DE3249969C2

DE3249969C2 -

Info

Publication number: DE3249969C2
Application number: DE3249969A
Authority: DE
Inventors: Thomas M. Nashua N.H. Us Hartnett; Edward A. Ashland Mass. Us Magure; Richard L. Acton Mass. Us Gentilman
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1981-08-31
Filing date: 1982-08-28
Publication date: 1992-10-15
Anticipated expiration: 2002-08-29
Also published as: FR2512003A1; IT1156502B; GB2108945B; DE3232069A1; JPH0420850B2; JPH0617223B2; GB2108945A; GB8429791D0; JPH05294737A; GB2169270B; IT1149069B; DE3232069C2; IT8249045A0; FR2512003B1; IT8268058A0; JPS5874514A; GB2169270A

Description

Die Erfindung betrifft dauerhafte transparente Keramikverbindungen. Solche Werkstoffe werden benötigt für Anwendungsfälle, bei denen ein hoher Transmissionsgrad und gute bilderzeugende Eigenschaften im sichtbaren Bereich und im Infrarotbereich erforderlich sind. Diese Forderungen werden sowohl bei militärischen als auch bei kommerziellen Anwendungen angetroffen. So werden z. B. für Geschosse sogenannte Dome be nötigt, 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 Entwicklung transparenter Keramikwerkstoffe gerichtet. Viele Keramikverbindungen besitzen zwar die geforderte Dauerhaftigkeit, sind jedoch für die genannten Anwendungsfälle nicht genügend transparent. Aluminiumoxyd beispielsweise ist zwar ein sehr hartes Material, besitzt jedoch keine 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 wünscht. Als Alternative sind Massenherstellverfahren anzustreben. Insbesondere kommen Sinterverfahren in Betracht, die die gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl von Einheiten ermöglicht. Das Sintern transparenter Keramikwerkstoffe ist jedoch wenig bekannt und wird kaum praktiziert.The invention relates to permanent transparent ceramic connections. Such materials are needed for applications where high transmittance and good imaging Properties in the visible range and in the infrared range required are. These demands are both in military as well as in commercial applications encountered. So z. B. for floors so-called dome necessary that are permeable to infrared radiation. Various Types of vapor lamps require transparent bulbs. Many transparent materials are for these use cases not permanent enough. The relevant research is therefore focused on the development of transparent ceramic materials. Many ceramic connections have the required Durability, however, are for the applications mentioned not sufficiently transparent. Aluminum oxide, for example is a very hard material, but has insufficient transparency and causes a very strong Light scattering. When looking for a suitable material manufacturing costs must also be considered will; Processes that are custom made for need the windows indicated for the intended purposes, are therefore out of the question for cost reasons. From from this point of view z. B. hot pressing process un wishes. As an alternative, mass production processes should be sought. In particular, sintering processes can be considered the simultaneous production of a large number of units enables. The sintering of transparent ceramic materials is however little known and hardly practiced.

Aluminiumoxynitrid ist ein vielversprechender Werkstoff für Anwendungsfälle, die ein breites Transmissionsspektrum erfordern. Der bisher einzige bekannte Versuch zur Herstellung eines gesinterten Aluminiumoxynitridkörpers ist in der US-PS 42 41 000 beschrieben. Die pulverförmigen Ausgangsstoffe werden vermischt und anschließend gesintert. Dabei findet sowohl eine Reaktion der Ausgangsstoffe als auch ihre Sinterung statt. Das Endprodukt ist ein Oxynitridkörper, der jedoch für die eingangs erwähnten Anwendungsfälle nicht genügend transparent ist.Aluminum oxynitride is a promising material for Applications that require a wide range of transmissions. The only known attempt to manufacture of a sintered aluminum oxynitride body is in US Pat 42 41 000 described. The powdery starting materials are mixed and then sintered. Thereby both a reaction of the starting materials as well as their sintering instead of. The end product is an oxynitride body, but for the use cases mentioned at the beginning are not sufficiently transparent is.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei aus Aluminiumoxynitrid hergestellten, transparenten, gesinterten Aluminiumoxynitrid-Körpern gegenüber vergleichbaren bekannten transparenten Körpern eine verbesserte Transparenz und eine erhöhte Winkelauflösung bezüglich den Körper durchdringender Strahlung im Wellenlängenbereich von 0,3 bis 5 µm zu erreichen.The invention is intended to solve the problem at Aluminum oxynitride, transparent, sintered Aluminum oxynitride bodies compared to comparable known transparent bodies an improved transparency and a increased angular resolution with respect to the body more penetrating Radiation in the wavelength range from 0.3 to 5 µm too to reach.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 geschaffen.According to the invention, this object is achieved by a Process with the features of claim 1 created.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung der vorgenannten Aufgabe ist durch einen aus kubischem Aluminiumoxynitrid in Pulverform gepreßten und gesinterten Körper mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 geschaffen.Another inventive solution to the aforementioned problem is made of powdered aluminum oxynitride pressed and sintered body with the characteristics of Claim 8 created.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des hier ange gebenen Verfahrens bzw. des hier angegebenen Aluminiumoxynitrid- Körpers sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 bzw. 9 gekennzeichnet. Advantageous refinements and developments of the here given process or the aluminum oxynitride Bodies are characterized in subclaims 2 to 7 and 9, respectively.

