145667. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumíniumnitrid előállítására
145.667 3 során elengedhetetlennek bizonyult. A valóságban azonban, ezt a felesleget nem lehet az A12 0 3 + 3 C + N'ZZZ; 2 A1N + 3 CO egyenlet szerinti sztöchiometriai arányok alapján meghatározni, minthogy ez az egyensúlyi egyenlet, nem veszi számításba az A1N + C ÜZi; A1CN szilárd szilárd gáz egyenlet szerinti átalakulásból származó veszteségeket; ezzel egy olyan jelenség kerül a figyelem előterébe, amelyre eddig még nem mutattak rá. Ebből következik, hogy 100%-os nitridképzést még ideális feltételek mellett, a nitridképzési alapegyenletből számított és a nitrogénre nézve a fentebb tárgyalt termodinamikai egyenlet alapján helyesbített pontos mennyiségi arányok betartása esetén sem lehet elérni, ha nem alkalmazunk egy további szénmennyiséget a gázalakú egyértékű cianid képződése folytán bekövetkezett veszteségek pótlására. Ez a szénfelesleg a találmány értelmében a sztöchiometriai mennyiséghez képest célszerűen legalább 2%. Ez a felismerés a találmány egy további alapvető vonását képezi. A fent leírt eljárás szerint előállított, csekély mennyiségű megmaradt alumíniumoxidot tartalmazó alumíniumnitrid bizonyos mennyiségű szénfelesleget is tartalmaz. Amennyiben csekély széntartalmú alumíniumnitrid előállítása kívánatos, ezt a szénfelesleget kíméletes égetés útján távolíthatjuk el. A gyakorlatban azt tapasztaltuk, hogy a nitrid levegőben vagy oxigéntartalmú gázlégkörben nem oxidálódik mindaddig, amíg a hőmérséklet nem haladja meg a 800 C°-ot. így tehát az alumíniumnitridben visszamaradt szén 600 és 800 C° közötti hőmérsékleten tökéletesen kiégethető, anélkül, hogy ezzel maga a nitrid bármiféle változást szenvedne. Csupán arra kell ügyelni, hogy az égetés által fejlesztett hő ne növelje a kezeit alumíniumnitrid hőmérsékletét kb. 850 C° fölé, mert ezen a hőmérsékleten a nitrid oxidációja számottevő mértékűvé válik. Az égetés során keletkező hő eloszlatására elegendő az ismert módszerek alkalmazása, pl. az oxidáló gáz nitrogénnel vagy széndioxiddal való hígítása. Meglepőbb az, hogy jó eredmény érhető el ezen a téren vízgőznek az oxidáló gázhoz való hozzáadása útján is, ez a vízgőz az alkalmazott hőmérsékleten nem támadja meg az alumíniumnitridet. Ebben az esetben az égés exoterm folyamatának korlátokat szab a vízgőz és a szén közötti reakció folytán bekövetkező vízgázképződés endoterm folyamata. Az alábbi példák a találmány jobb megértését szolgálják, anélkül azonban, hogy a találmány ezekre a példákra lenne korlátozva. 1. példa: Egy grafitból készült 28 cm - belső átmérőjű, függőleges tégelykemencébe, amelyet -külső heví-Ez a szénféleség a találmány értelmében a sztöchiometriai mennyiséghez képest célszerűen legalább 2%. téssel 1700 C° egyenletes hőmérsékletre hevítünk, a következő töltetet rakjuk: 23 kg alumíniumoxid-szén keverék, amely Bayereljárással kapott alumíniumoxidból (16,5 kg) és 100-as finomságú szitán maradék nélkül átmenő tiszta kokszból (6,5 kg) áll, és 7—15 mm átmérőjű, kb. 50% pórusosságú szemcsékké van agglomerálva. Az egész töltetet kb. 2 óra hosszat hevítjük 1700 C° hőmérsékleten, miközben a kemencén alulról felfelé nítrogénáramot vezetünk át, percenként 100 liter áramlási sebességgel. Azután a töltetet nitrogénáramban 800 C°-ra hagyjuk lehűlni. 13,8 kg terméket kapunk, amelynek összetétele Aln .... 95,2% C , 4,2% Al2 O s 0,6% Ha ezt a terméket levegőáramban 700 és 800 C° közötti hőmérsékleten pörköljük, a következő összetételű termék marad vissza: A1N 99,0% C 0,35% AlAs 0,65% 2. példa: Ugyanolyan kemencében és ugyanolyan töltettel, mint az 1. példa esetében, ugyanolyan összmennyiségű nitrogént, vagyis 12 000 litert, vezetünk át a kemencén, de percenként 60 literes áramlási sebességgel, 3 óra és 20 perc alatt, ami azt jelenti, hogy ebben az esetben a gázáram pillanatnyi sebessége jóval kisebb, min,t az 1. példa szerinti esetben. Megfigyelhető, hogy a töltet egyes helyeken megolvad és összesül, a kapott alumíniumnitrid pedig 17% alumíniumoxidot tartalmaz, amelynek a mennyiségét a nitrogén további behatása útján sem lehet már csökkenteni. Ebből következik tehát, hogy a percenként 60 uteres nitrogénáram sebessége kisebb az alkalmazandó minimális áramlási sebességnél. Szabadalmi igénypontok: 1. Eljárás 97%-nál nagyobb AlN-tartalmú alumíniumnitrid előállítására alumíniumoxid és szén benső keverékének nitrogénnel, 1600 és 2000 C° közötti hőmérsékleten való reagáltatásával, melyre jellemző, hogy a szenet a sztöchiometriai menynyiséghez képest legalább 2%-os feleslegben alkalmazzuk, mimellett a nitrogénáramot olyan sebességgel áramoltatjuk át a keveréken, mely legalább egyenlő, de előnyösen nagyobb annál az áramlási sebességnél, mely már meggátolja helyi olvadékoknak és összesüléseknek a kemencetöltetben való képződését. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás kiviteli módja, melyre jellemző, hogy a kemencébe vezetett nitrogénáram eléggé gyors annak a biztosítására, hogy a nitridképzési zónát elhagyó gázok nitrogéntartalma nagyobb ' legyen annál az értéknél, amely az említett zóna legalacsonyabb hőmérsékletű pontján fennálló egyensúlynak megfelel, mi-
