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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen lichtdurchlässigen Aluminiumoxidsinterkörper, wobei
der Gehalt an einem Alkalimetallelement und einem Erdalkalimetallelement
klein ist, (im Folgenden als lichtdurchlässiges Aluminiumoxid abgekürzt) und
ein Verfahren zur Herstellung desselben.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Haltbarkeit von lichtdurchlässigem
Aluminiumoxid, das in einer Lichtbogenröhre einer Lampe hoher Leuchtkraft
verwendet wird, steht in Verbindung mit der Gesamtlebensdauer der
Lampe und beeinflusst signifikant den Verbrauchsgüterwert.
In letzter Zeit wurden, insbesondere um die Beleuchtungskraft und
Farbeigenschaften einer Lampe zu verstärken, Druck und Temperatur
eines Füllgases
in einer Lichtbogenröhre erhöht, und
es ist höhere
Korrosionsbeständigkeit
gegenüber
Säure und
Alkali, Halogen und Ionenplasma erforderlich. Auch wird bei der
Verwendung in einer Halbleiterherstellungsvorrichtung und dergleichen,
beispielsweise in einem Plasmaätzvorrichtungselement
die Plasmaenergie beim Ätzen
zur Erhöhung
der Lochtiefe, die eine hohe Integration begleitet, erhöht, und
es ist lichtdurchlässiges
Aluminiumoxid mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit erforderlich.
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Die
Korrosion eines Aluminiumoxidsinterkörpers durch eine saure Lösung oder
alkalische Lösung
oder ein Halogengas und Plasma wird hauptsächlich durch verbliebene Poren
und Verunreinigungen verursacht. Im Falle von lichtdurchlässigem Aluminiumoxid
sind verbliebene Poren klein und der Gehalt an denselben ist klein,
weshalb die Korrosionsbestän digkeit
signifikant durch Verunreinigungen beeinflusst wird. Obwohl die Verwendung
von Magnesium als Sintermittel beim Sintern von lichtdurchlässigem Aluminiumoxid
allgemein sehr verbreitet ist, nimmt für den Fall, dass Magnesiumoxid
in einer großen
Menge vorhanden ist, die Korrosionsbeständigkeit eines Aluminiumoxidsinterkörpers gegenüber einem
Ionenplasma und Halogengas und einer Säurelösung oder Alkalilösung ab
(US-Patent 3026210, JP-A 8-245259, J. Illum. Engng. Inst., Band
74 (1990), Nr. 9, S. 34).
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Zusätzlich zu
als Sintermittel zugesetztem Magnesium zeigen ein Aluminiumoxidausgangsmaterialpulver
und Alkalimetallelemente (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), insbesondere Li,
Na, K, oder Erdalkalimetallelemente (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), insbesondere
Ca, die bei einem Aluminiumoxidsinterkörperherstellungsverfahren gemischt
werden, eine chemische Reaktion mit einem Ionenplasma und Halogengas
und einer Säurelösung oder Alkalilösung und
dergleichen. Daher ist es zur Verstärkung der Haltbarkeit von lichtdurchlässigem Aluminiumoxid
wichtig, die Menge an einem Alkalimetallelement und Erdalkalimetallelement
in einem Sinterkörper
auf ein möglichst
niedriges Niveau zu kontrollieren.
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Jedoch
wird bei Sintern unter Verringerung der Atmosphäre von atmosphärischem
Druck bis zu Vakuum, wenn Magnesiumoxid nicht vorhanden ist oder
die vorhandene Menge desselben gering ist, lichtdurchlässiges Aluminiumoxid
aufgrund von anomalem Kornwachstum nicht erhalten. Ferner offenbart
FC Report, Band 13 (1995), Nr. 11, S. 308, worin kein wirksames
Sintermittel zur Unterdrückung
des Kornwachstums außer
Magnesiumoxid bekannt ist, auch, dass Magnesiumoxid zum Sintern
von lichtdurchlässigem
Aluminiumoxid unumgänglich
notwendig ist und Magnesiumoxid mit einer Konzentration von mindestens
100 ppm oder mehr notwendig ist.
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Andererseits
ist ein Verfahren zur Herstellung von lichtdurchlässigem Aluminiumoxid
mit einem äußerst geringen Magnesiumgehalt
in JP-A-193760 und 4-370643 beschrieben. Jedoch bestehen die Probleme, dass
dieses Verfahren kein Sinterverfahren mit konstantem Druck ist und
eine Hochdruckbehandlungsvorrichtung, wie eine heiße isostatische
Presse und dergleichen notwendig ist, was zu hohen Kosten führt, und
ein Sinterkörper
großen
Ausmaßes
kann nicht hergestellt werden und dergleichen.
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Ferner
ist ein Verfahren zur Herstellung von lichtdurchlässigem Aluminiumoxid,
wobei überhaupt
kein Magnesium zugesetzt ist, in JP-A-8-3101666 beschrieben. Jedoch
zeigt auch dieses Verfahren die Probleme, dass (1) es notwendig
ist, ein Waschen mit einem Chelatbildner durchzuführen, da
die Lichtdurchlässigkeit durch
eine kleine Menge einer Verunreinigung in einem Ausgangsmaterial
oder einem vorgebrannten Körper signifikant
beeinflusst wird, (2) ein kostenaufwendiges Oxid eines Übergangsmetallelements
als Additiv notwendig ist, (3) eine heiße isostatische Pressvorrichtung
in einer Produktionsstufe notwendig ist, was zu einem komplizierten
Verfahren und höheren
Kosten führt,
sowie andere Probleme.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung führten intensive Untersuchungen
zur Lösung
der im Vorhergehenden genannten Probleme durch und sie ermittelten
infolgedessen, dass der angestrebte lichtdurchlässige Aluminiumoxidsinterkörper dadurch
erhalten wird, dass ein Pulvergemisch, das durch Zugabe eines Sintermittels,
das einen geringen Gehalt an einer Magnesiumverbindung aufweist,
zu einem α-Aluminiumoxidpulver, das
ein polyedrisches Primärteilchen
mit im Wesentlichen keiner gebrochenen Oberfläche umfasst, hergestellt wurde,
verwendet und das Pulvergemisch unter spezifischen Bedingungen gesintert
wird, und gelangten so zur vorliegenden Erfindung.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das
heißt,
die vorliegende Erfindung stellt die folgenden Aspekte (1) bis (2)
bereit.
- (1) Ein lichtdurchlässiger Aluminiumoxidsinterkörper, wobei
der Gesamtgehalt an einem Alkalimetallelement und einem Erdalkalimetallelement
50 ppm oder weniger beträgt
und die lineare Durchlässigkeit
von Licht mit einer Wellenlänge
von 600 nm bei einer Dicke des Sinterkörpers von 0,85 mm 40 oder mehr
beträgt.
- (2) Ein Verfahren zur Herstellung eines lichtdurchlässigen Aluminiumoxidsinterkörpers nach
der Beschreibung bei (1), wobei der Sinterkörper durch Formen eines Pulvergemischs,
das durch Zugabe eines Sintermittels zu einem α-Aluminiumoxidpulver, das ein
polyedrisches Primärteilchen
mit im Wesentlichen keiner gebrochenen Oberfläche umfasst, eine spezifische
Oberfläche
nach BET von 1 bis 10 m2/g und eine Reinheit
von 99,99 % oder mehr aufweist, hergestellt wurde, und Sintern des
Grünkörpers bei
einer Temperatur von 1700 bis 1900 °C in einer reduzierenden Atmosphäre von atmosphärischem
Druck bis Vakuum erhalten wird.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden detailliert erläutert.