Ausgehend von einem in besonderer Weise hergestellten, im wesentlichen homogenen Aluminiumoxynitridpulver lassen sich unter Verwendung spezifischer Zusatzstoffe Fenster herstellen, die sowohl im sichtbaren als auch im Infrarotbereich die gewünschte Transparenz besitzen.Starting from a manufactured in a special way, in essential homogeneous aluminum oxynitride powder can be manufacture windows using specific additives, the desired in both the visible and infrared range Have transparency.

Ein Verfahren zur Herstellung transparenter gesinterter Alu miniumoxynitridkörper 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°C bis 1850°C zur Reaktion ge bracht; aus der Mischung wird ein gepreßter grüner Körper vorbestimmter Form gepreßt; der grüne Körper wird in eine Sinterkammer verbracht; in die Kammer werden Dotierungs zusatzstoffe 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 Aluminiumoxynitrid. Die Dotierungsstoffe 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 Dotierungszusatzstoffe übersteigt nicht 0,5 Gewichtsprozent des Gewichtes des grünen Körpers. Die Ausgangsmischung hat einen Rußanteil, der einem Kohlenstoffanteil in der Mischung im Bereich von 5,4 bis 7,1 Gewichtsprozent liegt. Nach der Reaktion wird die Mischung vorzugsweise zu Teilchen mit einer Größe von 0,5 bis 5 µm zermahlen und in Luft oder Sauerstoff erhitzt, um gegebenenfalls vorhandene organische Verunreinigungen zu entfernen. A process for the production of transparent sintered aluminum Minium oxynitride body comprises the following process steps: A mixture of aluminum oxide and carbon black is produced; the mixture is in the presence of nitrogen at a Temperature in the range of 1550 ° C to 1850 ° C for reaction brings; the mixture becomes a pressed green body predetermined shape pressed; the green body becomes one Sintering chamber spent; into the chamber are doping additives that contain one or more elements from the Contain yttrium and lanthanum group or their compounds; the green body is sintered at a temperature that is greater than 1900 ° C, but lower than the melting point Aluminum oxynitride. The dopants are during part of the sintering step in the gas phase, get into this state to the body and diffuse through it. The amount of doping additives does not exceed 0.5 percent by weight of the weight of the green body. The Starting mixture has a soot content, which is a carbon content in the mixture in the range of 5.4 to 7.1 percent by weight lies. After the reaction, the mixture is preferred grind into particles with a size of 0.5 to 5 µm and heated in air or oxygen to any present remove organic contaminants.

Der Körper aus kubischem Aluminiumoxynitrid besitzt eine Dichte von wenigstens 99% der theoretischen Dichte, einen "in-line-Transmissionsgrad" von wenigstens 50% im Wellen längenbereich von 0,3 bis 5 µm und eine Bildauflösung von 1 mrad oder weniger.The body made of cubic aluminum oxynitride has one Density of at least 99% of theoretical density, one "in-line transmittance" of at least 50% in waves length range from 0.3 to 5 µm and an image resolution of 1 mrad or less.

