NO753125L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for tilvirking av gjenstander av- alkalioksyd-p-aluminiumoksyd.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for tilvirking, av gjenstander , av alkalioksyd-[3-aluminiumoksyd

Det er kjent, at det for nærværende finnes viktige anvendelser som faste elektrolytter i elektriske celler, som f ..eks. natrium/svovel-celler, for alkalioksyd-p-aluminiumoksyd, og særlig for natriumoksyd-p-aluminiumoksyd. For dette formål formes materialer av denne art f.eks.til rør5Jplater o.l. med hensiktsmessige keramikk-tekniske midler.

Det er også kjent at det finnes en alotropisk variant av (3-form,

og at denne variant kalles £M og har en avvikende krystall-;

struktur.

Nærmere bestemt har |3-varianten en heksagonal elemeritærkjede .som

utgjøres av to blokker åv spinelltype adskilt av et "speil"-lag'som inneholder et natriumion og et oksygenion, mens .elementærk jeden for varianten |3"' er av romboetrisk type og sammensatt av tre blokker av spinelltype som er innbyrdes adskilt ved plan som inneholder et oksygenion og natriumioner.

Av disse, to alotropiske varianter eller former har j3-formen en ■ større termodynamikk stabilitet enn varianten (3",* som videre best.

nedbrytes i: kontakt med luft som følge av et hydrolyse-fenomen. Resultatet av dette er følgelig at (j-formen, er av.':størst..industriell interesse når det gjelder tilvirkning av deler eller gjenstander egnet for anvendelse i elcktrokjomiske"celler.

En kjent fremgangsmåte som særlig er egnet for fremstilling av gjenstander av natriumoksyd-(3-aluminiumoksyd med en. formel xAl^O^, N^O består f.eks. i at' det ved en temperatur høyere enn 2000°C foretas en smeltning.av en blanding av a- eller Y-aluminiumoksyd samt natriumkarbonat i sådant forhold at x ligger mellom 5 og 11. Den således oppnådde aluminiumoksyd brytes opp og knuses inntil den ønskede kornstørrelse oppnås, hvoretter den'formes ved Hjelp av hvilken som helst hensiktsmessig formningsteknikk, og det fremstilte grovemne sluttsintres.

En annen -fremgangsmåte går ut på at den ovenfor.angitte reaksjon fremmes i fast tilstand. For dette formål blandes cc- eller y - aluminiumoksyd og natriumkarbonat (eller natriumaluminat, Al2C>2Na20) • intimt i pulverform, og bringes deretter til en sådan temperatur at den nødvendige reaksjon kan finne sted fullstendig.

Med en sådanftangangsmåte er det imidlertid funnet at hvis■

temperaturen er lavere enn 1550°C, oppnås hovedsakelig p"-formenj. mens det for høyere temperaturer oppnås en. blanding av variantene o.g.p", idet andelen av varianten p øker med temperaturen og reaksjonstiden. Det således oppnådde produkt brytes likeledes opp knuses og formes, hvoretter det fremstilte grovemne sintres.

Sådanne fremgangsmåter gjør det ikke mulig å. oppnå den rene (3-variant, og de krever videre enten anvendelse av høye temperaturer

eller fremgangsmåter som benytter seg av temperaturbehandlingstrinn av lang varighet, hvilket fører til høye tilvirkningsomkostninger.

For å overvinne.disse ulemper, er det foreslått å erstatte alt natriurrcfarbonat eller natriumaluminat med kryolitt, AlF^, 3NaF.

I dette tilfelle kan den nødvendige reaksjon oppnås ved en temperatur på 1000°C, og den vil føre til at p-varianten oppnås hovedsakelig i ren form. Ved denne fremgangsmåte må.imidlertid nevnte temperatur på. 1000°O bibéh.ol des i minst 20 timer for at'reaksjonen skal bli

fullstendig fullført.

Ved sådanne kjente fremgangsmåter vil det videre være nødvendig ørst å fremstille natriumoksyd-p-aluminiumoksyd i pulverform og deretter å forme et grovemne samt tilslutt å sintre: nevnte emne således åt den ønskelige gjenstand oppnås. Dette resulterer i lang tilvirkningstid og medfører høye'driftsomkostninger.

