DE4293404C2

DE4293404C2 - Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid- Siliciumdioxid-Sinterkörper und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4293404C2
Application number: DE4293404A
Authority: DE
Inventors: Mamoru Omori; Toshio Hirai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2012-09-29
Also published as: US5384293A; JP2951771B2; JPH0585822A; WO1993006058A1; DE4293404T1

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Seltenerdmetallo xid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sinterkörper und ein Ver fahren zur Herstellung desselben, und sie bezieht sich insbesondere auf einen Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid- Siliciumdioxid-Sinterkörper mit einer hohen Festigkeit, einer ausgezeichneten Zähigkeit und einer dichten Struk tur, die durch Kontrolle (Steuerung) des abnormen Kri stallkornwachstums erhalten wird, das eine Verringerung der Festigkeit und Zähigkeit hervorruft, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Technischer Hintergrund

Oxidkeramiken weisen eine gute Hochtemperaturfestig keit und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Oxidati onsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf, so daß sie zuverlässig bei Temperaturen eingesetzt werden können, die nur einige hundert °C unter dem Schmelzpunkt dieser Keramiken liegen. Es ist daher zu erwarten, daß Sel tenerdmetalloxide und Aluminiumoxid als Hochtemperatur-Keramikmaterial verwendet werden können. Insbesondere eine Mischkeramik aus zwei Oxiden ist ein wirkungsvol les Hochtemperaturmaterial, dessen Schmelzpunkt etwa 2000°C beträgt.

In der Mischoxid-Keramik tritt jedoch dann, wenn ein Oxid gemisch zur Herstellung eines Sinterkörpers gebrannt wird, im allgemeinen ein abnormes Kristallkorn-Wachstum auf, das eine große Kristallkorngröße von nicht weniger als 100 µm ergibt, so daß Probleme insofern auftreten, als Poren ge bildet werden und die Verdichtung schwierig ist. Außerdem weist der resultierende Sinterkörper wegen des abnorm ge wachsenen Kristallkorns und der Poren eine sehr geringe Festigkeit, Zähigkeit und Härte auf. Aus diesem Grunde werden die Sinterkörper aus einer solchen Mischoxidkeramik bisher in der Praxis nicht verwendet.

So tritt im Falle von Ln₄Al₂O₃-Verbindungen (Ln = Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oder eine Mischung da von, und dgl., mit der Maßgabe, daß die La, Ce, Pr oder Nd enthaltende Verbindung weggelassen wird, weil sie nicht bekannt ist) und der LnAlO₃-Verbindungen (Ln = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oder eine Mischung davon und dgl.) der fatale Nachteil auf, daß nur sehr spröde polykristalline Sinterkörper erhalten werden, weil durch Martensit-Umwandlung beim Sintern Zwillingskri stalle (Doppelkristalle) gebildet werden.

Ferner wird ein Verfahren zur Steuerung des abnormen Kornwachstums in dem polykri stallinen Sinterkörper aus der obengenannten Mischoxid-Keramik als wirksam erachtet, bei dem eine dritte Substanz zugegeben wird. Ein solches Verfahren ist jedoch nicht gebräuchlich bei einem Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Sinterkörper, so daß ein solcher Sinterkörper nicht als Keramikmaterial in der Praxis verwendet wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Seltenerdmetalloxid-Aluminium oxid-Sinterkörper mit einer hohen Festigkeit und Zähigkeit und einer in der Praxis an wendbaren dichten Struktur zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.

Beschreibung der Erfindung

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht mit einem Sel tenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Sinterkörper, der als dritte Substanz Siliciumdioxid (SiO₂) enthält, und es wurde gefunden, daß die durchschnittliche Kristallkorn größe des Sinterkörpers durch Zugabe einer solchen Sub stanz auf einen gegebenen Wert eingestellt werden kann.

Unter durchschnittlicher Kristallkorngröße ist der mittlere oder durchschnittliche Teil chendurchmesser zu verstehen. Die durchschnittliche Korngröße kann mittels eines üb lichen Gefügeanalyseverfahrens, z. B. des Linienschnittverfahrens, ermittelt werden.

