Silizium-Bariumlegierungen werden durch die Reaktion reduzierter Bariumverbindungen (wie BaO oder BaCO₃) mit Silizium (oder Ferrosilizium) unter Verwendung einer der beiden hergestelltElektrosilikat-Thermoverfahren, oderAluminium-thermisches Verfahren.
1. thermisches Verfahren zur Herstellung von Silizium (Schmelzen im Elektrolichtbogenofen)
Anwendbarkeit: Geeignet für die industrielle Großproduktion, niedrige Kosten, aber höherer Energieverbrauch.
Rohstoffe:
Bariumquelle: Bariumoxid (BaO) oder Bariumcarbonat (BaCO₃).
Reduktionsmittel: Ferrosilicium (FeSi75), Siliziumpulver (Si)
Schmelzmittel: Kalk (CaO, reguliert die Schlackenfließfähigkeit)
Verfahren:
Zutaten mischen:
Mischen Sie BaO (oder BaCO₃), Ferrosilicium und Kalk entsprechend dem stöchiometrischen Verhältnis (BaO : Si ≈ 1 : 1).
Reduktion im Lichtbogenofen:
INDreiphasen-Lichtbogenofen, erhitzt auf1400~1600 Grad, BaO wird durch Si reduziert:
BaO+Si→BaSi+SiO2
Eisen (Fe) in Ferrosilicium nimmt nicht an der Reaktion teil und geht in die Legierung (Fe-Ba-Si) über.
Abscheidung von Schlackengold:
Die Silizium-Barium-Legierung (dichtere) sinkt auf den Boden des Ofens, Kalziumsilikatschlacke (CaSiO₃) schwimmt auf.
Gießen und Zerkleinern:
Die flüssige Legierung wird in Barren gegossen und nach dem Abkühlen zu klumpigen oder körnigen Produkten zerkleinert.
Eigenschaften:
Das Produkt enthält etwa 30–50 % Ba, der Rest - Si und eine kleine Menge Fe.
Die Alkalität der Schlacke (CaO/SiO₂) muss kontrolliert werden, um die Bariumrückgewinnung zu verbessern.
2. thermisches Verfahren zur Herstellung von Aluminium (selbstpropagierende Hochtemperatursynthese, SHS)
Anwendung: Geeignet für die Kleinserienproduktion von hochreinem SiBa, die Reaktion ist heftig und erfordert eine strenge Kontrolle.
Rohstoffe:
Bariumquelle: BaO oder BaCO₃.
Reduktionsmittel: Aluminiumpulver (Al).
Wärmeerzeuger: Kaliumchlorat (KClO₃, zusätzliche exotherme Reaktion)
Verfahren:
Zutaten mischen:
Mischen Sie BaO, Al-Pulver und eine kleine Menge KClO₃ entsprechend dem stöchiometrischen Verhältnis (BaO : Al ≈ 3 : 2).
Kalzinierungsreaktion:
EinbrennenMagnesiumtiegelUm eine aluminothermische Reaktion zu starten (über 2000 Grad):
3BaO + 2Al → 3Ba + Al2O3 + eine große Wärmemenge.
Das entstehende Barium (Ba) verbindet sich mit Silizium (Si) zur BaSi-Legierung.
Sedimentationstrennung:
Die flüssige Silizium-{0}}Barium-Legierung sinkt zu Boden und die Schlacke Al₂O₃ schwimmt nach oben.
Veredeln und Gießen:
Bei Bedarf wird ein Inertgas (z. B. Ar) durch die Legierung geleitet, um Verunreinigungen zu entfernen, und die Barren werden gegossen.
Eigenschaften:
Das Produkt kann bis zu 60 % oder mehr Ba enthalten und weist einen hohen Reinheitsgrad auf.
Die Reaktion ist heftig, explosionssichere Maßnahmen sind erforderlich und eignet sich für Laborforschung oder die Herstellung spezieller Legierungen.