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Hintergrund
der Erfindung
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Gegenstand
der Erfindung ist die Bildung von Bindungen hoher Stärke zwischen ähnlichen Elementen
und insbesondere die eutektische Verbindung einzelner Kristallelemente.
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Die
derzeit boomende Technologie setzt den Saphir auch in anderen Applikationen
als lediglich nur als ein Edelstein ein. Saphir kann zum Beispiel als
Fenster in Supermarkt-Kassen verwendet werden, kann zur Bildung
elektrostatischer Spannzeuge, die in der Regel zum Festklemmen von
Halbleiter-Wafers in einer Implantationskammer während der Verarbeitung verwendet
werden, oder kann für Raketenspitzen
verwendet werden. Saphir ist insbesondere für eine solche Verwendung wie
mit einem elektrischen Apparat geeignet, da seine Einkristallgitterstruktur
dazu tendiert, im Laufe der Zeit nicht permanent polarisiert zu
werden.
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Die
unterschiedlichen Verwendungszwecke von Saphir haben einen Bedarf
an der Fähigkeit
zum Zusammenfügen
von Einkristallelementen, wie zum Beispiel von Saphir auf eine Weise
geschaffen, die eine starke und stabile Bindung ebenso wie eine
Bindung, die jedweden harschen Umweltfaktoren begegnen kann, denen
das Saphir-Laminat
gegebenenfalls ausgesetzt werden könnte, herbeiführt. Der Stand
der Technik hat versucht, diesen Bedarf durch die Entwicklung eutektischer
Bindungsgemische, die bestimmte Komponenten miteinander verbinden,
zu decken.
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Im
Stand der Technik besteht jedoch noch ein Bedarf an verbesserten
Bindungsgemischen, die eine stabile Bindung zwischen Einkristallelementen herbeiführen. Es
besteht ein weiterer Bedarf an Bindungsgemischen, die eine relativ
starke Bindung herbeiführen
und die gegenüber
Temperatur und chemischem Angriff hoch beständig sind.
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Ein
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist folglich der Einsatz eines
eutektischen Bindungsgemisches zum Zusammenfügen von Einkristallelementen,
die hohen Temperaturen und chemischen Angriffen standhalten können.
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Ein
anderer erfindungsgemäßer Gegenstand ist
weiter der Einsatz eines eutektischen Bindungsgemischs zur Bildung
einer relativ starken hermetischen Abdichtung zwischen Einkristallelementen.
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Andere
allgemeine und spezifischere erfindungsgemäße Gegenstände sind teils offensichtlich und
werden teils aus den nachstehenden Zeichnungen und der nachstehenden
Beschreibung hervorgehen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gegenstand
der Erfindung sind Verfahren und Artikel, die aus solchen Verfahren
zur eutektischen Verbindung von Einkristall-Al2O3-Elementen, wie zum Beispiel Saphir, zur
Bildung einer starken Bindung dazwischen, die hohen Temperaturen
und chemischem Angriff standhalten kann, gebildet werden. Der sich
ergebende Artikel weist einen relativ hohen elektrischen Widerstand
auf und kann folglich in Applikationen bei hoher Spannung verwendet
werden. Vorstehendes wird mit einem erfindungsgemäßen eutektischen
Bindungsgemisch erreicht, das eine Yttrium-enthaltende Verbindung
als seine bedeutende aktive Komponente zur Verbindung von Einkristall-Al2O3-Elementen einschließt.
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Gemäß einem
Aspekt wird das eutektische Bindungsgemisch bevorzugt mit Aluminiumoxid
gemischt. Die Verwendung von Aluminiumoxid passt eng mit bestimmten
Merkmalen der Einkristallelemente, wie zum Beispiel den Wärmeausdehnungskoeffizienten
zusammen, um auf diese Weise einen Artikel zu bilden, der mit geringerer
Wahrscheinlichkeit während
des Erhitzens und Abkühlens
rissig wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt kann die Yttrium-enthaltende Verbindung entweder
Yttriumoxid (Y2O3)
oder Yttrium-Aluminium-Granat, Y3Al5O1 2 (YAG),
einschließen.
