DE1801678A1 - Transparenter Spinellkoerper - Google Patents
Transparenter SpinellkoerperInfo
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Description
Die Erfindung "betrifft Magnesiumaluminat-Spinellkörper,
die durch den Einschluss einer kleinen Menge von überschüssigem
Magnesiumoxid modifiziert und durch eine erhöhte Durchlässigkeit von sichtbarem licht und Infrarotstrahlung
relativ zum Spinell selbst, sowie hohe Dichte, hohe Härte und WärmestaMlität "bei erhöhter
Temperatur gekennzeichnet ist.
Die Materialien sind "besonders für die Herstellung von
durchlässigen Umhüllungen von Hochtemperatur-Licht^uellen
und als Übertragungsmittel für Infrarotstrahlung geeignet.
ITach dem Verfahren der US-Pat ent schrift 3 026 210 wird
die Übertragungsfähigkeit von Aluminiumoxidkörpern durch Sinterung einer Mischung von feinverteiltem Alu-
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miniumoxid, die eine kleine Menge, "bis zu 0,5 Gewichts^
der Mischung, von feinverteiltem Magnesiumoxid enthält, gesteigert.
Spinell wird in situ gebildet, Wie in der Patentschrift auf Spalte 3, beginnend mit Zeile 55 ausgeführt wird,
führt ein Magnesiumoxid-Gehalt im Überschuss über diese kleine Menge zur Bildung eines Betrages einer zweiten Spinellphase,
die ausreicht, um die Durchlässigkeit zu erniedrigen. Weiterhin ist gesagt, dass die Gegenwart von Magnesiumoxid
nur während des Sinterungsprozesses erforderlich ist. Es braucht nicht im gesinterten Aluminiumoxidkörper
zurückgehalten werden und kann vielmehr weitgehend oder vollständig aus dem Körper ohne Beeinträchtigung seiner Lichtdurchlässigkeitseigenschaften
ausgebrannt werden.
Nach dem Verfahren der US-Patentschrift 3 083 123 werden
Magnesiumaluminat-Spinellkör-per durch Behandlung eines Aluminiumsoxidkörpers
mit Magnesiumoxiddampf bei 1500° - 1900° C in einer Wasserstoffatmosphäre hergestellt. Der Magnesiumoxiddampf
und der Wasserstoff strömen über den Aluminiumoxidkörper. In Abhängigkeit von Zeit und Temperatur kann die Diffusion
des Magnesiumoxids in das Aluminiumoxid und die Umsetzung mit demselben entweder vollständig sein, so dass ein
homogener Spienilkörper entsteht, oder die Umsetzung kann
teilweise sein, in welchem Falle der Aluminiumoxidkörper eine Aussenzone einer SpineIlzusammensetzung erhält.
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ORSGlNAL INSPECTED
Keiner der Vorschläge führt zu Magnesiumaluminat-Spinellmagnesiumozidkörpern
gemäss der Erfindung, die eine erhöhte
Durchlässigkeit relativ zum Spinell seihst entwickelt,
Erfindungsgemäss wurde gefunden, dass eine pulverförmige
innige Mischung von Magnesiumaluminat-Spinell und Magnesiumoxid zu einem transparentem polykristallinen Körper gesintert
werden kann, der im Vergleich zu einem gesinterten polykristallinen Körper von stöchiometrichem Magnesiumaluminat-Spinell
selbst eine erhöhte Durchlässigkeit von sichtbarem Licht und von Infrarotstrahlung besitzt.
Eine maximale Durchlässigkeit wird erreicht, wenn nicht mehr als etwa 0,04 Mol an überschüssigem Magnesiumoxid per Mol
des Spinells in der Zusammensetzung vorliegt. Jedoch beabsichtigt die Erfindung die Verwendung einer kleinen aber wirsamen
Menge "bis zu etwa 0,35 Mol des Magnesiumoxids per Mol des Magnesiumaluminat-Spinells.
In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der pulverförmigen
Mischung kann die Sinterung bei etwa 1500 bis etwa 1900° C durchgeführt werden, Mischungen mit einem höheren Magnesiumoxidgehalt
erfordern die höheren Sinterungstemperaturen. Die Sinterung erfolgt vorzugsweise in einer Wasserstoffatmosphäre
und kann, falls erwünscht, im Vakuum durchgeführt werden.
Da eine vollständige Gleichmässigkeit der sinterfähigen LIi-
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schungen augenscheinlich erwünscht ist, ist die Erfindung weiterhin
auf die Herstellung der Spinell-Magnesiumoxidmischungen gerichtet. Vorteilhaft erhält man diese durch Auflösung
von Ammoniumalaun und einem in der Wärme zu Magnesiumoxid zersetzbaren Magnesiumsalz wie Magnesiumnitrat in Wasser,
Verdampfung des Wassers der Lösung und Calcinieren des Rückstandes der gemischten Salze in Luft bei etwa 1100 bis etwa
1300° C, wobei ein zerreibbares Pulver mit einer Teilchengrösse von weniger als etwa 1 Mikron entsteht.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht aus folgenden Arbeitestufen:
Zunächst wird eine innige Mischung von Magnesiumxoxid und
Magnesiumaluminat-Spinell, beide von hoher Reinheit und niedriger Teilchengrösse, hergestellt. Aus der Mischung
werden durch trockene Verepressung Körper gewünschter Form gebildet und im Vakuum oder in einer Wassersetoffatmosphäre
bei 1500 - 1900° C gesintert.
Die Mischung aus Magnesiumoxid und Spinell wird durch CaI-cinierung
bei etwa 1100 bis etwa 1300° C einer innigen Mischung von Aluminiumoxid und Magnesiumoxid hergestellt, wobei
letzteres in einer Menge von wenig mehr als 1 bis etwa 1,35 Mol per Mol Aluminiumoxid vorhanden ist. Da Aluminiumoxid
und Magnesiumoxid stöchiometrisch unter Bildung von Spinell reagieren, enthält die calcinierte Mischung eine kleine, aber
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wirksame überschüssige Menge Ms etwa 0,35 Mol von Magnesiumoxid
per Mol Spinell.
Um die zwei Phasen Magnesiumoxid-Spinellmischung in einer möglichst gleichmässigen Form und die Komponenten der Mischung
in möglichst feiner Teilchengrösse zu erhalten, ist erfindungsgemäss
die Bildung von Magnesiumoxid und Aluminiumoxid aus jeweils einer einzelnen Phasß vorgesehen. Insofern können
Ammoniumaluminiumsulfatdodecahydrat (Schmelzpunkt 93,5° q)
und Magnesiumnitrat-hexahydrat (Schmelzpunkt 89° G) leicht miteinander
in einem gewünschten Mengenverhältnis verschmolzen werden, um eine völlig homogene lösung zu erhalten, wobei als»
lösungsmittel das Hydratwasser"beider Salze dient. Diese lösung
wird zur Entfernung des Wassers erhitzt, wobei eine völlig homogene Mischung der Salze erhalten wird. Die Mischung
wird sodann ansteigend auf eine Temperatur im Bereich von etwa 1100 Ms etwa 1300° C erhitzt und 1-10 Stunden bei dieser
Temperatur calciniert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der die Mischung auf die Caleinierungstemperatur gebracht
wird, der Zusammensetzung der Mischung und der Geschwindigkeit des luftstromes durch den Ofen. Vermutlich werden sowohl
Magnesiumoxid und Aluminiumoxid gebildet und reagieren bei
der Calcinierungstemperatur unter Bildung von Spinell. Das
vorhandene überschüssige Magnesiumoxid ist gleichmässig im Spinell verteilt. Die calcinierte Masse ist sehr leicht brüchig
und leicht in ein sinterbares Pulver mit einer Teilchengrösse von weniger als etwa 1 Mikron überführbar.
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Aimoniumaluminiumsulfat-dodecahydrat und Magnesiumnitrathexahydrat
sind die besonders bevorzugten wärme ζ ersetzbar en
Quellen für Aluminiumoxid und Magnesiumoxid. Jedoch sind selbstverständlich weitere Quellen verwendbar wie Hydrate
von Aluminiumsulfat, Magnesiumacetat, Magnesiumchlorid und
dergleichen.
Es ist natürlich nicht erforderlich, hydratisierte Salze
zu verwenden, da geschmolzene Mischungen von anhydrischen Salzen völlig homogene Lösungen des einen Salzes in dem
anderen darstellen. Jedoch erleichtern die niedrigen Schmelzpunkte der hydratisieren Salze die Herstellung der Schmelzmischungen.
