DE1066549B

DE1066549B - Verfahren zur Herstellung von chemischen Verbindungen von hohem Reinheitsgrad

Info

Publication number: DE1066549B
Application number: DENDAT1066549D
Authority: DE
Inventors: Gif-sur-Yvette Seine-et-Oise M. Jacques Suchet (Frankreich)
Original assignee: Manufactures des Glaces et Produits Chimiques de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1957-07-17
Publication date: 1959-10-08
Also published as: US2952599A; BE569429A; GB892132A

Description

DEUTSCHES

Es sind Verfahren zur Herstellung von Metallen und anderen Elementen von Metallcharakter, insbesondere solchen der IV., V. und VI. Gruppe des Periodischen Systems bekanntgeworden. Diese Verfahren bestehen darin, daß flüchtige Verbindungen der herzustellenden Elemente oder Mischungen solcher flüchtigen Verbindungen mit einem Reaktionsgas durch eine Reaktionskammer geleitet werden, in welcher die flüchtige Verbindung oder ihre Mischung mit dem Reaktionsgas der Einwirkung von elektrischen Hochfrequenzentladungen ausgesetzt werden, die in der Reaktionskammer durch ein Solenoid oder einen Kondensator, die an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen sind, erzeugt werden.

Es wurde nun gefunden, daß diese bekannten Verfahren auch für die Herstellung von chemischen Verbindungen von Metallen oder anderen Elementen mit metallischem Charakter der IV., V. und VI. Gruppe des Periodischen Systems von hohem Reinheitsgrad angewendet werden kann, indem in die Reaktionskammer zusammen mit der flüchtigen Verbindung des Metalls oder metallischen Elements, gegebenenfalls in Mischung mit einem reduzierenden Gas, Elemente oder Verbindungen, die mit den ersteren Metallen oder metallischen Elementen reagieren können, eingeleitet werden.

So kann gemäß der Erfindung durch die Reaktionskammer z. B. eine gasförmige Mischung, die ein Metallhalogenid MX, Wasserstoff und Stickstoff enthält, hindurchgeleitet und derart das Nitrid von M hergestellt werden.

Ferner kann gemäß der Erfindung auch, z. B. um das Carbid von M herzustellen, durch die Reaktionskammer in gasförmigem Zustand das Halogenid MX und ein Kohlenwasserstoff, wie z. B. Propan, sowie gegebenenfalls Wasserstoff hindurchgeleitet werden.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung gegeben, wobei im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels auch die Anlage zur Durchführung des neuen Verfahrens an Hand der Abbildungen be schrieben ist, welche diese Anlage schematisch veranschaulichen.

Beispiel 1

(Herstellung von Bornitrid aus Borchlorid,

Wasserstoff und Stickstoff)

In der Zeichnung ist mit 1 eine Wasserstoff- und mit 2 eine Stickstoff zuleitung bezeichnet. Beide Gase werden in sorgfältig gereinigtem und getrocknetem Zustand verwendet. Die Zuleitung für den Wasserstoff verzweigt sich in die beiden Zweigleitungen 3 und 4, von denen die Leitung 3 unmittelbar an die Leitung 4 unter Zwischenschaltung des Behälters 6 an einen Mischer 5 angeschlossen ist.

Verfahren zur Herstellung

von chemischen Verbindungen

von hohem Reinheitsgrad

Anmelder:

Societe Anonyme des Manufactures

des Glaces et Produits Chimiques

de Saint-Gobain, Chauny & Cirey,

Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. R. H. Bahr

und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte,

Herne, Freiligrathstr. 19

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 17. Juli 1957

M. Jacques Suchet, Gif-sur-Yvette, Seine-et-Oise

(Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

In dem Behälter 6 befindet sich auf einer perforierten Platte 7, z. B. aus gefrittetem Glas, unterhalb' deren die Zweigleitung 4 der Wasserstoffzuleitung einmündet, das flüssige Borchlorid. Die Stickstoffzuleitung ist unmittelbar mit dem Mischer 5 verbunden. Nach ihrem Austritt aus dem Mischer werden die Gase über ein Nadelventil 8 in eine Reaktionskammer 9 eingeleitet.