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Gemäß einem
noch anderen Aspekt schließt die
Yttrium-enthaltende Verbindung eine aus ca. 4 Gewichtsteilen festem
Y2O3 und ca. einem
Gewichtsteil einer geeigneten Trägerflüssigkeit
dergestalt gebildete Aufschlämmung
ein, dass Y2O3 in
der Menge von ca. 81,5 Gew.-% vorliegt und Al2O3 in der Menge von ca. 18,5 Gew.-% vorliegt.
Die Trägerflüssigkeit kann
Methanol einschließen.
Gemäß einem
anderen Aspekt kann die Yttrium-enthaltende Verbindung eine Aufschlämmung einschließen, die
aus ca. 4 Gewichtsteilen Feststoff, hauptsächlich Yttrium-Aluminium-Granat,
und einem Gewichtsteil einer geeigneten Trägerflüssigkeit gebildet ist.
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Gemäß einem
noch anderen Aspekt werden die Einkristall-Al2O3-Elemente vor der Beschichtung mit dem eutektischen
Bindungsgemisch zur Reinigung von Rückständen und Kontaminanten daraus geätzt. Die
beschichteten Elemente werden dann auf eine Temperatur und für eine Zeitdauer
erhitzt, die zum Schmelzen des Bindungsgemischs ohne Schmelzen der
Elemente ausreicht. Die erhitzten Elemente werden dann gekühlt und
wenn sich das Bindungsgemisch verfestigt, verbindet es die Elemente
miteinander.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch die Bereitstellung von Artikeln,
die anhand des vorstehenden Verfahrens hergestellt werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
erfindungsgemäßen vorstehenden
und anderen Gegenstände,
Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung und
aus den beiliegenden Zeichnungen hervorgehen, worin gleiche Bezugszeichen
durchweg auf die gleichen Teile der verschiedenen Ansichten verweisen.
Die Zeichnungen erläutern
die erfindungsgemäßen Prinzipien und
obwohl sie nicht maßstabgerecht
sind, zeigen sie relative Abmessungen.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht von einem Artikel, der aus einem Paar Einkristallkomponenten
gebildet ist, die gemäß den erfindungsgemäßen Lehren
eutektisch miteinander verbunden sind.
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2 stellt
eine schematische Erläuterung des
Fließdiagramms
des Verfahrens zur Bildung des Artikels von 1 gemäß den erfindungsgemäßen Lehren
dar.
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Beschreibung
der erläuterten
Ausführungsformen
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein verbesserter Artikel 10,
der durch ein Verfahren gemäß den erfindungsgemäßen Lehren
hergestellt wird. Artikel 10 wird durch eutektische Verbindung von
Einkristall-Al2O3-Elementen
mit einem ausgewählten
eutektischen Gemisch gebildet. Das eutektische Gemisch wird bei
einer bestimmten Bindungstemperatur unter der Schmelztemperatur
der zusammenzufügenden
Artikel flüssig.
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1 erläutert einen
Artikel 10, der durch eutektische Verbindung bestimmter
Komponenten 12, 14 gebildet wird. Der erläuterte Artikel 10 schließt ein oberes
Einkristallelement 12 und ein unteres Einkristallelement 14 ein.
Eine obere Oberfläche 14A des
unteren Einkristallelements 14 weist eine darauf aufgebrachte
Bindungsschicht 16 auf. Eine untere Oberfläche 12A des
oberen Einkristallschichtelements 12 kontaktiert auch die
Bindungsschicht 16. Die Einkristallelemente 12, 14 werden
durch Erhitzen der Bindungsschicht 16 zur Bildung einer
eutektischen Bindung hoher Stärke,
die gegen hohe Temperaturen und einen korrosiven chemischen Angriff,
wie nachstehend weiter ausführlicher
beschrieben wird, beständig
ist, miteinander verbunden.
