WO2011157494A1 - Zirconium dioxide-aluminium oxide composite powder and process for the production thereof - Google Patents

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WO2011157494A1
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Corinna Kissner
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Evonik Degussa Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a zirconia-alumina composite powder and the zirconia-alumina composite powder itself obtainable by means of this method.
  • a further subject matter relates to the use of the zirconia-alumina composite powder.
  • Ceramic materials based on mixtures of zirconia and alumina are referred to as "zirconia toughened alumina” (ZTA) and “alumina toughened zirconia” (ATZ), respectively, depending on whether alumina is dispersed in zirconia or vice versa.
  • ZTA zirconia toughened alumina
  • ATZ alumina toughened zirconia
  • these can be obtained by mechanical mixing, such as by means of a ball mill, or by co-precipitation of zirconium and aluminum salt solutions. In both cases, it is difficult to obtain reproducible results, since the mixture is often not finely divided and has inhomogeneities, so that no usable ceramics result.
  • DE-A-371491 1 discloses a hydrothermal process in which a common aqueous solution of zirconium and aluminum salts reacts at high pressures and temperatures in an autoclave. Such a method is not economical to carry out.
  • the description relates to the preparation of a composite from a zirconium dioxide stabilized with 3 mol% yttrium and aluminum oxide with a particle size of about 10 nm.
  • a disadvantage of the processes mentioned in the prior art is that they either are not economical to carry out and / or the resulting process products are not finely divided enough, have inhomogeneities and the sintered products have insufficient strength. Therefore, the technical object of the present application was to provide a method for producing a zirconia-alumina composite powder, which reduces or eliminates the disadvantages of the methods mentioned in the prior art.
  • the zirconia-alumina composite powder itself is said to be at high temperatures
  • the technical problem is solved by a method for producing a zirconia-alumina composite powder, which
  • aprotic-polar solvent which is the same as or different from that of the dispersion, or
  • each comprises one or more aluminum salts in an aqueous solvent
  • a powder is referred to in the
  • Zirconium dioxide and alumina form a solid compound. It is assumed that a shell of alumina to zirconia particles, whether isolated or aggregated, forms and so prevents the growth of zirconia particles.
  • Zirkondioxidpumble are individual, mutually isolated particles, aggregates and / or agglomerates. The particles may preferably be present in the form of aggregated primary particles.
  • the d 50 value is the median value of the volume-weighted particle size distribution. The median value of the particle size distribution may be based on a tri-, bi- or monomodal distribution of the particles, wherein a monomodal distribution of the zirconia particles is preferred.
  • the zirconia particles carry hydroxyl groups on their surface.
  • the zirconia particles of the dispersion are aggregated pyrogenic zirconia particles having a BET surface area of 20 to 100 m 2 / g, more preferably 30 to 50 m 2 / g.
  • pyrogen is to be understood that the particles were obtained by means of a flame hydrolysis or flame oxidation.
  • flame hydrolysis is meant, for example, the formation of zirconium dioxide by combustion of zirconium tetrachloride in a hydrogen / oxygen flame.
  • Flame oxidation is, for example, the formation of zirconia by the combustion of an organic zirconia precursor in a hydrogen / oxygen flame.
  • the zirconia particles may also be stabilized zirconia particles.
  • Yttrium, cerium, calcium, magnesium or titanium are suitable as stabilizing elements, for example.
  • Yttrium is the most frequently used stabilizing component, with a proportion of 1 to 8 mol%, calculated as yttrium oxide.
  • the stabilizing elements mentioned are not present or are present only in such small amounts that they do not have a stabilizing effect.
  • the powder has a zirconia content of at least 97% by weight, usually at least 99% by weight. In addition, it can be up to 2.5 wt .-%
  • Hafniumdioxid as a companion whose content should be included in the proportion of zirconium dioxide.
  • the content of zirconium dioxide in the dispersion is preferably 5 to 50 wt .-%, particularly preferably 10 to 40 wt .-% and most preferably 20 to 30 wt .-%.
  • the proportion of water in the dispersion is preferably 10 to 50 wt .-% and particularly preferably 20 to 40 wt .-%.
  • the proportion of aprotic-polar solvent is preferably 20 to 60 wt .-% and particularly preferably 30 to 50 wt .-%.
  • the sum of the constituents zirconium dioxide, water and aprotic-polar solvent is preferably 90% by weight. or more, more preferably 95% by weight or more and most preferably 98% by weight or more, each based on the dispersion.
  • An aprotic-polar solvent in the context of the invention means a solvent whose structural formula does not contain a functional group from which
  • Hydrogen atoms can be split off as protons, but strongly polar
  • the aprotic-polar solvent is preferably selected from the group consisting of acetone, diethyl ether, dimethylformamide, dioxane, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone,
  • the dispersion may further contain one or more surface-modifying additives. These additives may be present in a proportion of 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.5 to 5 wt .-%, each based on the dispersion.
  • surface-modified means that at least part of the hydroxyl groups present on the surface of the zirconium dioxide particles have reacted with a means for modifying the surfaces to form a chemical bond.
  • the chemical bond can be a covalent, ionic or coordinate bond between the surface modifier and the particle.
  • Preference is given to using ammonium polyacrylates, polymethacrylates and polyethyleneimines.
  • Particular preference may be given to using an ethanolamine salt of citric acid, for example Dolapix CE 64.
  • the dispersion according to the invention comprises a liquid phase containing water and an aprotic-polar solvent. It is made by taking one of
  • Predispersion starts, which contains no aprotic polar solvent.
  • This predispersion may contain pH-regulating compounds, preferably basic-reacting compounds such as NaOH, KOH, NH 3 or ammonium hydroxides.
  • the predispersion has a pH of preferably 7.5 to 12 and more preferably 8 to 1 1.
  • the dispersion is reacted with a solution comprising a) one or more aluminum alkoxides and complexing agents in an aprotic polar
  • Solvent or b) each comprises one or more aluminum salts in an aqueous solvent, reacted.
  • Examples are aluminum ethoxide, aluminum i-propoxide, aluminum n-butoxide,
  • the complexing agent mentioned under a) is preferably a chelating agent.
  • Chelating agents are to be understood as meaning compounds with multidentate ligands which are linked by coordinative bonds to a zirconium atom. Examples are 1,3-diketones, beta-ketoesters, glycol ethers, diols, aminoalcohols, glycerol, aminothiols, dithiols, diamines, or mixtures thereof. Acetylacetone may preferably be used.
  • the complexing agents are usually used in an amount of 0.5 to 20 mol, preferably 0.5 to 3 mol / mol of aluminum alkoxide. It is also possible precomplexed
  • Aluminum alkoxides selected from the group consisting of aluminum s-butoxide-bis (ethylacetoacetate), aluminum di-s-butoxide-ethylacetoacetate, aluminum diisopropoxide-ethylacetoacetate, di-s-butoxyaluminoxytriethoxysilane, aluminum 9-octadecenyl-acetoacetate diisopropoxide, aluminum 2,4-bis pentanedione aluminum acetylacetonate, aluminum 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate, aluminum hexafluoropentanedionate and mixtures thereof.
  • the aluminum salts mentioned under b) are preferably selected from the group consisting of aluminum acrylate, aluminum chloride, aluminum methacrylate, aluminum nitrate,
  • Aluminum stearate and mixtures thereof are provided.
  • the method is carried out so that it is in the
  • the method is carried out so that it is in the
  • the ratio of zirconia / aluminum nitrate, calculated as Zr0 2 / Al 2 0 3 , is 70:30 to 80:20.
  • a further step follows, in which the solid reaction product is separated from the liquid phase of the reaction mixture. This can be achieved, for example, by evaporation, filtration, spray-drying,
  • the removal of the liquid phase may also be part of an optional tempering step, which is usually carried out in a temperature range of 400 to 1000 ° C.
  • an optional tempering step which is usually carried out in a temperature range of 400 to 1000 ° C.
  • By-products can also be part of a sintering step, in which the
  • a further subject of the invention is a zirconia-alumina composite powder obtainable by the process according to the invention,
  • the alumina content of the zirconia-alumina composite powder usually contains or consists of alpha alumina.
  • Preferred is zirconia-alumina composite powder in which the zirconia is in unstabilized form.
  • Suitable binders may include polysaccharides, methylcellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polethylenic acid and / or waxes.
  • Suitable dispersants may be polymers and copolymers of methacrylic and acrylic acids having low to medium molecular weights and their salts.
  • Further dispersants may be citric and phosphonobutane tricarboxylic acid and salts thereof or salts of polybasic acids, in particular hydroxy acids, with polyvalent cations which optionally contain intact acid groups.
  • Suitable lubricants are paraffin wax, polyethylene glycols (PEG), butyl stearate,
  • Stearic acid and stearates of ammonium, aluminum, lithium, magnesium, sodium and zinc, oleic acid, graphite and / or boron nitride can be used with particular preference.
  • these granules are subjected to an annealing step at 400 to 1000 ° C.
  • a zirconia-alumina composite powder is understood to mean a powder which may optionally be a thermal one
  • the sintered zirconia-alumina composite powder is a further object of the invention. It is obtainable by thermal treatment of the zirconia-alumina composite powder at 1500 ° C and
  • a) contains 60 to 95 wt .-%, preferably 65 to 85 wt .-%, particularly preferably 70 to 80 wt .-%, zirconium dioxide and 5 to 40 wt .-%, preferably 15 to 35 wt .-%, especially preferably 20 to 30 wt .-% alumina and
  • the crystallite size, determined by X-ray structure analysis, is 50 to ⁇ 100 nm.
  • Another object of the invention is the use of the zirconia-alumina composite powder or the sintered zirconia-alumina composite powder as a component of ceramic components and ceramic coatings, for example, for composites and turbines.
  • the present invention provides a process for producing a zirconia-alumina composite powder and the powder itself.
  • the structure of the powder does not significantly coarsen at high temperatures due to grain growth. It is therefore possible to produce components made therefrom or coated therewith under extreme conditions
  • the total amount of the composite powder produced in the examples is heated in an open Al 2 O 3 crucible (AlSint) at a heating rate of 5 K / min to 1000 ° C., 1200 ° C. or 1500 ° C. and over a period of 1 Held at this temperature for an hour and then allowed to cool to room temperature unregulated.
  • AlSint Al 2 O 3 crucible
  • the integral width of the reflex is determined by a single-line Fourier analysis method using the "Line Profile" ® program from Philips, to calculate the integral width of the (1 1 1) reflection due to the influence of crystallite size device-related broadening of the reflection and the influence of the lattice distortion, determined by the Cauchy-part of the reflex, subtracted, using NBS silicon as reference.
  • Dispersion D1 42.14 kg demineralized water and 1.75 kg
  • Dolapix CE64 (from Zschimmer and Schwartz) are placed in a mixing tank and then, using the suction pipe of the Ystral Conti-TDS 3 (stator slots 4 mm wreath and 1 mm wreath, rotor / stator distance about 1 mm) under shear conditions, the 43.9 kg of zirconia powder prepared according to EP-A-1 142830, Example 1 was added. After completion of the retraction of the intake manifold is closed and still sheared at 3000 U / min for 10 min.
  • the predispersion thus obtained is passed in five passes through a high-energy mill Sugino Ultimaizer HJP-25050 at a pressure of 2500 bar and diamond nozzles of 0.3 mm diameter.
  • the resulting dispersion has an average particle size d 50 of 80 nm and a zirconium dioxide content of 50% by weight.
  • Example 1 50 g of aluminum sec-butoxide (ASB) are added rapidly with stirring to 90 g of acetone and 40.6 g of acetylacetone and then stirred for 5 minutes.
  • a dispersion D2 consisting of 85 g of dispersion D1 and 85 g of acetone is added rapidly and then stirred for 5 minutes.
  • the batch is dried at room temperature.
  • the resulting solid has an 80:20 ratio of ZrO 2 / Al 2 O 3 .
  • the crystallite size determined as described above is 37 nm for the sample treated at 1200 ° C. and 80 nm for the sample treated at 1500 ° C.
  • Example 2 72.5 g of aluminum sec-butoxide (ASB) are added rapidly with stirring to 130.5 g of acetone and 58.9 g of acetylacetone and then stirred for 5 minutes. To this mixture is rapidly a dispersion D2 consisting of 70 g of dispersion D1 and 70 g

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Abstract

Process for producing a zirconium dioxide-aluminium oxide composite powder which contains a) from 60 to 95% by weight of zirconium dioxide and from 5 to 40% by weight of aluminium oxide; and b) has a crystallite size after thermal treatment at 1500°C of from 50 to <100 nm, determined by X-ray structure analysis, in which c) a dispersion which contains c1) zirconium dioxide particles having an average particle diameter d50 of from 50 to <100 nm as solid phase and c2) a solution composed of water and one or more aprotic polar solvents as liquid phase is d) reacted with a solution which is miscible with the liquid phase of the dispersion and d1) in each case one or more aluminium alkoxides and complexing agents in an aprotic polar solvent which is identical to or different from that of the dispersion or d2) in each case one or more aluminium salts in an aqueous solvent. Zirconium dioxide-aluminium oxide composite powder which can be obtained by means of this process.

Description

Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulver und Verfahren zu dessen Herstellung  Zirconia-alumina composite powder and process for its preparation
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Zirkondioxid- Aluminiumoxid-Kompositpulvers und das mittels dieses Verfahrens erhältliche Zirkondioxid- Aluminiumoxid-Kompositpulver selbst. Ein weiterer Gegenstand betrifft die Verwendung des Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulvers. The invention relates to a method for producing a zirconia-alumina composite powder and the zirconia-alumina composite powder itself obtainable by means of this method. A further subject matter relates to the use of the zirconia-alumina composite powder.
Keramische Werkstoffe, basierend auf Mischungen von Zirkondioxid und Aluminiumoxid werden als "zirconia toughened alumina" (ZTA) beziehungsweise "alumina toughened zirconia" (ATZ) bezeichnet, je nachdem, ob Aluminiumoxid in Zirkondioxid dispergiert vorliegt oder umgekehrt. Durch diese Mischungen können die Eigenschaften gegenüber reinem Aluminiumoxid beziehungsweise Zirkondioxid deutlich verbessert werden. Im Stand der Technik sind unterschiedliche Herstellungsverfahren für derartige Mischungen bekannt. Ceramic materials based on mixtures of zirconia and alumina are referred to as "zirconia toughened alumina" (ZTA) and "alumina toughened zirconia" (ATZ), respectively, depending on whether alumina is dispersed in zirconia or vice versa. Through these mixtures, the properties of pure alumina or zirconia can be significantly improved. In the prior art, different manufacturing methods for such mixtures are known.
Beispielsweise können diese durch mechanisches Mischen, etwa mittels einer Kugelmühle, oder durch gemeinsames Ausfällen von Zirkon- und Aluminiumsalzlösungen erhalten werden. In beiden Fällen ist es schwierig reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, da die Mischung oft nicht feinteilig genug ist und Inhomogenitäten aufweist, so dass keine brauchbaren Keramiken resultieren. For example, these can be obtained by mechanical mixing, such as by means of a ball mill, or by co-precipitation of zirconium and aluminum salt solutions. In both cases, it is difficult to obtain reproducible results, since the mixture is often not finely divided and has inhomogeneities, so that no usable ceramics result.
In DE-A-371491 1 wird ein hydrothermales Verfahren offenbart, bei dem eine gemeinsame, wässerige Lösung von Zirkon- und Aluminiumsalzen bei hohen Drucken und Temperaturen in einem Autoklaven zur Reaktion kommt. Ein solches Verfahren ist nicht wirtschaftlich durchzuführen. Beschrieben wird die Herstellung eines Komposites aus einem mit 3 mol-% Yttrium stabilisierten Zirkondioxides und Aluminiumoxid mit einer Partikelgröße von ca. 10 nm. DE-A-371491 1 discloses a hydrothermal process in which a common aqueous solution of zirconium and aluminum salts reacts at high pressures and temperatures in an autoclave. Such a method is not economical to carry out. The description relates to the preparation of a composite from a zirconium dioxide stabilized with 3 mol% yttrium and aluminum oxide with a particle size of about 10 nm.
Aus EP-A-435677 ist ein Verfahren bekannt, bei dem alpha-Aluminiumoxidpartikel mit einer Partikelgröße von 0,1 bis 2 μηη in einem Zirkondioxidsol mit einer Partikelgröße von nicht mehr als 0,1 μηη dispergiert werden, und das Gemisch anschließend thermisch behandelt wird. From EP-A-435677 a method is known, are dispersed in the alpha-alumina particles having a particle size of 0.1 to 2 μηη in a zirconia with a particle size of not more than 0.1 μηη, and the mixture is then thermally treated ,
Nachteilig bei den im Stand der Technik genannten Verfahren ist, dass sie entweder nicht wirtschaftlich durchzuführen sind und/oder die erhaltenen Verfahrensprodukte nicht feinteilig genug sind, Inhomogenitäten aufweisen und die gesinterten Produkte eine ungenügende Festigkeit aufweisen. Daher bestand die technische Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulvers bereitzustellen, welches die Nachteile der im Stand der Technik genannten Verfahren vermindert oder ausschließt. Das Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulvers selbst soll bei hohen Temperaturen A disadvantage of the processes mentioned in the prior art is that they either are not economical to carry out and / or the resulting process products are not finely divided enough, have inhomogeneities and the sintered products have insufficient strength. Therefore, the technical object of the present application was to provide a method for producing a zirconia-alumina composite powder, which reduces or eliminates the disadvantages of the methods mentioned in the prior art. The zirconia-alumina composite powder itself is said to be at high temperatures
mechanisch stabil bleiben, das heißt die Struktur soll sich durch Kornwachstum nicht maßgeblich vergröbern. remain mechanically stable, that is, the structure should not significantly coarsen by grain growth.
Die technische Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Zirkondioxid- Aluminiumoxid-Kompositpulvers, welches The technical problem is solved by a method for producing a zirconia-alumina composite powder, which
a) 60 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 65 bis 85 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 80 Gew.- %, Zirkondioxid und 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 35 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-% Aluminiumoxid enthält und a) 60 to 95 wt .-%, preferably 65 to 85 wt .-%, particularly preferably 70 to 80 wt%, zirconium dioxide and 5 to 40 wt .-%, preferably 15 to 35 wt .-%, particularly preferably Contains 20 to 30 wt .-% alumina and
b) dessen Kristallitgröße, nach einer thermischen Behandlung bei 1500°C, 50 bis < 100 nm, bestimmt durch Röntgenstrukturanalyse, beträgt, b) whose crystallite size, after a thermal treatment at 1500 ° C., is 50 to <100 nm, determined by X-ray structure analysis,
bei dem man in which one
c) eine Dispersion, welche c) a dispersion which
c1 ) Zirkondioxidpartikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser d50 von 50 bis c1) zirconia particles with a mean particle diameter d 50 from 50 to
<100 nm, bevorzugt 60 bis 90 nm, als feste Phase und  <100 nm, preferably 60 to 90 nm, as a solid phase and
c2) eine Lösung aus Wasser und einem oder mehreren aprotisch-polaren  c2) a solution of water and one or more aprotic polar
Lösungsmitteln als flüssige Phase enthält  Contains solvents as a liquid phase
d) mit einer Lösung, die mit der flüssigen Phase der Dispersion mischbar ist und d) with a solution which is miscible with the liquid phase of the dispersion and
d1 ) jeweils ein oder mehrere Aluminiumalkoxide und Komplexbildner in einem  d1) in each case one or more aluminum alkoxides and complexing agents in one
aprotisch-polaren Lösungsmittel, welches gleich oder verschieden von dem der Dispersion ist, oder  aprotic-polar solvent which is the same as or different from that of the dispersion, or
d2) jeweils ein oder mehrere Aluminiumsalze in einem wässerigen Lösungsmittel umfasst,  d2) each comprises one or more aluminum salts in an aqueous solvent,
zur Reaktion bringt. brings to reaction.
Als Komposit-Pulver im Rahmen der Erfindung wird ein Pulver bezeichnet bei dem As a composite powder in the invention, a powder is referred to in the
Zirkondioxid und Aluminiumoxid eine feste Verbindung eingehen. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich eine Hülle von Aluminiumoxid um Zirkondioxidpartikel, ob isoliert oder aggregiert, ausbildet und so ein Zusammenwachsen von Zirkondioxidpartikeln verhindert wird. Zirkondioxidpartikel sind dabei einzelne, voneinander isolierte Partikel, Aggregate und/oder Agglomerate. Bevorzugt können die Partikel in Form von aggregierten Primärpartikeln vorliegen. Der d50-Wert ist der Medianwert der volumengewichteten Partikelgrößenverteilung zu verstehen. Dem Medianwert der Partikelgrößenverteilung kann eine tri-, bi- oder monomodale Verteilung der Partikel zu Grunde liegen, wobei eine monomodale Verteilung der Zirkondioxidpartikel bevorzugt ist. Die Zirkondioxidpartikel tragen an ihrer Oberfläche Hydroxylgruppen. Zirconium dioxide and alumina form a solid compound. It is assumed that a shell of alumina to zirconia particles, whether isolated or aggregated, forms and so prevents the growth of zirconia particles. Zirkondioxidpartikel are individual, mutually isolated particles, aggregates and / or agglomerates. The particles may preferably be present in the form of aggregated primary particles. The d 50 value is the median value of the volume-weighted particle size distribution. The median value of the particle size distribution may be based on a tri-, bi- or monomodal distribution of the particles, wherein a monomodal distribution of the zirconia particles is preferred. The zirconia particles carry hydroxyl groups on their surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zirkondioxidpartikel der Dispersion aggregierte, pyrogen hergestellte Zirkondioxidpartikel mit einer BET-Oberfläche von 20 bis 100 m2/g, besonders bevorzugt 30 bis 50 m2/g. Unter pyrogen ist dabei zu verstehen, dass die Partikel mittels einer Flammenhydrolyse oder einer Flammenoxidation erhalten wurden. Unter Flammenhydrolyse ist beispielsweise die Bildung von Zirkondioxid durch Verbrennung von Zirkontetrachlorid in einer Wasserstoff-/Sauerstoffflamme zu verstehen. Unter In a preferred embodiment, the zirconia particles of the dispersion are aggregated pyrogenic zirconia particles having a BET surface area of 20 to 100 m 2 / g, more preferably 30 to 50 m 2 / g. By pyrogen is to be understood that the particles were obtained by means of a flame hydrolysis or flame oxidation. By flame hydrolysis is meant, for example, the formation of zirconium dioxide by combustion of zirconium tetrachloride in a hydrogen / oxygen flame. Under
Flammenoxidation ist beispielsweise die Bildung von Zirkondioxid durch die Verbrennung eines organischen Zirkondioxidprecursors in einer Wasserstoff-/Sauerstoffflamme zu verstehen. Flame oxidation is, for example, the formation of zirconia by the combustion of an organic zirconia precursor in a hydrogen / oxygen flame.
Bei den Zirkondioxidpartikeln kann es sich auch um stabilisierte Zirkondioxidpartikel handeln. Als stabilisierende Elemente sind zum Beispiel Yttrium, Cer, Calcium, Magnesium oder Titan geeignet. Dabei ist Yttrium die am häufigsten eingesetzte stabilisierende Komponente, mit einem Anteil von 1 bis 8 mol-%, gerechnet als Yttriumoxid. The zirconia particles may also be stabilized zirconia particles. Yttrium, cerium, calcium, magnesium or titanium are suitable as stabilizing elements, for example. Yttrium is the most frequently used stabilizing component, with a proportion of 1 to 8 mol%, calculated as yttrium oxide.
Im Rahmen der Erfindung kann bevorzugt ein nicht stabilisiertes Zirkondioxidpulver eingesetzt werden, in dem die genannten stabilisierenden Elemente nicht vorhanden sind oder nur in solch geringen Mengen vorliegen, dass von ihnen keine stabilisierende Wirkung ausgeht. Das Pulver weist einen Gehalt an Zirkondioxid von mindestens 97 Gew.-%, in der Regel einen von mindestens 99 Gew.-% auf. Daneben kann es bis zu 2,5 Gew.-% In the context of the invention, preference can be given to using an unstabilized zirconium dioxide powder in which the stabilizing elements mentioned are not present or are present only in such small amounts that they do not have a stabilizing effect. The powder has a zirconia content of at least 97% by weight, usually at least 99% by weight. In addition, it can be up to 2.5 wt .-%
Hafniumdioxid als Begleiter enthalten, dessen Gehalt in dem Anteil an Zirkondioxid enthalten sein soll.  Hafniumdioxid as a companion whose content should be included in the proportion of zirconium dioxide.
Der Gehalt an Zirkondioxid in der Dispersion beträgt bevorzugt 5 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-%. Der Anteil an Wasser in der Dispersion beträgt bevorzugt 10 bis 50 Gew.-% und besonders bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%. Der Anteil an aprotischem-polarem Lösungsmittel beträgt bevorzugt 20 bis 60 Gew.-% und besonders bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%. Die Summe der Bestandteile Zirkondioxid, Wasser und aprotisch-polarem Lösungsmittel beträgt bevorzugt 90 Gew.-% oder mehr, besonders bevorzugt 95 Gew.-% oder mehr und ganz besonders bevorzugt 98 Gew.-% oder mehr, jeweils bezogen auf die Dispersion. The content of zirconium dioxide in the dispersion is preferably 5 to 50 wt .-%, particularly preferably 10 to 40 wt .-% and most preferably 20 to 30 wt .-%. The proportion of water in the dispersion is preferably 10 to 50 wt .-% and particularly preferably 20 to 40 wt .-%. The proportion of aprotic-polar solvent is preferably 20 to 60 wt .-% and particularly preferably 30 to 50 wt .-%. The sum of the constituents zirconium dioxide, water and aprotic-polar solvent is preferably 90% by weight. or more, more preferably 95% by weight or more and most preferably 98% by weight or more, each based on the dispersion.
Unter einem aprotisch-polaren Lösungsmittel im Sinne der Erfindung ist ein Lösungsmittel zu verstehen, dessen Strukturformel nicht eine funktionelle Gruppe enthält, aus der An aprotic-polar solvent in the context of the invention means a solvent whose structural formula does not contain a functional group from which
Wasserstoffatome als Protonen abgespalten werden können, jedoch stark polare Hydrogen atoms can be split off as protons, but strongly polar
funktionellen Gruppen wie beispielsweise eine Carbonylgruppe, Nitrogruppe oder functional groups such as a carbonyl group, nitro group or
Nitrilgruppe enthält, die der Struktur ein Dipolmoment zuweisen. Bevorzugt wird das aprotisch-polare Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Aceton, Diethylether, Dimethylformamid, Dioxan, Ethylacetat, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Contains nitrile group, which assign a dipole moment to the structure. The aprotic-polar solvent is preferably selected from the group consisting of acetone, diethyl ether, dimethylformamide, dioxane, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone,
Tetrahydrofuran und Mischungen hiervon ausgewählt. Tetrahydrofuran and mixtures thereof selected.
Die Dispersion kann weiterhin ein oder mehrere oberflächenmodifizierenden Additive enthalten. Diese Additive können mit einem Anteil von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Dispersion, vorliegen. Unter oberflächenmodifiziert im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass wenigstens ein Teil der an der Oberfläche der Zirkondioxidpartikel sich befindlichen Hydroxygruppen mit einem Mittel zur Modifizierung der Oberflächen unter Bildung einer chemischen Bindung reagiert haben. Bei der chemischen Bindung handelt kann es sich um eine kovalente, ionische oder eine koordinative Bindung zwischen dem Oberflächenmodifizierungsmittel und dem Partikel handeln. Bevorzugt können Ammoniumpolyacrylate, -polymethacrylate und -polyethylenimine eingesetzt werden. Besonders bevorzugt kann ein Ethanolaminsalz der Zitronensäure eingesetzt werden, beispielsweise Dolapix CE 64. The dispersion may further contain one or more surface-modifying additives. These additives may be present in a proportion of 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.5 to 5 wt .-%, each based on the dispersion. For the purposes of the invention, surface-modified means that at least part of the hydroxyl groups present on the surface of the zirconium dioxide particles have reacted with a means for modifying the surfaces to form a chemical bond. The chemical bond can be a covalent, ionic or coordinate bond between the surface modifier and the particle. Preference is given to using ammonium polyacrylates, polymethacrylates and polyethyleneimines. Particular preference may be given to using an ethanolamine salt of citric acid, for example Dolapix CE 64.
Die Dispersion gemäß der Erfindung umfasst eine flüssige Phase, welche Wasser und ein aprotisch-polares Lösungsmittel enthält. Sie wird hergestellt, indem man von einer The dispersion according to the invention comprises a liquid phase containing water and an aprotic-polar solvent. It is made by taking one of
Vordispersion ausgeht, die kein aprotisch-polares Lösungsmittel enthält. Diese Vordispersion kann pH-Wert regulierende Verbindungen, bevorzugt basisch reagierende wie NaOH, KOH, NH3 oder Ammoniumiumhydroxide, enthalten. Die Vordispersion weist einen pH-Wert von bevorzugt 7,5 bis 12 und besonders bevorzugt 8 bis 1 1 auf. Predispersion starts, which contains no aprotic polar solvent. This predispersion may contain pH-regulating compounds, preferably basic-reacting compounds such as NaOH, KOH, NH 3 or ammonium hydroxides. The predispersion has a pH of preferably 7.5 to 12 and more preferably 8 to 1 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Dispersion mit einer Lösung, die a) jeweils ein oder mehrere Aluminiumalkoxide und Komplexbildner in einem aprotisch-polaren According to the present invention, the dispersion is reacted with a solution comprising a) one or more aluminum alkoxides and complexing agents in an aprotic polar
Lösungsmittel oder b) jeweils ein oder mehrere Aluminiumsalze in einem wässerigen Lösungsmittel umfasst, zur Reaktion gebracht. Bevorzugt sind die unter a) genannten Aluminiumalkoxide als Verbindungen des Types AI(OR)3, mit R = CrC6-Alkyl, linear oder verzweigt oder R = -(CH2)m-0-(CH2)n-CH3, worin m eine ganze Zahl von 1 bis 6 und n eine ganze Zahl von 0 bis 6 bedeutet, wobei die Reste R gleich oder verschieden sein können. Beispielhaft seien Aluminiumethoxid, Aluminium-i-propoxid, Aluminium-n-butoxid, Solvent or b) each comprises one or more aluminum salts in an aqueous solvent, reacted. The aluminum alkoxides mentioned under a) are preferably compounds of the type Al (OR) 3 , with R = C 1 -C 6 -alkyl, linear or branched or R = - (CH 2 ) m -O- (CH 2 ) n -CH 3 , in which m is an integer from 1 to 6 and n is one integer from 0 to 6, where the radicals R may be the same or different. Examples are aluminum ethoxide, aluminum i-propoxide, aluminum n-butoxide,
Aluminium-s-butoxid, Aluminium-t-butoxid, Aluminiumethoxy-ethoxyethoxid, Triethyl(tri-s- butoxy)dialuminium und Mischungen derselben genannt. Besonders bevorzugt ist Aluminum s-butoxide, aluminum t-butoxide, aluminum ethoxyethoxyethoxide, triethyl (tri-s-butoxy) dialuminium and mixtures thereof. Particularly preferred
Aluminium-s-butoxid. Aluminum sec-butoxide.
Bei dem unter a) genannten Komplexbildner handelt es sich bevorzugt um Chelatbildner. Unter Chelatbildnern sind dabei Verbindungen mit mehrzahnigen Liganden zu verstehen, die über koordinative Bindungen mit einem Zirkonatom verknüpft sind. Beispiele sind 1 ,3- Diketone, beta-Ketoester, Glykolether, Diole, Aminoalkohole, Glycerin, Aminothiole, Dithiole, Diamine, oder Mischungen derselben. Bevorzugt kann Acetylaceton eingesetzt werden. Die Komplexbildner werden üblicherweise in einer Menge von 0,5 bis 20 mol, vorzugsweise 0,5 bis 3 mol/ mol Aluminiumalkoxid eingesetzt. Es ist ebenso möglich vorkomplexierte The complexing agent mentioned under a) is preferably a chelating agent. Chelating agents are to be understood as meaning compounds with multidentate ligands which are linked by coordinative bonds to a zirconium atom. Examples are 1,3-diketones, beta-ketoesters, glycol ethers, diols, aminoalcohols, glycerol, aminothiols, dithiols, diamines, or mixtures thereof. Acetylacetone may preferably be used. The complexing agents are usually used in an amount of 0.5 to 20 mol, preferably 0.5 to 3 mol / mol of aluminum alkoxide. It is also possible precomplexed
Aluminiumalkoxide einzusetzen. Bevorzugt werden diese vorkomplexierten Use aluminum alkoxides. These precomplexed are preferred
Aluminiumalkoxide aus der der Gruppe bestehend aus Aluminium-s-butoxid- bis(ethylacetoacetat), Aluminium-di-s-butoxidethylacetoacetat, Aluminiumdiiso- propoxidethylacetoacetat, Di-s-butoxyaluminoxytriethoxysilan, Aluminium-9-octadecenyl- acetoacetatdiisopropoxid, Aluminium-2,4-pentandionataluminiumacetylacetonat, Aluminium- 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptandionat, Aluminiumhexafluoropentandionat und Mischungen derselben ausgewählt. Die unter b) genannten Aluminiumsalze werden bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumacrylat, Aluminiumchlorid, Aluminiummethacrylat, Aluminiumnitrat, Aluminum alkoxides selected from the group consisting of aluminum s-butoxide-bis (ethylacetoacetate), aluminum di-s-butoxide-ethylacetoacetate, aluminum diisopropoxide-ethylacetoacetate, di-s-butoxyaluminoxytriethoxysilane, aluminum 9-octadecenyl-acetoacetate diisopropoxide, aluminum 2,4-bis pentanedione aluminum acetylacetonate, aluminum 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate, aluminum hexafluoropentanedionate and mixtures thereof. The aluminum salts mentioned under b) are preferably selected from the group consisting of aluminum acrylate, aluminum chloride, aluminum methacrylate, aluminum nitrate,
Aluminiumstearat und Mischungen derselben ausgewählt. Aluminum stearate and mixtures thereof.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren so ausgeführt, dass es sich bei dem In a particularly preferred embodiment of the invention, the method is carried out so that it is in the
a) Zirkondioxid der Zirkondioxid-Dispersion um nicht stabilisiertes Zirkondioxid in Form aggregierter, pyrogen hergestellter Zirkondioxid-Partikel mit einer BET-Oberfläche von 20 bis 100 m2/g, welches mit einem Anteil von 40 bis 60 Gew.-% in der Dispersion vorliegt, a) zirconia of the zirconia dispersion around non-stabilized zirconia in the form of aggregated, pyrogenically prepared zirconia particles having a BET surface area of from 20 to 100 m 2 / g, which is present in a proportion of from 40 to 60% by weight in the dispersion .
b) Aluminiumalkoxid um Aluminium-i-propoxid, Aluminium-n-butoxid und/oder b) aluminum alkoxide to aluminum i-propoxide, aluminum n-butoxide and / or
Aluminium-s-butoxid,  Aluminum s-butoxide,
c) Komplexbildner um ein 1 ,3-Diketon und/oder einen beta-Ketoester c) complexing agent to a 1, 3-diketone and / or a beta-ketoester
handelt, wobei das Verhältnis von Zirkondioxid/Aluminiumalkoxid, gerechnet als Zr02/Al203, 70:30 bis 80:20 ist. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren so ausgeführt, dass es sich bei dem wherein the ratio of zirconia / aluminum alkoxide, calculated as Zr0 2 / Al 2 0 3 , 70:30 to 80:20. In a further particularly preferred embodiment of the invention, the method is carried out so that it is in the
a) Zirkondioxid der Zirkondioxid-Dispersion um nicht stabilisiertes Zirkondioxid in Form aggregierter, pyrogen hergestellter Zirkondioxid-Partikel mit einer BET-Oberfläche von 20 bis 100 m2/g, welches mit einem Anteil von 40 bis 60 Gew.-% in der Dispersion vorliegt, a) zirconia of the zirconia dispersion around non-stabilized zirconia in the form of aggregated, pyrogenically prepared zirconia particles having a BET surface area of from 20 to 100 m 2 / g, which is present in a proportion of from 40 to 60% by weight in the dispersion .
b) Aluminiumsalz um Aluminiumnitrat b) Aluminum salt around aluminum nitrate
handelt, wobei das Verhältnis von Zirkondioxid/ Aluminiumnitrat, gerechnet als Zr02/Al203, 70:30 bis 80:20 ist. In der Regel schließt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein weiterer Schritt an, bei dem man das feste Reaktionsprodukt von der flüssigen Phase des Reaktionsgemisches abtrennt. Dies kann beispielsweise durch Verdampfen, Filtration, Sprühtrocknung, wherein the ratio of zirconia / aluminum nitrate, calculated as Zr0 2 / Al 2 0 3 , is 70:30 to 80:20. As a rule, in the process according to the invention, a further step follows, in which the solid reaction product is separated from the liquid phase of the reaction mixture. This can be achieved, for example, by evaporation, filtration, spray-drying,
Gefriertrocknung oder Vakuumtrocknung erfolgen. Freeze-drying or vacuum drying.
Die Entfernung der flüssigen Phase kann auch Bestandteil eines optionalen Temperschrittes sein, der gewöhnlich in einem Temperaturbereich von 400 bis 1000°C durchgeführt wird. Durch diese Temperaturbehandlung können Nebenprodukte, wie beispielsweise The removal of the liquid phase may also be part of an optional tempering step, which is usually carried out in a temperature range of 400 to 1000 ° C. By this temperature treatment by-products, such as
Salzbestandteile, teilweise oder vollständig entfernt werden. Die Entfernung dieser Salt components, partially or completely removed. The removal of this
Nebenprodukte kann aber auch Bestandteil eines Sinterschrittes sein, bei dem die By-products can also be part of a sintering step, in which the
Kompositpulver auf Temperaturen von 1200 bis 1500°C erhitzt werden. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliches Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulver, Composite powder to temperatures of 1200 to 1500 ° C are heated. A further subject of the invention is a zirconia-alumina composite powder obtainable by the process according to the invention,
a) welches 60 bis 95 Gew.-% Zirkondioxid und 5 bis 40 Gew.-% Aluminiumoxid enthält und a) which contains 60 to 95 wt .-% zirconium dioxide and 5 to 40 wt .-% alumina, and
b) dessen Kristallitgröße, nach einer thermischen Behandlung bei 1500°C, 50 bis < 100 nm, bestimmt durch Röntgenstrukturanalyse, beträgt, b) whose crystallite size, after a thermal treatment at 1500 ° C., is 50 to <100 nm, determined by X-ray structure analysis,
Der Aluminiumoxidanteil des Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulvers enthält oder besteht in der Regel aus alpha-Aluminiumoxid. Bevorzugt ist Zirkondioxid-Aluminiumoxid- Kompositpulver, bei dem das Zirkondioxid in nicht stabilisierter Form vorliegt. The alumina content of the zirconia-alumina composite powder usually contains or consists of alpha alumina. Preferred is zirconia-alumina composite powder in which the zirconia is in unstabilized form.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass Granulate, insbesondere Sprühgranulate, erhalten werden, die gegebenenfalls weitere Stoffe wie Bindemittel, Dispergiermittel oder Gleitmittel enthalten können. Geeignete Bindemittel können Polysaccharide, Methylcellulose, Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Polethylensäure und/oder Wachse sein. Geeignete Dispergiermittel können Polymere und Copolymere der Methacryl- und Acrylsäure mit niedrigen bis mittleren Molekulargewichten und deren Salze sein. Weitere Dispergiermittel können Zitronen- und Phosphonobutantricarbonsäure und deren Salze sein oder Salze von mehrbasigen Säuren, insbesondere Hydroxysäuren, mit mehrwertigen Kationen sein, die gegebenenfalls noch intakte Säuregruppen enthalten. Geeignete Gleitmittel sind Paraffinwachs, Polyethylenglycole (PEG), Butylstearat, The process according to the invention can also be carried out in such a way that granules, in particular spray granules, are obtained, which may optionally contain further substances, such as binders, dispersants or lubricants. Suitable binders may include polysaccharides, methylcellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polethylenic acid and / or waxes. Suitable dispersants may be polymers and copolymers of methacrylic and acrylic acids having low to medium molecular weights and their salts. Further dispersants may be citric and phosphonobutane tricarboxylic acid and salts thereof or salts of polybasic acids, in particular hydroxy acids, with polyvalent cations which optionally contain intact acid groups. Suitable lubricants are paraffin wax, polyethylene glycols (PEG), butyl stearate,
Stearinsäure und Stearate von Ammonium, Aluminium, Lithium, Magnesium, Natrium und Zink, Ölsäure, Graphit und/oder Bornitrid. Besonders bevorzugt können Stearinsäure und Stearate eingesetzt werden. Bevorzugt werden diese Granulate einem Temperschritt bei 400 bis 1000°C ausgesetzt. Stearic acid and stearates of ammonium, aluminum, lithium, magnesium, sodium and zinc, oleic acid, graphite and / or boron nitride. Stearic acid and stearates can be used with particular preference. Preferably, these granules are subjected to an annealing step at 400 to 1000 ° C.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Zirkondioxid-Aluminiumoxid- Kompositpulver ein Pulver verstanden, welches gegebenenfalls einer thermischen In the context of the present invention, a zirconia-alumina composite powder is understood to mean a powder which may optionally be a thermal one
Behandlung bis zu 1000°C unterzogen wurde, nicht jedoch gesintert wurde, das heißt Temperaturen von 1200°C oder mehr ausgesetzt wurde. Das gesinterte Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulver ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung. Es ist erhältlich durch thermische Behandlung des Zirkondioxid-Aluminiumoxid- Kompositpulvers bei 1500°C und Treatment was subjected to up to 1000 ° C, but not sintered, that is, was exposed to temperatures of 1200 ° C or more. The sintered zirconia-alumina composite powder is a further object of the invention. It is obtainable by thermal treatment of the zirconia-alumina composite powder at 1500 ° C and
a) enthält 60 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 65 bis 85 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 80 Gew.-%, Zirkondioxid und 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 35 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-%Aluminiumoxid und  a) contains 60 to 95 wt .-%, preferably 65 to 85 wt .-%, particularly preferably 70 to 80 wt .-%, zirconium dioxide and 5 to 40 wt .-%, preferably 15 to 35 wt .-%, especially preferably 20 to 30 wt .-% alumina and
b) die Kristallitgröße, ermittelt durch Röntgenstrukturanalyse, beträgt 50 bis < 100 nm. b) the crystallite size, determined by X-ray structure analysis, is 50 to <100 nm.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des Zirkondioxid-Aluminiumoxid- Kompositpulvers oder des gesinterten Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulvers als Bestandteil von keramischen Bauteilen und keramischen Beschichtungen, beispielsweise für Verbundwerkstoffe und Turbinen. Another object of the invention is the use of the zirconia-alumina composite powder or the sintered zirconia-alumina composite powder as a component of ceramic components and ceramic coatings, for example, for composites and turbines.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Zirkondioxid- Aluminiumoxid-Kompositpulver und das Pulver selbst bereit. Die Struktur des Pulvers vergröbert sich bei hohen Temperaturen durch Kornwachstum nicht maßgeblich. Daher ist es möglich, daraus hergestellte oder damit beschichtete Bauteile unter extremen The present invention provides a process for producing a zirconia-alumina composite powder and the powder itself. The structure of the powder does not significantly coarsen at high temperatures due to grain growth. It is therefore possible to produce components made therefrom or coated therewith under extreme conditions
Bedingungen einzusetzen ohne dass es zu Schädigungen kommt. Beispiele To use conditions without causing damage. Examples
Kristallitgrößenbestimmung:  crystallite size:
Hierzu wird jeweils die Gesamtmenge der in den Beispielen hergestellten Kompositpulver in einem offenen Al203-Tiegel (AlSint) mit einer Heizrate von 5 K/min auf 1000 °C, 1200°C beziehungsweise 1500°C aufgeheizt und über einen Zeitraum von 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten und anschließend ungeregelt auf Raumtemperatur abkühlen lassen. For this purpose, in each case the total amount of the composite powder produced in the examples is heated in an open Al 2 O 3 crucible (AlSint) at a heating rate of 5 K / min to 1000 ° C., 1200 ° C. or 1500 ° C. and over a period of 1 Held at this temperature for an hour and then allowed to cool to room temperature unregulated.
Von den so erhaltenen Kompositpulvern wird die die Kristallitgröße mittels Rontgenbeugung anhand der Verbreiterung des Baddeleyit (1 1 1 )-Beugungsreflexes mit folgender Formel, bekannt als Scherrer-Formel, bestimmt: d = k /bcos0, mit d = Kristallitgröße, k = Of the composite powders thus obtained, the crystallite size is determined by means of X-ray diffraction by broadening the Baddeleyite (1 1 1) diffraction reflection with the following formula, known as Scherrer's formula: d = k / bcos0, where d = crystallite size, k =
Scherrerfaktor (wird näherungsweise 1 gesetzt), λ = Wellenlänge der verwendeten Scherrer factor (set approximately 1), λ = wavelength of the used
Röntgenstrahlung, Θ = Beugungswinkel des (1 1 1 )-Reflexes (Strahlung: Cu K-alpha 1 ) und b = integrale Breite des (1 1 1 )-Reflexes. Die integrale Breite des Reflexes wird mit einer Einzellinien-Methode mit Fourier-Analyse mit Hilfe des Programms„Line Profile"® der Fa. Philips ermittelt. Zur Berechnung der integralen Breite des (1 1 1 )-Reflexes aufgrund des Einflusses der Kristallitgröße wird die gerätebedingte Verbreiterung des Reflexes und der Einfluss der Gitterverzerrung, ermittelt über den Cauchy-Anteil des Reflexes, subtrahiert. Als Referenz wurde NBS-Silizium verwendet. X-radiation, Θ = diffraction angle of the (1 1 1) reflection (radiation: Cu K-alpha 1) and b = integral width of the (1 1 1) -reflexes. The integral width of the reflex is determined by a single-line Fourier analysis method using the "Line Profile" ® program from Philips, to calculate the integral width of the (1 1 1) reflection due to the influence of crystallite size device-related broadening of the reflection and the influence of the lattice distortion, determined by the Cauchy-part of the reflex, subtracted, using NBS silicon as reference.
Bestimmung des Partikeldurchmessers in der Dispersion erfolgt mittels dynamischer Lichtstreuung. Eingesetztes Gerät: Horiba LA 910. Dispersion D1 : In einem Ansatzbehälter werden 42,14 kg VE-Wasser und 1 ,75 kg Dolapix CE64 (Fa. Zschimmer und Schwartz) vorgelegt und anschließend mit Hilfe des Saugrüssels der Ystral Conti-TDS 3 (Statorschlitze: 4 mm Kranz und 1 mm Kranz, Rotor/Stator-Abstand ca. 1 mm) unter Scherbedingungen die 43,9 kg des gemäß EP-A-1 142830, Beispiel 1 hergestellte Zirkondioxidpulver zugegeben. Nach Beendigung des Einziehens wird der Einsaugstutzen geschlossen und noch bei 3000 U/min 10 min lang nachgeschert. Die so erhaltene Vordispersion wird in fünf Durchgängen durch eine Hochenergiemühle Sugino Ultimaizer HJP-25050 bei einem Druck von 2500 bar und Diamantdüsen von 0,3 mm Durchmesser geführt. Die resultierende Dispersion weist eine mittlere Partikelgröße d50 von 80 nm und einen Gehalt an Zirkondioxid von 50 Gew.-% auf. Beispiel 1 : 50 g Aluminium-sec.-butylat (ASB) werden zügig unter Rühren zu 90 g Aceton und 40,6 g Acetylaceton gegeben und anschließend 5 Minuten gerührt. Zu diesem Gemisch wird eine Dispersion D2 bestehend 85 g der Dispersion D1 und 85 g Aceton zügig zugefügt und anschließend 5 Minuten gerührt. Der Ansatz wird bei Raumtemperatur getrocknet. Der erhaltene Feststoff weist ein 80:20-Verhältnis von Zr02/Al203 auf. Die wie oben beschrieben ermittelte Kristallitgröße beträgt bei der bei 1200°C behandelten Probe 37 nm, bei der bei 1500°C behandelten Probe 80 nm. Determination of the particle diameter in the dispersion by means of dynamic light scattering. Apparatus used: Horiba LA 910. Dispersion D1: 42.14 kg demineralized water and 1.75 kg Dolapix CE64 (from Zschimmer and Schwartz) are placed in a mixing tank and then, using the suction pipe of the Ystral Conti-TDS 3 (stator slots 4 mm wreath and 1 mm wreath, rotor / stator distance about 1 mm) under shear conditions, the 43.9 kg of zirconia powder prepared according to EP-A-1 142830, Example 1 was added. After completion of the retraction of the intake manifold is closed and still sheared at 3000 U / min for 10 min. The predispersion thus obtained is passed in five passes through a high-energy mill Sugino Ultimaizer HJP-25050 at a pressure of 2500 bar and diamond nozzles of 0.3 mm diameter. The resulting dispersion has an average particle size d 50 of 80 nm and a zirconium dioxide content of 50% by weight. Example 1: 50 g of aluminum sec-butoxide (ASB) are added rapidly with stirring to 90 g of acetone and 40.6 g of acetylacetone and then stirred for 5 minutes. To this mixture, a dispersion D2 consisting of 85 g of dispersion D1 and 85 g of acetone is added rapidly and then stirred for 5 minutes. The batch is dried at room temperature. The resulting solid has an 80:20 ratio of ZrO 2 / Al 2 O 3 . The crystallite size determined as described above is 37 nm for the sample treated at 1200 ° C. and 80 nm for the sample treated at 1500 ° C.
Beispiel 2: 72,5 g Aluminium-sec.-butylat (ASB) werden zügig unter Rühren zu 130,5 g Aceton und 58,9 g Acetylaceton gegeben und anschließend 5 Minuten gerührt. Zu diesem Gemisch wird zügig eine Dispersion D2 bestehend aus 70 g der Dispersion D1 und 70 gExample 2: 72.5 g of aluminum sec-butoxide (ASB) are added rapidly with stirring to 130.5 g of acetone and 58.9 g of acetylacetone and then stirred for 5 minutes. To this mixture is rapidly a dispersion D2 consisting of 70 g of dispersion D1 and 70 g
Aceton zugefügt und anschließend 5 Minuten gerührt. Der Ansatz wird bei Raumtemperatur getrocknet. Der erhaltene Feststoff weist ein 70:30-Verhältnis von Zr02/Al203 auf. Die mittlere Kristallitgröße der bei 1200°C behandelten Probe beträgt 26 nm, bei der bei 1500°C behandelten Probe 80 nm. Beispiel 3: Zu einer Lösung von 14 g Aluminiumnitrat-nonahydrat in 14 g Wasser werden unter Rühren 23,75 g der Dispersion D1 gegeben und 30 Minuten gerührt. Der Ansatz wird bei Raumtemperatur getrocknet. Der erhaltene Feststoff weist ein 70:30-Verhältnis von Zr02/Al203 auf. Die mittlere Kristallitgröße der bei 1200°C behandelten Probe beträgt 35 nm, bei der bei 1500°C behandelten Probe 70 nm. Acetone added and then stirred for 5 minutes. The batch is dried at room temperature. The resulting solid has a 70:30 ratio of ZrO 2 / Al 2 O 3 . The average crystallite size of the sample treated at 1200 ° C. is 26 nm, and the sample treated at 1500 ° C. is 80 nm. EXAMPLE 3 23.75 g of the dispersion are added to a solution of 14 g of aluminum nitrate nonahydrate in 14 g of water with stirring D1 and stirred for 30 minutes. The batch is dried at room temperature. The resulting solid has a 70:30 ratio of ZrO 2 / Al 2 O 3 . The average crystallite size of the sample treated at 1200 ° C. is 35 nm, and in the sample treated at 1500 ° C. 70 nm.

Claims

Patentansprüche: claims:
1 . Verfahren zur Herstellung eines Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulvers, welches a) 60 bis 95 Gew.-% Zirkondioxid und 5 bis 40 Gew.-% Aluminiumoxid enthält und b) dessen Kristallitgröße, nach einer thermischen Behandlung bei 1500°C, 50 bis < 100 nm, bestimmt durch Röntgenstrukturanalyse, beträgt, 1 . A process for producing a zirconia-alumina composite powder which contains a) 60 to 95% by weight of zirconium dioxide and 5 to 40% by weight of aluminum oxide and b) its crystallite size, after thermal treatment at 1500 ° C, 50 to <100 nm, determined by X-ray diffraction analysis,
bei dem man  in which one
c) eine Dispersion, welche  c) a dispersion which
c1 ) Zirkondioxidpartikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser d50 von 50 bis <c1) zirconia particles with an average particle diameter d 50 of 50 to <
100 nm als feste Phase und 100 nm as a solid phase and
c2) eine Lösung aus Wasser und einem oder mehreren aprotisch-polaren c2) a solution of water and one or more aprotic polar
Lösungsmitteln als flüssige Phase enthält Contains solvents as a liquid phase
d) mit einer Lösung, die mit der flüssigen Phase der Dispersion mischbar ist und d1 ) jeweils ein oder mehrere Aluminiumalkoxide und Komplexbildner in einem  d) with a solution which is miscible with the liquid phase of the dispersion and d1) in each case one or more aluminum alkoxides and complexing agents in one
aprotisch-polaren Lösungsmittel, welches gleich oder verschieden von dem der Dispersion ist oder  aprotic-polar solvent which is the same as or different from that of the dispersion or
d2) jeweils ein oder mehrere Aluminiumsalze in einem Wasser enthaltenden  d2) in each case one or more aluminum salts in a water-containing
Lösungsmittel  solvent
umfasst, zur Reaktion bringt. includes, reacts.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Zirkondioxid-Partikel der Dispersion aggregierte, pyrogen hergestellte Zirkondioxid- Partikel mit einer BET-Oberfläche von 20 bis 100 m2/g umfassen. the zirconia particles of the dispersion comprise aggregated pyrogenic zirconia particles having a BET surface area of from 20 to 100 m 2 / g.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, 3. Process according to claims 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
es sich bei dem Zirkondioxid der Dispersion um ein nicht stabilisiertes Zirkondioxid handelt.  the zirconia of the dispersion is an unstabilized zirconia.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, 4. Process according to claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das aprotisch-polare Lösungsmittel aus der Gruppe bestehend aus Aceton, Diethylether, Dimethylformamid, Dioxan, Ethylacetat, Methylethylketon, Methylisobutylketon,  the aprotic polar solvent selected from the group consisting of acetone, diethyl ether, dimethylformamide, dioxane, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone,
Tetra h yd rofu ran und Mischungen hiervon ausgewählt ist. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, Tetra h yd rofu ran and mixtures thereof is selected. Process according to claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
als Aluminiumalkoxide Verbindungen des Types AI(OR)3 eingesetzt werden, mit R = CrC6-Alkyl, linear oder verzweigt oder be used as aluminum alkoxides compounds of the type AI (OR) 3 , with R = CrC 6 alkyl, linear or branched or
R = -(CH2)m-0-(CH2)n-CH3, worin m eine ganze Zahl von 1 bis 6 und n eine ganzeR = - (CH 2 ) m -O- (CH 2 ) n -CH 3 , where m is an integer from 1 to 6 and n is an integer
Zahl von 0 bis 6 bedeutet, stehen, wobei Number from 0 to 6 means stand, where
die Reste R gleich oder verschieden sein können.  the radicals R may be the same or different.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, Process according to claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Aluminiumsalz aus der Gruppe bestehend Aluminiumacrylat, Aluminiumchlorid, Aluminiummethacrylat, Aluminiumnitrat, Aluminiumstearat und Mischungen derselben ausgewählt ist. the aluminum salt is selected from the group consisting of aluminum acrylate, aluminum chloride, aluminum methacrylate, aluminum nitrate, aluminum stearate and mixtures thereof.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, Process according to claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
nachdem man die Dispersion mit der Lösung zur Reaktion gebracht hat, das feste Reaktionsprodukt von der flüssigen Phase des Reaktionsgemisches entfernt. after reacting the dispersion with the solution, removing the solid reaction product from the liquid phase of the reaction mixture.
Verfahren nach den Anspruch 7, Method according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
man das feste Reaktionsprodukt in ein Granulat überführt. to convert the solid reaction product into granules.
Verfahren nach Anspruch 1 , Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem a) Zirkondioxid der Zirkondioxid-Dispersion um nicht stabilisiertes Zirkondioxid in Form aggregierter, pyrogen hergestellter Zirkondioxid-Partikel mit einer BET-Oberfläche von 20 bis 100 m2/g, welches mit einem Anteil von 40 bis 60 Gew.-% in der Dispersion vorliegt, characterized in that the a) zirconium dioxide of the zirconium dioxide dispersion is unstabilized zirconium dioxide in the form of aggregated, pyrogenic zirconium dioxide particles having a BET surface area of from 20 to 100 m 2 / g, which contains from 40 to 60 Wt .-% is present in the dispersion,
b) Aluminiumalkoxid um Aluminium-i-propoxid, Aluminium-n-butoxid und/oder b) aluminum alkoxide to aluminum i-propoxide, aluminum n-butoxide and / or
Aluminium-s-butoxid,  Aluminum s-butoxide,
c) Komplexbildner um ein 1 ,3-Diketon und/oder einen beta-Ketoester handelt, wobei das Verhältnis von Zirkondioxid/Aluminiumalkoxid, gerechnet als Zr02 Al203, 70:30 bis 80:20 beträgt. c) complexing agent to a 1, 3-diketone and / or a beta-ketoester, wherein the ratio of zirconia / aluminum alkoxide, calculated as Zr0 2 Al 2 0 3 , 70:30 to 80:20.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , 10. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem  characterized in that it is in the
a) Zirkondioxid der Zirkondioxid-Dispersion um nicht stabilisiertes Zirkondioxid in Form aggregierter, pyrogen hergestellter Zirkondioxid-Partikel mit einer BET-Oberfläche von 20 bis 100 m2/g, welches mit einem Anteil von 40 bis 60 Gew.-% in dera) zirconia zirconia dispersion to non-stabilized zirconia in the form of aggregated pyrogenic zirconia particles having a BET surface area of 20 to 100 m 2 / g, which in a proportion of 40 to 60 wt .-% in the
Dispersion vorliegt, Dispersion is present,
b) Aluminiumsalz um Aluminiumnitrat handelt, wobei das Verhältnis von Zirkondioxid/ Aluminiumnitrat, gerechnet als Zr02 Al203, 70:30 bis 80:20 beträgt. b) aluminum salt is aluminum nitrate, wherein the ratio of zirconia / aluminum nitrate, calculated as Zr0 2 Al 2 0 3 , 70:30 to 80:20.
1 1 . Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulver, welches 1 1. Zirconia-alumina composite powder, which
a) 60 bis 95 Gew.-% Zirkondioxid und 5 bis 40 Gew.-% Aluminiumoxid enthält und das b) nach einer thermischen Behandlung bei 1500°C bei der durch  a) 60 to 95 wt .-% zirconium dioxide and 5 to 40 wt .-% alumina and b) after a thermal treatment at 1500 ° C in the by
Röntgenstrukturanalyse ermittelten Kristallitgrößenbestimmung für den  X - ray structure analysis determined crystallite size determination for the
Zirkondioxidanteil Werte von 50 bis 100 nm aufweist,  Zirconium dioxide content has values of 50 to 100 nm,
erhältlich nach dem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 10. 12. Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulver nach Anspruch 1 1 ,  obtainable by the process according to claims 1 to 10. 12. Zirconia-alumina composite powder according to claim 1 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Zirkondioxid in nicht stabilisierter Form vorliegt.  the zirconium dioxide is in unstabilized form.
13. Gesintertes Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulver erhältlich durch thermische Behandlung des Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulvers gemäß der Ansprüche 1 1 oder 12 bei 1500°C, wobei das gesinterte Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulver a) 60 bis 95 Gew.-% Zirkondioxid und 5 bis 40 Gew.-% Aluminiumoxid enthält und b) b) die Kristallitgröße des Zirkondioxidanteiles, ermittelt durch 13. Sintered zirconia-alumina composite powder obtainable by thermal treatment of the zirconia-alumina composite powder according to claims 11 or 12 at 1500 ° C, wherein the sintered zirconia-alumina composite powder a) 60 to 95 wt .-% zirconia and 5 contains up to 40% by weight of aluminum oxide and b) b) the crystallite size of the zirconium dioxide fraction, determined by
Röntgenstrukturanalyse, von 50 bis 100 nm beträgt.  X-ray diffraction analysis, from 50 to 100 nm.
14. Verwendung des Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulvers gemäß Anspruch 1 1 oder 12 oder des gesinterten Zirkondioxid-Aluminiumoxid-Kompositpulvers gemäß14. The use of the zirconia-alumina composite powder according to claim 11 or 12 or the sintered zirconia-alumina composite powder according to
Anspruch 13 als Bestandteil von keramischen Bauteilen und keramischen Claim 13 as a component of ceramic components and ceramic
Beschichtungen.  Coatings.
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