DE3232069A1 - Verfahren zur herstellung von homogenem aluminiumoxynitrid sowie aus nach dem verfahren hergestelltem aluminiumoxynitrid bestehender koerper - Google Patents
Verfahren zur herstellung von homogenem aluminiumoxynitrid sowie aus nach dem verfahren hergestelltem aluminiumoxynitrid bestehender koerperInfo
- Publication number
- DE3232069A1 DE3232069A1 DE19823232069 DE3232069A DE3232069A1 DE 3232069 A1 DE3232069 A1 DE 3232069A1 DE 19823232069 DE19823232069 DE 19823232069 DE 3232069 A DE3232069 A DE 3232069A DE 3232069 A1 DE3232069 A1 DE 3232069A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- mixture
- temperature
- aluminum
- reaction
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J161/00—Adhesives based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Adhesives based on derivatives of such polymers
- C09J161/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
- C09J161/06—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/082—Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals
- C01B21/0821—Oxynitrides of metals, boron or silicon
- C01B21/0825—Aluminium oxynitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/581—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
München, den 2?. August 1982
Anwaltsaktenz. : 27 - P.it. 316
I<aytbeon Company, I2Il Spring Street, Lexir.gton, MA 02173,
Vereinigte Staaten von Amerika
Verfahren zur Herstellung von homogenem Aluminiumoxynitrid
sowie aus nach dem Verfahren hergestelltem Aluminiumoxynitrid
bestehender Körper
Die Erfindung betrifft das Gebiet daueihaf 1 er tr msparenter
Keramikverbindungen. Solche Werkstoffe werde 1 benötigt für Anwendungsfälle, bei denen ein hoher Transmissionsgrad
und gute bilderzeugend« Eigenschaften im sichtba-en Bereich
und im Infrarotbereich erforderlich sind. Diese - orderungen
werden sowohl bei mili arischen als auch bei kommerziellen
Anwendungen angetroffen. So werden z.B. für Gescnoße sogenannte Dome benötigt, die für Infrarotstrahlung durchlässig
sind. Verschiedene Arten von Dampflampen benötigen transparente Kolben. Viele transparente Materialien sind
für diese Anwendungsfälle nicht genügend dauerhaft. Die
einschlägige Forschung ist deshalb auf die Entwi klung
I ranijpnrenter Keramikwerkstoffe gericht ot. Viele Keramikverbindungen
besitzen ;:war die geforderte Dauerhaftigkeit,
sind jedoch für die genannten Anwendungsfä.'_Ie nicht genügend
transparent. Alum niumoxyd beispielsweise i-t zwar ein sehr hartes Material, besitzt jedoch koine ausreichende
Transparenz und bewirkt eine sehr starke Lichtstreuung. Bei der Suche nach einem geeigneten Material müssen außerdem
die Herstellkosten in Betracht gezogen werden; Verfahren, die eine individuelle Herstellung der für die angedeuteten
Einsatzzwecke erforderlichen Fenster benötigen, kommen daher aus Kostengründen nicht in Betracht. Von diesem
Gesichtspunkt aus sind z.B. Warmpreßverfahren uner-
••'O"=..r:..: : .:.:"- 323/üuQ
wünsch:. Als Alternative sind Massenherstellverfahren anzustrebe.i.
Insbesondere kommen Sinterverfahren in Betracht, die di'2 gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl von Einheiten
ermöglichen. Das Sintern transparenter Keramikwerkstoffe ist jedoch wenig bekannt und wird kaum praktiziert.
AluminLumoxynitrid ist ein vielversprechender Werkstoff für
Anwendangsfalle, die ein breites Transmissionsspektrum erforden.
Der bisher einzige bekannte Versuch zur Herstellung oines gesinterten Aluminiumoxynitridkorpers ist in der US-PS
42 41 DOO beschrieben. Die pulverförmigen Ausgangsstoffe werden
vermischt und anschließend gesintert. Dabei findet sowohl eine Reaktion der Ausgangsstoffe als auch ihre Sinterung
tcatt. Das Endprodukt ist ein Oxynitridkörper, der jedoch
ίär die eingangs erwähnten Anwendungsfälle nicht genügend
t-ansparent ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Herstellung eines im wesentlichen homogenen kubischen Alu-ει iniumoxynitridpulvers anzugeben, das sich sintern läßt und
für di3 Herstellung dauerhafter transparenter Keramikfenster
oignei .
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens qamäß cer Erfindung sowie ein.Aluminiumoxynitridkorper
sind in den Unteransprüchen beschrieben. Auf sie wird hier
ausdrücklich verwiesen.
Ausgehend von dem nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
hergestellten im wesentlichen homogenen Aluminiumoxynitridpulver lassen sich unter Verwendung spezifischer Zusatzstoff
Fenster hurf.tel I en, die sowohl im sichtbaren als auch im Infrarotbereich
die gewünschte Transparenz besitzen.