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Zunächst wird
der lichtdurchlässige
Aluminiumoxidsinterkörper
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Der
lichtdurchlässige
Aluminiumoxidsinterkörper
der vorliegenden Erfindung ist ein lichtdurchlässiger Aluminiumoxidsinterkörper, wobei
der Gesamtgehalt an einem Gesamtgehalt an einem Alkalimetallelement und
einem Erdalkali metallelement nur 50 ppm oder weniger beträgt und die
lineare Durchlässigkeit
von Licht mit einer Wellenlänge
von 600 nm bei einer Dicke des Sinterkörpers von 0,85 mm 40 % oder
mehr beträgt. Ferner
beträgt
die durchschnittliche Korngröße des Aluminiumoxidsinterkörpers vorzugsweise
5 μm oder
mehr bis 50 μm
oder weniger und die maximale Korngröße vorzugsweise das 1,5-fache
oder mehr der durchschnittlichen Korngröße und vorzugsweise ist die
Mikrostruktur gleichförmig.
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Als
Nächstes
wird das Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumoxidsinterkörpers der
vorliegenden Erfindung erläutert.
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Als
das Aluminiumoxid, das als Ausgangsmaterial bei dem Herstellungsverfahren
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, das heißt, als
das α-Aluminiumoxidpulver
mit einer spezfischen Oberfläche
nach BET von 1 bis 10 m2/g, das ein polyedrisches
Primärteilchen
mit im Wesentlichen keiner gebrochenen Oberfläche umfasst, wird ein α-Aluminiumoxidpulver
aufgelistet, das durch Sintern von Übergangsaluminiumoxid oder
einem Aluminiumoxidpulver, das durch eine Wärmebehandlung in einer Chlorwasserstoff
enthaltenden Gasatmosphäre
in Übergangsaluminiumoxid
umgewandelt wird, erhalten wird, und das α-Aluminiumoxid wird nach einem
Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumoxidpulvers mit einer Aluminiumoxidreinheit
der Höhe
99,99 % oder mehr, das ein Kristallteilchen von α-Aluminiumoxid umfasst, gemäß der Beschreibung
in JP-A-6-191833, 6-191836 und dergleichen erhalten.
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Als
das im Vorhergehenden genannte α-Aluminiumoxidpulver,
das als Ausgangsmaterial bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, werden beispielsweise SUMICORUNDUM AA03
(Primärteilchendurchmesser:
0,3 μm),
AA04 (Primärteilchendurchmesser:
0,4 μm),
AA05 (Primärteilchendurchmesser:
0,5 μm)
und AA07 (Primärteilchendurchmesser:
0,7 μm),
hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd., aufge listet. Die Reinheit
von allen derselben beträgt
99,99 Gew.-% oder mehr. Das in AA04 enthaltene Alkalimetallelement
und Erdalkalimetallelement sind im Hinblick auf das Alkalimetallelement
Li = 0,01 ppm, K < 2
ppm, Na = 1,7 ppm, und im Hinblick auf das Erdalkalimetallelement
Be <0,05 ppm, Mg
= 0,62 ppm, Ca <1
ppm, Sr <0,1 ppm,
Ba <2 ppm, gemäß Glimmentladung-Massenspektrometrie
(GD-MS).
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Das
in der vorliegenden Erfindung verwendete α-Aluminiumoxidpulver ist ein
nahezu monodisperses Pulver, wobei das Primärteilchen gleichförmig ist
und keinen Defekt enthält,
das D/H-Verhältnis
des Teilchens 0,5 oder mehr bis 3,0 oder weniger beträgt und Primärteilchen
nicht gegenseitig agglomeriert sind und ferner die Reinheit 99,99
% oder mehr beträgt.
Wenn dieses Pulver als Ausgangsmaterial verwendet wird, wird ein Grünkörper mit
gleichförmiger
Packungsstruktur erhalten.
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Bei
einem herkömmlichen
Aluminiumoxidpulver hoher Reinheit ist die Teilchengrößenverteilung
breit, ein feines Teilchen und ein Agglomerat feiner Teilchen und
dergleichen vorhanden und ferner eine amorphe Form eines Primärteilchens
vorhanden, weshalb die Sintergeschwindigkeit in Abhängigkeit
vom Ort im Grünkörper variiert
und infolgedessen in dem Sinterkörper
in beträchtlicher
Menge große
Poren vorhanden sind. Zur Verbesserung der Unregelmäßigkeit
der Sintergeschwindigkeit, die oben beschrieben wurde, ist die Zugabe
einer großen
Menge von Sintermitteln erforderlich. Dagegen ist bei dem in der
vorliegenden Erfindung verwendeten α-Aluminiumoxid die Teilchenpackungsstruktur
in einem Grünkörper wie
oben beschrieben gleichförmig,
weshalb folglich die Sintergeschwindigkeit keine Unregelmäßigkeit
umfasst und kein anomales Kornwachstum, wobei große Poren
verbleiben, erfolgt. Daher kann durch Sintern in einer reduzierenden
Atmosphäre
von atmosphärischem
Druck bis Vakuum ein lichtdurchlässiges
Aluminiumoxid mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit hergestellt wer den,
wobei die Zugabemenge von Magnesium als Sintermittel verringert
werden kann und die Aluminiumreinheit 99,99 % oder mehr beträgt, was
zu einem äußerst geringen
Gehalt an einem Alkalimetallelement und Erdalkalimetallelement im
Vergleich zu dem herkömmlichen
Verfahren unter Verwendung eines Aluminiumoxidpulvers hoher Reinheit
als Ausgangsmaterial führt.
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Das
Aluminiumoxidteilchen, das Hauptausgangsmaterial der vorliegenden
Erfindung, weist eine spezifische Oberfläche nach BET von vorzugsweise
1 bis 10 m2/g auf. Wenn die spezifische
Oberfläche
nach BET weniger als 1 m2/g beträgt, können Poren
mit einem Durchmesser von über
0,15 μm
in einem Grünkörper vorhanden
sein und es ist eine Sintertemperatur von 1900 °C oder mehr zum Verdichten erforderlich.
Wenn dagegen die spezifische Oberfläche nach BET über 10 m2/g beträgt,
kann die Sintergeschwindigkeit aufgrund von Agglomeration der Teilchen
nicht-gleichförmig
sein und infolgedessen muss die Zugabemenge des Sintermittels erhöht werden.
Ferner kann, wenn die Reinheit weniger als 99,99 % beträgt, die
Lichtdurchlässigkeit verringert
sein, da eine Verunreinigung Licht absorbiert, oder es kann wegen
des Vorhandenseins einer Verunreinigung anomales Kornwachstum auftreten,
wobei Poren verbleiben.
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Das
oben beschriebene α-Aluminiumoxidpulver
mit einer spezifischen Oberfläche
nach BET von 1 bis 10 m2/g weist eine Reinheit
von 99,99 % oder mehr auf. Wasser, organische Substanzen und Halogen,
die in Ausgangsmaterialien in einer Menge von weniger als 1 Gewichtsteil
enthalten sind, die aus den Ausgangsmaterialien durch Sintern bei
1000 °C
oder niedriger entfernt werden können,
beeinträchtigen
die Merkmale des Aluminiumoxidsinterkörpers der vorliegenden Erfindung
nicht, und das Vorhandensein derselben ist zulässig.
