DE4126738A1 - Zr0(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-haltiger keramikformkoerper - Google Patents
Zr0(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-haltiger keramikformkoerperInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen ZrO2-haltigen Keramikformkörper
und ein Verfahren zur seiner Herstellung.
Ein- und mehrphasige Formkörper mit keramischer Matrix werden
zunehmend als temperatur- und verschleißfeste Komponenten im
Maschinen- und Apparatebau eingesetzt. Ihre Herstellung ist
bekannt über klassische pulvermetallurgische Verfahren durch
Pressen und Sintern. Diese Verfahren weisen den Nachteil
einer hohen linearen Schrumpfung von üblicherweise 15 bis
25% auf die zwischen Grünkörper und Endprodukt auftritt.
Dies beeinträchtigt die Form- und Maßhaltigkeit, führt zu
Rißbildung und anderen qualitätsmindernden Fehlern. Besonders
nachteilig ist diese Schrumpfung bei der Einlagerung von Ver
stärkungselementen wie Fasern, Plättchen und Whiskern oder
anderen, an der Schrumpfung nicht teilnehmenden Komponenten,
da sie sich auf den Gefügezusammenhalt nachteilig auswirkt.
Dieser Nachteil tritt zwar bei den reaktionsgebundenen Kera
miken (RBAO) kaum oder nicht auf, dafür sind dort aber lange
Reaktionszeiten erforderlich. Auch wird dort nur schwierig
eine Dichte von mehr als 90% der theoretischen Dichte er
zielt.
Aus der DE 38 12 266 A1 ist es bereits bekannt, einen Kera
mikformkörper auf Basis Aluminiumoxid und/oder Aluminium
nitrid und/oder Aluminiumoxinitrid pulvermetallurgisch herzu
stellen, wobei in der genannten Basisphase eine disperse
anorganische Komponente eingebettet vorliegt, die aus pulver
förmigem Aluminiummetall entsteht, das Legierungselemente
enthalten kann, und bei der Sinterbehandlung zu Aluminium
oxid, -nitrid oder Aluminiumoxinitrid reagiert. Der erhaltene
Körper weist ein deutlich verbessertes Schrumpfungsverhalten,
eine geringe Porosität und zum Teil von Glasphasen freie
Korngrenzen auf.
In ähnlicher Weise ist aus DE 40 17 262 und DE 40 39 530
bekannt, daß auf Basis einer Mischung aus Al-Pulver und Si-
haltigen anorganischen Pulvern durch Reaktion in O2-haltiger
Atmosphäre ein Mullitkeramikkörper erhalten wird, der wenig
schrumpft. Sowohl bei DE 38 12 226 und DE 40 39 530 sind die
Reaktionszeiten jedoch sehr lang, beispielsweise 8 h bei
1150°C und anschließend nochmals 5 h bei 1500°C. Dies hat den
Nachteil, daß der Prozeß energieaufwendig ist und daß ent
sprechend hergestellte Teile nicht zusammen mit anderen kon
ventionellen Keramikgrünkörpern gesintert werden können. Sie
müssen meistens in einem zweistufigen Prozeß zunächst rea
giert und anschließend gesintert werden. Außerdem führen die
Si-haltigen Zusätze in DE 40 39 530 zu amorphen intergranula
ren Phasen, die die Hochtemperatureigenschaften drastisch
verschlechtern. Die in DE 38 12 226 geforderten Legierungszu
sätze behindern zusätzlich die gleichmäßige Oxidation der Al-
Partikelchen, so daß Risse und größere Poren entstehen, die
ebenfalls festigkeitsreduzierend wirken.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, reaktionsge
formte Keramikkörper zu schaffen, die ebenfalls die oben
genannten, vorteilhaften Eigenschaften, nämlich geringe li
neare Schrumpfung zwischen Grünkörper und Endprodukt, geringe
Porosität sowie überhaupt keine Glasphasen aufweisen. Die
wichtigste Aufgabe der Erfindung ist jedoch, einen entspre
chenden Grünkörper zu schaffen, der ohne allzu lange Halte
zeit in der Reaktionsstufe oder sogar ohne jegliche Haltezeit
auf die Sintertemperatur aufgeheizt werden kann. Dabei soll
eine vollständige und gleichmäßige Reaktion gewährleistet
sein.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen ZrO2-
haltigen Keramikformkörper, der dadurch gekennzeichnet ist,
daß er auch an den Korngrenzen und Tripelpunkten frei von
amorphen Phasen ist, gegenüber seinem Grünkörper eine
Schrumpfung von weniger als 5% aufweist und durch Reaktions
sintern eines Grünkörpers erhältlich ist, der aus einem me
chanisch legierten Gemisch geformt ist, welches mindestens
1 Vol.-% Zirkoniummetallpulver und mindestens 20 Vol.-% einer
oder mehrerer metallischer Pulver, ausgewählt aus der aus den
Elementen Mg, Al, Cu, Se, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn,
Sr, Y, Nb, Ce, Hf, Ta, sowie deren Oxiden und ZrO2, Na2O,
K2O, Li2O enthält oder daraus besteht.
Die erfindungsgemäßen Formkörper weisen Dichten auf, die im
allgemeinen 90% TD überschreiten und vorzugsweise zwischen
92 und 98% TD liegen. Das ZrO2 liegt in der Matrix disper
siert ganz oder überwiegend in der tetragonalen Modifikation
vor, was u. a. auch durch die Stabilisierung mit Y2O3, Ce2O2
oder MgO bewirkt wird, die mittlere Korngröße liegt unter
5 µm, vorzugsweise unter 1 µm. Die Volumenveränderung beträgt
gegenüber dem Grünzustand im allgemeinen ± 5%, vorzugsweise
-3 bis +1%. Eine Glasphase fehlt völlig, sogar an den Korn
grenzen und Tripelpunkten zumal glasbildende Substanzen wie
Si und SiO2 in dem pulverförmigen Ausgangsmaterial nicht
enthalten sind, abgesehen von unvermeidlichen Verunreinigun
gen in Spurenform. Außerdem können geringe Mengen Alkalioxide
vorhanden sein, wenn spezielle Mineralzusammensetzungen ge
wünscht werden, wie z. B. eine Nebenphase aus β- oder β′′-Al2O3.
Gerade bei der Al2O3-Nebenphase, die bevorzugt aus der
β′′-Kristallform besteht, hat sich der Zr/ZrO2-Zusatz sehr
vorteilhaft für die Ausbildung einer feinen, glasphasenfreien
Kornstruktur erwiesen, was diese Festkörperelektrolytkeramik
viel fester gegenüber konventionell hergestelltem β/β′′-Al2O3
macht.
Als Legierungselemente enthält der erfindungsgemäße Keramik
formkörper vorzugsweise Zusätze von Al, Y, Cr, Ce, Ti, Mg,
Nb, Ta gegebenenfalls zusammen mit Alkalimetallen, wobei
letztere auch in Form ihrer Oxide oder Salze wie der Carbona
te, eingesetzt werden.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Formkörpers erfolgt,
indem man Zirkoniummetall mit einem oder mehreren der Elemen
te Mg, Al, Cu, Se, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, y,
Nb, Ce, Hf, Ta in Metallform und Oxidform oder/und mit ZrO2,
Na2O, K2O, Li2O so vermischt, daß man eine feinteilige mecha
nisch legierte Pulvermischung erhält, die dann zu einem Grün
körper verpreßt wird, den man in sauerstoffhaltiger Atmos
phäre sintert. Falls β/β′′-Al2O3 hergestellt werden soll, ist
es wichtig, daß die Mischung auch Na2O und Al sowie gege
benenfalls auch ZrO2 enthält. Ferner ist es wichtig, daß das
Al-Pulver so inniglich mit dem Zr- bzw. ZrO2-Pulver vermischt
wird, daß anschließend nanometergroße Teilchen aus Zr oder
ZrO2 in den Al-Partikelchen verteilt sind bzw. sich partiell
eine Dispersion einer intermetallischen Phase AlxZry,
vorzugsweise Al3Zr, innerhalb der Al-Teilchen bildet.