Die Erfindung, die auf einem solchen Grundgedanken beruht, ist ein Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid- Sinterkörper, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Sin terkörper ein Gemisch aus einem Seltenerdmetalloxid (einem Oxid eines Metalls der Seltenen Erden), Aluminiumoxid und Siliciumdioxid ist und daß seine durchschnittliche Kri stallkorngröße nicht mehr als 30 µm beträgt. Vorzugsweise hat der Sinterkörper eine Compoundier- bzw. Misch zusammensetzung von 5 bis 95 Gew.-% Seltenerdmetalloxid, 94,9 bis 4,9 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid und eine durchschnittliche Kristallkorn größe von nicht mehr als 30 µm, insbesondere eine Compoun dier- bzw. Mischzusammensetzung aus 64,9 bis 89,9 Gew.-% Seltenerdmetalloxid, 10 bis 35 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid und eine durchschnittli che Kristallkorngröße von nicht mehr als 10 µm.

Außerdem ist der Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Silici umdioxid-Sinterkörper vorzugsweise ein Misch-Sinterkörper aus einer Ln₄Al₂O₉-Verbindung oder einer LnAlO₃-Verbindung und Siliciumdioxid und insbesondere ein Misch-Sinterkörper aus 99,9 bis 90 Gew.-% einer Ln₄Al₂O₉-Verbindung oder ei ner LnAlO₃-Verbindung und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdio xid.

Ein solcher Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdio xid-Sinterkörper kann nach dem folgenden Verfahren herge stellt werden. Das heißt, das Verfahren zur Herstellung des Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sin terkörpers ist dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt

a) eine Mischstufe, in der gegebene Mengen des Sel tenerdmetalloxid-Pulvers, Aluminiumoxid-Pulvers und Sili ciumdioxid-Pulvers miteinander gemischt werden;
b) eine Trocknungsstufe, in der das resultierende Pul vergemisch getrocknet und zu einem gegebenen grünen Form körper geformt wird;
c) eine Erhitzungsstufe, in der der resultierende grüne Formkörper mit einer Temperatursteigerungsrate von 1 bis 200°C/min erhitzt wird; und
d) eine Brennstufe, in der der grüne Formkörper 0,1 bis 24 h lang bei einer Temperatur von 1400 bis 2000°C ge brannt wird unter Bildung eines Sinterkörpers.

Bei diesem Verfahren ist das obengenannte Pulvergemisch eine Mischung aus 5 bis 95 Gew.-% eines Seltenerdmetallo xid-Pulvers, 94,9 bis 4,9 Gew.-% Aluminiumoxid-Pulver und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid-Pulver.

Das Pulvergemisch ist vorzugsweise eine Mischung aus 64,9 bis 89,9 Gew.-% eines Seltenerdmetalloxids, 10 bis 35 Gew.-% Aluminiumoxid-Pulver und 0,1 bis 10 Gew.-% Silici umdioxid-Pulver.

Der erfindungsgemäße Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Si liciumdioxid-Sinterkörper kann auch nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Das heißt, das Verfahren zur Herstellung des Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Silici umdioxid-Sinterkörpers ist dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt

a) eine Mischstufe, in der gegebene Mengen eines Pulvers der Ln₄Al₂O₉-Verbindung oder der LnAlO₃-Verbindung und Si liciumdioxid-Pulver miteinander gemischt werden;
b) eine Trocknungsstufe, in der das resultierende Pul vergemisch getrocknet und zu einem gegebenen grünen Form körper geformt wird;
c) eine Erhitzungsstufe, in der der resultierende grüne Formkörper mit einer Temperatursteigerungsrate von 1 bis 200°C/min erhitzt wird; und
d) eine Brennstufe, in der der grüne Formkörper 0,1 bis 24 h lang bei einer Temperatur von 1400 bis 2000°C ge brannt wird unter Bildung eines Sinterkörpers.

Bei diesem Verfahren ist das obengenannten Pulvergemisch eine Mischung aus 99,9 bis 90 Gew.-% der Ln₄Al₂O₉-Verbin dung oder der LnAlO₃-Verbindung und 0,1 bis 10 Gew.-% Si liciumdioxid-Pulver.

Außerdem ist es beim Brennen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, daß der Bereich der geeigneten Brenn temperatur 1500 bis 1800°C beträgt und die Brenndauer 1 bis 8 h beträgt und die Temperatursteigerungsrate 5 bis 30°C/min beträgt.

