DE276980C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 276980 -KLASSE 31 c. GRUPPE

THE CARBORUNDUM COMPANY in NIAGARA FALLS, Niagara, New York.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Sizilium durch Guß.

Es ist vielfach versucht worden, Siliziumgegenstände durch Gießen von geschmolzenem Silizium in der gewünschten Form herzustellen. Die Schwierigkeiten dabei waren aber so groß, daß bisher die fabrikmäßige Herstellung brauchbarer Gegenstände aus geschmolzenem Silizium

ίο nicht durchführbar schien. Die Hauptschwierigkeiten beim Gießen des gewöhnlichen geschmolzenen Siliziums waren zuerst, daß das Silizium sehr schwammig und porös ist, indem es mit Blasen und feinen Löchern angefüllt war, zweitens daß der gegossene Gegenstand an der Oberfläche nicht glatt war und drittens, daß das gegossene Silizium recht grob kristallinisch war, so daß der Gegenstand nicht fest und widerstandsfähig genug war.

Es ist nun festgestellt worden, daß mit Hilfe des elektrischen Ofens gewonnenes Silizium und Siliziumlegierungen und -mischungen Siliziumdioxyd und Stickstoff und Sauerstoff enthalten, und daß durch Entfernung dieser Körper Güsse erhalten werden können, welche genügend stark, dicht und gesund sind, um in verschiedenen Industrien, besonders bei der Herstellung starker Säuren, benutzt zu werden; dies bedeutet die Erfüllung eines lebhaften Bedürfnisses in diesen Industrien.

Nach der Erfindung ist festgestellt worden, daß die Verunreinigungen mittels einer großen Anzahl von Körpern, wie Alkalimetallen, alkalischen Erdmetallen, Magnesium, Vanadium, Titan, Aluminium, Bor usw. oder, allgemein gesprochen, mit Hilfe von Elementen entfernt werden können, welche mit den Verunreinigungen eine Bindungswärme besitzen, welche größer ist als diejenige des Siliziums. Um ganz besonders vorteilhafte Ergebnisse zu erreichen, wird vorzugsweise ein Material benutzt, das außer als Desoxydationsmittel auch als Stickstoffentziehungsmittel wirken kann, z. B. Kalzium, Magnesium, Vanadium usw. Es ist bisweilen erwünscht, auch ein Element wie Natrium hinzuzusetzen, um den Sauerstoff oder die Oxyde zu entfernen, und einen Körper wie Vanadium, um Stickstoff oder Stickstoffverbindungen fortzuschaffen.

Es ist beim Gießen von Metallen, wie Stahl, Kupfer und anderen, bekannt, kleine Mengen von Aluminium oder von Borverbindungen zur Schmelze hinzuzusetzen, zum Zwecke die Bildung von Blasen während des Gießvorganges zu vermeiden. Ferro-Vanadium und Ferro-Titan werden auch für denselben Zweck in der Stahlindustrie benutzt.

Die Anwendung dieser Mittel zur Verbesserung der Gießeigenschaften des Siliziums war bisher aber nicht bekannt, da niemand vermutete, auf welchen Gründen die Erfolglosigkeit der bisherigen Versuche, brauchbare Gußgegenstände aus Silizium herzustellen, beruhte.

Im nachstehenden ist beispielsweise ein Verfahren näher beschrieben, nach welchem die Erfindung unter Benutzung von Magnesium ausgeführt werden kann. Das geschmolzene Silizium wird vorzugsweise von dem elektrischen

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Ofen, in dem es hergestellt worden ist, in einen Graphittiegel abgestochen, und dieser Tiegel wird in einen mit Hilfe von Koks oder Öl betriebenen Tiegelofen eingesetzt. Das Silizium wird dann ungefähr ein oder zwei Stunden lang erhitzt, nachdem zuvor eine Schicht von Koks auf die Oberfläche des Siliziums aufgebracht worden ist, um Verlust durch Verflüchtigung oder . Oxydation zu vermeiden. Wenn das

ίο Silizium in leicht flüchtigem Zustande ist, wird der Tiegel aus dem Ofen herausgenommen, der Koks abgestrichen und Magnesium zu dem geschmolzenen Silizium in Form eines feinen Pulvers oder kleiner Klumpen mittels einer besonderen Vorrichtung eingeführt. Es hat sich herausgestellt, daß die gewünschten Ergebnisse durch Zusatz von ¹Z₂ Prozent bis 3 Prozent Magnesium erhalten werden, das mit den Verunreinigungen Verbindungen eingeht und an die Oberfläche des Siliziums in Form von Schlacke gelangt. Das Magnesiumsilikat, welches entsteht, wenn Magnesium benutzt wird, ist leicht schmelzbar und kommt an die Oberfläche des geschmolzenen Siliziums. Wenn das Silizium keine weitere Reaktion in bezug auf Magnesium zeigt und in ruhigem Zustande sich befindet, wird es zweckmäßig von dem Boden des .Schmelztiegels her vergossen, um zu verhindern, daß irgendwelche Schlacke von der Oberfläche in das geschmolzene Silizium hineinkommt.

Für den Guß wird vorzugsweise eine trockene Sandform benutzt, deren Flächen, welche mit dem geschmolzenen Silizium in Verbindung kommen, mit Talk überzogen sind.

Es hat sich ferner herausgestellt, daß es wünschenswert ist, das Metall in die Form durch eine öffnung am Boden der Form zu vergießen und eine verhältnismäßig große Flüssigkeitssäule zu benutzen, so daß der Guß unter erheblichem Flüssigkeitsdruck erstarrt. Hierdurch wird dazu beigetragen, dichte gesunde Güsse zu erhalten.

Die auf diesem Wege erhaltenen Gegenstände sind mechanisch gesund und zeigen bemerkenswert wenig Blasen und Fließstellen. Das Silizium kristallisiert in Form sehr feiner Kristalle, so daß die hergestellten Gegenstände eine beträchtliche mechanische Widerstandsfähigkeit besitzen.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zum Gießen von Gegenständen aus Silizium und seinen Legie-

- rungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze ein Element hinzugesetzt wird, welches gegenüber den Verunreinigungen eine Bildungswärme besitzt, die größer ist als diejenige des Siliziums, um die in dem geschmolzenen Silizium enthaltenen Verunreinigungen (Siliziumdioxyd, Sauerstoff und Stickstoff) auszuscheiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze ein Element zugesetzt wird, dessen Oxyd eine höhere Bildungswärme besitzt als das Oxyd des Siliziums, und dessen Nitrid eine höhere Bildungswärme besitzt als das Nitrid des Siliziums.

3. Verfahren nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz ein Alkalimetall oder ein alkalisches Erdmetall, Magnesium, Vanadium, Titan, Aluminium, Bor o. dgl. benutzt wird.

Berlin, gedruckt in der reichsdruckereI.