Die Zusammensetzung der Pulvermischung, die im wesentlichen
aus Metall und Metalloxid besteht, kann in weiten Grenzen
schwanken. Der Anteil an metallischem Zirkonium liegt im
allgemeinen zwischen 1 und 50 Vol.-%. Wenn der Anteil an Zr-
Metall 20% überschreitet, wird vorzugsweise auch ZrO2 in
einer Menge die dem Volumenprozentsatz des Zr-Metalls
±25 Vol.-% entspricht, eingesetzt. Die im Gemisch enthaltene
Menge an Oxiden liegt vorzugsweise zwischen 20 und 65 Vol.-%,
jedoch können diese Werte je nach den gewünschten Eigenschaf
ten und der Sinterdauer auch unterschritten oder überschrit
ten werden. Der Anteil an Metallpulver liegt zwischen 20 und
80 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 30 und 75 Vol.-%, wobei der
Rest im wesentlichen aus Oxid besteht.
Die pulverförmigen Ausgangsstoffe werden zweckmäßig in einer
Kugelmühle in einer wenig freien Sauerstoff enthaltenden
organischen Flüssigkeit mindestens 30 Minuten mechanisch
legiert. Bevorzugt erfolgt das mechanische Legieren in der
Kugelmühle während eines Zeitraums von 4 bis 12 Stunden. Als
organische Flüssigkeit eignen sich niedrige Alkohole, wie
z. B. Isopropanol, Ethanol, Ketone wie Aceton oder Kohlenwas
serstoffe, insbesondere solche mit zwischen 5 und 8 C-Atomen.
Die mittlere Korngröße des gemahlenen Pulvers soll unter
5 µm, vorzugsweise unter 1 µm liegen.
Als Kugelmühle wird bevorzugt eine Attritormühle, eine Rühr
werks- oder Perlmühle verwendet.
Dem wie oben beschrieben hergestellten mechanisch legierten
Pulvergemisch können gegebenenfalls noch teilchenförmige
Phasen zugesetzt werden, die bestimmte Eigenschaften wie
Festigkeit verbessern, vorzugsweise Al2O3, AlN, SiC, TiC,
NbC, TaC, TiB2 oder/und B4C. Diese teilchenförmige Phase kann
zweckmäßig faserförmig oder plättchenförmig sein, jedoch
können auch andere Konfigurationen verwendet werden, wenn
damit bestimmte Wirkungen angestrebt sind.
Aus dem wie beschrieben hergestellten pulverförmigen legier
ten Gemisch wird dann der gewünschte Grünkörper unter Anwen
dung pulvermetallurgischer Methoden geformt. Da die Schrump
fung gering ist, kann bereits der Grünkörper auf die genaue
Form des gewünschten Keramikkörpers gebracht werden, da durch
die geringfügige und bis 0 gehende Volumenveränderung beim
Reaktionssintern nur geringe oder gar keine Nachbearbeitung
mehr erforderlich ist. Als pulvermetallurgische Formungsme
thoden kommen einachsiges Pressen, Isostatpressung, Schlic
kergießen, Tapegießen oder Spritzgießen in Betracht. Bei der
Isostatpressung eignen sich insbesondere Drücke zwischen 100
und 1000 MPa.
Die Reaktionssinterung des so erhaltenen Grünkörpers kann
einstufig oder mehrstufig in der sauerstoffhaltigen Atmosphä
re durchgeführt werden. Infolge des Zusatzes von mindestens
1 Vol.-% Zr wird der Prozeß aber vorzugsweise einstufig
durchgeführt, da aufgrund der katalytischen Wirkung des Zr
eine sehr schnelle Oxidation des Al stattfindet. Eine Ausnah
me stellt β/β′′-Al2O3 dar, bei dem in der Reaktionsstufe zu
nächst die Reaktion zwischen Al2O3 und Na2O stattfinden muß.
Aber auch diese Reaktion wird durch Zr günstig beeinflußt. In
der Aufheizphase, im wesentlichen zwischen 200 und 800°C,
reagieren die metallischen Bestandteile des Grünkörpers teils
mit dem Sauerstoff der Atmosphäre, teils mit den im Gemisch
selbst enthaltenen Oxiden unter Volumenzunahme, welche die
Schrumpfung beim Sintern ausgleicht und dadurch hohe Dichte
und geringe Porosität zur Folge hat.
Der Grünkörper wird gemäß einer ersten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens in sauerstoffhaltiger Atmosphäre
mit geregelter Aufheizrate, die vorzugsweise 1 bis 10 K/min
beträgt, auf eine Endtemperatur von 1300 bis 1650°C aufge
heizt und solange gehalten, bis die Oxidationsreaktion voll
ständig abgelaufen ist.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird der Grünkörper zur Herstellung von β/β′′-
Al2O3 in einer ersten Reaktionsstufe wiederum mit geregelter
Aufheizrate auf eine Temperatur von 900 bis 1250°C erhitzt,
0,5 bis 4 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten und
danach in einer zweiten Stufe auf eine Sintertemperatur von
1300 bis 1650°C erhitzt und dort erneut 0,5 bis 4 Stunden bis
zur Beendigung der Reaktion und des Sintervorgangs gehalten.
Während der Sinterstufe kann die Atmosphäre bewegt oder ruhen
gelassen werden. Bewegte Atmosphäre führt im allgemeinen zu
einer Verkürzung der Erhitzungsdauer. Als Atmosphäre kommen
in Betracht reiner Sauerstoff, Sauerstoff- Stickstoffgemische
wie normale Luft, Sauerstoff-Edelgasgemische, insbesondere
mit Helium und Argon, sowie derartige Atmosphären mit einem
gewissen Zusatz an Na2O, wenn β/β′′-Al2O3 hergestellt werden
soll.
Die erfindungsgemäßen Keramikformkörper eignen sich besonders
als Konstruktionselemente im Maschinen- und Apparatebau und
als Funktionselemente in der Elektronik sowie als Feststoff
elektrolyten.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung weiter.
150 g eines Pulvers aus 50 Vol.-% Al (Alcan 105, 20 bis 50
µm, Alcan, Montreal, Kanada) 20 Vol.-% Zr (Nr. 00 847 Alfa
Prod., 1-3 µm), 2 Vol.-% Y2O3 (No. 87 829 Alfa Prof.), 18
Vol.-% ZrO2 (TZ-2Y Co., Tosoh, Japan, unter 1 µm Durchmesser)
wurden 8 Stunden in einer Attritormühle mit 3 mm TZP-Kugel
in Aceton gemahlen. Die mittlere Pulverteilchengröße wurde
hierbei auf unter 1 µm reduziert. Dann wurde die Mischung der
legierten Bestandteile mit 10 Vol.-% Al2O3-Platelets (Dycron
13, Hüls AG) gemischt, in einem Rotationstrockner getrocknet
und anschließend isostatisch zu Platten mit den Abmessungen
40×40×8 mm und einem Druck von 500 MPa gepreßt unter
Bildung eines Grünkörpers mit einer Grünfestigkeit von 27
MPa. Anschließend wurden die Proben an Luft mit 1 K/min auf
1550°C aufgeheizt und 2 Stunden in stehender Luft auf dieser
Glühstufe gehalten. Danach war das Reaktionssintern abge
schlossen. Der erhaltene Körper hatte sich um 1% gegenüber
dem Grünzustand ausgedehnt. Dichte: 92% TD; Gefüge: α-Al2O3
und tetragonales ZrO2; Mittlere Korngröße: unter 1 µm.
150 g einer Pulvermischung aus 45 Vol.-% Al (wie in Beispiel
1), 10 Vol.-% Cr (Ventron Chemie), 5 Vol.-% Zr (wie in Bei
spiel 1) und 40 Vol.-% Al2O3 (CT 3000; Alcoa, USA) wurden wie
in Beispiel 1 beschrieben, attritiert und das erhaltene Pul
ver mit einem Preßdruck von 700 MPa isostatisch zu einem
Grünkörper gepreßt. Der erhaltene Grünkörper besaß eine Grün
festigkeit von 35 MPa. Anschließend wurde eine einstufige
Reaktionssinterbehandlung wie in Beispiel 1 durchgeführt. Man
erhielt einen rötlich gefärbten Keramikkörper, der tetragona
le ZrO2-Einlagerungen aufwies. Die Schwindung betrug 2,5%
bei einer Dichte von 94% TD.
150 g einer Pulvermischung aus 30 Vol.-% Al (wie in Beispiel
1), 20 Vol.-% Cr (Ventron Chemie), 20 Vol.-% Zr (wie in Bei
spiel 1), 25 Vol.-% ZrO2 und 5 Vol.-% CeO2 (Alfa Prod.) wur
den mechanisch in einem Attritor in Isopropanol 8 Stunden wie
in Beispiel 1 beschrieben, legiert und anschließend isosta
tisch mit 500 MPa zu Grünkörpern isogepreßt. Die erhaltenen
Proben wurden mit 2 K/min auf 1600°C aufgeheizt und 1 Stunde
bei dieser Temperatur gehalten bis das Reaktionssintern abge
schlossen war. Die fertige Probe wies eine Schrumpfung von
ungefähr 1% auf und besaß eine Dichte von 94% TD bei ge
schlossener Porosität. Röntgenographisch wurde α-(Al, Cr)2O3
mit geringem Anteil an freiem Cr2O3 und tetragonales ZrO2
gefunden.
150 g einer Pulvermischung aus 50 Vol.-% ZrO2 (wie in Bei
spiel 1), 45 Vol.-% Zr (wie in Beispiel 1) und 5 Vol.-% Y2O3
wurden wie bei Beispiel 3 beschrieben, mechanisch legiert,
getrocknet und mit Isopreßdrücken von 100, 500 und 900 MPa
zu stäbchenförmigen Probekörpern (5×5×40 mm) geformt. Die
Grünfestigkeit der bei 900 MPa gepreßten Grünkörper betrug 23
MPa. Anschließend wurden die Probekörper in einer Stufe mit 5
K/min auf 1400°C in stehender Luft aufgeheizt und 3 Stunden
bei dieser Temperatur bis zum Abschluß des Reaktionssinterns
gehalten. Während die mit 100 MPa gepreßte Probe zu Pulver
zerfiel, entstanden aus den beiden anderen Probekörpern feste
Keramikkörper mit einer Schrumpfung von 4,5 bzw. 2,3% und
Dichten von über 97% TD. Die feinkörnigen (unter 1 µm) Pro
ben bestanden überwiegend aus tetragonalem ZrO2 mit geringen
Anteilen der kubischen und monoklinen Modifikation.
150 g einer Pulvermischung aus 50 Gew.-% PbTiO3 (Alfa Prod.),
35 Gew.-% Zr (wie in Beispiel 1), 5 Gew.-% TiO2 (Alfa Prod.)
und 10 Gew.-% La2O3 (Alfa Prod.) wurden wie in Beispiel 3
beschrieben, attritiert, getrocknet und mit 500 MPa zum Grün
körper isogepreßt. Danach wurden die Proben in einer ersten
Stufe bei 1050°C 2 Stunden lang und danach in einer zweiten
Stufe bei 1400°C 2 Stunden reaktionsgesintert. Der erhaltene
Körper wies keine offene Porosität mehr auf und bestand über
wiegend aus der Perovskitstruktur des PLTZ mit dispergiertem
tetragonalem ZrO2.
Dem gemäß Beispiel 4 mechanisch legierten Pulver wurden 10
Vol.-% Al2O3 Platelets (Atochem, Paris, ca. 10 µm Durchmes
ser, 1 µm Dicke) beigemischt. Dazu wurde nach der 8-stündigen
Attritierung ohne Platelets (bei 700 Upm in einem 750 cm3
Laborattritor) 15 Minuten mit den Platelets bei 300 Upm homo
genisiert. Nach der Trocknung wurde bei 900 MPa isogepreßt
und der erhaltene Grünkörper wie in Beispiel 4 beschrieben,
reaktionsgesintert. Die erhaltenen Keramikproben zeigten
keine Schrumpfung und keine offene Porosität.
150 g einer Pulvermischung aus 8 Gew.-% Na2CO3 (pulvrig,
Merck AG) 55 Gew.-% Al2O3 (Ceralox MPA), 25 Gew.-% Al (wie
Beispiel 1), 10 Gew.-% Zr (wie Beispiel 1), 1,5 Gew.-% MgO
(Alfa Prod.) und 0,5 Gew.-% Li2O (Alfa Prod.) wurden 4 h in
einem Attritor in Isopropanol gemahlen. Die flüssige Mischung
(Feststoffanteil ca. 60%) wurde anschließend in eine Gips
form gegossen, so daß plattenförmige Proben mit den Abmessun
gen 20×20×3 mm3 entstanden. Die getrockneten Plättchen
wurden dann in einem abgedeckten Al2O3-Tiegel in einem
Na2CO3-Pulverbett zunächst mit 1 K/min auf 1200°C aufgeheizt
und 1 h gehalten, anschließend wurde auf 1600°C mit 10 K/min
aufgeheizt und ebenfalls 1 h gehalten. Nach Ofenabkühlung
bestanden die Proben überwiegend aus β′′-Al2O3 (=Na2O · Al2O3)
und ZrO2 und hatten bei einer Schrumpfung von 2% eine Dichte
von 96% DT. Die 3-Punktbiegefestigkeit von Stäbchen mit den
Abmessungen 28×2×2 mm3 betrug 320 MPa.
Proben nach Beispiel 6 wurden bei 1600°C und 10 min in einer
Heiß-Isostatpresse bei einem Argondruck von 200 MPa nachver
dichtet. Die nahezu 100% dichten Proben wiesen eine 4-Punkt
biegefestigkeit von 1680 MPa auf.
150 g einer Pulvermischung aus 9 Gew.-% Na2CO3 (wie Beispiel
7), 54 Gew.-% Al2O3 (wie Beispiel 7), 25 Gew.-% Al (wie Bei
spiel 7), 9 Gew.-% ZrO2 (TZ-2Y, Tosoh, siehe Beispiel 1),
1 Gew.-% Zr, 1,5 Gew.-% MgO und 0,5 Gew.-% Li2O wurden 4 h in
einem ZrO2-ausgekleideten Attritor mit ZrO2-Mahlkugeln und
ZrO2-Mahlscheiben in Ethanol gemahlen. In einer Variante
wurden 9 Gew.-% Na2CO3 durch 9 Gew.-% einer Mischung aus
Na2CO3 und K2CO3 (Alfa Products) im Molverhältnis 0,7 : 0,3
ersetzt.
Der Schlicker wurde anschließend im Rotationsverdampfer ge
trocknet. Danach wurden die Pulver zu Platten 40×40×8 mm
(wie Beispiel 1) mit einem isostatischen Druck von 300 MPa
verpreßt. Die Grünproben wurden darauf (wie in Beispiel 7) in
einem abgedeckten Al2O3-Tiegel, der 5 g Na2CO3-Pulver ent
hielt, zunächst mit 1 K/min auf 1200°C aufgeheizt und 2 h
gehalten, anschließend wurde mit 5 K/min auf 1600°C aufge
heizt und 1 h gehalten.
Nach Ofenabkühlung bestanden beide Varianten überwiegend (<
60%) aus β′′-Al2O3 mit eingelagerten, überwiegend (< 80%)
tetragonalen ZrO2-Teilchen. Die Schrumpfung betrug 3,1% bei
einer Dichte von 95% TD. Die 3-Punktbiegefestigkeit von
Stäbchen mit Abmessungen 28×2×2 mm betrug 290 MPa. Die
K2O-haltige Variante hatte eine Dichte von 96% bei einer
Schrumpfung von 3,6% und einer Festigkeit von 315 MPa.
Claims (14)
1. ZrO2-haltiger Keramikformkörper,
dadurch gekennzeichnet,
daß er auch an den Korngrenzen und Tripelpunkten frei
von amorphen Phasen ist, gegenüber seinem Grünkörper
eine Schrumpfung von weniger als 5% aufweist und durch
Reaktionssintern eines Grünkörpers erhältlich ist, der
aus einem mechanisch legierten Gemisch geformt ist,
welches mindestens 1 Vol.-% Zirkoniummetallpulver und
mindestens 20 Vol.-% einer oder mehrerer metallischer
Pulver, ausgewählt aus der aus den Elementen Mg, Al, Cu,
Se, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Y, Nb, Ce,
Hf, Ta, sowie deren Oxiden und ZrO2, Na2O, K2O, Li2O
enthält oder daraus besteht.
2. Verfahren zur Herstellung des Formkörpers nach An
spruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man aus Zirkoniummetall und einem oder mehreren der
in Anspruch 1 aufgeführten Metalle und Oxide oder ZrO2
eine feinteilige mechanisch legierte Pulvermischung
herstellt, die Mischung zu einem Grünkörper verpreßt und
den Grünkörper in sauerstoffhaltiger Atmosphäre sin
tert.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die pulverförmigen Ausgangsstoffe in einer Ku
gelmühle in einer wenig freien Sauerstoff enthaltenden
organischen Flüssigkeit, (wie Aceton, Ethanol, Isopropa
nol oder n-Hexan,) mindestens 30 Minuten mechanisch
legiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß man das Legieren in einer Attritormühle, Rührwerks-
oder Perlmühle durchführt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß man zur Herstellung der β/β′′-Al2O3-Modifikation das
pulverförmige Gemisch aus 1 bis 5 Vol.-% Zr, 0 bis 10
Vol.-% ZrO2, 30 bis 50 Vol.-% Al2O3, 20 bis 30 Vol.-%
Al, 15 bis 30 Vol.-% Na2CO3 oder Na2O, 0 bis 5 Vol.-%
Y2O3, 0 bis 2 Vol.-% MgO und/oder 0 bis 2 Vol.-% Li2O
mechanisch legiert.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß man dem mechanisch legierten Pulver eine teilchen
förmige Phase aus Al2O3, AlN, SiC, TiC, NbC, TaC, TiB2
oder/und B4C zumischt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zugemischte Phase faserförmig oder plättchenför
mig ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Grünkörper aus dem pulverförmigen legierten Ge
misch pulvermetallurgisch geformt, insbesondere durch
einachsiges Formpressen, Isostatpressung, Schlicker-,
Tape- oder Spritzgießen und danach auf Endmaß grünbear
beitet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reaktionssinterung des Grünkörpers ein- oder
mehrstufig durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Grünkörper in sauerstoffhaltiger Atmosphäre in
einer Reaktionsstufe mit einer Aufheizrate von 1 bis 10
K/min auf eine Endtemperatur von 1300 bis 1650°C aufge
heizt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Grünkörper für den Fall der Herstellung von
β/β′′-Al2O3 in einer ersten Reaktionsstufe in einer Na2O-
haltigen Atmosphäre auf 900 bis 1250°C erhitzt und 0,5
bis 4 h gehalten und danach in einer zweiten Stufe auf
eine Sintertemperatur von 1300 bis 1650°C erhitzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9, 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Reaktionssintern in einer sauerstoffhaltigen At
mosphäre durchgeführt wird, die bewegt wird oder/und
Wasserdampf enthält oder/und aus reinem Sauerstoff,
einem Sauerstoff/Argongemisch oder Sauerstoff/Heliumge
gemisch besteht.
13. Verwendung eines Keramikformkörpers nach Anspruch 1 im
Maschinen- und Apparatebau als Konstruktionselement oder
in der Elektronik als Funktionselement.
14. Verwendung eines Keramikformkörpers nach den Ansprüchen
1, 5 und 11 als Festkörperelektrolyt.
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