Het SiC met C poeder bevatte 100 ppm metalen. Hettablet werd geplaatst in een microreactor en opgewarmd met 20 K perminuut tot 1190«C. De reactietijd bedroeg 10 uur. Het gasdebiet doorde microreactor was 100 ml (1 atm) per minuut. Het gas bestond voor 40gew.% uit ammoniak en voor óQ gew.% uit stikstof. Na afloop van dereactie was het gehalte aan vrije kool minder dan 0,5 gew.%. Hetgehalte aan zuurstof was na afloop minder dan 0,5 gew.%. Het gehalteaan stikstof was na afloop ook minder dan 0,5 gew.%.A SiC powder with 4% by weight free carbon was tableted. Pressing pressure was 100 MPa. The diameter of the tablet was 13 mm and the height was 4 mm. The SiC with C powder contained 100 ppm of metals. The tablet was placed in a microreactor and warmed with 20 K perminute to 1190 ° C. The reaction time was 10 hours. The gas flow through the microreactor was 100 ml (1 atm) per minute. The gas consisted of 40% by weight of ammonia and% by weight of nitrogen. At the end of the reaction, the free carbon content was less than 0.5% by weight. The oxygen content afterwards was less than 0.5% by weight. The nitrogen content was also less than 0.5% by weight afterwards.
Voorbeeld IIIExample III
Van siliciumnitride poeder, bereid via reaktie van SiCI4 metNH3, werd een tablet geperst. De persdruk was 100 MPa. De diameter vanhet tablet was 13 mm en de hoogte was 5 mm. Het tablet werd geplaatstin een microreactor. De opwarmsnelheid was 20 K per minuut. De reac-tietemperatuur was 1120nC en de reactietijd was 10 uur. Het gasdebietwas 100 ml per minuut bij kamertemperatuur en 1 atm. Het gas bestond voor 40 gew.% uit ammoniak en voor 60 gew.% uit stikstof. Na afloopvan de reactie bleek dat het zuurstofgehalte gedaald was van 1,0 tot0,5 gew.%A tablet was pressed from silicon nitride powder prepared by reacting SiCl 4 with NH 3. The press pressure was 100 MPa. The diameter of the tablet was 13 mm and the height was 5 mm. The tablet was placed in a microreactor. The heating rate was 20 K per minute. The reaction temperature was 1120 ° C and the reaction time was 10 hours. The gas flow rate was 100 ml per minute at room temperature and 1 atm. The gas consisted of 40% by weight of ammonia and 60% by weight of nitrogen. At the end of the reaction, it was found that the oxygen content had dropped from 1.0 to 0.5% by weight
Voorbeeld IVExample IV
Een gasroet (printex U, < 400 ppm metalen) werdgetabletteerd. De persdruk was 100 MPa. De diameter van het tablet was13 mm, de hoogte was 5 mm. Het tablet werd opgewarmd tot 1500*»0 met 10K per minuut in een microreactor. Vervolgens werd het tablet afgekoeldvan 1500ac tot kamertemperatuur met 10 K per minuut. De microreactorwerd doorstroomd met 100 ml gasmengsel (1 atm.) per minuut. Hetgasmengsel bestond voor 20 gew.% uit ammoniak en voor 80 gew.% uitstikstof. De samenstelling van de gasstroom na de reactor werd geana¬lyseerd met een massaspectrometer. Een zeer grote reactiesnelheid werdgeconstateerd bij het opwarmen. De grootste reactiviteit bij hetopwarmen werd gemeten rond 1050HC. Een minder grote reactiesnelheidwerd geconstateerd bij het afkoelen. De grootste reactiviteit bij hetafkoelen werd gemeten rond 1150nc.A carbon black (printex U, <400 ppm of metals) was tableted. The press pressure was 100 MPa. The diameter of the tablet was 13 mm, the height was 5 mm. The tablet was warmed to 1500 ° C at 10K per minute in a microreactor. The tablet was then cooled from 1500 ° C to room temperature at 10 K per minute. The microreactor was flowed through at 100 ml gas mixture (1 atm.) Per minute. The gas mixture consisted of 20% by weight of ammonia and 80% by weight of nitrogen. The composition of the gas flow after the reactor was analyzed with a mass spectrometer. A very high reaction speed was observed during heating. The greatest reactivity in warm-up was measured around 1050HC. A slower reaction rate was noted on cooling. The greatest reactivity in cooling was measured around 1150 ° C.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8802116A NL8802116A (en) | 1988-08-27 | 1988-08-27 | Method for removing free carbon and/or metal oxide from ceramic material |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8802116A NL8802116A (en) | 1988-08-27 | 1988-08-27 | Method for removing free carbon and/or metal oxide from ceramic material |
| NL8802116 | 1988-08-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8802116A true NL8802116A (en) | 1990-03-16 |
Family
ID=19852811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8802116A NL8802116A (en) | 1988-08-27 | 1988-08-27 | Method for removing free carbon and/or metal oxide from ceramic material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL8802116A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0476422A1 (en) * | 1990-09-07 | 1992-03-25 | H.C. Starck GmbH & Co. KG | Process for preparing a beta-type silicon carbide powder |
-
1988
- 1988-08-27 NL NL8802116A patent/NL8802116A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0476422A1 (en) * | 1990-09-07 | 1992-03-25 | H.C. Starck GmbH & Co. KG | Process for preparing a beta-type silicon carbide powder |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW567168B (en) | A method of producing a metal-containing single-phase composition | |
| US4680278A (en) | Process for preparing aluminum nitride powder | |
| US4619905A (en) | Process for the synthesis of silicon nitride | |
| JPS6112844B2 (en) | ||
| JP2528056B2 (en) | Method for producing titanium diboride and boron nitride powder | |
| NL8802116A (en) | Method for removing free carbon and/or metal oxide from ceramic material | |
| US4977113A (en) | Process for producing silicon aluminum oxynitride by carbothermic reaction | |
| EP0122897B1 (en) | A process for the production of silicon nitride | |
| JPS62241812A (en) | Manufacture of silicon nitride | |
| US4382915A (en) | Quenching of ZnO-char gasification | |
| JP2563874B2 (en) | Continuous method for producing silicon nitride by carbonitriding and silicon nitride obtained thereby | |
| US4582696A (en) | Method of making a special purity silicon nitride powder | |
| JPH0416502A (en) | Production of boron nitride | |
| US5108967A (en) | Process for producing nonequiaxed silicon aluminum oxynitride | |
| JP2670849B2 (en) | Method for manufacturing α-type silicon nitride | |
| JPH028964B2 (en) | ||
| AU648108B2 (en) | A proces for the preparation of alpha-silicon nitride powder | |
| JP3539777B2 (en) | Manufacturing method of aluminum nitride | |
| RU2813569C1 (en) | Method of producing composite material based on silicon nitride | |
| JPH0315486B2 (en) | ||
| EP0225412A1 (en) | Production of silicon imides and of silicon nitride thereof | |
| JPH0483706A (en) | Production of boron nitride | |
| SU910660A1 (en) | Process of modfying atactic polypropylene | |
| JPS63162516A (en) | Production of silicon nitride | |
| JPH10203818A (en) | Granulated low-oxygen silicone, its production and production of silicon nitride |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A1B | A search report has been drawn up | ||
| BV | The patent application has lapsed |