DE2333973A1

DE2333973A1 - Verfahren fuer die herstellung von lichtdurchlaessigen, dichten polykristallinischen aluminium-sinter-koerpern vornehmlich fuer leuchtroehren

Info

Publication number: DE2333973A1
Application number: DE19732333973
Authority: DE
Inventors: Fernec Puskas
Original assignee: Nikex Nehezipari Kulkereskedelmi Vallalat
Current assignee: Nikex Nehezipari Kulkereskedelmi Vallalat
Priority date: 1973-07-04
Filing date: 1973-07-04
Publication date: 1975-01-23
Also published as: NL7309859A

Description

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Nikex Nehezipari Külkereskedelmi Vällalat Budapest V., J6zsef nadör ter 5-6, Ungarn

VERFAHREN FUB DIE HERSTELLUNG VON LICHTDURCHLÄSSIGEN, DICHTEN POLYKRISTALLINISCHEN ALUMINIUMOXyD-SINTER-KÖRPERN VORNEHMLICH FÜR LEUCHTRÖHREN

Gegenstand des vorliegenden Verfahrens ist die Herstellung von lichtdurchlässigen, dichten polykristallinischen Aluminiumoxyd-Sinterkörpern, vornehmlich für die Erzeugung von Leuchtröhren, aus mit Metallverbindungen künstlich verunreinigten, plastifizierten Aluminiumoxydpulvern, mit bildsamer Kaltverformung geformten und in einer Gasatmosphäre oder in Luftleere durchgeführten Sinterungs-Wärmebehandlung.

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^hie zeitgemäße Beleuchtungstechnik benötigt fast auf allen Gebieten des Alltags Beleuchtungskörper fortwährend größerer Leistungen und Lichtstärken, in billig und einfach herstellbarer Ausführung und großer Lebensdauer. Den Werdegang auf diesem Gebiet zeigten außer den Lampen mit den verschiedensten (z. B. Krypton, Neon, Xenon)'Gasfüllungen, die Halogen ~(z. B. Jod)-Lampen,, dann die Lampen mit Metalldampf, oder Metallverbindungsdämpfen (Quecksilber und Natriumdampf) gefüllt.

Letztere haben die fortwährend steigenden Forderungen verhältnismäßig am besten erfüllt. Die Erfinder dieser, J.F. Ross und Gefährte haben als Folge zahlreicher Versuche festgestellt, daß die Natriumdämpfe nach einer kurzen Zeit die in den Halogenlampen vorteilhaft verwendeten Quarzröhren reduziert haben, die sich hierdurch in undurchsichtiges Silizium verwandelt haben.

Bezüglich der herstellung zeitgemäßer, für einen langdauernden Betrieb gewachsenen, entsprechend' licht- . durchlässigen Beleuchtungskörper wurden verschiedene Forschungsarbeiten unternommen, bis diese zu den durchsichtigen, dichten, polykristallinischen Sinterkörpern angelangt sind.

Wegen der Vielfältigkeit und wegen der Wichtigkeit der Aufgabe wurden in fast allen industriell entwickelten Lendern Versuche für die Ausarbeitung neuer, die Grundforderungen besser erfüllende und wirtschaftlich besserer Verfahren in Gang gesetzt. Diese Versuche wurden wesentlich durch die Änderung der ' in den Grundstoff eingetragenen künstlichen Verunreinigungsstoffe gekennzeichnet j z. B. an Stelle des ursprünglich verwendeten Magnesiumoxyds, Kobalt oder Titanoxyd (USA Patentschrift Nr. 3 026 210, deutsche Auslegungsschrift DAS Nr. 1 204 208), später die Andenmg der Kombination der Wärmebehandlungsparameter (USA Patentschrift Nr._ 3 026 177) gegenüber des ursprünglicher Verfahrens von Ϊ95Ο ⁰C Ausbrenntemperatur und 16 Stund^u Warmhaltung ein-

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geführt.

Das ursprünglich verwendete isostatische Pressen gelang es bereits zu einem minderen Maß mit vorteilhafteren Arbeitsgängen zu vertauschen. Die herkömmlichen pulvermetallurgischen und/oder keramischen Iformungstechnologien .z.' B. das Vakuumpressen, Warmspritzen, -Warmpressen Extrusion, Flüssig- und Zusatzgießen, haben nämlich poröse Rohröhren, mit einer bedeutend kleineren als zugelassenen Dichte ergeben. Dabei wurden diese Röhren zufolge ihrer hohen Bildsamkeit oft auf die Wirkung ihrer Eigengewichte deformiert.

Aus der ungarinchen Patentschrift Nr. 151 990 ist ein Verfahren bekannt, welches ein ^iuetall- oder Metallegierungspulver durch Plantifizierstoffe zur Extrusion oder zum Spritzguß geeignet macht. Zu diesem Formungverfahren muß wogen des angewendeten niedrigen, 5 bis 10 kp/cm ausmachenden Druckes, die vorbereitete Masse leicht bildsam gemacht werden, doch verursachen die hierzu nötigen plastif!zierenden Stoffe, teilweise wegen der; hohen Schmelzpunktes dieser, zu ihrer Entferniinc eine ho?\e Temperatur nötig, wodurch eine erheblich größere Zahl von geschlossenen Mikroporen entsteht.

Ferner ist aus der ungarischen Patentschrift Nr. 154 915 eine Formung mit Niedrdruck-Warmspritzguß bekannt, bei der, die den Plastifizierstoff enthaltende Mischung bei einer Temperatur zwischen 60 und 14-0 ⁰C mit 2 bis 5 kp/cm Druck gepreßt und dann gesintert wird. Auf diese Weise können bloß gedrungene Körper, mit verhältnismäßig kleineren Abmessungen hergestellt werden, da das Entfernen der großen Menge .von Plastifizierungsstoffen aus den bereits erörterten Gründen erschwert wird, und die Bildsamkeit des Rohproduktes kann auch während der Aufbewahrung Deformationen verursachen.

Eine wesentliche Entwicklung wurde in dem ursprünglichen amerikanischen Verfahren durch das Verlassen des Mahlens im Zusammenhang mit der Mischung des Aluminiumoxyds ·

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mit künstlichen Verunreinigungsstoffen erreicht. Im Grundverfahren war nämlich das innige Vermischen des Aluminiumoxyds mit dem Magnesiumoxyd nötig. Die Mischenrichtung ging aber gewöhnlich nach einem kurzen Benützen zu Grunde, weil die Aluminiumoxydkörner äußerst hart sind.

s Unzweifelhaft hat - unter anderem nach der ungari-' sehen Patent r ; ehrift Nr. 156 321 - die chemische Vorbereitung des Grundstoffes ein leichter zu verarbeitendes _Aluminiumoxyd ergeben, doch bereitet die Formung des sogenannten submikronischen Aluminiumoxyds ohne Mahlung größe Schwierigkeiten.

^Die isostatische Formung inbegriffen ist also keines der gebrauchlichen keramischen und/oder pulvermetallurgischen Formungs- und Wärmebehandlungsverfahren für die Herstellung der spezielle Forderungen stellenden Beleuchtungskörper für das Formen der Aluminiumoxyde, das mit dem ungarischen Patent Nr. Si - 1055 geschützte Verfahren inbegriffen, zu vollkommenen dünnwandigen Röhren geeignet· ·

Zweck des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nebst der Beseitigung obiger Nachteile, die wirtschaftliche Herstellung eines solchen lichtdurchlässigen, dichten, und polykristallinischen Sinterkörpers, vornehmlich für Beleuchtungskörper, für welche kennzeichnend ist, daß das mit Metallverbindungen verunreinigte, doch mindestens 90 % Reinheit hebende, höchstens 5 % Gamma-Aluminiumoxydpulver enthaltende, mit organischen Stoffen plastifiziert Alpha-Aluminiumoxydpulver, mit einer 80 % Reduktionsgrad, und 0,5 bis 150 t/cm², vorteilhaft 75 t/cm² Üpaltdruck sichernden, zweckmäßig mit einer abriebfesten, gesinterten Aluminiumoxyd-Einlage ausgerüsteten Presse, durch Wannfließen geformt wird. Nötigenfalls wird die kaltgeflossene Grundform mit mechanischer, hydraulischer, oder mit der kombinierten Formung dieser, beliebig weitergeformt, und die geformten Körper werden in Aluminiumoxydpulver eingebettet, bei einer Temperatur von 1400 ⁰C vorgebrannt, und

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schließlich von dem Aiuminiumoxydpulver gereinigt unter Luftleere, oder in einer neutralen Gasatmosphäre, zweckmäßig unter Vermittlung eines ionisierten Gasplasman, bei einer Temperatur über 1800 ⁰C mit einer mindestens fünf Minuten dauernden Warrahaltung gesintert.

Das erfindungsgemaße Verfahren soll zwecks her.aovor Verständlichkeit durch das untenstehende Beispiel erörtert werden, ohne daß dieses die Anwendbarkeit der Erfindung in welcherimmnr Art beschränken würde.

Zu 100 g mit 0,3 % Magnesiumnitrat vermengten Alpha--. Aluminiumoxyd werden 5 g Ölsäure und 30 g Paraffin in 1000 g Benzin gelöst zugemischt. Das Gemenge wird getrocknet und mit einer hydraulischen Presse unter 50 kp/cm Druck zu Zylinder von 20 mm durchmesser und ungefähr 20 mm Höhe gepreßt. Die Zylinder werden in den Zylinder eines Kaltflußwerkzeuges von 20 mm Durchmesser eingelegt, und durch den 1 mm starken Spalt zwischen der 10 mm durchmesser ha-, benden Rohröffnung und dem 8 mm Durchmesser habenden Dorn, mit 19 t Druck ausfließen gelassen. Der Querschnitt der

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Spaltöffnung beträgt 0,28 cm , wodurch wenn der Reibungsverlust nicht gerechnet wird, der Spaltdruck sich zu 66,5 t/cm ergibt. Ein Schrumpfen von 25 % in Betracht gezogen, so wird für die Herstellung eines 100 mm langen Rohres eine roh geformte Länge von 135 mm nötig. Die Länge des aus dex· Ausflußdüse hervorragenden Dofnes muß in diesem Fall 140 mm betragen. Die Wand des aas der Ausflußdüse stetig ausfließenden Rohres wird mit einer Abschneide vorrichtung je 135 mm," unmittelbar bei der Spaltöffnung durchge- · schnitten. Gelangt dieses Einschneiden an das Ende des Dorne s, dann reißt das Rohr unter der Wirkung des Eigengewichtes von dem Dorn, bzw.. von dem nachfolgenden Abschnitt ab. Sind die Ausflußdüse und der Dorn mit einer gesinterten Aluminiumoxydeinlage ausgestattet, so kann zufolge der hohen Reinheit die'Qualität erheblich verbessert werden.

Die kaltgeflossenen Rohre (Fig. 1) werden zu Formei

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nach den Fig. 2, 3, 4, 5, 6 und 7, oder zu solchen, von diesen abweichende beliebige Formen nach folgender Art geformt; die Formen nach den Fig. 2 und 3, werden durch Ein-, bzw. Ausbördeln hergestellt, so daß das rohe Rohr, falls seine Temperatur höher ist, unter 10 ⁰C abgekühlt wird. Das abgekühlte Rohr wird zwischen zwei Metallhalbformen mit einer Bohrung von 10 mm durchmesser und 120 mm Länge eingeschlossen, so daß die beiden Enden des 135 mm langen Rohres auf beiden Seiten je um 7,5 mm aus der M_etallform herausragen. Die hervorragenden Rohrenden werden mit einem 5 mm Fassonhalbmesser und 30 bis 35 ⁰C Temperatur habenden Bördelrad eingebördelt. Beim Ausbördeln wird ein 5 mm Fassonhalbmesser und 30 bis 35 C Temperatur habender, sich drehender Dorn mit 18 mm Durchmesser verwendet.