An die Wandungen der Reaktionskammer 9 sind Elektroden 10 und 10 a angelegt, die die Belegungen eines Kondensators bilden und an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen sind. Die Elektrode 10 a ist geerdet, die Elektrode 10 liegt an der Hochspannung. Die Gase treten aus der Reaktionskammer durch die Leitung 11 aus und gelangen dann in einen in eine Mischung von Alkohol und Kohlensäureschnee 13 eingetauchten Abscheider 12, der dazu dient, durch Kondensation das nicht umgesetzte Borchlorid ebenso wie die Sekundärerzeugnisse, wie BHCl₂ oder BH₂Cl, abzufangen. Die Restgase treten aus dem Abscheider über eine Leitung 14 aus und durchströmen eine mit Ätznatron gefüllte Kolonne, in welcher die Chlorwasserstoffsäure abgefangen wird, die bei der Bildung des Bornitrides entstanden ist Die Kolonne 15 ist an

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eine Vakuumpumpe 16 angeschlossen, welche es ermöglicht, einen Unterdruck entsprechend etwa 20 mm Quecksilbersäule in dem ganzen stromabwärts des. Nadelventils 8 liegenden Teil der Apparatur aufrechtzuerhalten. Dieser Druck wird durch ein Manometer 17 überwacht.

;.Tn'die Apparatur werden 120 1 Wasserstoff, unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen gemessen^⁰ eingeleitet. Von diesen 120 1 strömen 90 1 unmittelbar in den Mischer 5 und 30 1 zunächst durch den das Borchlorid enthaltenden Behälter. Ferner werden in die Apparatur 30 1' Stickstoff (unter norfnälen Bedingungen gemessen) eingeleitet.

.Der das Borchlorid enthaltende Behälter 6 liegt in schmelzendem Eis. Bei der hierdurch gegebenen Temperatur. von 0° C beträgt der Dampfdruck des Borchlorids etwa 500 mm Quecksilbersäule. Bei dem Hindurchströmen der 30 1 Wasserstoff durch das Borchlorid werden 60 1 dampfförmiges Borchlorid in den Mischer 5 mitgenommen. Die Elektroden 10 und 10 a werden von einem Hochfrequenzgenerator mit einer Leistung von 10 kW und einer Frequenz von 1 MHz mit Strom versorgt. Nach einer Betriebsdauer der Apparatur, von IV2 Stunden unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen konnten aus dem unteren Teil der Reaktionskämmer 6,5 g Bornitrid entnommen werden,. was einer Ausbeute von etwa 20 %, bezogen auf das zersetzte Borchlorid, entspricht.

Beispiel 2

(Herstellung von Siliziumnitrid aus Siliziumtetrachlorid, Wasserstoff und Stickstoff)

Auf die durchlässige Platte 7 in dem Behälter 6 wird statt des Borchlorids Siliziumtetrachlorid aufgebracht. In dem Behälter wird ständig eine Temperatur von 36° C aufrechterhalten. Ein in einer Menge von 70 1/Std. zugeleiteter Wasserstoffstrom wird in 30 1/Std., die durch die Zuleitung 4 strömen, und 40 1/Std., die durch, die Zuleitung. 3 strömen, unterteilt. Aus der Stickstoffquelle 2 wird ein Stickstoffstrom in einer Menge von 20 1/Std. eingeleitet. Durch entsprechende Ausbildung des Ventils 8 wird in der Reaktionskammer ein Druck von größenordnungsmäßig 20 mm Quecksilbersäule aufrechterhalten. Leistung und Frequenz des Hochfrequenzgenerators sind die gleichen wie gemäß Beispiel 1.

Nach 24 Betriebsstunden werden bei einem Verbrauch von etwa 5 kg Siliziumtetrachlorid 350 g Siliziumnitrid, entsprechend einer Ausbeute von 25%, erhalten.

Beispiel 3

(Herstellung von Titannitrid aus Titantetrachlorid,

Wasserstoff und Stickstoff)

Auf die durchlässige Platte 7 in dem Behälter 6 wird Titantetrachlorid aufgebracht. In dem Behälter wird ständig eine Temperatur von 90° C aufrechterhalten. Der Wasserstoff wird ausschließlich durch die Leitung 4 in einer Menge von 42 1/Std. eingeleitet. Die Leitung 3 ist abgeschaltet.