Im folgenden sei die Erfindung durch die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert: Es wird ein im wesentlichen homogenes kubisches Aluminiumoxynitrid- Pulver hergestellt, indem man Gamma-Aluminiumoxyd mit Kohlenstoff in einer Stickstoffatmosphäre reagieren läßt. Zunächst werdem Aluminiumoxyd und Ruß trocken gemischt. Dies geschieht beispielsweise in einem Patterson-Kelly-Zweischalen mischer. Die Mischzeit beträgt bis zu 2 Stunden. Das Aluminiumoxyd besitzt vorzugsweise eine Reinheit von wenigstens 99,98% und eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,06 µm. Der Ruß besitzt eine Reinheit von nicht weniger als 97,6% mit einem 2,4%igen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,027 µm. 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 1850°C zur Reaktion 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 ge eignete Menge Al₂O₃ zu AlN umzuwandeln. In dem zweiten Schritt, der etwa 40 Minuten dauert, liegt die Temperatur bei 1750°C oder darüber, ist jedoch niedriger als der Schmelzpunkt von Aluminiumoxynitrid, der bei 2140°C liegt. Dabei verbinden Alpha-Aluminiumoxyd und Aluminiumnitrid sich zu kubischem Aluminiumoxynitrid.In the following the invention by the description of a preferred embodiment explained in more detail: It will an essentially homogeneous cubic aluminum oxynitride Powder made by using gamma alumina with carbon can react in a nitrogen atmosphere. First aluminum oxide and carbon black are mixed dry. This happens, for example, in a Patterson-Kelly clamshell mixer. The mixing time is up to 2 hours. The aluminum oxide preferably has a purity of at least 99.98% and an average particle size of 0.06 µm. The carbon black has a purity of not less than 97.6% with a 2.4% volatile content and an average particle size of 0.027 µm. The carbon content of the mixture is in the range of 5.4 up to 7.1 percent by weight. A preferred blend contains 5.6 percent by weight of carbon black and 94.4 percent by weight of aluminum oxide. The aluminum oxide-carbon mixture is divided into one Aluminum oxide crucibles given in an atmosphere flowing nitrogen at a temperature of 1550 ° C to Brought to reaction at 1850 ° C. The time is up to 2 Hours at maximum temperature. The heat treatment takes place in two steps. The first step is a temperature of about 1550 ° C for about an hour. With a suitable ratio of aluminum oxide to carbon the non-temperature-stable gamma aluminum oxide reacts only partially with carbon and nitrogen, with both Alpha aluminum oxide and aluminum nitride are formed. A one-hour annealing at 1550 ° C is sufficient to get the ge convert suitable amount of Al₂O₃ to AlN. In the second Step, which takes about 40 minutes, is the temperature at 1750 ° C or above, but is lower than that Melting point of aluminum oxynitride, which is 2140 ° C. Alpha aluminum oxide and aluminum nitride combine to cubic aluminum oxynitride.

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 Zusam mensetzung von kubischem Aluminiumoxynitrid liegt. Die Men gen von Aluminiumoxyd und Aluminiumnitrid können durch die Wärmebehandlung gesteuert werden. Die Menge des in dem er sten Wärmebehandlungsschritt erzeugten Aluminiumnitrids hängt ihrerseits von dem Kohlenstoffanteil in der Ausgangs mischung ab.The reaction material resulting from the heat treatment consists mainly of cubic aluminum oxynitride, can however also aluminum oxide and / or aluminum nitride in quantities contain up to 15 percent by weight, the ratio Aluminum oxide to aluminum nitride in the area of the comp cubic aluminum oxynitride. The men of aluminum oxide and aluminum nitride can be caused by the Heat treatment can be controlled. The amount of what he most heat treatment step produced aluminum nitride in turn depends on the carbon content in the output mix off.

Die folgende Tabelle I veranschaulicht die Wirkung unter schiedlicher Kohlenstoffmengen in der Ausgangsmischung und unterschiedlicher Temperaturen während des zweiten Wärme behandlungsschrittes (der erste Schritt bestand in einem einstündigen Glühen bei 1550°C außer für die Probe 5, die bei 1620°C behandelt wurde).The following Table I illustrates the effect below different amounts of carbon in the starting mixture and different temperatures during the second heat treatment step (the first step was one one hour glow at 1550 ° C except for sample 5 which was treated at 1620 ° C).