Foreliggende oppfinnelse gjør det imidlertid mulig å overvinne

de største ulemper ved de ovenfor angitte kjente fremgangsmåter,,

og har som formål å angi en fremgangsmåte som gjør det mulig ut fra de grunnleggende komponenter å tilvirke gjenstander av alkalioksyd-r|3-aluminiumoksyd i ytterst ren tilstand lett og direkte samt ved moderate fremstillingsomkc stiftinger

Foreliggende oppfinnelse angår derfor en fremgangsmåte for tilvirkning av gjenstander av alkalioksyd-p-aluminmumoksyd som ikke inneholder den alotropiske variant |3", hvorunder det fremstilles en intim blanding av pulveret av henhv. aluminiumoksyd og minst to forbindelser med ett og samme alkalimetall i sådant innbyrdes forhold at vektf.orholdet mellom aluminium og nevnte alkalimetall antar en forut bestemt verdi, idet den ene av nevnte alkalimetallforbindelser velges fra en gruppe som utgjøres av metallet karbonat og aluminét, mens den annen alkalimetallforbindelse omfatter minst ett fluorid.

På denne bakgrunn har oppfinnelsens fremgangsmåte som alminnelig særtrekk at nevnte intime pulverblanding i en første tilvirkningsfase formes til et grovemne for den gjenstand som skal tilvirkes, og. derpå i-erT-annen tilvirkningsfase oppvarmes til en temperatur mellom 1550 og 1800°C, idet varmebehandlingstiden ved nevnte temperatur innstilles omvendt proporsjonalt med temperaturen innenfor området.2 til 10 minutter.

Andre" særtrekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremtre, klarere ved følgende beskrivelse av e,t anskuelig utfør el eeseksempel, skjønt oppfinnelsen på ingen måte er begrenset til denne utførelse..

a- eller Y^-aluminiumoksyd, natriumkarbonat (eller natriumaluminat.) og kryolitt-pulver blandes i sådanne innbyrdes forhold at det på

den ene side dannes natriumoksyd-p-aluminiumoksyd, xAl^O^^^O, idet x ligger mellom 6 og 9, samt på den annen side vektforholdet:■

ligger mellom 5 og 95%.

Denne blanding av pulveret formes derpå enten ved pressing eller støping i en egnet form, eller eventuelt ved påføring ved elektro-forese, således at et emne for den ønskede gjenstand dannes. Dette emnet anbringes så i en varmeovn for at den ønskede reaksjon skal kunne finne sted i en ikke avgrenset atmosfære ved en temperatur mellom 1550 og 1800°C.

Det er en stor fordel at varmebehandlingstemperaturen herunder kan begrenses til 10 minutter hvis temperaturen er 1550°C og til

bare 2 minutter hvis nevnte temperatur er 1800°C.

Hvis temperaturen ligger et sted mellom 1550 og 1800°C vil

naturligvis varmebehandlingstiden ligge et tilsvarende sted mellom de ovenfor angitte behandlingstider.

Som et eksempel kan det angis at varmebehandlingstiden ved en temperatur på 1635°C fortrinnsvis, vil være omkring 6 minutter.

Ved slutten av varmebehandlingstiden tillates den således fremstilte gjenstand' å' avkjøles fritt i sin. endelige utforming.

En variant av denne fremgangsmåte består, i at det i stedet for kryolitt anvendes•et fluorid og helst natriumfluorid..

Driftsbetingelsene er identiske, idet vek-forholdet:

ligger mellom 5 og 95%.

Første eksempel: 33.95 gram oc-aluminiumoksyd, 5.45 g natriumkarbonat og 0.60 g kryolitt ble blandet sammen. Et emne i'form av en plate med dimensjoner 40 x- 15 x 3 mm ble fremstilt ved pressing. Dette emnet ble varmebehandlet ved 1605°C i 7 minutter. Etter avkjøling Q ble det oppnådd en plate av rent' natriumoksyd-p-aluminiumoksyd'av den art.som er egnet for anvendelse i elektriske celler av natrium/ svovel-type.