Andere Methoden zur Bildung von gleichmässigen Mischungen
von Magnesiumaluminat-Spinell und Magnesiumoxid sind anwendbar. Beispielsweise können bei der im obigen beschriebenen
Arbeitsweise die wärme zersetzbaren Salzquellen für Alumi-.-niumoxid
und Magnesiumoxid auf stöchiometrischer Basis verwendet werden, so dass das erhaltene brüchige und sinterfähige
Pulver Spinell ist, der im wesentlichen frei von überschüssigem Magnesiumoxid ist. Dieser kann dann mit einer
Lösung einer Salzquelle für Magnesiumoxid, z.B. Magnesiumnitrat, in Wasser oder Methanol gemischt werden. Das erhalt
ene nasse Material wird dann unter dauerndem Mischen getrocknet, wobei eine gleichmässige Mischung von Spinell und Magnesiumnitrat
erhalten wird. Die Wärmezersetzung des Magne-
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siumnitrats führt zu Magnesiumaluminat-Spinell, der gleichmassig
in der Masse verteiltes überschüssiges Magnesiumoxid enthält. Die Menge des Magnesiumoxids hängt natürlich von der
Menge der Magnesiumoxidquelle (z. B. Magnesiumnitrat) ab, die ursprünglich mit dem stöchiometrisOhen Magnesiumaluminat-Spinell
gemischt vrurde.
Selbstverständlich müssen das Aluminiumoxid und das Magnesiumoxid,
die schliesslich miteinander unter erfindungsgemässer Bildung des Spinenls und des damit verbundenen überschüssigen
Magnesiumoxids reagieren, einen hohen Reinheitsgrad besitzen, um die Möglichkeit der Bildung von isolierten Einschlüssen
von Verunreinigungen in den gesinterten Produkten, die die Durchlässigkeit infolge gesteigerter Streuung der
Strahlung erniedrigen, zu verringern· Demgemäss sollen die
verwendeten Quellen für die wärmezersetzbaren Salze weitgehend
rein sein.
Bei der Herstellung der rohen Körper der Magnesiumoxid-Spinellzusammensetzung,
z.B. durch trockene Verpressung oder isostatische Formung, ist es im allgemeinen nicht notwendig, ein
Bindemittel zu verwenden. Falls erwünscht, kann eine kleine Menge deat. Wasser, bis zu etwa 10 # des Gewichts der Zusammensetzung,
zugegeben werden. Natürlich sind auch andere bekannte geeignete Bindemittel verwendbar.
Die rohen Körper der bescMebenen Zusammensetzung sollen mög-
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lichtst eine Dichte von wenigstens 35 $ der Theorie geigen.
Um dies zu erreichen, werden gewöhnlich Formdrucke von etwa 1406 kg/cm angewandt.
Wie zuvor erwähnt, kann die Erhitzung der rohen Körper entweder im Vakuum oder in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt
werden. Letztere ist vorzuziehen, da sie die Verflüchtigung von Magnesiumoxid verringert. Dieser Verlust kann
weiter verringert werden, wenn die Wasserstoffatmosphäre zusätzlich verflüchtigtes Magnesiumoxid enthält.
Rohe Körper der Zusammensetzung mit einem relativ niedrigen '
Magnesiumoxidgehalt, z.B. 0,04 Mol per Mol Spinell oder 1,04 Mol per Mol Aluminiumoxid, verdichten sich schneller
zu einer nicht porösen Beschaffenheit, als von Zusammensetzungen mit relativ hohem Magnesiumoxidgehalt.Die schnellere
Verdichtung des ersteren kann zum Einschluss von rückständigen flüchtigen Verunreinigungen in den Poren des gesinterten
Körpers führen. Bei der langsameren Verdichtung von Zusammensetzungen mit hohem Magnesiumoxidgehalt können derartige
flüchtige Verunreinigungen leichter aus der noch porösen Struktur entweichen. Eingeschlossene Verunreinigungen erniedrigen
naturgemäss die Fähigkeit des gesinterten Körpers, die gewünschte Strahlung durchzulassen. Es ist daher im allgemeinen
günstig, insbesondere im Falle von Zusammensetzungen mit niedrigem Magnesiumoxidgehalt, die Mischungen eine Zeit- ·
lang "bei.einer Temperatur zu halten, die unter der Temperatur
liegt, "bei der eine Sinterung in praktischem Masse beginnt,
• um eine vollständige Entfernung derartiger Verunreinigungen
zu bewirken. Die Erhitzung vor dem Sintern kann "bei einer
Temperatur im Bereich von etwa 1400° bis etwa 1500° C durchgeführt
werden. Die Zeitdauer, bei der der rohe Körper gehalten wird, hängt von verschiedenen Faktoren, insbesondere
der Reinheit der behandelten Zusammensetzung, ab und kann vom Fachmann durch eine einfache Probe bestimmt werden. Im allgemeinen wird die Haltezeit in dem bezeichneten Temperaturbereich