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Die
erläuterten
Einkristallelemente 12, 14 stellen Aluminiumoxid-Verbindungen (Al2O3-Verbindungen),
wie zum Beispiel Saphir dar. Das gemäß den erfindungsgemäßen Lehren
verwendete Einkristall-Aluminiumoxid kann durch übliche Herstellungsverfahren,
wie zum Beispiel die, die in US-Patent Nr. 3,591,348 von LaBelle,
Jr., US-Patent Nr. 3,687,633 von LaBelle, Jr., et al., US-Patent
Nr. 3,826,625 von Bailey und US-Patent Nr. 3,953,174 von LaBelle,
Jr., beschrieben sind, gebildet werden.
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Die
Dicke der veranschaulichten Bindungsschicht 16 ist zur
erläuternden
Klarheit übertrieben, da
die kleinste Menge des eutektischen Gemischs, die mit der Bereitstellung
einer starken Bindung zwischen unmittelbar benachbarten Einkristallkomponenten
konsistent ist, verwendet werden sollte. Die Bindungsschicht 16 kann
folglich eine Dicke im Bereich zwischen ca. 10 μm und ca. 125 μm, in Abhängigkeit
von der Genauigkeit der Anpassung der Einkristallkomponenten, aufweisen.
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Die
erläuterte
Bindungsschicht 16 kann ein Gemisch aus einer oder mehr
eutektischen Verbindungen) einschließen. Die eutektischen Verbindungen,
wenn sie entweder allein oder in Kombination mit den anderen Verbindungen
verwendet werden, weisen eine Schmelztemperatur auf, die unterhalb von
der der Einkristallelemente liegt. Wenn es sich bei den Einkristallelementen
um Saphir handelt, ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die eutektische Bindungsschicht 16 eine
Schmelztemperatur unter ca. 2000 °C
aufweist. Wiederum unter Verweis auf 1 schließt die Bindungsschicht 16 als
ihre bedeutende aktive Komponente eine Yttriumenthaltende Verbindung
oder Oxide oder Derivate davon ein. Die bevorzugte Yttriumenthaltende
Verbindung stellt Yttriumoxid (Y2O3) oder Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) dar.
Gemäß einer
bevorzugten praktischen Ausführung
kann die Yttriumenthaltende Verbindung mit Aluminiumoxid (Al2O3) gemischt werden.
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Die
erläuterte
Bindungsschicht 16 schließt eine oder mehr Verbindungen)
ein, die entweder in Pulverform, gemischt in einer Aufschlämmung oder in
einem Gel oder einer Solform vorliegen. Wenn die Bindungsschicht 16 eine
Aufschlämmung
umfasst, können
eine oder mehr der vorstehenden Verbindungen, wie zum Beispiel Yttriumoxid
oder YAG mit einer geeigneten Trägerflüssigkeit,
wie zum Beispiel Wasser oder Methanol, zur Bildung einer Aufschlämmung gemischt
werden. So können
zum Beispiel vier Teile Y2O3-Pulver
oder vier Teile YAG-Pulver, enthaltend 81,5 % Al2O3 und 18,5 % Y2O3 mit einem Teil Methanol und/oder Wasser,
zur Bildung einer Aufschlämmung
gemischt werden. Die Aufschlämmung
kann auf eine oder beide der Einkristallkomponenten, wie zum Beispiel
die untere Komponente 14, durch entweder Eintauchen der
Komponente 14 in die Aufschlämmung, Spachteln der Aufschlämmung auf
die obere Oberfläche 14A oder
durch Drücken,
Spritzen oder Sprühen
der Aufschlämmung
auf die Komponente aufgebracht werden. Der Durchschnittsfachmann
wird erkennen, dass zusätzliche
Wassermengen während
des Applikationsvorgangs zur Bereitstellung variierender rheologischer
Eigenschaften an die Aufschlämmung,
die für
verschiedene Applikationsmittel geeignet ist, zugefügt werden
können.
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Zur
Gewährleistung
von Homogenität
in der eutektischen Bindungsschicht ist die Verwendung von Pulvern
von relativ feiner Partikelgröße wünschenswert
und schließt
bevorzugt Partikel mit einer Größe im Bereich
zwischen ca. 0,1 μm
und ca. 100 μm
ein.
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Ein
signifikanter Vorteil der eutektischen Bindungsschicht 16 besteht
darin, dass sie eine Bindung hoher Stärke zwischen den Einkristallelementen 12, 14 bildet,
wobei folglich ein stabiler Verbundstoffartikel 10 gebildet
wird, der extrem tolerant gegenüber relativ
hohen Temperaturen und einem chemischen Angriff ist. Die Bindungsschicht
bildet auch eine elektrisch hoch isolierende Schicht, die folglich
erlaubt, dass der Artikel in Umgebungen mit hoher Spannung verwendet
werden kann.
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Die
Verwendung von Yttriumoxid im erfindungsgemäßen eutektischen Bindungsgemisch
stellt mehrere einzigartige Vorteile bereit. Ein Vorteil besteht
darin, dass die Yttrium-enthaltende Bindungsschicht 16 eine
eutektische Bindung bildet, die eng an die Wärmeausdehnungsmerkmale der
Einkristallelemente angepasst ist. Die chemische Struktur von Yttriumoxid
ist überdies
besser dazu geeignet, den Modifikationsionen, die ihre Merkmale
im Vergleich zu üblichen
Verbindungen, wie zum Beispiel Zirkonoxid, verändern, Rechnung zu tragen.
Die Fähigkeit zur
Veränderung
der Merkmale von Yttriumoxid ermöglicht
dem Verwender, die Eigenschaften des Bindungsgemischs auf eine bestimmte
Applikation maßzuschneidern.
So helfen zum Beispiel die enge Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Einkristallelemente und der eutektischen Verbindung bei der
Konservierung der mechanischen Integrität des Artikels 10 während des
Erhitzens und Abkühlens.
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Unter
Umständen
kann die Bindungsschicht 16 andere Verbindungen, wie zum
Beispiel eine Verbindung der Gruppe IIA oder der Lanthanidreihe,
wie zum Beispiel Lanthan und Neodym, und Oxide und Derivate davon,
einschließen.
Die erläuterte
Bindungsschicht 16 kann auch eine oder mehr Nichtmetall-Verbindung(en), einschließlich Carbiden
und Nitriden von Metallen der Gruppe IIIA und IIIB und aus der Lanthanidreihe
einsetzen.
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Eine
oder mehr der vorstehenden Verbindungen können mit jedweder anderen der
vorstehenden Verbindungen oder mit Aluminiumoxid (Al2O3) gemischt werden.
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2 erläutert in
Fließdiagrammform
das erfindungsgemäße Verfahren
zur Bildung einer eutektischen Bindung zwischen Einkristall-Al2O3-Elementen, wie
zum Beispiel Saphir-Komponenten. Die Komponenten können zur
Entfernung von jedweden Oberflächenkontaminanten über jedwedes
geeignete Medium, wie zum Beispiel durch eine Mischung aus Salpeter-
und Fluorwasserstoffsäuren,
wie in Schritt 20 dargelegt ist, geätzt werden. Eine der Einkristallkomponenten
wird dann mit einem eutektischen Bindungsgemisch, wie in Schritt 22 gezeigt,
beschichtet. Das eutektische Bindungsgemisch schließt eine
Yttrium-enthaltende Verbindung oder ein Gemisch aus einer Yttrium-enthaltenden
Verbindung und Aluminiumoxid ein. Die Verwendung von Aluminiumoxid stellt
eine eutektische Bindung bereit, die mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Saphir-Komponenten enger zusammenpasst.
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Sobald
die Saphir-Komponente mit dem eutektischen Bindungsgemisch beschichtet
ist, werden die Saphir-Komponenten zusammengefügt und der sich ergebende nicht
erhitzte Verbundstoffartikel wird in jedweden geeigneten Festhalteapparat,
wie zum Beispiel in eine geeignete Spannvorrichtung, platziert,
um die Bindungsoberflächen
in innigem Kontakt miteinander zu halten. Dies wird in den Schritten 24 und 26 erläutert. Wie
in Schritt 28 erläutert
wird, können
nicht bindende Oberflächen
der Saphir-Komponenten 12, 14 zur Entfernung von überschüssigem Bindungsmaterial
vor dem Erhitzen gründlich
gereinigt werden. Das überschüssige Bindungs-Compound
kann von jedweder Oberfläche
der Saphir-Komponenten unter Verwendung von jedwedem geeignetem
Medium, wie zum Beispiel Papiertüchern,
Wattetupfern und geeigneten Reinigungslösungen, wie zum Beispiel Methanol,
entfernt werden. Die Reinigungslösungen
reagieren bevorzugt nicht negativ mit den Saphir-Komponenten oder
mit dem Bindungsgemisch.
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Der
Verbundstoffartikel wird dann auf eine ausgewählte, geeignete Temperatur
erhitzt, die ausreicht, das eutektische Gemisch, jedoch unter dem Schmelzpunkt
der Saphir-Komponenten, z. B. unter 2050 °C, zu schmelzen. Gemäß einer
bevorzugten praktischen Ausführung
und wie in Schritt 30 gezeigt, wird der zusammengefügte Artikel
Temperaturen unter dem sich ergebenden Punkt der Einkristallelemente
unterzogen und wird bevorzugt Temperaturen im Bereich zwischen ca.
1800 °C
und 1950 °C
und am bevorzugtesten zwischen ca. 1830 °C und ca. 1900 °C ausgesetzt.
Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die Schmelztemperatur
des eutektischen Bindungsgemischs eine Funktion der bestimmten konstituierenden
Verbindungen des Gemischs darstellt.
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Die
Verweilzeit des Artikels 10 nach Erreichen der Maximaltemperatur
stellt auch eine Funktion der bestimmten im eutektischen Bindungsgemisch
eingesetzten Verbindungen dar. Gemäß einer bevorzugten praktischen
Ausführung
wird der Artikel für
eine Zeitdauer im Bereich zwischen ca. 1 Minute und ca. 100 Minuten
und bevorzugt zwischen ca. 15 Minuten und ca. 60 Minuten erhitzt.
Wenn das eutektische Bindungsgemisch zum Beispiel ein Gemisch aus
Aluminiumoxid und Yttriumoxid einschließt, wird der Artikel ca. 15
Minuten über
ca. 1834 °C
erhitzt, wobei die erreichte Maximaltemperatur bei ca. 1880 °C liegt.
Die Komponenten des Artikels 12, 14 werden bevorzugt
für eine
Zeitdauer bei der eutektischen Schmelztemperatur aufrechterhalten,
die ausreicht, um das vollständige
Schmelzen der eutektischen Bindungsschicht zu gewährleisten,
und wird gemäß diesem
Beispiel für
ca. eine Minute oder länger
bei dieser Temperatur aufrechterhalten. Der Durchschnittsfachmann,
der die bestimmten Bestandteile des eutektischen Bindungsgemisches
kennt, wird zur Bestimmung des Schmelzpunktes des Gemischs aus den
bekannten Phasendiagrammen ebenso wie der entsprechenden Verweilzeit
ohne übermäßige Experimentierung
fähig sein.
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Während des
Erhitzungsvorgangs hilft die durch die Spannvorrichtung auf den
Artikel aufgebrachte Kraft, eingeschlossene Gase von der Bildung in
der Bindung auszuschließen,
um auf diese Weise die Bildung einer Bindung hoher Stärke zwischen
den Saphir-Komponenten zu gewährleisten.
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Nachdem
der Artikel 10 erhitzt und die Bindungsschicht vollkommen
geschmolzen ist und für eine
ausreichende Zeitdauer dabei aufrechterhalten wird, wird der Artikel
dann bei einer Rate gekühlt,
die zur Extraktion der Hitze daraus ausreicht, ohne sich auf die
strukturelle Integrität
des Artikels 10 auszuwirken und jedwede weitere Reaktion
zum Stehen zu bringen. Dies ist in Schritt 32 erläutert. Die
Teile werden gemäß den bekannten
Verfahren und bei bekannten Abkühlungsraten
gekühlt
und werden bevorzugt bei einer Rate zwischen ca. 5°C/min und
ca. 10°C/min
gekühlt.
Wenn das eutektische Bindungsgemisch eine Yttrium-enthaltende Verbindung
und Aluminiumoxid einschließt,
kann der Artikel bei einer Rate, die sich ca. 8 °C pro Minute annähert, bis
auf Raumtemperatur gekühlt
werden. Der Durchschnittsfachmann wird ohne weiteres erkennen, dass
die Abkühlungsrate
eine Funktion der bestimmten zu verbindenden Komponenten ebenso
wie die Verwendung und den Typ des sich ergebenden Produkts darstellt.
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Die
erfindungsgemäße praktische
Ausführung
verbindet eutektisch Einkristallkomponenten, wie zum Beispiel Saphir,
zur Herstellung einer Bindung von relativ hoher Stärke und
die gegen einen chemischen Angriff hoch beständig ist. Die folgenden nicht
einschränkenden
Beispiele erläutern
diese Merkmale.
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BEISPIEL
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Beispiel
1 Aluminiumoxid-Yttriumoxid-Sol-Herstellung zum Binden von Saphir-Komponenten.
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Eine
kolloidale Suspension oder ein Sol wird unter Verwendung eines pulverförmigen,
in Wasser dispergierbaren Aluminiumoxidhydrats, wie zum Beispiel
Aluminiumoxid, und Yttriumoxid (Y2O3), stöchiometrisch
hergestellt. Die Verbindungen dürfen
sich mischen, bis die Verbindungen gut im Sol dispergiert sind.
Das Sol wird durch Zufügen
von 150 ml deionisiertem Wasser zu den vorstehenden Verbindungen in
einem Behältnis
hergestellt. Ca. 20 g eines Böhmit- oder
Pseudoböhmitmaterials,
wie zum Beispiel Condea Dispersal Sol P2, wird in Inkrementen von
10 g zugefügt,
während
die Lösung
im Behältnis
zum Dispergieren des hydratisierten Aluminiumoxids kontinuierlich
gerührt
wird. Der pH der Lösung
sollte bei ca. 5 aufrechterhalten werden. Diesem Gemisch werden ca.
25 g Yttriumoxid in drei ca. gleichen Portionen zugefügt. Der
pH der mischenden Lösung
steigt graduell auf höher
als 9 an. Diese alkalische Lösung
im Behältnis
wird dann mit ca. 10 ml deionisiertem Wasser gemischt. Das Behältnis wird
dann abgedeckt, um die Verdampfung von Wasser zu verhindern und
um das fortgesetzte Mischen der Lösung für mindestens ca. 6 Stunden
zu erlauben. Am Ende dieser Zeit ist das Sol verdickt und das Aluminiumoxid
und Yttriumoxid bleiben nach Einstellen des Mischens in Suspension.
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Das
einbindende Sol wird auf eine oder mehr Saphir-Komponenten durch
Zufügen
von zwischen ca. 50 und 100 ml deionisiertem Wasser zu der vorstehenden
Suspension zur Erhöhung
der Fluidität
für die
sich anschließende
Applikation aufgebracht. Das Sol wird zur Entfernung von jedweden
großen
Partikeln in der Lösung
durch ein 74-Mesh-Teflonsieb gesiebt. Zum Aufbringen des Bindungssols
auf eine Oberfläche
von einer der Saphir-Komponenten wird ein Airbrushgerät für Modellmacher,
wie zum Beispiel eine Minispritzpistole (Badger Modell 250) verwendet.
Das verdünnte
Sol wird spezifisch in einen feinen Teflon-Schlauch der Spritzpistole
gezogen, und inertes Gas, bevorzugt auf ca. 206,84 kPa (30 psi)
mit Druck beaufschlagt, wird als das Treibmittel zum Zerstäuben der
Lösung
während
des Spritzens verwendet.
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Bevor
der Saphir mit der Lösung
beschichtet wird, wird er mit Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure zur
Entfernung jedweder Kontaminanten und Rückstände von der Oberfläche geätzt. Das
Sol wird dann durch Hin- und Herbewegung aufgebracht, mit Beginn
am oberen Ende und Bewegung von Seite zu Seite, wobei eine Hin-
und Herbewegung für
jede vertikalen 2,54 cm. (Inch) der Oberfläche vorgenommen wird. Das Stück wird
dann um 90° rotiert,
und die Beschichtungssequenz wird wiederholt. Die gegenüberliegende
Seite wird mit dem Bindungssol anhand des gleichen Verfahrens beschichtet.
Die beschichteten Oberflächen
der Saphir-Komponente dürfen
dann lufttrocknen. Die zu verbindenden Oberflächen werden in direkten Kontakt
gebracht und/oder zur Verhinderung von Bewegung relativ zueinander
fest zusammengehalten.
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Die
Saphir-Stücke
werden dann in einem Vakuumofen mit einer Metall- oder Graphitheißzone, die zum
Erreichen von Temperaturen über
1900 °C
fähig ist,
erhitzt. Das Saphir-Paket wird auf eine Molybdänplatte im Ofen gebracht. Feuerfestes
Metall wird auf die obere Oberfläche
gebracht und dient als der Kontaktpunkt für die Beaufschlagung des Drucks.
Das Saphir-Paket wird dann im Vakuum auf ca. 1880 °C bei einer
Anstiegsrate zwischen ca. 5 °C/min
und ca. 10 °C/min
und in diesem Beispiel bevorzugt bei ca. 8 °C/min, mit einer Verweil- oder
Durchwärmungszeit von
zwischen ca. 15 Minuten und ca. 60 Minuten und in diesem Beispiel
bevorzugt bei ca. 15 Minuten, erhitzt. Dieser Erhitzungsvorgang
dauert ca. 400 Minuten. Der Ofen wird dann bei einer Abfallrate
zwischen ca. 5 °C/min
und ca. 10 °C/min
und bevorzugt bei ca. 8 °C/min
auf Raumtemperatur abkühlen
lassen.
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Die
Saphir-Komponenten werden durch das Schmelzen und der sich anschließenden Wiederverfestigung
der Bindungsschicht eutektisch verbunden. Diese Bindungsschicht
bildet eine eutektische Bindung von relativ hoher Stärke und
ist für
Chemikalien relativ undurchdringlich, d. h. sie ist dazu fähig, einem aggressiven
chemischen Angriff standzuhalten. Die Verwendung von Aluminiumoxid
und Yttriumoxid stellt außerdem
ein eutektisches Bindungsgemisch bereit, das mit den entsprechenden
Merkmalen der Saphir-Komponenten, wie zum Beispiel den Wärmeausdehnungsraten,
genau zusammenpasst, während
gleichzeitig eine Bindung gebildet wird, die eine hohe elektrische
Resistivität
aufweist und dem chemischen Angriff standhalten kann.
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Es
wird folglich gesehen werden, dass die vorstehend dargelegten erfindungsgemäßen Gegenstände, unter
denen, die aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sind, effizient
erreicht werden. Da an den vorstehenden Konstruktionen gegebenenfalls
bestimmte Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne aus dem erfindungsgemäßen Rahmen zu
kommen, ist beabsichtigt, dass alle in der vorstehenden Beschreibung
enthaltenen oder in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Angaben
als erläuternd
und nicht im einschränkenden
Sinn ausgelegt werden.
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Nachdem
die Erfindung beschrieben ist, stellt das, was als neu beansprucht
wird und durch die Patenturkunde gesichert werden soll, Folgendes dar: