DE4007220C2 - Substance containing crystalline Al¶2¶O¶3¶ and use - Google Patents

Substance containing crystalline Al¶2¶O¶3¶ and use

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Description

Wasserfreies, reines Aluminiumoxid ist nach bisheriger Kennt­ nis nur als Korund in der sogenannten Alpha-Form beständig, die rhomboedrisch kristallisiert, sich durch eine Dichte von 3,98 g/cm3 und eine Härte von bis zu 21 GPa auszeichnet.To date, anhydrous, pure aluminum oxide is only stable as a corundum in the so-called alpha form, which crystallizes rhombohedral, is characterized by a density of 3.98 g / cm 3 and a hardness of up to 21 GPa.

Aluminiumoxid tritt als Hydroxid oder Oxidhydrat in verschie­ denen wasserhaltigen Modifikationen in unterschiedlicher Kri­ stallform auf. Dazu gehören auch spinellartige Strukturen (Wefers, Bell: Oxides and Hydroxides of Aluminium, Alcoa Re­ search Lab. 1972, S. 44, 45), die aber bei weiterer Entwäs­ serung in die rhomboedrische Form des stabilen alpha-Al2O3 übergehen. Kordes (Ztschr. f. Krist. 1935, 193-228) vermutet, daß Hydroxylionen zur Stabilisierung des Spinellgitters von gamma-Aluminiumoxid erforderlich seien und daß dessen Stabi­ lität daher ende, sobald die letzten Hydroxylionen durch Er­ hitzung ausgetrieben seien, so daß dann die Kristallumwand­ lung in die rhomboedrische Form des alpha-Al2O3 erfolgen müs­ se. Er stützt dies auf die Beobachtung, daß aus der Schmelze ein stabiles Aluminiumoxid erhalten werden kann, das etwa 0,4 Gew.-% Li2O stabilisiert enthält und dessen Struktur er für übereinstimmend mit gamma-Al2O3 hält, wobei dessen Stabilität durch die Anwesenheit von zwei Lithium-Atomen in der Elemen­ tarzelle gewährleistet werde. Er kommt zu dem Schluß, daß vollständig reines und zugleich vollkommen wasserfreies Al2O3 wahrscheinlich gar nicht in der Lage sei, ein stabiles spi­ nellartiges Gitter zu bilden (a.a.O. S. 219).Aluminum oxide occurs as a hydroxide or hydrated oxide in various water-containing modifications in various crystal forms. This also includes spinel-like structures (Wefers, Bell: Oxides and Hydroxides of Aluminum, Alcoa Research Lab. 1972, pp. 44, 45), which, however, change into the rhombohedral form of the stable alpha-Al 2 O 3 when they are drained further. Kordes (Zschr. F. Krist. 1935, 193-228) suspects that hydroxyl ions are required to stabilize the spinel lattice of gamma-aluminum oxide and that its stability therefore ends as soon as the last hydroxyl ions have been expelled by heating, so that then the Crystal conversion into the rhombohedral form of alpha-Al 2 O 3 must take place. He bases this on the observation that a stable aluminum oxide can be obtained from the melt, which contains about 0.4% by weight of Li 2 O stabilized and the structure of which he considers to be consistent with gamma-Al 2 O 3 , the stability of which is ensured by the presence of two lithium atoms in the elementary cell. He comes to the conclusion that completely pure and at the same time completely water-free Al 2 O 3 is probably not able to form a stable spin-like lattice (loc. Cit. P. 219).

Es ist bekannt, daß man durch Plasmasprühen von Al2O3 auf ei­ ne kalte Oberfläche ein Eta-Al2O3 mit Spinellstruktur in Pul­ verform erzielen kann (Shirasuka et al. Yogyo Kyokai Shi, Vol. 84 (12), S. 610-613). Die Gitterkonstante wurde mit ao = 0,7906 nm bestimmt und die Lagenbesetzung zu:
O 32e x = 0,370
Al(4-1) 8a → 4
Al(4-2) 48f → 4
Al(6-1) 16d → 9
Al(6-2) 16c → 4,3
(Bezeichnung hier und im folgenden gemäß: International Ta­ bles for X-Ray Crystallography 1974)It is known that plasma spraying Al 2 O 3 onto a cold surface can achieve an Eta-Al 2 O 3 with a spinel structure in powder form (Shirasuka et al. Yogyo Kyokai Shi, Vol. 84 (12), p. 610-613). The lattice constant was determined to be a o = 0.7906 nm and the layer occupancy was:
O 32e x = 0.370
Al (4-1) 8a → 4
Al (4-2) 48f → 4
Al (6-1) 16d → 9
Al (6-2) 16c → 4.3
(Name here and in the following according to: International Ta bles for X-Ray Crystallography 1974)