Die Formen nach den Fig. 4 und 5 werden so erhalten, daß das rohe Rohr zwischen die beiden Metallhalbformen, die eine hohle Bohrung mit der auf der Figur sichtbaren Form ergeben, eingeschlossen wird, dann wird in die Bohrung des Rohres ein Silikongummirohr mit 7»8 mm Außendurchmesser eingesetzt und je ein Ende des Ruhres und des Gummirohres werden in ungefähr 10 mm Länge luftdicht abgeschlossen. Hiernach wird von dem freien Ende des Gummirohres her Luft mit einer Temperatur von 30 bis 40 ⁰C und einen Druck von 0,1 bis 1 atü in das Gummirohr eingepreßt. Auf die Wirkung der warmen Luft erweicht die Rohrwand, und der sich erhöhenden Innendruckes folgend, schmiegt sich das Bohr an die Wand des durch die Metallformen gebildeten Hohlraumes und nimmt die Gestalt dieses an. Hiernach wird das Rohr bei unverändert aufrechterhaltenem Druck, mit Kaltluft abgekühlt, und schließlich das Gummirohr aus dem Rohr herausgezogen und die beiden Metallhalbformen geöffnet, das ausgebauchte rohe Keramikrohr kann dann herausgehoben werden. Das Ausbilden der ausgebauchten Gestalten kann auch mit der Anwendung hydraulischen Druckes, mit dem gleichen Ergebnis erfolgen, als mit pneumatischem Druck.

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Bei der Ausbildung der Formen nach, den Fig. 6 und 7, wird das rohe Rohr mit Aluminiumoxydpulver gefüllt, die beiden Enden werden nach dem Füllen abgeschlossen. Hiernach wird das Material des Rohres auf 30 bis 35 C Temperatur erhitzt, und schließlich auf die Gestalt der Fig. gebogen. Im Fall des Gestaltes nach Fig. 6, wird das Rohr zwischen die, einen Hohlraum ergebenden zwei Metallhalbformen geschlossen, und weiter nach dem Vorgang, wie bei der Ausbildung der Gestalten der Fig. 4- und 5 beschrieben fortgefahren.

Die kaltgeflossenen Rohre werden in bei mindestens 1200 ⁰C ausgebrannte technische Tonerde eingebettet, und mit einem 5 bis 10 °C/Stunde betragenden Temperaturgradient bei -i250 ⁰C vorgebrannt. Die vorgebrannten Rohre werden auf vollkommen gerade, geschliffene Sinterkorund Dorne aufgezogen und in einer Wasserstoff atmosphäre, zweckmäßig mil, einem ionisierten Wasserstoffplasma bei 19Ö0 ⁰C mit einer zehn Minuten lang dauernden Warmhaltung gesintert. Der Durchmesser des Domes beträgt 5, 9 nun, ist also um 0,1 mm kleiner als der gesinterte Bohrungsdurchmesser des Rohres. Während der Sinterung müssen die Rohre unbedingt in lotrechter Lage sein. Demzufolge können die Kerne in die aufgestellten Rohre eingehängt, oder in die, in der Grundplatte eigens zu diesem Zweck vorgesehene Bohrungen eingestellt und die Rohre auf diese aufgezogen werden. Zur Sicherung der gleichmäßigen Temperaturverteilung werden auf die auszubrennenden Rohre Molybdenrohre mit mindestens 15 mm Außendurchmesser und 2 mm nicht übersteigenden Wandstärke zentrisch aufgelegt. Die auf diese Art gesinterten polykristallinischen Aluminiumoxydrohre in Natriumdampflampen verwendet ^erreichen bei einer Einspeisung von 1 W elektrischer Energie 90 bis 100 Lumen Lichtstärke.

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Claims

PATMTANSERÜOHE

Verfahren für die Herstellung lichtdurchlässiger, dichter polykristallinischer Aluminiumoxydsinterkörper, vornehmlich für die Leuchtröhren von Hochdruck-Natriumdampflampen, aus mit Metallverbindungen künstlich verunreinigtem, plastifiziertem Aluminiumoxydpulver kaltverformt und in einer Gasatmosphäre oder unter Luftleere zur Sinterung wärmebehandelt , dadurch gekennzeichnet , daß das mit Metallverbindungen verunreinigte, doch mindestens 90 %, zweckmäßig 99,5 % Reinheit besitzende, höchstens 5 % Gamma-Aluminiumoxyd enthaltende, plastifizierte Alpha-Aluminiumoxydpulver in einem wenigstens 80 % zweckmäßig 85 % Eeduktionsgrad und 0,5 bis 15Ο t/cm , vorteilhaft 75 t/cm Ausflußspaltdruck sichernden, zweckmäßig mit einer abriebfesten, gesinterten Aluminiumoxydeinlage versehenen Werkzeug durch Kaltfließen verformt wird, und wenn nötig,· wird die kaltgeflossene Grundform mit mechanischer, pneumatischer, hydraulischer, oder durch deren Kombinationen durchgeführten Formung auf eine beliebige Gestalt weitergeformt wird, gegebenenfalls werden die geformten Körper in Aluminiumoxydpulver eingebettet, bei einer Temperatur unter 1400 ⁰C, zweckmäßig bei 125Ο ⁰C Temperatur vorgebrannt, und schließlich von dem Aluminiumoxydpulver gereinigt, unter Luftleere, oder in einer neutralen, oder reduzierenden Gasatmosphäre, zweckmäßig unter Vermittlung eines ionisierten Gasplasmas, über 1800 0, vorteilhaft bei 1980 ⁰C Temperatur, mit mindestens fünf Mi-

nuten dauernden Wannhaltung gesintert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die geformten, vorgebrannten hohlen Körper, Rohre auf, einem mindestens um 0,01 mm kleineren Durchmesser als der gesinterte Durchmesser oder Diagonal des Hohlraumes habenden, doch eine größere Länge als die Bohrung oder der Hohlraum aufweisenden, aus einem höheren als 2000 ⁰C Schmelzpunkt habenden Stoff, vorteilhaft aus gesinterten Rölybden, Wolfram, oder Korund gefertigten Dorn gesintert werden.

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AUSZUG

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wurde die Formung des auf chemischem Weg hergestellten Alpha-Aluminiumoxyds submikronischer Feinheit ermöglicht, ohne daß die Arbeitsgänge die ursprüngliche Reinheit beeinträchtigen würden.

Das Verfahren besitzt bei der Herstellung der als Entladungsröhren der Hochdruck-Natriumdampflampen verwendeten polykristallinischen, durchscheinenden Korundröhren, gegenüber der bisher bekannten Verfahren erheblich günstigere Produktionskennziffern.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden polykristallinische Korundröhren.in der Weise hergestellt, daß dae entsprechend plastifizierte Aluminiumoxyd.mit 85 % Reduktionsgrad kaltgeflossen wird, so daß der auf den Ausflußquerschnitt entfallende Druck 75 t/cm betrage. Die Düse und der Dorn des Kaltflußwerkzeuges sind zwecks der Vermeidung einer schädlichen Verschmutzung mit gesinterten Aluminiumoxydeinlagen versehen. Die auf die gewünschte Länge abgeschnittenen geformte Röhren werden in Aluminiumoxydpulver eingebettet, bei 1250 °0 Temperatur vorgebrannt, und schließlich von dem Aluminiumoxyd gereinigt in einem Vakuum, oder Plasmaofen bei 1950 ⁰O Temperatur gesintert.

Die nach diesem Verfahren gefertigte Entladungsröhren lassen 85 bis 95 % des sichtbaren Lichtes durch. Die Lichtausbeute der Röhren beträgt 110 Lumen/Watt.

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