DE2008919C - - Google Patents

Description

den Verhältnissen hergestellt werden, das pulverförmige Oxid zu »Grünlingen« (im Englischen green bodies genannt) gepreßt wird und anschließend diese »Grünlinge« so lange gebrannt oder gesintert werden, daß eine Verdichtung eintritt. Wahrend des Sintervorgangs, der i.irmalerweise in einer Wasserstoff atmosphäre mit einem Taupunkt von etwa 0" C durchgeführt . rd, ist darauf zu achten, daß die Verfahrensbedingungen so gewählt werden, daß keine Reduktion der Metalloxide eintritt oder für den Fall, daß irgendwelche Oxide reduziert werden, ihnen die Möglichkeit zur Reoxidation gegeben wird. Wird dieser wichtige Brennvorgang nicht ausreichend überwacht so werden Körper von ausgesprochen schlechten optischen Eigenschaften erhalten.

Das Grundmaterial für die Zusammensetzung ist, wie bereits oben erwähnt wurde. Thoriumdioxid (IhO₂). das so rein wie möglich sein sollte, da die Gegenwart irgendwelcher Verunreinigungen zu Fehlern im fertigen Erzeugnis führt, die ihre Lichtdurchlässigkeit vermindern.

In einem speziellen Beispiel wurde eine bestimmte Menge feinteiliges Thoriumdioxid mit einer Teilchengröße von etwa 0,05 bis 2,0 μηι gründlich mit einer bestimmten Menge Yttriumoxid mit einer Teilchengröße von etwa 0.05 um xermischt. um eine Mischung zu erhalten, die etwa 1,0 Molprozent Y^O₃ enthielt. Anschließend wurde ein Teil der Mischung auf bekannte Weise mi· einem Druck von etwa 703 kg/cin-(10 000 ι,) gepreßt und ήη kompakter »Grünling« erhalten, der eine Dichte von etwa 40 bis 50 ° ο der theoretischen Dichte aufwies Anschließend wurde der »Grünling« bei 2300° C in einer Wasserstoff/ Wasserdampf-Atmosphäre, die einen Taupunkt von 0° C aufwies, während etwa 7 Stunden auf die praktisch theoretische Dichte gesintert. Es wurde ein etwa I mm dickes Probestück hergestellt, das einen hohen Grad an Transparenz oder geradlinige Lichtdurchlässigkeit innerhalb des sichtbaren Spektrums zeigte und dadurch eine nahezu theoretische Dichte erkennen ließ.

ä Auf die oben beschriebene Weise wurden auch andere Körper hergestellt, die einen Yttriumoxidgehak von bis zu etwa 50 Molprozent aufwiesen; es wurde jedoch keine wesentliche Verbesserung der Transparenz, hingegen bei einem Yttriumoxidgehalt ίο von mehr als etwa 5,0 Molprozent eine Abnahme der Transparenz beobachtet.

Aus dem Vorhergehenden ist zu entnehmen, daß keramische Körper auf Thoriumoxidbasis, welche Yttriumo.xid enthalten, im Vergleich zu den Eigenschäften eines unmodifizierten, jedoch ansonsten im wesentlichen gleichen Thoriumdioxidkörpers eine verbesserte geradlinige Durchlässigkeit aufweisen.

Der Fachmann wird ohne Mühe erkennen, daß bei den oben beschriebenen speziellen Beispielen zahlreiche Abweichungen vorgenommen werden können. Beispielssveise kann praktisch jedes reine Thoriumdioxid, das .'ine Teilchengröße zwischen 0,05 bis 2,0 um, vorzugsweise zwischen 0,01 bis 1,0 um aufweist, verwendet werden. Die Teilchengröße des Yttrnmoxids sollte weniger als etwa 2.0 »im, vorzugsweise etwa 0.01 bis 1,0 um, betragen. Der beim PreiWorgang angewandte Druck sollte mindestens 350 kg cm² (5000 i_t·) betragen, wobei selbstverständlich isostatisch gepreßt werden kann. Die Sintertemperatur sollte mindestens 2000° C betragen, da beträchtlich tiefere Temperaturen übermäßig lange Zeiträume erfordern, um den theoretischen Dichtewert zu erhalten. Auch kann der Taupunkt der Wasserstoff-Atmosphäre zwischen etwa — 25 bis + 25° C betragen. Wie oben bereits ausgeführt wurde, kann der Yttriumcxidgehalt zwischen etwa 0.5 bis 5,0 Molprozent betragen.