Yogyo-Kyokai-Shi 84 [12] 1976; S. 610-613 befaßt sich mit der Herstellung von η-Al2O3 durch Plasmasprühen von Al2O3 auf eine kalte Oberfläche. Als Formeleinheit der Struktur des erhalte­ nen η-Al2O3 wird angegeben (1. Seite, links unten):
Al2/3 1/3 [Al2]O4 Yogyo-Kyokai-Shi 84 [12] 1976; Pp. 610-613 deals with the production of η-Al 2 O 3 by plasma spraying Al 2 O 3 onto a cold surface. The formula unit of the structure of the η-Al 2 O 3 obtained is given (1st page, bottom left):
Al 2/3 1/3 [Al 2 ] O 4

Das Dokument nennt auch die Strukturformel Al[Al5/3 1/3]O4, gibt jedoch keine Lehre zur Herstellung eines entsprechenden Stoffes. In freier deutscher Übersetzung lautet der entspre­ chende Abschnitt dieses Dokuments:The document also names the structural formula Al [Al 5/3 1/3 ] O 4 , but does not give any teaching on the production of a corresponding substance. In free German translation, the corresponding section of this document reads:

"Wendet man die Ergebnisse der Eisenversuche von G. W. van Oosterhout et al. (Nature 181, 44 (1958)) auf die eigenen Ergebnisse an, so müßte die Strukturformel Al[Al5/3 1/3]O4 lauten, was aber im Gegensatz zu unseren oben beschriebe­ nen Ergebnissen steht"."If you apply the results of the iron tests by GW van Oosterhout et al. (Nature 181, 44 (1958)) to your own results, the structural formula should be Al [Al 5/3 1/3 ] O 4 , which is what in Contrary to our results described above stands ".

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Stoff zu schaffen, der insbesondere zur Verwendung in Schneid- oder Verschleißschutzstoffen geeignet ist und eine hohe Härte aufweist.The present invention has for its object a to create new material that is particularly suitable for use in Cutting or wear protection materials is suitable and a has high hardness.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. The invention solves this problem by the features of Main claim. Advantageous embodiments are in the Subclaims specified.  

Überraschenderweise hat die Erfindung festgestellt, daß ein reines, wasserfreies, spinellstruktuiertes Aluminiumoxid aus der Schmelze erhalten werden kann, das bislang unbekannte, wertvolle Eigenschaften aufweist. In der nahezu dichtesten Kugelpackung der Sauerstoffatome sind die zur Verfügung ste­ henden acht Tetraederlücken (8a-Lage) sämtlich und 13 1/3 der sechzehn zur Verfügung stehenden Oktaederlücken (16d-Lage) durch Aluminiumatome besetzt. Diese Phase des Aluminiumoxids wird im folgenden als sigma-Al2O3 bezeichnet. Für diesen neu­ en Stoff wurden die folgenden Eigenschaften festgestellt.Surprisingly, the invention has found that a pure, anhydrous, spinel-structured aluminum oxide can be obtained from the melt, which has hitherto unknown, valuable properties. In the nearly densest spherical packing of the oxygen atoms, the available eight tetrahedron gaps (8a position) are all occupied and 13 1/3 of the sixteen available octahedral gaps (16d position) are occupied by aluminum atoms. This phase of the aluminum oxide is referred to below as sigma-Al 2 O 3 . The following properties were found for this new substance.

