CS239216B1 - Spósob výroby vláknitých kryštálov L- oxidu hlinitého - Google Patents

Abstract

Vynález rieši problém hromadnéj výroby vláknitých kryštálov «Α - oxidu hlinitého metódou oxidácie hliníka v atmosféře vlhkého vodika. Podstata vynálezu spočívá v tom, že kryštaly sa peatujú v recipiente tvaru trubky pozdížne rozděleně j na dve časti, pričom recipient spolu so vsádzkou sa plynule posúva cez reakč- nú zónu pece. Dlžka recipienta ie mnohonásobné vačšia ako dlžka tejto zóny. Vynález je možno využit v odbore Chemická teohnológia kovovýoh a špeoiálnýoh materiálov a v odbore metalurgie a medzné stavy materiálov.

Description

Vynález sa týká sposobu výroby vláknitých kryštálov /whiskerov/ eó - oxidu hlinitého z plynnej fázy v pohyblivom recipiente, dlžka ktorého mnohonásobné převyšuje dížku reakčnej zóny pece.

Monokryštály kovov a mnohých chemických zlúčenín v tvare tenkých vláken sa vyznačujú celým radom velmi zaujímavých vlastností, z ktorých najvačšiu pozornost vzbudzuje ich vysoká mechanická pevnost. Táto pri velmi malých prierezoch kryštálov dosahuje hodnoty blízké k hodnotám teoretickým. Kryštály v tvare tenkých vláken sú zaujímavé nielen ako objekty vhodné pre štúdium mimoriadne dokonalej vnútornej štruktúry, ale možno ich využit i v technickéj praxi, napr. v jemnej přístroj ověj technike, v mikrotechnike, pri výrobě vláknových kompozitných materiálov a pod.

Zo známých kryštálov v tvare tenkých vláken našli najváčšie uplatnenie kryštály fázy oC - oxidu hlinitého. Vyrábajú sa najčastejšie z hliníka pomocou vysokoteplotných plynofázových transportných reakcií, pri ktorých dochádza k postupnej transformácii východiskovej suroviny, umiestnenej v recipiente,na plynné medzifázy, ktoré na vhodnej podložke kondenzujú na produkt vláknitého tvaru.

Pri doterajších spósoboch výroby vláknitých kryštálov oó- oxidu hlinitého z plynnéj fázy sa používajú známe metody oxidácie hliníka vo vlhkom vodíku, redukcie halogéngv hliníka pri jeho súčasnej oxidáoii a transformácia monokryštalického alebo polykryštalického makroskopického substrátu na kryštály v tvare vláken. Najznámejšia z týchto metod je metoda oxidácie hliníka v atmosféře vlhkého vodíka. Princip tejto metody spočívá v tom, že hliník umiestnený vo vhodnom recipiente sa zohrieva niekoTko hodin na teploty 1 300 až 1 450 °C v prúde vlhkého vodíka s rosným bodom cca - 30 °C. Pri styku vodnej páry s roztaveným hliníkom dochádza k jeho oxidácii za vzniku plynných ne- 2 239 216 stabilnýoh oxid·v klinika, které na vhednej podložke prechádzajú na stabilný -exid hlinitý v tvare tenkých vláčen. Jeden pracovný cyklus pozostáva z ohřevu vsádzky na reakčnú teplotu, z výdrže na tejto teplote, kedy dochádza k vzniku vláknového produktu a z pomalého echladzevania na normglnu teplotu. Pri deterajších sposoboch výroky vláknitých kryštálov -oxidu hlinitého metodou oxidácie hliníka v atmosféře vlhkého vedíka sa použíbali recipienty róznehe zleženia, tvaru a velkosti. Najčastejšie to běli lodičky a téjliky vyrobené z čistého korundu, z kremeňa, zo zmesi exidev modifikovaných přísadami róznych kovov alebo bez týchto přísad a pod. Ich společným znakem je te, že recipient spolu so vsádzkou je vždy umiestnený do středu reakčnej zeny pece, rozměry recipienta neprevyšujú rozměry tejto zóny a počas vytvárania vláknového produktu recipient nemení vzhladom na reakčnú zenu sveju polohu. Kryštály sa pri týchto sposoboch vytvárajú na relativ ne malej podložke tveřenej iba malou častou vnútorného povrchu recipienta, takže rozměry vznikajúceho produktu sú vždy menšie ako sú rozměry reakčnej zóny pece. Nevýhodou týchto spósebev je to, že sa vyznačujú velmi malou produktivitou; v rámci jedného pracovného cyklu sa získá produkt malých rozmerov a malej hmotnosti. Ďalšeu nevýhodou je to, že vznikajúce produkty majú nízku kvalitu; sú značné heterojénne z hladiska čistoty a rozmerov krystálov. Výťažnost kvalitných kryštálov z takýchto produktov je velmi nízká a preto tieto spósoby sú značné neekonomické a možno ich použit iba v laboratórijych podmienkach, na přípravu malého množstva kryštálov.

Nedostatky uvedených spósobov odstraňuje spósob výroby vláknitých kryštálov -oxidu hlinitého metodou oxidácie hliníka v atmosféře vlhkého vodíka s rosným bodom od -10 do -60 ⁰ C pri teplote 1350 až 1450 °C, ktorého podstatou je, že do reakčného recipienta z oxidu hlinitého alebo mullitu sa umiestni vsádzka tvořená hliníkom s veIkostou častíc de 3 mm s přísadou oxidu hlinitého s velkosťou častíc do 100/um v množstve 1 až 20 % hmotnostných vztiahnuté na hmotnost hliníka a reakčný recipient sa posúva cez reakčnú zónu pece rýchlosťou 0,1 až 10 mm.rain*^, pričom dížka reakčnej zóny pece je 0,01 až 1 násobkem dížky recipienta.

Vsádzka je uložená na kovověj alebo keramickej podložke,alebo je velne uložená na dne recipienta. Recipient má tvar trubice s kruhovým alebo iným prierezom a je pozdížne rozdělený na dve časti.

Výhodou uvedeného spósobu výroby vláknitých kryštálov

- 3 - 239 216 ot- oxidu hlinitého je vysoká produktivita procesu na jeden pracovny cyklus» úspora oasu a energie v dosledku zníženia počtu neproduktívnych fáz procesu pri ohřeve a ochladzovaní vsádzky, menšie opotrebovanie zariadenia v dosledku zníženia počtu tepelných rázov, vysoká kvalita získaného produktu a možnost automatizácie celého výrobného procesu. Výhodou uvedeného sposobu je tiež to, že reakčnú zónu procesu je možné vytvořit pomocou jednoduchej priechodovej trubicovej pece, ktorej dížka vysokoteplotnej zóny. nemusí byť vačšia ako 100 mm.

Na připojených obrázkoch 1 a 2 je znázorněný pohyblivý recipient použitý pri sposobe výroby vláknitých kryštálov ©č-oxidu hlinitého podlá vynálezu. Na obrázku 1 je recipient spolu so vsádzkou připravený na vloženie do pece a na obrázku 2 je ten istý recipient po přechode cez reakčnú zónu pece. Recipient má tvar trubky skladajúcej ša zo spodnej časti 2 v ktorej sa nachádza vsádzka 1 umiestnená na kovověj alebo keramickej lodičke 2 a z odklopného viečka £» ktoré plní funkciu podložky, ná ktorej prebieha nukleácia a rast kryštálov. Viečko £ je odnímatelné a umožňuje lahký přístup ku vsádzke a k vláknovému produktu 5.·

Na plynulé posúvanie recipienta cez reakčnú zónu pece slúži tiahlo 6.

Sposob výroby vláknitých kryštálov oč- oxidu hlinitého podlá vynálezu bol použitý pri hromadnej výrobě týchto kryštálov, pričom ako vsádzka sa použila prášková zmes hliníka o velkosti častíc v rozsahu 8 až 50 yum a oxidu hlinitého o velkosti častíc 50 až 80 /um. Poměr hmotnostných podielov hliníka a oxidu hlinitého bol 10*1. Recipient bol vyrobený z mullitu s obsahom 71,7 % hmot. oxidu hlinitého, 25,8 % hmot. oxidu křemičitého a zvyšok tvořili oxid železitý, oxid vápenatý, oxid horečnatý, oxid sodný a oxid draselný. Mal tvar trubky s vonkajším priemerom 38 mm a hrubkou steny 2 mm. Jeho dížka bola 400 mm. Kryštály boli pěstované pri teplote 1 380 až 1 400 °C v atmosféře vlhkého vodíka s rosným bodom - 40 °C. Na pestovanie sa použila priechodná trubicová pec s reakčnou zónou o priemere 47 mm a dížke 100 mm. Rýchlosť posuvu recipienta bola 4 mm min Produktivita procesu na jeden pracovný cyklus sa zvýšila v porovnaní so statickým” recipientom viac ako 20 krát.

Claims (4)

1 Spósob výroby vláknitých kryštálov X -oxidu hlinitého metodou oxidáoie hliníka v atmosféře vlhkého vodíka s rosným bodom od -10 de -60 °C pri teplote 1350 až 1450 °C vyznačujúci sa tým, že do reakčného reoipienta z oxidu hlinitého alebo mullitu sa umiestni vsádzka tvořená hliníkom s velkosťou častíc do 3 mm s přísadou oxidu hlinitého s velkosťou častíc do 100/um v množstve 1 až 20 % hmotnostnýoh vztiahnuté na hmotnost hliníka a reakčný recipient sa posúva oez reakčná zónu pece rýchlosťou 0,1 až 10 mm.min\ pričom dížka reakčnej zóny pece je 0,01 až

1 násobkom dížky recipienta.

2 Spósob výroby vláknitých kryštálov <7 -oxidu hlinitého podlá bodu 1 vyznačujúci sa tým, že vsádzka je uložená na kovověj alebo keramickéj podložke·

3 Spósob výroby vláknitých kryštálov X-oxidu hlinitého podlá bodu 1 vyznačujúci sa tým, že vsádzka je volné uložená na dne recipienta.

4 Spósob výroby vláknitých kryštálov X -oxidu hlinitého podlá bodu 1 vyznačujúci sa tým, že recipient je tvořený trubicou, pozdí žne rozdělenou na dve časti·