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Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Formkörpem aus Sinterkorund
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Formkörpern
aus Sinterkorund mit verbesserter Strahlungsdurchlässigkeit sowie polykristalline
Sinterkorundkörper, die insbesondere für optische Zwecke geeignet sind.
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Es ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von Werkzeugen und Geräten
aus Aluminiumoxyd bekannt, bei dem Aluminiumoxyd von großer Reinheit ohne besonderes
Bindemittel geformt und bei einer Temperatur von über 1600' C in einer von
Kohlenstoff freien Umgebung in einem einzigen Arbeitsgang zu einem festen und dichten
Körper zusammengesintert wird. Zweckmäßigerweise wird das Sintern im Vakuum oder
in einer indifferenten Atmosphäre vorgenommen. Der erhaltene Sinterkörper ist von
durchscheinender, mannorartiger Beschaffenheit und eignet sich wegen seiner Härte
für Schleif- und Polierzwecke sowie zur Herstellung von Reibschalen oder ähnlichen
Geräten für die chemische Industrie.
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Es ist auch bereits seit langem bekannt, daß durch Brennen bei
1850 bis 1900' C völlig dicht gesinterte Aluminiumoxydgegenstände
hergestellt werden können, die eine schwach himmelblaue Farbe aufweisen und durchscheinend
sind. Es ist ferner bereits bekannt, daß der Zusatz von geringen Mengen Magnesiumoxyd
und Zirkonoxyd sinterungsfördernd wirkt und die Lichtdurchlässigkeit verbessert.
Weiterhin ist es auch bereits bekannt, das Sintern von Aluminiumoxyd in einer Wasserstoffatmosphäre
durchzuführen.
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Die nach dem bisher bekannten Verfahren hergestellten Sinterkörper
aus Aluminiumoxyd sind im günstigsten Falle durchscheinende Körper, die zwar Licht
durchlassen, jedoch das Licht gleichzeitig in alle Richtungen zerstreuen, so daß
man durch sie hindurch die Gestalt anderer Körper nicht klar erkennen kann.
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Die bekannten aus Aluminiumoxyd bestehenden Saphireinkristalle weisen
zwar auch noch bei hohen Temperaturen äußerst günstige optische und physikalische
Eigenschaften auf, beispielsweise große Härte, hohe Dichte und gute Strahlungsdurchlässigkeit,
je-
doch lassen sich aus Einkristallen nur Körper mit beschränkter Größe und
Gestalt herstellen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen polykristallinen
Formkörper aus Sinterkorund zu schaffen, der im Vergleich mit den bekannten Sinterkorunden
zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten besitzt und dabei ähnliche Eigenschaften wie
ein Saphireinkristall aufweist, d. h. hohe mechanische und thermische Festigkeit
sowie gute Strahlungsdurchlässigkeit, und der diese Eigenschaften auch bei erhöhten
Temperaturen beibehält. Diese Aufgabe wird nun gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung
von polykristallinen Formkörpem aus Sinterkorund mit verbesserter Strahlungsdurchlässigkeit,
das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß geformtes feinverteiltes Aluminiumoxyd
hoher Reinheit zusammen mit höchstens 0,5 Gewichtsprozent Magnesiumoxyd im
Vakuum oder in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1700
bis 19501 C so lange gesintert wird, bis der Spinellgehalt weitgehend herabgesetzt
und dadurch die Dichte und die Strahlungsdurchlässigkeit im sichtbaren und infraroten
Bereich erhöht werden. Auf diese Weise erhält man insbesondere für optische Zwecke
geeignete polykristalline Sinterkorundkörper, die gekennzeichnet sind durch eine
Geradeausstrahlungsdurchlässigkeit bei 0,94 mm Dicke im Wellenlängenbereich von
0,003 bis 6,6 #L von mehr als 10%. Polykristalline Sinterkorundkörper nach der Erfindung
können beispielsweise zur Herstellung von Fenstern in Hochöfen und Hochgeschwindigkeitsgeschossen
sowie als Lampenhüllen verwendet werden. Sie sind auch für die meisten Anwendungszwecke
geeignet, für die bisher Saphir verwendet wurde, und haben dabei den Vorteil, daß
sie in beliebiger Gestalt, z. B. als vorgeformte Hüllen, hergestellt werden können.