Optische Eigenschaften: große Bereiche des Einkristalls sind optisch isotrop. In manchen Kristallen gibt es Lamellensyste­ me (Winkel 60° bzw. 120°, in der Hauptsache 90°), die schief auslöschen (X-Pol.) Der untersuchte Kristall (Spindeltisch) zeigt kein Lamellensystem und auch keine Satelliten auf dem Röntgendiffraktogramm. - Homogene Brechwertgleichheit konnte nicht festgestellt werden. Die Länge homogener Bereiche liegt in der Größenordnung von 0,1 mm.
Mittelwert des Brechwerts ∅8: n = 1,773 ± 0,002
mittlere Dispersion: dm = 0,024
Abbesche Zahl: gamma = 32Optical properties: large areas of the single crystal are optically isotropic. In some crystals there are lamellar systems (angles 60 ° or 120 °, mainly 90 °) that obliquely extinguish (X-Pol.) The examined crystal (spindle table) shows no lamellar system and also no satellites on the X-ray diffractogram. - Homogeneous refractive index equality could not be determined. The length of homogeneous areas is of the order of 0.1 mm.
Average refractive index ∅ 8 : n = 1.773 ± 0.002
average dispersion: d m = 0.024
Abbe number: gamma = 32

Mechanische Eigenschaften: aus der gemessenen Gitterkonstante a = 0,7948 nm und der sich aus der Kristallstruktur ergeben­ den Zahl der Al2O3-Moleküle je Elementarzelle z = 32/3 ergibt sich nach der bekannten Formel die Dichte zu
dcalc = 3,59 g/cm3 Mechanical properties: from the measured lattice constant a = 0.7948 nm and from the crystal structure, the number of Al 2 O 3 molecules per unit cell z = 32/3 gives the density according to the known formula
d calc = 3.59 g / cm 3

Die experimentell ermittelte Dichte liegt etwas niedriger, was damit zusammenhängen dürfte, daß das gemessene Material fein verteiltes, metallisches Aluminium, das als Zündmaterial (siehe unten) verwendet worden war, enthält. Durch hydrosta­ tisches Wiegen wurde die Dichte festgestellt zu:
dmin = 3,52 g/cm3
dmax = 3,58 g/cm3
d∅ 3exp = 3,55 g/cm3 The experimentally determined density is somewhat lower, which should be related to the fact that the measured material contains finely divided, metallic aluminum, which was used as the ignition material (see below). The density was determined by hydrostatic weighing to:
d min = 3.52 g / cm 3
d max = 3.58 g / cm 3
d ∅ 3exp = 3.55 g / cm 3

Härte: sigma-Al2O3-Kristalle ritzen Saphir. Die Vickers- Härteprüfung ergab ungewöhnlich hohe Werte.Hardness: sigma-Al 2 O 3 crystals scratch sapphire. The Vickers hardness test showed unusually high values.

Strukturelle Eigenschaften:
Die Strukturanalyse ergab folgende kristallographische Daten:
chemische Formel: Al2O3
Raumgruppe: Fd3m
Gitterkonstante: ao = 0,7948 nm
V = 0,50208 nm3 Structural properties:
The structural analysis yielded the following crystallographic data:
chemical formula: Al 2 O 3
Room group: Fd3m
Lattice constant: a o = 0.7948 nm
V = 0.50208 nm 3

Die Auswertung führt zu dem Ergebnis, daß die Formeleinheit der Struktur angegeben werden kann als: Al[Al5/3 1/3]O4. Acht dieser Formeleinheiten bilden eine Elementarzelle. Die Zahl der Al2O3-Moleküle je Elementarzelle beträgt 10,667. Daraus ergibt sich, daß bei sigma-Al2O3 die Tetraederlage (8a-Lage) mit Aluminiumatomen voll besetzt ist, während von den sechzehn in Oktaederlage (16d-Lage) zur Verfügung stehen­ den Plätzen 13 1/3 (gemessen 13,31) durch Aluminiumatome be­ setzt sind. Das heißt, daß die Lücken, die wegen der Erhal­ tung der Elektroneutralität verbleiben müssen, ausschließlich auf Oktaederplätzen (16d-Lage) liegen. In der oben auf Seite 2 bei der Veröffentlichung von Shirasuka verwendeten Schreib­ weise ist dies:
O 32e (x = 0,381) → 32
Al(4-1) 8a → 8
Al(6-1) 16d → 13,333.The evaluation leads to the result that the formula unit of the structure can be given as: Al [Al 5/3 1/3 ] O 4 . Eight of these formula units form a unit cell. The number of Al 2 O 3 molecules per unit cell is 10.667. This means that in sigma-Al 2 O 3 the tetrahedral layer (8a layer) is fully occupied with aluminum atoms, while of the sixteen in an octahedral layer (16d layer), 13 1/3 (measured 13.31 ) are occupied by aluminum atoms. This means that the gaps that must remain due to the preservation of electroneutrality are only on octahedral sites (16d position). In the notation used on page 2 in the Shirasuka publication, this is:
O 32e (x = 0.381) → 32
Al (4-1) 8a → 8
Al (6-1) 16d → 13.333.