Annet eksempel: 31.56 g Y-aluminiumoksyd., 7.85 g natriumaluminat og 0,60 g natriumfluorid ble blandet sammen. Av denne blanding-ble det så fremstilt et rør ved elektrof orese-avsetning..Røret .'ble så varmebehandlet ved 1635° i 6 minutter. Etter avkjøling ble det så oppnådd en gjenstand av rent natriumoksyd-p-aluminiumoksyd av en art som likeledes er egnet for anvendelse i elektriske celler av natrium/svovél-type. .Det,vil være:åpenbart at oppfinnelsens fremgangsmåte, også gjør det mulig å fremstille deler av alkalioksyd-p-aluminiumoksyd av annen art enn natriumoksyd-p-aluminiumoksyd. For dette formål er det tilstrekkelig å tilføre de tilsvarende karbonater, aluminater og fluorider under lignende driftsbetingelser.

Fremgangsmåten, i henhold til oppfinnelsen gjør det.derfor mulig å fremstille deler av alkalioksyd-p-alumiriiumoksyd som er helt. fri for den alotropiske variant- p", ved å bibeholde forholdsvis lave temperaturer under forholdsvis korte tidsperioder og følgelig med moderate omkoblinger.

Videre vil det innses at sådanne .gjenstander kan fremstilles

-direkte fra de opprinnelige komponenter, nemlig ved hensiktsmessig formning og påfølgende reaksjonsfremmende sintring av nevnte komponenter,, uten at det er nødvendig på forhånd å fremstille

alkalioksyd-p-raluminiumoksyd i pulverform, hvoretter et grovemne

•fremstilles og tilslutt sintres.

Det vil forstås at oppfinnelsen på ingen måte er avgrenset til .dé beskrevne utførelser, som bare er angitt som anskuelige utførelses^-eksempler, men tvert imot dekker alle utførelsesvariantér innenfor rammen av de etterfølgende patentkrav.

Claims (6)

1.. ,: Fremgangsmåte for tilvirkning av gjenstander av alkalioksyd-p-aluminiumdksyd som ikke inneholder den alotropiske variantj j" , hvorunder det fremstilles en intim blanding av pulveret\av henhv.. . aluriniumoksyd og minst to forbindelser med ett og samme alkalimetall

1. sådant innbyrdes forhold at vektforholdet mellom aluminium og nevnte alkalimetall antar en forut bestemt verdi, idet den ene av nevnte ■ alkalimetallf orbindel ser velges fra-en gruppe som utgjøres.-av metallet karbonat og aluminat, mens den annen.alkalimetallforbindelse omfatter minst ett fluorid; karakterisert ved at nevnte intime pulverblanding i en første tilvirkningsfase formes til et grovemne for den gjenstand som skal tilvirkes, og•derpå i en annen tilvirkningsfase oppvarmes til en. temperatur mellom 15B0 og 1800°C, idet varmebehandlingstiden ved nevnte temperatur innstilles omvendt proporsjonalt med temperaturen innenfor området 2 til 10 minutter..

2. Fremgangsmåte som angitt .i krav 1, karakterisert ved at nevnte-oppvarming og-varmebehandling utføres i en ikke-aygrenset atmosfære.

3. Fremgangsmåfco som angitt i krav 1 elleir 2, karakterisert ved at. nevnte fluorid er et dobbelt fluorid av aluminium og nevnte alkalimetall, idet forholdet vekten av nevnte dobbelte fluorid og summen av vektene av henhv. néi/ rr€ e dobbelte fluorid og nevnte ene alkaliforbindelse ligger mellom 5 og 95%.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte dobbelte fluorid er kryolitt.

5. ' Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte fluorid er en enkel alkalifluorid, mens forholdet mellom vekten av nevnte enkle fluorid og summen av det enkle fluorid og nevnte ene alkalimetallr ' forbindelse ligger mellom 5 og 95%.. .

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at nevnte vektforhold mellom aluminium og alkalimetaller ligger mellom 6 og 9»