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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sinterkörper, der hauptsächlich aus β"-
Aluminiumoxid besteht und als Trockenelektrolyt verwendet wird (nachstehend als β-
Aluminiumoxid-Sinterkörper abgekürzt) und ein Verfahren zu seiner Herstellung;
insbesondere betrifft die Erfindung einen in einer Natrium-Schwefel-Sekundärzelle
verwendeten β-Aluminiumoxid-Sinterkörper und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Da ein β-Aluminiumoxid-Sinterkörper eine gute Natriumionen-Leitfähigkeit aufweist,
wird er in der Natrium-Schwefel-Sekundärzelle als Trockenelektrolyt zur Isolierung von
metallischem Natrium als kathodenaktives Material und geschmolzenem Schwefel als
anodenaktives Material verwendet. In dieser Natrium-Schwefel-Sekundärzelle ist fast der
gesamte Innenwiderstand auf den Trockenelektrolyten zurückzuführen. Um den
Ausgangsleistungsverlust während eines Zelladezustands und einen Leistungsverlust
während eines Zellentladezustands zu verringern, ist es daher vorzuziehen, einen
relativen Widerstand bei einer Temperatur von z.B. 350ºC zu minimieren, bei der der
β-Aluminiumoxid-Sinterkörper verwendet wird. Da die Lebensdauer der Natrium-
Schwefel-Sekundärzelle weiters von jener des Trockenelektrolyten abhängt, ist
vorzuziehen, daß ein β-Aluminiumoxid-Sinterkörper eine hohe Festigkeit aufweist.
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Zur Verringerung des relativen Widerstands wird im allgemeinen eine Kristallphase des
Sinterkörpers durch β"-Aluminiumoxid gebildet, das eine bessere
Natriumlonenleitfähigkeit als β-Aluminiumoxid besitzt. Zu diesem Zweck werden Oxide von
Metallionen mit einer Wertigkeit von höchstens zwei wie z.B. Magnesiumoxid,
Lithiumoxid u.dgl., hinzugefügt, um die β"-Aluminiumoxidphase zu stabilisieren. Siehe
US-A-3.895.963.
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Ein relativer Widerstand, der gemäß dem oben erwähnten Verfahren erzielt wird,
beträgt jedoch bei 350ºC bestenfalls 3,0 Ω cm, selbst wenn die Zusammensetzung
optimiert ist. Man kann überdies einen niedrigeren relativen Widerstand durch
Förderung von Komwachstum und durch Senken des Grenzzonenwiderstands erzielen.
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In diesem Fall nimmt jedoch die Festigkeit des β-Aluminiumoxid-Sinterkörpers stark ab,
wodurch der β-Aluminiumoxid-Sinterkörper in der Praxis nicht zielführend eingesetzt
werden kann.
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Wie bereits erwähnt, besteht ein Nachteil darin, daß der Temperaturbereich zum
optimalen Sintern des aus β-Aluminiumoxid-gebildeten Körpers eng wird. Wenn die
Sintertemperatur nämlich über diesem Temperaturbereich liegt, ist außergewöhnliches
Komwachstum die Folge, wodurch die Festigkeit abnimmt. In diesem Fall kann daher
der relative Widerstand des 13-Aluminiumoxid-Sinterkörpers gesenkt werden, doch der
β-Aluminiumoxid-Sinterkörper eignet sich nicht zur tatsächlichen Verwendung. Der β-
Aluminiumoxid-Sinterkörper benötigt Eigenschaften wie eine Rohdichte von mehr als
3,20 g/cm³ und eine Vierpunkt-Biegefestigkeit von mehr als 180 MPa. Weiters ist
vorzuziehen, daß der Temperaturbereich zum optimalen Sintern des aus β-
Aluminiumoxid gebildeten Körpers breiter wird, da dann die Temperatursteuerung
während eines Sinterschritts leichter wird. Dies gilt insbesondere für die
Massenproduktion der β-Aluminiumoxid-Sinterkörper unter Verwendung eines großen
Ofens, da die Temperaturverteilung in einem großen Ofen groß ist.
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Zur Behebung der oben erwähnten Nachteile ist in der offengelegten japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 59-141459 eine Vorgangsweise geoffenbart, bei der der
Einfluß von Kalziumoxid verringert oder aufgehoben wird, indem man zur Verbesserung
der lonenleitfähigkeit zum β-Aluminiumoxid Zirkonoxid hinzufügt. Außerdem ist in der
offengelegten japanischen Patentveröffentl ichung Nr. 60-2511 72 eine Vorgangsweise
geoffenbart, bei der die Sintertemperatur durch Zugabe von Zirkonoxid gesenkt wird.
Das durch das oben erwähnte Verfahren gebildete β-Aluminiumoxid besitzt allerdings
einen relativen Widerstand bei 350ºC von bestenfalls 3,0 Ω cm, selbst wenn die
Zusammensetzung optimiert ist.
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Zur Verbesserung der Haltbarkeit des β-Aluminiumoxid-Sinterkörpers ist in der
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52-3411 und in der japanischen
Patentveröffentlichung Nr.52-40325 eine Vorgangsweise beschrieben, bei der Tantal
oder Tantaloxid in der intergranularen Phase vorhanden ist, indem Tantal in den β-
Aluminiumoxid-Sinterkörper eingebracht wird.
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Der gemäß dem oben erwähnten Verfahren erhaltene β-Aluminiumoxid-Sinterkörper
weist zwar verbesserte Haltbarkeit auf, doch eine Tantalkomponente wird in der
intergranularen Phase als unterschiedliche Phase ausgefällt. Daher nimmt der
Widerstand in der intergranularen Phase zu und der relative Widerstand wird hoch.
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Chemical Abstracts 108: 10287m (1988), Y. Yin et al., erwähnt Auswirkungen von
Ta&sub2;O&sub5; und ZrO&sub2;-Additiven auf Mikrostruktur, Phasenzusammensetzung und elektrische
Eigenschaften.
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Ein Ziel der Erfindung besteht darin, einen β-Aluminiumoxid-Sinterkörper mit einer
hohen Natriumionen-Leitfähigkeit, einer feinen Teilchengröße und einer hohen
Festigkeit, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen β-Aluminiumoxid-
Sinterkörpers bereitzustellen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen β-Aluminiumoxid-Sinterkörper mit
einer hohen Natri umionen-Leitfähigkeit und einem breiteren Sintertemperaturbereich,
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen β-Aluminiumoxid-Sinterkörpers
bereitzustellen.
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Gemäß der Erfindung wird ein β-Aluminiumoxid-Sinterkörper, wie in Anspruch 1
dargelegt, bereitgestellt.
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Außerdem wird gemäß der [rfindung ein Verfahren zur Herstellung eines β-
Aluminiumoxid-Sinterkörpers, wie in Anspruch 2 dargelegt, bereitgestellt.
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In der Erfindung beträgt die Menge des hinzugefügten Tantaloxids weniger als 0,5
Gew.-%, und in der intergranularen Phase ist keine Tantalkomponente vorhanden.
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Wenn Tantaloxid nämlich im Überschuß, d.h. zu mehr als 0,5 Gew.-%, zugegeben und
eine Tantalkomponente in der intergranularen Phase ausgefällt wird, kann keine hohe
Natriumionen-Leitfähigkeit erzielt werden.
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Der erfindungsgemäße β-Aluminiumoxid-Sinterkörper kann durch folgendes Verfahren
erhalten werden: Vermischen von Rohmaterialien, die im wesentlichen aus
Natriumoxid, Magnesiumoxid und/oder Lithiumoxid, Tantaloxid und Aluminiumoxid
bestehen, in einem vorbestimmten Mischverhältnis, um Rohmaterialpulver zu erhalten;
Kalzinieren der Rohmaterialpulver, um β"-Aluminiumoxidpulver bei einer
vorbestimmten Temperatur zu erhalten; und Formen und Sintern der β"-
Aluminiumoxidpulver. Bezüglich des Zeitpunkts der Zugabe von Tantaloxid ist
vorzuziehen, es während des Mischschritts in die Rohmaterialien oder in die β"-
Aluminiumoxidpulver einzubringen, die durch Kalzinieren von Rohmaterialpulvern
erhalten werden, die aus Natriumoxid, Magnesiumoxid und/oder Lithiumoxid und
Aluminiumoxid bestehen. Hinsichtlich Natriumoxid, Magnesiumoxid und/oder
Lithiumoxid und Aluminiumoxid ist zu beachten, daß man auch die anderen
Rohmaterialien verwenden kann, wie z.B. Carbonat, Nitrat, Sulfat und Chlorid, die beim
Sinterschritt zu Oxiden umgewandelt werden. Bezüglich der Sintertemperatur ist
vorzuziehen, eine Temperaturbedingung solcherart auszuwählen, daß die Dichte größer
wird, die Teilchengröße gleichmäßig und fein bleibt und die Biegefestigkeit nicht
abnimmt. Wenn eine Menge an Tantaloxid zunimmt, sinkt, wie aus Tabelle 1
ersichtlich, die optimale Sintertemperatur dementsprechend. Eine Kristallphase des
Sinterkörpers besteht hauptsächlich aus β"-Aluminiumoxid und enthält je nach den
herrschenden Bedingungen geringe Mengen an β-Aluminiumoxid und Natriumaluminat.
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Der Grund zur Einschränkung der chemischen Zusammensetzung ist folgender. Wenn
die Menge an Natriumoxid weniger als 8 Gew.-% beträgt, erzielt man keine
vollständige Kristallisation. Wenn sie hingegen mehr als 10 Gew.-% beträgt, verbleibt
überschüssiges Natriumaluminat in der Kristallphase, wodurch der relative Widerstand
hoch wird. Wenn die Menge an Magnesiumoxid weniger als 3 Gew.-% beträgt, nimmt
die Bildung von β-Aluminiumoxidphase mit hohem Widerstand zu, weshalb auch der
relative Widerstand hoch wird. Wenn hingegen die Menge an MgO mehr als 5,5 Gew.-
% beträgt, bildet sich eine Spinellphase in der Kristallphase, wodurch die Dichte nicht
hoch ist, der relative Widerstand aber ansteigt. Wenn die Menge an Lithiumoxid
weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, nimmt die Bildung von β-Aluminiumoxidphase mit
hohem Widerstand zu, wodurch der relative Widerstand steigt. Wenn Li&sub2;O hingegen
mehr als 2,0 Gew.-% ausmacht, wird das Komwachstum leichter und die Biegefestigkeit
sinkt. Wenn weiters die Menge an Tantaloxid größer als 0,5 Gew.-% ist, wird nicht die
gesamte Tantalkomponente in der β-Aluminiumoxidphase aufgelöst, und die
überschüssige Tantalkomponente wird in der intergranularen Phase als unterschiedliche
Phase ausgefällt. Zur Förderung dieser Lösungsreaktion ist vorzuziehen, daß die
Teilchengröße des Rohmatenais von Tantaloxid geringer ist, insbesondere weniger als
10 µm.
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Beispielsweise ist eine mikroskopische Aufnahme des β-Aluminiumoxid-Sinterkörpers,
der innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegt, als Fig.5 dargestellt; eine
mikroskopische Aufnahme des β-Aluminiumoxid-Sinterkörpers, der außerhalb des
Schutzbereichs der Erfindung liegt und worin man Kornwachstum feststellen kann, ist
als Fig.6 dargestellt. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, nimmt die Festigkeit ab, wenn
Kornwachstum festgestellt wird.
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Durch die Zugabe vorbestimmter Mengen an Magnesiumoxid und/oder Lithiumoxid
und Tantaloxid gemäß der Erfindung ist es möglich, einen β-Aluminiumoxid-
Sinterkörper mit hoher Natriumionen-Leitfähigkeit, einer feinen Teilchengröße und
hoher Festigkeit zu erhalten.
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Wenn weiters 0,1 2,0 Gew.-% Zirkonoxid hinzugefügt werden, ist es möglich, einen
β-Aluminiumoxid-Sinterkörper mit höherer Natriumionen-Leitfähigkeit und einem
breiteren Sintertemperaturbereich zu erhalten, da vorbestimmte Mengen an Tantaloxid
und Zirkonoxid in einem als Trockeneektrolyt funktionierenden β-Aluminiumoxid-
Sinterkörper enthalten sind.
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Bezüglich des Zeitpunkts der Zugabe von Zirkonoxid ist vorzuziehen, es im
Mischschritt in die Rohmaterialien oder in die β"-Aluminiumoxidpulver einzubringen,
die durch Kalzinieren von Rohmaterialpulvern der anderen Komponenten erhalten
werden. Der Grund zur Einschränkung der zusätzlichen Menge an Zirkonoxid mit 0,1
2 Gew.% ist folgender: Wenn die Menge an Zirkonoxid größer als 2,0 Gew.-% ist, wird
die überschüssige Zirkonkomponente in der intergranularen Phase ausgefällt, und der
relative Widerstand steigt aufgrund der so ausgefällten Zirkonkomponente. Wenn
hingegen die Menge an Zirkonoxid weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, erzielt man keine
ausreichende Wirkung der Verbreiterung des Sintertemperaturbereichs.
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Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird nun auf die begleitenden Zeichnungen
Bezug genommen, worin:
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Fig.1 eine schematische Ansicht eines Röntgenbeugungsdiagramms eines β-
Aluminiumoxid-Sinterkörpers ist, der als Probe Nr.6a gemäß vorliegender Erfindung in
Tabelle 1 angeführt ist;
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Fig.2 eine schematische Ansicht eines Röntgenbeugungsdiagramms eines β-
Aluminiumoxid-Sinterkörpers ist, der als Probe Nr.1d des bezüglichen Beispiels in
Tabelle 1 angeführt ist;
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Fig.3 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der hinzugefügten Menge an
Tantaloxid und dem (202) Peak von Tantaloxid veranschaulicht;
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Fig.4 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der hinzugefügten Menge an
Tantaloxid und dem relativen Widerstand zeigt;
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Fig.5 eine Fotografie einer Mikrostruktur ist, die als Probe Nr.6a gemäß vorliegender
Erfindung in Tabelle 1 angeführt ist; und
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Fig.6 eine Fotografie einer Mikrostruktur ist, die als Vergleichsbeispiel als Probe Nr.1b
in Tabelle 1 angeführt ist.
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Es folgt eine Erklärung konkreter Ausführungsformen.
Ausführungsform 1
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α-Aluminiumoxidpulver mit einer Reinheit von mehr als 99,9%, Na&sub2;C0&sub3;-Pulver, MgO-
Pulver, Li&sub2;O-Pulver und Ta&sub2;O&sub3;-Pulver wurden miteinander vermischt, um
Rohmaterialpulver zu erhalten, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 ersichtlich ist.
Danach wurden die Rohmaterialpulver unter Verwendung von Ethanol in einer
Kugelmühle zermahlen und die so zermahlenen Rohmaterialpulver bei 1200ºC 4
Stunden lang kalziniert, um β"-Aluminiumoxidpulver-Rohmaterialien zu synthetisieren.
Anschließend wurden die β"-Aluminiumoxid-Rohmaterialien in einer Kugelmühle unter
Verwendung von Ethanol weiter zermahlen, um β"-Aluminiumoxidpulver zu erhalten.
Die so erhaltenen β"-Aluminiumoxidpulver wurden granuliert und mittels einer
Metallform vorgeformt, um ein Blockprobestück mit folgenden Abmessungen zu
erhalten: Länge 50 mm, Breite 25 mm, Dicke 7 mm. Dann wurde das Blockprobestück
unter isostatischem Druck von 245 MPa (2,5 Tonnen/cm²) geformt und das geformte
Blockprobestück bei einer vorbestimmten Temperatur 1 Stunde lang in einem MgO-
Schmelztiegel gesintert.
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Bezüglich des Blockprobestücks des auf diese Weise erhaltenen β-Aluminiumoxid-
Sinterkörpers wurde die Rohdichte durch ein Auftriebverfahren unter Verwendung von
Butanol gemessen. Außerdem wurde eine stabartige Probe aus dem Blockprobestück
ausgeschnitten; die Vierpunkt-Biegefestigkeit und der relative Widerstand bei 350ºC
wurden hinsichtlich der stabartigen Probe gemessen. Der relative Widerstand wurde
durch ein komplexes lmpedanzverfahren unter Verwendung von vier Anschlüssen
gemessen, worin NaNO&sub3;-NaNO&sub2;-eutektische Salze als Elektroden verwendet wurden.
Die Kristallphase des erfindungsgemäßen Sinterkörpers besteht hauptsächlich aus β"-
Aluminiumoxid, wobei eine geringe Menge an β-Aluminiumoxid oder Natriumaluminat
je nach Bedingungen enthalten war. Die Ergebnisse der obigen Messungen sind aus
Tabelle 1 ersichtlich. Außerdem sind die Ergebnisse von Versuchen außerhalb des
Schutzbereichs der Erfindung in Tabelle 1 als Vergleichsbeispiele angeführt.
Tabelle 1(a)
Probe Nr.
Na&sub2;O (Gew.-%)
MgO (Gew.-%)
Li&sub2;O (Gew.-%)
Ta&sub2;O&sub5; (Gew.-%)
Al&sub2;O&sub3; (Gew.-%)
Sintertemperatur (ºC)
Relativer Widerstand (350ºC, Ω cm)
Biegefestigkeit (MPa)
Rohdichte (g/cc)
Kristallphase
Vorliegende Erfindung
Rest
Tabelle 1(b)
Probe Nr.
Na&sub2;O (Gew.-%)
MgO (Gew.-%)
Li&sub2;O (Gew.-%)
Ta&sub2;O&sub5; (Gew.-%)
Al&sub2;O&sub3; (Gew.-%)
Sintertemperatur (ºC)
Relativer Widerstand (350ºC, Ω cm)
Biegefestigkeit (MPa)
Rohidchte (g/cc)
Kristallphase
Vergleichsbeispiele
Rest
nicht vollständig gesintert
Anmerkung) β": β"-Al&sub2;O&sub3;, β: β-Al&sub2;O&sub3;, NA: NaAlO&sub2;, Spi: MgAl&sub2;O&sub4;, NTL NaTaO&sub3;
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Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, besitzen alle erfindungsgemäßen Probestücke folgende
Eigenschaften: einen relativen Widerstand bei 350ºC von weniger als 3 Ω cm und eine
Vierpunkt-Biegefestigkeit von mehr als 150 MPa. Insbesondere die Probenstücke mit
8,7 9,7 Gew.-% Natriumoxid, 3,5 5,0 Gew.-% Magnesiumoxid und/oder 0,5 1,5
Gew.-% Lithiumoxid, 0,01 0,5 Gew.-% Tantaloxid und Aluminiumoxid als Rest
zeigen eine außergewöhnlich hohe Natriumionen-Leitfähigkeit und Biegefestigkeit,
sodaß der relative Widerstand weniger als 2,5 Ω cm und die Vierpunkt-Biegefestigkeit
mehr als 200 MPa beträgt. Wenn die chemische Zusammensetzung des Probestücks
außerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegt, steigt der relative Widerstand und
sinkt die Biegefestigkeit, wie dies aus den Vergleichsbeispielen ersichtlich ist. In den
Probestücken mit mehr als 0,5 Gew.-% Tantaloxid (außerhalb des Schutzbereichs der
Erfindung) entsteht eine andere Phase mit Tantalkomponenten in der Kristallphase.
Wenn eine zusätzliche Menge an Ta&sub2;O&sub5; mehr als 0,5 Gew.-% ausmacht, wird mittels
einer EPMA-Vorrichtung ermittelt, daß ein überschüssiges Tantalelement, das in der β-
Aluminiumoxidphase nicht aufgelöst ist, in der intergranularen Phase vorhanden ist und
daß eine andere Phase durch eine Verbindung gebildet wird, die das überschüssige in
der intergranularen Phase vorhandene Tantalelement enthält. Weiters wird festgestellt,
daß die Verbindung aus einer Kristallphase von Natriumtantalat besteht.
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Fig.1 ist eine schematische Ansicht eines Röntgenbeugungsdiagramms des β-
Aluminiumoxid-Sinterkörpers, der als Probe Nr.6a gemäß der Erfindung in Tabelle 1
angeführt ist; Fig.2 ist eine schematische Ansicht eines Röntgenbeugungsdiagramms des
β-Aluminiumoxid-Sinterkörpers, der als Probe Nr.ld der Vergleichsbeispiele in Tabelle
1 angeführt ist, in denen Natriumtantalat gebildet wird. Proben Nr. 6a, 6b und 6c
gemäß der Erfindung und Proben Nr. 1a, 1c und 1d der Vergleichsbeispiele sind
Beispiele, in denen die zusätzliche Menge an Tantaloxid variiert, während die Menge
an Na&sub2;O und die Menge an MgO konstant sind. Fig.3 ist ein Graph, der die Beziehung
zwischen der hinzugefügten Menge an Tantaloxid und der Peakstärke des (202) Peaks
von Natriumtantalat in den unter der gleichen Bedingung gemessenen
Röntgenbeugungsdiagrammen zeigt. Die Beziehung zwischen der Menge an Ta&sub2;O&sub5; und
dem relativen Widerstand ist in Fig.4 dargestellt. Der relative Widerstand ist konstant,
bis die Menge an Ta&sub2;O&sub5; 0,5 Gew.-% beträgt und sich die Natrium-lonenleitfähigkeit um
etwa 35% im Vergleich zum Sinterkörper verbessert, dem kein Tantaloxid beigegeben
wird. Wenn die Menge an Ta&sub2;O&sub5; größer als 0,5 Gew.-% ist, steigt der relative
Widerstand. Anscheinend ist dies darauf zurückzuführen, daß Natriumtantalat in der
intergranularen Phase ausfällt.
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Fig.5 zeigt eine mikroskopische Aufnahme von Probe Nr.6a gemäß der Erfindung, Fig.6
zeigt eine mikroskopische Aufnahme von Probe Nr.1b der Vergleichsbeispiele. Probe
Nr.1b besitzt die gleiche chemische Zusammensetzung wie Probe Nr.1a, und die
Sintertemperatur ist im Vergleich zu Probe Nr.1a höher, um das Komwachstum zu
fördern. Auf diese Weise wird durch die Zunahme der Teilchengröße die Natriumionen-
Leitfähigkeit um etwa 20% verbessert, während die Festigkeit um etwa 60% abnimmt.
Ausführungsform 2
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α-Aluminiumoxid-Pulver mit einer Reinheit von mehr als 99,9%, Na&sub2;CO&sub3;-Pulver, MgO-
Pulver, Li&sub2;O-Pulver, Ta&sub2;O&sub5;-Pulver und ZrO&sub2;-Pulver wurden miteinander vermischt, um
Rohmaterialpulver zu erhalten, deren chemische Zusammensetzungen aus Tabelle 2
ersichtlich sind. Man beachte, daß Ta&sub2;O&sub5; und ZrO&sub2; in den α-Aluminiumoxid-Pulvern
nicht enthalten sind. Die so erhaltenen Rohmaterialpulver wurden unter Verwendung
von Ethanol in einer Kugelmühle zermahlen. Die so zermahlenen Rohmaterialpulver
wurden granuliert und mittels einer Metallform vorgeformt, um ein Blockprobestück mit
folgenden Abmessungen zu erhalten: Länge 50 mm, Breite 25 mm, Dicke 7 mm.
Danach wurde das Blockprobestück unter isostatischem Druck von 245 MPa (2,5
Tonnen/cm²) geformt und das geformte Blockprobestück bei einer vorbestimmten
Temperatur 1 Stunde lang in einem MgO-Schmelztiegel gesintert. In diesem Fall wurde
die Sintertemperatur bei etwa 1600ºC alle 10ºC variiert, um Sinterkörper zu erhalten,
die bei verschiedenen Sintertemperaturen gesintert wurden.
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Hinsichtlich der Blockprobestücke der auf diese Weise erhaltenen β-Aluminiumoxid-
Sinterkörper wurde die Rohdichte durch ein Auftriebverfahren unter Verwendung von
Butanol gemessen. Außerdem wurde ein stabartiges Probestück aus dem
Blockprobestück ausgeschnitten und die Vierpunkt-Biegefestigkeit des stabartigen
Probestücks gemessen. Weiters wurde der Sintertemperaturbereich gemessen, bei dem
man Eigenschaften wie z.B. eine Rohdichte von mehr als 3,2 g/cm³ und eine
Biegefestigkeit von mehr als 180MPa erzielen kann. Außerdem wurden die relativen
Widerstände der stabartigen Probestücke gemessen, die durch das Sintern des
gebildeten Körpers im so gemessenen Bereich von Sintertemperaturen gebildet werden.
Der relative Widerstand wurde durch ein komplexes Impedanzverfahren unter
Verwendung von vier Anschlüssen gemessen, worin NaNO&sub3;-NaNO&sub2;-eutektische Salze
als Elektroden Verwendung finden. Die Ergebnisse der obigen Messungen sind aus
Tabelle 2 ersichtlich. Außerdem sind die Ergebnisse der Versuche außerhalb des
Schutzbereichs der Erfindung in Tabelle 2 als Vergleichsbeispiele angeführt.
Tabelle 2(a)
Probe Nr.
Na&sub2;O (Gew.-%)
MgO (Gew.-%)
Li&sub2;O (Gew.-%)
Ta&sub2;O&sub5; (Gew.-%)
ZrO&sub2; (Gew.-%)
Al&sub2;O&sub3; (Gew.-%)
Bereich der geeignetsten Sintertemperaturen *(ºC)
Variation des relativen Widerstands im Sintertemperaturbereich (Ω cm)
Kristallphase
Vorliegende Erfindung
Rest
Tabelle 2(b)
Probe Nr.
Na&sub2;O (Gew.-%)
MgO (Gew.-%)
Li&sub2;O (Gew.-%)
Ta&sub2;O&sub5; (Gew.-%)
ZrO&sub2; (Gew.-%)
Al&sub2;O&sub3; (Gew.-%)
Bereich der geeignetsten sintertemperaturen *(ºC)
Variation des relativen Widerstands im Sintertemperaturbereich (Ω cm)
kristallphase
Vergleichsbeispiele
Rest
Anmerkung) β": β":Al&sub2;O&sub3;, β: β-Al&sub2;O&sub3;, NA: NaAlO&sub2;, Spi: MgAl&sub2;O&sub4;, ZR: ZrO&sub2;, NT: NaTaO&sub3;
* Bereich der geeignetsten Sintertemperaturen:
Bereich der Sintertemperaturen solcherart, daß Rohdichte mehr als
3,20 g/cm³ und Biegefestigkeit mehr als 180 MPa beträgt
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Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, besitzen alle erfindungsgemäßen Probestücke einen
Sintertemperaturbereich von zumindest 80ºC, bei dem folgende Eigenschaften erzielt
werden können: Rohdichte von mehr als 3,2 g/cm³, Biegefestigkeit von mehr als 180
MPA und relativer Widerstand von unter 2,9 Ω cm. Insbesondere die
erfindungsgemäßen Probestücke mit vorbestimmten Mengen an Na&sub2;O, MgO und/oder
Li&sub2;O, 0,05-0,1 Gew.-% Tantaloxid und 0,5 - 1,0 Gew.-% Zirkonoxid besitzen einen
Sintertemperaturbereich von mehr als 100ºC und einen relativen Widerstand von unter
2,3 Ω cm und weisen somit einen breiten Sintertemperaturbereich und einen
außergewöhnlich niedrigen relativen Widerstand auf. Wenn die chemische
Zusammensetzung innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung durch Variieren der
Menge von Na&sub2;O oder MgO und/oder Li&sub2;O variiert wird, kann man die gleichen
Wirkungen wie oben erwähnt erzielen. Wie aus den Vergleichsbeispielen ersichtlich ist,
schränkt sich der Sintertemperaturbereich ein oder steigt der relative Widerstand, wenn
die chemische Zusammensetzung außerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegt.
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Im Probestück, zu dem nur ZrO&sub2; hinzugefügt wird, weitet sich der
Sintertemperaturbereich nur um 30ºC im Vergleich zum Probestück, dem kein ZrO&sub2;
zugegeben wird, aus. Weiters sinkt im Probestück, zu dem nur Ta&sub2;O&sub5; hinzugefügt
wurde, der relative Widerstand auf unter 2,6 Ω cm, doch der Sintertemperaturbereich
dehnt sich nur um 10ºC aus.
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Da, wie dies oben ausführlich beschrieben wurde, gemäß der Erfindung vorbestimmte
Mengen an Tantaloxid und Zirkonoxid und Magnesiumoxid und/oder Lithiumoxid dem
β-Aluminiumoxid-Sinterkörper zugegeben werden und keine Tantal komponente in einer
intergranularen Phase vorhanden ist, weitet sich der Sintertemperaturbereich des
erfindungsgemäßen β-Aluminiumoxid-Sinterkörpers um mehr als 50ºC im Vergleich zu
β-Aluminiumoxid-Sinterkörpern aus, denen kein Tantaloxid und Zirkonoxid zugegeben
wurde; die Natriumionen-Leitfähigkeit wird um etwa 35% verbessert.