NO174694B - Apparat og fremgangsmaate for fremstilling av ensartete, fine, borinneholdende, keramiske pulvere - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse har befatning med keramiske pulvere. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen et apparat og en fremgangsmåte for fremstilling av keramiske pulvere, som nærmere angitt i ingressen til de etterfølgende, selvstendige henholdsvis krav 1 og 8.

I senere år har keramiske materialer funnet stor anvendelse i mange industrier. Store anstrengelser har vært gjort for å utvikle og fremstille keramiske deler av materialer som har de ønskede, fysiske egenskaper, f.eks. hardhet, bevart konstruksjonsmessig integritet og kjemisk inaktivitet. Det har også vært forsøkt å eliminere defekter som ofte medfører bruddskader på keramiske deler. Slike potensielle brudd er en betydelig hindring for øket bruk av keramiske materialer i visse tilfeller, og kan ofte tilskrives små sprekker som skyldes ufullstendig pakking av forstadiums-pulverne. For å løse dette problem kan det fremstilles fine, enkeltdispergerte pulvere som lar seg pakke tett, slik at tomrommene mellom partiklene reduseres. Det er blitt foreslått av E. A. Barrin-ger og H. K. Bowen i "Formation, Packing and Sintering of Monodispersed Ti02 Powders", J. Amer. Ceram. Soc. 65, C-199

(1982), at et "ideelt" keramisk pulver for tilvirking av en høykvalitets-del, skal være av høy renhet og inneholde partikler som er enkeltdispergerte, sfæriske, uaglomererte og med en partikkeldiameter av 0,1 - 1,0 /Lim.

Ved anvendelse av fine, keramiske pulvere i maskinfrem-stilte keramikkdeler oppnås flere fordeler. Når et keramisk pulver komprimeres, vil f.eks. innbyrdes tilgrensende partikler vanligvis sammensmeltes til korn. Kornstørrelsen bestemmes hovedsakelig av krystallittstørrelsen i partiklene hvorav delen fremstilles, hvilket innebærer at kornstørrelsen generelt er større enn størrelsen av krystallittene hvorav en keramikkdel tilvirkes. Komprimeringen av finpartikler bestående av finkrystallitter gjør det således mulig å fremstille finkornede deler. En annen fordel ved bruken av keramiske pulvere med krystallitter av ensartet finstørrelse, er at temperaturene som kreves for komprimering av pulverne, ofte reduseres. I industriell målestokk kan dette resultere i en betraktelig energibesparelse.

Forholdet mellom kornstørrelse og fysisk integritet er også blitt gransket. Således er resultatet av undersøkelser av dette forhold for borkarbiddeler, foretatt av A. D. Osipov m.fl., gjengitt i publikasjonen "Effect of Porosity and Grain Size on the Mechanical Properties of Hot-Pressed Boron Car-bide", Sov. Powder Metall. Met. Ceram. (engelsk oversettelse) 21(1), 55-8 (1982). Forfatterne har konstatert at deler med finere kornstørrelse er betydelig sterkere enn deler bestående av grove korn. Kontroll av kornstørrelse vil derfor åpenbart være gunstig for borbaserte systemer.

I betraktning av disse' oppdagelser er det nedlagt betydelig forskningsarbeid for å utvikle fremgangsmåter og midler for produsering av ensartede og finkornede, keramiske pulvere. Kommersiell fremstilling av keramikkpulvere har typisk fore-gått porsjonsvis, ved finmaling, syreutluting og størrelses-sortering av keramikkpulvere. Disse pulvere er vanligvis blitt syntetisert gjennom reaksjoner basert på langsom, uens-artet oppvarming over lengre tidsrom. Kommersiell produksjon av borkarbid foregår således oftest ved at boroksid reduseres med karbon i en buelys-satsovn, som beskrevet av A. Lipp i "Boron Carbid: Production, Properties, Application", Tech-nische Rundschau, No. 14, 28, 33 (1965) og 7 (1966). Reaksjon og avkjøling foregår gjennom et langt tidsrom av flere dager, på grunn av den langsomme varmeledning som styrer prosessen. De uensartede prosessbetingelser forårsaker uensartede, kjemiske sammensetninger og krystallstørrelser i produktet. Den sintrede produktmasse som fremkommer av denne prosess, krever fysisk størrelsesreduksjon for frembringelse av en partikkel-størrelse som er tilstrekkelig fin for komprimering. Grunnet den ekstreme hardhet hos borkarbid er dette størrelsesredu-seringstrinn ytterst vanskelig og kostbart, og resulterer i at produktet forurenses med urenheter fra malingsprosessen. Nødvendig syreutluting av metallforurensninger kompliserer prosessen ytterligere.

Som folge av de problemer som oppstår grunnet den langsomme, uensartede oppvarming og de etterfølgende behandlings-komplikasjoner har forskere forsøkt å finne metoder for direkte fremstilling av egnede pulvere, slik at størrelsesreduse-ring og andre prosesstrinn kan unngås. En effektiv metode innbefatter direkte syntetisering av pulvere fra laseroppvarmede gasser. Således beskriver R. A. Marra og J. S. Haggerty, i en artikkel "Synthesis and Characteristics of Ceramic Powders Made from Laser-Heated Gases," Ceram. Eng. Sei. Proe. 3, 31 (1982) tilbereding av silisium-, silisiumkarbid- og sili-siumnitridpulver ved hjelp av eksotermiske drivreaksjoner innbefattende SiH4. Resultatet er likeaksede, enkeltdispergerte pulvere med partikkelstørrelser 0,01 - 0,1 /im. Marra og Haggerty hevder videre at denne laseroppvarmede prosess kan benyttes for produsering såvel av oksidholdig som oksidfri keramikk, såsom TiB2, A1N, B4C osv.

Pulvere er også blitt syntetisert av radiofrekvens-opp-varmede plasmagasser. Se eksempelvis US-patentskrift 4.266.977. Det er der beskrevet en gassfase-pyrolyseprosess for fremstilling av karbonholdige titandiboridpulvere av partikkelstørrelse mindre enn l/m, hvorved titan halogenid- og gassholdige borkilde- (f.eks. bortriklorid-)reaktanter blandes med en varm hydrogenstrøm som produseres ved oppvarming av hydrogen i en plasmaovn.

Ved en annen, syntetisk prosess av gassfasetype, kjent fra US-patentskrift 3.346.338, produseres findelt silisium eller titankarbid kontinuerlig ved innføring av en damp av hver reaktant i den ene ende av en ovns reaksjonssone og etterfølgende fjerning, fra den annen ende av reaksjonssonen, av et findelt karbidprodukt.

Laser- eller plasmaoppvarmingen av reaktant-gasser kjen-netegnes generelt ved nesten momentan oppvarming av reaktanter, korte reaksjonstider (brøkdeler av et sekund) med minimal påvirkning av høy temperatur, og nesten momentan produktav-kjøling. Nettoresultatet av den praktisk talt momentane og jevne oppvarming er keramikkpartikler av ensartet, partikkel-størrelse mindre enn 1 /im. Men selv om gassfase-syntetiserte pulvere har mange av de ønskede egenskaper, er de relativt kostbare i fremstilling på grunn av den iboende, langsomme genereringshastighet og den høye pris for det nødvendige utstyr og de gassholdige råmaterialer (eksempelvis bortriklo-rid). Gassfaseprosessene er derfor, selv om de er teoretisk interessante, mindre egnet for kommersiell bruk.

En annen fremgangsmåte, den såkalte "termittreaksjon", er basert på redusering av et metalloksid med et metall. Det er f.eks. i US-patentskrift 2.834.651 beskrevet en satsmetode for fremstilling av borkarbid av finpartikkelstørrelse ved oppvarming av en blanding av boroksid, karbon og magnesium. Reak-sjonsdeltagerne blir typisk inngående sammenblandet, ifylt i en beholder og reaksjonen innledet, enten ved oppvarming av hele reaksjonsblandingen til en tilstrekkelig høy temperatur, eller ved bruk av tennere o.l. Termittreaksjonen er meget eksotermisk og selvforplantende. Selv om det ved termittpros-essen typisk produseres finpartikler, er partikkelstørrelsen temmelig varierende (0,2 - 10 /xm) grunnet ujevn oppvarming og uensartede temperaturer og reaksjonstider ved en temperatur. Da det vanligvis benyttes overskuddsmetall i disse reaksjoner, kreves etterbehandling i et syreutlutings/spylingstrinn for oppløsing og fjerning av gjenværende metall. Keramikkpulvere som produseres ved termittreaksjonen, er lite egnet for anvendelse hvis det kreves høy renhet, fordi pulverne er forurenset med metallrester. Selv etter gjentatt behandling med varme mineralsyrer, er disse metallrester vanskelige å fjerne.

Generelt omfatter disse forsøk innføring av reaktanter i fast form gjennom et oppvarmet, relativt trangt kammer, inneholdende inerte eller eller reaksjonsforenelige gasser, med en hastighet som varierer i overensstemmelse med den ønskede reaksjon og nødvendigheten av å forhindre nedbryting av det ønskede produkt. US-patentskrift 1.212.119 beskriver således en vertikal ovn, hvori en blanding av karbon og et aluminiums-holdig materiale oppvarmes mens det enten faller fritt i en nitrogenatmosfære eller omgis av en nitrogenstrøm som er tilstrekkelig for fremstilling av aluminiumnitrid. US-patentskrift 1.217.842 beskriver en ovn, hvori gasstrømmen ikke passerer gjennom reaksjonssonen langs samme bane som reaktant-materialet, men i stedet inntrenger i reaksjonssonen gjennom porøse vegger. Derved forhindres avsetting av reaktantmateri-aler eller av produkt på de porøse reaktorvegger.

To typer av vertikale og rørformede "fluidvegg"-reaktorer er beskrevet i US-patentskrift 3.933.434, 4.042.334, 4.044.117, 4.056.602, 4.057.396, 4.095.974, 4.199.545 og 4.234.543. Disse reaktorer har en innløpsende, et reaksjonskammer og en utløpsende. Reaksjonskammeret dannes som det indre av det hylster av inert fluid som beskytter rørinnerveg-gen mot reaktanter og reaksjonsprodukter. De to reaktortyper har sin årsak i den fremgangsmåte hvorved det ringformede "fluidvegg"-hylster dannes. I den ene versjon har reaktoren en porøs vegg hvorigjennom inert fluid strømmer radialt innad i forhold til reaktorrørets innervegg. I den annen versjon er det, nær innløpsenden, montert en laminærspreder hvorigjennom et fluid fremføres under trykk og strømmer i et stort sett laminært mønster gjennom reaksjonskammeret. Derved dannes et beskyttende teppe for reaktorrørets innervegg. Generelt er disse reaktorer beskrevet som egnet for ulike, kjemiske prosesser innbefattende pyrolyse-, termolyse-, dissosierings-, nedbrytings- og forbrenningsreaksjoner både for organiske og uorganiske sammensetninger.

US-patentskrift 4.292.276 beskriver et apparat for fremstilling av silisiumkarbid hovedsakelig i form av krystaller av beta-type. I apparatet inngår en reaksjonstank med et innløp for utgangsmateriale, en forvarmingssone, en avkjø-lingssone og et stengbart produktutløp, i nevnte rekkefølge. Det stengbare utløp muliggjør flere timers forlengelse av reaksjonstider, for falltilførte briketter av diameter 3-18 mm. I dette tilfelle benyttes indirekte, elektrisk oppvarming. Som ytterligere eksempler på kjent teknikk på området kan nevnes FR 2.591.412 og DE 2.620.313.

Ingen av disse reaktor/ovnkonstruksjoner er spesielt utstyrt for kontinuerlig innføring av smeltbare faststoffer i reaksjonskammeret, eller for kontinuerlig uttømming av konden-serte fluider fra utløpsenden. Et spesielt problem oppstår når det anvendes utgangsmateriale inneholdende boroksid, borsyre eller boroksid med overflatefuktighet som reagerer som borsyre, for fremstilling av borholdige produkter. Boroksid har spesiell, kommersiell betydning som utgangsmateriale for flere av disse borholdige keramikksammensetninger, på grunn av dets realtivt lave pris og lett tilgjengelighet. Problemet er imidlertid at boroksid mykner ved ca. 325°C, smelter ved ca. 450°C og fordamper ved temperaturer over ca. 1400°C. Borsyre gjennomgår en smeltefase ved 150°C - 175°C, og danner det flytende metaborat BO.OH. Når de ovennevnte ovnskonstruksjo-ner benyttes med boroksid, vil partiklene gjennomgå en oppvar-mingssyklus fra under 150°C til over 1400°C idet de inntrenger i ovnens reaksjonssone, slik at de uunngåelig befinner seg i flytende tilstand på et bestemt sted nær innløpet til reaksjonssonen. Dette innebærer at flytende boroksid har tendens til å avsettes noe sted nær inngangen til ovnens reaksjonssone, hvilket ofte medfører vanskeligheter grunnet gjentetning.

Også når det anvendes gass (inert eller reaksjonsforene-lig) for medføring av fint reaktantpulver inneholdende boroksid til reaktorens reaksjonssone, vil motrettede termalvirvel-strømmer i reaktoren uunngåelig tvinge en betydelig mengde av fint reaksjonsdeltakerpulver mot kjøligere innløpsflater, med derav følgende gjentetting grunnet dannelsen av store aglomerater inneholdende boroksid. Disse store aglomerater kan deretter falle eller føres gjennom reaksjonssonen og danne produktaglomerater med ufullstendig omdannede reaksjonsdelta-ker-innerkj erner.

Et problem som spesielt opptrer ved anvendelse av en "fluidvegg"-reaktor, skyldes den begrensede oppholdstid i reaksjonssonen. Det behøves en betydelig fluidmengde for opprettelse av det ringformede gasshylster som beskytter reaktorveggen. Oppholdstiden for et reaktantpulver som trans-porteres gjennom reaktoren, er i høy grad avhengig av gassens strømningshastighet i reaktorrøret. Det antas derfor at det, ved gjennomføring av en reaksjon mellom faststoffer (eksempelvis boroksid og karbon, for syntetisering av borkarbid og karbonmonoksid), vil være nødvendig å redusere strømmen av unødvendige, inerte fluider, for å øke reaktorens kapasitet. Dette er særlig tilfelle hvis det inerte fluid er kostbart, såsom argon eller helium.

Et annet problem ved anvendelse av de kjente ovnkonstruksjoner er å forhindre kondensering av fordampet reaktant-overskudd (eksempelvis boroksid) langs avkjølingssonens innerveg-ger i de utførelsesformer som er utstyrt med en slik spesiell seksjon. Overskuddsmengde av boroksid benyttes typisk i reaktantblandingen, fordi eventuelt ureagert boroksid er oppløsbart i vann og kan vanligvis lett bortskylles fra produktpulveret. Når de ovennevnte ovnkonstruksjoner anvendes med beskikninger inneholdende boroksid i overskuddsmengde, vil det utstrømmende produkt inneholde fordampet boroksid som gjennomgår en avkjølingssyklus fra over 1400°C til under 325°C idet det passerer gjennom avkjølingssonen, og derfor uunngåelig må befinne seg i flytende tilstand på et bestemt sted nær innløpet til reaktorens avkjølingssone. Dette innebærer at flytende boroksid vil avleires og herdne i innløpet til avkjø-lingssonen, hvilket igjen ofte medfører vanskeligheter med gjentetting, og forhindrer kontinuerlig drift.

Andre problemer som oppstår, har tilknytning til det endelige produkt. Ved flere av de kjente ovner er det, for det første, ytterst vanskelig å fremstille forandringsbestandige produkter, såsom boranrikede borkarbider, fordi avkjølin-gen eller "bråkjølingen" ikke foregår tilstrekkelig raskt til praktisk talt å avbryte reaksjonen på et forandringsbestandig punkt. De kjente ovner er dessuten ikke istand til å gi den ønskede ensartethet og størrelse mindre enn 1 /im for optimal ytelse av et komprimert keramikkstykke. I motsetning til lasermetoden som gir ekstremt store, nesten momentane og ensartede temperaturdifferanser, frembyr de kjente ovner miljøer hvori temperaturøkningene foregår meget mer gradvis og adskilling mer ujevnt, og det er derfor mulighet for krystalittdannelse med derav følgende økning i kornstørrelsen hos den komprimerte gjenstand.

Det er derfor behov for et apparat og en fremgangsmåte for fremstilling av ensartede og finpartiklede, keramiske pulvere, fortrinnsvis av diametre mindre enn 1 jum og høy renhet. Apparatet og fremgangsmåten bør fortrinnsvis kunne tilpasses for anvendelse av boroksid som utgangsmateriale, og for eliminering eller minsking av problemene grunnet utgangs-material- eller produkt-avleiring på ovnsveggene, på ethvert stadium av prosessen. Apparatet bør også fortrinnsvis kunne tilpasses for produksjon av forandringsbestandige, borholdige, keramiske pulvere og sammensatte,* borholdige, keramiske pulvere.

Ovennevnte behov tilfredsstilles ifølge oppfinnelsen ved et apparat og en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte art, med de nye og særegne trekk som er angitt i den karakte-riserende del av henholdsvis krav 1 og 8. Fordelaktige utfø-ringsformer av oppfinnelsen er angitt i de etterfølgende, uselvstendige krav 2 - 6 og 9 - 17. Oppfinnelsen omfatter også anvendelse av et apparat ifølge krav 1-6, for fremstilling av ensartet, finpartiklet keramisk pulver.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i tilknytning til tegningen, hvor: Figur 1 viser et sideriss, hovedsakelig i snitt, av en versjon av reaktorapparatet ifølge oppfinnelsen, hvor banen for reaktantene og produktet er angitt med piler. Figur 2 viser et detaljert sideriss, hovedsakelig i snitt, av den øvre seksjon av reaktorapparatet ifølge figur 1. Figur 3 viser et overført elektronmikroskop-bilde, for-størret 144.000 ganger, av et B4C/2.2 vekt-% TiB2 pulverblan-ding, tilberedt ved 1.900°C i overensstemmelse med en versjon av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Figur 4 viser et røntgenspektroskopisk energisprednings-mikrobilde (Ti K-alfa røntgenstrålekart), forstørret 800 ganger, av et B4C/2.2 vekt-% TiB2-pulverblanding tilberedt ved 1.900°C i overensstemmelse med en versjon av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Figur 5 viser et optisk mikrofotografi, forstørret 1000 ganger, av en etset, komprimert del som er fremstilt av et

B4C/TiB2-pulverblanding som er tilberedt ved 1.900°C i overensstemmelse med en versjon av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Det er ifølge oppfinnelsen frembragt et apparat og en fremgangsmåte for fremstilling av jevnt finpartiklede og borholdige, keramiske pulvere ved hurtig, karbotermal redusering, idet det ved fremgangsmåten oppnås tilnærmelsesvis samme ensartethet og hurtige prosesstemperaturforskjeller som ved de laseroppvarmede gassfase- og plasmaprosesser, men til en betydelig redusert pris. Apparatet ifølge oppfinnelsen er i én utførelsesform egnet for anvendelse ved produsering av ensartede og finpartiklede, keramiske pulvere. De fremstilte, keramiske pulvere har fortrinnsvis individuelle krystalldiame-tre av under 1 mikrometer og fortrinnsvis under 0,5 mikrometer, mens partikkelstørrelsene fortrinnsvis ligger mellom submikrometer og 20 mikrometer. Apparatet er en reaktor som i det vesentlige består av fire hoveddeler. Disse er: (1) den avkjølte reaktant-transporteringsdel, (2) reaksjonskammeret, (3) varmekilden og (4) kjølekammeret. Reaktorapparatet er nærmere beskrevet i det etterfølgende i forbindelse med teg-ningene.

I en utførelsesform ifølge oppfinnelsen omfatter reaktorapparatet en reaktor hvori utgangs-reaktanter kan bringes til å reagere ved å oppvarmes hurtig og jevnt, hvoretter produktet avkjøles raskt og fjernes kontinuerlig fra reaktoren. Oppvar-mingen og avkjølingen foregår tilstrekkelig hurtig og jevnt til å muliggjøre fremstillingen av finpartiklede pulvere bestående av ensartede krystalitter av submikrometerstørrelse. Videre foregår avkjølingen tilstrekkelig raskt til å muliggjø-re tilbereding enten av stabile produkter, såsom B4C, eller av forandringsbestandige produkter, såsom boranrikede borkarbider inneholdende B8C, B25C og B13C2. Reaktoren er av en konstruk-sjon som vil eliminere eller redusere problemene grunnet reaktant-gjentetning, særlig ved anvendelse av boroksid-baser-te utgangsmaterialer, og likeledes medvirke til å eliminere vanskeligheter med produkt-gjentetning.

En konstruksjonsmodifisering, spesielt med henblikk på minsking av vanskelighetene på grunn av reaktant-gjentetning, innbefatter den avkjølte reaktant-transporteringsdel. Det fremgår av figur 1 og 2 at denne transporteringsdel 6 har en sidevegg som danner en rørledning for injisering av reaktanter. Denne reaktant-transporteringsdel kan være sylindrisk, rektangulær eller av annen, hensiktsmessig form. Transporteringsdelen er fortrinnsvis tilvirket av kobber som har den ønskede varmeledingsevne som tillater plassering ihvertfall av rørenden direkte i strålingsreaktorkammeret. Fortrinnsvis kan en kort del av røret innplasseres direkte i reaktorkammeret. Det kan også brukes andre, ledende materialer. Transporteringsdelen avkjøles, fortrinnsvis med kaldt vann som strømmer gjennom en kjølekappe 8. Kjølekappen er fortrinnsvis skjermet med en ledeplate 10, og kjølemiddelet vil strømme inn gjennom et innløp 12 og ut gjennom et utløp 14. Andre egnede varme-overføringssystemer kan også benyttes.

Denne reaktant-transporteringsdel er anordnet i fluidforbindelse med reaktorkammeret 16, slik at det ved transporte-ringsdelutgangen 18 dannes et gasstrømningskammer 20 langs ytterveggen av den avkjølte del, dvs. utenfor kjølekappen eller et annet varmeoverf©ringssystem, og i forbindelse med reaktorkammeret 16. En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter en avkjølt reaktant-transporteringsdel i forbindelse med reaktorkammeret 16. En annen, foretrukket utførelsesform omfatter et antall reaktant-transporteringsde-ler som står i forbindelse med reaktorkammeret 16 og som kan adskilles innen innføringen i reaksjonskammeret 16. Gasstrøm-ningskammeret går i et bestemt punkt over i et rensegassinnløp 22, og er fortrinnsvis åpent langs hele sin nedre ende, for at rensegassen skal kunne utstrømme til reaktorkammeret. Følge-lig kan kammeret fortrinnsvis danne en ringsone. Rensegass-innløpet 22 kan være konstruert som en del av en metallbære-hylse 25 som kan være fastgjort til en yttermantel 30 med bolter 27 langs en kant og fortrinnsvis avtettet med en pak-ningsring 31 i den motsatte ende, for å medvirke til opprettelse av en gassavtetning. En plugg 23, fortrinnsvis av grafitt, danner hoveddelen av reaktorkammerets overside. Reaktant-transporteringsdelen er videre forsynt med en inn-løpsåpning 24.

Reaktorkammeret 16 er utstyrt med en reaktorvegg 26, fortrinnsvis av grafitt. Andre varmebestandige og eksempelvis karbonholdige materialer kan også brukes. For å fastholdes er reaktorveggen fortrinnsvis innskrudd i en gjenget bøssing 29. Veggen avgrenser en reaksjonssone 28. En yttermantel 30 er fortrinnsvis anordnet konsentrisk med reaktorveggen 26. Yttermantelen skal beskytte omgivelsen mot de ekstremt høye temperaturer, vanligvis over 1.400°C, som vil råde i reaksjonssonen. Yttermantelen omslutter fortrinnsvis et lag av isolasjonsmateriale 32 og avkjøles på hensiktsmessig måte, f.eks. gjennom et vannkjølingssystem. I en versjon av oppfinnelsen er det også anordnet en gassrensingssone 34 som omgir reaktorveggen 26 og er plassert på innersiden av yttermantelen 30. Denne gassrensingssone står også i fluidforbindelse med rensegassinnløpet 36 og rensegassutløpet 38.

Nær reaksjonskammeret 16 med dets lukkede reaksjonssone 28 er det anordnet et varmesystem 40. I utførelsesformen ifølge figur 1 består varmesystemet av en gruppe varmeelemen-ter eller elektroder som er plassert utenfor reaksjonssonen og som oppvarmer reaktorveggen 26 slik at denne, ved utstråling, oppvarmer innholdet i reaksjonssonen 28. Elektrodene består helst av grafitt og kan være plassert vertikalt eller horisontalt. De kan være utformet på forskjellig måte og eksempelvis være hårnålformet eller av rettlinjet stangform. Direkte eller induktiv oppvarming av reaktorveggen 26 ved hjelp av elektrisk motstand under anvendelse av en egnet strømkilde er også mulig. Det foretrekkes at varmesystemet er slik plassert at det, særlig i reaksjonssonens parti i direkte tilgrensning til reaktant-transporteringsdelen, kan opprettholdes en ønsket reaksjonstemperatur. Dette bidrar til å sikre meget hurtig oppvarming av reaktantene idet de passerer fra reaktant-transporteringsdelen til reaksjonssonen.

Kjølekammeret 42 er anordnet i apparatets motsatte ende i forhold til reaktant-transporteringsdelen 10. Kjølekammeret omfatter en kjølesone 44 som gjennom et innløp 46 står i forbindelse med reaksjonssonen 28. Kjølekammeret har fortrinnsvis større diameter enn kjøleinnløpet 46 som befinner seg mellom reaksjonssonen 28 og kjølesonen 44. Med diameter menes den største avstand tvers over en gitt tverrsnittsflate, og uttrykket kan følgelig betegne den største avstand tvers over en sirkulær eller elektrisk tverrsnittsflate eller diago-nallengden i et rektangulært tverrsnitt. Det foretrekkes at kjøleinnløpet har tilnærmelsesvis samme diameter som reaksjonskammeret, men kjøleinnløpet kan også være innsnevret i forhold til reaksjonskammeret. Hvis det ikke er noen innsnevring har kjølekammeret fortrinnsvis en diameter som er større enn diameteren av reaktorkammeret, og hvis det er en innsnevring, har kjølekammeret fortrinnsvis en diameter som definert, som er større, jevnført med kjøleinnløpet. I likhet med reaktant-transporteringsdelen og reaktorkammeret kan kjølekammeret være stort sett sylindrisk, eliptisk, rektangulært eller av annen, hensiktsmessig form. Det omfatter en kjølevegg 48 som muliggjør opprettholdelse av temperaturer under 350°C, fortrinnsvis under 100°C og helst under 50°C i kjølesonen. En egnet vannkjølekappe eller et annet system vil følgelig fungere effektivt og kan innmonteres i apparatet eller anbringes utvendig, etter ønske, slik at kjølemiddelet vil strømme gjennom innløpet 50 og utløpet 52. Innenfor oppfinnelsens ramme kan det også benyttes andre kjølemidler, eksempelvis gass-bråkjølingssystemer som vil være kjent for fagkyndige. Det valgte middel er i alle tilfeller egnet for å gi meget rask avkjøling av det utstrømmende produktpulver fra reaksj onskammeret.

Endelig har apparatet av utførelsesformen ifølge figur 1 et utløp 54 i sin motsatte ytterende i forhold til reaktant-transporteringsdelen. Dette utløp kan fortrinnsvis stå i fluidforbindelse med en oppsamleranordning (ikke vist), f.eks. en syklon eller et sekkfilter, hvori sluttproduktet fra reaksjonen kan oppsamles, om ønskelig for videre behandling.

Fremgangsmåten som kan utøves ved apparatet ifølge oppfinnelsen, innbefattende men ikke begrenset til den utfø-relsesform av apparatet som er vist i figur 1 og 2, er detaljert beskrevet i det etterfølgende. Utelukkende som illustra-sjon er det beskrevet reaktanter bestående av partikler av boroksid og karbon i en karbotermal reduksjonsprosess for fremstilling av borkarbid. Det kan imidlertid tenkes mange andre reaktanter, i avhengighet av det ønskede sluttprodukt. Det kan eksempelvis anvendes reaktanter som bidrar til fremstilling av andre, borholdige sammensetninger såsom TiB2, BN, HfB2, ZrB2, WB, CrB, SiB6 og Mo2B, blandinger av disse såsom B4C/TiB2, B4C/A1N, B4C/SiC, SiC/SiB6 eller SiC/AlN/BN og forandringsbestandige sammensetninger inneholdende Bl3C2, BgC og B25C. Boroksidkilden kan også bestå av borsyre som kan dehyd-reres til boroksid. Dehydreringen kan foregå delvis eller eventuelt fullstendig i ovnen og kan gjennomføres ved tilset-ting av overskuddskarbon som vil reagere med dekomposisjons-vannet. Karbonkilden kan være karbon som er dannet ved termisk nedbryting av et hydrokarbon, eller det kan velges fra guppen bestående av karbohydrater, såsom sukker, stivelse og metylcellulose, former for karbon såsom kjønrøk og acetylen-kjønrøk, eller andre karbonholdige forbindelser, såsom vinyli-denkloridpolymer og blandinger derav. Det kan være mulig å gjennomføre termisk nedbryting av et hydrokarbon til karbon i selve ovnen. Andre reaktanter kan også anvendes innenfor oppfinnelsens ramme.

Fortrinnsvis tilberedes først en beskiktning. Denne kan tilberedes ved fysisk blanding av faststoff-reaktantene eller ved tørking av en flytende løsning, inneholdende reaktanter, på ytterflaten av en roterende trommel eller i en tørker. Maling eller sliping av beskiktningspartiklene kan være nød-vendig, for å oppnå den ønskede partikkelstørrelse. Dette kan gjennomføres i strålemøller, kulemøller, abrasjonsmøller, hammermøller eller i annen, egnet anordning. Det kan også være fordelaktig å foreta direkte sprøytetørking av en flytende løsning, slamvelling eller gel av reaktantene, for å oppnå den ønskede partikkelstørrelse. I den sprøytetørkede løsning kan inngå vann eller, i noen tilfeller, et passende, organisk materiale såsom et løsningsmiddel, særlig hvis boroksid benyttes som en reaktant. Beskiktningspartiklene bør fortrinnsvis ha en diameter under 150 mikrometer, gjerne under 100 mikrometer og helst under 50 mikrometer. Grunnen til dette er at større partikler eller sammenhopninger vil kunne falle gjennom reaksjonssonen, mens reaksjon bare foregår på ytterflåtene. Dispergerere i form av motsatt rettede stråledyser, sentrifu-galvifter o.l. kan benyttes for å splitte eventuelle aglomerater i beskiktningen, innen denne innføres i reaksjonssonen.

Det foretrekkes at beskiktningen innføres ved anvendelse av et matersystem som gir en jevnest mulig beskiktningsstrøm. Mange matere av kjente typer, såsom stjerneventiler, langsomt-gående skruetransportører o.l. har tendens til å innmate "skvetter" av beskiktningsmaterialet sporadisk, med mellomlig-gende avbruddsperioder hvorunder ingen beskiktning leveres. Den store beskiktningsmengde som leveres i slike "skvetter" og som kan utgjøre opptil åtte ganger mer enn den øyeblikkelige middeltilførsel, kan være tilstrekkelig til å forhindre fullstendig reaksjon. Det foretrekkes derfor å anvende et matersystem som gir mer ensartede, øyeblikkelige beskiktningsmeng-der, f.eks. en beltetransportør, en modifisert skruetranspor-tør eller en vibratortransportør. Ved én versjon av oppfinnelsen er det foretrukket å bruke et matersystem som i hoved-sak består av en modifisert skruetransportør. Et rør av en eller annen type, f.eks. et 13 mm plastrør, er plassert inne i skruedelen og reduserer derved dennes volumetriske fortreng-ning pr. omdreining med en faktor av ca. tre, hvis skruedelen har en diameter av ca. 25 mm. Skruen vil da levere samme beskiktningsmengde med en hastighet som er ca. tre ganger større, og gir således øyeblikkelige mengder som er meget mindre med derav følgende, kortere avbruddsperioder.

Partiklene i beskiktningen, fortrinnsvis boroksid og karbon, medføres i en gass som enten kan være inert, såsom argon, eller bestå av en annen edelgass, eller en gass som er forenelig med den ønskede reaksjon, og således enten fungerer som en reaktant eller tilsvarer den gassen som utvikles som et reaksjons-biprodukt. Argon, helium, nitrogen og hydrogen kan således anvendes. Hydrogen kan være særlig forenelig, fordi vannet i beskiktningen vil reagere med karbonet og produsere karbonmonoksid og hydrogen, på samme måte som når beskiktningen inneholder borsyre. Nitrogen kan benyttes i de tilfeller hvor en nitrogenholdig sammensetning er ønsket eller aksepter-bar, f.eks. ved fremstilling av bornitrid. I forbindelse med boroksid og karbon kan det alternativt benyttes karbonmonoksid som i dette tilfelle også utvikles som et reaksjons-biprodukt. Gjennom innløpet 24 innføres de medførte partikler i reaktant-transporteringsdelen 6. Gassen fungerer som et bæremedium som fører partiklene gjennom apparatet. I en foretrukket versjon er apparatet plassert vertikalt med reaktant-transporteringsdelen øverst og kjølekammeret nederst, og i denne stilling vil også tyngdekraften medvirke til forflytting av partiklene. Apparatet kan imidlertid anvendes i alternative stillinger, f.eks. horisontalt, forutsatt at medføringsgassen får tilstrekkelig hastighet til å sikre kontinuerlig bevegelse av partiklene gjennom reaktoren.

Samtidig ledes en, fortrinnsvis inert eller reaksjons-forenelig, sveipegass gjennom gasstrømningskammeret 20, for å forhindre at medførte reaksjonspartikler i fast, flytende eller dampform bringes i kontakt med reaktorens innerflate, særlig den flaten som er utformet som pluggen 23, og generelt rundt overgangspartiet 18 mellom reaktant-transporteringsdelen og reaksjonssonen. Disse reaktorflater kan ha en middeltempe-ratur av 325°C - 1400°C. Hvis borsyre benyttes som reaktant, vil denne være flytende innenfor dette temperaturområde, med tendens til vedhefting og gjentetting på disse steder. Derved dannes store, aglomererte partikler som kan passere gjennom reaksjonssonen og som, etter å være oppsamlet som produkt, inneholder ufullstendig omdannede reaktant-innerkjerner.

Sveipegassen strømmer videre ut i reaksjonssonen 28, hvor den blandes med medføringsgass og reaktantpartikler. Grunnet virkemåten av kjøleapparatet eller -systemet, såsom kjølekap-pen 8, holdes temperaturen i reaktant-transporteringsdelen fortrinnsvis under 350°C, gjerne under 100°C og helst under 50°C, for å eliminere eller minske muligheten for gjentetting med flytende boroksid eller, ved den laveste av de foretrukne temperaturer, også borsyre eller dets metaborat, i transporteringsdelen.

Samtidig innføres en gass i gassrensesonen 34 utenfor

reaksjonskammeret 16. Rensegassen kan fortrinnsvis være fritt valgt blant de samme gasser som sveipegassen. I visse tilfeller kan det f.eks. være ønskelig å anvende nitrogen som rense-gass, enten denne også benyttes som sveipe- eller medførings-gass, på grunn av nitrogenets elektriske egenskaper. Men dersom et nitrogenholdig produkt ikke kan godtas, vil det være tilrådelig å påse at nitrogenet ikke får adgang til reaktorkammeret. Dette kan gjennomføres ved at gassen i denne sone holdes under likevektstrykk eller endog under negativt trykk. Dette er særlig tilrådelig på grunn av porøsiteten hos den foretrukne grafittreaktorvegg, samt muligheten for lekkasje rundt konstruksjonsskjøter. I andre tilfeller kan det alternativt være ønskelig å opprette et positivt rensegasstrykk som vil medvirke til å forhindre at medførings- eller sveipegass og reaktant/produktpartikler unnviker fra reaktorkammeret.

Det er et betraktelig temperaturskille mellom enden av reaktantenes bevegelsesbane gjennom reaktant-transporteringsdelen og inngangen til reaksjonssonen. Dette temperaturskille er fortrinnsvis ytterst skarpt, sett i forhold til reaktantenes bevegelseshastighet. Temperaturen i reaksjonssonen er meget høyere, fortrinnsvis over 1400°C, gjerne over 1600°C og helst mellom 1800 og 2500°C. Partiklene av boroksid og karbon som innføres i den varmere reaksjonssonen, opphetes raskt og reagerer, hvorved boroksid reagerer enten i flytende tilstand eller i damptilstand, eller i begge tilstander. Som tidligere omtalt, vil den del av boroksidet som fortsatt holdes under flytetemperatur ved eller nær skillet mellom de to temperatur-soner, og som i mange ovner av andre typer vil kunne avleires og gjentette reaktant-transporteringsdelen eller annen innfø-ringsanordning, forhindres i dette på grunn av sveipegassen. Sveipegassen som passerer gjennom gasstrømningskammeret, vil bevirke omsuspendering av de flytende partikler idet de dannes, og nedføre disse inn i reaksjonssonen, hvor de fordamper og derved øker virkningsgraden.

Ved den økede temperatur i reaksjonssonen vil reaktantene, f.eks. boroksid og karbon, danne borkarbid. På grunn av tidsrommet som kreves for å sikre fullstendig reaksjon er reaksjonssonen fortrinnsvis forlenget, og reaktantens partik-kelstørrelse og bestanddelforhold, medføringsgassens strøm-ningshastighet, reaksjonssonens lengde og reaksjonssonentempe-raturen tilpasset for sikker gjennomføring av den ønskede reaksjon. Det bør bemerkes, at hvis det ønskede produkt er forandringsbestandig, må reaktantsammensetningen, medførings-gassens strømningshastighet og reaksjonssonetemperaturen justeres passende, slik at reaksjonsbetingelsene vil medvirke til fremstilling av produktet. Slike justeringer vil være åpenbar for den fagkyndige og generelt medføre øking av reaktantenes oppholdstid i reaksjonssonen.

Etter at det ønskede produkt er fremstilt, ledes medfø-ringsgassen og flyktige produktpartikler direkte inn i kjøle-kammeret som fortrinnsvis er utvidet. Temperaturen i dette utvidede kammer holdes fortrinnsvis under 350°C, dvs. under mykningstemperaturen for eventuelt boroksid som ikke har reagert. Temperaturen er gjerne under 100°C og helst under 50°C. I denne sone avbrytes reaksjonen effektivt og eventuelt boroksid som ikke har reagert, tilbakeføres til væsken og deretter til gjenkrystallisert tilstand, istedenfor fortsatt å reagere med produktet. Kjølekammerets ovennevnte og foretrukne, utvidede form med en diameter som er større enn diameteren av kjøleinnløpet og, i noen tilfeller, også større enn diameteren av reaktorkammeret, tjener to hovedformål: (1) den tillatte adiabatisk avkjøling samt strålingsavkjøling på grunn av en vannkappe e.l. kjøleinnretning, med derav følgende, betydelige økning av kjølingshastigheten, og (2) den medvirker til å eliminere vedhefting av betydelige mengder ureagerte væskereaktanter, f.eks. boroksid, til kjølekammerveggene, ved å tillate omkrystallisering i kammeret forut for veggkontakt. Atter vil gjentettingsproblemene reduseres eller elimineres, ved at ureagert boroksid-overskudd hindres i å avsettes på kjølekammerveggene eller ved kjøleinnløpet. Dette bidrar til

å opprettholde den foretrukne, kontinuerlige drift i denne reaktorsone.

Endelige kan produktet gjerne oppsamles etter å ha pas-sert gjennom kjølesonen. Det kan i dette øyemed anvendes en syklon eller annen oppsamlingsanordning, f.eks. en filterinn-retning av en eller annen type.

I det frembragte, borholdige pulver er bestanddelenes krystallform og diameter meget ensartet. Pulveret består av likeaksede krystaller, fortrinnsvis mindre enn 20 mikrometer, gjerne under 5 mikrometer og helst av størrelse 0,05 - 0,30 mikrometer. Disse trekk kan muliggjøre finpartikkelkomprime-ring til teoretisk eller nesten-teoretisk tetthet, og kan redusere tilstedeværelsen av tomrom som i sin tur kan ha forringende innvirkning på forskjellige, fysiske egenskaper, såsom styrken hos det komprimerte stykke. Komprimeringsmeto-der som kan benyttes for sammenpressing av keramikkpulverne av en versjon ifølge oppfinnelsen, for fremstilling av de komprimerte deler av en annen versjon ifølge oppfinnelsen, er kjent for fagkyndige. Det endelige produktpulver kan i mange tilfeller inneholde ureagert, omkrystallisert boroksid som med varmt vann kan utvaskes fra produktet. Fremgangsmåten som derved benyttes, er kjent for den fagkyndige. Eksempler på borholdige pulvere som kan fremstilles i apparatet og med fremgangsmåten ifølge de ulike versjoner av oppfinnelsen innbefatter, men er ikke begrenset til, borkarbid, boranriket borkarbid, titandiborid, bornitrid, silisiumheksaborid, borkarbid/ titandiboridsammensetninger, boranrikede borkarbid/- titandiboridsammensetninger, silisiumkarbid/borkarbidsammensetninger, silisiumkarbid/borkarbidsammensetninger, silisiumkarbid/silisiumheksaboridsammensetninger, silisiumkarbid/boranrikede borkarbidsammensetninger og silisiumkarbid/bornitrid-sammensetninger samt blandinger av disse.

En fordel ved oppfinnelsen er evnen til samtidig syntetisering av et fysisk blandet produkt. Således kan en fysisk blandet B4C/TiB2-pulversammensetning tilberedes av reaktanter såsom boroksid, karbon og en titankilde, f.eks. titandioksid. Det oppnås en høy grad av sammenblanding samtidig som partik-kelstørrelsen kontrolleres som ved prosesser for syntetisering av separate blandinger.

Foruten å bearbeide reaktanter, for å oppnå et produkt av ønsket størrelse, form og/eller sammensetning, er det også mulig å justere andre variabler. Av disse kan nevnes: (1) temperaturen i reaktant-transporteringsdelen, reaksjonssonen og kjølesonen, (2) sveipe- og medføringsgassenes og følgelig reaktantenes strømningshastighet, (3) reaksjonssonens tverr-snittsdimensjon eller -dimensjoner og lengder, forholdet mellom kjølekammerets og kjøleinnløpets diametre, (4) forholdet mellom kjølekammerets og kjøleinnløpets diametre, og (5) temperaturen av sveipe-, medførings- og biproduktgassene i reaksjonskammeret. Ved disse justeringer må mengden av bipro-duktgasser fra reaksjonen i visse tilfeller tas i betraktning, fordi, den kan påvirke strømningshastigheter. For de fleste reaksjoner benyttes fortrinnsvis en oppholdstid av 0,5 - 10 sekunder, men lengre eller kortere perioder kan også forekom-me. Foruten gasstrømningshastighetene kan oppholdstiden justeres ved retningsendring av reaktorapparatet. Reaktant-partiklene som ledes inn i reaksjonssonen, oppvarmes fortrinnsvis med en hastighet som utgjør eller overstiger 1000°C/ sekund.

De etterfølgende eksempler som ikke begrenser oppfinnelsens ramme, vil gi en klarere forståelse av oppfinnelsen. Med mindre annet er nevnt, er samtlige deler og prosentandeler angitt ved vekt. Alle maskestørrelser er i henhold til Ameri-can Standard Mesh, og er derfor oppgitt i mikrometer.

Eksempel 1 - B^ C/ TiB2- pulverblandinq

Beskiktnin<g>stilberedinq: 0,43 kg Ti02 og 17,4 kg borsyre (H3BO3) tilsettes i 40,9 kg vann under stadig omrøring i en 189 liters kappeforsynt, rustfri ståltank. En dampstrøm ledes til tankkappen, og temperaturen innstilles på 90°C. I en separat beholder er 16,3 kg maisstivelse dispergert i 39,1 kg vann. Stivelse/vannblandingen tilsettes i borsyreløsningen. Idet blandingstemperaturen når 80°C pumpes den frembragte slamvelling til en krumbelagt dobbel tørketrommel som drives ved

135°C. Fra den doble tørketrommel produseres et tørket flak, inneholdende 20 vekt-% vann, i en mengde av 5,9 kg/m<2->hr.

Det tørkede flak oppsamles fra tørketrommeltrakten, plasseres i grafittbåter og kalsineres i en horisontal støtma-tingsovn i en nitrogenatmosfære ved 700°C, for frembringelse av en blanding av karbon, boroksid og titandioksid. Båtene skyves gjennom en 1,8 m varmesone med en hastighet av 5,1 cm/minutt. Frembragt, kalsinert materiale i en mengde av 10,9 kg nedmales til -53 mikrometers partikkelstørrelse. Det benyttes nitrogen for å forhindre at det hydroskopiske boroksid opptar fuktighet. En strålemølle er utstyrt med blåsedy-ser av borkarbid som forhindrer at urenheter inntrenger i beskiktningsmaterialet under størrelsesreduseringsprosessen. Kjemisk analyse av det finmalte karbon/boroksid/titandioksid-forstadiumspreparat viser en sammensetning av 34,4 vekt-% karbon og 58,81 vekt-% boroksid (dvs. 18,64 vekt-% bor). En termogravimetrisk analyse indikerer 1,2 vekt-% overflatevann i den malte beskiktning. De øvrige 5,6 vekt-% av beskiktningen består følgelig av titandioksid og kjemisk bundet vann i form av borsyre.

Syntese av borkarbid/ titandiborid- pulverblandinq: Et vertikalt, strålingsoppvarmet reaktorapparat av en utførelses-form ifølge oppfinnelsen er utstyrt med et grafitt-reaksjonskammer med en innerdiameter av 14,0 cm og en lengde av 1,68 m. Reaksjonskammeret oppvarmes til 1900°C. Det benyttes en flytende argonatmosfære under denne reaksjon. En beskiktningsmengde av 2,2 kg av -53 mikrometers partikkelstørrelse ifylles i en argonrenset matertrakt gjennom en vannkjølt reaktant-transporteringsdel av kobber i det vertikale reaktorapparats reaksjonssone. Ved hjelp av en skruetransportør opprettholdes en matingsmengde av ca. 0,11 kg/minutt, til hele beskiktningen er behandlet. Argongass som tilføres i en mengde av 0,10 standard kubikkmeter pr. minutt fører faststoffene nedad gjennom den vertikale ovnen, i samvirkning med tyngdekraften.

Reaksjonsprodukt oppsamles i en beholder bakenfor reak-torrøret. I en bakre og utvidet kjølesone av innerdiameter 45,7 cm og lengde 1,8 m opprettholdes en temperatur av ca. 55°c, ved hjelp av en vannkjølekappe. Straks de når denne sone avkjøles reaksjonsproduktene umiddelbart ved utstråling, til en temperatur under reaksjonstemperaturen. Finprodukt i en mengde av 476 gram vaskes ved 80°C i 2 timer i avionisert vann i en konsentrasjon av 400 gram produkt pr. 0,5 liter vann. Produktet filtreres og tørkes over natten i en trykk-gass-konveksj onsovn.

Etterfølgende beskiktning av reaktorenheten viser at det ikke finnes aglomerert, ureagert boroksid langs reaktorapparatets innerside, med innbefatning av såvel den øvre som den nedre seksjon av selve reaksjonskammeret. Det er også konstatert at ingen vesentlige mengder av ureagert boroksid eller produkt kleber til innerveggen av den ekspanderte kjølesone som befinner seg umiddelbart under reaksjonskammeret.

Analyse av sammensatt produkt<p>ulver: Et røntgenstråle-difraksjonsbilde av det vaskede produkt indikerer tilstedeværelsen av borkarbid (som B4C-fase), titandiborid, en liten mengde fritt karbon og noen uoppløselige residualoksider av bor. Det finnes intet titandioksid eller syntetisert titankarbid i røntgenstrålemønsteret. Kjemisk analyse av det vaskede og tørkede beholderprodukt viser bor i en totalmengde av 74,38 vekt-%, 0,31 vekt-% fritt bor, 21,53 vekt-% karbon, 2,90 vekt-% oksygen og 0,50 vekt-% nitrogen. En metallanalyse indikerer at produktet inneholder 1,52 vekt-% titan, 83 deler pr. million av jern, 7 deler pr. million av kobber og 2 deler pr. million av nikkel. Det sammensatte pulverprodukt bestemmes av disse analyser til å inneholde 2,2 vekt-% titandiborid, 93,3 vekt-% borkarbid (B4C) og 1,3 vekt-% fritt karbon. De øvrige produkter består av ureagerte oksider av bor, bornitrid og vann. Overflatestørrelsen av det vaskede beholderprodukt bestemmes ved (BET) til 32,8 m<2>/gram hvilket indikerer en ytterst fin partikkelstørrelse. Et elektronmikroskop-overfø-ringsbilde (forstørret 144.000 ganger i figur 3) av det vaskede og tørkede beholderprodukt indikerer at produktet består av likeaksede krystaller med en snever partikkelstørrelses-fordeling av 0,05 - 0,2 mikrometer. Titandiboridkrystaller er jevnt dispergert i borkarbidet, som vist i Ti K-alfa-røntgen-bildet som bestemt ved EDS (energispredende røntgenstråle-spektroskopi) (forstøret 800 ganger i figur 4) hvor Ti frem-trer hvitt mot den svarte B4C-bakgrunn.

Varmpressin<g> av sammensatt pulver: Vasket og tørket produkt i en mengde av 7 gram plasseres i en grafittform og varmpresses i et argonmiljø ved 2100°C og 350 kg/cm<2> til en liten, komprimert del. Delen poleres og analyseres ved rønt-genstråledifraksjon. Difraksjonsmønsteret indikerer at delen består av borkarbid, titandiborid og et kvantum fritt karbon. Titandioksid eller oksider av bor er ikke tilstede. Delen etses kjemisk, og et optisk mikrobilde som viser mikrostrukturen hos den etsede, komprimerte del, indikerer at kornene i den pressede del er typisk av submikrometerstørrelse (figur 5). Delens hardhet og bruddfasthet prøves ved penetreringsbrudd. For blandingen med 2,2 vekt-% TiB2 registreres ved 1,0 kg en Vickers hardhet av 33 55 +/- 69 kg/mm<2> og en Klc-bruddfasthet av 3,59 +/- 0,38 MPam<0,5.> Dette avspeiler en økning i hardhet, jevnført med rent B4C som er syntetisert og varmpres-set under samme betingelser (se nedenstående Eksempel 3). Økningen i bruddfasthet antas å skyldes sprekkavbøyning på grunn av de seigere TiB2-finpartikler.

Eksempel 2 - borkarbid

Beskiktnings- tilberedninq: Ca. 15,9 kg borsyre tilsettes i 40,9 kg vann under stadig omrøring i en 189 liters, kappeforsynt rustfri ståltank. En dampstrøm overføres til tankkappen, og temperaturen innstilles på 90°C. I en separat beholder dispergeres 12,0 kg maisstivelse i 40,9 kg vann. Stivelse/ vannblandingen tilsettes i borsyreløsningen. Idet blandingen får en temperatur av 80°C, pumpes den frembragte slamvelling til en krumbelagt, dobbel tørketrommel som drives ved 135°C. Et tørket flak, inneholdende ca. 2 0 vekt-% vann, avgis fra den doble tørketrommel i en mengde av 5,9 kg/m<2->hr.

Det tørkede flaket oppsamles fra tørketrommeltrakten, plasseres i grafittbåter og kalsineres til boroksid og karbon i en nitrogenatmosfære i en horisontal støtmatingsovn ved 700°C. Båtene skyves gjennom en 1,8 meter lang varmesone med en hastighet av 5,1 cm/minutt. Frembragt, kalsinert materiale i en mengde av 11,4 kg knuses og strålingsmales med nitrogen til en partikkelstørrelse av -44 mikrometer. Kjemisk analyse av den malte blanding av boroksid og karbon viser en sammensetning av 64,8 vekt-% boroksid (20,2 vekt-% bor) og 33,1 vekt-% karbon. En termogravimetrisk analyse indikerer at det malte beskiktningsmateriale inneholder 2 vekt-% vann.

Syntese av borkarbidpulver: Beskiktningen ifylles i en matertrakt og renses med argon i ca. 15 minutter. En argon-pute opprettholdes på matertrakten. Reaktorapparatet fra Eksempel 1 oppvarmes samtidig, slik at apparatets reaksjonssone får en temperatur av 1950°C. Beskiktningen passerer gjennom den vannkjølte reaktant-transporteringsdel av kobber og inn i reaksjonssonen i en mengde av 0,12 kg/minutt. Ma-tingsmengden reguleres med en faststoffs-skruetransportør som er beliggende ovenfor reaktorenheten. Medførings-argongass som innstrømmer i en mengde av 0,16 m<3>/minutt, fører det pulveriserte forstadiumsmateriale gjennom reaktant-transporteringsdelen. Ekstra argon som sveipegass som tilstrømmer i en mengde av 0,07 m<3>/minutt, inntrenger i reaksjonssonen gjennom gasstrømkammeret mellom den vannkjølte reaktant-transporteringsdel og det øvre parti av reaksjonssonen. Denne argon-strøm forhindrer avsetting av boroksidholdige beskiktningspar-tikler på varme steder mellom reaktant-transporteringsdelen og det øvre utstrålings-reaksjonskammer. Reaksjonstiden for beskiktningen i den varme reaksjonssone bestemmes av strøm-ningshastigheten for argongassen og det utviklede karbonmonoksid, og utgjør ca. 0,7 sekund.

I en bakre, utvidet kjølesone med innerdiameter 45,7 cm og lengde 2,1 m opprettholdes, ved hjelp av en vannkjølekappe, en temperatur av ca. 55°C. Straks reaksjonsproduktene når denne sone, blir de umiddelbart avkjølt ved utstråling til en temperatur under reaksjonstemperaturen. Innmatingen av forstadiums-beskiktningsmaterialet i reaktoren fortsetter i 20 minutter, hvoretter skruetransportøren stoppes. Dette resulterer i at ca. 369 gram produkt oppsamles fra bakre oppsam-lingssoner.

Etterfølgende besiktning av reaktorenheten viser at det ikke finnes aglomerert, ureagert boroksid langs reaktorapparatets innerside med innbefatning av såvel den øvre som den nedre seksjon av selve reaktorkammeret. Ingen vesentlig mengde av ureagert boroksid eller produktborkarbid vedhefter til innerveggen av den ekspanderte kjølesone umiddelbart under reaktorkammeret.

Analyse av borkarbid- produktpulver: Det fastslås, på grunnlag av et elektronmikroskop-overføringsbilde at borkarbid-produktkrystallene i realiteten er helt av størrelse mindre enn 1 ura, gjennomsnittlig ca. 0,1 mikrometer. Produktet vaskes i kokende vann, tørkes og bestemmes ved kjemisk analyse og består av 76,8 vekt-% bor, 20,5 vekt-% karbon, 2,34 vekt-% oksygen og 0,38 vekt-% nitrogen. En metallanalyse indikerer et pulver av høy renhet og inneholdende 353 deler pr. million Fe, 2 deler pr. million Ni, 13 deler pr. million Cr, 13 deler pr. million Cu, og 25 deler pr. million Ti. Et røntgenstråle-difraksjonsmønster av det tørkede produkt viser primært B4C-borkarbid, mens resten hovedsakelig består av boroksider. Intet fritt karbon kan spores i røntgenstrålemønsteret.

Varmpressin<g> av borkarbid<p>ulver: En liten og komprimert del fremstilles ved anvendelse av metoden ifølge Eksempel 1, og evalueres. Analyse av mikrostrukturen indikerer at delen inneholder korn som er typisk av størrelse mindre enn 1 /im. Delens hardhet prøves ved penetreringsbrudd. Det registreres ved 1,0 kg en Vickers-hardhet av 3217 +/- 129 kg/mm<2>, hvilket indikerer at delen har en ekstrem hardhet i likhet med en del av finpartiklet, rent borkarbid.

Eksempel 3 - Borkarbid

Beskiktninqstilberedninq: Et nøye blandet karbon/boroksid-forstadiumsmateriale av partikkelstørrelse -53 mikrometer og tilnærmelsesvis sammensatt av 33,3 vekt-% karbon, 61,7 vekt-% boroksid (19,2 vekt-% bor) og 5 vekt-% vann tilberedes ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge Eksempel 2.

Syntese av borkarbidpulver: Forstadiumsmaterialet behandles i det samme apparat som benyttet i de foregående eksempler. Reaksjonssonen oppvarmes til og holdes på en temperatur av 1900°C, bestemt med et optisk pyrometer. Beskiktningen innføres kontinuerlig i ca. 3 0 minutter gjennom den vannkjølte reaktant-transporteringsdel av kobber i en mengde av ca. 0,14 kg/minutt. Medførings-argongass som til-strømmer i en mengde av 0,045 m<3>/minutt, medfører det finpartiklede beskiktningspulver gjennom reaktant-transporteringsdelen. Ekstra argon, som tilstrømmer i en mengde av 0,054 m<3>/minutt, inntrenger i reaksjonssonen gjennom gasstrømnings-kammeret mellom den vannkjølte reaktant-transporteringsdel og det øvre parti av reaksjonssonen. Reaksjonstiden for beskiktningen i reaksjonssonen er ca. 1,3 sekunder. Etter å ha forlatt reaksjonssonen, passerer produktpulveret gjennom kjølekammeret, som tidligere beskrevet, og oppsamles bakenfor dette.

Etterfølgende besiktning viser at det ikke finnes aglomerert, ureagert boroksid langs reaktorapparatets innerside, med innbefatning av såvel den øvre som den nedre seksjon av selve reaktorkammeret. Ingen vesentlige mengder av ureagert boroksid eller produktborkarbid vedhefter til innerveggen av det utvidede kjølekammer umiddelbart under reaktorkammeret.

Analyse av borkarbid- produktpulver: Vasket produktpulver evalueres for krystallstørrelse og kjemisk sammensetning. Et elektronmikroskop-overføringsbilde (TEM) indikerer at pulveret består av likeaksede krystaller av størrelse mindre enn 1 nm. med en snever partikkelstørrelsesfordeling av 0,05 - 0,2 mikrometer. Kjemisk analyse av produktpulveret angir 74,6 vekt-% bor, 20,2 vekt-% karbon, 1,95 vekt-% oksygen og 0,27 vekt-% nitrogen. En metallanalyse indikerer et produkt av høy renhet og bare inneholdende 150 deler pr. million Fe, 6 deler pr. million Ni og 4 deler pr. million Cr.

Varm<p>ressin<g> av borkarbidpulver; En liten og komprimert del fremstilles ved fremgangsmåten ifølge Eksempel 1 og evalueres. Et røntgenstråle-difraksjonsbilde av delen indikerer tilstedeværelsen av en ren B4C-fase av borkarbid uten fritt karbon. Analyse av mikrostrukturen angir at korn i delen er typisk av størrelse mindre enn 1 /im. Delens hardhet øves ved penetreringsfraktur. Det registreres ved 1,0 kg en Vickers-hardhet av 3210 +/- 116 kg/mm<2>, hvilket indikerer at delen har en ekstrem hardhet som er karakteristisk for en finkornet og ren B4C-del.

Eksempel 4 - borkarbid

Beskiktninqstilberedninq: En nøye blandet, -53 mikrometers karbon/boroksid-beskiktning, tilnærmelsesvis bestående av 35,8 vekt-% karbon, 61,3 vekt-% boroksid (19,1 vekt-% bor) og 2,9 vekt-% vann, tilberedes ved fremgangsmåten ifølge Eksempel 2.

Syntese av borkarbidpulver: Beskiktningen behandles i samme apparat som benyttet i de foregående eksempler. Reaksjonssonen oppvarmes til og holdes på en temperatur av 2000°C, bestemt med et optisk pyrometer. Beskiktningen innføres kontinuerlig i ca. 30 minutter gjennom den vannkjølte reaktant-transporteringskobberdel i en mengde av ca. 0,11 kg/minutt. Argongass i en strømningsmengde av 0,14 m<3>/minutt medfører det finpartiklede beskiktningspulver gjennom reaktant-transporteringsdelen. Ekstra argon som tilstrømmer i en mengde av 0,06 m<3>/minutt, inntrenger i reaksjonssonen gjennom gasstrømningskammeret mellom den vannkjølte reaktant-transporteringsdel og det øvre parti av reaksjonssonen. Reaksjonstiden for beskiktningspulveret i reaksjonssonen er ca. 0,7 sekund. Etter å ha forlatt reaksjonssonen, passerer produktpulveret gjennom kjølekammeret, som tidligere beskrevet, og oppsamles bakenfor dette.

Etterfølgende besiktning av reaktorenheten viser at det ikke finnes aglomerert, ureagert boroksid langs reaktorapparatets innerside med innbefatning av såvel den øvre som den nedre seksjon av selve reaksjonskammeret. Det er ikke funnet vesentlige mengder av ureagert boroksid eller produktborkarbid vedheftende til innerveggen av den utvidede kjølesone umiddelbart under reaksjonskammeret.

Analyse av borkarbid- produktpulver; Vasket produktpulver evalueres for krystallstørrelse og kjemisk sammensetning. Et elektromikroskop-overføringsbilde indikerer at pulveret består av likeaksede krystaller av størrelse mindre enn 1 ixra. med en snever partikkelstørrelsesfordeling av 0,05 - 0,2 mikrometer. Kjemisk analyse viser at produktpulveret består av 77,3 vekt-% bor, 21,4 vekt-% karbon, 0,99 vekt-% oksygen og 0,26 vekt-% nitrogen. En metallanalyse indikerer et produkt av høy renhet, inneholdende bare 230 deler pr. million Fe, 23 deler pr. million Ni og 20 deler pr. million Cr.

Varmpressin<g> av borkarbidpulver: En liten og komprimert del fremstilles ved fremgangsmåten ifølge Eksempel 1, og evalueres. Analyse av mikrostrukturen indikerer at korn i delen er typisk av størrelse mindre enn 1/nm. Delens hardhet prøves ved penetreringsfraktur. Det registreres ved 1,0 kg en Vickers-hardhet av 3213 +/- 170 kg/mm<2>, hvilket indikerer at delen har en ekstrem hardhet som er karakteristisk for en ren, finpartiklet B4C-del.

Eksempel 5 - borkarbid

Beskiktnings- tilberedning: En nøye blandet, -53 mikrometers karbon/boroksid-beskiktning, tilnærmelsesvis bestående av 36,1 vekt-% karbon, 60,8 vekt-% boroksid (18,9 vekt-% bor) og 3,1 vekt-% vann, tilberedes ved fremgangsmåten ifølge Eksempel 2.

Syntese av borkarbidpulver: Beskiktningen behandles i samme apparat som benyttet i de foregående eksempler. Reaksjonssonen oppvarmes til og holdes på en temperatur av 1850°C, bestemt med et optisk pyrometer. Beskiktningen innføres kontinuerlig i ca. 30 minutter gjennom den vannkjølte reaktant-transporteringskobberdel i en mengde av ca. 0,11 kg/minutt. Argongass i en strømningsmengde av 0,14 m<3>/minutt medfører det finpartiklede beskiktningspulver gjennom reaktant-transporteringsdelen. Ekstra argon som tilstrømmer i en mengde av 0,06 m<3>/minutt, inntrenger i reaksjonssonen gjennom gasstrømningskammeret mellom den vannkjølte reaktant-transporteringsdel og det øvre parti av reaksjonssonen. Reaksjonstiden for beskiktningspulveret i reaksjonssonen er ca. 0,8 sekund. Etter å ha forlatt reaksjonssonen, passerer produktpulveret gjennom kjølekammeret, som tidligere beskrevet, og oppsamles bakenfor dette.

Et lite kvantum av det oppsamlede produktpulver vaskes og viser seg ved kjemisk analyse å inneholde ca. 3 2,4 vekt-% karbon og 2,60 vekt-% oksygen, hvilket indikerer bare ca. 90% omdanning av reaktant-karbonet. Det gjenværende, uvaskede produkt tilbakefylles i matertrakten og renses med argon. Reaksjonssonen oppvarmes til og holdes på en temperatur av 1850°C. Førstetrinnsproduktet tilbakeføres deretter kontinuerlig gjennom den vannkjølte reaktant-transporteringskobberdel i en mengde av ca. 0,11 kg/minutt. Totalmengden av argon som inntrenger i reaktorkammeret, utgjør ca. 0,10 m<3>/minutt. Under den andre passering gjennom reaksjonssonen er reaksjonstiden for pulveret ca. 1,4 sekunder, slik at den totale oppholdstid under gjennomløpet blir ca. 2,2 sekunder.

Analyse av borkarbid- produktpulver: Vasket produktpulver evalueres for krystallstørrelse og kjemisk sammensetning. Et elektronmikoskop-overføringsbilde indikerer at pulveret består av likeaksede krystaller av størrelse mindre enn 1 /xm med en snever partikkelstørrelsesfordeling av 0,02 - 0,1 mikrometer. Kjemisk analyse viser at produktpulveret inneholder 75,1 vekt-% bor, 21,2 vekt-% karbon, 2,17 vekt-% oksygen og 0,43 vekt-% nitrogen. En metallanalyse indikerer et produkt av høy renhet, inneholdende bare 351 deler pr. million Fe, 11 deler pr. million Ni, 10 deler pr. million Cr, 10 deler pr. million Cu og 15 deler pr. million Ti.

Varmpressin<g> av borkarbid<p>ulver: En liten og komprimert del fremstilles ved fremgangsmåten ifølge Eksempel 1, og evalueres. Analyse av mikrostrukturen indikerer at korn i delen er typisk av størrelse mindre enn 1 / im. Delens hardhet prøves ved penetreringsfraktur. Det registreres ved 1,0 kg en Vickers-hardhet av 3239 +/- 112 kg/mm<2>, hvilket indikerer at delen har en ekstrem hardhet som er karakteristisk for en ren, finpartiklet B4C-del.

Eksempel 6 - borkarbid

Beskiktnings- tilberedning: En nøye blandet, -53 mikrometers karbon/boroksid-beskiktning, bestående av ca. 33,1 vekt-% karbon, 59,8 vekt-% boroksid (18,6 vekt-% bor) og 7,1 vekt-% vann, tilberedes ved fremgangsmåten ifølge Eksempel 2.

Syntese av borkarbid<p>ulver: Beskiktningen behandles i samme apparat som benyttes i de foregående eksempler. Reaksjonssonen oppvarmes til og holdes på en temperatur av 2100°C, bestemt med et optisk pyrometer. Beskiktningen innføres kontinuerlig i ca. 30 minutter gjennom den vannkjølte reaktant-transporteringskobberdel i en mengde av ca. 0,09 kg/minutt. Argongass i en strømningsmengde av 0,113 m<3>/minutt medfører det finpartiklede beskiktningspulver gjennom reaktant-transporteringsdelen. Ekstra argon som tilstrømmer i en mengde av 0,082 m<3>/minutt, inntrenger i reaksjonssonen gjennom gasstrømningskammeret mellom den vannkjølte reaktant-transporteringsdel og det øvre parti av reaksjonssonen. Reaksjonstiden for beskiktningspulveret i reaksjonssonen er ca. 0,8 sekund. Etter å ha forlatt reaksjonssonen passerer produktpulveret gjennom kjølekammeret, som tidligere beskrevet, og oppsamles bakenfor dette.

Analyse av borkarbid- produktpulver: Vasket produktpulver evalueres for krystallstørrelse og kjemisk sammensetning. Et elektronmikroskop-overføringsbilde (TEM) indikerer at pulveret består av likeaksede krystaller av størrelse mindre enn 1 /im med en snever partikkelstørrelsesfordeling av 0,1 - 0,3 mikrometer. Kjemisk analyse viser at det vaskede produktpulver inneholder ca. 78,6 vekt-% bor, 20,5 vekt-% karbon, 0,80 vekt-% oksygen og 0,14 vekt-% nitrogen. Et røntgenstråle-difrak-sjonsmønster indikerer at pulveret er borkarbid.

Eksempel 7 - boranriket borkarbid

Beskiktnings- tilberedninq: Ca. 19,8 kg H3B03 tilsettes i ca. 40,9 kg vann under stadig omrøring i en 189 liters kappeforsynt, rustfri ståltank. En dampstrøm ledes til tankkappen og temperaturen innstilles på 90°C. 9,8 kg maisstivelse dispergeres i 40,9 kg vann i en separat beholder. Stivelse/vannblandingen tilsettes i borsyreløsningen. Idet blandingstemperaturen når 80°C, pumpes den frembragte slamvelling til en krumbelagt, dobbel tørketrommel som drives ved 135°C. Fra den doble tørketrommel produseres et tørket flak, inneholdende ca. 20 vekt-% vann, i en mengde av 5,9 kg/m<2->hr.

Det tørkede flak oppsamles fra tørketrommeltrakten, plasseres i grafittbåter og kalsineres til boroksid og karbon ved 700°C i en nitrogenatmosfære i en horisontal støtmatingsovn. Båtene skyves gjennom en 1,8 meter lang varmesone med en hastighet av 5,1 cm/minutt. En frembragt mengde av 13,1 kg kalsinert materiale knuses og males til -44 mikrometers par-tikkelstørrelse. Kjemisk analyse av den malte boroksid- og karbonblanding viser en sammensetning av 69,l vekt-% boroksid (21,5 vekt-% bor) og 23,9 vekt-% karbon. En termogravimetrisk analyse viser at det malte beskiktningsmateriale inneholder 7 vekt-% vann.

Syntese av boranriket borkarbidpulver: Beskiktningen behandles i samme apparat som benyttet i de foregående eksempler. Ca. 10,00 kg av -44 mikrometers beskiktningen som er tilberedt som beskrevet i dette eksempel, innføres gjennom reaktant-transporteringsdelen og inn i den vertikale ovnens reaksjonssone. Ved hjelp av en skruetransportør opprettholdes en matingsmengde av ca. 0,09 kg/minutt, til hele beskiktnings-mengden er behandlet. Argongass som tilstrømmer i en totalmengde av ca. 0,28 m<3>/minutt, medfører reaktantene og produktet gjennom ovnen. En del av argongassen medfører beskikt-ningspartikler gjennom den vannkjølte reaktant-transporteringsdel, mens resten inntrenger i reaksjonssonen gjennom gasstrømningskammeret mellom reaktant-transporteringsdelen og reaktorkammerets øvre utstrålingsflate.

Ca. 1,51 kg reaksjonsprodukt oppsamles bakenfor det vertikale reaktorapparats kjølekammer. Produktet vaskes i svak HCl-løsning (pH ca. 3) ved 80°C. Et røntgenstråle-di-fraksjonsbilde av produktet indikerer at det ikke finnes sporbart fritt karbon og at produktets karbidfase er borkarbid. Kjemisk analyse av det vaskede produkt viser 9,0 vekt-% karbon, 88,04 vekt-% fast bor, og 0,80 vekt-% oksygen, hvilket indikerer dannelsen av boranriket borkarbid. Et elektronskan-nings-mikrobilde av det vaskede beholderprodukt viser at produktet består av likeaksede finkrystaller med en snever størrelsesfordeling. Ved besiktning av reaktorenheten med innbefatning av reaktant-transporteringsdelen og kjølekamme-ret, påtreffes ingen vesentlig avleiring av aglomerert, ureagert beskiktningsboroksid eller produkt-borkarbid.

Varmpressing av boranriket borkarbidpulver; Et lite kvantum vasket og tørket pulver anbringes i en grafittform, og vaskes i et argonmijø ved 2100°C og ved et trykk av 350 kg/cm<2>. Pulveret smeler i grafittformen, reagerer med denne og gjør det umulig å adskille den smeltede del og formen. Den smeltede del knuses og viser seg ved kjemisk analyse å bestå av B4C, hvilket indikerer at boroverskuddet har reagert med formen og dannet den termodynamisk mer gunstige form for borkarbid, dvs. B4C.

I et andre forsøk på å fremstille en boranriket borkarbiddel, anbringes en liten pulvermengde i en bornitridform og varmpresses under de samme betingelser, 2100°C og 350 kg/cm<2>, i et argonmiljø. Det viser seg at delen danner en væskefase, og dette resulterer i en stor partikkelstørrelse.

I et tredje forsøk på å fremstille en boranriket del, anbringes en liten pulvermengde i en bornitridform og varmpresses, ved 2000°C og 350 kg/cm<2>, i et argonmiljø. Etter varmpressingen fjernes delen, og dens mikrostruktur analyseres. Mikrostrukturen evaluering av delen viser to forskjellige kornstørrelser som reagerer forskjellig ved kjemisk etsing. Delen knuses og analyseres kjemisk. Et røntgenstrå-le-difraksjonsbilde indikerer at delen består av borkarbid med tilstedeværende, små mengder av en andre fase. Kjemisk analyse av den knuste del viser en sammensetning av 9,05 vekt-% karbon, 89,23 vekt-% bundet bor, 1,26 vekt-% oksygen og 0,46 vekt-% nitrogen. Den boranrikede borkarbiddel har følgelig et B/C-molarforhold av ca. 11,2. Det antas, etter den kjemiske analyse, at den frembragte del omfatter to eller flere faser inneholdende B4C eller B^C^, og en meget bor-rik fase, såsom B8C eller B25C

Eksempel 8 - boranriket borkarbid

En boroksid/karbon-beskiktning av partikkelstørrelse -44 mikrometer og bestående av 67,5 vekt-% B203 (21,0 vekt-% bor), 25,2 vekt-% karbon og 7,2 vekt-% vann, tilberedes på samme måte som beskrevet i Eksempel 7. Reaktorkammeret i apparatet som er beskrevet i Eksempel 1, oppvarmes til 2100°C. Det anvendes en flytende argonatmosfære under reaksjonen. En beskiktningsmengde av 3,7 kg ifylles i en argonrenset matertrakt, og innføres i reaktorapparatet, som beskrevet i de foregående eksempler. Ved hjelp av en skruetransportør opprettholdes en matingsmengde av 0,14 kg/minutt, til hele beskiktningen er behandlet. Argongass som tilstrømmer i en mengde av ca. 0,28 m<3>/minutt, fører faststoffene gjennom reaktorapparatet. En del argongass medfører beskiktningspar-tikler gjennom den avkjølte reaktant-transporteringsdel, mens en del ledes gjennom gasskammeret mellom raktant-transporteringsdelen og oversiden av utstrålings-reaktorkammeret. I det bakenforliggende kjølekammer avkjøles reaksjonsproduktene umiddelbart ved utstråling.

Reaksjonsprodukt oppsamles i en mengde av 1,15 kg bakenfor reaksjons- og kjølingssonene. Produktet vaskes i svak HCl-løsning (pH ca. 3) ved 80°C. Kjemisk analyse av det vaskede produkt viser 74,2 vekt-% bundet bor, 12,38 vekt-% bundet karbon og 5,4 vekt-% fritt karbon. Et røntgenstråle-difraksjonsbilde av det vaskede produkt indikerer at produkt-karbidfasen er B13C2. Et elektronmikroskop-overføringsbilde av det vaskede beholderprodukt indikerer at produktet består av likeaksede krystaller med en snever partikkelstørrelsesforde-ling av 0,1 - 0,2 mikrometer.

Ved besiktning av reaktorkammeret og det bakenforliggende kjølekammer påtreffes ingen vesentlig avleiring av aglomerert, ureagert beskiktnings-boroksid eller produktborkarbid.

Claims (17)

1. Apparat for fremstilling av ensartet, finpartiklet, keramisk pulver omfattende et reaktorkammer (16), et varmesystem (40), og et kjølekammer (42) , karakterisert ved

en avkjølbar reaktant-transporteringsdel (6) som omfatter en yttervegg som danner en rørledning i forbindelse med reaktorkammeret (16), hvorved en gasstrømningskanal (20) avgrenses langs ytterveggen av reaktant-transporteringsdelen (6) og står i forbindelse med reaktorkammeret (16), idet reaktorkammeret (16) omfatter en sidevegg (2 6) som avgrenser en reaksjonssone (28), idet varmesystemet (40) er tilknyttet reaksjonssonen (28) og innrettet for oppvarming av reaktanter i reaksjonssonen (28), og hvor kjølekammeret (42) omfatter en sidevegg som avgrenser en kjølesone (44) som står i forbindelse med reaktorkammeret (16), idet reaktant-transporteringsdelens (6), reaktorkammerets (16) og kjølekammerets (42) temperaturer kan reguleres indivi-duelt, slik at reaktantene kan innmates, gjennom reaktant-transporteringsdelen (6), i reaksjonssonen (28) hvori de reagerer og danner produkter som deretter innføres i kjølesonen (44).

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at reaktorveggen (26) er konstruert av karbonholdig materiale.

3. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at varmesystemet består av en elektrisk strømkilde som er egnet for direkte eller induktiv oppvarming av reaktorveggen (26).

4. Apparat ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved en gass-rensesone (34) som omgir reaktorkammeret (16).

5. Apparat ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at reaktant-transporteringsdelen (6) og/eller kjølekammeret (42) avkjøles ved hjelp av en kjølekappe (8, 48).

6. Apparat ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at reaktorkammert (16) står i forbindelse med kjølekammeret gjennom et kjøleinnløp (46), og at kjølesonen (44) har større diameter enn kjøleinnløpet (46).

7. Anvendelse av et apparat ifølge et av de foregående krav, for fremstilling av ensartet, finpartiklet keramisk pulver.

8. Fremgangsmåte for fremstilling av ensartet, finpartiklet, borholdig keramikkpulver ved karbotermisk reduksjon, karakterisert ved(1) innmating av boroksid eller et hydrat av dette og en karbonkilde gjennom den avkjølte reaktant-transporteringsdel (6) i et apparat som angitt i et av kravene 1 til 6, hvor reaktant-transporteringsdelen (6) opprettholdes ved en temperatur under reaktantenes smeltetemperatur; (2) reagering av reaktantene ved en temperatur over 1400°C i reaksjonssonen under reaksjonsbetingelser som er egnet for frembringelse av et ensartet, finpartiklet og borholdig, keramisk pulver, og (3) avkjøling av det keramiske pulver i kjølesonen (44).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at boroksid eller et hydrat av dette og minst ett annet, uorganisk oksid innmates gjennom den avkjølte reaktant-transporteringsdel (6) .

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at det annet, uorganiske oksid består av titandioksid, silisiumdioksid, aluminiumoksid, sirkondioksid eller blandinger av disse.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9-10, karakterisert ved at karbonkilden består av karbon, kjønrøk, acetylenkjønrøk, karbohydrat, vinyliden-kloridpolymer eller blandinger av disse.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 8-11, karakterisert ved at gassen ledes gjennom gasstrømningskanalen (20) til reaktorkammeret (16).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 8 - 12, karakterisert ved at boroksidet eller hydratet av dette og karbonkilden medføres i en inert eller reaksjons-forenelig gass.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12 eller 13, i karakterisert ved at gassen består av argon, karbonmonoksid, nitrogen, helium, hydrogen eller en blanding av disse.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 8-14, karakterisert ved at reaktant-transporteringsdelen (6) holdes på en temperatur under 100°C, og/eller reaksjonskammeret (16) holdes på en temperatur over 1600°C, og/eller kjølekammeret (42) holdes på en temperatur under 100°C.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 8-15, karakterisert ved at det borholdige keramikkpulver består av borkarbid, boranriket borkarbid, bornitrid, titandiborid, silisiumheksaborid, titandiborid/borkarbid-sammensetninger, titandiborid/boranrikede borkarbid-sammensetninger, silisiumkarbid/borkarbid-sammensetninger, silisiumkarbid/boranrikede borkarbid-sammensetninger, silisiumkarbid/bornitrid-sammensetninger, si1isiumkarbid/si1isiumheksaborid-sammensetninger eller blandinger av disse.

17. Fremgangsmåte for fremstilling av en keramikkdel ved komprimering av et borholdig keramikkpulver, karakterisert ved at pulveret er et produkt fremstilt ifølge et av kravene 8 til 16.