-ζ- 8
Das Verfahren zur Herstellung von homogenem Aluminiumoxynitridpulver
beinhaltet folgende Schritte: Aluminiumoxynitridpulver und Ruß werden in eine Reaktionskammer verbracht;
Modann wird Stickstoff in die Kammer geleitet; schließlich
wird die Kammer erwärmt, so daß die Pulver und das Gas reagieren
und ein Pulver entsteht, das einen wesentlichen Anteil von Alumxniumoxynitrid enthält. Das durch die Reaktion
entstehende Pulver kann außerdem bis zu 15 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd und Aliminiumnitrid enthalten, wobei das Verhältnis
von Aluminiumoxyd zu Aluminiumnitrid im Zusammensetzungsbereich von kubischem Aluminiumoxynitrid liegt.
Ein Verfahren zur Herstellung transparenter gesinterter
Aluminiumoxynitridkörper umfaßt folgende Verfahrensschritte: Es wird eine Mischung von Aluminiumoxyd und Ruß hergestellt;
die Mischung wird in Anwesenheit von Stickstoff bei einer Temperatur im Bereich von 1550 bis 1850 C zur Reaktion gebracht;
aus der Mischung wird ein gepreßter grüner Körper vorbestimmter Form gepreßt; der grüne Körper wird in eine
Sinterkammer verbracht; in die Kammer werden Dotierungszusatzstoffe verbracht, die ein oder mehrere Elemente aus der
Yttrium- und Lanthangruppe oder deren Verbindungen enthalten; der grüne Körper wird bei einer Temperatur gesintert,
die größer ist als 1900 C jedoch niedriger als der Schmelzpunkt von Aluminiumoxynitrid. Die Dttieruiigsstof f e
befinden sich während eines Teiles des Sinterschrittes in der Gasphase, gelangen in diesem Zustand zu dem Körper und
diffundieren durch ihn hindurch. Die Menge der D jtierungszusatzstoffe
übersteigt nicht 0,5 Gewichtsprozen· des Gewichtes des grünen Körpers. Die Ausgangsmischung hat einen
Rußanteil, der vorzugsweise im Bereich von 5Λ bis 7,1 Gewichtsprozent
liegt. Nach der Reaktion wird die Mischung vorzugsweise zu Teilchen mit einer Größe von 0,5 bis 5 Mikron
zermahlen und in Luft oder Sauerstoff erhitzt, um gegebenenfalls
vorhandene organische Verunreinigungen zu entfernen.
:.. .. ο ζ. υ υ α
-χ- 3
DfT Και )er aus kubischem Aluminiumoxynitrid besitzt eine
Dichte /on wenigstens 99% der theoretischen Dichte, einen
"in-lina-Transmissionsgrad" von wenigstens 50% im Wellenlängenbsreich
von 0,3 bis 5 Mikron und eine Bildauflösung von 1 π rad oder weniger.
Ire folgenden sei die Erfindung durch die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert: Es wird
ein im rfesentliches homogenes kubisches Aluminiumoxynitrid-Pulver
Hergestellt, indem man Gamma-Aluminiumoxyd mit Kohlenstoff
in einer Stickstoffatmosphäre reagieren läßt. Zunächst »/erden Aluminiumoxyd und Puß trocken gemischt. Dies
goschic-nt bei spioisweise in einen* Patterson-Kel ly-Zweischalunmischer.
Ixe Mischzeit beträgi bis zu 2 Stunden. Dar, Aluminiumoxyd
besitzt vorzugsweise eine Reinheit von wenigstens 99,98% und eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,06 Mikron.
Der Ruü besitzt eine Reinheit von nicht weniger als 97,6% ir-it einem 2,4%-igen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen
und eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,027 Mikron.
Der Kohlenstoffgehalt der Mischung liegt im Bereich von 5/·4
bis 7,1 Gewichtsprozent. Eine bevorzugte Mischung enthält
5,6 Gewichtsprozent Ruß und 94,4 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd. Die Aluminiumoxyd-Kohlenstoff-Mischung wird in einen
Tiegel aus Aluminiumoxyd gegeben und in einer Atmosphäre
strömenden Stickstoffes bei einer Temperatur von 1550° C bis 1M50 C ZUi- P^eak tion gebracht. Die Zeit beträgt bis zu 2
Stunden bei Maximaltemperatur. Die Wärmebehandlung erfolgt
in zwei Schritten. In dem ersten Schritt wird eine Temperatur von etwa 1550° C während etwa einer Stunde angewendet.
Bei einem geeigneten Verhältnis von Aluminiumoxyd zu Kohlenstoff reagiert das nicht temperaturstabile Gamma-Aluminiumoxyd
nur teilweise mit Kohlenstoff und Stickstoff, wobei sowohl Alpha-Aluminiumoxyd als auch Aluminiumnitrid entsteht.
Ein einstündiges Glühen bei 1550° C reicht aus, um die geeignete
Menge· A]^O zu AlN umzuwandeln. In dem zweiten
Sehriti , d-.T von etwa 40 Minuten dauert, liegt dio Tompora-
-S-*9
bei 1750 C oder darüber,ist jedoch niedriger air. der
Schmelzpunkt von Aluminiumoxynitrid, der bei .?04() C liegt.
Dabei verbinden Alpha-Aluminiumoxyd und Aluminiumnitrid sich zu kubischem Aluminiumoxynitrid.
Das aus der Wärmebehandlung resultierende Reaktionsmaterial
besteht vorwiegend aus kubischem Aluminiumoxynitrid, kann jedoch auch Aluminiumoxyd und/oder Aluminiumnitrid in Mengen
bis zu 15 Gewichtsprozent enthalten, wobei das Verhältnis Aluminiumoxyd zu Aluminiumnitrid in dem Bereich der Zusammensetzung
von kubischem Aluminiumoxynitrid liegt. Die Mengen von Aluminiumoxyd und Aluminiumnitrid können durch die
Wärmebehandlung gesteuert werden. Die Menge des Ln den ersten Wärmebehandlungsschritt erzeugten Aluminium iitrids
hängt ihrerseits von dom Kohlenstoffanteil in de * Ausgangsmischung
ab.
Die folgende Tabelle I veranschaulicht die Wirkung unterschiedlicher
Kohlenstoffmengen in der Ausgangsmischung und unterschiedlicher Temperaturen während des zweiten Wärmebehandlungsschrittes
(der erste Schritt bestand in einem einstündigen Glühen bei 1550° C außer für die Probe 5, die
bei 1620° C behandelt wurde).
| Gewichts-% | Tabelle | I | Zeit | % | % | % | |
| Kohlenstoff | Temp. | (min) | ALN | Al2C3 | ALON | ||
| Probe | 5.6 | (δΟ | 40 | 3.2 | 10.C | 86.8 | |
| 1 | 7.1 | 1750 | 40 | 4.0 | 0 | 96.0 | |
| 2 | 6.5 | 1750 | 40 | 1 .88 | 0 | 98.12 | |
| 3 | 5.9 | 1750 | 40 | 0.85 | 0 | 9J.15 | |
| 4 | 5.6 | 1750 | 40 | Spurer | Spui en | 99.9+ | |
| 5 | 1820 | ||||||
Boi der bevorzugten Härmebehandlung ergibt sich als Resultat
eini Verbindung, die im wesentlichen aus 100% Aluminiumoxynitrid
besteht und der Probe 5 entspricht. Eine andere bevorzugte resultierende Verbindung ist die der Probe 1. Das
resultierende Aluminiumoxynitrid-Pulver besteht aus zusammengebackenen
Teilchen, die sich in einer Kugelmühle leicht zu Teilchen mit einer Größe von 0,5 bis 5 Mikron zermahlen
lassen.
Das durch die der Reaktion entstandene Material wird in einer mit Polyurethan oder Gummi ausgekleideten Kugelmühle
zermah- len, wobei Methanol als Mahlfluid und Kugeln aus
Aluminiumoxyc als Mahlkörper verwendet werden. Die Mahl dauer
beträgt 16 Stunden. Das gemahlene Pulver wird durch ein 400er fieb gegeben und bei einer Temperatur von 65 C bis zu
2h Stunden getrocknet. Nach dem Irocknen wird das Pulver für
die Dauer vor. 2 Stunden an Luft bei 600° C erhitzt, um organische Verunreinigungen zu entfernen.
Sodann werden Sinterhilfen in Form geringer Mengen (bis zu 0,5 Gewichtsprozent des Aluminiumoxynitrid-Pulvers) ausgewählter
Dotierungszusatzstoffe hinzugefügt. Die Zusatzstoffe
können ein Element aus der Yttrium- und Lanthangruppe oder ihrer Verbindungen enthalten. Es ist anzunehmen, daß
andere Elemente der Lanthannidenreihe gleichfalls Verwendung finden können. Vorzugsweise werden die Oxyde der genannten
ausgew.: hlti>n Elemente verwendet. Rs kann auch eine Kombination
der Dotj eruiigszusatzstof fe Verwendung finden, solange
die Gesamtmenge der Zusatzstoffe die genannten 0,5 Gewichtsprozent
nicht überschreitet. Eine bevorzugte Kombination enthält 0,08 Gewichtsprozent Yttriumoxyd (Y2°3^ und 0'02 Ge~
wichtsprozent Lanthanoxyd (La^O ). Alternativ können die Dotierungszusatzstoffe
zugefügt werden, während das Aluminiumoxynitrid-Pulver
in der Kugelmühle zermahlen wird.
Das die Zur;a1 zstoffe enthaltende Aluminiumoxynitrid-Pulver
» *. β ♦
wird in Gummiformen vorbestimmter Gestalt gebracht und bei Drücken von mehr als Ί5000 psi isostatisch gepreßt. Hierdurch
entstehen grüne Körper, die anschließend gesintert werden. Die Körper werden in Behälter gebracht, ciie sich in
der Sinterkammer befinden. Die Behälter bestehen entweder ganz aus Bornitrid oder teilweise aus Bornitrid und zum anderen
Teil aus Molybdän. Das Sintern finde! in ei ner stillstehenden
Stickstoff atmosphäre bei 0 bis 5 psig ita1;t. Um
ein Material mit hoher Transparenz zu erhalten, wird eine Sintertemperatur angewendet, die höher ist als 1900 C jedoch
niedriger als der Schmelzpunkt von Aluminiumoxynitrid, der
bei etwa 2140 C liegt. Die Sinterzeit beträgt wcngistens 24
Stunden und kann bis 48 Stunden dauern.
| 2 3 | La 0 | Temp. | Tabelle | II | Di ck-V | D Ich te/ | opt. | |
| null | '2 3 | 0C | / Zeit/ | in-line- | mm | % Ai | iiflÖSl | |
| 0.08 | null | 1930 | h | Trans./% | 1.7 | 98 | l | |
| 1 | 0.08 | 0.02 | 1930 | 23 | opak | 0.82 | 98+ | - |
| 2 | 0.25 | 0.02 | 1930 | 1 | 5 | 1.45 | 99+ 1 | mrad |
| 3 | 0.08 | null | 1930 | 24 | 80 | 1.35 | 99+ | mrad |
| 4 | 0.02 | 1730 | 48 | 53 | 1.5 | — | — | |
| 5 | 3 | opak | ||||||
0.08 0.02 1910 8 5 0.8 98
Tabelle II veranschaulicht den Einfluß der Zusat:*,stoffe, der
Zeit sowie der Temperatur auf die resultierende Transparenz des Aluminiumoxynitrids. Die Dichte wurde nach dom archimedischen
Prinzip ermittelt. Der in-line-Transmissionsgrad wurde
mit einem Perkin-Elmer 457 Gitter-Infrarot-Sp^etrophotometer
bei einer Wellenlänge von 4 Mikron ermittelt. Der Auflösungswinkel wurde unter Verwendung des Standard ISAF-Auflösungs-Testmusters
1951 gemessen. Die Temperature, wurden bis auf 10 C genau eingehalten. Eine Temperatur von 1900° ist
die Mini mal temperatur für die Herstellung eines transparenten
Materials, wenn die geeignete Menge YpO, und/ oder La„O
gegeben ist. Die optimale Menge an Zusatzstoffen ist die Mindest!, enge, die benötigt wird, um an den Korngrenzen eine
flüssig^ Phase· zu erzeugen, die anfangs als zweite Phase
nach der Sintern noch nicht vorhanden sind. Obwohl 0,1 Gewichtsprozent
die besten Ergebnisse erbrachten, sind kleine Spurenm ngen von etwa 0,05 Gewichtsprozent vermutlich geeignet.
Da: heißt, daß sich bei oder in der Nähe von 1900° C
eine fl:ssige Phase ausbildet, die eine rasche Verdichtung
und Porinbeseitigung bewirkt. Die flüssige Phase verschwindet,
wer η Y und La mit dem Aluminiumoxynitrid in feste Lösung
geien. Vermutlich findet dieser Sinterprozeß der flüssigen
Piase boi Sintertemperatur zu Beginn des Sinterprozesses
statt. Anschließend handelt es sich um Festkörperdiffusion, durch welche die verbleibe-nde Porosität beseitigt
und der wesentliche Anteil der Transparenz erzielt wird. Die Beseitigung der Porosität durch Festkörperdiffusion läuft
sehr langsam ab, so daß längere Zeiten benötigt werden. Die bevorzufte Mindestdauer beträgt 2n Stunden. Dies wird durch
die Proben 2 und 6 bestätigt, die trotz angemessener Menge an Zusaizstoffen transluzent geblieben sind, da die Dauer
der Sin'eriing auf eine bzw. acht .Stunden beschränkt war.
Es sei erwähnt, daß die vorangehend erörterten Zusatzstoffe weder- mit dem Aluminiumoxynitrid-Pulver vor dem Sintern
vermisciit noch in direkten Kontakt mit dem grünen Körper gebracht werden müssen. Zur Dotierung des Aluminiumoxynitrid
genügt es, daß der ausgewählte Zusatzstoff in der Sinterkammur
verfügbar ist. Es wurde tatsächlich eine unerwartete Verbesserung der Transparenz von gesintertem Aluminiumoxynitrid
nach dem Sintern eines grünen Körpers beobachtet, der ausschließlich aus Aluminiumoxynitrid-Pulvern bestand
und der sich Ln der Nachbarschaft eines grünen Körpers befand,
wo Icher Yttriumoxyd enthielt und auf einer Bornitrid-
: ·Ο =.Λ:!. 323.2OG9
-V- '44
Plattform lag. Somit kann die Einführunq der Zusatzstoffe
in die Sinterkamin er auch nach anderen Verfahren erfolgen, die geeignet sind, eine Dotierung des Aluminiumoxynitrid-Formlings
aus der Gasphase zu ermöglichen.
Eine Erklärung der Damphdotierung durch die Anwesenheit
spezifischer Zusatzstoffe zur Intensivierung des Sintervorganges ist vermutlich die folgende: Bei Sintertenperaturen
besitzt die Aluminiumoxynitrid-Mischung einen signifikant hohen Dampfdruck der AL 0 -Gasarten. Das AL O -Gcs reagiert
Xy x y
mit in der Nähe vorhandenem Bornitrid, das sich in dem Behälter
befindet, so daß B2O,-Gas und/oder AlBO2-CaS sowie
AIN-Feststoffe entstehen. Die B„0_-und/oder AlBO,-Gase wandem
zum Aluminiumoxynitrid und reagieren mit diesem und erzeugen
eine flüssige Phase an den Korngrenzen, wcdurch das Sintern im frühen Stadium verstärkt wird. Falls ^ttriumoxyd
als Zusatzstoff verwendet wird findet auch eine Vechselwirkung des B„0- mit yttriumdotiertem Aluminiumoxyni trid oder
reinem Y2O, statt, so daß YBO2-GaS erzeugt wird. Das YIiO2,-Gas
wandert zu dem Aluminiumoxynitrid und dotier! es mit Bor
und Yttrium. Falls andere Elemente als Zusatzstoffe verwendet werden, reagiert das B20_ in gleicher Weise i_nd verursacht
eine entsprechende Dampfdotierung des Aluminiumoxynitrids.
Es ist anzunehmen, daß diese Zusatzstoffdetierung das
Endstadium des Sinterns unterstützt, indem sie ertweder eine
Lösungshemmung oder Abi cheidungen aus der zweiter Phasu verursacht,
wodurch die Korngrenzen fixiert und som; t exzessives
Kornwachstum verhirdert wird, das andernfall; die .Joren
in den Kornstrukturen ''festhält".
Eine andere mögliche Erklärung besteht darin, dai das Yttrium
oder dessen Verbindungen die Bildung einer flüssigen Phase verursachen. Die flüssige Phase begünstigt eine rasche Verdichtung
und eine sehr wirksame Porenbeseitigung in cen Frühstadien
des Sintern, so daß während des Endstadiums des Sintervorgangs weniger Porosität beseitigt werden muß und hohe
ο Ζ ο ζ U υ 9
Dichte und Transparenz erreicht werden. Bei einem derartigen Mechanismus wird das Bor nur für den Transport von Yttrium
zu dem Aluminiumoxynitrid benötigt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung vermeidet viele der Probleme,
die bei der Herstellung von /luminiumoxynitrid üblicherweise auftreten, wenn Aluminiumo>yd und Aluminiumnitrid miteinander
gemischt zur Reaktion gebracht werden. Zu diesen Problemen gehören die unterschiedlichen Reinheitsgrade, die
große Teilchengröße und starke Größenstreuung handelsüblichen Aluminiumnitrids, die zur Bildung des Aluminiumoxynitrids erforderlichen
langen Reaktionszeiten sowie die für die Verkleinerung der Teilchengröße erforderlichen langen Mahldauer,
die ihrerseits wiederum den Gehalt an anorganischen Verunreinigungen in dem Aluminiumoxynitrid vergrößern. Außerdem verringert
das vorangehend beschriebene Verfahren die Herstellkosten, indem die Verwendung des teureren Aluminiumnitrids
als Ausgangsstoff vermieden wird, die Reaktionszeiten zur Bildung des Aluminiumoxynitrids kürzer sind und die Zeiten
für das Zermahlen zu einem homogenen sinterfähigen Pulver geeigneter Teilchengröße verringert werden. Das nach dem
vorangehend beschriebenen Verfahren hergestellte Aluminiumoxynitrid-Pulver verbessert auch die Reproduzierbarkeit des
Sintervorganges und vergrößert die Transparenz des gesinterten
Produktes.
Claims (22)
1. Verfahren zur Herstellung von homogenem Aluminiumoxynitrid
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschrittü:
- Aluminiumoxyd-Pulver und Ruß werden in eine Reaktionskaminer
eingebracht,
- in diti Reaktionskammer wird Stickstoff eingeführt,
- die R?aktioiskammer wird erhitzt, derart daß das
Aluminiumoxyd-Pulver und der Ruß und der Stickstoff miteinander reagieren und ein Pulver erzeugt wird, das im
wesen ;liche:i Aluminiumoxynitrid enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Reaktion entstehende Pulver bis zu 15 Gewichtsprozent
Aluminiumoxyd und Aluminiumnitrid enthält, wobei das Verhältnis Aluminiumoxyd zu Aluminiumnitrid in dem
Zusammensetzungsbereich von kubischem Aluminiumoxyntrid liegt·.
3· Verfahren lach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne.,
daß da:; Aluminiumoxyd und der Ruß miteinander vollständig vermischt in die Reaktionskammer eingeführt
werden.
h. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kohlenstoffgehalt der Mischung im Bereich von 5,4
bis 7,1 Gewichtsprozent liegt.
5- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxyd eine Reinheit
von 99,98% und eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,06 Mikron besitzt und daß der Ruß eine Reinheit von
97,6% und eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,027 Mikron besitzt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer auf eine
Temperatur im Bereich von 1550 bis 1850 C erwärmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis !), dadurch
gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer zunächst für etwa eine Stunde auf eine Temperatur von etwa 1550 C und dann
für etwa 40 Minuten auf eine Temperatur von 1750 C erwärmt
w ird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer zunächst für etwa eine Stunde auf eine Temperatur von etwa 1620° C und dann
für etwa 40 Minuten auf eine Temperatur von 1820 C erwärmt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Erwärmungsvorgang ferner folgende Schritte umfaßt;
- Zur Umwandlung des nicht temperaturständigen Gamma-Aluminiumoxyds,
das in der Mischung vorhanden ist, in das temperaturbeständige Alpha-Aluminiumoxyd wird die Reaktionskammer zunächst auf eine Temperatur am unteren Ende des
genannten Temperaturbereiches erwärmt,
- um eine Reaktion der umgewandelten Pulvermischung mit dem Stickstoff und die Bildung von Aluminiuirioxynilrid herbeizuführen,
wird die Reaktionskammer sodann auf eine Temperatur am oberen Ende des genannten Temperaturber-eiches erwärmt.
10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das durch die Reaktion gebildete Pulver zu Teilchen mit-einer Größe zwischen 0,5 und 5 Mikron zermahlen.
11.Verfahren nach Anspruch 10, dadurc h gekennzeichnet,
daß das Pulver in Luft erhitzt wird, bis ii der Mi-
:;:** ^ ? Q ο ρ ς q
schung gegebenenfalls vorhandene organische Verunreinigungen im wesentlichen entfernt sind.
12. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch fclgendu Verfahrensschritte:
- Aus A] uminiumoxyd und Ruß wird eine Mischung zubereitet,
deren Kohlenstoffgehalt im Bereich von 5,4 bis 7,1 Gewicht;,
prozent liegt,
- diese Mischung wird in einer strömenden Stickstoffatmosphärf;
eine Stunde lang bei einer Temperatur von etwa 1550° C und sodann während 40 Minuten bei einer Temperatur
von wenigstens 1750 C zur Reaktion gebracht,
- nach eier Reaktion wird die Mischung in einer Kugelmühle
mit Aluminiumoxyd-Schleifkugeln in Methanol gemahlen,
- das gfmahlene Pulver wird durch ein 400er Sieb gefiltert.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
- daß das gefilterte Pulver getrocknet wird
- und d-fiß das Pulver zur Beseitigung eventueller organischer
Verunreinigungen in Luft erhitzt wird.
14. Verfahren zur Bildung eines transparenten gesinterten Aluminiumoxynitrid-Körpers aus nach Anspruch 1 hergestelltem
Aluriiniumoxynitrid, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Es wird eine Mischung aus Aluminiumoxyd und Ruß zubereitet,
- diese Mischung wird in Anwesenheit von Stickstoff bei einer Temperatur im Bereich von 1550 bis 1850° C zur
Reaktion gebracht,
- aus dt:r Mischung wird ein grüner Körper vorbestimmter Form
gepreßt,
- dieser grüne Körper wird in eine Sinterkammer gebracht,
- in dio Sj.nterkammer werden Dotierungszusatzstoffe eingeführt,
die ein oder mehrere Elemente aus der Yttrium-
- 1A - y
und Lanthangruppe oder deren Verbindungen umfassen, - der grüne Körper wird in einer Stickstoffatmosphäre bei
einer Temperatur gesintert, die höher ist als 1900° C jedoch niedriger als der Schmelzpunkt von Aluminiumoxynitrid.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kohlenstoffgehalt in der genannten Mischung im Bereich von 5,4 bis 7,1 Gewichtsprozent liegt.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dotierungszusatzstoffe sich während eines Teiles des Sintervorganges in der Dampfphase befinden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungnzusatzstof f e währen 3 des .Jinteivorganges
zu dem genannten Körper gelangen uni durch diesen
hindurch diffundieren.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dotierungszusatzstoffe während des Sintervorganges
an den Korngrenzen eine flüssige Phase erzeugen.
19· Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dotierungszusatzstoffe mit der genannten Mischung
vermischt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch cekennzeichnet,
daß die Menge der Dotierungszusatzstoffe nicht mohr als
0,5 Gewichtsprozent der genannten Mischung bctrj fjt.
