DE4407296A1 - Verfahren zur Herstellung von alpha-Al¶2¶0¶3¶-Sinterkörpern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von alpha-Al¶2¶0¶3¶-SinterkörpernInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her
stellung von α-Al₂O₃-Sinterkörpern, und insbesondere ein
Verfahren zur Herstellung von α-Al₂O₃-Sinterkörpern mit
mikrokristallinem Gefüge, die sich insbesondere als
Schleifmittel bzw. zur Herstellung von Schleifmaterialien
eignen.
Aluminiumoxid wird als Korund aufgrund seiner hohen Härte und
vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten industriell in
großen Mengen zu Schleifmitteln verarbeitet. Das am häufigsten
verwendete Ausgangsmaterial ist der Schmelzkorund, der aus
großen Kristallen besteht, die eine regellose, aber scharfkan
tige Gestalt besitzen. Daneben gibt es den Sinterkorund, der
aus α-Al₂O₃-Pulvern über Sinterprozesse hergestellt wird. Im
Unterschied zum Schmelzkorund besitzt der Sinterkorund ein
Gefüge, das je nach Qualität der Ausgangspulver, Art und Menge
der Zusätze sowie der Sinterbedingungen aus Körnern im
Größenbereich von einigen µm bis mehreren 10 µm besteht. In
den letzten Jahren ist zu diesen Produkten der Sol-Gel-Korund
hinzugekommen, der ähnlich wie der Sinterkorund über pulverme
tallurgische Verfahren hergestellt wird, aber über ein
deutlich feineres Gefüge mit Korngrößen im Bereich von 200 bis
300 nm verfügt. Im Unterschied zum Schmelzkorund und Sint
erkorund zeichnet sich der Sol-Gel-Korund durch eine erhöhte
Standzeit beim Schleifen aus, was offensichtliche ökologische
und ökonomische Vorteile mit sich bringt. Worauf dieser Effekt
im Detail zurückzuführen ist, ist bisher nicht bekannt, es
wird jedoch angenommen, daß beim Schleifen beim Überschreiten
eines kritischen Spandrucks kleine Bereiche aus dem Schleif
korn herausgebrochen werden und zu dessen Nachschärfung
führen. Damit ein solcher Mechanismus zum Tragen kommen kann,
muß jedes einzelne Schleifkorn über ein sehr feines Gefüge
(Korngrößen um 200 nm) verfügen, und die Bindungskräfte
zwischen den Körnern oder größeren Kornbereichen sollten so
beschaffen sein, daß ein Ausbrechen von kleinen Bereichen
möglich ist, ohne daß das ganze Schleifkorn zersplittert.
Zur Herstellung von Schleifpulvern mit mikrokristallinen
Gefügen über Sinterprozesse ist festzustellen, daß sehr
feinteilige Ausgangspulver mit Teilchengrößen unter 100 nm
eingesetzt werden müssen. Als Rohstoff wird bevorzugt Böhmit,
eine Al₂O₃-Übergangsmodifikation, eingesetzt. Zur Herstellung
eines Schleifpulvers wird der Böhmit durch Zugabe von Säuren
(bevorzugt HNO₃) in Wasser dispergiert. Der Suspension werden
Sinteradditive (z. B. MgO als Kornwachstumsinhibitor) und
heterogene Keimbildner (Impfkristalle aus z. B. α-Al₂O₃ oder
α-Fe₂O₃) zugegeben. Wichtigster Punkt dabei sind die Impf
kristalle, da nur in ihrer Gegenwart die Phasenumwandlung des
Böhmits in α-Al₂O₃ sowie der anschließende Sinterprozeß zu
Sinterkörpern mit einem dichten mikrokristallinen Gefüge
erfolgen. Wird auf die Impfkristalle verzichtet, entsteht beim
Sintern ein poröser Körper geringer Härte und mechanischer
Festigkeit, der für Schleifaufgaben ungeeignet ist. Die
Aufgabe des MgO und anderer Sinteradditive besteht darin, das
Kornwachstum beim Sintern auf ein Minimum zu reduzieren
(Stabilisierung des mikrokristallinen Gefüges). Gleichzeitig
können sich die Sinteradditive auch positiv auf die Härte des
Korns auswirken. Kernpunkt bei der Herstellung von mikrokri
stallinen Schleifpulvern aus metastabilen Al₂O₃-Modifikationen
ist somit der Einsatz von heterogenen Keimbildnern (Impf
kristallen). Da die Herstellung derartiger Impfkristalle mit
reproduzierbaren Ergebnissen sehr zeit- und kostenaufwendig
ist, hat es nicht an Versuchen gefehlt, Verfahren zu entwik
keln, die ohne den Einsatz von Impfkristallen auskommen, doch
ist dies bis heute nicht in zufriedenstellender Weise gelun
gen. Insbesondere sind die Eigenschaften der Schleifpulver
nach Beendigung des Sinterprozesses, wie zum Beispiel Dichte,
Härte und Schleifleistung, bei Produkten, die ohne Verwendung
von Impfkristallen hergestellt wurden, deutlich schlechter als
diejenigen von Materialien, deren Herstellung unter Verwendung
von Impfkristallen erfolgte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Bereit
stellung eines Verfahrens zur Herstellung von α-Al₂O₃-Sinter
körpern mit mikrokristallinem Gefüge, das sich zum einen
leicht zugänglicher und kostengünstiger Ausgangsmaterialien
bedient und zum anderen ohne den Einsatz von Impfkristallen
auskommt, wobei es Produkte liefert, die den herkömmlichen
unter Einsatz von Impfkristallen hergestellten Produkten
bezüglich der oben genannten und anderer Eigenschaften
gleichwertig bzw. sogar überlegen sind.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß α-Al₂O₃-Sinterkörper mit
mikrokristallinem Gefüge aus röntgenamorphen Aluminiumoxiden,
Aluminiumhydroxiden und Aluminiumoxidhydroxiden auch ohne den
Einsatz von Impfkristallen hergestellt werden können, da es
aufgrund des hohen Energiegehalts dieser Produkte bis zu hohen
Temperaturen (unter 800°C) sehr frühzeitig zu einer Selbst
nukleation kommt. Weiterhin wurde gefunden, daß α-Al₂O₃-
Körnungen mit mikrokristallinem Gefüge auch dann auftreten,
wenn Aluminiumhydroxiden, Aluminiumoxidhydroxiden oder
entsprechenden calcinierten Produkten amorphe komplexierte
Aluminiumhydroxide als Bindemittel zugegeben werden. Auch in
diesem Fall tritt ohne Keimzugabe eine Selbstnukleation auf.
Schließlich wurde auch gefunden, daß aus herkömmlichen
feinteiligen α-Al₂O₃-Sinterpulvern und nanoskaligen α-Al₂O₃-
Vorstufen als Bindemittel ebenfalls Sinterkörper mit mikrokri
stallinem Gefüge hergestellt werden können. Wie in der
vorliegenden Beschreibung verwendet, bedeutet der Begriff
"nanoskalig", daß die Teilchengröße des Materials nicht mehr
als 100 nm beträgt. Materialien mit Teilchengrößen zwischen
100 und 1000 nm werden als Sub-mikron-Pulver bezeichnet, wie
sie zum Beispiel als handelsübliche α-Al₂O₃-Sinterpulver
vorgefunden werden.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung von α-Al₂O₃-Sinterkörpern mit mikrokristallinem
Gefüge, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
- (a) (i) eine hydrolysierbare, molekulare (monomere), komplexierte Aluminiumverbindung in an sich bekannter Weise einer hydrolytischen Kondensation (Sol-Gel-Verfahren) unter Herstellung eines nanodispersen Sols mit Teilchengrößen 100 nm unterzieht; oder
- (ii) eine metastabile, in α-Al₂O₃ umwandelbare Aluminium- Sauerstoffverbindung in an sich bekannter Weise in ein nanodisperses Sol mit Teilchengrößen 100 nm überführt; oder
- (iii)die gemäß (i) und (ii) erhaltenen Produkte in beliebigem Verhältnis homogen miteinander mischt; oder
- (iv) die gemäß (i), (ii) oder (iii) erhaltenen Produkte im Gewichtsverhältnis von 99 : 1 bis 1 : 99 auf Feststoffbasis mit handelsüblichem α-Al₂O₃-Sinter pulver mit einer Teilchengröße von < 100 nm homogen mischt;
- (b) gegebenenfalls das so erhaltene Produkt in üblicher Weise in ein Gel überführt und dann einer Formgebung unter zieht; und
- (c) das gemäß (a) oder (b) erhaltene Produkt ohne vorherigen Zusatz von Impfkristallen in üblicher Weise trocknet, calciniert und sintert.
Als hydrolysierbare Aluminiumverbindung gemäß (i) kann
prinzipiell jede beliebige monomere (d. h. nicht vorkondensier
te) hydrolysierbare Aluminiumverbindung eingesetzt werden. Aus
wirtschaftlichen Erwägungen und unter Berücksichtigung der bei
der Hydrolyse entstehenden Nebenprodukte werden jedoch
Aluminiumalkoholate bevorzugt. Besonders bevorzugte Aluminiu
malkoholate sind solche der Formel Al(OR)₃, in der R für
Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl oder Butyl steht.
Die hydrolysierbare Aluminiumverbindung wird vor der Hydrolyse
komplexiert. Dabei beträgt das Molverhältnis Al :Komplexbildner
vorzugsweise 1 : 0,01 bis 1 : 2, insbesondere 1 : 0,1 bis 1 : 1.
Geeignete Komplexbildner sind zum Beispiel β-Diketone (ins
besondere Acetylaceton), β-Ketoester (insbesondere Acetessig
säureethylester), Amine, Diamine, Triamine, Carbonsäuren, der
Hydrolyse unterliegende Aluminiumsalze usw.
Aus der komplexierten hydrolysierbaren Aluminiumverbindung,
die vorzugsweise in einem organischen Lösungsmittel (z. B.
einem Alkohol) gelöst vorliegt, wird durch Wasserzusatz und
dadurch bedingte Hydrolyse und Kondensation in an sich
bekannter Weise ein nanodisperses Sol mit Teilchengrößen von
100 nm hergestellt, das anschließend als solches in den
Gelzustand übergeführt, getrocknet, calciniert und gesintert
werden kann. Die Kristallisation von α-Al₂O₃ erfolgt dabei
direkt aus dem amorphen Gelzustand, im allgemeinen bei
Temperaturen unter 1100°C und insbesondere unter 1000°C. Das
aus dem Sol bzw. Gel durch Trocknen und Calcinieren erhältli
che Produkt ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß seine
Korngröße nahezu identisch ist mit derjenigen des Sols bzw.
Gels und daß es bei Temperaturen von < 1000°C zu einem dichten
mikrokristallinen Sinterkörper umgewandelt werden kann. Um
diese Umwandlung günstig zu beeinflussen, ist es von Vorteil,
bei der Sol-Herstellung Katalysatoren, zum Beispiel Säuren
oder Basen, einzusetzen, um bereits im Sol bzw. später im Gel
dem α-Al₂O₃ ähnliche Strukturen zu realisieren. Weiter wird es
bevorzugt, für das Sintern von Al₂O₃ übliche Sinteradditive,
wie zum Beispiel MgO, ZnO, CoO, NiO, ZrO₂₁ HfO₂ und Spinelle,
vorzugsweise MgO, zuzusetzen. In einer bevorzugten Ausfüh
rungsform werden die Sinteradditive in Form löslicher Salze
zugegeben, aus denen später beim Calcinieren das entsprechende
Oxid entsteht. Aufgabe der Sinteradditive ist es, als Korn
wachstumsinhibitor zu wirken und/oder die mechanischen
Eigenschaften der Sinterkörper günstig zu beeinflussen.
Das wie oben beschrieben durch den Sol-Gel-Prozeß erhältliche
Sol kann jedoch auch auf jede beliebige andere Art und Weise
hergestellt werden, solange es sich um ein nanodisperses Sol
mit Teilchengrößen von nicht mehr als 100 nm (vorzugsweise 1
bis 100 nm) handelt. So ist es zum Beispiel auch möglich, das
nanodisperse Sol durch Deagglomeration von handelsüblichen
Pulvern aus Aluminium-Sauerstoffverbindungen mit der ent
sprechenden Primärteilchengröße herzustellen. Hierfür eignen
sich zum Beispiel Pulver aus Böhmit, Pseudoböhmit, Hydragelit,
Bayerit, γ-Al₂O₃ und Mischungen davon. Die Deagglomeration
dieser Pulver erfolgt auf übliche Art und Weise, zum Beispiel
indem man sie unter sauren Bedingungen in Wasser dispergiert,
zum Beispiel mit Hilfe von Rühren und Ultraschallbehandlung.
Schließlich ist es selbstverständlich auch möglich, Mischungen
von nanodispersen Solen, die nach den oben beschriebenen
unterschiedlichen Verfahren erhalten wurden, in beliebigen
Mengenverhältnissen einzusetzen. Das Mischen kann prinzipiell
auch im (getrockneten) Gel-Zustand erfolgen. Wichtig ist dabei
nur, daß eine homogene Mischung der Komponenten erhalten wird.
Dies wird am zuverlässigsten mit Hilfe von Dispersionen
(Suspensionen) in einem wäßrigen oder organischen Medium
erreicht. Die dazu eingesetzten Dispersionen müssen stabil
sein. Dies wird zum Beispiel mit in der Keramik üblichen
Verfahren durch Zugabe von Dispergierhilfen (anorganische oder
organische Säuren, organische Polyelektrolyte, kationische,
anionische und nicht-ionische Tenside usw.) erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich gemäß einer weiteren
Alternative auch so durchführen, daß man irgendeines der oben
beschriebenen nanoskaligen Ausgangsmaterialien (nanodisperses
Sol) im Gewichtsverhältnis von 99 : 1 bis 1 : 99 auf Feststoff
basis mit handelsüblichem α-Al₂O₃-Sinterpulver mit einer
Teilchengröße von < 100 nm (und gewöhnlich bis zu 5 µm,
vorzugsweise bis zu 3 µm) homogen mischt. Vorzugsweise beträgt
das Gewichtsverhältnis 95 : 5 bis 5 : 95, und insbesondere 80 : 20
bis 20 : 80. Wie bereits im vorstehend beschriebenen Fall der
Mischung von nanodispersen Ausgangsmaterialien unterschiedli
cher Herkunft kann das Mischen in trockenem Zustand oder in
Suspension erfolgen, wobei die Dispergierung in einem Disper
giermedium (z. B. in Wasser oder in einem organischen Lösungs
mittel, wie zum Beispiel einem Alkohol) bevorzugt wird.
Wichtig ist jedoch auch hier nur, daß eine homogene Mischung
erhalten wird. Auch in diesem Fall können die oben bereits
erwähnten Dispergierhilfen eingesetzt werden.
Gemäß der soeben geschilderten Alternative des erfindungs
gemäßen Verfahrens ist es möglich, auch aus herkömmlichen
α-Al₂O₃-Sinterpulvern mit Teilchengrößen im Sub-mikron- und
Mikron-Bereich α-Al₂O₃-Sinterkörper mit mikrokristallinem
Gefüge (und vorzugsweise mit Korngrößen im Bereich von 0,05
bis 5 µm) herzustellen. Selbstverständlich können bei allen
oben geschilderten Alternativen des erfindungsgemäßen Ver
fahrens der erhaltenen homogenen Dispersion oder der erhalte
nen homogenen Feststoffmischung zusätzliche organische
Prozeßhilfsmittel zugegeben werden, um die Verarbeitbarkeit
für ein bestimmtes keramisches Formgebungsverfahren, wie zum
Beispiel Foliengießen, Schlicker(druck)guß, Gel-Casting und
andere, einzustellen.
Wurde eine Dispersion (Suspension) erhalten, wird diese
vorzugsweise in ein Gel überführt. Geeignete Verfahren hierfür
sind allgemein bekannt, wie zum Beispiel Lösungsmittelentzug,
thermisches Gelieren mit oder ohne Zusatz organischer Hilfs
mittel, wie z. B. Cellulosen, und die in-situ-Erzeugung von
Protonen oder OH-Ionen durch thermische oder lichtinduzierte
Zersetzung von entsprechenden Verbindungen. Das Gel kann einer
Formgebung unterzogen und durch einschlägig bekannte Techniken
in ein Granulat überführt werden, das unter Berücksichtigung
der beim Trocknen, Calcinieren und Sintern eintretenden
Schwindung die gewünschte Körnung ergibt. Das Gel bzw. die
Gelbrocken werden anschließend getrocknet, wobei Temperaturen
von 25 bis 200°C und gegebenenfalls reduzierter Druck angewen
det werden. Das getrocknete Material wird anschließend
calciniert, um organische Hilfsmittel zu entfernen und die
Kristallisation von α-Al₂O₃ herbeizuführen. Dies geschieht je
nach Zusammensetzung des Pulvers im allgemeinen bei Temperatu
ren bis 1200°C, vorzugsweise bis 1000°C. Hieran schließt sich
eine Sinterung bei Temperaturen von im allgemeinen 800 bis
1800°C, vorzugsweise 1000 bis 1700°C und insbesondere 1000 bis
1600°C, an.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es,
gesinterte α-Al₂O₃-Teilchen mit einer Dichte 90% der
theoretischen Dichte und mit einer Härte, die gewöhnlich im
Bereich von 12 bis 24 GPa liegt, sowie mit einem mikrokristal
linen Gefüge herzustellen.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der
vorliegenden Erfindung, ohne deren Umfang jedoch zu beschrän
ken.
In ein Becherglas wurde vollentsalztes Wasser (im folgenden
als VE-H₂O bezeichnet) vorgelegt, dessen pH durch Zugabe von
Salpetersäure auf 3 eingestellt wurde. Über einen Zeitraum von
1 Stunde wurde die berechnete Menge von im Handel erhältli
chem Böhmit-Pulver (Disperal der Firma Condea, 25 Gew.-%)
unter Rühren zugesetzt, wobei der pH-Wert ständig kontrolliert
und gegebenenfalls durch Zugabe von HNO₃ wieder auf 3 einge
stellt wurde. Nach Beendigung der Pulverzugabe wurde die
Suspension eine weitere Stunde lang gerührt. Die vollständige
Deagglomeration der Pulverpartikel erfolgte durch eine 15-
minütige Ultraschallbehandlung der Suspension unter Eisküh
lung. Bis zur weiteren Verwendung wurde die Suspension in
einem verschlossenen Gefäß unter Rühren aufbewahrt.
Die Herstellung der Suspension aus handelsüblichem α-Al₂O₃-
Sinterpulver (Teilchengröße 100 nm bis 3 µm) erfolgte analog
dem oben unter 1.1 beschriebenen Verfahren. Der Feststoff
gehalt der Suspension wurde auf ca. 65 Gew.-% eingestellt.
Zur Herstellung einer Mischung von 25 Gew.-% Böhmit (bezogen
auf den Gesamtfeststoffgehalt) und 75 Gew.-% α-Al₂O₃ wurden
0,54 kg der wie oben unter 1.1 beschrieben hergestellten
Böhmitsuspension in einem Becherglas vorgelegt und 0,623 kg
α-Al₂O₃-Suspension (hergestellt wie unter 1.2 beschrieben)
wurden unter starkem Rühren dazugegeben. Unter Eiskühlung
wurde die Suspension anschließend mit Hilfe eines Ultra-
Turrax (T 25) für weitere zwei Minuten homogenisiert und
anschließend in den Gelzustand überführt. Die Trocknung
erfolgte in einem Ofen (T 100°C), einem Gefriertrockner oder
an der Luft.
Die Herstellung der Extrusionsmasse erfolgte in einem beheiz
baren und evakuierten Kneter mit Sigmaschaufeln. In der
Kneterkammer wurden ca. 0,15 1 VE-H₂O vorgelegt. Es wurde so
viel Magnesiumnitrat-Hexahydrat zugegeben, daß nach dem
Sintern 1,0 Gew.-% MgO, bezogen auf den Feststoffgehalt in dem
Sinterkörper, vorlagen. Nach Zugabe von 0,55 kg getrockneten
Gelpulvers und gründlichem Kneten wurde eine pastöse Masse
erhalten. Diese wurde zunächst bei 50°C durch ständiges Kneten
über einen Zeitraum von mehreren Stunden homogenisiert und
anschließend bei einem Druck von < 100 mbar in dem Kneter zu
einer extrusionsfähigen Masse aufkonzentriert.
Die Extrusion der Masse, die nach dem oben beschriebenen
Verfahren hergestellt wurde, erfolgte in einem Kolbenextruder.
Die zu extrudierende Masse wurde in den Kolben mit einem daran
angeflanschten Mundstück gefüllt. Nach Einbau des Kolbens in
den Zylinder wurde die gesamte Einheit (Kolben, Zylinder und
Mundstück) in eine hydraulische Presse (Maximallast 400 kN)
eingebaut. Anschließend wurde der Extrusionszylinder mit der
darin enthaltenen Masse durch das Mundstück mittels einer
Membranpumpe evakuiert (2 Minuten, 40 mbar). Die Extrusion
erfolgte durch kontrollierten Druckaufbau mittels Anlegen
einer Last auf den Kolben. Der Extrusionskolben wurde dazu
über die hydraulische Presse mit einer einstellbaren gleich
förmig linearen Geschwindigkeit in den Zylinder gepreßt. Mit
ansteigendem Druck begann die Masse plastisch zu fließen und
wurde durch das sich verjüngende Mundstück (Düsenform)
gepreßt. Die Extrusion des Grünkörpers erfolgte dabei in
Richtung der Schwerkraft.
Die gemäß 1.5 erhaltenen Grünkörper wurden an der Luft
getrocknet und anschließend in einem Backenbrecher auf die
geeignete Korngröße zerkleinert. In einem abschließenden
Sinterprozeß wurden die erhaltenen groben Pulver entsprechend
dem folgenden Sinterprogramm gesintert:
Aufheizrate Raumtemperatur bis 500°C: 5 K/Minute
Haltezeit bei 500°C: 1 Minute
Aufheizrate 500°C bis 1450°C: 15 K/Minute
Haltezeit 1450°C: 90 Minuten
Abkühlrate 1450°C bis 60000: 30 K/Minute, danach Ofenabkühlung.
Aufheizrate Raumtemperatur bis 500°C: 5 K/Minute
Haltezeit bei 500°C: 1 Minute
Aufheizrate 500°C bis 1450°C: 15 K/Minute
Haltezeit 1450°C: 90 Minuten
Abkühlrate 1450°C bis 60000: 30 K/Minute, danach Ofenabkühlung.
264,4 g Aluminium-sek-butylat wurden in 200 g Isopropanol
gelöst, und unter Kühlung wurde eine Lösung von 70,6 g
Acetessigsäureethylester in 200 g Isopropanol innerhalb von
2 Stunden zugetropft. Anschließend wurden 48,4 g Wasser in 200 g
Isopropanol gelöst und dem gelösten komplexierten Aluminium-
Alkoholat zugegeben. Danach wurde so lange Isopropanol ab
destilliert, bis eine hochviskose Masse entstanden war. Diese
konnte direkt weiterverarbeitet oder durch Trocknen in ein
Gelpulver überführt werden.
Zu einer 15 Gew.-%-igen Böhmitsuspension, die in Wasser aus
Disperal der Firma Condea durch Zugabe von HNO₃ (pH = 2) in
ähnlicher Weise wie oben unter 1.1 beschrieben hergestellt
worden war, wurden eine Lösung von 5,8 g Magnesiumnitrat in
20 ml H₂O und danach 1,3 g des gemäß 2.1 oben hergestellten
Gelpulvers gegeben. Die Mischung wurde durch Verdampfen des
Lösungsmittels in ein Gel überführt und anschließend nach dem
folgenden Calcinier- und Sinterprogramm thermisch nachbehan
delt:
Aufheizrate Raumtemperatur bis 600°C: 3 K/Minute
Haltezeit bei 600°C: 60 Minuten
Aufheizrate 600°C bis 1000°C: 10 K/Minute
Haltezeit bei 1000°C: 6 Minuten
Aufheizrate 1000°C bis 1400°C: 15 K/Minute
Haltezeit bei 1400°C: 60 Minuten
Abkühlrate auf Raumtemperatur: Ofenabkühlung.
Aufheizrate Raumtemperatur bis 600°C: 3 K/Minute
Haltezeit bei 600°C: 60 Minuten
Aufheizrate 600°C bis 1000°C: 10 K/Minute
Haltezeit bei 1000°C: 6 Minuten
Aufheizrate 1000°C bis 1400°C: 15 K/Minute
Haltezeit bei 1400°C: 60 Minuten
Abkühlrate auf Raumtemperatur: Ofenabkühlung.
Claims (13)
1. Verfahren zur Herstellung von α-Al₂O₃-Sinterkörpern mit
mikrokristallinem Gefüge, dadurch gekennzeichnet, daß man
- (a) (i) eine hydrolysierbare, molekulare, komplexierte Aluminiumverbindung in an sich bekannter Weise einer hydrolytischen Kondensation unter Herstellung eines nanodispersen Sols mit Teilchengrößen 100 nm unterzieht; oder
- (ii) eine metastabile, in α-Al₂O₃ umwandelbare Aluminium- Sauerstoffverbindung in an sich bekannter Weise in ein nanodisperses Sol mit Teilchengrößen 100 nm überführt; oder
- (iii) die gemäß (i) und (ii) erhaltenen Produkte in beliebigem Verhältnis homogen miteinander mischt; oder
- (iv) die gemäß (i), (ii) oder (iii) erhaltenen Produkte im Gewichtsverhältnis von 99 : 1 bis 1 : 99 auf Feststoffbasis mit handelsüblichem α-Al₂O₃-Sinter pulver mit einer Teilchengröße von < 100 nm homogen mischt;
- (b) gegebenenfalls das so erhaltene Produkt in üblicher Weise in ein Gel überführt und dann einer Formgebung unter zieht; und
- (c) das gemäß (a) oder (b) erhaltene Produkt ohne vorherigen Zusatz von Impfkristallen in üblicher Weise trocknet, calciniert und sintert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei der komplexierten hydrolysierbaren Aluminium
verbindung von (i) um ein vorzugsweise mit einer β-
Dicarbonylverbindung komplexiertes Aluminiumalkoholat
handelt.
3. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Teilchengrößen im nanodispersen
Sol von (i) und (ii) 1 bis 100 nm betragen.
4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die metastabile, in α-Al₂O₃ umwandel
bare Aluminium-Sauerstoffverbindung aus Böhmit, Pseudo
böhmit, Hydragelit, Bayerit, γ-Al₂O₃ und Mischungen davon
ausgewählt wird und insbesondere Böhmit umfaßt.
5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis in (iv) 95 : 5
bis 5 : 95, insbesondere 80 : 20 bis 20 : 80, beträgt.
6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das handelsübliche α-Al₂O₃-Sinterpul
ver von (iv) eine Teilchengröße von bis zu 5 µm,
vorzugsweise bis zu 3 µm, aufweist.
7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das homogene Mischen gemäß (iii) und
(iv) durch Dispergieren, vorzugsweise in Anwesenheit von
Dispergierhilfen, in einem vorzugsweise wäßrigen Medium
erfolgt.
8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sintern in Anwesenheit von
üblichen Sinteradditiven, vorzugsweise in einer Menge von
0,05 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das α-Al₂O₃, durchgeführt
wird.
9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trocknung bei Temperaturen von
25 bis 200°C, gegebenenfalls unter vermindertem Druck,
durchgeführt wird.
10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Calcinierung bei Temperaturen von
bis zu 1200°C, insbesondere bis zu 1000°C, erfolgt.
11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern bei Temperatu
ren von 800 bis 1800°C, vorzugsweise 1000 bis 1600°C,
durchgeführt wird.
12. α-Al₂O₃-Sinterkörper mit mikrokristallinem Gefüge,
erhältlich nach dem Verfahren gemäß irgendeinem der
Ansprüche 1 bis 11.
13. Verwendung der α-Al₂O₃-Sinterkörper gemäß Anspruch 12 als
Schleifpulver oder zur Herstellung von Schleifmateria
lien.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944407296 DE4407296A1 (de) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | Verfahren zur Herstellung von alpha-Al¶2¶0¶3¶-Sinterkörpern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944407296 DE4407296A1 (de) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | Verfahren zur Herstellung von alpha-Al¶2¶0¶3¶-Sinterkörpern |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4407296A1 true DE4407296A1 (de) | 1995-09-07 |
Family
ID=6511906
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944407296 Withdrawn DE4407296A1 (de) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | Verfahren zur Herstellung von alpha-Al¶2¶0¶3¶-Sinterkörpern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4407296A1 (de) |
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WO2000069790A2 (de) * | 1999-05-14 | 2000-11-23 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur herstellung von aluminiumoxiden und daraus hergestellte produkte |
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1994
- 1994-03-04 DE DE19944407296 patent/DE4407296A1/de not_active Withdrawn
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