DE1173878B

DE1173878B - Vorrichtung zur Erzeugung von feinkristallinem Borphosphid

Info

Publication number: DE1173878B
Application number: DES80385A
Authority: DE
Inventors: Dr Fritz Wenzel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-07-13
Filing date: 1962-07-13
Publication date: 1964-07-16
Also published as: CH426747A; US3279891A; BE634879A; GB992361A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: COIb

Deutsche Kl.: 12 i- 25/08

Nummer: 1173 878

Aktenzeichen: S 80385IV a /12 i

Anmeldetag: 13. Juli 1962

Auslegetag: 16. Juli 1964

Zur Darstellung von Borphosphid ist z. B. ein Verfahren bekannt, bei der die Umsetzung von elementarem Bor mit gasförmigem Phosphor bei Temperatur um 1000° C erfolgt. Nach der deutschen Patentschrift 1026 731 wird in einer Ampulle elementares, amorphes Bor bei 1000° C mit Phosphordampf, der von CoP₃ als Phosphorquelle geliefert wird, zur Reaktion gebracht. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, feinkristallines Borphosphid als Ausgangsmaterial für die Gewinnung von Borphosphid-Einkristallen zu verwenden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von feinkristallinem Borphosphid aus elementarem, amorphem oder kristallinem Bor und Phosphordampf. Die neue Lösung besteht darin, daß in einem senkrecht stehenden, einseitig am oberen Ende verschlossenen Reaktionsrohr an einem Träger getrennte Vorratsbehälter für den zur Phosphordampferzeugung nötigen Phosphor sowie für das zur Umsetzung benötigte Bor angeordnet sind und daß am unteren Ende des Reaktionsrohres eine Kühleinrichtung angeordnet und das Reaktionsrohr bis zum Anfang der Kühleinrichtung heizbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es, Borphosphid in größeren Chargen und in einem kurzen Arbeitsgang herzustellen. Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß das zur Reaktion bestimmte Bor mit großer Oberfläche im Reaktorteil der Vorrichtung untergebracht ist und dadurch der vollständige Ablauf der Umsetzung sehr wesentlich gefördert und beschleunigt wird. Außerdem sind bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine anderen Elemente als Bor und Phosphor bei der Durchführung der Reaktion nötig.

Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung und des Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

In der Figur ist die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt. Mit 1 ist das äußere Reaktionsrohr, mit 2 ein Vorratsbehälter für Phosphor oder Phosphorverbindungen und eventuelle nötige Reduktionsmittel, mit 3 die Vorratsbehälter für das Bor, mit 4 ein Träger für die Vorratsbehälter, mit 5 ein Thermoelementschutzrohr, mit 6 eine Kühleinrichtung, mit 7 und 8 Thermoelemente, mit 9 und 10 Heizöfen bezeichnet. Bei 11 ist der Anschluß für Wasserflaschen oder einen Abzug dargestellt.

Das äußere Reaktionsrohr 1 ist einseitig geschlossen. Im Innern des Reakiionsrohres befinden sich ein becherförmiger Vorratsbehälter 2 für Phosphor Vorrichtung zur Erzeugung von feinkristallinem
Borphosphid

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. Fritz Wenzel, Nürnberg

oder Phosphorverbindungen und eventuell nötige Reduktionsmittel. Außerdem sind im Innern des Reaktionsrohres die Vorratsbehälter 3 für den Borvorrat und ein Träger 4 für die Vorratsbehälter 2 und 3 angeordnet. Die Vorratsbehälter 3 sind exzentrisch gegeneinander versetzt etagenartig an dem Träger 4 angebracht. Die Vorratsbehälter können abnehmbar von dem Träger oder starr mit diesem verbunden sein. Der Träger ist als Rohr ausgeführt, das mit seinem unteren offenen Ende über das Thermoelementschutzrohr 5 geschoben ist. Das Thermoelementschutzrohr ist an seinem unteren Ende mit der Kühleinrichtung 6 so verbunden, daß die Ableitungen des Thermoelements 8 zur Messung der Phosphortemperatur und des Thermoelements 7 zur Messung der Temperatur des Borvorrats hier ausgeführt werden können. Der untere Teil des Thermoelementschutzrohres ist erweitert und trägt den übergeschobenen rohrförmigen Träger 4. Der untere Teil des Reaktionsrohres 1 ist mit der Kühleinrichtung 6, z. B. einer Doppelkühlfalle, bei 12 phosphordampfdicht verbunden, z. B. durch eine Schliff verbindung. Bei 11 kann die Vorrichtung durch ein System von Waschflaschen an einen Abzug angeschlossen werden. Es ist jedoch auch möglich, hier einen Ballonabschluß anzubringen. Als Materialien zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Werkstoffe geeignet, die bei hohen Temperaturen gegen Phosphordämpfe möglichst widerstandsfähig sind,

z. B. Quarz, Aluminiumoxyd oder andere keramische Massen, die außerdem noch mit einer Schutzschicht aus Borphosphid überzogen sein können.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in ihrer gesamten Länge bis zum Anfang der Kühleinrichtung beheizbar. Die Beheizung des Phosphors und des Borvorrats erfolgt durch die Heizöfen 9 und 10 mit Hilfe von nicht gezeichneten Regeleinrichtungen. Als

409 630/317

Heizöfen eignen sich z. B. elektrische Widerstandsöfen, hochfrequenzbeheizte öfen und Gasofen.

Der Phosphorvorratsbehälter ist erfindungsgemäß über den Vorratsbehältern für das Bor angebracht. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der Borvorrat, der sich über die Länge des Reaktionsrohres verteilt, dem überstreichenden Phosphordampf eine große Oberfläche zur Umsetzung von Borphosphid bietet. Die Kühleinrichtung am Ende der Vorrichtung gewährleistet eine kontinuierliche Durchströmung der Anlage mit Phosphordampf.

Als Phosphordampfquelle kann elementarer roter oder weißer Phosphor verwendet werden. Es können aber auch Phosphorverbindungen, die gasförmigen Phosphor abzugeben vermögen, Verwendung finden, wie z. B. CoP₃, oder Phosphorverbindungen, aus denen mit Hilfe eines Reduktionsmittels Phosphor in Freiheit gesetzt wird, so z. B. Phosphaterze.

Das Bor, das zur Umsetzung kommen soll, kann amorph oder kristallin sein, vorzugsweise jedoch von feinteiliger Form.

Der Phosphordampfdruck ist so zu wählen, daß die Umsetzung rasch ablaufen kann, jedoch nur ein kleiner Teil des Phosphordampfes nicht umgesetzt und in der Kühleinrichtung der Vorrichtung kondensiert wird. Bevorzugt wird ein Phosphordampfdruck größer als 0,2 Atmosphären gewählt. Die Umsetzungstemperatur liegt oberhalb 500° C, vorzugsweise zwischen 1000 und 1400° C. Die Dauer der Umsetzung beträgt einige Minuten bis mehrere Stunden.

Beispiel

In den Vorratsbehälter 2 werden 125 g roter Phosphor und in die Borvorratsgefäße 20 g amorphes Bor gebracht. Die Vorrichtung wird mit Argon gespült und hinter einer mit Schwefelsäure und Kupfersulfatlösung beschickten Wascheinrichtung mit einem argongefüllten Ballon verschlossen. Der Phosphorvorrat wird auf etwa 400° C, das entspricht etwa +0 0,7 Atmosphären, der Borvorrat auf etwa 1100° C erhitzt. Nach 6 Stunden werden die öfen abgekühlt durch Abschalten der öfen, die Vorrichtung geöffnet und das Borphosphid entnommen. Die Ausbeute beträgt bei dieser Einwaage 55 g Borphosphid gegenüber einer berechneten Ausbeute von 76 g Borphosphid, das sind rund 73°/o der Theorie.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von feinkristallinem Borphosphid aus elementarem, amorphem oder kristallinem Bor und Phosphordampf, dadurch gekennzeichnet, daß in einem senkrecht stehenden, einseitig am oberen Ende verschlossenen Reaktionsrohr an einem Träger getrennte Vorratsbehälter für den zur Phosphordampferzeugung nötigen Phosphor sowie für das zur Umsetzung benötigte Bor angeordnet sind, daß am unteren Ende des Reaktionsrohres eine Kühleinrichtung angeordnet ist und das Reaktionsrohr bis zum Anfang der Kühleinrichtung heizbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsbehälter fest mit dem Träger verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter für das Phosphor oberhalb der Vorratsbehälter für das Bor angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsbehälter für das Bor etagenartig exzentrisch gegeneinander versetzt an dem Träger angebracht sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger für die Vorratsbehälter ein Quarzrohr ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger für die Vorratsbehälter ein Aluminiumoxydrohr ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Boden der Kühleinrichtung ein am unteren Ende offenes und am oberen Ende geschlossenes Schutzrohr für Thermoelemente verschmolzen ist, das gleichzeitig zur Halterung des Trägers dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen