NL8003163A

NL8003163A - Werkwijze ter vervaardiging van een eenkristal.

Info

Publication number: NL8003163A
Application number: NL8003163A
Authority: NL
Original assignee: Ngk Insulators Ltd
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1980-12-02
Also published as: FR2457913B1; GB2054405B; GB2054405A; US4519870A; DE3020692C2; US4402787A; DE3020692A1; FR2457913A1

Description

/ ** ! N.O. 29.126

Werkwijze ter vervaardiging van een éénkristal.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een éénkristal door een polykristal met een éénkristal in aanraking te brengen en de in aanraking gebrachte kristallen te bakken om het één-5 kristal te doen groeien door middel van een vaste fasereac-tie.

Tot dusverre zijn als de werkwijze voor de vervaardiging van een éénkristal in ruime zin de werkwijzen bekend, waarbij een uitgangsprodukt wordt gesmolten bij een tempera-10 tuur hoger dan het smeltpunt van het uitgangsprodukt en een éénkristal wordt gegroeid uit de gesmolten vloeistoffase, zoals het opnameproces, het Bernoulli-proces, het Bridgman-proces, het smeltproces met drijvende zone, het vloeiproces en dergelijke.

15 Echter is voor elke gebruikelijke methode, waarbij een éénkristal wordt gegroeid uit de gesmolten vloeistoffase een hoge temperatuur nodig, zodat, wanneer een uitgangsprodukt, dat een component met een hoge dampdruk bevat, gebruikt wordt, de samenstelling gemakkelijk varieert en ver-20 ontreinigingen worden gemakkelijk onder mengen opgenomen uit een kroes, die gebruikt wordt voor het smelten van het uitgangsprodukt, zodat de kristalliniteit van het verkregen éénkristal niet gelijkmatig is. Voorts is voor alle hiervoor beschreven gebruikelijke methoden een grote afmeting 25 nodig van kostbare ingewikkelde produktie-apparatuur en de produktie-voorwaarde is zwaar, zodat de massa-produktie moeilijk is, om welke reden het verkregen éénkristalprodukt zeer duur wordt.

De onderhavige uitvinding is gedaan om deze oudere na-30 delen en problemen uit de weg te ruimen en bestaat uit een werkwijze voor de vervaardiging van een groter éénkristal, waarbij een éénkristal, dat een ent (kern) is, in aanraking wordt gebracht met een polykristal en de in aanraking gebrachte kristallen worden gebakken om een vaste fase-35 reactie te bewerkstelligen, waarbij een éénkristal wordt gegroeid en bestaat in het bijzonder uit een werkwijze voor de vervaardiging van een éénkristal, waarbij een polykris- 8003163 tal, dat een discontinue kristalkorrelgroei bij een hoge temperatuur laat zien, in aanraking wordt gebracht met een éénkristal, waarin de samenstelling praktisch dezelfde is dan of verschilt van het polykristal en de kristalstructuur 5 praktisch dezelfde is dan het polykristal en de in aanraking gebrachte kristallen verhit worden bij een temperatuur lager dan de temperatuur, waarbij een discontinue kristalkorrelgroei veroorzaakt wordt, om een vaste fase-reactie te veroorzaken bij het grensvlak tussen microkristalkorrels, 10 die het polykristal vormen en het éénkristal en de microkristalkorrels in het polykristal en het éénkristal integreren om het éénkristal te doen groeien.

De onderhavige uitvinding is namelijk gebaseerd op de vondst, verkregen uit een groot aantal onderzoekingen, dat 15 een bijzonder omschreven polykristal, dat wil zeggen een polykristal, dat een discontinue kristalkorrelgroei laat zien, in aanraking wordt, gebracht met een éénkristal en de in aanraking gebrachte kristallen worden verhit tot een bijzonder omschreven temperatuur, dat wil zeggen een tempera-20 tuur lager dan de temperatuur, waarbij de discontinue kristalkorrelgroei van het polykristal plaats heeft, om het éénkristal te doen groeien tot een groter éénkristal.

De onderhavige uitvinding zal meer gedetailleerd worden toegelicht. Het is bekend dat het polykristal, waarin 25 microkristallen samen komen, een polykristal omvat (bijvoorbeeld aluminiumoxide, nikkelferriet, bariumtitanaat), dat een discontinue kristalkorrelgroei laat zien, zoals aangegeven in fig. 1, curve A, waarin, wanneer de baktempera-tuur een bijzonder omschreven temperatuur T bereikt, een 30 deel van de kristalkorrels plotseling de omgevende microkristalkorrels verenigt en groeit tot een macrokristalkorrel met een veel hogere korrelgroeisnelheid dan de groeisnel-heid van de omgevende microkristalkorrels en een algemeen polykristal, dat een continue kristalkorrelgroei laat zien 35 zoals aangegeven in fig. 1, curve B, waarin kristalkorrels groeien met stijging van temperatuur.

Bij de onderhavige uitvinding kan: onder deze poly- kristallen, alleen het polykristal, dat de discontinue kristalkorrelgroei toont bij de bijzonder omschreven tempe-40 ratuur T°C, zoals aangegeven in de curve A, doelmatig wor- 800 3 1 63 * * 3 den gebruikt. Elk contactoppervlak van het polykristal, dat de discontinue kristalkorrelgroei zoals aangegeven in curve A toont en het éénkristal met praktisch dezelfde 'kristalstructuur als het polykristal, wordt bijvoorbeeld 5 gepolijst op een tinnen schijf door middel van diamant-slijpkorrels, bij voorkeur met een ruwheid Emax van minder dan 0,2^um, meer bij voorkeur minder dan 0,1^u, waarbij de beide gepolijste oppervlakken direkt of bij aanwezigheid van een oplossing van een organisch of anorganisch zuur zout, 10 dat een metaalelement bevat, dat het polykristal of het éénkristal samenstelt en/of een oplossing, die ten dele het getracht - en en beide in aanraking gebrachte kristallen worden verhit bij een lage temperatuur om de beide kristallen te binden.

15 Wanneer de aldus gebonden kristallen worden verhit tot een temperatuur, die lager is dan de temperatuur, die de discontinue kristalkorrelgroei van het polykristal veroorzaakt, dat wil zeggen een temperatuur lager dan T°C in fig. 1 en zo dicht mogelijk bij T°G, heeft een vaste fase-reactie 20 plaats bij het grensvlak tussen de microkristalkorrels, die het polykristal vormen en het éénkristal en het éénkristal integreert met de microkristalkorrels in het polykristal en het éénkristal groeit geleidelijk onder vorming van een groter éénkristal. Bij de onderhavige uitvinding is het mo-25 gelijk het totaal gebonden polykristal om te zetten in het éénkristal, evenwel is het in overeenstemming met de uitvinding mogelijk slechts een deel van het polykristal in het éénkristal om te zetten.

Bij de onderhavige uitvinding is het zeer belangrijk, 30 dat het polykristal, dat de discontinue kristalkorrelgroei, zoals in fig. 1, curve A, laat zien, gebruikt wordt als het polykristal en de verhitting wordt uitgevoerd bij een temperatuur lager dan T°C in fig. 1, dat wil zeggen de temperatuur lager dan de temperatuur, waarbij de discontinue 35 kristalkorrelgroei plaats heeft.

Dat wil zeggen, het polykristal, dat de discontinue kristalkorrelgroei laat zien, varieert niet wezenlijk de kristalkorrelgrootte totdat de verhittingstemperatuur de bijzonder omschreven temperatuur T°C, zoals aangegeven in 40 fig. 1, curve A, bereikt, zelfs wanneer de temperatuur flOO 3163 wordt verhoogd en wanneer de verhittingstemperatuur binnen het temperatuurtraject is tot de bijzonder omschreven temperatuur T°C, zelfs hoewel de tijd voor het handhaven van het bakken lang wordt, zoals aangegeven in fig. 2, curve D, 5 varieert de kristalkorrelgrootte niet wezenlijk. Met andere woorden, totdat het polykristal, dat de discontinue kristal-korrelgroei laat zien, de bijzonder omschreven temperatuur T°C bereikt, groeit het kristal niet wezenlijk en handhaaft de fijne kristalkorrelgrootte.

10 Daarentegen toont het polykristal,dat de continue kristalkorrelgroei laat zien, de kristalgroei met stijging van de temperatuur en verval van de tijd van het handhaven van het bakken zoals aangegeven in fig. 1, curve B en fig.

2, curve C. Teneinde het éénkristal door middel van de 15 vaste fase-reactie van de onderhavige uitvinding te doen groeien, is het belangrijk, dat de kristalkorrelgrootte van het in aanraking te brengen polykristal fijn is en daarom dient het polykristal, dat de discontinue kristalkorrelgroei toont, waarbij het kristal niet in hoofdzaak is ont- · 20 staan, tot de in het bijzonder gedefinieerde temperatuur T°G, zoals hiervoor vermeld gebruikt te worden.

Omdat in het grensvlak tussen het éénkristal en de microkristalkorrels, die het polykristal vormen, hoe kleiner de diameter van de microkristalkorrels, hoe kleiner 25 de krommingsstraal van het grensvlaèf zodat de overdrachtssnelheid van het korrelgrensgebied groter is en de kromming van het grensvlak altijd een negatieve waarde in de één-kristalzijdèf zodat in het bijzonder het éénkristal kan groeien en daarom moeten de kristalkorrels in het polykris-30 tal, zoals hiervoor vermeld, fijn zijn en moet het polykristal een kristal zijn, dat de discontinue kristalkorrelgroei laat zien.

De uitdrukking "polykristal, dat de discontinue kristalkorrelgroei laat zien", zoals hier gebruikt, betekent 35 het polykristal, waarin, zoals aangegeven in fig. 1, curve A, een deel van de kristalkorrels plotseling de omgevende fijne kristalkorrels opneemt, wanneer de baktemperatuur de in het bijzonder gedefinieerde temperatuur T°C bereikt, en de microkristalkorrels in macrokristalkorrels groeien bij 4-0 een zeer snelle korrelgroeisnelheid van meer dan 10 maal zo 800 3 1 63 5 hoog dan de groeisnelheid van de omgevende microkristal-korrels.

Een dergelijk polykristal is geconstateerd door vooraf de verhittingsproef uit te voeren. Een dergelijk poly-5 kristal kan eventueel zijn vervaardigd door keuze van uit-gangsprodukt, produktie-omstandigheden en dergelijke. De uitdrukking "temperatuur lager dan de temperatuur waarbij de disvontinue kristalkorrelgroei plaats heeft", die de temperatuur (t) is voor het verhitten van de gebonden kris-10 tallen betekent de temperatuur lager dan de temperatuur, waarbij een deel van de microkristalkorrels plotseling groeien tot macrokristal zoals aangegeven in fig. 1, T°C en dient bij voorkeur een temperatuur te zijn binnen 100°C lager dan T°0 (T-100 <~.t<T) en deze temperatuur wordt be-15 vestigd door vooraf de verhittingsproef uit te voeren en is gesteld op een gegeven temperatuur.

Het verhittingsproces kan een gebruikelijk sinterings-proces of een heet-pers-proces zijn. Als het polykristal, dat de discontinue kristalkorrelgroei laat zien, verdient 20 het polykristal met een kristalkorrelgrootte van minder dan 30^um, bij voorkeur niet groter dan15/U en een poreusheid van minder dan 0,5 %, de voorkeur.

Toorts verdient het de voorkeur, dat de hiervoor beschreven oplossing bestaat tussen de contactoppervlakken 25 van het polykristal en het éénkristal en dit is doelmatig voor het verbeteren van de activiteit van het grensvlak tussen de microkristalkorrels en het éénkristal en het bevorderen van het plaats hebben van de vaste fase reactie.

Het effect van de onderhavige uitvinding zal onder 30 verwijzing naar de voorbeelden worden toegelicht.

Eénkristallen van ferriet, granaat , spinel en dergelijke kunnen vervaardigd worden volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding. De samenstelling van de bij de onderhavige uitvinding toe te passen polykristallen is als 35 volgt: I. Eerriet MnO 20 - 40 mol.%

ZnO 5~50 mol.% ï^O^ rest (bij voorkeur 45 - 55 °/*) on η 7 1 6 II. Perriet NiO 15 - 40 mol.%

ZnO 15 - 40 mol.% rest (bij voorkeur 45 - 55 %) III. Granaat bevat 2120^.5^20^ en 2^0^.5Α1^0^, die be- 5 reid kan worden volgens de werkwijze van de onderhavi ge uitvinding.