In dem erfindungsgemäßen Seltenerdmetalloxid-Aluminiumo xid-Siliciumdioxid-Sinterkörper kann die durchschnittliche Kristallkorngröße der ihn aufbauenden Teilchen leicht kon trolliert (eingestellt) werden auf einen Wert von nicht mehr als 30 µm, zweckmäßig von nicht mehr als 10 µm, durch die Zugabe von Siliciumdioxid-Pulver. Als Folge davon weist der erfindungsgemäße Seltenerdmetalloxid-Aluminiumo xid-Siliciumdioxid-Sinterkörper Wert ein bezug auf Festig keit und Zähigkeit auf, die bei der konventionellen Tech nik nicht erwartet werden konnten.

Zur Kontrolle (Einstellung) der durchschnittlichen Kri stallkorngröße des Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Sili ciumdioxid-Sinterkörpers auf einen Wert von nicht mehr als 30 µm beträgt erfindungsgemäß die Zusammensetzung 5 bis 95 Gew.-% eines Seltenerdmetalloxids, 94,9 bis 4,9 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid.

Wenn die Kristallkorngröße der Keramikteilchen 50 µm über steigt, nimmt im allgemeinen die Festigkeit beträchtlich ab. Deshalb sollte die Kristallkorngröße nicht mehr als 50 µm betragen zur Erzielung eines hochfesten Keramikmateri als. Wenn die durchschnittliche Kristallkorngröße der den Kristall aufbauenden Teilchen auf einen Wert von nicht mehr als 30 µm eingestellt wird, beträgt erfindungsgemäß die maximale Korngröße nicht mehr als 50 µm, so daß die durchschnittliche Kristallkorngröße auf einen Wert von nicht mehr als 30 µm eingestellt (kontrolliert) wird.

Die Kontrolle (Einstellung) der Kristallkorngröße durch Zugabe von Siliciumdioxid ist insbesondere wirkungsvoll bei der Ln₄Al₂O₉-Verbindung und der LnAlO₃-Verbindung, die eine Martensitumwandlung beim Brennen bewirkt. Das heißt, der Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sin terkörper, der ein Sinterkörper aus 99,9 bis 90 Gew.-% der Ln₄Al₂O₉-Verbindung oder der LnAlO₃-Verbindung und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid ist, verursacht keine Ver sprödung, die festzustellen ist für den Fall, daß die Kri stallkorngröße 100 µm beträgt, wenn die durchschnittliche Kristallkorngröße auf einen Wert von nicht mehr als 30 µm eingestellt (kontrolliert) wird.

Dies ist so, weil im Falle des obengenannten Seltenerdme talloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sinterkörpers im Prinzip keine Zwillingskristalle (Doppelkristalle) in den ihn aufbauenden Teilchen erzeugt werden. In diesem Sinter körper werden zuerst nur einige wenige Zwillingskristalle (Doppelkristalle) gebildet, die von einem Fortschreiten der Rißbildung begleitet sind. Die resultierenden Zwil lingskristalle (Doppelkristalle) selbst absorbieren jedoch die Spannungsenergie der Rißbildung und die Spannungsener gie wird auch absorbiert durch die Bewegung der Zwillings kristallebene, so daß angenommen wird, daß die Festigkeit und Zähigkeit des Sinterkörpers dadurch beträchtlich ver bessert werden. Dies ist ein Zähigkeitserhöhungs-Mechanis mus, der bei dem konventionellen Verfahren bisher nicht bekannt war.

Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sel tenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sinterkör pers wird nachstehend beschrieben.

Das heißt, der erfindungsgemäße Seltenerdmetalloxid-Alumi niumoxid-Siliciumdioxid-Sinterkörper wird unter Anwendung der folgenden Stufen hergestellt:

a) einer Mischstufe, in der ein Seltenerdmetalloxid-Pul ver, Aluminiumoxid-Pulver und Siliciumdioxid-Pulver mit einander gemischt werden;
b) einer Trocknungsstufe, in der das resultierende Pul vergemisch getrocknet und zu einem gegebenen grünen Form körper geformt wird;
c) einer Erhitzungsstufe, in der der resultierende grüne Formkörper mit einer Temperatursteigerungsrate von 1 bis 200°C/min erhitzt wird; und
d) einer Brennstufe, in der der grüne Formkörper 0,1 bis 24 h lang bei einer Temperatur von 1400 bis 2000°C ge brannt wird unter Bildung eines Sinterkörpers.

Bei diesem Verfahren ist es erwünscht, daß das Pulverge misch eine Mischung aus 5 bis 95 Gew.-% eines Seltenerdme talloxid-Pulvers, 94,9 bis 4,9 Gew.-% Aluminiumoxid-Pulver und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid-Pulver ist.

In dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sinter körpers ist es bevorzugt, daß Ln₄Al₂O₉ oder LnAlO₃ ein Hauptbestandteil ist und Siliciumdioxid als zugemischtes Pulver als Ersatz für Al₂O₃ zugegeben wird.

Bei diesem Verfahren ist das Pulvergemisch eine Mischung aus 9 bis 90 Gew.-% einer Ln₄Al₂O₉-Verbindung oder einer LnAlO₃-Verbindung und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid- Pulver.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sinter körpers beträgt die Menge, in der das Seltenerdmetalloxid- Pulver zugegeben wird, 5 bis 95 Gew.-%. Dies ist darauf zurückzuführen, daß dann, wenn die Menge des Seltenerdme talloxid-Pulvers weniger als 5 Gew.-% beträgt, die Eigen schaften des resultierenden Seltenerdmetalloxid-Alumini umoxid-Siliciumdioxid-Sinterkörpers überwiegend bestimmt werden durch die Eigenschaften des Aluminiumoxid-Sinter körpers allein, während dann, wenn die Menge des Alumini umoxid-Pulvers weniger als 4,9 Gew.-% beträgt, die Eigen schaften des resultierenden Seltenerdmetalloxid-Alumini umoxid-Siliciumdioxid-Sinterkörpers überwiegend bestimmt werden durch die Eigenschaften des Seltenerdmetalloxid- Sinterkörpers allein.

Die Menge an dem Seltenerdmetalloxid-Pulver beträgt vor zugsweise 64,9 bis 89,9 Gew.-%. Es ist zweckmäßig, daß der erfindungsgemäße Sinterkörper eine Zusammensetzung hat, bei der die Ln₄Al₂O₉-Verbindung oder LnAlO₃-Verbindung ge bildet wird oder in der Nähe dieser Zusammensetzung liegt, um so seine Eigenschaften wirksam entwickeln zu können.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Menge des zugegebenen Siliciumdioxid-Pulvers 0,1 bis 10 Gew.-%. Dies ist darauf zurückzuführen, daß dann, wenn sie weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, das abnorme Kristallkornwachstum in dem Sinterkörper nicht kontrolliert (gesteuert) werden kann und kein dichter Sinterkörper erhalten werden kann, während dann, wenn die Menge 10 Gew.-% übersteigt, der Zugabeeffekt unveränderbar ist, das Siliciumdioxid-Pulver, das jedoch über seine feste Lösungs-Menge hinausgeht, mit dem Seltenerdmetalloxid- oder Aluminiumoxid-Pulver rea giert unter Bildung einer unerwünschten Silicatverbindung.

Als Seltenerdmetalloxid (Ln₂O₃), wie es in dem erfindungs gemäßen Verfahren verwendet wird, sind bevorzugt
Sc₂O₃, Y₂O₃, La₂O₃,
CeO₂, Pr₂O₃, Nd₂O₃, Sm₂O₃, Eu₂O₃, Gd₂O₃, Tb₄O₇, Dy₂O₃,
Ho₂O₃, Er₂O₃, Tm₂O₃, Yb₂O₃ und Lu₂O₃.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Mischen der obengenannten Oxidpulver durchgeführt werden unter Verwen dung einer üblichen Vorrichtung, wie sie zum Mischen oder Verkneten von Pulvern verwendet wird. Dieses Mischen ist ein solches vom Trocken-Typ oder Naß-Typ. Im Falle eines Naß-Mischens kann ein oberflächenaktives Agens, wie Ethyl amin, Fischöl oder dgl., zur wirksamen Durchführung des Mischens verwendet werden.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sinter körpers kann ein organisches hohes Polymer als Formge bungshilfsmittel (Polyethylenglycol, Polyvinylalkohol oder dgl.) dem gemischten Ausgangsmaterial zugesetzt werden, bevor eine bekannte übliche Formgebungstechnik in der Formgebungsstufe angewendet wird.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sinter körpers beträgt der geeignete Brenntemperatur-Bereich 1400 bis 2000°C. Dies ist darauf zurückzuführen, daß dann, wenn die Brenntemperatur unter 1400°C liegt, das Sintern unzu reichend ist und ein dichter Sinterkörper nicht erhalten werden kann, während dann, wenn sie 2000°C übersteigt, ein abnormes Kristallkornwachstum hervorgerufen wird. Der be vorzugte Bereich der Brenntemperatur beträgt 1500 bis 1800°C.

In dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren liegt die Brenntemperatur innerhalb eines Bereiches von 0,1 bis 24 h. In Verbindung mit der obengenannten Brenntemperatur gilt, daß die Brenndauer lang ist, wenn die Brenntempera tur niedrig ist, während sie kurz ist, wenn die Brenntem peratur hoch ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß dann, wenn die Brenndauer weniger als 0,1 h beträgt, das Sintern unzureichend ist und kein dichter Sinterkörper er halten werden kann, während dann, wenn sie 24 h über steigt, ein abnormes Kristallkornwachstum hervorgerufen wird. Die bevorzugte Brenndauer liegt innerhalb des Berei ches von 1 bis 8 h.

In dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren liegt die Temperatursteigerungsrate beim Brennen innerhalb eines Be reiches von 1 bis 200°C/min. Dies ist darauf zurückzufüh ren, daß dann, wenn die Rate weniger als 1°C/min beträgt, das Sintern im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit zu lange dauert, während dann, wenn sie mehr als 200°C/min beträgt, kein dichter Sinterkörper erhalten wird. Die be vorzugte Temperatursteigerungsrate liegt innerhalb des Be reiches von 5 bis 30°C/min.

Darüber hinaus ist die Atmosphäre beim Brennen vorzugs weise eine oxidierende Atmosphäre oder es kann eine nicht- oxidierende Atmosphäre (beispielsweise Stickstoffgas, Ar gongas, Heliumgas) sein. Ferner kann das Brennen unter Va kuum durchgeführt werden.

Beste Ausführungsform der Erfindung Beispiel 1

1) Ein Pulvergemisch aus 60 g Y₂O₃-Pulver, 13,5 g Al₂O₃- Pulver und 1,5 g SiO₂-Pulver wird in 50 ml Alkohol einge führt und außerdem wird 1 ml Diethylamin zugegeben, dann wird 48 h lang in einer Kugelmühle naß gemischt.

2) Nach Beendigung des Mischens wird die resultierende Mi schung auf 60°C erhitzt, um den Alkohol zu verdampfen, dann wird sie mit einer wäßrigen 5%igen Polyethylengly collösung weiter gemischt und danach getrocknet. Die Mi schung wird zu einem grünen Formkörper mit einer Größe von 45 × 20 × 4 mm³ geformt.

3) Der grüne Formkörper wird an der Luft mit einer Tempe ratursteigerungsrate von 2°C/min erhitzt und 2 h lang bei 500°C gehalten, um die Calcinierung durchzuführen.

4) Der calcinierte Körper wird an der Luft mit einer Tem peratursteigerungsrate von 10°C/min auf 1700°C erhitzt und 1 h lang bei 1700°C gehalten zur Herstellung eines Sinter körpers.

Der resultierende Sinterkörper hat eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 4 µm. Außerdem beträgt die Biegefe stigkeit des Sinterkörpers 700 MPa und die Zähigkeit beim Bruch K_IC beträgt 10 MP.m^1/2.

Beispiel 2

1) Ein Pulvergemisch aus 87,7 g Ho₂O₃-Pulver, 11,8 g Al₂O₃-Pulver und 0,5 g SiO₂-Pulver wird in 70 ml Ethylal kohol eingeführt und außerdem wird 1 ml Diethylamin zuge geben, dann wird 72 h lang in einer Kugelmühle naß gemah len.

2) Nach Beendigung des Mischens wird das resultierende Ge misch auf 60°C erhitzt, um den Alkohol zu verdampfen, dann wird es weiter gemischt mit einer wäßrigen 5%igen Polye thylenglycollösung und danach getrocknet. Das Gemisch wird zu einem grünen Formkörper mit einer Größe von 45 × 20 × 4 mm³ geformt.

3) Der grüne Formkörper wird an der Luft mit Tempera tursteigerungsrate von 2°C/min auf 500°C erhitzt und 2 h lang bei 500°C gehalten zur Durchführung der Calcinierung.

4) Der calcinierte Körper wird an der Luft mit einer Tem peratursteigerungsrate von 10°C/min auf 1600°C erhitzt und 4 h lang bei 1600°C gehalten zur Herstellung eines Sinter körpers.

Der resultierende Sinterkörper hat eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 3 µm. Außerdem beträgt die Biegefe stigkeit des Sinterkörpers 700 MPa und seine Zähigkeit beim Bruch K_IC beträgt 9 MP.m^1/2.

Beispiel 3

1) Ein Pulvergemisch aus 74,6 g La₂O₃-Pulver, 23,4 g Al₂O₃-Pulver und 2 g SiO₂-Pulver wird in 80 ml Ethylalko hol eingeführt und es wird außerdem 1 ml Diethylamin zuge geben, dann wird 48 h lang in einer Kugelmühle naß gemah len.

2) Nach Beendigung des Mischens wird das resultierende Ge misch auf 60°C erhitzt, um den Alkohol zu verdampfen, dann wird mit einer wäßrigen 5%igen Polyethylenglycollösung weiter gemischt und danach getrocknet. Die Mischung wird zu einem grünen Formkörper mit einer Größe von 45 × 20 × 4 mm³ geformt.

3) Der grüne Formkörper wird an der Luft mit einer Tempe ratursteigerungsrate von 2°C/min auf 500°C erhitzt und 2 h lang bei 500°C gehalten zur Durchführung der Calcinierung.

4) Der calcinierte Körper wird an der Luft mit einer Tem peratursteigerungsrate von 10°C/min auf 1500°C erhitzt und 8 h lang bei 1500°C gehalten zur Herstellung eines Sinter körpers.

Der resultierende Sinterkörper hat eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 5 µm. Außerdem beträgt die Biegefe stigkeit des Sinterkörpers 600 MPa und die Zähigkeit beim Bruch K_IC beträgt 6 MP.m^1/2.

Beispiel 4

1) Ein Pulvergemisch aus 65,08 g Yb₂O₃-Pulver, 8,42 g Al₂O₃-Pulver und 1,5 g SiO₂-Pulver wird in 80 ml Ethylal kohol eingeführt und außerdem wird 1 ml Diethylamin zuge geben, dann wird 48 h lang in einer Kugelmühle naß gemah len.

2) Nach Beendigung des Mischens wird das resultierende Ge misch auf 60°C erhitzt, um den Alkohol zu verdampfen, dann wird es mit einer wäßrigen 5%igen Polyethylenglycollösung weiter gemischt und getrocknet. Das Gemisch wird zu einem grünen Formkörper mit einer Größe von 45 × 20 × 4 mm³ ge formt.

4) Der calcinierte Körper wird an der Luft mit einer Tem peratursteigerungsrate von 10°C/min auf 1600°C erhitzt und 8 h lang bei 1600°C gehalten zur Herstellung eines Sinter körpers.

Der resultierende Sinterkörper hat eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 4 µm. Die Biegefestigkeit des Sin terkörpers beträgt 700 MPa und die Zähigkeit beim Bruch K_IC beträgt 9 MP.m^1/2.

Beispiel 5

1) Ein Pulvergemisch aus 90 g Er₂O₃-Pulver, 23,8 g Al₂O₃- Pulver und 3 g SiO₂-Pulver wird in 70 ml Ethylalkohol eingeführt und außerdem wird 1 ml Diethylamin zugegeben, danach wird 72 h lang in einer Kugelmühle naß gemahlen.