Von der Stickstoff quelle 3 aus wird ein Stickstoffstrom in einer Menge von 20 1/Std. zugeleitet. Die Leistung und die Frequenz des Hochfrequenzgenerators sind die gleichen wie gemäß Beispiel 1.

In der Reaktionskammer wird ein Druck von 10 mm Quecksilbersäule aufrechterhalten. Nach 12stündigem Betrieb ergeben sich 168 g Titannitrid von etwa der Formel Ti₃N₄ in Form eines schwarzvioletten Puders.

Der Verbrauch an Titantetrachlorid hierfür beträgt 1430 g, was einer Ausbeute von etwa 34% entspricht.

Beispiel 4

(Herstellung von Borcarbid aus Bortrichlorid
und Propan)

Auf die durchlässige Platte 7 in dem Behälter 6 wird Bortrichlorid aufgebracht. Der Behälter wird durch den Soleumlauf einer mit der Anlage kombinierten Kühlmaschine auf einer konstanten Temperatur von 4° C gehalten.

In den Behälter werden, durch die Leitung 4, 30 1/Std. Propan eingeleitet, während die Leitung 3,

ebenso wie die Leitung 2, die gemäß den anderen Ausführungsbeispielen zur Einleitung des Stickstoffs dient, abgeschaltet ist.

Die aus Propan und Bortrichlorid bestehende Mischung wird in dem Behälter in der vorstehend beschriebenen Weise unter Aufrechterhaltung eines Druckes von 20 mm Quecksilbersäule 6 Stunden lang der Einwirkung der Hochfrequenzentladungen ausgesetzt. ^: ·..: Es werden dann bei einem Verbrauch von 2,25 kg Bortrichlorid 32,5 g eines feinen schwarzen und sehr harten, aus Borcarbid bestehenden Puders, das nur sehr wenig freien Kohlenstoff enthält, gewonnen, was einer Ausbeute von etwa 12% entspricht. ..

Beispiels

(Herstellung von Siliziumcarbid aus Siliziumtetrachlorid und Propan)

Auf die durchlässige Platte 7 in dem Behälter 6 wird Siliziumtetrachlorid aufgebracht. Der Behälter wird durch einen Thermostaten auf einer konstanten Temperatur von 45° C gehalten und durch ihn ein Strom von Propan in einer Menge von 30 1/Std; hindurchgeleitet.

In der Reaktionskammer wird ein Druck von zwischen 10 und 22 mm Quecksilbersäule aufrechterhalten.

Nach ostündigem Betrieb erhält man 135 g eines schwarzen Puders von Siliziumcarbid, das 26% freien Kohlenstoff enthält. Aus diesem Pulver lassen sich durch Kalzinierung 100 g reines Siliziumcarbid gewinnen. Der Verbrauch an SiCl₄ beträgt 2,45Okg, was einer Ausbeute von 17 bis 18% entspricht.

Zwecks Herstellung von Titancarbid kann das Borchlorid auch durch Titantetrachlorid ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von chemischen Verbindungen von Metallen oder anderen Elementen von metallischem Charakter von hohem Reinheitsgrad, insbesondere zur Erzeugung von Borchlorid und Siliziumcarbid, dadurch gekennzeichnet, daß eine gasförmige Mischung einer flüchtigen Verbindung des Metalls oder metallischen Elementes mit einem flüchtigen Element oder einer flüchtigen Verbindung, die befähigt ist, mit dem Metall oder metallischen Element unter Bildung der herzustellenden Verbindung zu reagieren, sowie gegebenenfalls einem reduzierenden Gas in eine Reaktionskammer eingeleitet und in dieser der Einwirkung von elektrischen Hochfrequenzentladungen, die in der Reaktionskammer erzeugt werden, unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüchtige Verbindung des Metalls oder metallischen Elementes ein Halogenid ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende Gas Wasserstoff ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Hochfrequenzentladungen in der Reaktionskammer durch ein Solenoid oder einen Kondensator, die an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen sind, erzeugt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen