I ~ P A T K H E COOISI / [EHI4~I - B R I E F R E P O R T S - K U R Z E M I T T E I L U N G E N

• DIE Z• K• QUARZKRISTALLE

V o n

J. NAGY und I. TARJ�93

MEDIZINISCH-PHYSIKAL1SCHES INSTITUT DER MEDIZlNISCHEN UNIVERSITXT, BUDAPEST

(Eingegangen : 17. I. 1956)

Von den u zur Herstellung kª Quarzkristalle hat sich das ron WXLKER und BEUHLER, ferner das ron WOOSTER und Mitarbeitern be- schriebene aro besten bewahrt [1 ]. Dieses Verfahren wurde aueh ron uns in den vor einigen Jahren durchgefª Zª angewandt [2]. Ira nach- stehenden seien in Verbindung damit einige charakterŸ Angaben bespro- chen, auf Grund derer es m6glich ist, Vergleiche ª die in verschiedenen Temperaturbereichen und bei verschieden grossen Autoklavfª durch- gefª Zª zu ziehen.

Die Versuche erfolgten in Autoklaven ron etwa 28 cm L~nge und 1,9 cm Innendurchmesser, die mit Hilfe ron �87 zugeschraubt und so verschlossen wurden. Die Dichtung wurde durch eine Kupferseheibe gew/ihr- leistet. Als L~sungsmittel diente eine LSsung ron 5% Na2CO 3 -~- 0,4% KOH. Das Grundmaterial bestand aus verschieden grossen Kfirnern eines kristallinen Quarzabfalls. Fª die Kernkristalle standen uns AT-Schnitte von 2,15 �9 9,4 - 11 mm 3 zur Verfª die auf einen Silberfaden aufgeh~ngt wurden, und zwar in jedem Versuch zwei ª

Die charakteristischeren Messergebnisse sind in der Tabelle I zusammen- gefasst. Da mit AT-Schnitten gearbeitet wurde, ist - - abweichend voto allge- meinen Brauch - - anstatt des Zuwachses in der Richtung der Z-Achse die Ge- wichtszunahme in Prozenten angegeben.

Die Versuche Nr. 1 ~ erfolgten bei niedriger Temperatur, bei der die Li~s- lichkeit laut KENI'r [3] mit der Temperatur monoton zunimmt, und zwar gleicherweise bei kleinen und grossen Fª In den in der Tabelle angefª Versuchen wurden Fª benutzt, bei denen das L6sungs- mittel auch bei Betriebstemperatur in zwei Phasen anwesend war, so dass der Druck ira Autoklaven dem jeweiligen ges~ttigten Damps entspraeh. Die Kernkristalle hingen in der flª Phase des Li3sungsmittels. Der an k/ilteren Stellen befindliche Kern wuchs, wie dies auf Grund des Ansteigens der Li~slich- keitskurven zu erwarten war, in jedem Falle. Allerdings konnte man infolge des langsamen Wachstums in den bisher angewandten Apparaturen an keine praktisch verwertbaren Zª denken, obwohl die Verh/iltnisse voto tech-

4 ~ 0 J . NAGY und I. TARJ �93

n i s c h e n S t a n d p u n k t aus (n iedr ige T e m p e r a t u r u n d ge r inger Druck ) g ª

w~iren. Tabelle I

Versuchs- Nr.

Volumen der Fiillung bei Zimmertemperatur

%

Temperatur ~

oben unten

Druck ca. atm.

Versuchsdauer Tage

Gewicht des Zuwachses

loo% Gewicht

des Kernes

oberer KristM1 unterer Kristall

270 1 40 56 48 280 130

2 66 270 56 48 200 280 140

3 80 250 40 18 65 280 62

250 i10 4 80 40 29 260 1OO

5 36 448 --2O 460 480 10 --10

6 29 493 560 6,3 --25! 520 15

493 39 7 29 560 6,3 520 25

401 --53 8 43 368 7,5 417 --31

4O1 412 7,5 31 9 49 418 27

24O 10 55 400 510 7,5 420 150

11 75 380 1340 6 1000 4O0

12 80 1800 3,5 500 370 395

Die Ver suche Nr. 5 - - 7 w u r d e n be i h o h e n T e m p e r a t u r e n a u s g e f ª be i

d e n e n l a u t KENNEDY d e r A b l a u f de r L 0 s l i c h k e i t s k u r v e n ebenfa l l s be i j e d e n

be l i eb igen F ª m o n o t o n ans t e ig t . I n u n s e r e n V e r s u c h e n w u r d e n

k le ine F ª v e r w e n d e t , weil de r k o n t i n u i e r l i c h e B e t r i e b be i grSsse-

t e n Mengen wegen de r g rossen D r u c k e uns i che r w u r d e (es t r a t E n t w e i c h e n des

D a m p f e s u n d K r i e c h e n des A u t o k l a v e n m a t e r i a l s ein.) Das e r w a r t e t e W a c h s t u m

• DIE Z• KI.~NSTLICHER QUARZKRISTALLE 487

unterblieb in einigen F~llen. Es handelte sich hier wahrscheinlich darum, dass es gerade bei kleinen Fª in gewissen Temperaturbereichen der LSslich- keitskurven auch abfallende Abschnitte gibt, durch die man sowohl bei der Erw~rmung als auch bei der Abkª des Autoklaven hindurchgeht. Infolge- dessen 15si sich eine gewisse Zeit hindurch - - bei Erw/irmung und Abkª - - der an k~lterer Stellen befindliche Kernkristall bzw. fertige Kristall auf. Es kamen z.B. F/ille vor, wo sich die Kerne bei langsamer Erw~rmung vSllig auflSsten, noch bevor die Betriebstemperatur erreicht wurde. Bei langsamer Erw/irmung und Abkª und einem nur kurzen Betrieb kann es also vorkom- men, dass man als Endergebnis eine Aufl(isung erh~lt, trotzdem der Kristall w~hrend des eigentlichen Betriebes gewachsen war. Auf diese Weise ist die z.B. im Versuch Nr. 5 beobachtete AuflSsung zu erkl~ren. Es handelt sich hier um eine prozentual grosse, aber dem Absolutwert nach um eine geringfª Auf- l(isung. Interessant ist ein Vergleich der Versuche Nr. 6 und 7. Im Versuch Nr. 6 erfolgte die Abkª langsam (etwa einen Tag lang), wobei der obere Kern sich aufzul~isen begann. Im Versuch Nr. 7 wurde unter vSllig gleichen Bedingun- gen gezª mit dem Unterschied, dass die Erw~rmung rasch erfolgte und dass der Autoklav aro Ende der Betriebszeit plStzlich mit einem Wasserstrahl auf Zimmertemperatur abgekª wurde. Infolge der pliitzlichen Abkª unter- blieb die Aufl(isung, so dass der Kristall ein Wachstum zeigte. Der Kern kann auch so vor einer grSsseren Aufl(isung bewahrt werden, dass man bei der Erwiir- mung und Abkª l~ngs des Autoklaven in den einzelnen Temperaturbe- reichen stets die entsprechende Temperaturverteilung sicherstellt. Voto prak- tischen Gesichtspunkt sind indessen die bei so hohen Temperaturen stattfinden- den Zª dennoch nicht vorteilhaft. Einerseits nimmt der selbst bei kleinen Fª auftretende, mittelstarke Druck bei hohen Tempera- turen das Material des Autoklaven stark in Anspruch, andererseits ist bei kleinen Fª auch die Wachstumsgeschwindigkeit nicht hinreichend schnell.

Die Yersuche Nr. 8--12 wurden bei mittleren Temperaturen ausgefª Diese Temperaturen fallen in jenen Bereich, in dem die LSslichkeitskurve bei kleinen Fª auch einen abfallenden Abschnitt besitzt. Bei kleineren Fª lungen muss sich also der an kiilteren Stellen befindliche Kernkristall auflSsen und nur bei Anwendung grfisserer Fª wird man ein Wachstum erwarten dª Diese Erscheinungen gehen aus einem Vergleich des Versuches Nr. 8 mit den nachfolgenden Versuchen hervor.

Auff~llig ist das starke Wachstum in den Versuchen Nr. 11 und 12, bei tienen grosse Fª benutzt wurden. Diese Versuche erfolgten unter Ver- hiiltnissen, wie sie bei Zª im allgemeinen zu herrschen pflegen. Es unterliegt keinem Zweifel, dass zur Zª yon Quarzkristallen in den bisher angewandten Apparaturen der Temperaturbereich ron 370---410~ und ein Fª von 70--80% am gª sind. Das in den Versuchen

488 J. NAGY und I. TARJ�93

Nr. 11 u n d 12 e r h a l t e n e W a c h s t u m zeigte unge f i ih r das A u s m a s s , da s r o n d e n

u n g a r i s c h e n u n d aus l i i nd i schen Ver fa s se rn als das gr( isste e r r e i c h b a r e W a c h s -

t u m b e z e i c h n e t wird . Dieses W a c h s t u m e n t s p r i c h t de r e r h a l t e n e n W a c h s t u m s -

g e s c h w i n d i g k e i t v o n e t w a 1 m m / T a g in d e r R i c h t u n g d e r Z -Achse , be i d e r s ich

n o c h Z u w a c h s e ohne E i n s c h l ª u n d Risse e rz ie len lassen.*

LITERATUR

1. A. C. WALKEII, E. BEUHLER, Indust. Eng. Chem., 42, 1369, 1950. C. S. BROWN, R. C. KELL, L. A. THOMAS, N. WOOSTER, W. A. WOOSTER, Mineralogical Maga-

zine, XXIX, 858--874, 1952. 2. Z. GYULAI, I. TAILL~N, GY. ZIMONYI, S. UJHELYI, Fizikai Szemle 2, No. 4--5--6, 1952. 3. G. KENNEDY, Econ. Geo]., 45, 629, ]950.

* Als die vorliegende Arbeit bereits im Druck war, erfuhren wir, dass es ira Brush- Laboratorium gelungen ist, die ira niedrigen Temperaturbereich gegebenen gª techni- schen Verh~iltnisse mit dem Wunsch nach grosser Wachstumsgeschwindigkeit dadurch zu vereinen, dass die in einem gesonderten Behiilter hergestellte LSsung zu den in einem anderen Behiilter befindlichen Kernen ª252 wurde.