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Beim Verfahrgn nach der Erfindung verwendet man vorzugsweise ein Gemisch
aus feinverteiltem Aluminiumoxyd und 1/lo bis '/2 Gewichtsprozent feinverteiltem
Magnesiumoxyd. Die Korngröße des gesamten Aluminiumoxyds kann durchschnittlich iwischeu
0,05
und 0,2 [t betragen, oder bis zu 70 1/o des Aluminiumoxyds kann eine Korngröße,
von 5 bis 10 [t und nicht weniger als 30#1/9 des Aluminiumoxyds kann
eine Komgröße von weniger als 1 tt aufweisen, wobei die kleineren Teilchen
als Bindemittel für die größeren Teilchen dienen. Falls erwünscht, lassen sich auch
Mischungen verwenden, die einen geringeren Prozentsatz an Teilchen mit einer Größe
von 5 bis 10 #t und verhältnismäßig mehr Teilchen mit einer Größe
von weniger als 1 li enthalten.
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Die Reinheit des Aluminiumoxyds kann innerhalb gewisser Grenzen schwanken.
99,60/9 reines Aluminiumoxyd ergibt nur wenig schlechtere Ergebnisse als
99,9911/o reines Aluminiumoxyd. Im allgemeinen sollte die Reinheit nicht unter 99,%
liegen und so groß wie möglich sein, so daß der Anteil der Spinellphase, die die
Durchsichtigkeit des Körpers auf Grund von Beugung der einfallenden Strahlung beeinträchtigt,
möglichst gering ist.
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Man hat festgestellt, daß ein übermäßiges Kornwachstum während des
Sintems verhindert werden muß, damit der nötige Grad der Durchsichtigkeit erzielt
wird. Ein schnelles Wachstum ist unerwünscht, da es zu Rissen an den Korngrenzen
führt und viele der vorhandenen Poren im Korn eingeschlossen werden und nicht leicht
aus dem Preßling herausdiffundieren können. Man vermutet, daß der Zusatz von Magnesiumoxyd
das Kornwachstum dadurch einschränkt, daß die Korngrenzen festgelegt und daran gehindert
werden, die vorhandenen Poren einzufangen. Selbstverständlich werden dadurch auch
Spannungsrisse seltener auftreten. Dichterisse an den Korngrenzen machen sich durch
Herabsetzung der Durchsichtigkeit bemerkbar.
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Während der Zusatz von feinzerteiltem Magnesiumoxyd zu feinzerteiltem
Aluminiumoxyd ermöglicht, daß das Aluminiumoxyd zu einem Sinterkorund mit beträchtlicher
Durchsichtigkeit gesintert wird, tritt gleichzeitig eine, Beeinträchtigung der Durchsichtigkeit
auf, die durch die verstärkte Bildung eines Spinells (MgA1,0.) als zweiter Phase
bedingt ist. Das Spinell verringert die »Geradeausdurchlässigkeit« durch erhöhte
Beugung des Lichtes im Körper. Es gibt daher einen optimalen Bereich für den Magnesiumoxydzusatz,
und die besten optischen Eigenschaften werden dann erhalten werden, wenn der an
Mag,nesiumoxyd zugesetzte Gewichtsanteil innerhalb dieses Bereiches liegt. Die Geradeausdurchlässigkeit
gibt das Verhältnis zwischen der unter einem bestimmten Winkel in ein Material eintretenden
und der unter dem gleichen Winkel eintretenden Strahlung, an.
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Die Erfitidung wird nun näher an Hand von Zeichnungen erläutert. In
denen zeigt F i g. 1 Kurven, die die Durchlässigkeit von Sinterkorund in
Abhängigkeit vom Magnesiumoxydgehalt zeigen, F i g. 2 eine Kurve, die die
Abhängigkeit der Schrumpfung von der Sintertemperatur zeigt, und F i g. 3
die Geradeausdurchlässigkeit von Sinter- 1
korundkörpern und von einem optischen
Saphirkristall in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
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F i g. 1 stellt die Beziehung zwischen dem (in Gewichtsprozent)
zugesetzten Magriesiumoxyd, der Spinellbildung und der abhängigen Durchsichtigkeit
dar. Die Abszisse gibt den Magnesiumoxydgehalt an und die Ordinate die abhängige
»Geradeausdurchlässigkeit« eines Sinterkorunds von etwa 1,7 mm Stärke. Kurve
5 zeigt, daß die Durchsichtigkeit eines Sinterkorunds, ausgehend von einem
Zusatz von O#I/q Magnesiumoxyd, steil ansteigt und einen Höchstwert (bei infraroter
Bestrahlung) annimmt, wenn etwa 'ho Gewichtsprozent Magnesiumoxyd zugesetzt wird.
Für sichtbare Wellenlängen werden gewöhnlich etwas geringere Zusätze bevorzugt,
z. B. höchstens etwa 1/16 %. Wird mehr als Iho % Magnesiumoxyd zugesetzt, so nimmt
die Durchsichtigkeit ab, allerdings nicht so rasch wie zwischen 0 und 1/lo
%. Es kann also Ihe bis 1/2 Gewichtsprozent zugesetzt werden. In den meisten Fällen
empfiehlt sich ein Zusatz zwischen Iho bis '/4Gewichtsprozent. Man vermutet, daß
sich eine derartige, Kurve aus dem Umstand ergibt, daß geringe Mengen von Mg0 ein
ungewöhnliches Wachstum der Körner und den Einschluß, der Poren wirksam verhindern,
ohne daß die Bildung eines Spinells als zweiter Phase so stark zunimmt, daß die
Durchsichtigkeit beeinträchtigt würde. Beträgt je-
doch der Magnesiumoxydanteil
mehr als etwa 1/io0/0, so verstärkt sich die Spinellbildung derartig, daß die Durchsichtigkeit
erheblich nachläßt.
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.Die Kurven 6, 7 und 8 in F i g. 1 zeigen, wie
der Prozentsatz an gebildetem Spinell gleichmäßig mit einem erhöhten Magnesiumgehalt
wächst, und zeigen außerdem die Wirkung der Sintertemperatur auf die Spinellbildung.
Die Temptratureinflüsse werden weiter unten erörtert werden.
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Nachdem Aluminium- und Magnesiumoxyd gemischt sind, wird die Mischung
unter einem Druck verdichtet, der ausreicht, um Preßlinge herzustellen, die mindestens
35107o der theoretischen Dichte eines Aluminiumoxydeinkristalls besitzen. Gewöhnlich
beträgt der Druck, der zur Bildung eines Preßlings von entsprechender Rohdichte
ausgeübt werden muß, etwa 5,5 bis 55 kg/cm-, und hängt von der Größe
des herzustellenden Körpers ab. In den meisten Fällen empfiehlt sich ein Druck von
mehr als 22 kg/CM2. Wird eine Rohdichte von weniger als 3511/o. der theoretischen
Dichte verwendet, so sind die optischen Eigenschaften gewöhnlich unzureichend.
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Ist der rohe, ungebrannte Preßling mehr als etwa 0,95 mm stark,
dann sollte er in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, z. B. in Luft, mindestens
1 Stunde vorgebrannt werden, damit die bestmögliche Durchlässigkeit erzielt
wird. Körper, die weniger als 0,95 mm stark sind, lassen sich ohne Vorbrennen
durchsichtig machen, wenngleich das Vorbrenneu in keinem Fall die Durchlässigkeit
des entstandenen Körpers ungünstig beeinflußt. Die Dauer des Vorbrennens ist nicht
entscheidend; sie muß aber mehr als 1 Stunde betragen. Längere Vorbrennungszeiten
sind zulässig, verbessern aber die Durchsichtigkeit des fertigen Körpers nur unwesentlich.
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Die Temperaturen während des Vorbrennens sollten mehr als
10001 C und weniger als etwa 1700' C
betragen. Der bevorzugte Bereich
liegt zwischen 1000 und 1200' C. Proben, die bei 11501 C an
der Luft 1 Stunde, bei 1240' C 1 Woche, bei 13001 C
2
Tage lang und bei 1400' C 1 Stunde lang vorgebrannt wurden, zeigten keinen
erheblichen Unterschied in der Durchsichtigkeit, wenn sie mit Hilfe der nachfolgenden
Verfahrenssehritte in den endgültigen Zustand gebracht waren.
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Die graphische Darstellung von F i g. 2 zeigt den Grad der
Schrumpfung in Abhängigkeit von der Temperatur. Jede Probe wurde bei einer bestimmten
Temperatur 1 Stunde lang an der Luft vorgebrannt.
Der höchste
Grad der Schrumpfung tritt zwischen etwa 1200 und 15001C auf. Später nimmt
die ,Schrumpfung nur wenig zu, während die Dichte sich dem theoretischen Höchstwert
nähert. Wird der Preßling bei Temperaturen zwischen 1000 und 1200'C
vorgebrannt, dann erhält er eine ausreichende Härte, so daß er in die gewünschte
Gestalt gebracht werden kann. Der erforderliche Grad der Dichte wird durch das abschließende
Sintern erreicht.
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Der letzte Verfahrensschritt bei der Herstellung eines durchsichtigen
Sinterkorunds ist das Sintern des Preßlings bei Temperaturen von mindestens
1700'C, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 1800 und
1950' C. Man vermutet, daß höhere Temperaturen vorteilhafter sind, da die
eingeschlossenen Poren stärker aus dem Körper herausdiffundieren können, wodurch
sich bessere optische Eigenschaften ergeben. Der Preßling kann in Abhängigkeit von
der Sintertemperatur unterschiedlich lange gebrannt werden. Eine niedrigere Temperatur,
z. B. 1700' C,
erfordert etwa 24 Stunden, während bei einer Temperatur von
1900' C die Dauer auf höchstens 6 bis 10 Stunden herabgesetzt
werden kann. Auch bei höheren Temperaturen kann eine längere Zeit aufgewendet werden,
damit der Körper eine etwas bessere Durchsichtigkeit erhält, als bei kürzerer Dauer
erzielt werden könnte. Beispielsweise besaßen Körper, die 1000 Minuten lang
bei 1900' C gebrannt worden waren, eine sehr gute Durchlässigkeit. Für die
größtmögliche Durchlässigkeit wird dieser abschließende Verfahrenssehritt am besten
in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt. Ein Erhitzen im Vakuum liefert jedoch
auch eine optische Durchlässigkeit, die der in Wasserstoff erzielten annähernd entspricht.
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Die Kurven 6, 7 und 8 in F i g. 1 zeigen, daß
eine niedrigere Sintertemperatur eine weniger starke Spinellbildung zur Folge hat.
Die Stärke der Spinellbildung innerhalb des bevorzugten Bereichs für den Magnesiumoxydzusatz
ist auch bei Anwendung höherer Temperaturen nicht so abweichend, daß man deshalb
darauf verzichtet, solche Temperaturen anzuwenden, die einen Grad der Durchsichtigkeit
verleihen, der mit niedrigeren Temperaturen nicht erreicht werden kann.
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Kurve 10 in F i g. 3 gibt die optische Durchlässigkeit
eines 0,94 mm starken, scheibenförmigen Sinterkorunds nach der Erfindung an. Dieser
Gegenstand wurde aus einer Mischung von feinzerteiltem Magnesiumoxyd und Aluminiumoxyd
mit einer Korngröße von weniger als 1 u (0,05 bis 0,2 #t) hergestellt,
so daß etwa 1/s Gewichtsprozent Magnesiumoxyd in der endgültigen Mischung enthalten
war. In einer Mischvorrichtung wurde das Magnesiumoxyd mit dem Aluminiumoxyd mit
Hilfe von Aluminiumschaufeln, die sich drehten, gründlich vermischt. Man verwendet
Aluminiumschaufeln, damit möglichst keine verfärbenden Verunreinigungen in die Pulvermischung
gelangen.
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Das gemischte Magnesiumoxyd-Aluminiumoxyd-Pulver wurde nachfolgend
unter einem Druck von 22 kg/CM2 in eine scheibenähnliche Form gepreßt und
1 Stunde lang bei 1200' C an der Luft vorgebrannt. Nach dem Vorbrennen
wurde die Scheibe in einen Molybdänofen gegeben, auf eine Temperatur -von
1700' C gebracht, die 100 Minuten lang aufrechterhalten wurde, und
auf Zimmertemperatur abgekühlt. Dann wurde der Körper in einer Wasserstoffatmosphäre
erneut auf eine Temperatur von 1900' C erhitzt, der er 1000: Minuten
lang ausgesetzt blieb, ehe er auf Zimmertemperatur abgekühlt wurde. Der auf diese
Weise behandelte Körper wurde für die optischen Messungen vorbereitet, indem man
ihn an den gegenüberliegenden Seiten polierte. Die endgültige Stärke betrug, wie
oben angegeben, 0,94 mm.
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Die »Geradeausdurchlässigkeit« des fertigen Körpers überstieg 1011/o
für Wellenlängen zwischen etwa
0,003 und
6,6 #t und erreichte für
5,5 [t einen Spitzenwert von annähernd 33"1/o. Außerdem betrug die Durchlässigkeit
von Strahlungsenergien des infraroten Bandes zwischen etwa
3 und 6,3 #i mehr
als 20 %, wodurch der Körper sich als besonders wertvoll erweist, wenn die Durchlässigkeit
der mittleren Wellenlängen der Infrarotstrahlung entscheidend ist. Die Messungen
wurden mit Hilfe eines Spektrometers durchgeführt, der von
D. T. F. M a rp
1 e im »Journal of the Optical Society of Amerika«, Bd. 46, 490,
1956, beschrieben wird, und ein Strahlenbündel von
7' wurde benutzt.
Die nachstehende Tabelle
1 führt die kennzeichnenden und die bereits obenerwähnten
Durchlässigkeitswerte an.
| Tabelle 1 |
| Wellenlänge in #t »Geradeausdurchlässigkeit« in 0/'o |
| 0,0027 10,0 |
| 0,0030 11,3 |
| 0,50 13,0 |
| 1,00 14,0 |
| 2,00 17,8 |
| 3,00 19,0 |
| 4,00 25,2 |
| 5,00 27,8 |
| 5,50 34,0 |
| 6,00 28,5 |
| 7,00 0,5 |
Die Durchlässigkeitswerte eines zweiten Körpers, der weitgehend nach dem gleichen
Verfahren wie der erste Körper hergestellt worden war, werden durch die Kurven
11 bis
15 in F i
g. 3 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel
wurde der Körper jedoch aus einer Mischung von feinzerteilter Tonerde hergestellt,
die 1/lo Gewichtsprozent feinzerteiltes Magnesiumoxyd enthielt. Der Verdichtungsdruck
betrug 340 kg/CM2, und der fertige Körper war wieder scheibenförmig und etwa 4,2
mm stark. Der rohe, ungebrannte Preßling wurde bei einer Temperatur von 12001
C 1 Stunde lang vorgebrannt, und der vorgebrannte Preßling wurde dann
1000 Minuten lang bei
1900' C in Wasserstoff gebrannt. Nach dem
Abküh-
len wurden die gegenüberliegenden Seiten des Körpers poliert und seine
Durchlässigkeit mit Hilfe eines Perkins-Ehner-Spektrophotometers gemessen, Aufbau
und Bedienung dieses Geräts werden im »Journal of the Optical Society of America«,
Bd. 40, Nr.
1,
S. 29 bis 41, vom Januar und in Nr. 2,
S. 93
bis
101,
vom Februar
1950 beschrieben. Die eintretenden und austretenden
Strahlenbündel besaßen eine Breite von
60, und der Abstand des geprüften
Sinterkorunds vom Brennpunkt wurde auf
3,8 cm gegenüber dem gewöhnlich eingehaltenen
von
2,5 cm vergrößert.
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Wie die Kurve 11 angibt, erreichte der 4,2 mm starke Körper
einen Spitzenwert von etwa 29,D/o für Wellenlängen von etwa 5 it und besaß
eine Durchlässigkeit
von mehr als 101/o für alle Wellenlängen zwischen
3 und 5,9 #t.
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Die Kurven 12 bis 14 geben die Durchlässigkeitswerte der dünneren
Körper an, die aus dem 4,2 mm
starken hergestellt wurden, der die Kurve
11 erzeugte. Die Werte der Kurve 12 wurden an einem Körper von
3,3 mm Stärke gemessen, der aus dem 4,2 mm starken hergestellt und
erneut poliert worden war. Dieses Verfahren wurde wiederholt, und der Körper wurde
allmählich auf eine Stärke von 2,2, 1,2 und 0,5 mm verringert, so
daß sich die Auswirkung der Stärke auf die Durchlässigkeit feststellen ließ.
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Der Körper von
3,3 mm Stärke erreichte seinen Spitzenwert
von etwa 3811/o für Wellenlängen von etwa
5 #t. Der 2,2 mm starke Körper
erreichte einen Spitzenwert von etwa 50111,) für eine Wellenlänge von etwa
5 #t und der 1,2 mm starke Körper eine, Spitzendurchlässigkeit von etwa 66%
für eine Wellenlänge von
5 #t. Der
0,5 mm starke Körper erreichte
seinen Spitzenwert von etwa 79% bei 4,9 #L. Vergleicht man diese Spitzenwerte in
ihrer Abhängigkeit von der Körperstärke, so wird offensichtlich, daß die Durchlässigkeit
mit abnehmender Stärke linear zunimmt. Außerdem läßt sich feststellen, daß die »Geradeausdurchlässigkeit«
der
3,3 und 2,2 mm starken Körper für alle Wellenlängen zwischen 2,4 und
6 g bzw. zwischen
1,5 und
6,2 #t mehr als 1011/o beträgt. Der
1,2-mm-Körper besaß eine Durchlässigkeit von etwa
19 11/o bei einer Wellenlänge
von
1 [t, bei der die Messungen begonnen wurden; bis zu etwa
6,6 R
betrug sie -mehr als
10 %. Der
0,5 mm starke Körper besaß eine Durchlässigkeit
von 42
% bei
1 li, die bis zu etwa
6,9 [t mehr als 1011/o betrug.
Die nachstehende Tabelle
U führt weitere Werte für die Durchlässigkeit an.
| Tabelle U |
| Wellenlänge »Geradeausdurchlässigkeit« in II/o |
| Körperstärke in mm |
| M ft |
| 0,5 1,2 2,2 3,3 i 4,2 |
| 1,0 42,0 19,0 70 20 2,0 |
| 2,0 55,0 32,0 1.5:0 7:5 4,0 |
| 3,0 66,0 46,0 27,0 17,0 10,0 |
| 4,0 74,5 60,0 42,0 30,0 22,0 |
| 5,0 79,0 66,0 50 ' 0 380 29,0 |
| 6,0 66,5 45,0 25,0 12:0 7,0 |
| 7,0 7,0 1,0 0,0 0,0 0,o |
Die Kurve
16 von F i
g. 3 gibt die »Geradeausdurchlässigkeit« eines
0,49 nim starken optischen Saphirs an. Vergleicht man diese Kurve mit der des
0,5 mm starken Sinterkorunds (Kurve
15), so stellt man fest,
daß die Durchlässigkeit dieses Sinterkorunds der des Saphirs sehr nahe kommt. Es
ist also möglich, einen Sinterkorund an Stelle eines Saphirs zu verwenden, und zwar
für solche Zwecke, für die bisher nur ein Saphir geeignet schien. Außerdem kann
man einen Sinterkorund dann verwenden, wenn eine, etwas geringere optische Durchlässigkeit
tragbar ist, aber die physikalischen Eigenschaften denen des Saphirs gleichkommen
müssen.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden die
Rohmaterialien, d. h. das feinzerteilte Aluminiumoxyd- und Magnesiumoxydpulver,
mit Hilfe einer mechanisch bewegten Mischvorrichtung vermischt. Es ist nicht erforderlich,
daß eine derartige Vorrichtung benutzt wird, da andere Verfahren, die die beiden
Pulver mischen, ebenso wirksam sein können.
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Man stellte beispielsweise einen Körper her, indem man Magnesiumcarbonat
in Salzsäure löste, so daß sich eine Magnesiumchloridlösung bildete. Das Aluminiumoxyd
war kalziniertes Ammoniumaluminiumoxyd, und das Magnesiumchlorid wurde in einerwäßrigen
Aufschweinmung der Aluminiumverbindung zugesetzt, so daß 0,2 bis 0,5 Gewichtsprozent
Magnesiumoxyd in der Tonerde enthalten waren. Bei dem genannten Ausführungsbeispiel
wurden 0,5 Mol Magnesiumoxyd zugesetzt, und das entspricht etwa 0,2 Gewichtsprozent
Magnesiumoxyd.
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Die Aufschweinmung der Tonerde wurde mit dein gelösten Magnesiumehlorid
in einer Polyäthylenflasche etwa 3 Stunden lang mit Hilfe von Kugeln aus
Tonerde gemahlen. Das Mahlen kann 2 bis 4 Stunden lang dauern. Dann schlug sich
Magnesiumhydroxyd auf der Tonerde nieder, während Ammoniak zugesetzt wurde, bis
der pH-Wert auf 7 stieg. Die Aufschwemmung wurde während des Niederschlages
lebhaft gerührt. Diese Aufschwemmung wurde in einen Trockenapparat gegeben, damit
das Wasser entzogen wurde. Es bildete sich ein Gel, und das Gel wurde durch Rühren
homogenisiert. Bei einer Temperatur von 1501 C wurde das Trocknen beendet
und der entstandene getrocknete Kuchen auf eine Korngröße von 16 Maschen
je Quadratzentimeter pulverisiert und dann bei 13001 C
6 Stunden
lang kalziniert. Die Kalzinationsdauer kann zwischen 24 Stunden bei 12001
C und etwa. 4 Stunden bei 1350' C betragen. Die jeweilige Dauer wird
mehr oder weniger vom eigenen Gutdünken bestimmt.
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Nach der' Kalzination wurde der Kuchen auf mechanische Weise fein
zerteilt und das gewonnene #II1ver unter einem Druck von etwa 340 kg/CM2 in einen
rohen Preßling geformt. Der rohe Preßling wurde in einen Molybdänofen eingebracht
und bei
17751 C in einer Wasserstoffatmosphäre 24 Stunden lang gebrannt.
Das endgültige Brennen geschah an der Luft bei einer Temperatur von
15001 C.
Die Dauer des zweiten Brennens an der Luft ist nicht entscheidend. Falls gewünscht,
kann es fortgelassen werden. Nachdem der Körper gebrannt wurde, wurde er an seinen
gegenüberliegenden Seiten poliert, so daß er schließlich etwa 1/2 mm stark war,
und dann wurde seine Durchlässigkeit mit Hilfe des erwähnten Perldns-Elmer-Spektrophotometers
gemessen. Die erzielten Werte werden in der nachstehenden Tabelle für die entsprechenden
Wellenlängen aufgeführt.
| Tabelle IH |
| Wellenlänge in #t »Geradeausdurchlässigkeit« in % |
| 2 16,5 |
| 3 21,0 |
| 4 31,0 |
| 5 42,0 |
| 5,5 46,0 |
| 5,9 48,0 |
| 6 47,5 |
| 6,5 38,0 |
| 7 15,0 |
| 7,5 0 |
Falls gewünscht wird, die Dichte der Sinterkorunde noch stärker
zu erhöhen, so läßt sich die Spinellbildung während des Sinterns (MgA1,0.) verhindern,
indem man den Körper sehr lange bei hohen Temperaturen, z. B. bei Temperaturen,
die denen des abschließenden Brennens entsprechen, in einer Wasserstoffatmosphäre
oder unter Vakuum brennt. Es wurde beispielsweise ein Sinterkorund mit einem Gehalt
von
0,5 Molprozent Magnesiumoxyd in der Form eines Spinells bei
18501 C in Wasserstoff 24 Stunden lang gebrannt, und nach Ablauf dieser Zeit
war er in einer Tiefe von
1 mm frei vom Spinell. Es läßt sich also ein dichter,
reiner Sinterkorund herstellen, der durch Brennen gereinigt wurde, wobei die Dauer
des Brennvorganges von der Dicke des Körpers abhängt. Das soll heißen,
je stärker der Körper ist, desto länger muß er gebrannt werden, und
je dünner der Körper ist, desto weniger Zeit ist erforderlich, um ihn vom
Spinell zu befreien.
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Es leuchtet ein, daß die Erfindung gestattet, Sinterkorunde von großer
Reinheit, hoher Dichte und einer außerordentlichen Durchlässigkeit herzustellen,
die besonders auffallend im Bereich des sichtbaren und des infraroten Lichtes ist
und entsprechende Anwendungen ermöglicht.