DE1193927B - Verfahren zur Herstellung von Fasertonerde - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES Äi^S PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

COIf

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 12 m - 7/30

G 33298IV a/12 m
10. Oktober 1961
3. Juni 1965

Die Herstellung von Fasertonerde durch unmittelbare Verdampfung und anschließender Kondensation von Aluminiumoxyd ist bekannt. Zur Verdampfung von Aluminiumoxyd sind jedoch außerordentlich hohe Temperaturen erforderlich. Man erzielt keine nennenswerte Verringerung der Temperaturen, wenn man die Verdampfung im Vakuum durchführt. Das bekannte Verfahren zur Herstellung von Fasertonerde ist also wegen der erforderlichen hohen Temperaturen von geringem wirtschaftlichem Interesse.

Es ist andererseits bereits bekannt, daß man bei erhöhten Temperaturen unter Verwendung eines aus einer flüchtigen Aluminiumverbindung, Kohlenstoffdioxyd und Wasserstoff bestehenden Reaktionsgemisches einen kristallinen Aluminiumoxydüberzug auf Gegenstände aufbringen kann. Die auf diese Weise aufgebrachten Aluminiumoxydkristalle sind jedoch dicht gepackt und besitzen keine langgestreckte Form.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Fasertonerde, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein aus einem Gemisch aus einer zu verflüchtigendenAluminiumverbindung,Kohlpndioxyd und Wasserstoff bestehender, vorerwärmter Gasstrom durch eine eingangsseitig auf mindestens HOO⁰C, ausgangsseitig bis auf etwa 1500⁰C erhitzte Reaktionskammer geleitet wird, in der ein Druck von unter 100 mm Hg aufrechterhalten wird. Vorzugsweise verwendet man als Aluminiumverbindung ein AIuminiumhalogenid.

Man hat nämlich unerwarteterweise festgestellt, daß sich bei Durchführung des vorgenannten Verfahrens an den Wänden der Reaktionskammer Tonerdefasern mit einer Länge von etwa 6,3 mm abscheiden. Der angegebene Temperaturbereich und der Druck sind dabei kritisch. Bei abweichenden Temperatur- und Druckbedingungen ergibt sich ein Aluminiumoxydniederschlag in Form von dichten Kristallen bzw. eines amorphen Pulvers.

Die erfindungsgemäß hergestellte Fasertonerde eignet sich besonders zur mechanischen Verstärkung von Keramikkörpern und zur Wärmeisolierung bei hohen Temperaturen.

Die Erfindung wird nun an Hand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

In eine Aluminiumoxydröhre von etwa 15 cm Länge mit einem Innendurchmesser von etwa 1,6 mm wurde eine auf annähernd 200° C vorgeheizte Mischung von Wasserstoff, Kohlenstoffdioxyd und Aluminiumchlorid(Al₂Cl₆) gegeben. Dieerwärmte gasförmige Mischung Verfahren zur Herstellung von Fasertonerde

Anmelder:

General Electric Company,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. M. Licht und Dr. R. Schmidt,

Patentanwälte, München 2, S'endlinger Str. 55

Als Erfinder benannt:
Philip Howard Brisbin, Schenectady, N. Y.;
William Joseph Heffernan, Delmar, N. Y.
(V. St A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 13. Oktober 1960
(62335)

wurde lediglich durch Durchfluß durch die Röhre zur Reaktion gebracht, die auf einer Temperatur von 1180° C bei Eintritt der gasförmigen Mischung und bei 1500⁰C am Austrittsende gehalten wurde. Die Aluminiumoxydröhre wurde von außen durch einen eng anliegenden Molybdändraht, der als Heizkörper gewickelt war und die Aluminiumoxydröhre umgab, beheizt. Die gasförmigen Reaktionsteilnehmer wurden mit Hilfe einer Vakuumpumpe, die an der Austrittsöffnung der Röhre installiert war, durch die Reaktionsröhre geschickt. Der Druck beim Austritt betrug etwa 25 bis 30 mm Quecksilbersäule. Die Speisung der Röhre mit den gasförmigen Reaktionsbestandteilen erfolgte so, daß durchschnittlich 450 ml KöhlenstofF-dioxyd, 225 ml Wasserstoff und 400 mg Aluminiumchlorid (Al₂Cl₆) je Minute eingeleitet wurden. Unter diesen Bedingungen wurde eine derartig umfangreiche Faserbildung bewirkt, daß das Verfahren notwendigerweise nach etwa 10 bis 15 Minuten abgebrochen werden mußte, da eine so ausgiebige Faserbildung innerhalb der Röhre den weiteren Durchfluß der unreagierten Gase verhinderte. Obgleich die Faserbildung gewöhnlich in der eingangsseitigen Hälfte der Röhre beobachtet werden konnte, entstand jedoch die stärkste Faserbildung an der Austrittsöffhung oder, anders ausgedrückt, bei der höchsten Temperatur.

Die mit Hilfe des. beschriebenen Verfahrens entstandenen Fasern wurden petrographisch untersucht,

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und man stellte fest, daß jede aus einem hexagonalen Einkristall bestand, dessen Längsachse in der kristallographischen c-Richtung lag. Die Länge der Fasern betrug zwischen 0,2 und 2,5 mm bei einer durchschnittlichen Länge von etwa 1 mm und einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,05 mm.

Beispiel 2

Es wurde Fasertonerde unter Verwendung der Vorrichtung von Beispiel 1 bereitet, wobei allerdings unterschiedliche Speisungsgeschwindigkeiten, Temperaturen und Reaktionszeiten angewendet wurden. Die Mischung von Kohlenstoffdioxyd, Wasserstoff und Aluminiumchlorid, die auf etwa 200⁰C vorgewärmt war, wurde in folgender Weise in die Röhre geschickt: 300 ml Kohlenstoffdioxyd, 150 ml Wasserstoff und 425 mg Aluminiumchlorid (Al₂Cl₆) je Minute. Die Temperatur der Wände in der Röhre betrug zwischen etwa 1100°C bei Eintritt und etwa 1250⁰C bei Austritt bzw. in der Nähe der Austrittsöffnung. Der Durchfluß der Gase wurde durch einen Druck von annähernd 25 mm Quecksilbersäule an der Austrittsöffnung der Röhre bewirkt. Die Form der Aluminiumoxydfasern, die unter diesen Bedingungen erzeugt wurde, war überwiegend gleich der von Beispiel 1.

Beispiel 3

Aluminiumoxydfasern mit geringerer Größe und unterschiedlichem Verhältnis von Durchmesser zur Länge, verglichen mit denen der vorangehenden Beispiele, und Aluminiumoxydfasern mit einer durchschnittlichen Länge von 0,3 mm und einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,03 mm wurden mit Hufe der Vorrichtung von Beispiel 1 bei leicht abgeänderten Bedingungen erzeugt. Eine Mischung aus den vorgewärmten Gasen wurde in folgender Weise in die Röhre geschickt: 250 ml Kohlenstoffdioxyd, 125 ml Wasserstoff und 350 mg Aluminiumchlorid (Al₂Cl₆) je Minute. Der Temperaturanstieg innerhalb der Reaktionsröhre betrug während der Faserbildung zwischen annähernd 115O⁰C in der Nähe der Eintrittsöffnung und annähernd 1300⁰C in der Nähe der Austrittsöffnung der Röhre. Ein Vakuum von etwa 5 mm Quecksilbersäule innerhalb der Röhre wurde während etwa 30 Minuten aufrechterhalten. Die Geschwindigkeit der Faserbildung und die Art der verfahrensgemäßen Faser war überwiegend vergleichbar mit Beispiel 1.

B e i s ρ i e 1 4

Gasförmiges Aluminiumchlorid (Al₂Cl₆) und Wasserdampf, auf etwa 200⁰C vorgewärmt, wurden in die Vorrichtung von Beispiel 1 in gleicher Weise eingeführt. Der Wasserdampf wurde in einem Trägerstrom aus Argon in die Röhre eingeleitet und mit dem Aluminiumchloridgas, in der erwärmten Röhre vermischt. Die Temperatur in der Röhre betrug bei der Reaktion annähernd 1400⁰C. Ein Vakuum von etwa 14 mm Quecksilbersäule wurde während der Reaktion in der Röhre beibehalten. Das nach 60 Minuten Dauer entstandene Aluminiumoxyd bestand ausschließlich aus einem nichthaftenden Pulver, das petrographisch bestimmt wurde und mehr eine amorphe als eine kristalline Struktur besaß.

Das unzureichende Versuchsergebnis von Beispiel 4 unterstreicht die Bedeutung der bestimmten, einzuhaltenden Bedingungen für die Herstellung von kristalliner Fasertonerde.

Aus den Ergebnissen der Beispiele und theoretischen Betrachtungen geht hervor, daß die Bildung von Aluminiumoxydfasern von den Bedingungen bei der Hydrolyse abhängig ist. Man kann annehmen, daß die günstigsten Bedingungen zur Faserbildung von der Größe des Reaktionsgefäßes in gewisser Hinsicht abhängig sind, da diese sich offensichtlich auf die Verfahrensbedingungen auswirkt, d. h. auf die Speisungsgeschwindigkeit, den Temperaturanstieg innerhalb des Reaktionsgefäßes und den verringerten Druck. Obwohl nicht alle möglichen Bedingungen erforscht wurden, die eine erfindungsgemäße Aluminiumoxydfaser liefern, da die Anzahl der Möglichkeiten, d. h. der Abwandlungen der Verfahrensbedingungen, zu groß ist, sind doch gewisse Mindesterfordernisse für die ■ Faserherstellung durch Versuche bestimmt worden. Wie bereits erwähnt wurde, muß (vor Einführung der gasförmigen Reaktionsmischung) das Reaktionsgefäß auf wenigstens 1100⁰C erwärmt worden sein. Nachfolgend muß die gasförmige Mischung beim Durchströmen des Gefäßes zur Reaktion gebracht werden, wobei ein verringerter Druck von höchstens 100 mm Quecksilbersäule und gleichzeitig ein Temperaturanstieg in Richtung des Gasstromes erforderlich ist.

Außer röhrenförmigen Reaktionsgefäßen, wie es für die Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, kann man viele andersartig geformte Reaktionsgefäße verwenden, welche unter den genannten Bedingungen von einem Gasstrom durchflossen werden können.

Erfindungsgemäß verwendbare Aluminiumverbindungen sind alle diejenigen Verbindungen, die bei den erwähnten Reaktionstemperaturen flüchtig sind und die mit Wasser reagieren, so daß sich Aluminiumoxyd bildet, wenn der Druck im Reaktionsgefäß unterhalb des atmosphärischen liegt. Darüber hinaus, d. h. außer den bereits genannten Aluminiumhalogeniden, können flüchtige organische Aluminiumverbindungen verwendet werden, z. B. Aluminiumisopropoxyd und Aluminiummethoxyd.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Fasertonerde, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem Gemisch aus einer zu verflüchtigenden Aluminiumverbindung, Kohlendioxyd und Wasserstoff bestehender, vorerwärmter Gasstrom durch eine eingangsseitig auf mindestens 1100⁰C, ausgangsseitig bis auf etwa 1500⁰C erhitzte Reaktionskammer geleitet wird, in der ein Druck von unter 100 mm Hg aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Aluminiumverbindung ein AIuminiumhalogenid verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Gmelin, System Nr. 35, TeilB, S. 100, Abs. 4.

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