DE3616927A1

DE3616927A1 - Geformter aluminiumoxidkoerper und verfahren fuer seine herstellung

Info

Publication number: DE3616927A1
Application number: DE19863616927
Authority: DE
Inventors: Shuitsu Yamagata Matsuo; Kazunori Meguro; Yasumi Nagai Yamagata Sasaki; Masayoshi Yamaguchi
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1985-05-21
Filing date: 1986-05-20
Publication date: 1986-11-27
Also published as: US4670320A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen geformten Aluminiumoxidkörper und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung, insbesondere auf einen verbesserten porösen Aluminiumoxidkörper und ein Aluminiumoxid-Mischungsmaterial.

Ein Aluminiumoxid-Keramikmaterial hat ausgezeichnete Härte, mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit und chemische Stabilität. Seine Wärmebeständigkeit ist nicht geringer gegenüber anderen Keramikmaterialien, wie Siliciumcarbid und Siliciumnitrid. Zusätzlich sind Aluminiumoxid-Keramikmaterialien billig. Deshalb werden Aluminiumoxid-Keramikmaterialien als industrielle Keramikmaterialien weit verwendet, wie es durch die japanische Patentanmeldung, Offenlegungs-Nummer (KOKAI) 54-87716 (1979) beschrieben ist.

Aluminiumoxid-Keramikprodukte werden herkömmlich durch Formen feiner MuminiumcKidpartikel in gewünschte Form und danach durch Brennen der geformten Form oder durch gleichzeitiges Formen und Brennen feiner Aluminiumpartikel hergestellt, wie es durch die japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nummer (KOKAI) 57-95870 (1982) oder die japanische Patentveröffentlichung Nr. 59-25748 (1984) beschrieben ist. In herkömmlichen Aluminiumoxid-Keramikmaterialien wird eine Matrix aus Aluminiumoxid partikeln von einfachen Formen gebildet.

Herkömmliche Aluminiumoxid-Keramikmaterialien haben die folgenden Nachteile:

(1) Durch ihre Harte ist die Bearbeitbarkeit schlecht.

(2) Die Stoßsicherheit ist wegen ihrer Brüchigkeit schwach. Allgemein gesagt ist die Stoßsicherheit von Aluminiumoxid-Keramikmaterialien gering gegenüber der von Metallen.

(3) Es ist schwierig, Produkte mit komplexen Formen exakt herzustellen.

(4) Die Brenntemperatur ist eine hohe Temperatur der Ordnung von 1500 bis 1900 ⁰C.

(5) Das Schrumpfen beim Brennen ist groß.

(6) Die thermische Stoßsicherheit ist gering.

(7) Die Schmierfähigkeit ist verglichen mit der von Metallen gering.

Obwohl Aluminiumoxid-Keramikmaterialien viele ausgezeichnete Grundeigenschaften haben, können sie wegen dieser Nachteile nicht befriedigend als strukturelle Materialien verwendet werden, die die härtesten Anforderungen bezüglich Festigkeit und mechanischer Zuverlässigkeit erfüllen müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen geformten Aluminiumoxidkörper zu schaffen, der ausgezeichnete Festigkeit und hohe mechanische Zuverlässigkeit hat.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen porösen Aluminiumoxidkörper zu schaffen, der zu komplizierten Porenformen geformt werden kann.

Weiterhin ist es Aufgabe dieser Erfindung, ein Aluminiumoxid-Mischungsmaterial zu schaffen, das eine hohe Festigkeit und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften hat.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers zu schaffen, in dem jede komplexe Form leicht und bei geringen Herstellungskosten erreicht werden kann.

Diese und andere Aufgaben werden entsprechend der Erfindung gelöst, indem ein geformter Aluminiumoxidkörper geschaffen wird, der eine Vielzahl von verlängerten Aluminiumoxidelementen umfaßt, die in Zufallsrichtungen orientiert sind und untereinander verbunden sind, um eine poröse Matrix zu bilden, die eine große Zahl feiner Poren enthält.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die obengenannten Aufgaben gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers geschaffen wird, welches die Stufen der Reaktion eines geformten Glaskörpers, der Siliciumdioxid umfaßt, mit Aluminium, um einen Aluminiumoxid-Verbundkörper zu bilden, der Aluminiumoxid, Aluminium und Silicium umfaßt, und der Entfernung des Aluminiums und SiIiciums aus dem Aluminiumoxid-Verbundkörper umfaßt.

Weitere Aufgaben, Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen deutlich, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Mikroaufnahme bei 80Ofacher Vergrößerung, die einen Abschnitt der Feinstruktur eines Aluminiumoxid-Aluminium-Silicium-Verbundmaterials zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren zeigt,

Fig. 2 eine Mikroaufnahme bei lOOOfacher Vergrößerung, die einen erfindungsgemäßen porösen Aluminiumoxidkörper zeigt,

Fig. 3 eine Mikroaufnahme bei 2000facher Vergrößerung, die einen erfindungsgemäßen porösen Aluminiumoxidkörper zeigt,

Fig. 4 eine Mikroaufnahme bei 700Ofacher Vergrößerung, die einen erfindungsgemäßen porösen Aluminiumoxidkörper zeigt,

Fig. 5 eine Mikroaufnahme, die einen erfindungsgemäßen Aluminiumoxid-Mischungskörper zeigt,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Poreneigenschaften eines erfindungsgemäßen porösen Aluminiumoxidkörpers,

Fig. 7 eine schematische Ansicht, die einen Reaktionsofen zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren zeigt, und

Fig. 8 eine schematische Ansicht, die einen anderen Reaktionsofen zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren zeigt.

Das allgemeine Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers entsprechend der Erfindung ist folgendes:

Zuerst wird ein geformter Glaskörper, der Siliciumdioxid (SiO₉) umfaßt, wie ein geformter Körper aus Quarzglas, hergestellt. Falls erforderlich, kann der Glaskörper bearbeitet werden, damit er die gewünschte Form hat. Danach wird der geformte Glaskörper in geschmolzenes Aluminium (Al) von mindestens 99 % Reinheit, wünschenswerterweise mindestens 99,9% Reinheit, unter Vakuum von etwa 10 bis 15 Torr (13,33 . 10² - 19 in einer Inertgasatmosphäre getaucht.

etwa 10 bis 15 Torr (13,33 . 10² - 19,99 . 10² Pa) oder

Aluminium und Siliciumdioxid reagieren entsprechend der folgenden Gleichung:

4 Al + 3 SiO₂ — 2 Al₂O₃ + 3 Si

so daß Siliciumdioxid in dem geformten Glaskörper in Aluminiumoxid (Al₂O₃) geändert wird. Als Ergebnis wird ein Aluminiumoxid-Verbundkörper hergestellt, der Alumiumoxid und eine feste Lösung von Aluminium und Silicium umfaßt. Danach wird der Aluminiumoxid-Verbundkörper aus dem geschmolzenen Aluminium herausgenommen und dann während von etwa 30 bis 120 min unter Vakuum von etwa 10 bis 15 Torr (13,33 . 10² - 19,99 . 10 Pa)bei einer Temperatur von z. B. 780 bis 950 ⁰C erwärmt, die um etwa 30 bis 200 ⁰C höher als der Schmelzpunkt des Aluminiums ist. Jeder Überschuß des geschmolzenen Aluminiums auf der Oberfläche des AIuminiumoxid-VerbundkÖrpers wird dadurch verdampft, um entfernt zu werden, und jedes unreagierte Siliciumdioxid, das verbleibt, reagiert mit Aluminium. Gleichzeitig wird die Dehnung in dem Aluminiumoxid-Verbund-

körper eliminiert. Abschließend wird die feste Lösung von Aluminium und Silicium durch Behandlung des Körpers mit einem ätzenden Mittel entfernt.

Nach einem alternativen Verfahren wird hochreines Aluminium auf dem obengenannten geformten Glaskörper

2 unter einem Vakuum von etwa 10 bis 15 Torr (13,33 . 10

- 19,99 . 10 Pa) oder in einer Inertgasatmosphäre dampfabgelagert. Das Aluminium hat wünschenswerterweise eine Reinheit von 99,9 %. Aluminium und Siliciumdioxid reagieren entsprechend der folgenden Gleichung:

4 Al + 3 SiO₂ — 2 Al₂O₃ + 3 Si

so daß das Siliciumdioxid in dem geformten Glaskörper in Aluminiumoxid geändert wird. Als Ergebnis wird ein Aluminiumoxid-Verbundkörper hergestellt, der Aluminiumoxid und eine feste Lösung von Aluminium und Silicium umfaßt. Abschließend wird die feste Lösung von Aluminium und Silicium durch Behandlung mit einem ätzenden Mittel entfernt.

In den oben beschriebenen Verfahren kann der geformte Aluminiumoxidkorper nach der Entfernung der festen Lösung von Aluminium udn Silicium weiter bei einer Temperatur von etwa 1400 bis 2000 ⁰C gebrannt werden. Der geformte Aluminiumoxidkörper erzielt dadurch eine höhere Dichte und hat eine höhere Festigkeit. Falls erforderlich kann der geformte Aluminiumoxidkörper mit einem Metalloxid, Metallnitrid, Metallcarbid, Metall oder einer Mischung von zwei oder mehreren der vorgenannten imprägniert werden und kann bei einer Temperatur von etwa 1400 bis 2000 ⁰C gebrannt werden. Beispiele von geeigneten Imprägnierungsmaterialien umfassen Silicium-

dioxid (SiO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid
(MgO), Siliciumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumnitrid (AlN), Titannitrid (TiN), Siliciumcarbid (SiC), Borcarbid (B₄C) und/oder Silicium (Si).

Der resultierende geformte Aluminiumoxidkörper umfaßt viele verlängerte Aluminiumoxxdelemente, die in Zufallsrichtungen orientiert sind und untereinander verbunden sind, um eine poröse Aluminiumoxidmatrix als ein Ganzes zu bilden. Die Aluminiumoxxdelemente haben komplizierte Formen und sind untereinander verbunden, um eine dreidimensional vernetzte Struktur zu bilden. Die poröse Aluminiumoxidmatrix hat ebenfalls eine groBe Zahl von feinen Poren mit einem durchschnittlichen Porenradius von etwa 0,5 bis 1,5 um. Mindestens 90 % der feinen
Poren haben einen Porenradius von etwa 0,1 bis 10 um. Die poröse Aluminiumoxidmatrix hat eine scheinbare
Porosität von 20 bis 30 % oder, falls sie nachfolgend bei Temperaturen von 1400 bis 2000 ⁰C gebrannt wurde, von 0 bis 15 %.

Nach dieser Erfindung umfaßt der geformte Glaskörper ein Siliciumdioxid (SiO-)-Material, wie Quarzglas. Falls gewünscht, kann der geformte Glaskörper andere Oxide umfassen, wie Aluminiumoxid (Al₂O₃), Natriumoxid (Na₂O) und/oder Calciumoxid (CaO). Der geformte Glaskörper kann auch ein Einzelstück, ein Faserbündel oder ein Bündel von Haarkristallen oder ähnlichen sein, die Siliciumdioxid umfassen.

Die Erfindung wird detaillierter anhand der folgenden Beispiele verdeutlicht:

Beispiel 1

Fig. 8 zeigt schematisch ein Beispiel eines Reaktionsofens zur Herstellung eines Aluminiumoxid-Verbundkörpers, der Aluminiumoxid, Aluminium und Silicium umfaßt. Der Reaktionsofen 1, der aus Quarzglas ist, ist an seiner Oberseite offen und an seiner Unterseite geschlossen. Ein Schmelztiegel 2 aus hochreinem Kohlenstoff ist innerhalb des Reaktionsofens 1 angeordnet. Ein Verschluß 3 ist auf der Oberseite des Reaktionsofens 1 angeordnet und ein Einlaßabschnitt 4 ist auf dem Verschluß 3 angeordnet. Ein anderer Verschluß 5 ist auf einer Seite des Einlaßabschnittes 4 angeordnet. Eine Halteeinrichtung, wie Leitung 6, erstreckt sich vertikal durch den Einlaßabschnitt 4 und den Verschluß 3. Ein oberer Abschnitt der Halteeinrichtung 6 ist an einen vertikalen Antriebsmechanismus 13 verbunden, so daß die Halteeinrichtung 6 nach oben und unten bewegt werden kann. Der untere Abschnitt der Halteeinrichtung 6 ist so gestaltet, um einen geformten Glaskörper 7 zu halten. Ein Auslaß 8 ist an einer Seite in Richtung der Oberseite des Reaktionsofens 1 gebildet und an eine Vakuumpumpe 9 verbunden. Eine Heizeinrichtung 10 mit einer spiralförmigen Anordnung ist außerhalb des Reaktionsofens 1 angeordnet. Der Abstand zwischen den Heizwicklungen in der Nähe des Schmelztiegels 2 ist größer als der Abstand der Heizwicklungen über dem Schmelztiegel, wodurch der Bereich oberhalb des Schmelztiegels 2 auf eine höhere Temperatur erhitzt werden kann. Ein Rohr 11 aus hochreinem Kohlenstoff ist innerhalb des Bereiches mit höherer Temperatur angeordnet. Der Schmelztiegel 2 wird mit geschmolzenem Aluminium 12 von 99,9%iger Reinheit gefüllt.

Zuerst wird ein Glaskörper 7 hergestellt, der ein Einzelstück von Quarzglas umfaßt, das in eine zylindrische Form geformt ist. Der Verschluß 5 wurde geöffnet, und der geformte Glaskörper 7 wurde an den unteren Abschnitt der Halteeinrichtung 6 im Einlaßabschnitt 4 befestigt. Danach wurde der Verschluß 5 geschlossen. Als nächstes wurde der Verschluß 3 geöffnet, und der Glaskörper 7 wurde in das geschmolzene Aluminium 12 bei einer Temperatur von 750 ⁰C gesenkt. Der geformte Glaskörper 7 wurde in das 99,9 % reine, geschmolzene Aluminium 12 unter Vakuum getaucht. Aluminium und Siliciumdioxid reagierten entsprechend der folgenden Gleichung:

4 Al +3 SiO₂ — 2 Al₂O₃ + 3 Si

so daß Siliciumdioxid in dem geformten Glaskörper 7 in Aluminiumoxid geändert wurde. Dadurch wurde ein Aluminiumoxid-Verbundkörper erhalten, der Aluminiumoxid, Aluminium und silicium umfaßt. Danach wurde die Halteeinrichtung 6 gehoben, um den Aluminiumoxid-Verbundkörper aus dem geschmolzenen Aluminium zu heben. Als nächstes wurde der Aluminiumoxid-Verbundkörper nach oben in eine Stellung innerhalb des Rohres 11 bewegt und bei einer Temperatur von 800 ⁰C 15 min lang erwärmt. Der Aluminiumoxid-Verbundkörper wurde nachfolgend in den Einlaßabschnitt 4 gehoben. Danach wurde der Verschluß 3 geschlossen der Verschluß 5 geöffnet und dann der Aluminiumoxid-Verbundkörper aus der Halteeinrichtung 6 entfernt. Zu diesem Zeitpunkt hatte der Aluminiumoxid-Verbundkörper die in Fig. 1 gezeigte Struktur, die eine Mikroaufnahme mit 80Ofacher Vergrößerung ist.

Der Aluminiumoxid-Verbundkörper, der Aluminiumoxid, Aluminium und Silicium umfaßt, wurde durch Behandlung mit einem ätzenden Mittel bei einer Temperatur von 20 ⁰C

während 5 h weiter behandelt, so daß die feste Lösung von Aluminium und Silicium entfernt wurde. Ein wertvolles ätzendes Mittel kann z. B. hergestellt werden, indem Fluorwasserstoff (HF), Salpetersäure (HNO₃) und Wasser (H-O) in einem Verhältnis von 1:1:1 gemischt werden. Die feste Lösung von Aluminium und Silicium wurde durch das ätzende Mittel völlig entfernt, wodurch der erfindungsgemäße geformte Aluminiumoxidkörper gebildet wurde. Der resultierende geformte Aluminiumoxidkörper hatte eine poröse Struktur, wie es in Fig. 2,

3 und 4 gezeigt ist, die Mikroaufnahmen bei 1000-, 2000- bzw. 7000facher Vergrößerung sind. Wie aus Fig. 2, 3 und

4 deutlich wird, ist der geformte Aluminiumoxidkörper aus vielen langen Aluminiumoxidelementen zusammengesetzt, die in Zufallsrichtunqen orientiert und untereinander verbunden sind, um eine poröse Matrix als ganzes zu bilden. Die Aluminiumoxidelemente hatten ebenfalls komplizierte Formen und waren untereinander verbunden, um eine dreidimensional vernetzte Struktur zu bilden.

Fig. 6 zeigt die Porenverteilung des porösen, geformten Aluminiumoxidkörpers. Nach Fig. 6 hatte der geformte poröse Aluminiumoxidkörper feine Poren, deren Radien im Bereich von 0,1 und 10 um lagen und einen durchschnittlichen Porenradius, der zwischen 0,9 und 1 um betrug. Der resultierende geformte Aluminiumoxidkörper zeigte ebenfalls eine hohe Biegefestigkeit von 100 MPa und eine scheinbare Porosität von 25 %, bestimmt nach dem Archimedes-Verfahren mit Wasser.

Beispiel 2

Ein geformter poröser Aluminiumoxidkörper, der, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt wurde, wurde als Matrix verwendet und in kolloidales Siliciumdioxid getaucht, so daß die Aluminiumoxidmatrix mit Siliciumdioxid imprägniert wurde. Der geformte imprägnierte Aluminiumoxidkörper wurde dann bei einer Temperatur von 1700 ⁰C 120 min lang gebrannt. Als Ergebnis wurde ein Aluminiumoxid-Mischungsmaterial erhalten, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.

Fig. 5 ist eine Mikroaufnahme, die die Feinstruktur des erfindungsgemäßen Aluminiumoxid-Mischungsmaterials zeigt. Wie aus Fig. 5 deutlich wird, umfaßt das Aluminiumoxid-Mischungsmaterial eine Aluminiumoxidmatrix, die viele lange Aluminiumoxidelemente 15 gebildet ist und Siliciumdioxid 16, das in die Aluminiumoxidmatrix imprägniert ist. Das resultierende Aluminiumoxid-Mischungsmaterial zeigte eine hohe Biegefestigkeit von 300 MPa.

Beispiel 3

Ein geformter Aluminiumoxidkörper wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Der geformte Aluminiumoxidkörper wurde danach bei einer Temperatur von 1700 ⁰C 2 h lang gebrannt. Der resultierende geformte Aluminiumoxidkörper hatte eine hohe Biegefestigkeit von 250 MPa und eine scheinbare Porosiät von 5 %, bestimmt nach dem Archimedes-Verfahren mit Wasser.

Fig. 7 verdeutlicht schematisch ein Beispiel einer Dampfablagerungs-Vorrichtung zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers, entsprechend der Erfindung. Ein Reaktionsofen 1 aus Quarzglas ist an seiner Oberseite offen und an seiner Unterseite geschlossen. Ein Schmelztiegel 2 aus hochreinem Kohlenstoff ist innerhalb des Reaktionsofens angeordnet. Ein Verschluß 3 ist auf der Oberseite des Reaktionsofens 1 angeordnet, und ein Einlaßabschnitt 4 ist auf dem Verschluß 3 angeordnet. Ein anderer Verschluß 5 ist an einer Seite des Einlaßabschnittes 4 angeordnet. Eine Halteeinrichtung, wie Leitung 6, erstreckt sich vertikal durch den Einlaßabschnitt 4 und den Verschluß 3. Ein oberer Abschnitt der Halteeinrichtung 6 ist an einen vertikalen Antriebsmechanismus 13 verbunden, und das untere Ende der Halteeinrichtung 6 ist so gestaltet, um einen geformten Glaskörper 7 zu halten. Ein Auslaß 8 ist an einer Seite in Richtung der Oberseite des Reaktionsofens 1 gebildet und an eine Vakuumpumpe 9 gebunden. Zusätzlich ist ein spiralförmiges Heizelement 10 außerhalb des Reaktionsofens 1 angeordnet, insbesondere außerhalb des Schmelztiegels 2 und der Region oberhalb des Schmelztiegels. Der Schmelztiegel 2 wird mit geschmolzenem Aluminium 12 mit einer Reinheit von 99,9 % gefüllt.

Zuerst wird ein geformter Glaskörper 7, der aus einem einzelnen röhrenförmigen Stück von Quarzglas besteht, hergestellt. Der Verschluß 5 wurde geöffnet, der geformte Glaskörper 7 wurde an das untere Ende der Halteeinrichtung 6 angebracht, und danach wurde der Verschluß 5 geschlossen. Der Verschluß 3 wurde danach geöffnet, und der geformte Glaskörper 7 wurde in eine Stellung ober-

halb des Schmelztiegels 2, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, gesenkt. Der geformte Glaskörper 7 wurde bei einer Temperatur von 900 ⁰C unter einem Vakuum von 16 Torr (21,33 . 10 Pa) in dem Reaktionsofen 1 gehalten. Das hochreine geschmolzene Aluminium 12 wurde bei einer Temperatur von 12000 ⁰C erwärmt und verdampft, so daß das Aluminium auf dem geformten Glaskörper 7 60 min lang dampfabgelagert wurde. Das Aluminium und das Siliciumdioxid reagierten entsprechend der folgenden Gleichung:

4 Al + 3 SiO₂ — 2 Al₂O₃ + 3 Si

so daß Siliciumdixod in dem geformten Glaskörper 7 in Aluminiumoxid geändert wurde und ein Aluminiumoxid-Verbundkörper erhalten wurde. Danach wurde die Halteeinrichtung 6 gehoben, bis der Aluminiumoxid-Verbundkörper in den Einlaßabschnitt 4 gelangte. Danach wurde der Verschluß 3 geschlossen, der Verschluß 5 geöffnet und der Aluminiumoxid-Verbundkörper wurde von der Halteeinrichtung 6 gelöst. Der resultierende Aluminiumoxid-Verbundkörper war aus Aluminiumoxid, Aluminium und Silicium zusammengesetzt. Der Aluminiumoxid-Verbundkörper wurde durch Behandlung mit einem ätzenden Mittel weiter verarbeitet, so daß die feste Lösung von Aluminium und Silicium entfernt wurde. Das ätzende Mittel wurde durch Mischen von Fluorwasserstoff (HF), Salpetersäure (HNO₃) und Wasser (H₂O) in einem Verhältnis 1:1:1 hergestellt. Die feste Lösung von Aluminium und Silicium wurde vollständig durch das ätzende Mittel entfernt, wodurch der erfindungsgemäße geformte Aluminiumoxidkörper hergestellt wurde.

Der entstandene geformte Aluminiumoxidkörper umfaßte viele lange Aluminiumoxidelemente, die in Zufallsrich-

tungen orientiert waren und untereinander verbunden waren, um eine poröse Matrix als Ganzes zu bilden, ähnlich dem Produkt von Beispiel 1. Die Aluminiumoxidelemente hatten ebenfalls komplizierte Formen und waren untereinander verbunden, um eine dreidimensional vernetzte Struktur zu bilden. Der geformte Aluminiumoxidkörper zeigte eine hohe Biegefestigkeit von 100 MPa und eine scheinbare Porosität von 25 %, bestimmt mittels des Archimedes-Verfahrens mit Wasser.

Wie oben beschrieben, kann der erfindungsgemäße geformte Aluminiumoxidkörper leicht hergestellt werden, sogar in komplizierten Formen, da ein geformter Glaskörper als Ausgangsmaterial verwendet wird. Das geformte Aluminiumoxidprodukt hatte eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und gute Abriebbeständigkeit. Im Vergleich mit Metallen ist das spezifische Gewicht des erfindungsgemäßen geformten Alumiumoxidkörpers auch bemerkenswert gering. Folglich kann der erfindungsgemäße geformte Aluminiumoxidkörper als poröser Körper für Filter, Katalysatorträger oder ähnliches oder als Verbundmaterial für keramische Apparate, kugelsichere Westen, Panzerplatten für einen Tank, Verkleidungen für Golfclubs, biokeramische Materialien oder ähnliches verwendet werden.

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Claims

Toshiba Ceramics Co., Ltd. · K 23 Geformter Aluminiumoxidkörper und Verfahren für seine Herstellung Patentansprüche

1. Geformter Aluminiumoxidkörper, gekennzeichnet durch eine Vielzahl verlängerter Aluminiumoxidelemente, die in Zufallsrichtungen orientiert sind und untereinander verbunden sind, um eine poröse Matrix zu bilden, die eine große Zahl von feinen Poren mit einem durchschnittlichen Porenradius von etwa 0,5 um bis etwa 1,5 um enthält.

2. Geformter Aluminiumoxidkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens etwa 90 % der feinen Poren einen Porenradius von etwa 0,1 bis 10 um haben.

3. Geformter Aluminiumoxidkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine scheinbare Porosität von weniger als etwa 30 % hat.

4. Geformter Aluminiumoxidkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine scheinbare Porosität von weniger als etwa 15 % hat.

5. Geformter Aluminiumoxidkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er eine scheinbare Porosität von etwa 20 bis 30 % hat.

6. Geformter Aluminiumoxidkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material, das ein Metalloxid, Metallnitrid, Metallcarbid oder Metall umfaßt, in der porösen Matrix vorgesehen ist.

7. Geformter Aluminiumoxidkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Titannitrid, Siliciumcarbid, Borcarbid und Silicium ausgewählt ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers, gekennzeichnet durch die Stufen:

Reaktion eines geformten Glaskörpers, der Siliciumdioxid/ umfaßt mit Aluminium,um einen Aluminiumoxid-Verbundkörper zu bilden, der Aluminiumoxid, Aluminium und Silicium umfaßt; und

Entfernen des Aluminiums und Siliciums aus dem Alumiumoxid-Verbundkörper.

9. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Reaktionsstufe

2 unter Vakuum von etwa 10 bis 15 Torr (13,33 . 10 19,99 . 10 Pa) durchgeführt wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Reaktionsstufe in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß es weiterhin die Stufe des Brennens des resultierenden Körpers bei einer Temperatur von etwa 1400 bis 2000 ⁰C nach der Entfernungsstufe umfaßt.

12. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 8, worin der Körper eine poröse Matrix umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß es weiterhin die Stufe des Imprägnierens eines Materials, das Metalloxid, Metallnitrid, Metallcarbid oder Metall umfaßt, in die poröse Matrix umfaßt.

13. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Titannitrid, Siliciumcarbid, Borcarbid und Silicium besteht.

14. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der geformte Glaskörper Quarzglas umfaßt.

15. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet / daß der geformte Glaskörper aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Einzelstück, einem Faserbündel oder einem Bündel von Haarkristallen besteht.

16. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Entfernungsstufe durch Behandlung mit einem ätzenden Mittel durchgeführt wird.

17. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Reaktionsstufe durch Tauchen des geformten Glaskörpers in geschmolzenes Aluminium durchgeführt wird.

18. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminium eine Reinheit von mindestens 99 % hat.

19. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminium eine Reinheit von mindestens 99,9 % hat.

20. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß es weiterhin das Erwärmen des Aluminiumoxidkörpers bei einer Temperatur von etwa 780 bis 950 ⁰C umfaßt.

21. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Reaktionsstufe durch Dampfablagerung von Aluminium auf dem geformten Glaskörper durchgeführt wird.

22. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium eine Reinheit von mindestens 99 % hat.

23. Verfahren zur Herstellung eines geformten Aluminiumoxidkörpers nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminium eine Reinheit von mindestens 99,9 % hat.