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Das
oben beschriebene α-Aluminiumoxidpulver
mit einer spezifischen Oberfläche
nach BET von 1 bis 10 m2/g ist vorzugsweise
ein Pulver, das ein α-Aluminiumoxidteilchen
mit einem D/H-Verhältnis
von 0,5 oder mehr bis weniger als 2,0, wobei D für den maximalen Teilchendurchmesser
parallel zur hexagonalen Gitterebene von α-Aluminiumoxid steht und H für den maximalen
Teilchendurchmesser vertikal zur hexagonal dichtesten Gitterebene
steht, mit einem anzahlgemittelten Teilchendurchmesser von 0,01 μm oder mehr
bis 1,0 μm oder
weniger und mit einer Teilchengrößenverteilung
D90/D10 von 10 oder weniger, wenn D10 und D90 für die Teilchendurchmesser bei
kumulativen 10 % bzw. 90 % ausgehend von der Seite feiner Teilchen
der kumulativen Teilchengrößenverteilung
stehen, umfasst.
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In
der vorliegenden Erfindung werden Magnesiumoxid und ferner ein Sintermittel,
wie Yttriumoxid und dergleichen, zu dem im Vorhergehenden genannten α-Aluminiumoxidpulver
mit einer spezifischen Oberfläche nach
BET von üblicherweise
1 bis 10 m2/g, zweckmäßigerweise 2 bis 7 m2/g, vorzugsweise 3 bis 5 m2/g,
gegeben, und ein Lösemittel,
organisches Bindemittel, Plastifizierungsmittel und Dispergiermittel
in das gebildete Pulvergemisch gemischt, um eine Aufschlämmung herzustellen.
Als Nächstes
wird unter Verwendung dieser Aufschlämmung eine Formung durchgeführt, und
der Grünkörper wird
bei einer Temperatur von 500 bis 1500 °C an der Atmosphäre, falls
nötig,
vorgebrannt, und dann wird der vorgebrannte Körper bei einer Temperatur von
1700 bis 1900 °C
in reduzierender Atmosphäre
von atmosphärischem
Druck bis Vakuum gesintert, wobei der angestrebte Aluminiumoxidsinterkörper hergestellt
wird.
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Als
Sintermittel werden eine Magnesiumverbindung zugesetzt oder eine
Magnesiumverbindung und eine oder mehrere Verbindungen, die aus
der Gruppe von Verbindungen von Elementen der Gruppe IIIA oder Elementen
der Gruppe IVA des Periodensystems ausgewählt sind, in einer Menge von
1 bis 100 Gew.-%, bezogen auf Magnesium zugesetzt. Insbesondere
ist eine Magnesiumverbindung bevorzugt oder ferner eine Magnesiumverbindung
und eine Yttriumverbindung bevorzugt. Beispiele für diese
Verbindungen umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Oxide, Nitrate,
Acetate, Hydroxide, Chloride und dergleichen, vorausgesetzt diese sind
Verbindungen, die bei 1200 °C
oder niedriger bei einem Vorbrennen an der Atmosphäre in Oxide
umgewandelt werden. Als die günstigsten
Beispiele werden Magnesiumnitrat aufgelistet oder ferner Magnesiumnitrat
und Yttriumnitrat aufgelistet. Üblicherweise
wird Magnesium in einer Menge von 10 ppm oder mehr bis 100 ppm oder
weniger, vorzugsweise 10 ppm oder mehr bis 50 ppm oder weniger in
Form des Oxids zu dem im Vorhergehenden genannten Aluminiumoxidpulver
gegeben. Alternativ wird Yttrium zu dem im Vorhergehenden genannten
Aluminiumoxidpulver in einer Menge von 1 ppm oder mehr bis 100 ppm
oder weniger in Form des Oxids, vorzugsweise in einer Menge von
20 Gew.-% der Magnesiummenge in Form des Oxids zusätzlich zu
Magnesium gegeben. Beispielsweise wird, wenn Magnesium in einer
Menge von 50 ppm zugegeben wird, Yttriumoxid am günstigsten
in einer Menge von 10 ppm zugegeben.
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Als
Nächstes
wird ein Verfahren zur Herstellung der Aufschlämmung im Folgenden erläutert. Zunächst werden
das im Vorhergehenden genannte Aluminiumoxidausgangsmaterialpulver,
Lösemittel
und Dispergiermittel in geeigneten Mengen gemischt und mechanisch
gerührt
und gemischt. Bei einem derartigen Verfahren wird das Mischen allgemein
in breitem Umfang in einer Kugelmühle durchgeführt, während in
der vorliegenden Erfindung, da das als Ausgangsmaterial verwendete
Aluminiumoxidpulver ein Pulver mit gleichförmiger Teilchenform ist und
wenig Agglomeration enthält,
das Pulver durch Dispergieren mit einer Ultraschallreinigungsvorrichtung
oder Dispergieren mit einem Ultraschallhomogenisator ohne weiteres
in einem Lösemittel
unter Bildung einer gleichförmigen
Aufschlämmung
dispergiert wird. Ein Dispergierverfahren unter Verwendung keiner Medien,
wie Keramikkugeln und derglei chen, ist im Hinblick auf das Verhindern
des Einmischens von einem Oxid oder Salzen eines anderen Elements
als Aluminium nicht günstig.
Es ist günstig,
wenn die Ultraschallfrequenz 10 kHz oder mehr, vorzugsweise 25 kHz
oder mehr beträgt,
wenn der Gefäßinhalt
40 l beträgt.
Es ist günstig,
wenn die Rühr-
und Mischdauer beispielsweise 30 min oder mehr beträgt, wenn
die Menge der Aufschlämmung
10 l beträgt,
obwohl diese Zeit in Abhängigkeit
von dem Fassungsvermögen
der Aufschlämmung abhängt. Nach
ausreichendem Dispergieren des Ausgangsmaterialpulvers gemäß der obigen
Beschreibung wird ein organisches Bindemittel eingemischt. Es ist
günstig,
wenn dieses Mischen während
1 h oder mehr durchgeführt
wird, wenn die Menge der Aufschlämmung
10 l beträgt.
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Die
wie oben beschrieben hergestellte Aufschlämmung kann unter vermindertem
Druck entschäumt werden.
Alternativ können
verschiedene Entschäumungsmittel
verwendet werden. Ferner kann in Abhängigkeit von dem folgenden
Formverfahren die Viskosität
durch Zugabe verschiedener pH-Kontrollmittel und Flockungsmittel
auf 50 bis 10.000 Centipoise gesteuert werden. Beispielsweise wird
bei der Granulation mittels eines Sprühtrockners die Viskosität der Aluminiumaufschlämmung durch
pH-Kontrolle mit einer wässrigen Salzsäurelösung oder
Ammoniaklösung
und dergleichen zur Herstellung kugelförmiger Granulatkörnchen auf 300
bis 400 Centipoise gesteuert. Ferner kann die Konzentration von
Aluminiumoxid in der Aufschlämmung auch
durch stehende Ausfällung,
Konzentration unter vermindertem Druck durch Zentrifugentrennung,
Rotationsverdampfer und dergleichen erhöht werden.
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Als
Lösemittel
wird Wasser hauptsächlich
für den
Fall von als Bindemittel verwendetem Polyvinylalkohol bei der Herstellung
eines Granulats durch einen Sprühtrockner
verwendet, obwohl dies in Abhängigkeit
von der Art des verwendeten Bindemittels und des Formverfahrens
variiert. Abhängig
von der Rezeptur können verschiedene
organische Lösemittel
ebenfalls verwendet werden.
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Als
Dispergiermittel wird ein Ammoniumsalz einer Polycarbonsäure [beispielsweise,
Handelsbezeichnung: SN-Dispersant 5468, hergestellt von SAN NOPCO
Limited (K.K.)] hauptsächlich
verwendet, wenn das Lösemittel
Wasser ist. Ferner werden im Falle eines organischen Lösemittels
Ethyloleat, Sorbitanmonooleat, Sorbitantrioleat, Polycarbonsäure und
dergleichen verwendet und insbesondere ist als das als das Ausgangsmaterial
in der vorliegenden Erfindung verwendete Aluminiumoxidausgangsmaterialpulver
ein Pulver auf Polyesterbasis [Handelsbezeichnung: TEXAPHOR 3012,
hergestellt von SAN NOPCO Limited (K.K.)] bevorzugt, jedoch sind
Beispiele nicht hierauf beschränkt.
In Abhängigkeit
von dem mitverwendeten organischen Bindemittel kann eine Aufschlämmung mit
niedrigerer Viskosität
hergestellt werden, wenn kein Dispergiermittel verwendet wird.
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Beispiele
für das
in der vorliegenden Erfindung verwendete organische Bindemittel
umfassen, ohne hierauf beschränkt
zu sein, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetal, verschiedene Acrylpolymere,
Methylcellulose, Polyvinylacetat, ein Polyvinyl-Butyral-System, verschiedene Wachse
und verschiedene Polysaccharide.
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Als
Plastifizierungsmittel werden Ethylenglykol, Diethylenglykol, Polyethylenglykol,
Glycerin, Polyglycerin, verschiedene Ester und dergleichen verwendet,
obwohl dies in Abhängigkeit
von dem verwendeten organischen Bindemittel variiert. Insbesondere
werden, wenn ein organisches Lösemittel
verwendet wird, Dibutylphthalat, Diethylhexylphthalat und dergleichen
vorzugsweise verwendet, jedoch sind die Beispiele hierfür in der
vorliegenden Erfindung nicht auf diese beschränkt.
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In
der vorliegenden Erfindung kann zwar ein Gleitmittel, Flockungsmittel
und pH-Kontrollmittel als das weitere Additiv zugesetzt werden,
doch ist es wichtig, dass keine anor ganische Verunreinigung außer Aluminium
in einem Lösemittel
oder kein anderes Additiv als Aluminiumoxid vorhanden ist. Ferner
ist es zur Verstärkung
der Lichtdurchlässigkeit
bevorzugt, dass überhaupt
keine organische Substanz zugesetzt wird, vorausgesetzt, es treten
keine Probleme hinsichtlich der Formhalteeigenschaft eines Grünkörpers und
der Handhabung bei der Behandlung auf.
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In
der vorliegenden Erfindung können
als das Formverfahren herkömmliche
Verfahren, wie ein Engobiergießverfahren,
Zentrifugengießverfahren,
Extrusionsformverfahren und dergleichen, unter Verwendung der im
Vorhergehenden genannten Aufschlämmung
verwendet werden. Ferner kann nach der Überführung der im Vorhergehenden
genannten Aufschlämmung
in ein Granulat mittels Sprühtrocknen
und dergleichen das Granulat einem Formpressen und kaltem isostatischem
Pressen unterzogen werden.
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Im
Falle des kalten isostatischen Pressens wird die im Vorhergehenden
genannte Aufschlämmung mittels
Sprühtrocknen
und dergleichen in ein Granulat überführt, dieses
Granulat mittels einer uniaxialen Presse mit einem Druck von zweckmäßigerweise
50 bis 500 kg/cm2, vorzugsweise 200 bis
300 kg/cm2 gepresst, dann mittels einer
kalten isostatischen Pressvorrichtung mit einem Druck von zweckmäßigerweise
0,5 bis 3 t/cm2, vorzugsweise 1,0 bis 1,5
t/cm2 isotrop gepresst und der gebildete
Grünkörper zu
einer gegebenen Form weiterbehandelt.
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Ein
durch das im Vorhergehenden genannte Verfahren erhaltener Grünkörper wird
zweckmäßigerweise
1 h oder mehr bei einer Temperatur von 500 bis 1500 °C, vorzugsweise
3 h oder mehr bei einer Temperatur von 900 bis 1200 °C zur Entfernung
des Bindemittels vorgebrannt. Als Nächstes wird der Grünkörper bei
einer Temperatur von üblicherweise
1700 bis 1900 °C,
zweckmäßigerweise
1750 bis 1850 °C,
vorzugsweise 1780 bis 1820 °C
in reduzierender Atmosphäre
von atmosphärischem Druck
bis Vakuum, vorzugsweise in Wasserstoffatmosphäre von atmosphärischem
Druck gesintert, um das angestrebte lichtdurchlässige Aluminiumoxid herzustellen.
Wenn die Sintertemperatur weniger als 1700 °C beträgt, kann die Lichtdurchlässigkeit
geringer sein, da das Korn nicht ausreichend wächst. Dagegen können, wenn
das Sintern bei einer Temperatur von höher als 1900 °C durchgeführt wird,
die Korngröße des Sinterkörpers zunehmen,
Poren verbleiben, die Lichtdurchlässigkeit abnehmen und die mechanische
Festigkeit des Sinterkörpers
abnehmen.
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Der
durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung erhaltene
Sinterkörper
ist ein lichtdurchlässiger
Aluminiumoxidsinterkörper,
wobei der Gesamtgehalt an einem Alkalimetallelement und einem Erdalkalimetallelement
nur 50 ppm oder weniger beträgt
und die lineare Durchlässigkeit
von Licht mit einer Wellenlänge
von 600 nm bei einer Dicke des Sinterkörpers von 0,85 mm 40 % oder
mehr beträgt.
Ferner beträgt
der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Kristallstruktur des
oben genannten Sinterkörpers
vorzugsweise 5 μm
oder mehr bis 50 μm
oder weniger und der Teilchendurchmesser der maximalen Struktur
in der Kristallstruktur vorzugsweise das 1,5-fache oder mehr des
durchschnittlichen Teilchendurchmessers, und die Struktur ist vorzugsweise
gleichförmig.
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Das
lichtdurchlässige
Aluminiumoxid der vorliegenden Erfindung ist ein lichtdurchlässiges Aluminiumoxid
mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit, das hauptsächlich für optische
Verwendungszwecke, wie verschiedene Lampenbauelemente, wie eine
Lichtbogenröhre
und dergleichen einer Entladungslampe hoher Intensität, wie eine
Natriumentladungslampe oder Metallhalogenidlampe und dergleichen,
als Halbleiterherstellungsgeräteelemente,
wie ein Mikrowellenbestrahlungsfenster, elektrostatisches Einspannelement,
Trockenätzkammer, Übertragungshand,
Vakuumeinspannvorrichtung, Vakuumkammer und dergleichen, als Seitentemperaturfenster
und der gleichen einer Hochtemperaturvorrichtung, oder als Biokeramikelement
zur Zahnkorrektur und dergleichen geeignet ist.
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Ferner
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung das im Vorhergehenden genannte lichtdurchlässige Aluminiumoxid
durch ein Herstellungsverfahren, wie Sintern und dergleichen, in
Wasserstoffatmosphäre
von atmosphärischem
Druck, ohne dass eine übermäßig große Anlage
erforderlich ist, ohne weiteres bereitgestellt werden.
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Beispiel
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Die
folgenden Beispiele erläutern
die vorliegende Erfindung im Detail, beschränken jedoch den Umfang der
vorliegenden Erfindung nicht.
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Verschiedene
Messungen in der vorliegenden Erfindung wurden wie im Folgenden
durchgeführt.
- (1) Ermittlung der spezifischen Oberfläche nach
BET
Diese wurde mittels Flow Sorb 2300, hergestellt von Shimadzu
Corp., ermittelt.
- (2) Ermittlung von D10 und D90 (Ermittlung der gewichtskumulativen
Teilchengrößenverteilung)
Diese
wurde durch ein Laserbeugungsstreuverfahren unter Verwendung eines
Master Sizer (hergestellt von Malvern Co.) ermittelt. Eine Aluminiumoxidaufschlämmung wird
durch Zugabe von 25 g einer 0,5 gew.-%igen wässrigen Lösung von Natrium-hexa-m-phosphat
zu 2,5 eines Aluminiumoxidpulvers und Bestrahlen dieses Lösungsgemischs
mit Ultraschall während
2 min durch einen Ultraschallhomogenisator hergestellt.
- (3) Messung des D/H-Verhältnisses
Pulverteilchen
werden unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM, hergestellt
von JEOL Ltd.: T-300) photographiert, und 5 bis 10 Teilchen wurden
von dieser Photographie ausgewählt
und das Bild wurde analysiert und der Mittelwert derselben wurde
berechnet.
- (4) Ermittlung der linearen Durchlässigkeit
Die Lichtdurchlässigkeit
bei einer Wellenlänge
von 600 nm eines kreisförmigen
Pellets mit einer Dicke von 0,85 mm, dessen beide Oberflächen unter
Verwendung einer Diamantaufschlämmung
spiegelglanzpoliert worden waren, wurde unter Verwendung von UV-1200,
hergestellt von Shimadzu Corp., (Spaltdurchmesser: 0,50 mm) ermittelt.
- (5) Beobachtung der Sinterkörpermikrostruktur
von lichtdurchlässigem
Aluminiumoxid
Das zur Ermittlung der Durchlässigkeit bei (4) verwendete
Pellet wurde 1 h an Luft erhitzt, und die Oberfläche desselben wurde unter Verwendung
eines optischen Mikroskops (T-300: hergestellt von Nikon Corp.) mit
einer Vergrößerung von
100 photographiert. Die Korngröße wurde
aus dieser Photographie mittels einer linearen Abschneidetechnik
ermittelt.
- (6) Quantitative Bestimmung eines Alkalimetallelements (quantitative
Bestimmung nach Flammenfarbeleuchtkraftverfahren)
Ein lichtdurchlässiger Aluminiumoxidsinterkörper wurde
in einem Bornitridmörser
gemahlen und dann in Ammoniumdihydrogenphosphat gelöst. Das
Spektrum der Flammenfarbe dieser Lösung wurde mittels eines Atomabsorptionsspektrophotometers (SAS760,
hergestellt von Seiko Instruments Inc.) ermittelt und quantitativ
bestimmt.
- (7) Quantitative Bestimmung eines Erdalkalimetallelements (ICP-AES-Quantifizierungsverfahren)
Ein
lichtdurchlässiger
Aluminiumoxidsinterkörper
wurde in einem Bornitridmörser
gemahlen und dann alkaligeschmolzen. Dieses geschmolzene Material
wurde mittels ICP-Emission (ICP Emission Spectral Analysis Apparatus,
Typ SPS1200VR, hergestellt von Seiko Instruments Inc.) analysiert.
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In
Vergleichsbeispielen wurden AKP-20 (spezifische Oberfläche nach
BET: 4,2 m2/g), hergestellt von Sumitomo
Chemical Co., Ltd. und UA5105 (spezifische Oberfläche nach
BET: 9,4 m2/g), hergestellt von Showa Denko
K.K., als Aluminiumoxidpulver mit einer Reinheit von 99,99 %, das
nicht in der Form eines Polyeders vorliegt und gebrochene Oberflächen aufweist,
verwendet.
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Beispiel 1
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α-Aluminiumoxidpulver,
hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd. (Handelsbezeichnung:
SUMICORUNDUM AA04), wurden als Ausgangsmaterial verwendet. Diese
Aluminiumoxidpulver umfassen polyedrische Teilchen mit 8 bis 20
Flächen
bzw. Oberflächen
mit im Wesentlichen keiner gebrochenen Oberfläche und einem D/H-Verhältnis von
1. Die spezifische Oberfläche
nach BET betrug 3,5 m2/g. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser
dieses Pulvers betrug nach einem Laserbeugungsstreuverfahren 0,52 μm. 5000 g
eines AA04-Pulvers,
3100 g Wasser (Lösemittel),
0,8 g (25 ppm als Magnesiumoxid, bezogen auf Aluminiumoxidpulver)
Magnesiumnitrathexahydrat (garantiert reagensrein) und 63,5 g einer
40 gew.-%igen wässrigen
Ammoniumpolycarboxylatlösung,
ein Dispergiermittel (Handelsbezeichnung: SN-Dispersant 5468, hergestellt
von SANNOPCO LIMITED) wurden durch Rühren 30 min gemischt, während mit
einer Ultraschalleinrichtung dispergiert wurde. Dann wurden 1000
g einer 10 gew.-%igen Polyvinylalkohollösung (Handelsbezeichnung: PVA-205C,
hergestellt von Kuraray Co., Ltd.) als organisches Bindemittel und
50 g Polyethylenglykol 400 (garantiert reagensrein) als Plastifizierungsmittel
zugesetzt und durch Rühren
während
60 min eingemischt, wobei eine Aufschlämmung hergestellt wurde.
-
Diese
Aufschlämmung
wurde mit hilfe von einem Sprühtrockner
sprühgetrocknet,
wobei ein Granulat hergestellt wurde. Dieses Granulat wurde auf
einen Wassergehalt von 0,5 Gew.-% angefeuchtet, dann in ein Formwerkzeug
gefüllt
und dann zu einem zylindrischen Grünkörper mit einem Durchmesser
von 20 mm und einer Höhe
von 5 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,3 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,5 t/m2 geformt. Dann wurde
dieser Grünkörper 3 h
bei 900 °C
an der Atmosphäre
zur Entfernung eines organischen Bindemittels vorgebrannt und dann
4 h bei 1800 °C
in Wasserstoff (Taupunkt: 0 °C)
gesintert. Die lineare Durchlässigkeit
des gebildeten Sinterkörpers
betrug 40 %. Die durchschnittliche Korngröße des Sinterkörpers betrug
36 μm und
die maximale Korngröße betrug
50 μm.
-
In
dem gebildeten Sinterkörper
betrugen Mg 16 ppm, Li <2
ppm, Na <5 ppm,
K <2 ppm und andere Alkalimetallelemente <1 ppm, andere Erdalkalimetallelemente <1 ppm und die Gesamtmenge
von Alkalimetallelementen und Erdalkalimetallelementen betrug weniger
als 30 ppm.
-
Beispiel 2
-
100
g des in Beispiel 1 beschriebenen AA04-Pulvers, 300 g Ethanol und
0,016 g Magnesiumnitrathexahydrat wurden durch Rühren während 30 min unter Dispergieren
mit einer Ultraschalleinrichtung gemischt. Dann wurde Ethanol mittels
eines Rotationsverdampfers entfernt, wobei ein Kuchen erhal ten wurde.
Dieser Kuchen wurde mit Heißluft
bei 150 °C
getrocknet, und dann in einem Mörser
gemahlen. Das gebildete Pulver wurde in ein Formwerkzeug gefüllt und
zu einem zylindrischen Formprodukt mit einem Durchmesser von 20 mm
und einer Höhe
von 5 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,3 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,0 t/m2 geformt. Dieser
Grünkörper wurde bei
900 °C an
der Atmosphäre
vorgebrannt und dann 4 h bei 1800 °C in Wasserstoff gesintert.
Die lineare Durchlässigkeit
des gebildeten Sinterkörpers
betrug 50%%. Die durchschnittliche Korngröße des Sinterkörpers betrug
40 μm und
die maximale Korngröße betrug
55 μm.
-
In
dem gebildeten Sinterkörper
betrugen Mg 16 ppm, Li <2
ppm, Na <5 ppm,
K <2 ppm und andere Alkalimetallelemente <1 ppm, andere Erdalkalimetallelemente <1 ppm und die Gesamtmenge
von Alkalimetallelementen und Erdalkalimetallelementen betrug weniger
als 30 ppm.
-
Beispiel 3
-
5000
g des in Beispiel 1 beschriebenen AA04-Pulvers, 3100 g Wasser, 0,8
g Magnesiumnitrathexahydrat, 0,085 g Yttriumnitrathexahydrat (5
ppm als Yttriumoxid, bezogen auf das gesamte Aluminiumoxidpulver) und
62,5 g eines Dispergiermittels, SN-Dispersant 5468, wurden durch
Rühren
während
30 min unter Dispergieren mit einer Ultraschalleinrichtung gemischt.
Dann wurden 1000 g einer 10 gew.-%igen Lösung von PVA-205C als organisches
Bindemittel und 50 g Polyethylenglykol 400 als Plastifizierungsmittel
zugesetzt und durch Rühren
während
60 min eingemischt, wobei eine Aufschlämmung hergestellt wurde.
-
Diese
Aufschlämmung
wurde mittels einem Sprühtrockner
sprühgetrocknet,
wobei ein Granulat hergestellt wurde. Dieses Granulat wurde auf
einen Wassergehalt von 0,5 Gew.-% angefeuchtet, dann in ein Formwerkzeug
gefüllt
und dann zu einem zylindrischen Grünkörper mit einem Durchmesser
von 20 mm und einer Höhe
von 5 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,3 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,5 t/m2 geformt. Dann wurde
dieser Grünkörper 3 h
bei 900 °C
an der Atmosphäre
zur Entfernung eines organischen Bindemittels vorgebrannt und dann
4 h bei 1800 °C
in Wasserstoff (Taupunkt: 0 °C)
gesintert. Die lineare Durchlässigkeit
des gebildeten Sinterkörpers
betrug 40 %. Die durchschnittliche Korngröße des Sinterkörpers betrug
36 μm und
die maximale Korngröße betrug
50 μm.
-
In
dem gebildeten Sinterkörper
betrugen Mg 16 ppm, Li <2
ppm, Na <5 ppm,
K <2 ppm und andere Alkalimetallelemente <1 ppm, andere Erdalkalimetallelemente <1 ppm und die Gesamtmenge
von Alkalimetallelementen und Erdalkalimetallelementen betrug weniger
als 30 ppm.
-
Beispiel 4
-
5000
g des in Beispiel 1 beschriebenen AA04-Pulvers, 3100 g Wasser (Lösemittel),
1,6 g Magnesiumnitrathexahydrat (5 ppm als Magnesiumoxid, bezogen
auf das gesamte Aluminiumoxidpulver) (garantiert reagensrein) und
63,5 g einer 40 gew.-%igen
wässrigen
Ammoniumpolycarboxylatlösung,
ein Dispergiermittel (Handelsbezeichnung: SN-Dispersant 5468, hergestellt
von SAN NOPCO) wurden durch Rühren
30 min gemischt, während
mit einer Ultraschalleinrichtung dispergiert wurde. Dann wurden
1000 g einer 10 gew.-%igen Polyvinylalkohollösung (Handelsbezeichnung: PVA-205C,
hergestellt von Kuraray Co., Ltd.) als organisches Bindemittel und
50 g Polyethylenglykol 400 (garantiert reagensrein) als Plastifizierungsmittel
zugesetzt und durch Rühren
während
60 min eingemischt, wobei eine Aufschlämmung hergestellt wurde.
-
Diese
Aufschlämmung
wurde mit hilfe von einem Sprühtrockner
sprühgetrocknet,
wobei ein Granulat hergestellt wurde. Dieses Granulat wurde auf
einen Wassergehalt von 0,5 Gew.-% angefeuchtet, dann in ein Formwerkzeug
gefüllt
und dann zu einem zylindrischen Grünkörper mit einem Durchmesser
von 20 mm und einer Höhe
von 5 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,3 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,5 t/m2 geformt. Dann wurde
dieser Grünkörper 3 h
bei 900 °C
an der Atmosphäre
zur Entfernung des organischen Bindemittels vorgebrannt und dann
4 h bei 1800 °C
in Wasserstoff (Taupunkt: 0 °C)
gesintert. Die lineare Durchlässigkeit
des gebildeten Sinterkörpers
betrug 49 %. Die durchschnittliche Korngröße des Sinterkörpers betrug
36 μm und
die maximale Korngröße betrug
50 μm.
-
In
dem gebildeten Sinterkörper
betrugen Mg 32 ppm, Li <2
ppm, Na <5 ppm,
K <2 ppm und andere Alkalimetallelemente <1 ppm, andere Erdalkalimetallelemente <1 ppm und die Gesamtmenge
von Alkalimetallelementen und Erdalkalimetallelementen betrug weniger
als 50 ppm.
-
Beispiel 5
-
100
g des in Beispiel 1 beschriebenen AA04-Pulvers, 300 g Ethanol und
0,032 g Magnesiumnitrathexahydrat wurden durch Rühren während 30 min unter Bestrahlen
mit Ultraschallwellen gemischt. Dann wurde Ethanol mittels eines
Rotationsverdampfers entfernt, wobei ein Kuchen erhalten wurde.
-
Dieser
Kuchen wurde mit Heißluft
bei 150 °C
getrocknet, und dann in einem Mörser
gemahlen. Das gebildete Pulver wurde in ein Formwerkzeug gefüllt und
zu einem zylindrischen Formprodukt mit einem Durchmesser von 20
mm und einer Höhe
von 5 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,3 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,0 t/m2 geformt. Dieser Grünkörper wurde
bei 900 °C
an der Atmo sphäre
vorgebrannt und dann 4 h bei 1800 °C in Wasserstoff gesintert.
Die lineare Durchlässigkeit
des gebildeten Sinterkörpers
betrug 64 %. Die durchschnittliche Korngröße des Sinterkörpers betrug
36 μm und
die maximale Korngröße betrug
50 μm.
-
In
dem gebildeten Sinterkörper
betrugen Mg 32 ppm, Li <2
ppm, Na <5 ppm,
K <2 ppm und andere Alkalimetallelemente <1 ppm, andere Erdalkalimetallelemente <1 ppm und die Gesamtmenge
von Alkalimetallelementen und Erdalkalimetallelementen betrug weniger
als 50 ppm.
-
Beispiel 6
-
100
g des in Beispiel 1 beschriebenen AA04-Pulvers, 300 g Ethanol und
0,032 g Magnesiumnitrathexahydrat und 0,0034 g Yttriumnitrathexahydrat
(10 ppm als Yttriumoxid, bezogen auf Aluminiumoxidpulver) wurden
durch Rühren
während
30 min unter Dispergieren mit einer Ultraschalleinrichtung gemischt.
Dann wurde Ethanol mittels eines Rotationsverdampfers entfernt,
wobei ein Kuchen erhalten wurde. Dieser Kuchen wurde mit Heißluft bei
150 °C getrocknet,
und dann in einem Mörser
gemahlen. Das gebildete Pulver wurde in ein Formwerkzeug gefüllt und
zu einem zylindrischen Formprodukt mit einem Durchmesser von 20
mm und einer Höhe
von 5 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,3 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,0 t/m2 geformt. Dieser
Grünkörper wurde
bei 900 °C an
der Atmosphäre
vorgebrannt und dann 4 h bei 1800 °C in Wasserstoff gesintert.
Die lineare Durchlässigkeit des
gebildeten Sinterkörpers
betrug 60 %. Die durchschnittliche Korngröße des Sinterkörpers betrug
36 μm und
die maximale Korngröße betrug
50 μm.
-
In
dem gebildeten Sinterkörper
betrugen Mg 32 ppm, Li <2
ppm, Na <5 ppm,
K <2 ppm und andere Alkalimetallelemente <1 ppm, andere Erdalkalimetallelemente <1 ppm und die Gesamtmenge
von Alkalimetallelementen und Erdalkalimetallelementen betrug weniger
als 50 ppm.
-
Beispiel 7
-
α-Aluminiumoxidpulver,
hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd. (Handelsbezeichnung:
SUMICORUNDUM AA03), wurden als Ausgangsmaterial verwendet. Diese
Aluminiumoxidpulver umfassen polyedrische Teilchen mit 8 bis 20
Flächen
bzw. Oberflächen
mit im Wesentlichen keiner gebrochenen Oberfläche und einem D/H-Verhältnis von
1. Die spezifische Oberfläche
nach BET betrug 5,2 m2/g. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser
dieses Pulvers betrug nach einem Laserbeugungsstreuverfahren 0,45 μm. 5000 g
eines AA03-Pulvers,
3100 g Wasser (Lösemittel),
1,6 g Magnesiumnitrathexahydrat (50 ppm als Magnesiumoxid, bezogen
auf Aluminiumoxidpulver) (garantiert reagensrein) und 63,5 g einer
40 gew.-%igen wässrigen
Ammoniumpolycarboxylatlösung,
ein Dispergiermittel (Handelsbezeichnung: SN-Dispersant 5468, hergestellt
von SUN NOPCO) wurden durch Rühren
30 min gemischt, während
mit einer Ultraschalleinrichtung dispergiert wurde. Dann wurden
1000 g einer 10 gew.-%igen Polyvinylalkohollösung (Handelsbezeichnung: PVA-205C, hergestellt
von Kuraray Co., Ltd.) als organisches Bindemittel und 50 g Polyethylenglykol
400 (garantiert reagensrein) als Plastifizierungsmittel zugesetzt
und durch Rühren
während
60 min eingemischt, wobei eine Aufschlämmung hergestellt wurde.
-
Diese
Aufschlämmung
wurde mittels einem Sprühtrockner
sprühgetrocknet,
wobei ein Granulat hergestellt wurde. Dieses Granulat wurde auf
einen Wassergehalt von 0,5 Gew.-% angefeuchtet, dann in ein Formwerkzeug
gefüllt
und dann zu einem zylindrischen Grünkörper mit einem Durchmesser
von 20 mm und einer Höhe
von 5 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,3 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter einer
Last von 1,5 t/m2 geformt. Anschließend wurde
dieses Formprodukt 3 h bei 900 °C
an der Atmosphäre
calciniert, um ein organisches Bindemittel zu entfernen und dann
4 h bei 1800 °C
in Wasserstoff (Taupunkt: 0 °C)
gesintert. Die lineare Durchlässigkeit
des gebildeten Sinterkörpers
betrug 45 %. Die durchschnittliche Korngröße des Sinterkörpers betrug
36 μm und
die maximale Korngröße betrug
50 μm.
-
In
dem gebildeten Sinterkörper
betrugen Mg 32 ppm, Li <2
ppm, Na <5 ppm,
K <2 ppm und andere Alkalimetallelemente <1 ppm, andere Erdalkalimetallelemente <1 ppm und die Gesamtmenge
von Alkalimetallelementen und Erdalkalimetallelementen betrug weniger
als 50 ppm.
-
Vergleichsbeispiel 1
-
Ein α-Aluminiumoxid-Ausgangsmaterialpulver
mit einer Reinheit von 99,99 % (AKP-20, hergestellt von Sumitomo
Chemical Co., Ltd. wurde verwendet. Das Primärteilchen dieses Aluminiumoxidteilchens
war ein amorphes Teilchen ohne die Form eines Polyeders und das
D/H-Verhältnis
betrug über
2. Die spezifische Oberfläche
nach BET betrug 4,2 m2/g. Der durchschnittliche
Teilchendurchmesser dieses Pulvers betrug nach einem Laserbeugungsstreuverfahren
0,54 μm.
-
5000
g eines AKP-20-Pulvers, 3100 g Wasser, 1,6 g Magnesiumnitrathexahydrat
(50 ppm als Magnesiumoxid, bezogen auf das gesamte Aluminiumoxidpulver)
und 62,5 g eines Dispergiermittels, SN-Dispersant 5468, wurden unter
Rühren
30 min gemischt, während
mit einer Ultraschalleinrichtung dispergiert wurde. Dann wurden
1000 einer 10 Gew.-%igen Lösung
von PVA205c als organisches Bindemittel und 50 g Polyethylenglykol
(Polymerisationsgrad: 400) als Plastifizierungsmittel zugesetzt
und durch Rühren
während
60 min eingemischt, wobei eine Aufschlämmung hergestellt wurde.
-
Diese
Aufschlämmung
wurde mit hilfe von einem Sprühtrockner
sprühgetrocknet,
wobei ein Granulat hergestellt wurde. Dieses Granulat wurde auf
einen Wassergehalt von 0,5 Gew.-% angefeuchtet, dann in ein Formwerkzeug
gefüllt
und dann zu einem zylindrischen Grünkörper mit einem Durchmesser
von 20 mm und einer Höhe
von 10 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,7 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,5 t/m2 geformt. Dann wurde
dieser Grünkörper 3 h
bei 900 °C
vorgebrannt und dann 4 h bei 1820 °C in Wasserstoff (Taupunkt:
0 °C) gesintert.
Der gebildete Sinterkörper
war opak, und die lineare Durchlässigkeit
desselben betrug 0 %.
-
Vergleichsbeispiel 2
-
100
g des in Vergleichsbeispiel 1 beschriebenen AKP-20-Pulvers, 300 g Ethanol
und 0,032 g Magnesiumnitrathexahydrat wurden durch Rühren während 30
min unter Dispergieren mit einer Ultraschalleinrichtung gemischt.
Dann wurde Ethanol mittels eines Rotationsverdampfers entfernt,
wobei ein Kuchen erhalten wurde. Dieser Kuchen wurde mit Heißluft bei
150 °C getrocknet,
und dann in einem Mörser
gemahlen. Das gebildete Pulver wurde in ein Formwerkzeug gefüllt und
zu einem zylindrischen Grünkörper mit
einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 5 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,3 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,0 t/m2 geformt. Dieser Grünkörper wurde
bei 900 °C
an der Atmosphäre
vorgebrannt und dann 4 h bei 1800 °C in Wasserstoff gesintert.
Der gebildete Sinterkörper
war opak, und die lineare Durchlässigkeit
desselben betrug 0 %.
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Vergleichsbeispiel 3
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100
g des in Vergleichsbeispiel 1 beschriebenen AKP-20-Pulvers, 300 g Ethanol,
0,032 g Magnesiumnitrathexahydrat und 0,0034 Yttriumnitrathexahydrat
(10 ppm als Yttriumoxid, bezogen auf Aluminiumoxidpulver) wurden
durch Rühren
während
30 min unter Dispergieren mit einer Ultraschalleinrichtung gemischt.
Dann wurde Ethanol mittels eines Rotationsverdampfers entfernt,
wobei ein Kuchen erhalten wurde. Dieser Kuchen wurde mit Heißluft bei
150 °C getrocknet
und dann in einem Mörser
gemahlen. Das gebildete Pulver wurde in ein Formwerkzeug gefüllt und
zu einem zylindrischen Grünkörper mit
einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 5 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,3 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,0 t/m2 geformt. Dieser
Grünkörper wurde
bei 900 °C
an der Atmosphäre
vorgebrannt und dann 4 h bei 1800 °C in Wasserstoff gesintert.
Der gebildete Sinterkörper
war opak, und die lineare Durchlässigkeit
desselben betrug 0 %.
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Vergleichsbeispiel 4
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Ein α-Aluminiumoxid-Ausgangsmaterialpulver
mit einer Reinheit von 99,99 % (UA5105, hergestellt von Showa Denko
Co., Ltd.) wurde verwendet. Das Primärteilchen dieses Aluminiumoxidteilchens
war ein amorphes Teilchen ohne die Form eines Polyeders und das
D/H-Verhältnis
betrug über
2. Die spezifische Oberfläche
nach BET betrug 9,4 m2/g. Der durchschnittliche
Teilchendurchmesser dieses Pulvers betrug nach einem Laserbeugungsstreuverfahren
1,20 μm.
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5000
g eines UA5105-Pulvers, 3100 g Wasser, 1,6 g Magnesiumnitrathexahydrat
und 62,5 g eines Dispergiermittels, SN-5468, wurden unter Rühren 30 min gemischt, während mit
einer Ultraschalleinrichtung dispergiert wurde. Anschließend wurde
das Gemisch 3 h unter Verwendung von Eisenkügelchen enthal tenden Kunststoffkugeln
als Medien einer Kugelmahlbehandlung unterzogen. Dann wurden ferner
1000 g einer 10 gew.-%igen Lösung
von PVA205c als organisches Bindemittel und 50 g Polyethylenglykol
(Polymerisationsgrad: 400) als Plastifizierungsmittel gleichzeitig
zugesetzt und 3 h einer Kugelmahlbehandlung unterzogen, wobei eine
Aufschlämmung
hergestellt wurde.
-
Diese
Aufschlämmung
wurde mit hilfe von einem Sprühtrockner
sprühgetrocknet,
wobei ein Granulat hergestellt wurde. Dieses Granulat wurde auf
einen Wassergehalt von 0,5 Gew.-% angefeuchtet, dann in ein Formwerkzeug
gefüllt
und dann zu einem zylindrischen Grünkörper mit einem Durchmesser
von 20 mm und einer Höhe
von 10 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,7 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,5 t/m2 geformt. Dann wurde
dieser Grünkörper 3 h
bei 1200 °C
vorgebrannt und dann 4 h bei 1820 °C in Wasserstoff (Taupunkt:
0 °C) gesintert.
Der gebildete Sinterkörper
war opak, und die lineare Durchlässigkeit
desselben betrug 0 %. In dem gebildeten Sinterkörper betrugen Mg 31 ppm, Li <2 ppm, Na 17 ppm,
K 2 ppm und andere Alkalimetallelemente <1 ppm, andere Erdalkalimetallelemente <1 ppm, und die Gesamtmenge
an Alkalimetallelementen und Erdalkalimetallelementen betrug über 50 ppm.
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Vergleichsbeispiel 5
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100
g des in Vergleichsbeispiel 4 beschriebenen UA-5105-Pulvers, 300 g Ethanol
und 0,032 g Magnesiumnitrathexahydrat (50 ppm als Magnesiumoxid,
bezogen auf das gesamte Aluminiumoxidpulver) wurden durch Rühren während 30
min unter Bestrahlen mit Ultraschallwellen gemischt. Dann wurde
Ethanol mittels eines Rotationsverdampfers entfernt, wobei ein Kuchen
erhalten wurde. Dieser Kuchen wurde mit Heißluft bei 150 °C getrocknet,
und dann in einem Mörser
gemahlen. Das gebildete Pulver wurde in ein Formwerkzeug gefüllt und
zu einem zylindrischen Grünkörper mit
einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 5 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,3 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,0 t/m2 geformt. Dieser
Grünkörper wurde
bei 900 °C
an der Atmosphäre
vorgebrannt und dann 4 h bei 1800 °C in Wasserstoff gesintert.
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In
dem gebildeten Sinterkörper
betrugen Mg 38 ppm, Li <2
ppm, Na 45 ppm, K <2
ppm, Ca 13 ppm und andere Alkalimetallelemente <1 ppm, andere Erdalkalimetallelemente <1 ppm, und die Gesamtmenge
an Alkalimetallelementen und Erdalkalimetallelementen betrug weniger
als 50 ppm. Die lineare Durchlässigkeit betrug
5 %.
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Vergleichsbeispiel 6
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100
g des in Vergleichsbeispiel 4 beschriebenen UA-5105-Pulvers, 300 g Ethanol
und 0,032 g Magnesiumnitrathexahydrat und 0,0034 g Yttriumnitrat
(5 ppm als Yttriumoxid, bezogen auf Aluminiumoxid) wurden durch
Rühren
während
30 min unter Dispergieren mit einer Ultraschalleinrichtung gemischt.
Dann wurde Ethanol mittels eines Rotationsverdampfers entfernt,
wobei ein Kuchen erhalten wurde. Dieser Kuchen wurde mit Heißluft bei
150 °C getrocknet
und dann in einem Mörser
gemahlen. Das gebildete Pulver wurde in ein Formwerkzeug gefüllt und
zu einem zylindrischen Grünkörper mit
einem Durchmesser von 20 mm und einer Höhe von 5 mm mittels einer ölhydraulischen
uniaxialen Pressvorrichtung unter einer Last von 0,3 t/cm2 und einer kalten isostatischen Presse unter
einer Last von 1,0 t/m2 geformt. Dieser
Grünkörper wurde
bei 900 °C an
der Atmosphäre
vorgebrannt und dann 4 h bei 1800 °C in Wasserstoff gesintert.
Der gebildete Sinterkörper war
opak und die lineare Durchlässigkeit
desselben betrug 0 %.
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Wie
in den Beispielen 1 bis 7 und Vergleichsbeispielen 1 bis 6 beschrieben,
kann, wenn ein α-Aluminiumoxidpulver,
das polyedrische Primärteilchen
ohne Bruchoberfläche
umfasst, als Ausgangsmaterialien verwendet wird, lichtdurchlässiges Aluminiumoxid
min einer linearen Durchlässigkeit
von 40 % oder mehr, wobei die Sinterkörpermikrostruktur gleichförmig ist,
durch die Zugabe von Magnesiumoxid mit 50 ppm oder weniger erhalten
werden, während,
wenn ein anderes α-Aluminiumoxidpulver
als Ausgangsmaterial verwendet wird, die Sinterkörpermikrostruktur nicht-gleichförmig ist
und in dem Sinterkörper
eine große
Menge Poren verbleiben, weshalb der Sinterkörper opak ist und eine Lichtdurchlässigkeit
einer linearen Durchlässigkeit
von nur weniger als 10 % erhalten wird. Die im Vorhergehenden beschriebenen
Ergebnisse sind Tabelle 1 gezeigt.
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