Tabelle I Table I

Bei der bevorzugten Wärmebehandlung ergibt sich als Resul tat eine Verbindung, die im wesentlichen aus 100% Aluminium oxynitrid besteht und der Probe 5 entspricht. Eine andere be vorzugte resultierende Verbindung ist die der Probe 1. Das resultierende Aluminiumoxynitrid-Pulver besteht aus zusam mengebackenen Teilchen, die sich in einer Kugelmühle leicht zu Teilchen mit einer Größe von 0,5 bis 5 µm zermahlen lassen.In the preferred heat treatment, the result is as a result did a connection that was essentially 100% aluminum oxynitride exists and corresponds to sample 5. Another be preferred resulting compound is that of sample 1. The resulting aluminum oxynitride powder consists of together Crumbly baked particles that easily get in a ball mill grind into particles with a size of 0.5 to 5 µm to let.

Das durch die Reaktion entstandene Material wird in einer mit Polyurethan oder Gummi ausgekleideten Kugelmühle zermahlen, wobei Methanol als Mahlfluid und Kugeln aus Aluminiumoxyd als Mahlkörper verwendet werden. Die Mahldauer beträgt 16 Stunden. Das gemahlene Pulver wird durch ein 400er Sieb gegeben und bei einer Temperatur von 65°C bis zu 24 Stunden getrocknet. Nach dem Trocknen wird das Pulver für die Dauer von 2 Stunden an Luft bei 600°C erhitzt, um organische Verunreinigungen zu entfernen.The material resulting from the reaction is in a ball mill lined with polyurethane or rubber grind, using methanol as the grinding fluid and balls Aluminum oxide can be used as grinding media. The grinding time is 16 hours. The ground powder is made by a 400 sieve and at a temperature of 65 ° C up to Dried for 24 hours. After drying, the powder is made for heated in air at 600 ° C for 2 hours remove organic contaminants.

Sodann werden Sinterhilfen in Form geringer Mengen (bis zu 0,5 Gewichtsprozent des Aluminiumoxynitrid-Pulvers) ausge wählter Dotierungszusatzstoffe hinzugefügt. Die Zusatzstof fe enthalten ein Element aus der Yttrium- und Lanthangruppe oder ihrer Verbindungen. Es ist anzunehmen, daß andere Elemente der Lanthanidenreihe gleichfalls Verwendung finden können. Vorzugsweise werden die Oxyde der genannten ausgewählten Elemente verwendet. Es kann auch eine Kombina tion der Dotierungszusatzstoffe Verwendung finden, solange die Gesamtmenge der Zusatzstoffe die genannten 0,5 Gewichts prozent nicht überschreitet. Eine bevorzugte Kombination ent hält 0,08 Gewichtsprozent Yttriumoxyd (Y₂O₃) und 0,02 Ge wichtsprozent Lanthanoxyd (La₂O₃). Alternativ können die Do tierungszusatzstoffe zugefügt werden, während das Aluminium oxynitrid-Pulver in der Kugelmühle zermahlen wird.Then sintering aids in the form of small quantities (up to 0.5 percent by weight of the aluminum oxynitride powder) selected doping additives added. The additive fe contain an element from the yttrium and lanthanum group or their connections. It can be assumed that other elements of the lanthanide series are also used can find. Preferably, the oxides of the above selected items. It can also be a Kombina tion of the doping additives are used as long as the total amount of additives mentioned 0.5 weight percent does not exceed. A preferred combination holds 0.08 weight percent yttrium oxide (Y₂O₃) and 0.02 Ge percent by weight lanthanum oxide (La₂O₃). Alternatively, the Thurs tation additives are added while the aluminum oxynitride powder is ground in a ball mill.

Das die Zusatzstoffe enthaltende Aluminiumoxynitrid-Pulver wird in Gummiformen vorbestimmter Gestalt gebracht und bei Drücken von mehr als 103,35 MPa isostatisch gepreßt. Hier durch entstehen grüne Körper, die anschließend gesintert werden. Die Körper werden in Behälter gebracht, die sich in der Sinterkammer befinden. Die Behälter bestehen entweder ganz aus Bornitrid oder teilweise aus Bornitrid und zum an deren Teil aus Molybdän. Das Sintern findet in einer still stehenden Stickstoffatmosphäre bei O bis 0,034 MPa statt. 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 wenigstens 24 Stunden und kann bis 48 Stunden dauern.The aluminum oxynitride powder containing the additives is brought in rubber shapes of predetermined shape and at Pressing more than 103.35 MPa isostatically pressed. Here by forming green bodies, which are then sintered will. The bodies are placed in containers that are in the sintering chamber. The containers either exist entirely of boron nitride or partially of boron nitride and to their part made of molybdenum. The sintering takes place in a silent nitrogen atmosphere at 0 to 0.034 MPa. In order to obtain a material with high transparency, a Sintering temperature applied, which is higher than 1900 ° C, however lower than the melting point of aluminum oxynitride, the is around 2140 ° C. The sintering time is at least 24 Hours and can last up to 48 hours.

Tabelle II Table II

Tabelle II veranschaulicht den Einfluß der Zusatzstoffe, der Zeit sowie der Temperatur auf die resultierende Transparenz des Aluminiumoxynitrids. Die Dichte wurde nach dem archimedi schen Prinzip ermittelt. Der in-line-Transmissionsgrad wurde mit einem Perkin-Elmer 457 Gitter-Infrarot-Spektrophotometer bei einer Wellenlänge von 4 µm ermittelt. Der Auflösungswin kel wurde unter Verwendung des Standard USAF-Auflösungs-Test musters 1951 gemessen. Die Temperaturen wurden bis auf 10°C genau eingehalten. Eine Temperatur von 1900°C ist die Minimaltemperatur für die Herstellung eines transparen ten Materials, wenn die geeignete Menge Y₂O₃ und/oder La₂O₃ gegeben ist. Die optimale Menge an Zusatzstoffen ist die Mindestmenge, die benötigt wird, um an den Korngrenzen eine flüssige Phase zu erzeugen, die anfangs als zweite Phase nach dem Sintern noch nicht vorhanden sind. Obwohl 0,1 Ge wichtsprozent die besten Ergebnisse erbrachten, sind kleine Spurenmengen von etwa 0,05 Gewichtsprozent vermutlich geeig net. Das heißt, daß sich bei oder in der Nähe von 1900°C eine flüssige Phase ausbildet, die eine rasche Verdichtung und Porenbeseitigung bewirkt. Die flüssige Phase verschwin det, wenn Y und La mit dem Aluminiumoxynitrid in feste Lö sung gehen. Vermutlich findet dieser Sinterprozeß der flüs sigen Phase bei Sintertemperatur zu Beginn des Sinterpro zesses statt. Anschließend handelt es sich um Festkörperdif fusion, durch welche die verbleibende 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 bevorzugte Mindestdauer beträgt 24 Stunden. Dies wird durch die Proben 2 und 6 bestätigt, die trotz angemessener Menge an Zusatzstoffen transluzent geblieben sind, da die Dauer der Sinterung auf eine bzw. acht Stunden beschränkt war.Table II illustrates the influence of the additives, the Time as well as the temperature on the resulting transparency of aluminum oxynitride. The density was after the archimedi principle. The in-line transmittance was with a Perkin-Elmer 457 grating infrared spectrophotometer determined at a wavelength of 4 µm. The dissolution win kel was determined using the standard USAF dissolution test sample measured in 1951. The temperatures were up to 10 ° C met exactly. A temperature of 1900 ° C is the minimum temperature for making a transparent th material when the appropriate amount of Y₂O₃ and / or La₂O₃ given is. The optimal amount of additives is that Minimum amount required to produce a grain at the grain boundaries to produce liquid phase, initially as a second phase after sintering are not yet present. Although 0.1 Ge weight percent best results are small Trace amounts of about 0.05 percent by weight are probably suitable net. That means that at or near 1900 ° C a liquid phase that forms a rapid compression and causes pore removal. The liquid phase disappears det when Y and La with the aluminum oxynitride in solid Lö solution. This sintering process presumably takes place in the river phase at the sintering temperature at the beginning of the sintering process instead. Then it is a solid diff fusion, through which the remaining porosity is eliminated and the major part of transparency is achieved. The Elimination of porosity by solid diffusion is ongoing very slowly, so that longer times are required. The preferred minimum duration is 24 hours. This is through Samples 2 and 6 confirmed despite an adequate amount of additives have remained translucent since the duration sintering was limited to one or eight hours.