Elektronenbeugungsaufnahmen zeigen, daß alle Ordnungszustände der Lückenverteilung vorkommen, die statistisch oder geordnet sein können. Die angegebenen, gemessenen Strukturdaten be­ schreiben demnach eine Durchschnittsstruktur.Electron diffraction images show that all order states of the gap distribution, which are statistical or ordered could be. The specified, measured structural data be therefore write an average structure.

Die physikalischen Daten geben Hinweise auf wertvolle Eigen­ schaften des Materials vor allem unter mechanischer Beanspru­ chung, bei optischer Anwendung, in der Mikroelektronik sowie gegenüber chemischer Beanspruchung. Beansprucht wird daher ein Stoff, der in einer für die jeweilige Anwendung signifi­ kanten Menge sigma-Al2O3 enthält, also kristallines Al2O3, das die Spinellstruktur mit Besetzung von acht Tetraederlücken in der 8a-Lage und 13 1/3 Oktaederlücken in der 16d-Lage durch Aluminiumatome aufweist. Je nach Meßtechnik und Reinheitsgrad des Materials können sich bei der Feststellung der Oktaeder­ lückenbesetzung geringfügige Abweichungen von dem angegebenen Wert ergeben.The physical data provide information on the valuable properties of the material, especially under mechanical stress, in optical applications, in microelectronics and in relation to chemical stress. A substance is therefore claimed which contains sigma-Al 2 O 3 in a significant amount for the respective application, i.e. crystalline Al 2 O 3 , which contains the spinel structure with occupation of eight tetrahedral gaps in the 8a position and 13 1/3 octahedral gaps in the 16d layer due to aluminum atoms. Depending on the measuring technique and the degree of purity of the material, there may be slight deviations from the specified value when determining the octahedron gap occupation.

Vorzugsweise ist die mittlere Einkristallgröße des sigma- Al2O3 größer als 0,5 µm, weiter vorzugsweise größer als 1 µm, weiter vorzugsweise größer als 10 µm, weiter vorzugsweise größer als 100 µm.The average single crystal size of the sigma-Al 2 O 3 is preferably greater than 0.5 μm, more preferably greater than 1 μm, further preferably greater than 10 μm, further preferably greater than 100 μm.

Sigma-Al2O3 ist in dem Stoff vorzugsweise in Mengen von mehr als 25 Gew.-%, weiter vorzugsweise mehr als 40 Gew.-%, weiter vorzugsweise mehr als 60 Gew.-% enthalten. Die übrigen Be­ standteile können ein Bindemittel, Füllstoffe, Anwendungs­ hilfsmittel (beispielsweise Schleifhilfsmittel) sowie andere Pha­ sen von Aluminiumoxid oder andere Hartstoffe sein.Sigma-Al 2 O 3 is contained in the substance preferably in amounts of more than 25% by weight, more preferably more than 40% by weight, more preferably more than 60% by weight. The remaining components can be a binder, fillers, application aids (for example grinding aids) and other phases of aluminum oxide or other hard materials.

Als Schneid- oder Schleifwerkzeug ist ein Stoff besonders wertvoll, der eine Vielzahl von Hartstoffpartikeln enthält, von denen mehr als 25% Einkristalle von sigma-Al2O3 sind. Vorzugsweise liegt dieser Prozentsatz über 50% und weiter vorzugsweise über 75%. Beispielsweise kann es sich um Schleifkorn handeln, dessen einzelne Körner zumindest teil­ weise von Einkristallen gebildet sind. Jedoch können auch po­ lykristalline, wesentlich aus sigma-Al2O3 bestehende Parti­ keln vorteilhaft sein.A material that contains a large number of hard material particles, of which more than 25% are single crystals of sigma-Al 2 O 3 , is particularly valuable as a cutting or grinding tool. This percentage is preferably above 50% and more preferably above 75%. For example, it can be abrasive grain, the individual grains of which are at least partially formed by single crystals. However, polycrystalline particles consisting essentially of sigma-Al 2 O 3 can also be advantageous.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung von sig­ ma-Al2O3 für Schneid- oder Verschleißschutzzwecke. Außer sig­ ma-Al2O3 können andere Aluminiumoxide oder andere Hartstoffe oder Bindemittel etc. in dem Material enthalten sein. Jedoch sollte der Gehalt an sigma-Al2O3 oder dem verwandten Stoff höher als 25%, weiter vorzugsweise höher als 50%, weiter vorzugsweise höher als 75% sein. In diesem Zusammenhang wird in vielen Fällen der Verwendung von einkristallinen Partikeln der Vorzug gegeben. In anderen Fällen können polykristalline Partikeln oder Mischungen von polykristallinen und einkri­ stallinen Partikeln zweckmäßiger sein. The invention further relates to the use of sig ma-Al 2 O 3 for cutting or wear protection purposes. In addition to sigma-Al 2 O 3 , other aluminum oxides or other hard materials or binders etc. can be contained in the material. However, the content of sigma-Al 2 O 3 or the related substance should be higher than 25%, more preferably higher than 50%, further preferably higher than 75%. In this context, the use of single-crystalline particles is preferred in many cases. In other cases, polycrystalline particles or mixtures of polycrystalline and single-crystalline particles may be more expedient.

Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Stoffs hat sich das Kalttiegelverfahren als geeignet erwiesen, wie es im Grundsatz beschrieben ist in:
The cold crucible process has proven to be suitable for the production of the substance according to the invention, as described in principle in:

  • - Aleksandrov et al., in Current Topics in Material Science, North-Holland Publishing Company, 1978; S. 421-442- Aleksandrov et al., In Current Topics in Material Science, North-Holland Publishing Company, 1978; Pp. 421-442
  • - Wenckus et al., Study, Design and Fabricate a Cold Crucible System (A. D. Little, Inc.: Final Report for Period 1.11.73-28.2.75); AFCRL-TR-75-0213, 31.3.1975; S. 1-18- Wenckus et al., Study, Design and Fabricate a Cold Crucible System (A.D. Little, Inc .: Final Report for Period 1.11.73-28.2.75); AFCRL-TR-75-0213, 3/31/1975; Pp. 1-18

Im folgenden werden Herstellungsapparatur und -verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Darin zeigen:The following are manufacturing equipment and processes below Explained with reference to the drawing. In it show:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Apparatur, Fig. 1 is a schematic side view of the apparatus,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Tiegel, Fig. 2 is a longitudinal section through the crucible,

Fig. 3-6 Schemadarstellungen der Entwicklung der Schmelze. Fig. 3-6 Schematic representations of the development of the melt.

Über dem Tisch 1 erhebt sich die Stützsäule 2, die mittels der Spindel 3 und des Motors 4 höhenverstellbar den Tiegel 5 trägt, der in einer oberen Stellung, die in Fig. 1 dargestellt ist, von einer stationären Hochfrequenzspule 6 umgeben ist und durch Absenken aus der Spule entfernt werden kann. Diese Anordnung ist umgeben von einem Schutzgehäuse 7 mit Abzug 8 und Nachfüllrohr 9. Für den Tiegel 5 ist ein nicht gezeigter Kühlwasseranschluß vorgesehen. Die Anschlüsse 10 für die HF-Spule sind aus dem Schutzgehäuse 7 herausgeführt zum HF-Generator 11.Raised above the table 1 is the support column 2 , which supports the crucible 5 in a height-adjustable manner by means of the spindle 3 and the motor 4 , which is surrounded by a stationary high-frequency coil 6 in an upper position, which is shown in FIG the coil can be removed. This arrangement is surrounded by a protective housing 7 with a trigger 8 and a refill tube 9 . A cooling water connection (not shown) is provided for the crucible 5 . The connections 10 for the HF coil are led out of the protective housing 7 to the HF generator 11 .

Der Tiegel 5 wird gemäß Fig. 2 gebildet von einem Boden 15 und davon parallel zueinander hochstehenden elf Fingern 16, die in zylindrischer Reihung angeordnet sind und gemeinsam die Tiegelwand bilden. Für den Durchlaß des HF-Feldes sind sie mit gegenseitigem Abstand von 1 mm angeordnet. Der Durchmesser des von ihnen umschlossenen Raums beträgt 63 mm, ihre Höhe 100 mm. Die Bodenplatte 15 und die Finger 16 bestehen aus Kupfer, sind hohl mit einer Wandstärke von 1 mm und enthalten ein Kühlwas­ serdurchflußsystem. Die Tiegelwand wird von einem zylindri­ schen Schutzzylinder 17 aus Kieselglas umgeben, das den Tiegel überragt, um etwaige Spritzer aufzufangen. Dies wiederum wird umgeben von der HF-Spule 6, die einen Innendurchmesser von 102 mm und eine Länge von 80 mm aufweist. Die Windungen der Spule sind innen gekühlt.The crucible 5 is formed according to FIG. 2 by a base 15 and eleven fingers 16 which stand up parallel to one another and are arranged in a cylindrical row and together form the crucible wall. They are arranged at a mutual distance of 1 mm for the passage of the HF field. The diameter of the space they enclose is 63 mm, their height 100 mm. The bottom plate 15 and the fingers 16 are made of copper, are hollow with a wall thickness of 1 mm and contain a Kühlwas water flow system. The crucible wall is surrounded by a cylindrical protective cylinder 17 made of silica glass, which projects above the crucible in order to catch any splashes. This in turn is surrounded by the RF coil 6 , which has an inner diameter of 102 mm and a length of 80 mm. The turns of the coil are cooled on the inside.

Der Hochfrequenzgenerator hat eine Ausgangsleistung von 50 kW bei einer Arbeitsfrequenz von 2 bis 4 MHz.The high frequency generator has an output power of 50 kW at an operating frequency of 2 to 4 MHz.

In den Tiegel wird als Ausgangsmaterial 20 pulverförmiges, reines alpha-Al2O3 eingefüllt (Fig. 3). Da es bei Umgebungste­ mperatur elektrisch nicht leitend ist, muß ihm ein elektrisch leitender Stoff, beispielsweise Aluminium oder Graphit, als Zündma­ terial beigegeben werden, das sich unter dem Einfluß der von der Spule induzierten Wirbelströme aufheizt und damit das Aus­ gangsmaterial auf eine Temperatur bringt, bei der dieses selbst elektrisch leitend wird und dadurch Leistung aufnehmen kann. Als Zündmaterial wird ein solches verwendet, dessen Reste bzw. Oxide unschädlich sind bzw. entweichen.Powdered, pure alpha-Al 2 O 3 is filled into the crucible as the starting material 20 ( FIG. 3). Since it is electrically non-conductive at ambient temperature, an electrically conductive material, for example aluminum or graphite, must be added to it as the ignition material, which heats up under the influence of the eddy currents induced by the coil and thus brings the starting material to a temperature, in which it itself becomes electrically conductive and can thus take up power. The ignition material used is one whose residues or oxides are harmless or escape.

Bei der Versuchsdurchführung wurden Aluminiumpellets 21 als Zündmaterial, gemischt mit Aluminiumoxidpulver, im mittleren Bereich des Tiegels (entfernt von der Tiegelwandung) einge­ bracht. Die Aufheizung fand statt mit 3,3 MHz. Von der Mitte 22 her schmilzt die Pulverfüllung auf (Fig. 4). An der gekühl­ ten Tiegelwandung und an der durch Wärmeabstrahlung gekühlten Oberseite verbleibt eine feste Sinterschicht (Skull) 23 und zwischen der Sinterschicht und der kühlenden Tiegeloberfläche eine Pulverrestschicht, deren gemeinsame Dicke an den Seiten in der Größenordnung eines Millimeters und am Boden eines Zentimeters liegt und die den Tiegel 5 vor der Temperatur der Schmelze und die Schmelze vor Verunreinigung seitens des Tiegels schützt. Die mit dem Übergang aus dem pulvrigen in den flüssigen Zustand verbundene Volumenverringerung kann ausge­ glichen werden, indem nach Durchstoßen der den Tiegel obersei­ tig deckenden Sinterschicht (Fig. 5) Pulver durch das Nach­ füllrohr zugegeben wird. When carrying out the experiment, aluminum pellets 21 were introduced as ignition material, mixed with aluminum oxide powder, in the central region of the crucible (away from the crucible wall). The heating took place at 3.3 MHz. The powder filling melts from the center 22 ( FIG. 4). A solid sintered layer (skull) 23 remains on the cooled crucible wall and on the upper side cooled by heat radiation, and a powder residual layer between the sintered layer and the cooling crucible surface, the thickness of which on the sides is of the order of a millimeter and on the bottom of a centimeter, and that protects the crucible 5 from the temperature of the melt and the melt from contamination on the part of the crucible. The reduction in volume associated with the transition from the powdery to the liquid state can be compensated for by adding powder through the refill tube after piercing the sinter layer covering the crucible ( Fig. 5).