21. Verfahren nach Anspruch 14, ferner geker η ζ eic hnet
durch folgende Verfahrensschritte:
- Die Mischung wird nach der Reaktion in Teilch«η mit einer
Größe im Bereich von 0,5 bis 7 Mikron zermahlfn,
- nach der Reaktion wird die Mischung zur Beseitigung orga-
nischer Verunreinigungen erhitzt.
ini besondere
22. Körf-er aus/nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestelHen
kutischem Aluminiuraoxynitrid gekennzeichnet durch
- eine Lichte von wenigstens 99% der theoretischen Dichte,
- einen in-line-Transmissionsgrad von wenigstens 50% im
Wellenlängerbereich von 0,3 bis 5 Mikron
- und einen Auflösungswinkel von 1mrad oder weniger.
insbesondere'
23· Körper aut dotiertem Aluminiumoxynitrid, das/nach einem
Verfahren nacl· einen der Ansprüche 1 bis 21 hergestellt ist,
gekennzeichnet durch
- eine Lichte von wenigstens 99% der theoretischen Dichte,
- und einen ir-line-Transmissionsgrad von wenigstens 50% im
Wellenlängeribereich von 0,3 bis 5 Mikrometern.
24. Körper nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß er aus im wesentlichen einphasigem Aluminiumoxynitrid gebildei und mit Bor und wenigstens einem Element der
Yttrium- und Lanthangruppe dotiert ist.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US29789781A | 1981-08-31 | 1981-08-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3232069A1 true DE3232069A1 (de) | 1983-03-24 |
| DE3232069C2 DE3232069C2 (de) | 1990-02-08 |
Family
ID=23148182
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE3249969A Expired - Fee Related DE3249969C2 (de) | 1981-08-31 | 1982-08-28 | |
| DE19823232069 Granted DE3232069A1 (de) | 1981-08-31 | 1982-08-28 | Verfahren zur herstellung von homogenem aluminiumoxynitrid sowie aus nach dem verfahren hergestelltem aluminiumoxynitrid bestehender koerper |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE3249969A Expired - Fee Related DE3249969C2 (de) | 1981-08-31 | 1982-08-28 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JPS5874514A (de) |
| DE (2) | DE3249969C2 (de) |
| FR (1) | FR2512003B1 (de) |
| GB (2) | GB2108945B (de) |
| IT (2) | IT1149069B (de) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2126568B (en) * | 1981-08-31 | 1986-05-14 | Raytheon Co | Transparent aluminum oxynitride and method of manufacture |
| ZA877802B (en) * | 1986-11-20 | 1989-06-28 | Minnesota Mining & Mfg | Aluminum oxide/aluminum oxynitride/group ivb metal nitride abrasive particles derived from a sol-gel process |
| US4788167A (en) * | 1986-11-20 | 1988-11-29 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Aluminum nitride/aluminum oxynitride/group IVB metal nitride abrasive particles derived from a sol-gel process |
| FR2621574B1 (fr) * | 1987-10-13 | 1990-11-09 | Innomat | Procede de preparation d'oxynitrure d'aluminium et son application a la realisation de fenetres infra-rouges |
| US5096862A (en) * | 1990-08-09 | 1992-03-17 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Transparent ceramic composite article comprising aluminum oxide and aluminum magnesium oxynitride |
| FR2703348B1 (fr) * | 1993-03-30 | 1995-05-12 | Atochem Elf Sa | Procédé de préparation de poudre pour céramique en oxynitrure d'aluminium gamma optiquement transparente et la poudre ainsi obtenue. |
| EP0704880A3 (de) * | 1994-09-28 | 1998-09-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hochdruck-Entladungslampe, Herstellungsverfahren einer Entladungsröhre für Hochdruck-Entladungslampen und Herstellungsverfahren eines Hohlröhrenkörpers |
| CH688297B5 (fr) * | 1994-12-16 | 1998-01-30 | Rado Montres Sa | Elément de fermeture transparent et inrayable d'une boîte de montre et boîte de montre munie d'un tel élément. |
| US8211356B1 (en) * | 2000-07-18 | 2012-07-03 | Surmet Corporation | Method of making aluminum oxynitride |
| DE102004001176A1 (de) * | 2004-01-05 | 2005-08-04 | Schott Ag | Verwendungen von Glaskeramiken |
| KR101374215B1 (ko) * | 2012-11-30 | 2014-03-13 | 한국해양대학교 산학협력단 | 알루미늄 분말을 이용한 산질화알루미늄 파우더의 합성방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1188011A (en) * | 1966-06-01 | 1970-04-15 | Grace W R & Co | Production of Nitrides of Actinide Metals. |
| US4241000A (en) * | 1978-08-24 | 1980-12-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Process for producing polycrystalline cubic aluminum oxynitride |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3572992A (en) * | 1967-07-05 | 1971-03-30 | Tokyo Shibaura Electric Co | Preparation of moulded and sintered aluminum nitride |
| DE1906522B2 (de) * | 1968-02-10 | 1972-01-13 | Tokyo Shibaura Electric Co. Ltd., Kawasaki, Kanagawa (Japan) | Verfahren zur herstellung eines gesinterten aluminiumnitrid yttriumoxid gegenstands |
| GB1310362A (en) * | 1969-12-16 | 1973-03-21 | United States Borax Chem | Process for purification of refractory metal nitrides |
| GB1377487A (en) * | 1970-12-23 | 1974-12-18 | Tokyo Shibaura Electric Co | Heat resistant composite materials |
-
1982
- 1982-08-23 FR FR8214449A patent/FR2512003B1/fr not_active Expired
- 1982-08-28 DE DE3249969A patent/DE3249969C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1982-08-28 DE DE19823232069 patent/DE3232069A1/de active Granted
- 1982-08-30 IT IT49045/82A patent/IT1149069B/it active
- 1982-08-31 IT IT68058/82A patent/IT1156502B/it active
- 1982-08-31 GB GB08224835A patent/GB2108945B/en not_active Expired
- 1982-08-31 JP JP57151659A patent/JPS5874514A/ja active Granted
-
1984
- 1984-11-26 GB GB08429791A patent/GB2169270B/en not_active Expired
-
1991
- 1991-01-31 JP JP3105230A patent/JPH0617223B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1188011A (en) * | 1966-06-01 | 1970-04-15 | Grace W R & Co | Production of Nitrides of Actinide Metals. |
| US4241000A (en) * | 1978-08-24 | 1980-12-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Process for producing polycrystalline cubic aluminum oxynitride |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05294737A (ja) | 1993-11-09 |
| JPS5874514A (ja) | 1983-05-06 |
| JPH0617223B2 (ja) | 1994-03-09 |
| IT1156502B (it) | 1987-02-04 |
| GB2169270A (en) | 1986-07-09 |
| DE3232069C2 (de) | 1990-02-08 |
| IT8268058A0 (it) | 1982-08-31 |
| IT1149069B (it) | 1986-12-03 |
| FR2512003A1 (fr) | 1983-03-04 |
| GB2108945A (en) | 1983-05-25 |
| DE3249969C2 (de) | 1992-10-15 |
| GB8429791D0 (en) | 1985-01-03 |
| IT8249045A0 (it) | 1982-08-30 |
| GB2108945B (en) | 1986-05-14 |
| GB2169270B (en) | 1986-12-17 |
| FR2512003B1 (fr) | 1987-03-20 |
| JPH0420850B2 (de) | 1992-04-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2932789C2 (de) | Polykristalline transparente Spinelsinterkörper und Verfahren zu deren Herstellung | |
| DE3319346C2 (de) | ||
| DE4037733C2 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Indium/Zinn-Oxid-Targets | |
| DE3347862C2 (de) | ||
| DE2855785C2 (de) | Verfahren zum Sintern von reaktionsgebundenem Siliciumnitrid | |
| DE2759243C2 (de) | ||
| DE4331877A1 (de) | Verbundmaterial auf der Basis von Zirconiumoxid und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| DE3232069A1 (de) | Verfahren zur herstellung von homogenem aluminiumoxynitrid sowie aus nach dem verfahren hergestelltem aluminiumoxynitrid bestehender koerper | |
| DE3627317A1 (de) | Sinterbare aluminiumnitridzusammensetzung, sinterkoerper aus dieser zusammensetzung und verfahren zu seiner herstellung | |
| DE2724352A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines formkoerpers aus einem keramischen material | |
| DE3538631A1 (de) | Verfahren zur herstellung von hochfrequenzdielektrikum-keramiken | |
| DE1801678A1 (de) | Transparenter Spinellkoerper | |
| DE2751938C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Dispersionskeramiken | |
| DE10108553C2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Szintillatorkeramik und Verwendung der Szintillatorkeramik | |
| DE3718482C2 (de) | ||
| DE3232070A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines aluminiumoxynitrid-koerpers sowie insbesondere nach diesem verfahren hergestellte koerper | |
| DE2330595C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Siliciumnitrid-Formkörpern | |
| DE3116786A1 (de) | Homogener siliciumcarbid-formkoerper und verfahren zu seiner herstellung | |
| DE3637506A1 (de) | Verfahren zur herstellung von ingenieurkeramischen pulvern mit additiven | |
| DE3709137C2 (de) | ||
| CH622484A5 (en) | Process for producing a sintered ceramic product | |
| DE4105992A1 (de) | Durchsichtige plzt-keramik und verfahren zu ihrer herstellung | |
| DE3812428C2 (de) | Gefärbter, partiell stabilisierter Zirkoniumdioxid-Keramikwerkstoff, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung | |
| EP0045518B1 (de) | Dichter, Yttriumoxid enthaltender Formkörper aus Siliziumnitrid und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE60203646T2 (de) | Polykristalliner, schlecht kristallisierter oder amorpher Phosphor und Herstellungsverfahren |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8172 | Supplementary division/partition in: |
Ref country code: DE Ref document number: 3249969 Format of ref document f/p: P |
|
| Q171 | Divided out to: |
Ref country code: DE Ref document number: 3249969 |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| AH | Division in |
Ref country code: DE Ref document number: 3249969 Format of ref document f/p: P |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |