DE2204790A1 - Verfahren zur Herstellung einer polykristallinen Keramik - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer polykristallinen Keramik

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DE2204790A1 DE19722204790 DE2204790A DE2204790A1 DE 2204790 A1 DE2204790 A1 DE 2204790A1 DE 19722204790 DE19722204790 DE 19722204790 DE 2204790 A DE2204790 A DE 2204790A DE 2204790 A1 DE2204790 A1 DE 2204790A1
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Description

British Railways Board, 222, Marylebone Road,
London, N.W.l, England
"Verfahren zur Herstellung einer polykristallinen Keramik"
Die Erfindung betrifft eine polykristalline Keramik aus Beta-Aluminium-Oxyd ( Tonerde ). Je nach ihrer Zusammensetzung und der Art ihrer Herstellung kann eine derartige polykristalline Keramik in zwei Formen auftreten, deren empirische Formeln
oder aber NaALOg ist,
( Brutto-FormeIn ) entweder
oder aber sie tritt in eine
Aggregation dieser beiden Formen darstellt.
oder aber sie tritt in einer Form in Erscheinung, die eine
Eine derartige polykristalline Keramik ist für die Verwendung als Elektrolyt in Geräten und Apparaten geeignet, in welchen der Transport von Natrium-Jonen durch Diffusion durch einen festen Elektrolyten hindurch erfolgt, wie dies beispielsweise in Elementen oder Akkumulatoren-Batterien vom Natrium-Schwefel -Typ der Fall ist.
Aus den Arbeiten von THERY und BRIACON sowie von AMAGUCHI ist bekannt, daß die Schicht-Struktur von kristallinem Beta-Aluminium-Oxyd ( Tonerde ) mit der empirischen Formel NaAl^Og ähnlich ist der Schicht-Struktur von Beta-Aluminium-Oxyd mit der empirischen Formel NaAl11O17, wobei jedoch die erstere einen niedrigeren Grad von Kristall-Symmetrie aufweist. Dabei ist die Schicht-Struktur der Keramik aus sich abwechselnden
— 2 —
209833/1154
Schichten oder Blöcken mit Spinell-Struktur und Schichten aus Natrium aufgebaut! die Schienten mit Spinell-Struktur bestehen aus Aluminium« und Sauerstoff-Atomen, die wie in Gamma-Aluminium-Oxyd ( Tonerde ) angeordnet sind, während die Natrium-Schichten Natrium- und Sauerstoff-Atome enthalten.
Die Elementarzelle dieser Schicht-Struktur wiederholt sich in jeder zweiten Schicht bei NaAl11O17 und in jeder dritten Schicht im Falle des
Es wurde bereits vorgeschlagen, unter Verwendung der Grundbestandteile AIpO^, Na2O, LipO und MgO eine polykristalline Beta-Aluminium-Oxyd ( Tonerde- )-Keramik herzustellen. Bei der Zusammenstellung des Original-Gemenges können für LipO und MgO Ausgangsmaterialien wie beispielsweise LiNO-, und MgCO-x verwendet werden, die während der Ausbildung der Keramik in LipO und MgO übergehen.
Die Erfindung betrifft nun eine polykristalline Beta-Aluminium-Oxyd -Keramik, die unter Verwendung dieser vier genannten Bestandteile gebildet wird, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, eine Beta-Aluminium-Oxyd-Keramik zu erzeugen, die gegenüber atmosphärischen Einflüssen bzw. unter atmosphärischen Bedingungen stabiler, d. h. standfester bzw. dauerhafter ist, als dies bei bisher bekannten derartigen polykristallinen Keramiken der Fall ist, ohne daß dadurch die anderen, für ihre Verwendung als feste Elektrolyte erforderlichen Eigenschaften beeinträchtigt bzw. verschlechtert werden.
Die iirfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dai-i, vorausgesetzt ihre Zusammensetzung hält sich In bestimmten Grenzen, .■ine Bota-Aiuminium-Oxyd- ( Tonerde- )-Keramik erzeugt werden
209833/1154 ~ J "
220A79Q
kann, die zu zwischen 9o % und loo % eine Struktur vom NaAl1-Ou - Typ aufweist und die, verglichen mit bekannten Beta-Aluminium-Oxyd-Keramiken unter atmosphärischen Bedingungen standfest bzw. stabil, und dauerhaft ist auch dann, wenn diese letzteren eine Grund-Struktur vom NaAl1-Oo - Typ aufweist und die die gleiche hohe Na-Jonen-Leitfähigkeit.hat,
wie sie NaAl1-Oo im Verhältnis zu NaAl11O1P7 aufweist«, 5 ο 11 17
Demgemäß wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer polykristallinen Beta-Aluminium-Oxyd ( Tonerde- )-Keramik erfindungsgemäß ein Gemenge gebrannt, das im wesentlichen folgende Zusammensetzung aufweist:
LipO 0,7 bis 1,5 Gewichtsprozent
Na2O 8,5 bis 8,9 Gewichtsprozent MgO 0,5 bis 2,o Gewichtsprozent Al2O3 Rest.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal des erfindungsgemäSen Verfahrens beträgt dabei das Gewichtsverhältnis von LigO zu MgO zwischen 1 : 1 und 1 : 1,5«
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Durchführungsbeispieles des Verfahrens zur Herstellung einer polykristallinen Keramik beschrieben,,
Aus nachfolgend angeführten, in getrockneter Form vorliegenden Bestandteilen wird ein inniges Gemenge hergestellt %
8j,5 Gewichtsprozent I5O Gewichtsprozent os 9 Gewichtsprozent Rest.
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Na2O ( in Form von NaOH
MgO ( in Form von MgCO3
LiO ( in Form von LiOH
Al2O
Das Gemenge, deren Korngröße zu 4o % bis 80 % feiner als die durch die britische Norm-Maschengröße "200" definierte Korngröße ist, wird unter Anwendung eines gleichmäßig verteilten ( isostfetischen ) Druckes von 4o 000 p.s.i ( 14,22 p.s.i = 1 kp/cm ) in Scheiben mit einem Durchmesser von K cm und einer Dicke von 3 mm gepreitj diese Scheiben werden entsprechend der untenstehenden Tabelle verschiedenen Brenntemperaturen unterworfen, wobei die jeweils gegebene Brenntemperatur eine
(1) Stunde lang gehalten wird, nachdem diese jeweilige Tempe-
etwa/
ratur durch eine Aufheizung während eines Zeitraumes von/achtzehn (18) Stunden erreicht worden ist. Beim Brennen sind die Scheiben von ungebranntem Pulver derselben Zusammensetzung wie die der Scheiben innerhalb einer Röhre aus dichtem Tonzeug ( Magneiumoxyd bzw. Bittererde ) umgeben.
Eine Röntgenstrahl-Analyse nach dem erfolgten Brennen ergibt folgende relativen Mengenanteile von Beta-Aluminium-Oxyden des NaAIf-Og - bzw. des NaAl11O17 - Struktur-Types bei den jeweiligen Brenntemperaturen:
Tabelle 1
Brenntemperatur 0C Gewichtsprozente NaAIj-Og
I.500 92,0
I.550 94
I.580 loo
1.600 loo
I.630 loo
Aus dieser Tabelle 1 ist klar ersichtlich, da.8 der Gehalt an Beta-Aluminium-Oxyd vom Strukturtyp NaAIj-Og innerhalb dieser
209833/1154 "
polykristallinen Keramik innerhalb eines weiteren Bereiches von Brenntemperaturen auf Werten zwischen 9o % und loo % gehalten werden können.
Bei auf die beschriebene Art und Weise hergestellten Keramikscheiben, die bei einer Temperatur von 1.5800C gebrannt wurden, wurden der spezifische elektrische Widerstand sowie die Dichte gemessen, wobei sich folgende Werte ergaben:
spezifischer elektrischer Widerstand l,6o Ohm/cm
bei 35o°C Dichte J*o4 g/cm .
Bei diesen Keramikscheiben wurde weiterhin die Bruchfestigkeit in Abständen nach dem Brennen und nach der Lagerung in einer Atmosphäre mit einem Feuchtigkeitsgehalt von loo % gemessen, wobei sich folgende Werte ergaben:
Bruchfestigkeit am Anfang IJ.000 p.s.i. Bruchfestigkeit nach einer
(1) Woche Lagering IJ.000 p.s.i.
( 14,22 p.s.i. = 1 kp/cm2 ).
Zum Zwecke des Vergleiches der Zusammensetzung der in der beschriebenen Weise hergestellten Keramikscheiben wurden Beta-Aluminium-Oxyd -Keramik-Scheiben mit dem gleichen Gehalt an MgO, jedoch mit einem LigO-Gehalt von 0,5 Gewichtsprozent bzw. 1,8 Gewichtsprozenten - welche Werte sich außerhalb des Schutzbereiches dieser Erfindung befinden - ebenfalls in der oben angegebenen Weise hergestellt. Die gleichen Röntgenstrahl-Analyse, wie sie auch bei den erfindungsgemäßen Keramikscheiben angewendet
209833/1154 "6"
wurde, ergibt die relativen Mengenanteile von Beta-Aluminium-
Oxyden des
- bzw. des
- Struktur-Types ent-
sprechend nachfolgender Tabelle 2:
Tabelle 2
.) Li2O Brenntemperatur Gew.-Jb NaAIcOo
1 o,5 1.55ο 62
1.6oo 62
·) I.650 79
2 1,8 I.500 35
I.550 5o
I.580 4o
Die Bruchfestigkeit der Beta-Aluminium-Oxyd-Keramik mit einem LigO - Gehalt von o,5 Gewichtsprozenten ( Tabelle 2, Ziff. 1.) ) wurde in einer Atmosphäre mit einem Feuchtigkeitsgehalt von loo % wie folgt ermittelt:
Bruchfestigkeit am Anfang 16.000 p.s.i. Bruchfestigkeit nach 24 Stunden l.ooo p.s.i.
( 14,22 p.s.i. = 1 kp/cm2 ).
Diese Ergebnisse der Messungen der Bruchfestigkeit ergeben eindeutig,, daß ein Gehalt von Li2O innerhalb des erfindungsgeraäßen Bereiches zur Bildung einer stabilen, standfesten und dauerhaften polykristallinen Beta-Aluminium-Oxyd-Keramik führt, während alle anderen Keramiken, bei denen sich dieser Gehalt außerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches befindet, keinen stabilen, standfesten und dauerhaften Charakter aufweisen.
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- Patentansprüche -

Claims (4)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer polykristallinen Beta-Aluminium-Oxyd ( Tonerde- )-Keramik, gekennzeichnet durch das Brennen eines Gemenges bestehend im wesentlichen aus;
LipO 0,7 bis 1,5 Gewichtsprozente
Na2O 8,3 bis 8,9 Gewichtsprozente
MgO 0,5 bis 2,o Gewichtsprozente
AIoO-* Rest.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ daß das Gewichtsverhältnis von LigO zu MgO zwischen 1:1 und 1 s 1,5 beträgt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadttrch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Li2O 0,9 Gewichtsprozente beträgt«
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an MgO 1 Gewichtsprozent beträgt«,
209833/1154
DE19722204790 1971-02-03 1972-02-02 Verfahren zur Herstellung einer polykristallinen Keramik Expired DE2204790C3 (de)

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GB381571 1971-02-03
GB381571 1971-02-03

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DE2204790B2 DE2204790B2 (de) 1976-04-22
DE2204790C3 DE2204790C3 (de) 1976-12-02

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2705935A1 (de) * 1976-02-17 1977-09-08 Ford Motor Co Verfahren zur herstellung dichter hochfester und elektrisch leitfaehiger, beta"-aluminiumoxid enthaltender keramiken
FR2582294A1 (fr) * 1985-05-24 1986-11-28 Lilliwyte Sa Procede de production d'alumine-beta

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US3765915A (en) 1973-10-16
FR2124349B1 (de) 1974-09-13
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CH527137A (fr) 1972-08-31
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JPS5616115B1 (de) 1981-04-14
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