Samenstellingsverhouding ^2^3 1 ^e2®3 *2:5 I2°5 ·* Al2°3 e 2 : 5 17. Spinel is MgO.A^O^ en de samenstellingsverhouding 10 MgO : AlgOj = 1:1.

De hiervoor als voorbeeld vermelde polykristallen van ferriet, granaat en spinel kunnen de verenigde éénkristal-len geven door het polykristal in aanraking te brengen met het éénkristal met in hoofdzaak dezelfde kristalstructuur 15 als het polykristal en de in aanraking gebrachte kristallen bij een hoge temperatuur te hakken. Bij ferriet onder de hiervoor beschreven polykristallen en éénkristallen kunnen, zelfs wanneer de samenstelling van het polykristal en het éénkristal min of meer verschillend is, het verenigde fer-20 riet éénkristal verkregen worden. Dit betekent niet, dat het contact van bijvoorbeeld mangaanzinkferriet-éénkristal of polykristal en nikkelzinkferriet-polykristal of éénkristal mogelijk is, maar betekent, dat het éénkristal vervaardigd kan worden door het contact van wederzijds man-25 gaanzinkferriet of wederzijds nikkelzinkferriet en dat wanneer het ferriet van dezelfde soort is, de samenstellingsverhouding niet identiek kan zijn.

Het éénkristal, dat een ..entkristal is, dat in aanraking moet worden gebracht met het hiervoor beschreven po-50 lykristal, kan volgens de gebruikelijke bekende werkwijze vervaardigd worden. Echter kan, tenzij de polykristallen vervaardigd worden volgens de in het bijzonder gedefinieerde werkwijze, de unieke eigenschap, die de discontinue kristalgroei toont bij de hiervoor beschreven hoge tempera-35 * tuur, niet verkregen worden. Wanneer één uitvoeringsvorm daarvan wordt vermeld dient in het geval van ferriet polykristal en granaat polykristal, ijzeroxide (PegO^) met een bijzonder hoge zuiverheid,(meer dan 99,9 %) gebruikt te worden. Bij de vervaardiging van spinel polykristal dient 40 aluminiumoxide (AlgO^) met een bijzonder grote zuiverheid 8003163 7 (meer dan 99»9 %) gebruikt te worden· Dit ijzeroxide wordt bereid door zuivering van ijzersulfaat of ijzerchloride. In dit geval worden ijzeroxide, dat de discontinue kristalgroei laat zien bij de hiervoor beschreven hoge tempera-5 tuur en ijzeroxide, dat niet de hiervoor beschreven eigenschap laat zien,verkregen afhankelijk van de werkwijze voor de bereiding van ijzeroxide. Dientengevolge moet bij de onderhavige uitvinding ijzeroxide, dat de discontinue kristalgroei bij de hoge temperatuur laat zien, gebruikt te worden 10 als het ijzeroxide met een grote zuiverheid.

Wanneer dientengevolge een dergelijk ijzeroxide wordt - gebruikt, kan de onderhavige uitvinding worden toegepast bij alle in het algemeen bekende samenstellingstrajecten in mangaanzinkferriet, nikkelzinkferriet of granaat.

15 De baktemperatuur voor de vervaardiging van mangaan zinkf erriet éénkristal ligt in een traject van ongeveer 1250 - 1450°C en bij het mangaanzinkferriet polykristal, te gebruiken voor het produkt, varieert de begrenzingstem-peratuur (I°C), die de discontinue kristalkorrelgroei start, 20 afhankelijk van de zuiverheid, samenstelling, de gemiddelde korrelgrootte en de poreusheid van het uitgangsprodukt, zodat de baktemperatuur gekozen wordt uit het hiervoor beschreven temperatuurtraject afhankelijk van de zuiverheid, de samenstelling, de gemiddelde korrelgrootte en de poreus-25 heid van het uitgangsprodukt.

De baktemperatuur voor de vervaardiging van nikkel-zinkferriet-éénkristal ligt in een traject van ongeveer 1250 - 1550°^ en in bet nikkelzinkferriet-polykristal, te gebruiken voor het produkt, varieert de begrenzingstempe-30 ratuur (T°C), die de discontinue kristalkorrelgroei start, afhankelijk van de zuiverheid, de samenstelling, de gemiddelde korrelgrootte en de poreusheid van het uitgangsprodukt, zodat de baktemperatuur gekozen wordt uit het hiervoor beschreven temperatuurtraject afhankelijk van de zui-35 verheid, de samenstelling en de poreusheid van het uitgangsprodukt .

De baktemperatuur voor de vervaardiging van granaat en spinel éénkristallen ligt in een traject van respectievelijk ongeveer 1300 - 1450°C en ongeveer 1700 - 1900°C en 40 in elk polykristal, dat gebruikt wordt voor deze produkten, ftnn 3 163 \ varieert de begrenzingstemperatuur, die de discontinue kristalkorrelgroei laat zien, afhankelijk van de zuiverheid, de samenstelling, de gemiddelde korrelgrootte en de poreusheid van het uitgangsprodukt, zodat de baktempera-5 tuur gekozen wordt uit het hiervoor beschreven tempera-tuurstraject afhankelijk van de zuiverheid, de samenstelling, de gemiddelde korrelgrootte en de poreusheid van het uitgangsprodukt·

Bij temperaturen lager dan de onderste grenzen van de 10 hiervoor beschreven baktemperaturen van ferriet, granaat en spinel, kunnen de éénkristallen niet verkregen worden bij de in de praktijk gebruikte economische snelheid. Bij temperaturen hoger dan de bovenste grenzen van de hiervoor beschreven baktemperatuur, overschrijden de temperaturen 15 de hiervoor beschreven grenstemperaturen, die de discontinue kristalkorrelgroei veroorzaken en de gewenste éénkristallen kunnen niet verkregen worden.

Yoot een beter begrip van de uitvinding wordt verwezen naar de bijgevoegde figuren, waarin: 20 Fig. 1 een grafische voorstelling is, die het verband laat zien van de baktemperatuur met de gemiddelde korrelgrootte van de polykristallen.

fig. 2 is een grafische voorstelling, die het verband laat zien van de tijd voor het handhaven van het bakken met 25 de gemiddelde korrelgrootte van de polykristallen, fig. 3 is een microfoto, die het contactoppervlak laat zien van het ferriet éénkristal en het ferriet polykristal volgens de onderhavige uitvinding, fig. 4 is een microfoto van het ferriet éénkristal 30 vervaardigd volgens de werkwijze van de onderhavige uitvinding, fig. 5 is een microfoto, die het contactoppervlak laat zien van het ferriet éénkristal en het ferriet polykristal, dat niet tot de onderhavige uitvinding behoort, 35 de fig· 6 en 7 zijn microfoto’s, die de vaste fase- reactie laten zien van de produkten vervaardigd onder de omstandigheden buiten het begrenzingstraject van de onderhavige uitvinding en fig. 8 is een microfoto van yttrium-ijzer-granaat-40 éénkristal vervaardigd volgens de werkwijze van de onder- 800 3 1 63 9 e havige uitvinding.

Voorbeeld I

Mangaanoxide met een zuiverheid van 99 >9 %> dat verkregen is door roosten van mangaancarbonaat, zinkoxide en 5 ijzer(III)oxide met een zuiverheid van 99*9 % werden toegepast en een mengsel van 31 mol.% MnO, 16,5 mol.% ZnO en 52,5 mol.% Fe20^, dat minder dan 0,01 % Si02, minder dan 0,05 % Ti02, minder dan 0,005 % CaO en minder dan 0,03 % Na20 als verontreinigingen bevatten, werd gevormd en 4 uren 10 bij 1320°C verhit onder partiële zuurstofevenwichtsdruk voor het verkrijgen van mangaanzihkferriet-polykristal.

Dit ferriet-polykristal bezat een gemiddelde korrel-grootte van ongeveer 10^um en een poreusheid van ongeveer 0,1 % en de temperatuur, waarbij de discontinue kristalkor-15 relgroei begon, bedroeg 1360°C. Uit dit ferriet-polykristal en ferriet-éénkristal met in hoofdzaak dezelfde samenstelling als dit ferriet-polykristal en vervaardigd volgens het hoge-druk Bridgman proces, werden platen van respectievelijk 15 x 15 x 5 mm en 15 x 15 x 0,5 mm gesneden en elk 20 contactoppervlak van deze platen werd gepolijst met een tin-schijf door middel van diamant-slijpkorrels tot een ruwheid Bmax van 0,05/um. Een 1N salpeter zuur op los sing werd aangebracht op de gepolijste contactoppervlakken en de polykris-tallijn ferrietplaat en de ëénkristal ferrietplaat werden 25 op elkaar geplaatst en 30 minuten onder een stikstofatmos-feer bij 1250°C verhit en vervolgens 15 uren op een temperatuur van 1350°C gehouden, die lager is dan de hiervoor beschreven temperatuur van 1360°C, waarbij de discontinue kristalkorrelgroei van ferrietpolykristal plaats heeft, 30 om een vaste fase reactie te veroorzaken, waarbij het één-kristal (0) van de onderhavige uitvinding werd verkregen.

Voor vergelijkingsdoeleinden werd dezelfde ferriet-polykristalplaat en dezelfde ferriet-éénkristalplaat, zoals hiervoor beschreven, op elkaar geplaatst en 2 uren op een 35 temperatuur van 1380°C gehouden, welke temperatuur hoger is dan de temperatuur, die de discontinue kristalkorrelgroei van ferriet-polykristal teweeg brengt en buiten het be-grenzingstraject van de onderhavige uitvinding valt, om een vaste fase-reactie teweeg te brengen voor het verkrijgen 40 van een produkt (P). Een ferriet-polykristal, dat de con-Oflfl 7 1 ιυ tinne kristalkorrelgroei liet zien zoals aangegeven in fig. 1, curve B werd gebruikt en de andere omstandigheden waren dezelfde als hiervoor beschreven voor het verkrijgen van een produkt (Q).

5 De contactoppervlakken van het ferriet-polykristal en het ferriet-éénkristal van de hiervoor beschreven drie monster (0), (P) en (Q) werden door de microscoop waargenomen en de resultaten zijn getoond in de microfoto’s van de fig. 3 tot 7* Zoals blijkt uit de microfoto's groeit in het 10 produkt (0) (fig. 4), verkregen volgens de produktiemethode van de onderhavige uitvinding, waarbij het polykristal, dat de discontinue kristalkorrelgroei laat zien, wordt gebruikt en de verhitting wordt bewerkstelligd bij een temperatuur lager dan de temperatuur, waarbij de discontinue kristal-15 korrlegroei wordt veroorzaakt, het éénkristal ongeveer 1,5 mm naar het polykristal toe vanaf het contactoppervlak (fig. 3) (het pijlteken laat het contactoppervlak zien) voorafgaande aan de verhitting en een groot ferriet-éénkristal werd verkregen.

20 Pig. 5 laat niet anders dan een contactoppervlak zien van het polykristal, dat de continue kristalkorrelgroei toont en het éénkristal en in het produkt (Q) verkregen door bakken van de gebonden kristallen, waarbij het polykristal buiten het begrenzingstraject van de onderhavige 25 uitvinding is, bij 1350°C gedurende 15 uren, laat het polykristal zelf de korrels aanzienlijk groeien, zoals aangegeven in fig. 6 en de groei van het éénkristal wordt voorkomen en een groot ferriet éénkristal kan niet verkregen worden. Het produkt (P) verkregen door bakken van de gebon-30 den kristallen met het contactoppervlak, zoals aangegeven in fig. 3, bij 1380°C, wat hoger is dan de hiervoor beschreven grenstemperatuur (1360°C), gedurende 2 uren, is aangegeven in fig. 7 en zoals blijkt uit fig. 7 laat het polykristal zelf de korreljgroeien en de groei van het één-35 kristal wordt voorkomen en geen groot ferriet-éénkristal wordt verkregen.

"Voorbeeld II

Een mengsel met een chemische samenstelling van 31 mol.% MnO, 16,5 mol.% ZnO en 52,5 mol.% werd ge- 40 vormd en 4 uren bij 1320°C gebakken onder partiele zuurstof- 8003163 11 evenwichtsdruk voor het verkrijgen van een mangaan-zink-ferriet-polykristal. Dit ferriet-polykristal bezat een gemiddelde korrelgrootte van ongeveer 10/um en een poreusheid van ongeveer 0,1 % en de temperatuur, waarbij de dis-5 continue kristalkorrelgroei startte, bedroeg 1360°C. Uit dit ferriet-polykristal werd een plaat van x 1$ x $ mm gesneden en uit ferriet-éénkristal met een chemische samenstelling van 30 mol.% MnO, 18 mol.% ZnO en 52 mol.% en vervaardigd volgens het hoge-druk Bridgman-proces, 10 werd een dunne plaat van 15 x 15 x 0,3 mm gesneden, zodanig dat het contactoppervlak van het éénkristal vlak wordt * (100). Elk contactoppervlak van de polykristalplaat en de éénkristalplaat werd gepolijst door middel van diamant-slijpkorrels tot een ruwheid Bmax van 0,05/um, voor het 15 vervaardigen van een eiitéénkristal ferrietplaat met een dikte van 0,25 mm en een polykristal ferrietplaat met een dikte van 2,8 mm en op de gepolijste contactoppervlakken werd een 1 N oplossing van zwavelzuur in water aangebracht en de polykristal ferrietplaat en de éénkristal ferriet-20 plaat werden op elkaar geplaatst en in een uit ferriet vervaardigde stelinrichting gebracht en 30 minuten bij 1250°C verhit onder een stikstofatmosfeer, die lager is dan de partiële zuurstofevenwichtsdruk en vervolgens werden de gebonden kristalplaten 2 uren op 1340°C gehouden, wat lager 25 is dan de hiervoor beschreven temperatuur van 1360°C, die de discontinue kristalkorrelgroei van het polykristal teweeg brengt, om een vaste fase-reactie te bewerkstelligen, waarbij een ferrietlichaam, toe te passen als een magnetische kop volgens de onderhavige uitvinding werd verkre-30 gen. De dwarsdoorsnede, die het éénkristaldeel en het po-lykristaldeel van het verkregen ferriet omvatte, werd waargenomen door een microscoop en gevonden werd, dat het oorspronkelijk opgeplaatste ent éénkristal-ferriet groeit en het polykristaldeel van een gemiddelde van 0,25 m vanaf 35 liet contactoppervlak van het oorspronkelijk in contact gebrachte polykristal ferriet was omgezet tot éénkristal. Vervolgens werd het éénkristaldeel, dat het oorspronkelijk opgeplaatste ent éénkristal ferrietdeel omvat, gepolijst en 0,3 mm verwijderd ter vervaardiging van een ferriet-40 blok, waarbij het éénkristaldeel achterblijft, waar het o η n r 1 Λ t Ίέ Λ was gevormd door omzetting van een deel van het poly-kristal ferriet tot éénkristal. Uit dit ferrietblok werd een magnetische kop voor VTE beeld vervaardigd op de volgende wijze. Dit ferrietblok werd gesneden en zodanig ver-5 werkt, dat het éénkristal ferrietdeel in dit ferrietblok de plaats bepaalt bij een glijdend oppervlak van een magneetband in de magneetkop ter vervaardiging van een fer-rietstaaf van 1,8 x 2,7 x 1$ mm en vervolgens werd het magnetische spleet vormende oppervlak van deze staaf gepo-10 lijst tot spiegeloppervlak en vervolgens van groeven voorzien om de spoorbreedte van de magnetische kop te bepalen en groeven voor het ontvangen van een spiraalwikkeling werden gevormd. De spiegeloppervlakken van deze twee staven werden tegenover elkaar gesteld en deze twee staven 15 werden gebonden en gevuld met glas door glasbinding voor het vormen van magnetische spleten met een breedte van 0,5/um voor het voortbrengen van een kemblok. Dit kern-blok werd verder gesneden en verwerkt tot kerachips en een kernchip werd spiraal gewikkeld ter vervaardiging van 20 een magnetische kop voor VTE beeld. Vervolgens werd uit een ferrietblok* waarin het ent éénkristal ferrietdeel volledig was verwijderd, een ringkem met een dikte van 1,5 mm* bestaande uit het éénkristaldeel met een dikte van ongeveer 0,2 mm en het polykristal ferrietdeel met een dik-25 te van ongeveer 1,3 mm, met een inwendige diameter van 6 mm en een uitwendige diameter van 10 mm gesneden en de initiële permeabiliteit bij 1 KHz werd gemeten. Voor ver-gelijkingsdoeleinden werden uit een ferrietblok, waarin 0,2 mm van het ent éénkristal ferrietdeel achterbleef, een 30 éénkristal ferrietblok toegepast voor de vervaardiging van de magnetische kop volgens de onderhavige uitvinding en een polykristal ferrietblok, kernen gesneden met dezelfde vorm als de hiervoor beschreven afmeting en de initiële permeabiliteit gemeten. De verkregen resultaten zijn in 35 tabel A opgenomen. Tabel A bevestigt, dat de initiële permeabiliteit van het ferriet voor de magnetische kop vervaardigd volgens de vervaardigingsmethode van de onderhavige uitvinding, in hoofdzaak dezelfde is als die van het polykristal ferriet en de initiële permeabiliteit is niet 40 verminderd door omzetting van een deel van polykristal 8003163 13 ferriet tot éénkristal. De initiële permeabiliteit van bet ferriet, dat een deel van het ent. éénkristal achter hield, is uiterst gering en er blijft een spanning in het verkregen ferriet tengevolge van het verschil van de thermische 5 uitzettingscoëfficiënt gebaseerd op het verschil van de chemische samenstelling van het ent éénkristal ferriet en het polykristal ferriet.

Bij de vervaardigingsmethode van de onderhavige uitvinding, waarbij een magnetische kop vervaardigd wordt uit 10 het ferrietblok, waarin het ent éénkristal ferrietdeel is verwijderd, werden geen scheuren, schilferingen en dergelijke tijdens de verwerking gevormd.

Tabel A

eehkris- poly- Ferriet Ferriet met tal fer- kristal volgens de overblijvend riet ferriet onderhavi- entkristal ge uitvin- ferriet _ding_;_

Initiële permeabili- 8.000 11.000 10.200 4·.000 teit (1EÏÏz, 50m0e)

De uitgang, signaalruisverhouding en duurzaamheid van de magnetische kop voor VTR beeld vervaardigd volgens de 13 onderhavige uitvinding, werden gemeten. Voor vergelijkings-doeleinden werd een magnetische kop onder toepassing van het éénkristal ferriet en een magnetische kop onder toepassing van het polykristal ferriet vervaardigd en soortgelijke metingen werden uitgevoerd. De verkregen resultaten 20 zijn in tabel B opgenomen en uit tabel B blijkt, dat de magnetische kop volgens de uitvinding dezelfde hoge S/lï verhouding laat zien als de polykristal ferrietkop en dezelfde lange levensduur als in de éénkristal ferrietkop en beide de eigenschappen hebben van de polykristal ferriet magneti-25 sche kop met het oog op de signaalruisverhouding en van de éénkristal ferriet magnetische kop met het oog op de levensduur.

nnn x165 Ί4

Tabel B

Uitgang S/U Levensduur (5 MHz; (dB) (h) C/uT) _ _

Magnetische kop volgens de uitvinding 270 42 1.000 éénkristal magnetische kop 260 35 1.100 polykristal .

magnetische kop 250 43 450

Voorbeeld III

Een mengsel met een chemische samenstelling van 28 mol.% MnO, 19,5 mol.% ZnO en 52,5 mol.% FegO^ ge-=- vormd en 4 uren bij 1310°C gebakken onder partie*le zuur-5 stofevenwichtsdruk voor het verkrijgen van mangaanzink-ferriet polykristal. Dit polykristal bezat een gemiddelde korrelgrootte van ongeveer 8/um en een poreusheid van ongeveer 0,05 % en de temperatuur, waarbij de discontinue kristalkorrelgroei startte, bedroeg 1360°C. Uit dit poly-10 kristal ferriet werd een plaat van 15 x”15 x 3 mm gesneden. Uit éénkristal ferriet met een chemische samenstelling van 30 mol.% MnO, 18 mol.% ZnO en 52 mol.% en vervaar digd volgens het hoge-druk Bridgman-proces, werd een dunne plaat van 15 x 15 x 0,3 mm gesneden, zodanig dat het con-15 tactoppervlak van het éénkristal vlak wordt (100). Elk contactoppervlak van beide platen werd gepolijst door middel van diamantslijpkorrels in een ruwheid Emax van 0,2 mm voor het vervaardigen van een ent éénkristalplaat met een dikte van 0,25 mm en een polykristalplaat met een dikte van 20 2,8 mm en beide ferrietplaten werden op elkaar geplaatst en een druk van 5000 kPa werd toegepast tussen de contactoppervlakken en er werd 4 uren gebakken onder partiële zuurstofevenwichtsdrukbij 1330°C, wat lager is dan een temperatuur van 1360°C, waarbij de discontinue kristalkorrel-25 groei van het polykristal ferriet plaats vindt, voor het verkrijgen van het ferrietlichaam, dat gebruikt wordt voor de magnetische kop van de onderhavige uitvinding. De dwarsdoorsnede, die het éénkristaideel en het polykristaldeel van het verkregen ferrietlichaam omvatte werd waargenomen 30 door een microscoop en het bleek dat het oorspronkelijk 8003 1 63 15 opgeplaatste éénkristal groeide en het polykristaldeel van gemiddeld 0,3 mm vanaf het contactoppervlak van het oorspronkelijk in contact gebrachte polykristal ferriet was omgezet tot éénkristal. Vervolgens werd het éénkristaldeel, 5 dat het oorspronkelijke opgeplaatste ent éénkristal fer-rietdeel omvatte, gepolijst en 0,3 mm verwijderd voor het vervaardigen van een ferrietblok overblijvend éénkristaldeel gevormd door omzetting van een deel van het polykristal ferriet. Uit dit ferrietblok werd een magnetische kop 10 voor VÏR beeld als volgt vervaardigd. Dit ferrietblok werd gesneden en verwerkt, zodat het nieuw gevormde éénkristal ferrietdeel in dit ferrietblok de plaats bepaalt bij een glijdend oppervlak van een magnetische band in de magnetische kop, ter vervaardiging van een ferrietstaaf van 15 1,8 x 2,7 x 15 mm en vervolgens wordt het magnetische spleet- vormende oppervlak van deze staaf gepolijst tot een spiegelend oppervlak en vervolgens werden groeven om de spoorbreedte van de magnetische kop te definiëren en groeven voor het ontvangen van spiraalwindingen gevormd. De spiege-20 lende oppervlakken van deze twee staven werden tegenover elkaar gesteld en deze twee staven werden gebonden en gevuld met glas door glasbinding voor het vormen van magnetische spleten met een breedte van 0,5/hm voor de vervaardiging van een kernblok. Dit kernblok werd verder gesneden en 25 verwerkt tot kernchips en een kernchip werd spiraal gewikkeld ter vervaardiging van een magnetische kop voor VTR beeld. Vervolgens werd uit een ferrietblok, waarin het ent éénkristal ferrietdeel volledig was verwijderd, een ring-kern met een dikte van 1,5 mm, bestaande uit het éénkristal-30 deel met een dikte van ongeveer 0,2 mm en het polykristal ferrietdeel met een dikte van ongeveer 1,3 mm, met een inwendige diameter van 6 mm en een uitwendige diameter van 10 mm gesneden en de initiële permeabiliteit bij 1 KHz werd gemeten. Voor vergelijkingsdoeleinden werden uit een ferriet-35 blok , dat 0,15 mm van het ent éénkristal ferriet- d^Wyfe^ii1 éénkristal ferrietblok gebruikt voor de vervaardiging van de magnetische kop volgens de onderhavige uitvinding en een polykristal ferrietblok, ringkernen met dezelfde vorm zoals de hiervoor beschreven afmeting .gesneden en 40 de initiële permeabiliteit werd gemeten. De verkregen re- 8003 1 63 ΊΟ sultaten zijn in tabel C opgenomen. Uit tabel C blijkt, dat de initiële permeabiliteit van het ferriet voor de magnetische kop vervaardigd volgens de vervaardigingswerkwijze van de onderhavige uitvinding in hoofdzaak dezelfde is als 5 die van het polykristal ferriet en wordt de initiële permeabiliteit niet verminderd door omzetting van een deel van het polykristal ferriet tot éénkristal. De initiële permeabiliteit van het ferriet, waarin een deel van het ent éénkristal ferriet achterblijft, is uiterst gering en een spanning 10 blijft over in het verkregen ferriet tengevolge van het verschil van de thermische uitzettingscoëfficiënt op basis van het verschil van de chemische samenstelling van het ent éénkristal ferriet en het polykristal ferrièti;

Bij de vervaardigingsmethode van de onderhavige uit-15 vinding, waarbij een magnetische kop vervaardigd wordt uit het ferrietblok, waaruit het ent éénkristal ferrietdeel is verwijderd, werden geen scheuren, schilferingen en dergelijke praktisch gevormd tijdens de verwerking.

Tabel 0 éénkris- poly- Ferriet Ferriet met tal fer- kristal volgens de . overblijvend riet ferriet onderhavige entkristal _uitvinding ferriet_

Initiële permeabili- 8.000 12.000 11.500 2.500 teit (1KHz, 5m0e)

De uitgang, de signaal-ruisverhouding en levensduur 20 van de magnetische kop voor 7TB beeld vervaardigd volgais de onderhavige uitvinding werden gemeten. Voor vergelij-kingsdoeleinden werden een magnetisch kop onder toepassing van het éénkristal ferriet en een magnetische kop onder toepassing van het polykristal ferriet vervaardigd en soort-25 gelijke metingen werden uitgevoerd. De verkregen resultaten zijn in tabel D opgenomen en uit tabel D bleek, dat de magnetische kop volgens de onderhavige uitvinding dezelfde hoge signaalruisverhouding laat zien als . de polykristal ferrietkop en dezelfde lange levensduur als in de één-50 kristal ferrietkop en beide de eigenschappen hebben van de polykristal ferriet magnetische kop met het'.oog op de sig-naalgeluidsverhouding en van de éénkristal ferriet magnetische kop met het oog op de levensduur.

8003163 17

Label D

Uitgang S/U Levensduur (5 MHz J (dB) (h) C/ttV) _ _

Magnetische kop volgens de uitvinding 270 4-2 >1.000 éénkristal magnetische kop 260 35 >1.000 polykristal magnetische kop 250 4-3 350

Zoals hiervoor vermeld kan volgens de onderhavige uitvinding een magnetische kop met zowel de uitstekende eigenschappen van lage signaalruisverhouding van een magnetische kop onder toepassing van een polykristal ferriet en 5 grote slijtweerstand en lange levens-duur van een magnetische kop onder toepassing van een éénkristal ferriet gemakkelijk en goedkoop vervaardigd worden met een eenvoudige inrichting en werkwijze zonder toepassing van ingewikkelde en kostbare apparatuur, welke kop uitstekend is als magne-10 tische kop voor VTE en zeer technisch bruikbaar.

Voorbeeld IV

Een mengsel van 37»5 mol.% Y2°3 meiï een zuiverheid van 99»99 % en 62,5 mol.% 5^0^ met een zuiverheid van 99»9 %» dat minder dan 0,01 % SiO^, minder dan 0,005 % 0a0 15 en minder dan 0,003 % E^O als verontreinigingen bevatte, werd gevormd en 6 uren bij 1370°C gebakken voor het verkrijgen van een yttrium ijzer granaat polykristal.

Dit polykristal bezat een gemiddelde korrelgrootte van ongeveer 15/um en een poreusheid van 0,05 % en de tempera-20 tuur, waarbij de discontinue kristalkorrelgroei startte, bedroeg 14-20°C.

Uit dit yttrium ijzer granaat polykristal en yttrium ijzer granaat éénkristal met in hoofdzaak dezelfde samenstelling als dit polykristal en vervaardigd volgens het 25 · vloeiproces, werden platen van 10 x 10 ς 5 m en 10 x 10 x 0,3 mm respectievelijk gesneden en elk contactoppervlak van deze platen werd gepolijst met een tinschijf door middel van diamantslijpkorrels tot een ruwheid Bmax van 0,03^um. Een water bevattende oplossing van yttrium-30 nitraat en ijzemitraat werd aangebracht op de contactopper- 800 3 1 63 lö vlakken en de polykristalplaat en de éénkristalplaat werden op elkaar geplaatst en een uur bij 1300°C verh.it en vervolgens 12 uren op een temperatuur van 1400°C gehouden, wat lager is dan de temperatuur, die de discontinue kris-5 talkorrelgroei veroorzaakt, voor het veroorzaken van een vaste fase-reactie, waarbij een groot éénkristal van de onderhavige uitvinding werd verkregen. Het verkregen yttrium ijzer granaat éénkristal werd waargenomen door een microscoop en bevestigd werd, zoals aangegeven in fig. 8, dat het 10 gehele polykristaldeel is omgezet tot éénkristal en het gehele lichaam is gevormd uit éénkristal.

Voorbeeld V

Hen mengsel van 50 mol.% MgO met een zuiverheid van 99,99 % en 50 mol.% AlgO^ met een zuiverheid van 99,9 15 dat minder dan 0,005 % S1O2, minder dan 0,005 % T1O2 en minder dan 0,003 % CaO als verontreinigingen bevatte, en waaraan 0,2 gew.% lithiumfluoride was toegevoegd, werd tot een plaat gevormd en de gevormde plaat werd 5 nren bij 1700°C gebakken onder een waterstofatmosfeer voor het ver-20 krijgen van een spinel polykristal. Dit spinel polykristal bezat een gemiddelde korrelgrootte van ongeveer 7/um en een poreusheid van 0,2 % en de temperatuur, waarbij de discontinue kristalkorrelgroei startte, bedroeg 1800°C.

Uit dit spinel polykristal en een spinel éénkristal 25 vervaardigd volgens het Bernoulli proces, werden schijven 10*£x5t (mm) en 10/zix0,5t (mm) respectievelijk gesneden en de contactoppervlakken van beide schijven werden gepolijst met een tinschijf door middel van diamantslijpkorrels tot een ruwheid Rmax van 0,05/um en op de contactoppervlakken 30 werd een water bevattende oplossing van magnesiumnitraat en aluminiumnitraat aangebracht en het éénkristal en het polykristal werden op elkaar geplaatst en 1 uur bij een temperatuur van 1650°C verhit om beide kristallen te binden en de gebonden kristallen werden bij een temperatuur van 35 1750°C verhit, die lager is dan de temperatuur, die de discontinue kristalkorrelgroei veroorzaakt, om het spinel éénkristal te doen groeien voor het verkrijgen van een éénkristal volgens de onderhavige uitvinding.

Het contactoppervlak van het verkregen produkt werd 40 waargenomen door een microscoop en gevonden werd, dat on- 8003163 19 geveer 3 nm van het polykristal met een dikte van 5 mm is omgezet tot éênkristal door de groei van het éénkristal voor het vormen van een volledig integraal éénkristal en een of ander grensgebied tussen het oorspronkelijke één-5 kristal en het gegroeide éénkristal werd niet gevonden en beide kristallen waren volledig geïntegreerd.

Zoals hiervoor vermeld heeft de werkwijze voor de vervaardiging van een éénkristal volgens de onderhavige uitvinding betrekking op het in aanraking brengen van een poly-10 kristal, dat de discontinue kristalkorrelgroei laat zien tot een éénkristal met in hoofdzaak dezelfde structuur als het polykristal en het verhitten van de in aanraking gebrachte kristallen bij een temperatuur lager dan de temperatuur, die de discontinue kristalkorrelgroei veroorzaakt, 15 voor het teweeg brengen van een vaste fase-reactie om het éénkristal te doen groeien. De vervaardiging van de onderhavige uitvinding kan worden uitgevoerd bij een lagere temperatuur dan de werkwijze voor de vervaardiging van éénkristal uit de gebruikelijke vloeistoffase, zodat de on-20 balans van het preparaat tengevolge van het probleem van componentverdamping niet plaats heeft en een inrichting voor de vervaardiging van éénkristal, die groot, ingewikkeld en kostbaar is, is niet noodzakelijk en het éénkristal kan vervaardigd worden volgens het gebruikelijke sinterings-25 proces of heet-pers-proces en kan technisch goedkoop vervaardigd worden. De onderhavige uitvinding kan worden toegepast op de vervaardiging van keramiek en metaal éénkristal en als een toepassing van de onderhavige uitvinding wordt, wanneer een polykristal, waarin een deel van het 30 polykristal is omgezet tot éénkristal tot een gegeven diepte, gebruikt als een magnetische kern van een magne tische kop voor VTR beeld, een magnetische kop met een zeer uitstekende eigenschap, die nooit gezien werd bij de gebruikelijke magnetische kop, kan verkregen worden. Voorts 35 kan de onderhavige uitvinding worden toegepast voor verschillende magneetkoppen, zoals magneetkoppen voor een digitaal signaal en is technisch zeer geschikt.

800 3 1 63

Claims

1. Werkwijze ter vervaardiging van een éénkristal, met het kenmerk, dat men een polykristal, dat een discontinue kristalkorrelgroei laat zien hij een 5 temperatuur niet lager dan Τ°0, in aanraking brengt met een ent-éénkristal met in hoofdzaak dezelfde kristalstructuur als het polykristal en de in aanraking gebrachte kristallen bij een temperatuur (t°C) lager dan de temperatuur T°C verhit om een vaste fase-reactie teweeg te brengen bij een 10 grensvlak tussen de microkristalkorrels, die het polykristal vormen en het ent-éénkristal, waarbij de microkristalkorrels in het polykristal geïntegreerd worden met het ent-éénkristal om het éénkristal te doen groeien.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het 15 kenmerk, dat men, wanneer een gegeven dikte van het polykristal, dat in aanraking is met het ent-éénkristal is omgezet tot éénkristal, de verhitting stopt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men als éénkristal een kristal van het 20 kubieke systeem van ferriet, granaat of spinel toepast.

4. Werkwijze volgens conclusie 3» met het kenmerk, dat men als éénkristal ferriet toepast.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat men als ent-éénkristal een kristal toe- 25 past, waarin in het oppervlak van het ent-éénkristal ferriet dat in aanraking wordt gebracht met het polykristal ferriet, een gegeven kristal hartlijnrichting wordt gevormd en de verhittingstemperatuur (t°C) afgrenst als 1.200°0 f t f 1.450°C, waarbij het ent-éénkristal ferriet 30 in groei vergroot wordt naar het polykristal ferriet om een deel van het polykristal ferriet om te zetten tot het éénkristal in in hoofdzaak dezelfde kristal liartlijnrichting als het ent-éénkristal ferriet, waarna men het oorspronkelijke ent-éénkristal ferrietdeel verwijdert.

6. Werkwijze volgens conclusie 1 tot 5» met het kenmerk, dat men een oplossing van een organisch of anorganisch zuur zout, die een metaalelement bevat dat het polykristal of het éénkristal samenstelt en/of een oplossing, die partieel het polykristal of het éénkristal 40 oplost, aanbrengt op elk contactoppervlak van het polykris- 800 3 1 63 tal en het éénkristal en vervolgens het polykristal en het éénkristal met elkaar in aanraking brengt·

7· Werkwijze volgens conclusies 1 tot 5» met het kenmerk, dat men een verhittingstemperatuur 5 (t°C) van T-100 z t L I toepast.

8· Hit polykristal bestaand ferriet, waarvan een gegeven dikte is gevormd uit een éénkristal.

9. Ferriet volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het ferriet mangaanzinkferriet is.

10. Magnetische kop, met het kenmerk, dat de magnetische kern is samengesteld uit polykristal-ferriet en een gegeven dikte van het polykristalferriet 15 van het glijdende oppervlak van de magnetische band uit het gegroeide éénkristal, bestaat·

11· Magnetische kop volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de magnetische kern mangaan- / · zinkfemet is. * * * * * * * / 800 3 1 63