etwa 8 Stunden nicht überschreiten und kann im Falle von Körpern mit relativ hohem Magnesiumoxidgehalt völlig weggelassen
werden. Diese Erhitzung vor dem Sintern wird Vorzugs- · weise in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt, was jedoch
auch im Vakuum möglich ist. Nach dieser Vorerhitzung kann der rohe Körper auf Umgebungstemperatur abgekühlt und für eine
folgende Sinterung bereitgestellt werden. Jedoch erfolgt aus praktischen und ökonomischen Gründen die Sinterung unmittelbar
auf die Vorerhitzung
Die Sinterung der rohen Körper zu Produkten gemäss der Erfindung
erfolgt bei Temperaturen im Bereich von etwa 1500 bis etwa 1900° C während etwa 20 Minuten bis etwa 7 und mehr
Stunden. Körper mit relativ hohem Magnesiumoxidgehalt sollten bei den höheren Temperaturen behandelt werden, wenn eine maximale
Durchlässigkeit von Infrarotstrahlen erreicht werden soll. Andererseits kann diese auch durch Erhitzung bei niedrigeren
Temperaturen im bezeichneten Bereich erreicht werden,
wenn die Erhitzungsdauer entsprechend gesteigert wird. Diejenigen
Körper mit einem nur geringen Gehalt an überschüssigem Magnesiumoxid, z.B. weniger als etwa 0,1 Mol per Mol
Spinell, können bei entweder hohen oder niedrigen Temperaturen im bezeichneten Bereich erhitzt werden; die Durchlässigkeit
für Infrarotstrahlung ist nicht merkbar durch die Erhitzungstemperatur beeinflusst. Urn eine maximale Durchlässigkeit
für Strahlen im sichtbaren Bereich in einem praktischen Zeitraum zu erhalten, ist es wünschenswert, alle Zusammensetzungen
gemäss der Erfindung bei einer höheren Temperatur, z.B. 1850° C, durchzuführen.
An Hand von Beispielen wird im folgenden eine Reihe von gesinterten
Körpern verschiedener Magnesiumoxid-Magnesiumalumi~--
natspinell-Zusammensetzungen und von Magnesiumaluminatspinell
selbst näher erläutert. > ' ,
Eine Mischung aus je einem Gramm-Mol von Magnesiumnitrathexahydrat
und Ammonium-Aluminiumsulfat-dodecahydrat (beide
Mallinkrodt Analysenreagensgrad) wurde in einem Aluminiumoxid-Schmelztiegel
in einem elektrischen Ofen geschmolzen. Dabei wurde Luft durch den Ofen zur Entfernung von flüchtigen
Stoffen geleitet. Die Temperatur wurde auf 600° C während
etwa 3,5 Stunden gesteigert und bei dieser Temperatur etwa
weitere 3 Stunden gehalten. Danach wurde die Temperatur stu-
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fenweise während 5 Stunden auf 1300° C gebracht und bei dieser
Temperatur weitere 1,5 Stunden gehalten. Das Material kühlte dann im Ofen auf Raumtemperatur ab. Der erhaltene
■ Magnesiumaluminat-Spinell war ein feines weisses Pulver, das
vollständig eine Teilchengrösse von weniger als etwa 1 Mikron
besass·
Das Verfahren wurde mit Mischungen des Ammonium-Aluminiumsulfats und steigenden Anteilen an Magnesiumnitrat wiederholt,
um innige Mischungen des Spinells mit steigenden Anteilen an überschüssigem Magnesiumoxid zu erhalten.
Aus diesen Pulvern wurden Randscheibenkörper durch trockene
Verpressung bei 1406 kg/cm2 in einer Kolbenpresse mit Eilterpapiereinlage
zur Verhinderung von Verunreinigung geformt. Diese Formstücke wurden flach liegend in einem rechtwinkligen
Molybdänboot (boat), bedeckt mit einer Molybdänplatte, die mit pulverförmigem Magnesiumoxid bedeckt war, erhitzt. Die
Magnesiumoxidschicht wurde mit einer zweiten Moly.bdänplatte bedeckt, um eine übermässige Verflüchtigung des Magnesiumoxids
in den Ofen zu verhindern.
Das Boot'(boat) mit seinen Mustern wurde in einen kalten Ofen,
der für eine Durchleitung von Wasserstoff eingerichtet war, eingestellt. Die Ofentemperatur wurde im Verlauf von 8 Stunden
auf 1400° C gebracht, dann auf 1500° C während einer folgenden
Zeitdauer von etwa 16 Stunden. Hach der Haltedauer zwischen
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1400° und 1500° wurden die Muster mit einer Steigerungsgeschwindigkeit
von 12° G/Minute auf Sintertemperatur (firing, temperature) gebracht und "bei dieser Temperatur 7 Stunden
gehalten. Der Ofen wurde dann abgestellt und auf Kaumtemperatur abkühlen gelassen.