Es sei erwähnt, daß die vorangehend erörterten Zusatzstof fe weder mit dem Aluminiumoxynitrid-Pulver vor dem Sintern vermischt noch in direkten Kontakt mit dem grünen Körper gebracht werden müssen. Zur Dotierung des Aluminiumoxyni trid genügt es, daß der ausgewählte Zusatzstoff in der Sin terkammer verfügbar ist. Es wurde tatsächlich eine unerwar tete Verbesserung der Transparenz von gesintertem Aluminium oxynitrid nach dem Sintern eines grünen Körpers beobachtet, der ausschließlich aus Aluminiumoxynitrid-Pulvern bestand und der sich in der Nachbarschaft eines grünen Körpers be fand, welcher Yttriumoxyd enthielt und auf einer Bornitrid- Plattform lag. Somit kann die Einführung der Zusatzstoffe in die Sinterkammer auch nach anderen Verfahren erfolgen, die geeignet sind, eine Dotierung des Aluminiumoxynitrid- Formlings aus der Gasphase zu ermöglichen.It should be noted that the additives discussed above neither with the aluminum oxynitride powder before sintering still mixes in direct contact with the green body have to be brought. For doping the aluminum oxyni trid, it is sufficient that the selected additive in the Sin chamber is available. It actually became an unlikely one improved transparency of sintered aluminum oxynitride observed after sintering a green body which consisted exclusively of aluminum oxynitride powders and that is in the neighborhood of a green body found which contained yttrium oxide and on a boron nitride Platform lay. Thus, the introduction of the additives into the sintering chamber using other methods, which are suitable for doping the aluminum oxynitride To enable moldings from the gas phase.

Eine Erklärung der Dampfdotierung durch die Anwesenheit spezifischer Zusatzstoffe zur Intensivierung des Sintervor ganges ist vermutlich die folgende: Bei Sintertemperaturen besitzt die Aluminiumoxynitrid-Mischung einen signifikant hohen Dampfdruck der AL_xO_y-Gasarten. Das AL_xO_y-Gas reagiert mit in der Nähe vorhandenem Bornitrid, das sich in dem Be hälter befindet, so daß B₂O₃-Gas und/oder AlBO₂-Gas sowie AlN-Feststoffe entstehen. Die B₂O₃- und/oder AlBO₂-Gase wan dern zum Aluminiumoxynitrid und reagieren mit diesem und er zeugen eine flüssige Phase an den Korngrenzen, wodurch das Sintern im frühen Stadium verstärkt wird. Falls Yttriumoxyd als Zusatzstoff verwendet wird findet auch eine Wechselwir kung des B₂O₃ mit yttriumdotiertem Aluminiumoxynitrid oder reinem Y₂O₃ statt, so daß YBO₂-Gas erzeugt wird. Das YBO₂- Gas wandert zu dem Aluminiumoxynitrid und dotiert es mit Bor und Yttrium. Falls andere Elemente als Zusatzstoffe verwen det werden, reagiert das B₂O₃ in gleicher Weise und verur sacht eine entsprechende Dampfdotierung des Aluminiumoxyni trids. Es ist anzunehmen, daß diese Zusatzstoffdotierung das Endstadium des Sinterns unterstützt, indem sie entweder eine Lösungshemmung oder Abscheidungen aus der zweiten Phase ver ursacht, wodurch die Korngrenzen fixiert und somit exzessi ves Kornwachstum verhindert wird, das andernfalls die Poren in den Kornstrukturen "festhält".An explanation of steam doping due to the presence of specific additives to intensify the sintering process is probably the following: At sintering temperatures, the aluminum oxynitride mixture has a significantly high vapor pressure of the AL _x O _y gas types. The AL _x O _y gas reacts with boron nitride present in the vicinity, which is located in the container, so that B₂O₃ gas and / or AlBO₂ gas and AlN solids are formed. The B₂O₃ and / or AlBO₂ gases migrate to the aluminum oxynitride and react with it and he produce a liquid phase at the grain boundaries, which increases the sintering in the early stage. If yttrium oxide is used as an additive, an interaction of the B₂O₃ with yttrium-doped aluminum oxynitride or pure Y₂O₃ takes place, so that YBO₂ gas is generated. The YBO₂ gas migrates to the aluminum oxynitride and dopes it with boron and yttrium. If other elements are used as additives, the B₂O₃ reacts in the same way and causes a corresponding steam doping of the aluminum oxyni tride. It is believed that this additive doping aids the final stage of sintering, either by inhibiting solution or by depositing from the second phase, thereby fixing the grain boundaries and thus preventing excessive grain growth, which otherwise "holds" the pores in the grain structures.

