Verdampfungsuntersuchungen am System Al₂O₃-SiO2 mit einem HF-Plasmabrenner

Abstract

Es wurde die Verdampfung von Feststoffen aus dem System Al₂O₃-SiO₂ in einem strömenden N₂-Plasma untersucht. Die Untersuchungsmethode gestattet die Registrierung verdampfender Komponenten im Dampfraum als Funktion der Verdampfungszeit. Auf Grund dieser Messungen, von Mikrosonden-Rückstandsanalysen und von thermodynamischen Berechnungen wurde der Verdampfungsmechanismus ermittelt. Es wurde festgestellt, daß auf 1900 bis 2000 °C erhitzter Mullit nicht kongruent verdampft, sondern schmilzt und bevorzugt SiO₂ abgebaut wird. Als Rückstand bleibt Korund. Der Abbau der Proben im System SiO₂-Al₂O₃ verläuft über die Suboxide SiO und Al0. Die Banden dieser Suboxide konnten spektroskopisch in kühleren Zonen der Fackel nachgewiesen werden. Für diesen Abbaumechanismus spricht auch die Tatsache, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit bei zunehmendem Sauerstoffpartialdruck in der Fackel abnimmt und bei steigendem Wasserstoffpartialdruck für das Siliciumoxid sehr stark, aber für das Aluminium und seine Suboxide nur geringfügig zunimmt.

Investigation of evaporation in the Al₂O₃-SiO₂ system with a high frequency plasma jet The evaporation of solid alumino-silicates in a N₂ plasma torch has been investigated. The method allows the registration of the volatilizing components in the vapour space as function of evaporation time. The mechanism of evaporation has been determined from these measurements, micro-probe analyses of residues and thermodynamic calculations. It has been shown that at 1900 to 2000 °C mullite does not evaporate congruently but melts and loses silica leaving corundum as residue. Decomposition of alumino-silicates includes production of SiO and Al0 which can be found spectroscopically in the cooler parts of the jet. This mechanism of decomposition implies that the rate of evaporation decreases with increasing oxygen partial pressure in the jet and increases rapidly with increasing hydrogen partial pressure for silica but increases only slightly for aluminium and its suboxides.

Etudes de volatilisation dans le système Al₂O₃-SiO₂ à 1'aide d'un chalumeau à plasma HF On étudie la volatilisation des matières solides du système Al₂O₃-SiO₂ dans un courant de plasma N₂. La méthode utilisée permet d'enregistrer, dans la chambre de volatilisation, les composants volatilisés en fonction de la durée de leur volatilisation. On détermine le mécanisme de la volatilisation en se basant sur ces mesures et des mesures effectuées par analyse des résidus à la microsonde et en s'aidant de calculs thermodynamiques. On constate que la mullite portée de 1900 à 2000 °C ne se volatilise pas de manière congruente, mais qu'elle fond et que le SiO₂ se dégrade préférentiellement, donnant comme résidu du corindon. La dégradation des échantillons du système SiO₂-Al₂O₃ passe par les sous-oxydes SiO et AlO. Les bandes de ces sous-oxydes ont pu être mises en évidence par spectroscopie dans les zones les plus froides de la torche. Ce mécanisme de dégradation est également confirmé par le fait que la vitesse de volatilisation diminue lorsque la pression partielle d'oxygène croit dans la torche et que, lorsque la pression partielle d'hydrogène augmente, cette vitesse augmente très fortement pour l'oxyde de silicium et très faiblement seulement pour l'aluminium et ses sous-oxydes.