Claims (4)

förmiger Stoffe ausreichender Größe zu einer Licht-Patentansprüche: streuung im Körper und damit verbunden zu einer geringen Lichtdurchlässigkeit führen. Auch können

1. Polykristalliner keramischer Körper hoher im Körper während des Sinterns auf die endgültige Dichte mit einer hohen geradlinigen Durchlässig- 5 Dicke eingeschlossene Poren das Licht ebenso wie keit in sichtbarem Spektrum je Millimeter Dicke. Teilchen streuen. All diese Frobleme müssen unter dadurch gekennzeichnet, daß dieser anderem überwunden werden, damit ein transparen-Körper aus Thoriumdioxid mit einem Gehalt von ter keramischer Körper hoher Dichte erhalten wird. 0,5 bis 5 Molprozent Yttriumoxid besteht. Es sind bereits Keramiken auf Aluminiumoxid-

2. Keramischer Körper nach Anspruch i, ge- ίο basis bekannt (USA.-Patentschriften 3 026 177, kennzeichnet durch einen Yttriumoxidgehalt von 3 026 210), die das Licht jedoch nicht als einzelnen 0,5 bis 3,0 Molprozent, vorzugsweise 1,0 MoI- Strahl, sondern lediglich diffus durchlassen. Damit prozent. ist diese Keramikart für manche Anwendungen nicht

3. Verfahren zur Herstellung der poiykristalH- brauchbar. Darüber hinaus ist sie hinsichtlich ihrer nen Körper nach Anspruch I und 2. dadurch 15 chemischen Beständigkeit nicht optimal und auch aus gekennzeichnet, daß eine Teilchenmischung aus diesem Grunde nicht für alle Anwendu.igszwecke im wesentlichen reinem Thoriumdioxid mit einer verwertbar.

Teilchengröße zwischen 0.01 bis <>.2 11m mit 0.5 Fs ist auch schon eine aus etwa 90⁰O Yttriumoxid bis 5,0 Molprozent im wesentlichen reinen und 10 ° 0 Thoriumoxid bestehende Keramik bekannt Yttriumoxids mit einer Teilchengröße zwischen 20 (Keramische Zeitschrift Band 20. Nr. 12, Seite 7^2. 0,01 bis 2.0 um \ermischt wird, die erhaltene 1V8), welche das Licht nicht nur diffus, sondern Mischung bei einem Druck von mindestens als einzelnen Strahl durchläßt und damit nicht nur 350 kg cm² unter Bildung eines kompakten Kör- durchscheinend, sondern auch durchsichtig ist. Doch pcrs ausgeformt und dieser Preßling bei einer hat sich auch diese vorw:_tv;nd aus Yttriumoxid be-Tempentur von 2000" C oder mehr so lange 25 stehende Keramik als nicht für aile Anwendungsgebrannt wird, daß unter einer Wasserstoff' gebiete geeignet erwiesen. So bedarf es für manche Wasserdampf-Atmosphäre mit einem Taupunkt Anwendungszwecke nicht nur der geradlinigen vrn—25 bis + 25 C eine praktisch vollständige Durchlässigkeit, sondern darüber hinaus auch noch Verdichtung erhalten wird. einer außerordentlichen chemischen Beständigkeit.

4. Verfahren nach Anspruch 3. dadurch ge- 30 So. wenn man z. B. den Sauerstoffgehalt von gjkenn eichnet, daß die Atmosphäre einen Tau- schmolzenem Natrium bestimmen will. Weder die punkt von 0'¹ C aufweist. bekannte Keramik auf Yttriumoxidbasis, noch die

auf Aluminiumoxidbasis halten dem Angriff des geschmolzenen Natriums stand.

35 Der vorliegenden Erfindung lag daher die Autgabe

zugrunde, einen polykristallinen keramischen Körper hoher Dichte zu schaffen, der nicht nur eine hohe

Die Erfindung betrifft polykristalline keramische geradlinige Durchlässigkeit im sichtbaren Spektrum

Körper hoher Dichte mit einer hohen geradlinigen je Millimeter Dicke aufwies, sondern darüber hinaus

Durchlässigkeit im sichtbaren Spektrum je Millimeter 40 \on einer außerordentlichen chemischen ßouindig-

Dicke. kcit war.

Keramische Werkstoffe sind für Hochtemperatur- Diese Aufgabe wurde von einem aus Thoriumverwendungen weit verbreitet. Mit wenigen Ausnah- dioxid mit einem Gehalt von 0,5 bis 5 Molpro.'cni men sind diese Werkstoffe jedoch vollkommen opak Yttriumoxid bestehenden Körper der eingangs ge- und für den Fall, daß Lichtdurchlässigkeit gewünscht 45 nannten Art gelöst. Dies ist insofern überraschend, wird, nicht verwendungsfähig. Es gibt nun zahlreiche als nicht zu erwarten war. daß ein polykristalliner Situationen, in denen ein lichtdurchlässiger kerami- keramischer Körper, der lediglich 0,5 bis 5 Molproscher Werkstoff von beträchtlichem Wert wäre, bei- zent Yitriumoxid neben viel Thoriunioxid aufweist, spielsweise für Fenster in Hochtemperaiuranlagen. die geradlinige Durchlässigkeit der bekannten, ülier-Weiterhin könnte ein solcher Werkstoff für Hoch- 50 wiegend aus Yttriumoxid bestehenden Keramik hat temperatur-Lampenkolben und sogar als Linsen- und darüber hinaus noch vo._: einer außerordentlichen material für optische Geräte verwendet werden, die chemischen Beständigkeit ist, die dadurch gezeigt für eine Verwendung bei hohen Temperaturen be- wurde, daß mit der erfindungsgemäßen Keramik die stimmt sind. Bisher wurde optische Transparenz bei Sauerstoffbestimmung in geschmolzenem Natrium keramischen Werkstoffen, im allgemeinen durch 55 durchführbar ist.

Züchtung und Verwendung von Einkristallen erreicht, Im allgemeinen sind die erfindungsgemäßen polywas im allgemeinen für diesen Zweck ein zeitaufwen- kristallinen keramischen Körper auf Thoriumdioxiddiges, verhältnismäßig teures und infolge der physi- basis (ThO₂) und enthalten Zusätze von Yttriumoxid kaiischen Größenbeschränkungen begrenztes Verfah- (Y2O3) von etwa 0,5 bis 5,0 Molprozent. Diese Körper ren darstellte. Wenn es gelingen würde, in poly- 60 weisen im wesentlichen die theoretische Dichte auf, kristallinen keramischen Körpern eine Transparenz sind polykristallin und von kubischer Kristallstruktur zu erreichen, so wären hierdurch viele Schwierigkei- und über einen weiten Wellenlängenbereich der Strahlen behoben, die mit der Verwendung der Einkristall- lung im sichtbaren Spektrum transparent. Diese Kör-Keramik verbunden sind, obwohl viele Faktoren per enthalten vorzugsweise etwa 0,5 bis 3,0 MoJ-beachtet und überwunden werden müssen, ehe in 65 prc.ent Yttriumoxid, wobei etwa 1,0 Molprozent einem polykristallinen Körper ein merkliches Maß eine optimale Zusammensetzung ist. Das Verfahren, an Lichtdurchlässigkeit erhalten wird. Beispielsweise nach dem diese Körper hergestellt werden, besteht können solche Dinge, wie die Anwesenheit teilchen- darin, daß dia Grundbestandteile in den entsprechen-