2) Nach Beendigung des Mischens wird das resultierende Ge misch auf 60°C erhitzt, um den Alkohol zu verdampfen, dann wird es mit einer wäßrigen 5%igen Polyethylenglycollösung weiter gemischt und getrocknet. Die Mischung wird zu einem grünen Formkörper mit einer Größe von 45 × 20 × 4 mm³ ge formt.

4) Der calcinierte Körper wird an der Luft mit einer Tem peratursteigerungsrate von 10°C/min auf 1650°C erhitzt und 3 h lang bei 1650°C gehalten zur Herstellung eines Sinter körpers.

Der resultierende Sinterkörper hat eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 6 µm. Außerdem beträgt die Biegefe stigkeit des Sinterkörpers 700 MPa und die Zähigkeit beim Bruch K_IC beträgt 8 MP.m^1/2.

Beispiel 6

1) Ein Pulvergemisch aus 75,2 g Nd₂O₃-Pulver, 22,8 g Al₂O₃-Pulver und 2 g SiO₂-Pulver wird in 80 ml Ethylalko hol eingeführt und außerdem wird 1 ml Diethylamin zugege ben, danach wird 48 h lang in einer Kugelmühle naß gemah len.

2) Nach Beendigung des Mischens wird das resultierende Ge misch auf 60°C erhitzt, um den Alkohol zu verdampfen, dann wird mit einer wäßrigen 5%igen Polyethylenglycollösung gemischt und danach getrocknet. Das Gemisch wird zu einem grünen Formkörper mit einer Größe von 45 × 20 × 4 mm³ ge formt.

3) Der grüne Formkörper wird an der Luft mit einer Tempe ratursteigerungsrate von 5°C/min auf 500°C erhitzt und 2 h lang bei 500°C gehalten zur Durchführung der Calcinierung.

4) Der calcinierte Körper wird an der Luft mit einer Tem peratursteigerungsrate von 10°C/min auf 1650°C erhitzt und 2 h lang bei 1650°C gehalten zur Herstellung eines Sinter körpers.

Der resultierende Sinterkörper hat eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 4 µm. Außerdem beträgt die Biegefe stigkeit des Sinterkörpers 600 MPa und die Zähigkeit beim Bruch K_IC beträgt 6 MP.m^1/2.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Sel tenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sinterkörper sind dicht und weisen keine Poren auf und sie bestehen aus Teilchen mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von nicht mehr als 30 µm. Außerdem hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Sinterkörper eine für die paktische Verwendung ausreichende Festigkeit und Zähigkeit beim Bruch aufweisen. Insbesondere die Zähigkeit beim Bruch entspricht etwa dem 2- bis 3-fachen derjenigen von Alumi niumoxid und Mullit.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie oben angegeben, können erfindungsgemäß Seltenerdmetal loxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sinterkörper, die dicht sind und keine Poren aufweisen und eine hohe Festigkeit und Zähigkeit sowie eine einheitliche Struktur besitzen, leicht erhalten werden.

Es ist somit möglich, Sinterkörper vom Seltenerdmetallo xid-Aluminiumoxid-Typ, die bisher in der Praxis nicht ein gesetzt worden sind, als Keramikmaterial praktisch zu ver wenden.

Deshalb können die erfindungsgemäßen Seltenerdmetalloxid- Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sinterkörper auf den ver schiedensten Gebieten wirkungsvoll eingesetzt werden, beispielsweise als Maschinenteile, als Gasturbinenschau fel, als Gasturbinenteile, als korrosionsbeständige Ausrüstungsteile, als Schmelztiegel, als Teile für eine Kugelmühle, als Wärmeaustauscher für einen Hochtemperatur ofen, als wärmebeständiges Material, als wärmebeständiges Material für ein Nurflügel-Flugzeug, als Verbrennungsrohr, als Druckgußteile, als isolierendes Material, als Material für einen Kernfusionsofen, als Material für einen Kernre aktor, als Material für einen Solarofen, als Werkzeuge, als wärmeisolierendes Material, als Substrat für eine elektronische Schaltung, als Versiegelungsmaterial, als Gelenk- und Ventil-Teile, als Biomaterial für einen künst lichen Knochen, als künstliche Zahnwurzel oder dgl., als Induktanz-Material, als Messer und Schneide-Klinge, für Spielwaren, als Pumpe, Düse, Magnetkopf, Walze, Rolle (Führung), Lager, als Ringbeschlag (Zwinge).

Claims

1. Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sin terkörper der ein Gemisch aus einem Seltenerdmetalloxid, von Aluminiumoxid und Siliciumdioxid ist und eine durch schnittliche Kristallkorngröße von nicht mehr als 30 µm hat.

2. Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sin terkörper der ein Gemisch aus einer Ln₄Al₂O₃-Verbindung (Ln = Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oder eine Mischung davon) und Siliciumdioxid ist und eine durch schnittliche Kristallkorngröße von nicht mehr als 30 µm hat.

3. Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sin terkörper, der ein Gemisch aus einer LnAlO₃-Verbindung (Ln = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oder eine Mischung davon) und Siliciumdioxid ist und eine durchschnittliche Kristallkorngröße von nicht mehr als 30 µm hat.

4. Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sin terkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die durchschnittliche Kristallkorngröße des Sinterkörpers nicht mehr als 10 µm beträgt.

5. Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sin terkörper nach Anspruch 1, bei dem der Sinterkörper ein Sinterkörper aus 5 bis 95 Gew.-% eines Seltenerdmetallo xids, 94,9 bis 4,9 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid ist.

6. Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sin terkörper nach Anspruch 1, bei dem der Sinterkörper ein Sinterkörper aus 64,9 bis 89,9 Gew.-% eines Seltenerdme talloxids, 10 bis 35 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid ist.

7. Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sin terkörper nach Anspruch 2, bei dem der Sinterkörper ein Sinterkörper aus 99,9 bis 90 Gew.-% einer Ln₄Al₂O₃-Verbin dung (Ln = Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oder eine Mischung davon) und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid ist.

8. Seltenerdmetalloxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sin terkörper nach Anspruch 2, bei dem der Sinterkörper ein Sinterkörper aus 99,9 bis 90 Gew.-% einer LnAlO₃-Verbin dung (Ln = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oder eine Mischung davon) und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Seltenerdmetalloxid- Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Sinterkörpers das die folgen den Stufen umfaßt:

a) eine Mischstufe, in der ein Seltenerdmetalloxid-Pulver, ein Aluminiumoxid-Pulver und ein Siliciumdioxid-Pulver oder ein Seltenerdmetall-Aluminium-Oxid-Pulver und ein Siliciumdioxid-Pulver miteinander gemischt werden;
b) eine Trocknungsstufe, in der das resultierende Pul vergemisch getrocknet und zu einem gegebenen grünen Form körper geformt wird;
c) eine Erhitzungsstufe, in der der resultierende grüne Formkörper mit einer Temperatursteigerungsrate von 1 bis 200°C/min erhitzt wird; und
d) eine Brennstufe, in der der grüne Formkörper 0,1 bis 24 h lang bei einer Temperatur von 1400 bis 2000°C ge brannt wird unter Bildung eines Sinterkörpers.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Pulvergemisch aus 5 bis 95 Gew.-% eines Seltenerdmetallo xids, 94,9 bis 4,9 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid gemischt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Pulvergemisch aus 64,9 bis 89,9 Gew.-% eines Seltenerdmetal loxids, 10 bis 35 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid gemischt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Pulvergemisch aus einer Ln₄Al₂O₃-Verbindung (Ln = Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oder eine Mischung davon) und Siliciumdioxid gemischt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Pulvergemisch aus einer LnAlO₃-Verbindung (Ln = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oder eine Mischung davon) und Siliciumdioxid gemischt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Pulvergemisch aus 99,9 bis 90 Gew.-% einer Ln₄Al₂O₃-Verbin dung (Ln = Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oder einer Mischung davon) und 0,1 bis 10 Gew.-% Siliciumdioxid gemischt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Pulvergemisch aus 99,9 bis 90 Gew.-% einer LnAlO₃-Verbindung (Ln = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oder eine Mischung davon) und 0,1 bis 10 Gew.-% Si liciumdioxid gemischt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Brennen mit einer Temperatursteigerungsrate von 5 bis 30°C/min und bei einer Brenntemperatur von 1500 bis 1800°C für eine Brenndauer von 1 bis 8 h durchgeführt wird.