NL8301848A - Optisch doorschijnend keramisch materiaal. - Google Patents

Description

* S 2348-1201 Ned. -., ^ . , P » c

Korte aanduiding: Optisch doorschijnend keramisch materiaal.

De uitvinding heeft betrekking op samen geperste amorfe aluminiumsilicaat— materialen die worden omgezet in mulliet in een gevorderd stadium van verdichting, waarbij het mulliet zich hierna verder verdicht tot een optisch 5 doorschijnend keramisch materiaal van theoretische dichtheid, of het mulliet met theoretische dichtheid wordt gegloeid tot een optisch doorschijnend keramisch materiaal.

Mulliet, een kristallijne aluminosilicaatfase met de samenstelling SA^Og^SiQg of bij benadering de samenstelling 3^20^-23102, is een ge-10 bruikelijk mineraal waardoor keramische silicaatmaterialen gevormd worden ("witte" keramische produkten ("Whiteware"), vuurvaste klei, enz.). In recente fasediagrammen wordt 71,5 - 74 gew.% opgegeven als de band van de samenstelling voor mulliet dat 'in vaste toestand is gekristalliseerd.

15 Mulliet is uitvoerig bestudeerd, maar van de poriënvrije, doorschijnen de polykristallijne vormen is pas melding gemaakt in 1972 (Mazdiyasni en Brown) en in 1978 (Yoldas). In het artikel van Mazdyiasni en Brown, "Synthesis and Mechanical Properties of Stoichiometric Aluminum Silicate (Mullite)", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 55, no. 11, 20 biz. 548-552 (november 1972) wordt uit alkoxyverbindingen verkregen alu-miniumsilcaat van submicrongrootte (iA^O^^SiC^) met de samenstelling 71,8 gew.% Al^O^/28,2 gew.% SiOj an met een aclculaire, naaldachtige vorm beschreven, welk materiaal onder verlaagde druk in hete toestand geperst kan worden tot zeer dichte, doorschijnende, polykristallijne lichamen 25 van stoechiometrisch mulliet? verder wordt in dit artikel vermeld, dat de verkregen perslichamen een fijn korrelige microstruktuur bezaten die bestond uit naaldachtige, in elkaar grijpende korrels die volgens een "legpuzzel"-patroon gerangschikt waren.

Door Yoldas wordt in het artikel "Microstructure of Monolithic 30 Materials Formed by Heat Treatment of Chemically Polymerized Precursors in the A^O^-SiC^ Binary", Ceramic Bulletin, Vol. 59, no. 4, biz. 479-483 (1980), vermeld dat transparante gelmaterialen in het A^O^.SiC^ binaire systeem bij lage temperatuur bereid werden volgens een methode die polymerisatie van aluminium en silicium door de vorming van zuurstofbruggen bij 35 kamertemperatuur mogelijk maakt, met name door omzetting van een aluminium bevattende hydrosol met siliciumtetraethoxide, en dat bij verhitting van deze gelmaterialen waargenomen is dat de samenstelling 63 gew.% Al^O^-S? gew.% SiC>2 het unieke vermogen bezat bij hoge temperaturen, nl. 1400 °C, doorschijnend te blijven, terwijl andere materialen ondoorschijnend werden.

40 In zuivere vorm is mulliet belangwekkend als optisch materiaal wegens zijn geringe thermische expansie, hoog smeltpunt, chemische stabiliteit 8301848 w v - . ..

* .r ' -2- en afwezigheid van absorptiebanden in het zichtbare deel van het spectrum.

Volgens de uitvinding wordt een optisch doorschijnend lichaam van mulliet met theoretische dichtheid verkregen door een amorf poedervormig oxidemengsel van ca. 72,5 - 76,5 gew.% A^O^/rest SiC>2 samen te persen tot 5 een perslichaam met een dichtheid van tenminste 1,0 g/cc; het perslichaam in zuurstof of onder verlaagde druk van 0,05 - 1 mm Hg te sinteren onder verkrijging van een voor gas ondoordringbaar perslichaam; het voor gas ondoordringbare perslichaam in hete toestand isostatisch te persen tot de theoretische dichtheid, en in het geval van samenstellingen met meer dan 10 74 gew.% Al^O^/rest SiOj bet lichaam met theoretische dichtheid te gloeien.

Kort gezegd wordt volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding het onderhavige, als produkt verkregen, optisch doorschijnende mulliet verkregen volgens een werkwijze waarbij men een amorf, vormloos, poedervormig mengsel van oxiden, bestaande uit ca. 72,5 - 76,5 gew.% Al90- en 15 voor de rest SiO^, dat geen belangrijke hoeveelheid verontreinigingen bevat, verschaft,welk poeder bij ongeveer kamertemperatuur kan worden geperst tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc; het poeder perst tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc; het perslichaam in zuurstof of onder een verlaagde druk van ca. 0,05 - 1 mm' 20 Hg sintert bij een temperatuur die hierop geen nadelig effekt heeft, onder verkrijging van een voor gas ondoordringbaar persllichaam; het voor gas ondoordringbare perslichaam in hete toestand aan isostatisch persen onderwerpt met een gas, dat hierop geen nadelig effekt heeft, bij een super— atmosferische druk van tenminste ca. 34.475 kPa en een temperatuur van 25 ca. 1500 - 1700°C, onder verkrijging van een lichaam met theoretische dichtheid gebaseerd op de dichtheid van 3,16 g/cc 0,1 of 3,17 g/cc + 0,01 voor het lichaam van mulliet, welk voor het isostatisch persen toegepaste gas gekozen is uit argon, helium stikstof en mengsels hiervan, en in het geval van samenstellingen met meer dan ca. 74 gew.% A^O^ (en voor de rest 30 SiOg) het lichaam van theoretische dichtheid gloeit in een gas gekozen uit zuurstof, lucht, argon, helium, stikstof en mengsels hiervan bij een temperatuur van ca. 1700 - 1850°C, welke gloeitemperatuur geen belangrijk nadelig effekt heeft.

Kort gezegd, wordt volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvin-35 ding het onderhavige optisch doorschijnende produkt (mulliet) verkregen volgens een werkwijze waarbij men een amorf, vormloos poedervormig mengsel van oxiden, bestaande uit ca. 72,5 - 76,5 gew.% Al^O^/rest SiO^, verschaft; het poeder in lucht bij een temperatuur van ca. 490 - 1100°C calcineert ter verwijdering hieruit van water en organisch materiaal, waarbij geen 8301848 . " ' .-. .

»· V’1 - 3 - belangrijke hoeveelheid hiervan resteert, onder vorming van een vormloos armorf poeder dat geen belangrijke hoeveelheid verontreinigingen bevat, welk gecalcineerd poeder bij ongeveer kamertemperatuur kan worden samengeperst tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc; het 5 gecalcineerde poeder samenperst tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc; het perslichaam in zuurstof onder verlaagde druk van ca. 0,05 - 1 ma Hg sintert bij een temperatuur die hierop geen belangrijk nadelig effekt heeft, onder verkrijging van een voor gas ondoordringbaar perslichaam? het voor gas ondoordringbare perslichaam in hete toestand IQ asm. isostatisch persen onderwerpt met een gas, dat hierop geen belangrijk nadelig effekt heeft, bij een super^atmosferische druk van tenminste ca. 34 475 kPa en een temperatuur van ca. 1500 - 1700°C onder vorming van een lichaam van theoretische dichtheid gebaseerd op de dichtheid van 3,16 g/cc + 0,01 of 3,17 g/cc + 0,01 voor het lichaam van raulliet, welk 15 voor het isostatisch persen toegepaste gas gekozen is uit argon, helium stikstof en mengsels hiervan, en, in het geval van samenstellingen met meer dan ca. 74 gew.% Al^O^ (en voor de rest SiC^) het lichaam met theoretische dichtheid gloeit in een gas gekozen uit zuurstof, lucht, argon, helium, stikstof en mengsels hiervan bij een temperatuur van ca. 1700 - 1850°C, 20 welke gloeitemperatuur geen belangrijk nadelig effekt op het lichaam heeft.

Onder een vormloos poeder wordt hier een poeder verstaan zonder regelmatige of ondoorschijnende vorm op microscopische schaal. Onder een donsachtig poeder wordt hier een poeder verstaan dat als dons is, d.w.z. los en zacht. Het onderhavige poeder is gekenmerkt door een laag stortgewicht 25 van ca. 0,2 - 0,3 g/cc bij ongeveer kamertemperatuur.

Onder kamertemperatuur wordt hier 25°C verstaan.

Het produkt van de uitvinding is een optisch doorschijnend polykristal-lijn lichaam van mulliet bestaande uit ca. 72,5 - 76,5 gew.% Al^O^ en voor de rest SiO^, welk lichaam een gemiddelde minimale voorwaartse diffuse 30 transmissie bij een golflengte in het zichtbare gebied van 4000 - 8000 Angstrom bezit. Zijn microstruktuur hangt af van de samenstelling en de temperatuur.

Onder een optisch doorschijnend polykristallijn produkt of lichaam wordt hier een lichaam verstaan waardoor het licht of straling met een golflengte in het zichtbare gebied voldoende wordt doorgelaten om dit lichaam 35 geschikt te maken voor de optische toepassingen zoals omhullingen voor boogbuizen.

De uitvinding wordt nader toegelicht in de onderstaande gedetailleerde beschrijving in samenhang met de bijgevoegde figuren.

Figuur 1 is een microfoto (750 x vergroot) die het gepolijste en geëtste 8301848 - 4 - • t deel van een gesinterde, optisch doorschijnende schijf van 75 gew.% A^O^/ 25 gew.% Si(>2 toont, welke schijf /- volgaas de uitvinding verkregen is.

Figuur 2 is een microfoto (750 x vergroot) die een gepolijst en geëtst deel van een gesinterde, optisch doorschijnende schijf van 74 gew.% 5 gew.% Si02 toont, welke schijf volgens de uitvinding verkregen is.

Figuur 3 toont grafieken die de optische transparantheid van het onderhavige produkt in het golflengtegebied van zichtbare straling van blauw tot rood toelichten. >

Het onderhavige poedervormige uitgangsmengsel van oxiden wordt 10 bereid uit een homogene gel bestaande uit gehydrolyseerde voorprodukten van Al^O^en SiC^- De voorprodukten kunnen organisch of anorganisch zijn en worden toegepast in hoeveelheden die de onderhavige samenstelling van gemengde oxiden, d.w.z. het onderhavige aluminosilicaatmateriaal, geven. Deze gel wordt op bekende wijze bereid, d.w.z. neergeslagen, door hydrolyse 15 van een oplossing van organische of anorganische voorprodukten voor A^O^ en SiC^. Grotendeels afhankelijk van de uitgangsmaterialen kan een pepti-satiemiddel, zoals salpeterzuur aan de oplossing worden toegevoegd om omzetting in een gel te bevorderen.

De gel kan bijvoorbeeld bereid worden door hydrolyse, van alkyloxiden 20 van silicium en aluminium. Zo kan de gel bijvoorbeeld bereid worden door oplossen van aluminiumisopropoxide en ethylmetasilicaat in cyclohexaan, en hydrolyse van de oplossing door toevoeging van de theoretische hoeveelheid water (die vereist is om de alkyloxiden volledig te hydrolyseren) bij voorkeur opgelost in tertiair butanol teneinde te verhinderen dat 25 tijdens de hydrolyse zich water afscheidt en in een andere fase terecht komt. Het water dient grondig met de oplossing gemengd te worden, bij voorkeur bij ongeveer kamertemperatuur, ter verkrijging van een praktisch volledige hydrolyse.

Vwordt aluminiumoxide-monohydraat

Volgens een voorkeursmethode^fin water" met een pH, die door salpeterzuur 30 of een ander zuur op een waarde van ca. 4 is ingesteld, gedispergeerd door intensief roeren onder verkrijging van een colloidale dispersie. Het verdient de voorkeur maar is niet essentieel dat de colloidale dispersie van het niet-dispergeerbare residu gescheiden wordt door zeven door fijne zeven of door centrifugeren. De verkregen colloidale dispersie van het 35 monohydraat wordt geanalyseerd op zijn totale A^O^ 9ehalte · en vervolgens gemengd met bijvoorbeeld ethylsilicaat in een verhouding die de onderhavige samenstelling van 72,5 - 76,5 gew.% AljO^/rest SiC^ geeft.

Het mengsel dient geroerd te worden, bij voorkeur bij ongeveer kamertemperatuur, ter voltooiing van de hydrolyse die tot het onderhavige gelprodukt leidt.

8301848 • ^ r - 5 -

De onderhavige gel kan organisch of anorganisch zijn en bevat steeds water. ZO mogelijk wordt de gel bij voorkeur verdikt door filtreren alvorens hij wordt verdroogd ter verkrijging van het onderhavige amorfe donsachtige poeder.

5 De onderhavige gel dient op zodanige wijze gedroogd te worden dat het onderhavige als uitgangsmateriaal gebruikte amorfe donsachtige poeder verkregen wordt. In het bijzonder dient het drogen van de gel zodanig te worden uitgevoerd dat hieruit water verwijderd wordt zonder dat de gel "ineenzakt" tot dichte deeltjes. De onderhavige gel kan niet gedroogd worden door 10 zijn watergehalte in vloeibare vorm te verwijderen, daar door deze verwijdering de gel "ineenzakt" tot dichte deeltjes. Derhalve kan eenvoudige verdamping bij kamertemperatuur of verhoogde temperaturen niet worden toegepast, daar deze verdamping leidt tot krimp en de vorming van een sterk deeltjesvormig materiaal.

15 De gel kan gevriesdroogd worden ter verkrijging van het onderhavige, als uitgangsmateriaal gebruikte poeder. In het algemeen wordt hierbij de gel bevroren en zijn watergehalte onder verlaagde druk door sublimeren verwijderd. Vriesdrogen kan niet worden toegepast voor gels die alkoholen met laag vriespunt bevatten, daar deze alkoholen het vriespunt onderdrukken 20 In plaats hiervan kan de gel warden gedroogd door zijn watergehalte te vervangen door een niet-waterig oplosmiddel onder vorming van een niet-waterige gel die op verscheidene wijzen kan worden gedroogd ter verkrijging van het onderhavige, als uitgangsmateriaal gebruikte poeder. In het bijzonder betreft het hier een> werkwijze waarbij oplosmiddelen worden uitgewisseld, 25 welke werkwijze -kan worden toegepast indien de gel kan worden gefiltreerd.

De gefiltreerde gel wordt vervolgens verdund met methanol en gefiltreerd, en de verkregen gel wordt verder gewassen met methanol teneinde al het water te verdringen en tenslotte wordt methanol verwijderd door wassen met aceton.

De verkregen niet-waterige gel kan in lucht bij kamertemperatuur worden ge-30 droogd onder verkrijging van het onderhavige, als uitgangsmateriaal gebruikte poeder.

In plaats hiervan kan de gel gedroogd worden door verwijdering van het water onder superskritische omstandigheden, ter bereiding van het onderhavige poeder. Dit kan worden uitgevoerd door de gel over te brengen in een 35 autoclaaf en verhitten boven het kritische punt van water, dat boven 374°C ligt bij een druk van ca. 21 943 kPa. Bij deze temperatuur verdwijnt het water en de damp wordt langzaam uit de autoclaaf afgevoerd. Het produkt is het onderhavige poeder of een zeer brokkelig en klonterig materiaal dat gemakkelijk kan worden afgebroken tot het onderhavige poeder.

8301848 - 6 - > < ,

Het als uitgangsmateriaal toegepaste aluminiumsilicaatpoeder is een amorf poeder van fijn gedispergeerde oxiden, bestaande uit ca. 75,2 - 76,5 gew.% A^O^ en voor de rest SiO^. Grotendeels afhankelijk van de toegepaste bereidingsmethode, bevat het een aanzienlijke hoeveelheid water 5 en gewoonlijk een aanzienlijke hoeveelheid organisch materiaal. Dit poeder is wit, donsachtig; vrij-vloeiend en vormloos met een specifiek oppervlak, bepaald volgens stikstofadsorptiemethoden bij lage tempera- 2 2 tuur, van ca. 100 - 400 m per gram en bij voorkeur van ca. 200-300 m per gram. Dit poeder bezit tevens een laag stetgewicht van ca. 0,2-0,3 g/cc 10 bij ongeveer kamertemperatuur. Aan dit poeder dient geen water te worden toegevoegd daar door het toevoegen van water krimpen en “ineenzakken" tot dichte deeltjes bij hierna volgend drogen bewerkstelligd zou worden.

Het als uitgangsmateriaal toegepaste poeder wordt in lucht bij atmosferische druk bij een temperatuur van ca. 490 - 1100°C, bij voorkeur 15 ca. 500 - 700 °C, gecalcineerd ter verwijdering hieruit van water en organisch materiaal waarbij geen belangrijke hoeveelheid hiervan achterblijft. Het kan zijn dat een calcineringstemperatuur beneden 490°C het gehalte aan organisch materiaal niet verwijdert. Bij een calcineringstemperatuur boven ca. 900°C treedt een lichte neiging van het poeder tot aggregeren op, maar 20 een dergelijk gecalcineerd poeder kan droog gemalen worden om de aggregaten af te breken en diroog gezeefd zonder dat dit een belangrijke invloed op de morfologische eigenschappen heeft. Temperaturen boven ca.H00°C zijn niet geschikt daar ze een belangrijke vorming van harde aggregaten veroorzaken. De calcineringstijd kan empirisch bepaald worden, bijvoorbeeld uit 25 het gewichtsverlies. De calcinering is voltooid wanneer bij verder branden geen verder gewichtsverlies optreedt. Omdat de warmteoverdracht in dit poeder zeer gering is, kan de brandtijd zelfs 10 uren bedragen. Deze calcinering heeft geen belangrijk nadelig effekt op het poeder of de A^O^/SiC^ samenstelling hiervan. Met name worden door dit branden de 30 oxidesamenstelling of de morfologische eigenschappen van het poeder op geen enkele belangrijke wijze beïnvloed....

Het gecalcineerde poeder is amorf, vormloos, donsachtig en vrij-vloeiend en bevat geen belangrijke hoeveelheid verontreinigingen. Het poeder is een fijn gedispergeerd mengsel van oxiden, bestaande uit 35 ca. 72,5 - 76,5 gew.% A1„0_ en voor de rest Sicu. Het bezit een specifiek ^ ^ 2 2 2 oppervlak van ca. 100 - 400 m per gram en bij voorkeur van ca. 200 - 300 m per gram, bepaald volgens stikstofadsorptiemethoden bij lage temperatuur.

Het gecalcineerde poeder bezit tevens een laag stortgewicht dat ca. 0,2 - 0,3 g/cc bij ongeveer kamertemperatuur bedraagt. Dit gecalcineerde poeder 8301848 - : — * - 7 - moet; bij ongeveer kamertemperatuur, d.w.z. ca. 25°C, samengeperst kunnen worden tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc. Er dient geen water aan het gecalcineerde poeder te worden toegevoegd, daar de toevoeging van water krimpen en "ineenzakken" tot dichte deeltjes bij 5 hiernavolgend drogen zou veroorzaken. Een poedervormig mengsel van oxiden waarvan de samenstelling niet onder de uitvinding valt, geeft het onderhavige optisch doorschijnende lichaam niet.

Het gecalcineerde poeder wordt geperst onder vorming van een pers lichaam, d.w.z. een groen perslichaam met een dichtheid van tenminste 1,0 g/cc en 10 bij voorkeur van meer dan ca. 1,0 g/cc, tot een zo hoog mogelijke waarde die gewoonlijk ca. 1,6 g/cc bij ongeveer kamertemperatuur of de temperatuur van de omgeving bedraagt. Een perslichaam met een dichtheid van minder dan 1,0 g/cc geeft het onderhavige optisch doorschijnende produkt niet.

Een minimumdruk van ca. 68950 kPa kan het onderhavige perslichaam verschaffen, 15 maar in representatieve gevallen bedraagt de toegepaste druk tenminste ca. 206 840 kPa. De toegepaste druk kan een zo hoog mogelijke waarde bezitten, die gewoonlijk ca. 689 480 kPa bedraagt. In het poeder dienen geen toevoegsels te worden opgenomen. Het poeder wordt bij voorkeur samengeperst bij ongeveer kamertemperatuur of de temperatuur van de omgeving. Er is geen 20 voordeel gelegen in het toepassen van een andere temperatuur dan ongeveer kamertemperatuur.

Het gecalcineerde poeder wordt tot een perslichaam samengeperst met behulp van middelen die hierop geen belangrijk nadelig: :effekt hebben. Met name dient het poeder door het persen niet te worden verontreinigd. Het 25 poeder kan in een matrijs of isostatisch geperst worden. Bij voorkeur gebruikt men bij het persen in een matrijs een stalen matrijs.

*

Het perslichaam kan voor wat betreft zijn vorm en grootte binnen ruime grenzen uiteenlopen. Het kan een eenvoudige, holle of een geometrisch complexe vorm bezitten. Het onderhavige perslichaam met een dichtheid van 30 tenminste 1,0 g/cc bezit voldoende sterkte om gehanteerd te worden. Zo was het onderhavige pers lichaam in de vorm van een holle buis met een wanddikte van ca. 508 |i voldoende sterk om gehanteerd te worden.

Desgewenst kan het perslichaam vooraf gebrand worden om hieraan extra sterkte te verlenen waardoor het gemakkelijker machinaal bewerkt kan worden.

35 In het algemeen kan de temperatuur voor het vooraf branden ter verlening van sterkte aan het perslichaam, tot ca. 1650°C bedragen. De betreffende temperatuur voor het vooraf branden en de hierbij toegepaste tijd kunnen empirisch bepaald worden en dienen geen belangrijk nadelig effekt op het perslichaam te hébben. Indien dit vooraf branden wordt uitgevoerd bij een tem- 8301848 * * · ' - 8 - peratuur waarbij de poriën van het perslichaam open blijven (gewoonlijk wordt het sluiten van de poriën in het perslichaam bij ca. 1500°C op gang gébracht) kan dit vooraf branden ter verlening van verdere sterkte aan het perslichaam worden uitgevoerd bij’ atmosferische druk in lucht, argon, 5 helium,stikstof, zuurstof en mengsels hiervan, alsmede in een partieel vacuum mits dit partiele vacuum de SiO^ komponent van het perslichaam niet in belangrijke mate verdampt. Bij een temperatuur voor het vooraf branden," waarbij poriënsluiting in het perslichaam optreedt, d.w.z. bij temperaturen van ca. 1500 - 1675°C, dient dit vooraf branden te worden uitgevoerd in 10 zuurstof of in een. partieel vacuum van ca. 0,05 — 1 mm Hg.

Volgens de onderhavige werkwijze wordt het groene perslichaam of vooraf gebrande perslichaam vervolgens gesinterd bij een temperatuur van ca. 1500 — 1675°C en bij voorkeur van ca. 1600 - 1650°C onder verkrijging van een voor gas ondoordringbaar perslichaam, d.w.z. een voor gas ondoor-15 dringbaar perslichaam met gesloten poriën. Het sinteren dient te worden uitgevoerd in zuurstof, bij voorkeur bij atmosferische druk, of bij een verlaagde druk van ca. 0,05 - 1,0 mm Hg. De s inter temper atuur en de sinter-tijd kunnen empirisch bepaald worden en dienen geen belangrijk nadelig effekt op het perslidhaam te hebben. Daar bij een sintertemperatuur van ca.

20 1500°C v' en hoger de verbinding tussen de poriën van het perslichaam en het oppervlak verbroken wordt, dient de ovenatmosfeer zuivere zuurstof te zijn of een vacuum van ca. 0,05 - 1,0 mm Hg. Wanneer andere gassen, zoals stikstof, argon of kooldioxide tijdens het sluiten van de poriën in het perslichaam in de sinteratmosfeer aanwezig zijn, zouden deze worden 25 opgesloten in de poriën en tijdens het sinteren de verwijdering van poriën wordt/ tegengaan. Alleen zuurstof fsnel genoeg door kristallijn mulliet verplaatst om de onderhavige sinterwerkwijze niet te storen, en derhalve kan alleen een ovenatmosfeer van zuurstof worden toegepast bij het branden tijdens de fase van poriënsluiting. Wanneer de druk groter is dan ca. 1,0 mm Hg 30 en andere gassen dan zuurstof aanwezig zijn, kunnen belangrijke hoeveelheden van deze gassen in de poriën worden ingevoerd en wordt de doorschijnendheid van het produkt nadelig beperkt. Door een verlaagde druk van minder dan ca. 0,05 mm Hg kan echter de Si02 komponent van het perslichaam verdampen.

35 Een sint er temper atuur van minder dan ca. 1500°C is onwerkzaam voor wat betreft het sluiten van de poriën van het perslichaam (d.w.z. het verbreken van de verbinding tussen de poriën en het oppervlak). Een sinter-temperatuur boven ca. 1675°C bij een verlaagde druk van ca. 0,05 - 1,0 mm Hg zou SiC>2uithet perslichaam verdampen. Een sintertemperatuur boven 8301848 I · » v - 9 - ca. 1675°C in een zuurstofatmosfeer zou een bij hoge temperatuur werkende zuurstof oven vereisen en een dergelijke oven is niet gemakkelijk op industriële schaal beschikbaar. Hen kan échter een brand- of sintertempera-tuur tot ca. 1850°C in een zuurstofatmosfeer toepassen.

5 De snelheid waarmee op de brand- of sintertemperatuur wordt verhit/ hangt in belangrijke mate af van de hoeveelheid van eventuele verontreinigingen in het perslichaam. De verhittingssnelheid dient zodanig te zijn dat eventuele verontreinigingen uit het perslichaam verwijderd worden alvorens een temperatuur wordt bereikt waarbij deze verontreinigingen inge-10 sloten worden. In het algemeen wordt het perslichaam op de brand- of sinter-temperatuur verhit'met een snelheid die tot ca. 300°C per uur kan bedragen. Hogere verhittingssnelheden kunnen opzwellen van het lichaam veroorzaken tengevolge van vluchtige materialen die niet eerder zijn ontsnapt.

Het gesinterde perslichaam behoeft slechts ondoordringbaar voor gas 15 te zijn. Deze ondoordringbaarheid kan volgens een aantal methoden bepaald worden. Zo kan de ondoordringbaarheid bijvoorbeeld bepaald worden door het gesinterde pers lichaam op te hangen en het in water of i!fï\ahdere vloeistof onder te donpelen en vast te stellen of het aldus opgehangen en ondergedompelde perslichaam een waarneembare gewichtstoename vertoont.

20 Bij voorkeur wordt deze methode uitgevoerd door het gesinterde perslichaam droog te wegen, het perslichaam in kokend water onder te dompelen, het water tot kamertemperatuur te laten afkoelen, het perslichaam uit het water te halen en het opnieuw te wegen teneinde vast te stellen of een gewichtstoename is opgetreden. Indien geen gewichtstoename wordt waarge-25 nomen, heeft het perslichaam gesloten poriën gekregen en is daardoor ondoordringbaar voor gas.

Het voor gas ondoordringbare perslichaam wordt in hete toestand iso-statisch geperst met een gas, dat hierop*geen belangrijk nadelig effekt heeft, bij super-^atmosferische druk en verhoogde temperatuur onder ver-30 krijging van een lichaam van theoretische dichtheid gebaseerd op de dichtheid van 3,16 g/cc +^0,01 of 3,17 g/cc +0,01 voor het lichaam van mulliet. Het voor het isostatisch persen toegepaste gas wordt gekozen uit argon, helium, stikstof en mengsels hiervan, en is bij voorkeur argon. Tijdens het isostatisch persen bij verhoogde temperatuur dient het perslichaam 35 volledig opgesloten te zijn teneinde een belangrijk verlies aan SiC^ van het oppervlak te voorkomen. Deze opsluiting kan bijvoorbeeld plaatsvinden door het perslichaam te omgeven met mullietpoeder of door het in een kroes van aluminiumoxide met een deksel te brengen. Het voor het isostatisch persen toegepaste gas dient een druk van tenminste ca. 34 475 kPa en bij 8301848 ‘ ' · » - -10-. ................. ...... · voorkeur van. ca. 206C840 kPa te bezitten, en het heet isostatisch persen dient te worden uitgevoerd bij een temperatuur van ca. 1500 - 1700°C, bij voorkeur ca. 1600 - 1700 °C. Een gasdruk van minder dan ca. 34 475 kPa en een temperatuur van minder dan ca. 1500°C zijn niet werkzaam voor wat 5 betreft het verdichten van het voor gas ondoordringbare perslichaam tot de theoretische dichtheid.- In de praktijk is ca. 20& 840 kPa de maximaal bereikbare druk. Een hogere gasdruk kan worden toegepast maar mag niet zo hoog zijn dat bij de toegepaste temperatuur omzetting in hogedruk-fasen tot stand wordt gfebracht. Deze druk is niet nauwkeurig bekend en bedraagt 10 meer dan ca. 689 480 kPa bij 1650°C. Bij het isostatisch persen toegepaste temperaturen boven. ca. 1700°C kunnen de korrels ruwer maken en verdichting van het perslichaam voorkomen.

De snelheid waarmee op de temperatuur voor het isostatisch persen wordt verhit, is niet kritisch en men kan hoge verhittingssnelheden toe-15 passen. Desgewenst kunnen deze verhittingssnelheden bijvoorbeeld zelfs 1000°C per uur bedragen. In het algemeen bedraagt de verhittingssnelheid ten hoogste ca. 300°C per uur en wordt hij beperkt door de oven. Na voltooiing van het volgens de uitvinding toegepaste isostatische persen bij verhoogde temperatuur wordt het verkregen lichaam met theoretische dicht-20 heid afgekoeld; de toegepaste afkoelingssnelheid is niet kritisch en in het algemeen wordt in de oven af gekoeld tot kamertemperatuur. Verder is de snelheid waarmee de gasdruk wordt verlaagd tot atmosferische druk niet kritisch, en behoeft het afkoelen niet gelijktijdig met de verlaging van de gasdruk te worden uitgevoerd.

25 De tijdsduur voor het uitvoeren van het onderhavige isostatische persen bij hoge temperatuur hangt grotendeels af van de gebruikte temperatuur en druk en kan empirisch bepaald worden; door verhoging van de temperatuur is een kortere tijd nodig. In representatieve gevallen vereisen een temperatuur van ca. 1600°C en een druk van ca. 206 840 kPa een tijds-30 duur van ca. 1 uur.

Het bij hoge temperatuur uitgevoerde isostatische persen van het voor gas ondoordringbare perslichaam geeft een lichaam met theoretische dichtheid, dat tevens optisch doorschijnend kan zijn. Wanneer het voor gas ondoordringbare perslichaam bestaat uitY72,5 - 74 gew.% Alrest 35 SiO^, is het verkregen lichaam met theoretische dichtheid optisch doorschijnend. Wanneer anderzijds het voor gas ondoordringbare perslichaam meer dan 74 gew.% (en voor de rest SiO^} bevat, kan het nodig zijn het verkregen lichaam met theoretische dichtheid te gloeien om het optisch doorschijnend te maken. Desgewenst kan het bij verhoogde temperatuur iso-40 statisch geperste lichaam met theoretische dichtheid, dat optisch door- 8301848 • V* - s · * ·. , - 11 - schijnend is, volgens de uitvinding gegloeid worden om de optische doorschijnendheid in sommige gevallen te verhogen.

Zonodig wordt het verkregen isostatisch geperste lichaam met theoretische dichtheid gegloeid om hetioptisch doorschijnend te maken of, in-5 dien mogelijk, de optische doorschijnendheid te verhogen. Het gloeien wordt uitgevoerd in een atmosfeer van zuurstof, lucht, argon, helium^stikstof of een mengsel hiervan. Wanneer de gloeiatmosfeer helium, argon, stikstof of een mengsel hiervan is, dient het lichaam echter volledig te worden opgesloten teneinde een belangrijk verlies aan SiO^ van het oppervlak te voor-10 komen. Deze opsluiting kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd door het lichaam volledig met mullietpoeder te bedekken of door het qp te sluiten in een kroes van aluminiumoxlde met een deksel. De gloeiatmosfeer is van atmos-v ferische of ongeveer atmosferische druk. De gloeiatmosfeer is een stil-' staande of stromende atmosfeer.

15 De gloeitemperatuur bedraagt ca. 1700 - 1850°C, waarbij de gloei temperatuur grotendeels afhangt vein het A^O^ gehalte van het lichaam met theoretische dichtheid en deze gloeitemperatuur dient geen belangrijk effekt op het·lichaam te hebben, d.w.z. dient geen glasfase met een volume van 1% of meer van het totale volume van het lichaam te vormen. Voor een lichaam 20 met theoretische dichthei^Vtot bijvoorbeeld 72,5 gew.% Al^O^ bevat, kunnen temperaturen, die belangrijk boven ca. 1700°C liggen, een glasfase in een volume van 1% of meer vormen, waardoor een lichaam met onvoldoende doorschijnendheid verkregen wordt om als omhulling voor een boogbuis te worden toegepast. De vorming van een glasfase neemt af bij toenemend Al^O^ gehalte.

25 Voor een lichaam dat 74 gew.% A^O^ bevat, kunnen temperaturen, die belangrijk hoger dan 1800 °C liggen, een glasfase in een volume van 1% of meer vormen, maar temperaturen tot ca. 1850°C hebben geen belangrijk nadelig effekt op lichamen die ca. 74,5 - 76,5 gew.% Al^D^ bevatten. Gloeitempera-turen beneden ca. 1700°C geven het onderhavige optisch doorschijnende 30 lichaam niet. Anderzijds geven temperaturen boven 1850°C een gegloeid lichaam met te grote korrels, waardoor de sterkte gering is. Ook geven temperaturen boven 1850°C een vermindering van de transmissie tengevolge van de vorming van een glasfase. Bovendien liggen deze temperaturen dicht bij het smeltpunt van mulliet.

35 De snelheid waarmee op de gloeitemperatuur wordt verhit, is niet kritisch, en men kan hoge verhittingssnelheden toepassen. Zo kunnen deze verhittingssnelheden bijvoorbeeld desgewenst zelfs 1000°C per uur bedragen.

In het algemeen bedragen deze verhittingssnelheden ten hoogste ca. 300°C per uur en worden ze door de oven beperkt. Na voltooiing vein het gloeien 8301848 * v _ : t·’ ‘ · ’ .

« - 12 - wordt het verkregen optisch doorschijnende lichaam afgekoeld?; de afkoelings-snelheid is niet kritisch.

De toegepaste gloeitijd hangt grotendeels af van de gloeitemperatuur en kan empirisch bepaald worden? een hogere gloeitemperatuur vereist een kor-5 tere gloeitijd. Zo wordt bijvoorbeeld bij een gooeitemperatuur van ca. 1800°C in representative gevallen een gloeitijd van ca. 1 uur toegepast.

Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt het bij verhoogde temperatuur isostatisch geperste lichaam met theoretische dichtheid niet afgekoeld maar wordt deudruk verlaagd tot atmosferische druk en het lichaam 10 in dezelfde oven in zuurstof, lucht, argon, helium, stikstof of een mengsel hiervan gegloeid bij.een temperatuur van ca, 1700 - 1850°C.

Bij de onderhavige werkwijze treedt geen belangrijk verlies aan A^O^ of SiC>2 op.

Het onderhavige optisch doorschijnende lichaam bestaat uit een alumino-15 silicaat van ca. 72,5 - 76,5 gew.% Al^O^/rest SiOZijn samenstelling kan worden bepaald volgens een aantal methoden, waaronder "natte" chemische analyse, röntgen-fluorescentie-analyse, massaspectrocopie en microanalyse met behulp van een electronenbundel.

De microstruktuur van het onderhavige, optisch doorschijnende, poly-20 kristallijne lichaam kan enigszins variëren in afhankelijkheid van zijn samenstelling en van de bij de vorming toegepaste temperaturen. Bij toepassing van een temperatuur in het trajekt van ca. 1700 - 1850°C en een samenstelling van ca. 74,5 - 76,5 gew.% Al^^/rest SiCt,, bezit het verkregen optisch doorschijnende lichaam een uniforme of praktisch uniforme 25 microstruktuur die gevormd wordt door korrels met gelijke of praktisch gelijke assen en een gemiddelde korrelgrootte van ca. 2 - 50 micron, of is het waarschijnlijk dat een dergelijke microstruktuur aanwezig is. Bij een ... gemiddelde korrelgrootte van minder dan ca. 2 micron bezit het lichaam gewoonlijk slechte optische eigenschappen. Anderzijds heeft het optisch 30 doorschijnende lichaam bij een gemiddelde korrelgrootte van meer dan ca.

50 micron een geringe sterkte, hetgeen grotendeels het gevolg is van kleine scheurtjes. Voor de beste optische doorschijnendheid en sterkte bezit het onderhavige optisch doorschijnende lichaam bij voorkeur een gemiddelde korrelgrootte van ca. 5-35 micron. De korrelgrootte van het optisch door-35 schijnende produkt hangt grotendeels af van de voor het isostatisch persen en gloeien toegepaste temperaturen en tijden. Hoe hoger de temperatuur en hoe langer de tijd bij de toegepaste temperatuur, des te groter is de gemiddelde korrelgrootte van het produkt.

De microstruktuur van het onderhavige optisch doorschijnende lichaam 8301848 • ,.r ^riSu’V' . - 13 - * varieert echter wanneer het bestaat uit ca* 72,5 - 74,5 gew.% A^O^/rest SiO^ en verkregen is bij of onderworpen aan een temperatuur beneden ca.

1800°C. Bij een gehalte aan AlgO^ van ca. 72,5 - 74 gew.%, kan het optisch doorschijnende lichaam, dat bij ca. 1800°C is verkregen oifj^en temperatuur 5 beneden ca. 1800°C is onderworpen, een microstruktuur bezitten die uit langwerpige korrels bestaat. Bij verhoging van het AL2°3 gehalte binnen dit trajekt dicht bij een waarde van 74%, worden microstrukturen gevormd die uit zowel korrels met gelijke assen als langwerpige korrels bestaan.

Bij de verdere toename van het A^Q^ gehalte waarbij een waarde van 74,5 10 gew.% benadert, wordt het waarschijnlijk dat het verkregen optisch doorschijnende lichaam een microstruktuur heeft die uniform of praktisch uniform is en bestaat uit korrels met gelijke of praktisch gelijke assen.

De onderhavige optisch doorschijnende lichamen lopen uiteen van die welke uit ێn enkele fase bestaan tot lichamen die bestaan uit een primaire 15 fase en een secundaire fase, welke secundaire fase tot bijna ca. 1 vol.% van het totale volume van het optisch doorschijnende lichaam kan vormen.

De fasesamenstelling van het optisch doorschijnende lichaam kan door optische microscopie worden bepaald. Onder "uit één enkele fase bestaand" of "primaire fase" wordt hier de mullietfase verstaan. De mullietfase 20 kan ook door röntgendiffractie-analyse worden geïdentificeerd. De secundaire fase dient geen belangrijk nadelig effekt op het onderhavige produkt te hebben. De secundaire fase kan Al^O^ of glas zijn.

Wanneer de hoeveelheid van de komponent van het- optisch door schijnende lichaam ca. 74,5 - 75,5 gew.% bedraagt of dit trajekt benadert 25 en gegloeid is bij ca. 1800 - 1850°C, bestaat het optisch doorschijnende lichaam gewoonlijk uit één enkele fase van mulliet. Wanneer het A^O^ gehalte van het optisch doorschijnende lichaam een waarde van 76 gew.% nadert, wordt het echter waarschijnlijk dat het optisch doorschijnende lichaam een geringe hoeveelheid A^O^ precipitaat als secundaire fase 30 vertoont. De aanwezigheid van de A^O^ fase kan worden aangetoond door optische microscopie, röntgendiffractie-analyse en aftastelectronen-microscopie. Wanneer anderzijds het A^O^ gehalte een waarde van 74 gew.% of een lagere waarde nadert, wordt het optreden van glas als secundaire fase in het optisch doorschijnende lichaam waarschijnlijk. De aanwezig-35 heid van de glasfase kan worden vastgesteld door optische microscopie, nadat het monster metallografisch bereid is, hetgeen' etsen met een zuur omvatten door aftast-electronenmicroscopie.

Het onderhavige polykristallijne optisch doorschijnende lichaam bezit de theoretische dichtheid, d.w.z. een dichtheid van 3,16 g/cc _+ 0,01 ’ 8301848

X

- 14 - • f * of 3,17 g/cc 0,01 of een dichtheid van 100* gebaseerd op de dichtheid van 3,16 g/cc + 0,01 of 3,17 g/cc + 0,01 voor mulliet. De waarde van de dichtheid kan variëren daar deze afhangt van de samenstelling van het onderhavige mullietprodukt. Een dergelijk optisch doorschijnend lichaam 5 kan resterende kleine poriën bezitten, maar de porositeit is niet aantoonbaar met de tegenwoordige'dichtheidsbepalingen onder toepassing van vloei-stofverplaatsing, d.w.z. de porositeit bedraagt minder dan 0,05 vol.% van het totale volume van het gesinterde lichaam.

De mate van transmissie of straling door het onderhavige optisch 10 doorschijnende produkt kan ook gedefinieerd worden door de transmissie, en met name de voorwaartse diffuse transmissie, de verhouding tussen de intensiteit van de doorgelaten bundel en de intensiteit van de invallende bundel en heeft betrekking op straling met een bepaalde golflengte en een monster met een bepaalde dikte. Het verband tussen deze variabelen wordt 15 door de onderstaande formule gegeven: I/X = te-01»

O

waarin I en Iq de intensiteiten van de doorgelaten bundel en de invallende bundel zijn, d de dikte van het monster is, α de absorptiecoëfficiënt en k een konstante die uit de brekingsindex van het materiaal kan worden be-20 paald. Verder dient de kegelhoek van de doorgelaten bundel te worden gespecificeerd.

Het onderhavige optisch doorschijnende lichaam bezit een gemiddelde minimale voorwaartse diffusetransmissie van 70% per 0,75 mm dikte bij een golflengte in het zichtbare gebied van 4000 - 8000 Angstrom.

25 De uitvinding wordt verder toegelicht door de onderstaande voorbeel den waarin de toegepaste methoden als volgt waren (tenzij anders vermeld):

Het specifieke oppervlak werd bepaald volgens een bij lage temperatuur uitgevoerde stikstofabsorptiemethode.

Het calcineren werd uitgevoerd in lucht bij atmosferische druk.

30 Het branden en sinteren werd uitgevoerd in een weerstandsoven met molïibdeenwikkeling, welke oven bestond uit een buis van dicht aluminium-oxide met open uiteinde en met een inwendige diameter van ca. 0,64 cm of een inwendige diameter van ca. 5,1 cm.

Het isostatisch persen bij hoge temperatuur werd uitgevoerd in een 35 autoclaaf met een weerstandsoven met Mo.

De temperatuur werd bepaald en geregeld met een thermokoppel van W met 5% Re/W met 36% Re in een beschermende huls van saffier. Het meten van de temperatuur werd ook uitgevoerd door direkte waarneming van het monster met een optische pyrometer.

8301848 . - „. J v'^^wsfs-r· ·' - V'* * f - - 15 - *' ·

Aan het einde van iedere proef werd de stroom uitgeschakeld en het lichaam in de oven af gekoeld op kamertenperatuur.

Het stortgewicht van het poeder en van elk perslichaam werd bepaald uit het gewicht en de afmetingen.

5 De dichtheid van het optisch doorschijnende produkt werd bepaalde door waterverplaatsing onder toepassing van de methode van Archimedes.

De krimp is de lineaire krimp (Δ L/Lq (%)) en is het verschil in lengte (Δ1·) tussen het niet-gesinterde lichaam, d.w.z. het perslichaam, en het gesinterde lichaam, gedeeld door de lengte van het perslichaam, 10 Deze krimp geeft de mate van verdichting aan.

De dichtheden werden bepaald voor de na branden verkregen gesinterde lichamen.

De f asesamenstelling van de gesinterde monsters werd bepaald volgens gebruikelijke metallografische methoden onder toepassing van optische 15 microscopie.

De bepaling van de voorwaartse diffuse transmissie van de optisch doorschijnende lichamen werd uitgevoerd met een Perkin-Elmer spectrofoto-meter model 330 onder toepassing van een integrerende bol met een diameter van 60 mn. Het lichaam werd elke keer reproduceerbaar in dezelfde 20 stand gebracht door het lichaam tegen de opening te plaatsen. De voorwaartse diffuse transmissie werd bepaald bij een kegelhoek van de doorgelaten bundel van 120 - 180°.

Ook bepaalde men de voorwaartse niet-diffuse ("specular") transmissie van gesinterde lichamen met de Perkin-Elmer spectrofotometer model 330 25 door toepassing van een opening van ca. 0,32 cm en het lichaam in het midden van het monstercompartiment te plaatsen. De voorwaartse niet-diffuse transmissie werd bepaald bij een kegelhoek rond de doorgelaten bundel van minder dan 2°.

VOORBEELD I

30 Men mengde aluminium-sec.butoxide met ethylsilicaat bij kamertemperatuur onder vorming van een oplossing met de gewenste Al^O^/SiO^ verhouding; op deze wijze werden een aantal oplossingen met verschillende verhoudingen, namelijk 73 - 77 gew.% Al^O^/rest Si02 gevormd.

Elke oplossing van 600 g werd verdund met 1 liter cyclohexaan. Men 35 mengde een mengsel van equivalente hoeveelheden water en tertiaire butanol met elke oplossing in een hoeveelheid die zodanig was berekend dat een voldoende hoeveelheid water werd verschaft voor een volledige hydrolyse onder vorming van een dispersie van een onoplosbaar polymeer neerslag met de betreffende Al2C>3/Si02 verhouding.

8301848 · I ' , .., . - 16 -

Alle verkregen dispersies werden gedurende een nacht bij kamertemperatuur geroerd teneinde een volledige homogeniteit te waarborgen en vervolgens werd het neerslag, d.w.z. de gel,, af gefiltreerd. De gel werd driemaal gewassen met cyclohexaan ter verwijdering van zijn alkoholgehalte. De ver-5 kregen gel werd gevriesdroogd onder vorming van een donzig vrij-vloeiend vormloos poeder. Deze werkwijze werd een aantal malen herhaald onder verkrijging van een aantal poedercharges.

De poeders werden in lucht lij temperaturen van 490 - 1100°C gecalcineerd gedurende brandtijden van 8-20 uren ter verwijdering van het 10 water- en koolwaterstofgéhalté zodat geen belangrijke hoeveelheid van deze materialen resteerde.

Het gecalcineerde poeder was donzig, vrij-vloeiend, vormloos en blijkens röntgen-diffractie-analyse amorf. Zowel het niet-gecalcineerde poeder als het gecalcineerde poeder bezaten een specifiek oppervlak van 100 - 400 2 2 15 m /g en in representatieve gevallen van 400 m /g, en een stortgewicht van ca. 0,2 - 03 g/cc.

• Het gecalcineerde poeder kon in een stalen matrijs bij kamertemperatuur onder een druk van ca. 344 740 kPa worden samengeperst tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc.

20 VOORBEELD II

Aluminiumoxide-monohydraat met een gemiddelde deeltjesgrootte van 200 £ werd in water gedispergeerd onder vorming van een colloidale dispersie. De concentratie bedroeg 1 gram AIO (OH)/8 gram H^O. Het disper-geren werd bewerkstelligd door toevoeging van HNO^ onder verkrijging van 25 een pH van 3 - 4. De AIO (OH)-dispersie werd gedurende een nacht in een kogelmolen gemalen en uit de maalinrichting verwijderd. Na 24 uren of langer staan bezonk een geringe fraktie van het AIO(OH) uit de dispersie, welke fraktie werd verwijderd door de heldere oplossing te filtreren.

De AIO(OH)-dispersie werd gravimetrisch genalyseerd teneinde de con-30 centratie van Al202 nauwkeurig te bepalen. Vervolgens werd ethylsilicaat (Si(OC2H5)^ toegevoegd ter bereiding van een mengsel met de gewenste Al202/Si02 verhouding; aldus werd een aantal mengsels met verschillende verhoudingen gevormd, nl. 69,9 - 79,1 gew.% A^O^/rest Si02·

Elk mengsel wérd gedurende verscheidene uren krachtig bij kamer-35 temperatuur geroerd totdat het ethylsilicaat volledig was gehydrolyseerd, en hierna bracht men elk mengsel in een met hoge snelheid werkende meng-inrichting en voegde ammonia toe totdat de dispersie geleerde. In represen- 3 tatieve gevallen waren 3 - 6 cm NH^OH per liter dispersie nodig.

Elke verkregen gel werd bevroren en vervolgens ontdooid bij kamer- 8301848 ~ —- Vr · -17- tenperatuur, waardoor de gel werd veranderd in een filtreerbare dispersie.

De geldeeitjes werden van de oplossing af gefiltreerd en achtereenvolgens met watervrije methanol en aceton gewassen ter verwijdering van al het ^0 uit de deeltjes vóór het drogen.

5 De verkregen niet-waterige gel werd in lucht bij 200 °C gedroogd onder vorming van het onderhavige, witte, donsachtige, tot vloeien instaat zijnde uitgangspoeder. Normaliter werd dit poeder door een zeef met openingen van 0,42 mm gezeefd teneinde eventuele aggregaten af te breken of te verwijderen. Deze werkwijze werd een aantal malen herhaald onder verkrijging- van 10 een aantal poedercharges.

De als uitgangsmaterialen toegepaste poeders werden in lucht gecalcineerd, d.w.z. gebrand, bij temperaturen van 490 - 1100°C gedurende perioden die nodig varen voor het verwijderen van. hun water- en koolwater stof gehalte zodat geen belangrijke hoeveelheid hiervan achterbleef.

15 Het gecalcineerde poeder was donsachtig, vrij-vloeiend, vormloos en blijkens röntgen-diffractie-analyse amorf. Zowel het niet-gecalcineerde poeder als het gecalcineerde poeder bezaten een specifiek oppervlak van 2 2 100 - 400 m /gram in representatieve gevallen 400 m /g, en een ;stafctge- wicht van ca. 0,2 - 0,3 g/cc.

20 Het gecalcineerde poeder kon in een stalen matrijs bij kamertempera tuur onder een druk van ca. 344 740 kPa samengeperst worden tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc.

VOORBEELD III

Een aluminosilicaatpoeder van 75 gew.% Al^O^/rest Sii^ werd op dezelfde 25 wijzr als in voorbeeld I bereid. Het poeder werd gedurende ca. 8 uren in lucht bij 600°C gecalcineerd. Een deel van het gecalcineerde poeder werd geanalyseerd door "natte" chemische analyse en bleek te bestaan uit 75 gew.% en 25 gew.% SiC^· De door emissiespectroscopie van het gecalcineerde poeder bepaalde verontreinigingen waren: 0,02% Na, 0,01% Pe, ^0,04% Ca, 30 0,07% Ti.

Het gecalcineerde poeder werd in een rubber membraan gebracht en onder een druk van ca. 861 850 kPa bij kamertemperatuur in een oliebad isostatisch geperst tot een cylindrisch lichaam met een diameter van ca. 0,81 cm en een gewicht van 14,5 g. Het cylindrische lichaam bezat een dichtheid in 35 groene toestand van 1,6 g/cc.

Het cylindrische lichaam werd gedurende 1,5 uren bij 1650 - 1675°C in stromende zuurstof bij atmosferische druk gesinterd en vervolgens in de oven afgekoeld tot kamertemperatuur. Het verkregen cylindrische lichaam met gesloten poriën was ondoordringbaar voor gas.

8301848 - 18 -

Het: voor gas ondoordringbare cylindrische lichaam werd gedurende 1,5 uren bij 150°C aan isostatisch persen onderworpen met argon onder een druk van ca. 206 840 kPa, en vervolgens werd de druk verlaagd tot atmosferische druk tijdens het afkoelen in de oven tot kamertemperatuur.

5 Het verkregen lichaam met theoretische dichtheid was wit en ondoor schijnend en bezat een dichtheid van 3,16 g/cc. Een dunne dwarsdoorsnede k van het cylindrische lichaam werd gepolijst tot een dikte van ca. 25 - 50 micron en microscopisch onderzocht met licht dat door het lichaam werd doorgelaten.

Er werd een secundaire fase van iU^O^ waargenomen. De ondoorschijnendheid 10 van het lichaam was toe te schrijven aan lichtverstrooiing tengevolge van x » de secundaire AI2O3 fase.

Een deel van het cylindrische lichaam werd overdwars in vier schijven gesneden; elke schijf bezat een dikte van ca. 760 micron. Alle schijven werden in stromende zuurstof bij atmosferische druk gegloeid. Eén van de 15 schijven werd gedurende 6 uren bij 1800°C gegloeid. De andere schijven werden gedurende 1 uur gegloeid, en wel respectievelijk bij 1750°C, 1800°C en 1850 °C. Alle schijven werden in de oven af gekoeld tfat kamertemperatuur.

Elke gegloeide schijf bezat een dikte van ca. 760 micron en was optisch doorschijnend; alle schijven waren in de na gloeien verkregen, niet-gepo-20 lijste toestand geschikt als omhulling voor een boogbuis. Bij plaatsing van elke gegloeide schijf op een krant was het schrift leesbaar.

Tijdens het gloeien werd de tweede fase van A^O^ in de mullietfase geabsorbeerd en verkreeg men een optisch doorschijnend lichaam, üit de optische doorschijnendheid van deze schijven bleek dat ze de theoretische 25 dichtheid bezaten. De optische doorschijnendheid van de bij 1750°C gegloeide schijf was echter niet zo groot als van de bij 1800°C of 1850°C gegloeide schijven, üit onderzoek van delen van alle gegloeide schijven door röntgen-diffractie-analyse en optische microscopie bleek dat de bij 1800°C en 1850°C gegloeide schijven bestonden uit één enkele fase van mulliet, terwijl de bij 30 1750°C gegloeide schijf bestond uit één enkele fase van mulliet maar tevens een geringe hoeveelheid A^O^ fase vertoonde (de hoeveelheid Al2°3 fase be“ droeg minder dan 1 vol. % van de schijf).

De optisch doorschijnende schijf, die gedurende 6 uren bij 1800°C was gegloeid, werd aan beide zijden geslepen en gepolijst tot een dikte van 35 0,76 mm. Van deze gepolijste schijf bepaalde men de optische transmissie in het zichtbare gebied van het electromagnestisch spectrum; de resultaten hiervan zijn in figuur 3 weergegeven. Figuur 3 toont een voorwaartse diffuse transmissie van ca. 67 - 74% in het zichtbare deel van het spectrum van 4000 Angstrom tot 8000 Angstrom. Tevens blijkt uit figuur 3 dat de voorwaartse 8301848 » - 19 - niet-diffuse ("specular") transmissie van deze gepolijste schijf ca. 6-8% bedroeg.

Verder toont figuur 3 de voorwaartse diffuse transmissie die met saffier met een dikte van 0,76 nm als controle verkregen was.

5 De schijven die gedurende 1 uur bij 1800°C en bij 1850°C waren gegloeid, werden gepolist, en deze schijven, alsmede de gepolijste schijf die gedurende 6 uren bij 1800°C was gegloeid, werden geëtst in kokend geconcentreerd natriumhydroxide, gewassen met water en gedroogd teneinde hun korrelgrenzen zichtbaar te maken.

10 De microstruktuur van^de geëtste schijf, die gedurende 6 uren bij 1800°C was gegloeid wordt in figuur 1 getoond, üit figuur 1 blijkt dat deze schijf een praktisch uniforme microstruktuur bezat die bestond uit praktisch regelmatige korrels met gelijke assen en een gemiddelde korrelgrootte van 15 micron, bepaald door gemiddelde lineaire interceptie.

15 De schijven die gedurende 1 uur bij 1800°C en bij 1850°C gegloeid waren, bezaten eveneens een praktisch uniforme microstruktuur die bestond uit regelmatige of praktisch regelmatige korrels met gelijke assen; de bij 1800°C gegloeide schijf bezat een gemiddelde korrelgrootte van 14 micron, bepaalde door gemiddelde lineaire interceptie, terwijl de bij 1850°C ge-20 gloeide schijf een gemiddelde korrelgrootte 'van 19 micron bezat.

VOORBEELD IV

Men bereidde een aluminosilicaatpoeder, bestaande uit 74 gew.% A^O^/ 26 gew.% SiO^, op dezelfde wijze als in voorbeeld II. Het poeder werd gedurende ca. 8 uren in lucht bij 600°C gecalcineerd.

25 Het gecalcineerde poeder werd in een stalen matrijs bij kamertempera tuur onder een druk van ca. 689 480 kPa tot een schijf geperst die een diameter van 1,27 cm en een dikte van ca. 760 micron bezat. De dichtheid van de schijf bedroef ca. 1,35 g/cc.

De schijf werd gedurende 3 uren bij 1675°C in zuurstof bij atmosferische 30 druk gesinterd onder verkrijging van een voor gas ondoordringbare schijf, en vervolgens werd de schijf in de oven afgekoeld tot kamertemperatuur.

De verkregen, voor gas ondoordringbare schijf werd gedurende 3 uren in hete toestand isostatisch geperst met argon onder een druk van ca.

206 840 kPa en bij 1675°C, en vervolgens werd de druk verlaagd tot atmos-35 ferische druk terwijl de schijf in de oven werd afgekoeld tot kamertemperatuur. De schijf had een krimp van 23% ondergaan en bezat nu een dikte van ca. 585 micron.

De verkregen schijf was optisch doorschijnend. Uit de optische doorschijnendheid bleek dat hij de theoretische dichtheid bezat en bestond uit 8301848 * f ' , - - 20 - één enkele fase van mulliet. De schijf is in niet-gepolijste toestand geschikt als omhulling voor een boogbuis. Bij plaatsing van de schijf op een krant was het schrift leesbaar.

De optisch doorschijnende schijf werd gedurende 3 uren bij 1820°C 5 in zuurstof gegloeid en vervolgens in de oven tot kamertemperatuur af gekoeld. Bij visuele waarneming· bleek dat de optische doorschijnendheid van deze schijf niet belangrijk veranderd was. De gegloeide schijf werd gepolijst, geëtst in kokend geconcentreerd natriumhydroxide, gewassen met water en gedroogd, teneinde zijn korrelgrenzen zichtbaar te maken; de microstruktuur 10 wordt , in figuur 2 getoond.

Fiijuur 2 toont een microstruktuur bestaande uit een mengsel van langwerpige korrels en korrels met gelijke assen. Figuur 2 licht de microstruktuur toe die verkregen wordt wanneer een lichaam van 74 gew.% Al^O^/ 26 gew.% Si02 aan een temperatuur van 1820°C wordt onderworpen.

15 De hieronder genoemde octrooiaanvragen vermelden hetzelfde produkt als de onderhavige aanvrage:

Een gelijktijdig met de onderhavige aanvrage ingediende aanvrage (overeenkomend met de Amerikaanse octrooiaanvrage 381.821) beschijft het samenpersen van een amorf poedervormig mengsel van oxiden, bestaande uit 20 ca. 74 - 76,5 gew.% A^O^/rest SiO^, tot een perslichaam met een dichtheid van tenminste 1 g/cc, en het sinteren van het perslichaam in zuurstof onder vorming van een optisch doorschijnend lichaam van mulliet met theoretische dichtheid.

Een gelijktijdig met de onderhavige aanvrage ingediende aanvrage 25 (overeenkomend met de Amerikaanse octrooiaanvrage 381.820} beschrijft het persen van een amorf, poedervormig mengsel van oxiden, béstaande uit ca. 74- 76,5 gew.% A^O^ en voor de rest Si02, tot een perslichaam met een dichtheid van tenminste 1 g/cc, het branden van het perslichaam in zuurstof of onder een verlaagde druk van 0,05 - 1 mm. Hg onder vorming van een voor gas 30 ondoordringbaar perslichaam, en het sinteren van het verkregen gebrande lichaam in lucht, argon, helium,stikstof of een mengsel hiervan, onder vorming van een optisch doorschijnend lichaam van mulliet met theoretische dichtheid.

8301848

Claims (14)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een optisch, doorschijnend lichaam van mulliet, met het kenmerk dat men een amorf, vormloos, poedervormig mengsel van oxiden, bestaande uit ca. 72,5 - 74 gew.% 011 voor 5 de rest SiO^, dat geen belangrijke hoeveelheden verontreinigingen bevat, verschaft, welk poeder bij ongeveer kamertemperatuur kan worden samengeperst tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc? het poeder samenperst tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc ; het perslichaam sintert in zuurstof of onder een verlaagde druk van 10 ca. 0,05 - 1 mm Hg bij een temperatuur die hierop geen belangrijk nadelig effekt heeft, onder vorming van een voor gas ondoordringbaar perslichaam; en het voor gas ondoordringbare perslichaam in hete toestand aan isostatisch persen onderwerpt met een gas dat hierop geen belangrijke nadelige invloed heeft, bij een supermatmosferische druk van tenminste ca. 34 475 kPa 15 en bij een temperatuur van ca. 1500 - 1700 °C, onder vorming van een lichaam met theoretische dichtheid gebaseerd op de dichtheid van 3,16 g/cc _+ 0,01 of 3,17 g/cc + 0,01 voor het lichaam van mulliet, welk gas gekozen wordt uit argon, helium, stikstof en mengsels hiervan.

2. Werkwijze voor het vervaardigen van een optisch doorschijnend 20 lichaam van mulliet, met het kenmerk dat men een amorf, vormloos, poedervormig mengsel van oxiden, bestaande uit ca. 72,5 - 74 gew.% Aljt^ voor de rest SK^, verschaft; het poeder bij een temperatuur van ca. 490 -1100°C in lucht calcineert ter verwijdering hieruit van water en organisch materiaal, waarbij geen belangrijke hoeveelheid van deze materialen achter-25 blijft, onder verkrijging van een vormloos, amorf poeder dat geen belangrijke hoeveelheid verontreinigingen bevat, welk gecalcineerd poeder bij ongeveer kamertemperatuur kan worden samengeperst tot een perslichaam met een πη'η·?τηιτπι dichtheid van 1,0 g/cc; het gecalcineerde poeder perst tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc; het perslichaam 30 in zuurstof of onder een verlaagde druk van ca. 0,05 - 1 mm Hg sintert bij een temperatuur die hierop geen belangrijk nadelig effekt heeft, onder verkrijging van een voor gas ondoordringbaar perslichaam; het voor gas ondoordringbare perslichaam in hete toestand aan isostatisch persen onderwerpt met een gas, dat hierop geen belangrijke nadelige invloed heeft, bij 35 een super^atmosferische druk van tenminste ca. 34 475 kPa en bij een temperatuur van ca. 1500 - 1700QC, onder verkrijging van een lichaam met theoretische dichtheid gebaseerd op de dichtheid van 3,16 g/cc Hl· 0,01 of 3,17 g/cc + 0,01 voor het lichaam van mulliet, welk gas gekozen is uit argon, helium stikstof en mengsels hiervan. 8301848 r X - 22 -

3. Werkwijze voor het vervaardigen van een optisch doorschijnend lichaam van mullietr met het. kenmerk dat men een amorf, vormloos, poedervormig mengsel van oxiden, bestaande uit ca. 72,5 - 76,5 gew.% en voor de rest SiC^, dat geen belangrijke hoeveelheid verontreinigingen be- 5 vat, verschaft, welk poeder bij ongeveer kamertemperatuur kan worden samengeperst tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/ccy het poeder samenperst tot een pers lichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc; het perslichaam in zuurstof of onder een verlaagde druk van ca. 0,05 - 1 mm Hg sintert bij een temperatuur die hierop geen belangrijk nadelig effekt 10 heeft, onder verkrijging van een voor gas ondoordringbaar perslichaam; het voor gas ondoordringbare perslichaam in hete toestand aan Isostatisch persen onderwerpt met een gas, dat hierop geen belangrijk nadelig effekt heeft, bij een supermatmosferische druk van tenminste ca. 34 475 kPa en bij een temperatuur van ca. 1500 - 1700°C, onder vorming van een lichaam met 15 theoretische dichtheid gebaseerd op de dichtheid van 3,16 g/cc + 0,01 of 3,17 g/cc +0,01 voor het lichaam van mulliet, welk voor het isostatisch persen toegepaste gas gekozen is uit argon, helium stikstof en mengsels hiervan; en het lichaam met theoretische dichtheid bij een temperatuur van ca. 1700 - 1850°C gloeit in een gas dat gekozen is uit lucht, zuurstof, 20 argon, helium, stikstof en mengsels hiervan, welke gloeitemperatuur geen belangrijk nadelig'effekt heeft.

4. Werkwijze voor het vervaardigen van een optisch doorschijnend lichaam van mulliet,. met het kenmerk dat men een amorf, vormloos, poedervormig mengsel van oxiden, bestaande uit ca. 72,5 - 76,5 gew.% AI2O3 en 25 voor de rest Si02, verschaft; het poeder in lucht bij een temperatuur van ca. 490 - 1100°C calcineerfc ter verwijdering hieruit van water en organisch materiaal, waarbij geen belangrijke hoeveelheid vein deze materialen resteert, onder verkrijging van een vormloos amorf poeder dat geen belangrijke hoeveelheid verontreinigingen bevat, welk gecalcineerd poeder bij 30 ongeveer kamertemperatuur kan worden samengeperst tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc; het gecalcineerde poeder samenperst tot een perslichaam met een minimum dichtheid van 1,0 g/cc; het perslichaam in zuurstof of onder een verlaagde druk van ca. 0,05 - 1 mm Hg sintert bij een temperatuur die geen belangrijk nadelig effekt heeft; 35 het voor gas ondoordringbare perslichaam in hete toestand aan isostatisch persen onderwerpt met een gas, dat hierop geen belangrijke nadelig invloed heeft, bij een supermatmosferische druk van tenminste ca. 34 475 kPa en bij een temperatuur van ca. 1500 - 1700°C, onder verkrijging van een lichaam met theoretische dichtheid gebaseerd op de dichtheid van 3,16 g/cc +0,01 8301848 Γ* - 23 - of 3,17 g/cc + 0,01 voor het lichaam van muil iet, welk voor het iso statisch persen toegepaste gas gekozen is uit argon, hellium, stikstof en mengsels hiervan; en het lichaam met theoretische dichtheid gloeit bij een temperatuur van ca. 1700 - 1850°C in een gas dat gekozen is uit zuurstof, lucht, 5 argon, helium, stikstof en mengsels hiervan, welke gloeitemperatuur geen belangrijk nadelig effekt heeft.

5. Optisch doorschijnend lichaam van polykristallijn aluminosilicaat, bestaande uit ca. 72,5 - 76,5 gew.% A^O^ en voor de rest SiO^, welk lichaam een gemiddelde minimale voorwaartse diffuse transmissie van 70% 10 per 0,75 mm.dikte bij een golflengte in het zichtbare gebied van 4000 -8000 Angstrom bezit.

6. Optisch doorschijnend Lichaam van polykristallijn mulliet, bestaande uit ca. 72,5 - 76,5 gew.% A^O^ 01 voor de rest Si02, welk lichaam de theoretische dichtheid bezit gebaseerd op een dichtheid van 3,16 g/cc 15 +/0,01 of 3,17 g/cc + 0,01 voor het lichaam van mulliet; uiteenloopt van één enkele fase van mulliet tot een samenstelling van een primaire fase van mulliet en een secundaire fase die tot bijna. 1 vol.% van het totale volume van het lichaam kan vormen; en een·gemiddelde minimale voorwaartse . diffuse transmissie van 70% per 0,75 mm dikte bij een golflengte in het 20 zichtbare gebied van 4000 - 8000 Angstrom bezit.

7. Optisch doorschijnend lichaam volgens conclusie 6, waarin de secundaire fase Al^O^ is.

8. Optisch doorschijnend lichaam volgens conclusie 6, waarin de secundaire fase gleis is.

9. Optisch doorschijnend lichaam van polykristallijn mulliet, bestaan de uit ca. 74 - 76,5 gew.% A^o^ en voor de rest SiO^, welk lichaam een microstruktuur bezit die gevormd wordt door korrels met gelijke of praktisch gelijke assen; de theoretische dichtheid bezit gebaseerd op een dichtheid van 3,16 g/cc + 0,01 of 3,17 g/cc + 0,01 voor het lichaam van mulliet; uit- 30 eenloopt van één enkele fase van mulliet tot een samenstelling van een primaire fase van mulliet en een secundaire fase die tot bijna 1 vol.% van het totale volume van het lichaam kan vormen; en een gemiddelde minimale voorwaartse diffuse transmissie van 70% per 0,75 mm dikte bij een golflengte in het zichtbare gebied van 4000 - 8000 Angstrom bezit.

10. Optisch doorschijnend lichaam volgens conclusie 9, waarin de secundaire fase is*

11. Optisch doorschijnend lichaam vervolgens conclusie 9, waarin de secundaire fase glas is.

12. Optisch doorschijnend lichaam van polykristallijn mulliet, bestaande 8301848 « » - 24 - ' uit ca. 72,5 - 74,5 gew.% Al^C^ en voor de rest Si02, welk lichaam een microstruktuur bezit van langwerpige korrels tot korrels met gelijke assen en kombinaties hiervan; de theoretische dichtheid heeft gebaseerd op een dichtheid van 3,16 g/cc + 0,01 of 3,17 g/cc +_ 0,01 voor het lichaam van 5 mulliet; uiteenloopt van éën enkele fase van mulliet tot een seCmenstelling van een primaire fase van mulliet en een secundaire fase die tot bijna 1 vol.% van het totale volume van het lichaam kan vormen; en een gemiddelde minimale voorwaartse transmissie van 70% per 0,75 mm dikte bij een golflengte in het zichtbare gebied van 4000 - 8000 Angstrom bezit.

13. Optisch doorschijnend lichaam volgens conclusie 12, waarin de secundaire fase glas is.

14. Optisch doorschijnend lichaam van polykristallijn mulliet, bestaande uit ca. 74,5 - 75,5' gew.% A^O^ en voor SiC^, welk lichaam een praktisch uniforme microstruktuur bezit die gevormd wordt door korrels 15 met gelijke of praktisch gelijke assen; de theoretische dichtheid bezit gebaseerd op een dichtheid van 3,16 g/cc + 0,01 of 3,17 g/cc + 0,01 voor het lichaam van mulliet; bestaat uit één enkele fase van mulliet; en een gemiddelde minimale voorwaartse diffuse transmissie van 70% per 0,75 mm 'dikte bij een golflengte in het zichtbare gebied van 4000 - 8000 Angstrom 20 bezit. *·’ ·* 8301848