Eine andere mögliche Erklärung besteht darin, daß das Yttrium oder dessen Verbindungen die Bildung einer flüssigen Phase ver ursachen. Die flüssige Phase begünstigt eine rasche Verdich tung und eine sehr wirksame Porenbeseitigung in den Frühsta dien des Sintern, so daß während des Endstadiums des Sinter vorgangs weniger Porosität beseitigt werden muß und hohe Dichte und Transparenz erreicht werden. Bei einem derartigen Mechanismus wird das Bor nur für den Transport von Yttrium zu dem Aluminiumoxynitrid benötigt.Another possible explanation is that the yttrium or its compounds ver the formation of a liquid phase causes. The liquid phase promotes rapid compression treatment and a very effective pore removal in the morning serve the sintering, so that during the final stage of the sintering less porosity must be removed and high Density and transparency can be achieved. With such a Mechanism uses the boron only for the transportation of yttrium to the aluminum oxynitride needed.

Das Verfahren gemäß der Erfindung vermeidet viele der Proble me, die bei der Herstellung von Aluminiumoxynitrid üblicher weise auftreten, wenn Aluminiumoxyd und Aluminiumnitrid mit einander 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 er forderlichen langen Reaktionszeiten sowie die für die Ver kleinerung der Teilchengröße erforderlichen langen Mahldauer, die ihrerseits wiederum den Gehalt an anorganischen Verunrei nigungen in dem Aluminiumoxynitrid vergrößern. Außerdem ver ringert das vorangehend beschriebene Verfahren die Herstell kosten, 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 Aluminium oxynitrid-Pulver verbessert auch die Reproduzierbarkeit des Sintervorganges und vergrößert die Transparenz des gesinter ten Produktes.The method according to the invention avoids many of the problems me, which is more common in the manufacture of aluminum oxynitride wise occur when using aluminum oxide and aluminum nitride reacted mixed together. To this Problems include the different levels of purity that large particle size and large size spread commercially available Aluminum nitride used to form the aluminum oxynitride required long response times as well as for the Ver reduction of the particle size required long grinding time, which, in turn, contained inorganic impurities Increase slopes in the aluminum oxynitride. In addition ver the method described above reduces the manufacture cost by using the more expensive aluminum nitride is avoided as a starting material, the reaction times Formation of aluminum oxynitride is shorter and the times for grinding into a homogeneous sinterable powder suitable particle size can be reduced. That after aluminum produced above oxynitride powder also improves the reproducibility of the Sintering process and increases the transparency of the sintered th product.

Claims

1. Process for the formation of a transparent sintered aluminum oxynitride body made of aluminum oxynitride, characterized by the following process steps :

a mixture of aluminum oxide and carbon black is prepared in an amount which corresponds to a carbon content of the mixture of 5.4 to 7.1 percent by weight,
this mixture is reacted in the presence of nitrogen at a temperature in the range from 1550 to 1850 ° C.,
a green body of a predetermined shape is pressed from the mixture,
- this green body is placed in a sintering chamber,
doping additives are introduced into the sintering chamber, which comprise one or more elements from the yttrium and lanthanum group or their compounds,
- The green body is sintered in a nitrogen atmosphere at a temperature which is higher than 1900 ° C but lower than the melting point of aluminum oxynitride.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Doping additives during part of the sintering ganges in the vapor phase.

3. The method according to claim 2, characterized in that the Doping additives during the sintering process to the ge called body and led to diffusion through this be brought through.

4. The method according to claim 3, characterized in that by means of the doping additives during the sintering a liquid phase is generated at the grain boundaries.

5. The method according to claim 1, characterized in that ver doping additives with the mixture mentioned to be mixed.

6. The method according to claim 5, characterized in that the doping additives in an amount of no more admixed as 0.5% by weight of the mixture mentioned will.

7. The method according to claim 1, further characterized by the following method steps:

after the reaction, the mixture is ground into particles with a size in the range from 0.5 to 7 μm,
- After the reaction, the mixture is heated to remove organic impurities.

8. Made from powdered aluminum cubic oxynitride and sintered body, characterized in that it has a Density of at least 99% of theoretical density and one in-line transmittance of at least 50% in the wavelength has a range from 0.3 to 5 µm and that it consists essentially of single phase aluminum oxynitride and formed with boron and at least one element of the yttrium and lanthanum group do is.

9. Body according to claim 8, characterized by an on solution angle of 1 mrad or less.