Preparation of glass and ceramics by sintering colloidal particles deposited from the gas phase

Abstract

With the increasing demands being made on the properties of glass and ceramics, conventional preparation techniques are reaching technical limits. New methods which start from highly dispersed powders now offer better possibilities. As the diffusion lengths are short in submicron particles, green bodies made from these powders can be easily purified. Furthermore, considerably reduced sintering temperatures are possible due to the high sintering activity of powder with large surface areas. These powders can be deposited from the gas phase as compact particles with a diameter between 7 and 100 nm. SiO2, AI2O3, and TiO2 are already commercially available at a moderate price. Unfortunately, some problems with the ceramic processing of the highly dispersed powders have to be weighed against these advantages. In this paper the influence of the particle diameter on each processing step is discussed in more detail. SiO2 and AI2O3 serve as examples. In the case of AI2O3 another problem arises from the shrinkage during the phase transition from the δ- and γ- to the α-modification. It is shown that highly dispersed A-Al2O3 can be prepared via the deposition from the gas phase, resulting in a material which should solve this problem. Bei wachsenden Ansprüchen an die Eigenschaften von Glas und Keramik stößt man mit den bekannten Herstellungsverfahren zunehmend an technische Grenzen. Hier bieten neue Methoden, die von hochdispersen Ausgangsmaterialien ausgehen, bessere Möglichkeiten. Grünkörper aus submikroskopischen Teilchen lassen sich wegen der kleinen Diffusionswege sehr gut in einer reaktiven Atmosphäre reinigen und ermöglichen wegen der durch die große Oberfläche bedingten hohen Sinteraktivität deutlich niedrigere Sintertemperaturen. Die gewünschten Ausgangsmateriahen lassen sich als kompakte, meist kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser zwischen 7 und 100 nm aus der Gasphase darstellen. SiO2, AI2O3 und TiO2 sind als großtechnische Produkte bereits im Handel zu einem annehmbaren Preis erhältlich. Den Vorteilen der hochdispersen Ausgangsmaterialien steht eine Reihe von Problemen bei der pulverkeramischen Herstellung von großen Formkörpern gegenüber. In diesem Beitrag wird am Beispiel von SiO2 und AI2O3 der Einfluß der Teilchengröße auf die einzelnen Prozeßschritte detailliert aufgezeigt. Beim AI2O3 ergibt sich aus der Schrumpfung bei der Phasenumwandlung von der δ- und γ- zur α-Modifikation eine weitere Schwierigkeit. Es konnte gezeigt werden, daß über die Gasphasenabscheidung hochdisperses α-Al2O3-Pulver hergestellt werden kann. Mit diesem neuen Material müßte auch dieses Problem gelöst werden können.