Pie gesinterten scheibenförmigen Muster wurden grob vermählen,
sodann mit Diamantpaste auf eine Dicke von 1 mm geglättet. Die Durchlässigkeit (in - line transmittance) der
Muster wurde mit einem Spektrophotometer (Perkin-Elmer Modell 350) gemessen. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle I
aufgeführt: ■ ·
| Durchlässigkeit | bei 0 | 1 | ,5 | Mikron Wellenlänge, ^ |
| Mol Überschuss MgO | Sinterung bei | |||
| per Mol Spinell | i6oo° | 0 - | 7 Stunden 1850υ G- 7 Stunden | |
| 0,0 | 3,9 | 7,0 | ||
| 0,04 | 7,9 | 42,8 | ||
| 0,12 | 5,2 | 28,3 | ||
| 0,22 | 3,9 | 21,0 | ||
| 0,35 | 3,4 | 13,2 | ||
| 0,46 | 2,0 | 8,0 | ||
| 0,67 | 1,0 | ■4,6 |
909845/1367
| - | 5 | 13 - | Wellenlänge, | 1801678 | |
| Durchlas s igke it | bei 1, | 40 | 0 Mikron | mden 1850° | |
| Mol Überschuss MgO per ΜθΙ Spinell |
1600° | 18 | C - 7 Stx | 8, | C- - 7 Stunden |
| 0,0 | 7 | ,4 | 51, | 3 | |
| 0,04 | 4 | ,8 | 40, | 8 | |
| 0,12 | 1 | ,4 | 33, | 7 | |
| 0,22 | 1 | ,0 | 22, | 4 | |
| 0,35 | ,3 | 15, | 3 | ||
| 0,46 | ,7 | 9, | 0 | ||
| 0,67 | ,0 | 3 | |||
Hieraus ergibt sich., dass der Einschluss einer geringen Menge
an überschüssigem Magnesiumoxid in einem gesinterten Magnesiumaluminat-Spinellkörper
höchst wirksam eine Steigerung der Durchlässigkeit des Körpers für eine Strahlung der bezeichneten
Frequenzen bewirkt, und dass die Wirkung des Einschlusses merklich mit der Verringerung der Qehaltes an
überschüssigem Magnesiumoxid steigt. Es ist weiter festzustellen, dass als praktisch obere Grenze das Magnesiumoxid
in einer Menge vorhanden sein sollte, die nicht grosser als 0,35 Mol per Mol Spinell ist. - Aus den Tabellen ergibt sich
weiterhin, dass sich die Erhitzung im höheren Temperaturbereich günstig zur Erreichung einer maximalen Durchlässigkeit
für sichtbare Strahlung auswirkt.
909845/1367
Beispiel 2
Die maximale Durchlässigkeit (in - line peak transmittance)
von Mustern mit einer Dicke von 1 mm wurde im Spektrophotometer (Perkin-Elmer Modell 221) "bestimmt:
| Maximale Durchlässigkeit | 1600 | bei | verschiedenen Wellenlängen, io | Stunden | 18501 | J 0 - | - 7 | Stunden |
| Mol Überschuss MgO | 48,0 | Sinterungstemperatur | Mikron | 49,5 | bei | 5,3 | Mikron | |
| per Mol Spinell | 74,5 | 0 G | Mikron | 76,0 | bei | 4,5 | Mikron | |
| 0,0 | 57,0 | bei | 5,3 | It | 68,0 | ti | 4,5 | Il |
| 0,04 | 49,0 | bei | 4,7 | It | 64,0 | Il | 4,5 | Il |
| 0,12 | 30,0 | Il | 5,2 | tt | 52,0 | It | 4,5 | Il |
| 0,22 | 12,5 | Il | 5,3 | It | 43,5 | Il | 4,5 | Il |
| 0,35 | 1,0 | It | 5,6 | It | 34,0 | Il | 4,5 | Il |
| 0,46 | Il r |
5,9 | ||||||
| 0,67 | Il | 6,2 | ||||||
Hieraus ergibt sich die Überlegenheit der erfindungsgemässen
Produkte über stöchiometrischen Magnesiumaluminat-Spinell,
der auf die gleiche Weise hergestellt wurde, bezüglich der Durchlässigkeit von Infrarotstrahlung. Die Produkte mit dem
geriigsten Gehalt an überschüssigem Magnesiumoxid lassen 50 $
mehr der angegebenen Strahlung im Infrarotspektrum durch als die stöchiometrischen Spinellkörper.
Es ist weiterhin festzustellen, dass, während die Körper
909845/1367
mit 0,04- Mol an überschüssigem Magnesiumoxid sowohl bei
einer Erhitzung auf 1600° als auch auf 1850° eine äquivalente
Durchlässigkeit haben, diese Körper mit steigendem Gehalt an Magnesiumoxid bei der höheren Temperatur wesentlich
verbessert werden. Der Körper mii? 0,35 Mol an überschüssigem
Magnesiumoxid und einer Erhitzungstemperatur von 1850° C ist messbar dem vergleichbaren stöchiometrischen Spinell-Körper
wesentlich überlegen«
Die Durchlässigkeit der Strahlung bei verschiedenen Fre-"
qzenzen von Magnesiumalut-minat-Spinellkörpern mit verschiedenem
Gehalt an überschüssigem Magnesiumoxid wurde mit entsprechenden Körpern aus stöchiometrischem Spinell verglichen,
Die Muster bestanden aus polierten Scheiben mit einer Dicke von 1 mm und wurden aus Körpern hergestellt, die bei 1850° C
während 7 Stunden in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert
waren. Pur eine Strahlung mit einer Wellenlänge von bis zu
2,0 Mikron wurde die Durchlässigkeit mit einem Spektrometer nach Perkin-Elmer Modell 450 bestimmt. Pur eine Strahlung
mit längeren Wellenlängen wurde zur Bestimmung der Durchlässigkeit ein Modell 221 verwendet. Die Resultate .sind in
Tabelle III zusammengestellt:
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| Strahlung | T | 0.0 | Mol | a | belle | III | 0 per Mol | • | Spinell | 0.46 | 1° | I | OD | |
| Durchlässigkeit "bei | 1 | 0.04 | I2- 0«22 | 0.35 | 0 | as | O | |||||||
| Ultraviolett | Wellenlänge | 3 . | 1 | verschiedenen Wellenlängen, | 1 | 0 | 1 | 0.67 | I | CD | ||||
| Il | Mikron | 6 | 7 | Mg | 2 | 1 | 3 | 0 | ■<] | |||||
| , .■ ■ · " ' . , · | 0,2. | 8 | 20 | 0. | 6 | 4 | 6 | 1 | CX) | |||||
| 0,24 | 7 | • 34 | 1 | 13 | 8 | 6 | 2 | |||||||
| Sichtbar | 0,3 | 7 | 35 | 3 | 15 | 9 | 8 | 3 | ||||||
| 0,4 | 7 | 43 | 11 | 21 | 13' | 11 | 3 | |||||||
| to CD |
Il | 0,4 | 7 | 48 | 21 | 27 | 17 | 14 | 5 | |||||
| to CO |
11 | 0,5 | 7 | 52 | 21 | 32 | 21 | 10 | 6 | |||||
| Nahe Infrarot | 0,6 | 7 | 43 | 28 | 23 | 15 | 12 | 8 | ||||||
| cn | Il | 0,7 | 10 | 47 | 34 | 27 | 18 | 20 | 5 | |||||
| Il | 0,7 | 13 | • 56 | 39 | 39 | 26 | 26 | 7 | ||||||
| σ> | Il | 0,8 | 17 | 61 | 31 | 47 | 33 | 32 | 12 | |||||
| Il | 1,2 | 13 | 65 | 35 | 53 | 39 | 24 | 18 | ||||||
| Il | 1,6 | 26 | .62 | 45 | 48 | 32 | 37 | 23 | ||||||
| Il | 2,0 | 39 | 70 | 52 | 59 | 44 | 43 | 14 | ||||||
| Il | 2,0 | 49 | 75 | 57 | 64 | 51 | 42 | 27 | ||||||
| Il | 3,0 | 36 | 75 | 53 | 63 | 51 | 23 | 34 | ||||||
| It | 4,0 | 2 | 48 | 62 | 38 | 32 | 1 | 33 | ||||||
| . Il | 5,0 | 0 | 2 | 67 | 3 | 1 | 0 | 16 | ||||||
| Il | 6,0 | 0 | 67 | 0 | 0 | 1 | ||||||||
| 7,0 | 45 | 0 | ||||||||||||
| 8,0 | 2 | |||||||||||||
| 0 | ||||||||||||||
Die Zusammenstellung zeigt, dass Körper aller Zusammensetzungen gemäss der Erfindung polykristallinen Magnesiumaluminat-Spinellkörpern
nach der gleichen Herstellungsweise
bezüglich der Strahlendurchlässigkeit mindestens "bei bestimmten
angegebenen Wellenlängen überlegen sind. So ist die Zusammensetzung mit dem Maximalgehalt an Magnesiumoxid, 0,67
Mol per Mol Spinell, einem Spinell in der Strahlendurchlässigkeit bei einer Wellenlänge von 1,2 - 2,0 Mikron überlegen*
Eine Verringerung des Gehaltes an überschüssigem Magnesiumoxid auf 0,55 Mol verbessert die Durchlässigkeit im Bereich
von 0,4 bis 5,0 Mikron. Eine weitere Erniedrigung des Magnesiumoxidgehaltes
auf 0,22 Mol verbreitert diesen letzteren Bereich zum Einschluss einer Strahlung mit einer Wellenlänge
von 6 Mikron. Weiterhin entwickelt der Körper mit dem niedrigsten
Magnesiumoxidgehalt von 0,04 Mol per Mol Spinell eine bemerkenswerte Verbesserung gegenüber dem Spinell an
sich in Bezug auf die Strahlendurchlässigkeit in einem breiten Wellenbereich von 0,3 bis 6,0 Mikron,
Schliesslich zeigt Tabelle III, dass nicht nur der Einschluss der geringsten Menge an Magnesiumoxid die Durchlässigkeit des
Körpers für Strahlung des weitesten Wellenlängenbereiches verbessert, sondern auch, dass die Verbesserung bei Jeder
Wellenlänge innerhalb dieses weitesten Bereichs am grössten ist wenn der geringste wirksame Betrag an überschüssigem Magnesiumoxid
angewandt wird. So ist für Infrarotstrahlung bei
—l
3,0 Mikron die Verbesserung, relativ zum Spulenkörper an
sich, des Körpers mit nur 0,04 Mol an iiberschüssigem Magnesiumoxid
42 io per 0,01 Mol Magnesiurnoxiä, während auf der
gleichen Grundlage der Körper mit 0,12 Mol an überschüssigem
Magnesiumoxid eine geringere Verbesserung von etwa 12 $ per
0,01 Mol des Magnesiumoxids zeigt*
Die Differenz zwischen dem Prozentsatz an Dürchlässigkeits-
werten "bei 0,4 Mikron Wellenlänge im ultravioletten Bereich
und "bei 0*4 Mikron Wellenlänge im sieht "baren Bereich liegt
innerhalb der Fehlergrenze und ist teilweise darauf zurück- '
zuführen, dass verschiedene Strahlenquellen benutzt würden.
Die Werte bei 0,7 Mikron Wellenlänge in dem; nähen Infrarotbereich
wurden durch Verwendung eines Detektors' von kleinerer Fläche erhalten, als dem bei 0,7 Mikron Wellenlänge ±$ sichtbaren Bereich verwendeten Detektor. Dabei ist üätüriieh einige
Streuung der Strahlung. Der Detektor mit grösääfer Fläche
im sichtbaren Bereich absOrbiert eine grössere Fraktion1 von
gestreuter Strahlung als der im nahen Infrarotbereich. Sehliesslioh
ist die Differenz zwischen den Werten bei 2,0 Mikron Wellenlänge im nahen Infrarotbereich und Infrarötbereich die
Folge des Wechsels des Messinstruments,
Wegen der Schwierigkeit, eine genaue analytische Bestimmung
der relativen Gehalte an Magnesiumoxid und Magnesiumäluminat-Spinell
in den gesinterten Produkten gemass der Erfindung durchzuführen, ist die Zusammensetzung der Originalmischung
909845/1367
von Magnesiumoxid- und Aluminiumoxid-Hilfsmaterial te stimmend
für die Zusammensetzung der Produktes. Insofern als der Betrag des Magnesiumoxid-Hilfsmaterials zur Bildung eines niedrigen
' Spiegels von überschüssigem Magnesiumoxid im Produkt ziemlich klein im Vergleich zu der Menge des Materials ist, das zur
Bildung der stöchiometrischen Spinellhauptkompoente gebraucht wird, ist es offensichtlich, dass es schwierig wird, genau
die Zusammensetzung der Produkte mit niedrigem überschüssigen
Magnesiumoxidgehalt zu bestimmen. Das bedeutet, dass irgendeine Ungenauigkeit beim Wiegen der kleinen Menge an Hilfsmaterial
für das überschüssige Magnesiumoxid einen grossen Ein·
fluss auf den tatsächlichen Wert des Gehaltes an überschüssigem Magnesiumoxid haben kann. Weiterhin ist Magnesiumoxid
flüchtiger bei erhöhten Temperaturen als Aluminiumoxid oder
Magnesiumaluminat spinell. Deshalb kann ein gesintertes Produkt weniger an überschüssigem Magnesiumoxid enthalten, als
nach der Zusammensetzung der Mischung des Hilfsmaterials
für Magnesiumoxid und Aluminiumoxid kalkuliert ist. Augenscheinlich können diese Fehlerquellen sich erhöhen. Demgemäss
kann der überschüssige Magnesiumoxidgehalt eines gesinterten Produkts bemerkenswert kleiner sein als der kalkulierte
Wert.
Es ist daher ein Merkmal der Erfindung, Magnesiumoxid in irgendeinem kleinen Betrag im Überschuss zum stöchiometrischen
Spinell zu verwenden, der wirksam die Durchlässigkeit für sichtbare und Infrarot-Strahlung der gesinterten erfindungs-
9098 45/1367
gemässen Produkte steigert» Die Erfindung lehrt und zeigt
insbesondere, dass mit fallendem Gehalt des gesinterten Körpers an überschüssigem Magnesiumoxid die Durchlässigkeit
des Körpers steigt. Weiterhin zeigen die im obigen angegebenen Werte allgemein, dass die Verbesserungsrate (rate)
steigt, wie der Magnesiumoxidgehalt abnimmt. Nach Tabelle I i,st bei den bei 1850° 0 erhitzten Körpern die Verbesserung
der Durchlässigkeit bei einer Wellenlänge von 0,5 Mikron
über die stöchiometrischen Spinellkörper mit 0,35, 0,22, 0,12 und 0,04- Mol an überschüssigem MgO, per Mol Spinell, 88 $,
200 #, 304 io und 511 $. Bei linearer Zunahme der Verbesserung
mit abnehmendem MgO-Gehalt wäre eine Verbesserung von nur etwa 380 $ über den stöchiometrischen Wert des Spinells zu
erwarten gewesen, jedoch wurde ein tatsächlicher Wert von
511 io erreicht. Anders ausgedrückt, der Verbesserungsgrad
zwischen einem Körper mit 0,35 Mol MgO und einem solchen mit 0,12 Mol ist im wesentlichen linear mit etwa 10 # per 0,01 Mol
Abnahme im MgO-Gehalt. Jedoch beträgt der Verbesserungsgrad zwischen einem Körper mit 0,12 Mol MgO per Mol Spinell und
einem solchen mit 0,04 Mol 26 f« per 0,01 Mol Abnahme im
MgO-Gehalt. Demgemäss ist es offensichtlich, dass der niedrigste benutzte MgO-Spiegel von 0,04 Mol (kalkuliert) keinen
unteren Grenzwert bedeutet. Es ist sinngemäss zu erwarten, dass solche Körper mit einem tatsächlichen Gehalt von nur
0,02 Mol an überschüssigem Magnesiumoxid per Mol stöchiometrischen Spinell wesentlich die Durchlässigkeitseigenschaften,
verbessern.
Claims (4)
1. Geformter und gesinterter polykristalliner Körper, dadurch gekennzeichnet, dass er im wesentlichen aus Magnesiumaluminatspinell
und überschüssigem Magnesiumoxid besteht, wobei das überschüssige Magnesiumoxid in einer kleinen
aber die Durchlässigkeit wirksam steigernden Menge bis zu etwa 0,-35 Mol Magnesiumoxid per Mol des Spinells vorhanden
ist, und dass der Körper im Vergleich zu einem geformten gesinterten polykristallinen Körper des Spinells
an sich eine verbesserte Durchlässigkeit (in -line-) von Strahlen aller Wellenlängen im Bereich von etwa 0,4 *
bis etwa 5,0 Mikron bewirkt.
2. Geformter und gesinterter Körper nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass er eine maximale Spitzendurchlässigkeit von wenigstens etwa 52 # pro Millimeter Dicke des
Körpers für Strahlen mit einer Wellenlänge von etwa 4,5 Mikron hat.
3. Geformter und gesinterter Körper nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass er eine Durchlässigkeit von nicht weniger als 9 <fo pro Millimeter Dicke des Körpers für
Strahlen aller Wellenlängen im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 0,7 Mikron hat und eine Durchlässigkeit von nicht
weniger als etwa 32 $> für Strahlen aller Wellenlängen im
Bereich von etwa 2 bis 5 Mikron·
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4. Geformter und gesinterter Körper nach Anspruch 1, 2 und
3, dadurch gekennzeichnet, dass das überschüssige Magnesiumoxid in einer Menge von nicht mehr als etwa 0,04
Mol Ms etwa 0,35 Mol per Mol Magnesiumaluminatspinell vor handen ist.
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