Die Abkühlung der Schmelze erfolgt durch Senken der HF-Aus­ gangsleistung bzw. und/oder unter Absenken des Tiegels aus dem Feld der Spule (Fig. 6). Dabei bilden sich innerhalb des erstarrenden Schmelzkörpers größere einkristalline Bereiche 24 aus, die säulenförmig vom Boden und der Tiegelwand zur Mitte des Schmelzkörpers hin gerichtet sind, deren kristallographi­ sche Auswertung die oben angegebenen Ergebnisse hat.The melt is cooled by lowering the HF output power and / or lowering the crucible from the field of the coil ( FIG. 6). Larger monocrystalline regions 24 are formed within the solidifying melting body, which are columnar from the bottom and the crucible wall to the center of the melting body, the crystallographic evaluation of which has the results given above.

Die Kühlleistung des Tiegels betrug dabei maximal ca. 12 kJ/s, woraus sich die abkühlende Wärmestromdichte des Tiegels zu etwa 100 J/cm2sec ergibt. Sie soll wenigstens bei etwa 10, vorzugsweise über 50 J/cm2sec liegen. In weiter innen liegenden Bereichen des Tiegels kann die Abkühlungsgeschwin­ digkeit geringer sein, was aber für die Bildung von sigma-Al2O3 unschädlich ist, nachdem im Außenbereich entspre­ chende Kristallkeime vorhanden sind, von denen aus sich das sigma-Kristallwachstum nach innen fortsetzt.The cooling capacity of the crucible was a maximum of approximately 12 kJ / s, from which the cooling heat flow density of the crucible was approximately 100 J / cm 2 sec. It should be at least about 10, preferably over 50 J / cm 2 sec. In areas of the crucible lying further inward, the cooling rate may be lower, but this is harmless for the formation of sigma-Al 2 O 3 after corresponding crystal nuclei are present in the outer region, from which the sigma crystal growth continues inwards.

Der sich ergebende Körper wird gemahlen. Es ergibt sich ein hochwertiges Schleifkorn, dessen Körner zu einem hohen Pro­ zentsatz von sigma-Al2O3-Einkristallen gebildet sind.The resulting body is ground. The result is a high-quality abrasive grain, the grains of which are made up of a high percentage of sigma-Al 2 O 3 single crystals.

Claims (5)

1. Stoff, enthaltend kristallines Al2O3, das aus Kristallen von Spinellstrukturen mit Besetzung von acht Tetraeder­ lücken in 8a-Lage und 13 1/3 Oktaederlücken in 16d-Lage durch Aluminiumatome besteht.1. Substance containing crystalline Al 2 O 3 , which consists of crystals of spinel structures with occupation of eight tetrahedron gaps in the 8a position and 13 1/3 octahedral gaps in the 16d position by aluminum atoms. 2. Stoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte über 20 GPa, vorzugsweise über 24 GPa liegt.2. Fabric according to claim 1, characterized in that the Hardness is above 20 GPa, preferably above 24 GPa. 3. Stoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Einkristallgröße des kristallinen Al2O3 über 0,5 µm liegt.3. Material according to claim 1 or 2, characterized in that the average single crystal size of the crystalline Al 2 O 3 is over 0.5 microns. 4. Stoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er das kristalline Al2O3 in Gestalt einer Vielzahl diskreter, unverbundener oder in einer von ei­ nem anderen Stoff gebildeten Matrix gebundener Partikeln enthält, von denen mehr als 25% Einkristalle sind.4. Substance according to one of claims 1 to 3, characterized in that it contains the crystalline Al 2 O 3 in the form of a plurality of discrete, unconnected or bound in a matrix formed by egg nem other substance, of which more than 25% Are single crystals. 5. Verwendung eines Stoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Schneid- oder Verschleißschutz-Stoff.5. Use of a substance according to one of claims 1 to 4 as a cutting or wear protection material.
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