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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Material zur
Gasphasenabscheidung zur Beschichtung, das ausgezeichnet beständig gegenüber Hitze und
Wärmeschock ist sowie sich zum Ausbilden eines stabilen Schmelze-Pools
eignet, so dass eine Gasphasenabscheidung durchgeführt werden kann.
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Als eine konventionelle Methode zum Auftragen eines wärmesperrenden
Überzugs ist Wärmesprühen geläufig. Jedoch ist, als Ergebnis einer jüngsten
Entwicklung einer Gasphasenabscheidungsmethode, ein Verfahren zur
Herstellung eines wärmesperrenden Überzugs durch physikalische
Gasphasenabscheidung (in Folge als PVD Verfahren bezeichnet) praktisch angewendet worden.
Besonders ein EB-PVD Verfahren, welches einen Elektronenstrahl (nachfolgend
EB) einsetzt, zog Aufmerksamkeit auf sich und viele Methoden zur Herstellung
von wärmesperrenden Überzügen nach dem EB-PVD Verfahren wurden
entwickelt, wie angeführt in ADVANCED MATERIAL & PROCESS, Vol. 140,
No. 6. No. 12, p. 18-22 (1991).
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Solche Verfahren zur Bildung von wärmesperrenden Überzügen nach dem
EB-PVD Verfahren werden verwendet für hitzebeständige Beschichtungen für
Teile von, beispielsweise, einem Flugzeugtriebwerk. Ein Material zur
Gasphasenabscheidung benötigt, wenn es als Beschichtungsmittel verwendet wird,
eine ausgezeichnete Hitzeresistenz, da es an einer Stelle aufgetragen wird, an
der es in direkten Kontakt mit Hochtemperatur-Verbrennungsgas tritt. Dafür
sind ein hoher Schmelzpunkt und eine hohe Reinheit notwendig. Weiters sind
erwünscht: gute Adhäsion an einem Metallteil; kein Abschälen durch
Hitzezyklen; kein Korrodieren durch Bestandteile des Verbrennungsgases; niedrige
thermische Leitfähigkeit um die Standzeit eines Metallteils zu erhöhen, der
durch diese Beschichtung zu schützen ist und eine weitest mögliche Reduktion
der Oberflächentemperatur des Metallteils. Bis heute waren nicht viele
Materialien verfügbar, die diese Voraussetzungen erfüllen, wobei hauptsächlich ein
gesinterter Körper verwendet wurde, den man durch Sintern eines Formkörpers
erhielt, den man durch Formpressen eines Zirconiumoxidpulvers, enthaltend
einen Stabilisator wie Yttriumoxid, erhielt.
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Ein derartiges Material zur Gasphasenabscheidung aus einem gesinterten
Zirconiumoxidkörper, enthaltend einen solchen Stabilisator, besitzt einen hohen
Schmelzpunkt und wird einer Filmbildung durch ein EB-PVD Verfahren
unterworfen, das einen Elektronenstrahl mit einer hohen Energie einsetzt, der zum
Verdampfen des Materials zur Gasphasenabscheidung geeignet ist, da es nötig
ist, einen Gasphasenabscheidungsfilm bei hoher Geschwindigkeit auszubilden.
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In diesem EB-PVD Verfahren wird ein Elektronenstrahl mit hoher Energie
rasch auf das oben erwähnte Material zur Gasphasenabscheidung in einem
Schmelztiegel gestrahlt, wobei ein gewöhnlich gesinterter Körper durch den
thermischen Schock zerbricht. Wenn ein solcher Bruch im Material zur
Gasphasenabscheidung auftritt, entsteht ein Problem beim Nachliefern des Materials
zur Gasphasenabscheidung, und ein Material zur Gasphasenabscheidung, das
durch einen Elektronenstrahl zerbricht, kann praktisch nicht verwendet werden.
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Deshalb wurden zur Lösung des Bruchproblems aufgrund des
thermischen Schocks durch diesen Elektronenstrahl, Materialien zur
Gasphasenabscheidung mit verschiedenen Eigenschaften vorgeschlagen, und unter diesen
wurde angeregt, die Wärmeschockresistenz und die Hitzeresistenz durch
Schaffung eines porösen Materials zu verbessern.
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Zum Beispiel beschreibt die DE 43 02 167C1 einen aus Zirconiumoxid
gesinterten Körper, der von 0,5 bis 25 Gew.-% Y&sub2;O&sub3; enthält und eine Dichte
von 3,0 bis 4,5 g/cm³ besitzt, worin die Menge der monoklinen Phase von 5 bis
80% beträgt und der Rest tetragonale Phase oder kubische Phase ist. Wenn
Zirconiumoxid nicht stabilisiert ist, obwohl es in der tetragonalen Phase
während hoher Temperaturen für die Produktion des Materials zur
Gasphasenabscheidung stabil ist, macht es während des Temperaturabfalls einen
Phasenwechsel von der tetragonalen Phase zur monoklinen Phase durch, und es
entstehen Mikrorisse aufgrund dieses Phasenwechsels. Hier wird gelehrt, dass die
Resistenz gegenüber Rissbildung durch die Gegenwart von Mikrorissen wegen
dieser vorhandenen monoklinen Phase verbessert wird, und der Widerstand
gegen Rissbildung verbessert wird durch Erhöhung der Partikelgrösse in gewissem
Mass.
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Jedoch, wenn dieser gesinterte Körper aus Zirconiumoxid für obige
Anwendung verwendet wird, sind die Verbesserungen der Hitzeresistenz und der
Wärmeschockresistenz unzureichend und es entstehen wahrscheinlich Risse
aufgrund der schnellen Erhitzung durch die Bestrahlung mit
Hochenergie-Elektronenstrahlen, wobei eine konstante Durchführung über eine lange Zeitperiode
schwierig ist. Der Grund dafür ist der, dass sogar in Gegenwart einer
monoklinen Phase, durch die das Fortschreiten der Rissbildung durch Mikrorisse
unterdrückt wird, oder wenn die Partikelgrösse sogar in gewissem Masse vergrössert
wird, das Sintern durch schnelles Erhitzen während der Bestrahlung mit
Elektronen-Strahlen rasch fortschreitet; und zwar in Abhängigkeit von der
Porengrösse oder vom Mischungzustand mit Y&sub2;O&sub3; als Sinterungsadditiv, wobei
Bruch wahrscheinlich aufgrund einer exzessiven Spannung eintritt, den die
Schrumpfung beim Sintern verursacht.
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Als weiteren aus Zirconiumoxid gesinterten Körper schlägt die JP-A-7-
82019 ein Material zur Gasphasenabscheidung für hitzeresistente
Beschichtungsfilme vor, hergestellt aus einem porösen, gesinterten Zirconiumoxidkörper
mit einer Partikelgrösse von 0,1 bis 10 um und einer Reinheit von mindestens
99,8% sowie Yttriumoxidpartikeln mit einer Partikelgrösse von höchstens 1
um. Es wird die Granulierung der Mischung vorgeschlagen, so dass zumindest
70% der Gesamtheit Partikeln in der Grösse von 45 bis 300 um sind; darauf
folgt eine Hitzebehandlung der gesinterten Pulverpartikeln aus Zirconiumoxid,
worin zumindest 50% der gesamten kugelförmigen Pulverpartikeln von 45 bis
300 um sind, wobei die Porosität des gesinterten Körpers von 25 bis 50% ist
und ein Porenvolumen mit Porengrösse von 0,1 bis 5,0 um zumindest 70% des
totalen Porenvolumens ausmacht.
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Vergleicht man konventionelles Material zur Gasphasenabscheidung mit
diesem Material, ist der Widerstand gegenüber Rissbildung aufgrund der
EB-Bestrahlung eines EB-PVD Verfahrens verbessert. Jedoch bestehen diese aus
Zirconiumoxid gesinterten Körper aus grossen Partikeln mit einer breit gestreuten
Partikelgrösse, und die Partikelformen sind nicht einheitlich; dadurch wird die
Mikrostruktur des Materials zur Gasphasenabscheidung uneinheitlich, und es
wird schwieriger, eine stabilisierte Schmelzmasse zu bilden, wenn das Material
zur Gasphasenabscheidung, zum Zwecke der Gasphasenabscheidung, durch EB-
Bestrahlung geschmolzen wird; dadurch wird der filmbildende Vorgang
schwie
rig, und der hitzeresistente Beschichtungsfilm, der durch die
Gasphasenabscheidung gebildet wird, neigt zu einer schwachen Widerstandsfähigkeit.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues Material zur
Gasphasenabscheidung zur Beschichtung bereit zu stellen, womit derartige Probleme
bei konventionellen Materialien zur Gasphasenabscheidung durch verbesserte
Wärmeschockresistenz während der EB-Bestrahlung, Verhinderung des
Phänomens eines abrupten Kochens der geschmolzenen Flüssigkeit beim Schmelzen
durch EB-Bestrahlung, Bilden eines stabilisierten Schmelze-Pools und
Verbesserung der Stabilität der Verdampfungsrate, überwunden werden und ein
Verfahren zur Gasphasenabscheidung zur Verfügung zu stellen, worin ein solches
Material zur Gasphasenabscheidung verwendet wird.
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Die jetzigen Erfinder führten eine umfangreiche Studie zur Lösung
derartiger Probleme durch und vervollständigten mit dem Ergebnis die vorliegende
Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung stellt nämlich als Material zur
Gasphasenabscheidung einen gesinterten Körper aus Zirconiumoxid, enthaltend einen
Stabilisator, zur Verfügung, worin der Gehalt an monokliner Phase von 25 bis 70%,
der Gehalt an tetragonaler Phase höchstens 3% und der Rest kubische Phase
ist, und dessen Massendichte von 3,0 bis 5,0 g/cm³, die Porosität von 15 bis
50%, die mittlere Grösse der Poren von 0,5 bis 3 um reicht, und das Volumen
der Poren von 0,1 bis 0,5 um zumindest 90% des gesamten Porenvolumens
bildet, die Partikelgrössen sind höchstens 10 um, und aggregierte Partikeln von
zumindest 20 um sind nicht enthalten; sie stellt auch ein Verfahren zur
Gasphasenabscheidung bereit, worin ein derartiges Material zur Gasphasenabscheidung
verwendet wird. Bei Verwendung eines solchen neuen Materials zur
Gasphasenabscheidung tritt während der EB-Bestrahlung keine Rissbildung im Material
ein.
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Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf bevorzugte
Ausführungsarten beschrieben.
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Der Stabilisator in der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel
Yttriumoxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, Scandiumoxid oder Oxide der
Gruppe IIIA seltener Erdmetalle (wie Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym,
Prome
thium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium,
Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium) sein. Diese Stabilisatoren können
alleine oder in Kombination als eine Mischung von zwei oder mehreren dieser
Oxide verwendet werden. Der Stabilisator ist in einer Menge von 0,1 bis 0,4
Gew.-%, abhängig vom jeweiligen Zweck, zugegeben.
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Ein Teil oder der gesamte Stabilisator ist in Zirconiumoxid im festen
Zustand gelöst. Wenn er jedoch im festen Zustand zur Gänze gleichmässig gelöst
ist, neigen die kristallinen Partikelgrössen während der Erhitzung dazu, zu gross
zu werden, wodurch sich die Wärmeschockresistenz verschlechtert, und das ist
unerwünscht. Zum Beispiel ist im Fall eines aus Zirconiumoxid gesinterten
Körpers mit 7,1 Gew.-% eingeschlossenem Y&sub2;O&sub3;, wenn bei einer Probe eine
Punktanalyse mit EPMA an willkürlich gewählten 20 Punkten pro Probe
durchgeführt wird, und eine Standardabveichung bei jedem Punkt von der
zugeführten Mischung bestimmt wird, der numerische Wert vorzugsweise zumindest
0,45, besonders vorzugsweise zumindest 0,55. Wenn dieser numerische Wert
klein ist, d. h. wenn der Stabilisator im festen Zustand gleichmässig gelöst ist,
wird die Wärmeschockresistenz während der EB-Bestrahlung niedrig sein, und
Material zur Gasphasenabscheidung mit einer solchen Löslichkeit im festen
Zustand ist praktisch nicht verwendbar.
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Ein Verfahren zur Herstellung des Materials zur Gasphasenabscheidung
der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
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Ein Zirconiumoxidpulver und ein Stabilisator mit einer durchschnittlichen
Partikelgrösse von 0,05 bis 10 um werden in vorbestimmten Mengen gemischt,
dann dispergiert und mit einem Mischer wie einer Kugelmühle mit Wasser oder
mit einem organischen Lösungsmittel wie Ethanol gemischt. Ein
Ausgangspulver mit einer grösseren Partikelgrösse kann eingesetzt werden, solange es mit
einer Kugelmühle pulverisierbar ist, so dass letztendlich die Partikelgrösse des
Materials zur Gasphasenabscheidung innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs
liegt. Die gemischte Aufschlämmung wird darauf durch Einsatz eines üblichen
Trocknungsapparats - wie eines Sprühtrockners, eines Unterdrucktrockners
oder einer Filterpresse - getrocknet. Weiters kann ein organisches Bindemittel
zur Aufschlämmung zugegeben werden, um die Formgebung zu erleichtern.
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Ein Pulver, enthaltend ein Zirconiumoxidpulver und einen Stabilisator,
zubereitet zum Erzielen eines Formkörpers der vorliegenden Erfindung, wird
gewöhnlich in eine Gummiform gefüllt und mittels eines isostatischen
Kalt-Pressgeräts (CIP) geformt. In der vorliegenden Erfindung unterliegt der formgebende
Druck keiner besonderen Beschränkung.
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Der so erzielte Formkörper wird üblicherweise durch Hitzebehandlung
gesintert. Die Temperatur dieser Hitzebehandlung unterliegt keiner besonderen
Beschränkung, solange die Temperatur zumindest das Bindemittel oder die
adsorbierten Substanzen verflüchtigt. Üblicherweise wird bevorzugt bei einer
Temperatur von zumindest 1000ºC, mehr bevorzugt von zumindest 1400ºC,
gesintert. Der vor der Hitzebehandlung der vorliegenden Erfindung geformte
Körper schrumpft etwas durchs Erhitzen, wobei er um maximal 10%
schrumpft, sogar wenn bei 1450ºC gesintert wird. Die Schrumpfung ist selbst
gering, wenn die Schrumpfung in einem Temperaturbereich um 1000ºC
beginnt; jener Bereich, in dem die Sinterung durch Erhitzen mit Elektronenstrahlen
fortschreitet und zunimmt, und jener Bereich, in dem eine dementsprechende
Spannung entstehen und weiter zunehmen wird, wodurch wahrscheinlich
Rissbildung eintritt. Deshalb reduziert dieses Sintern effektiv die Schrumpfung
wegen des Fortschreitens der Sinterung während der Erhitzung mit einem
Elektronenstrahl, und verhindert so die Rissbildung.
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Die vorliegende Erfindung wird nun weiter detailliert beschrieben. Das
Material zur Gasphasenabscheidung der vorliegenden Erfindung wird
hauptsächlich aus einem gesinterten Zirconiumoxidkörper hergestellt, der einen
Stabilisator enthält; die kristalline Phase des gesinterten Körpers enthält eine monokline
Phase von 25 bis 70%, eine tetragonale Phase von höchstens 3%, und der
Rest ist eine kubische Phase. Wenn der Gehalt an monokliner Phase geringer als
25% ist, neigen die thermische Expansion und die Partikelgrösse dazu, so gross
zu sein, dass die Wärmeschockresistenz sich zu verschlechtern beginnt.
Andererseits, wenn der Gehalt an monokliner Phase 70% übersteigt, neigt das
Volumen aufgrund des Phasenwechsels dazu, sich so beträchtlich zu erhöhen, und
die Rissbildung neigt dazu, sich so zu häufen, dass ein Reissen wahrscheinlich
wird, und die Festigkeit zu einer erheblichen Abnahme tendiert, und das ist
un
erwünscht. Im Hinblick auf die Aufrechterhaltung der Wärmeschockresistenz
und auf eine Verhinderung der Rissbildung wegen des Phasenwechsels ist der
Gehalt an dieser monoklinen Phase vorzugsweise von 30 bis 60%. Die
monokline Phase macht nämlich während des Sinterns bei einer Temperatur von
zumindest 1000ºC einen Phasenwechsel zur tetragonalen Phase durch, wodurch
das Volumen um ungefähr 4% reduziert wird; damit wird die
Volumenexpansion aufgrund der thermischen Expansion zur Erhöhung der
Wärmeschockresistenz aufgehoben. Weiters führt die Gegenwart der monoklinen Phase zur
Bildung vieler Mikrorisse im gesinterten Körper und solche Mikrorisse verhindern
die Zunahme der Rissbildung, wodurch die Gegenwart monokliner Phase zur
Verbesserung der Wärmeschockresistenz beiträgt.
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Der Gehalt an tetragonaler Phase ist höchstens 3%, vorzugsweise im
wesentlichen 0%. Der Grund dafür ist der, dass, wenn die tetragonale Phase
zunimmt, die Löslichkeit im festen Zustand des Stabilisators im Zirconiumoxid
fortschreitet, und die Zusammensetzung des Materials zur
Gasphasenabscheidung einheitlich wird; in einem solchen Fall neigen die kristallinen Partikeln für
die Erhitzung mit EB-Bestrahlung dazu, zu gross zu sein, wodurch die
Wärmeschockresistenz danach tendiert, niedrig zu sein, und das ist unerwünscht.
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Die Massendichte reicht von 3,0 bis 5,0 g/cm³. Der Grund dafür ist der,
dass, wenn die Massendichte 5,0 g/cm³ übersteigt, Bruch wegen einer
thermischen Spannung entsteht, die durch eine lokale Erhitzung während der
EB-Bestrahlung -hervorgerufen wird, und das ist unerwünscht. Andererseits, wenn die
Massendichte geringer als 3,0 g/cm³ ist, nimmt die mechanische Festigkeit ab,
und die Handhabung wird schwierig, und das ist unerwünscht.
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Die Porosität reicht von 15 bis 50%, und das Volumen der Poren von 0,1
bis 5 um bildet zumindest 90%, vorzugsweise zumindest 95%, des gesamten
Porenvolumens.
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Der Grund für die Limitierung der Porosität auf 15 bis 50% ist der, dass,
wenn die Porosität niedriger als 15% ist, Bruch wahrscheinlich wegen einer
thermischen Spannung eintritt, die von einer lokalen Hitzeausdehnung während
der EB-Bestrahlung hervorgerufen wird, und das ist unerwünscht. Andererseits,
wenn die Porosität 50% übersteigt, wird die mechanische Festigkeit tendenziell
niedriger, und die Handhabung wird schwierig; und das ist unerwünscht.
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In bezug auf die Verteilung der Poren macht das Volumen der Poren mit
der Porengrösse von 0,1 bis 5 um zumindest 90% aus. Der Grund dafür ist der,
dass, wenn die Menge an Poren mit geringer Porengrösse erheblich ist, die
Poren wahrscheinlich sich durch die Erhitzung während der EB-Bestrahlung sowie
durch das Fortschreiten der Sinterung verkleinern, wodurch die poröse Struktur
im ganzen abnimmt. Andererseits, wenn die Menge an Poren mit grosser
Porengrösse beträchtlich ist, nimmt die mechanische Festigkeit des Materials zur
Gasphasenabscheidung ab, oder die Stabilität des Schmelze-Pools des Materials
zur Gasphasenabscheidung tendiert dazu, sich zu verschlechtern. Weiters
beträgt der maximale Wert innerhalb des Halbwertsbereichs der Verteilungskurve
für die Porengrösse zumindest 0,85 um. Der Grund dafür ist der, dass, wenn
der maximale Wert geringer als 0,85 um ist, sogar wenn das Volumen der
Poren mit einer Porengrösse von 0,1 bis 5 um zumindest 90% des gesamten
Porenvolumens bildet, die Menge an Poren mit einer geringen Grösse im ganzen
zunimmt; dadurch verringern sich die Poren wahrscheinlich während der
Erhitzung mit EB-Bestrahlung, und die Wärmeschockresistenz neigt dazu,
unzulänglich zu sein.
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Weiters verfügt das Material zur Gasphasenabscheidung über
Partikelgrössen von höchstens 10 um, und es enthält keine aggregierten
Partikeln von zumindest 20 um. Wenn die Partikelgrösse der Partikeln 10 um
übersteigt oder aggregierte Partikeln von zumindest 20 um enthalten sind, wenn ein
Schmelze-Pool beim Schmelzen des Materials zur Gasphasenabscheidung durch
EB-Bestrahlung gebildet wird, wird das Material zur Gasphasenabscheidung
kaum teilweise schmelzen; dadurch werden die Bildung eines einheitlichen und
stabilen Schmelze-Pools sowie die Durchführung der Gasphasenabscheidung
schwieriger, und tendenziell zu niedriger Qualität der durch
Gasphasenabscheidung gebildeten wärmesperrenden Filme führt, wodurch die
Widerstandsfähigkeit eher gering ist.
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Zum Beispiel nimmt die Korngrösse zu, wenn bei 1400ºC gesintert wird,
und die Partikelgrösse des Materials zur Gasphasenabscheidung wird grösser als
die Partikelgrösse des Ausgangspulvers. Sogar in diesem Fall muss die
Partikelgrösse des Materials zur Gasphasenabscheidung höchstens 10 um betragen.
Weiters dürfen wegen der inadäquaten Dispersion zum Mischen oder wegen der
Aggregation des Ausgangspulvers im Dispersionsmedium keine aggregierten
Partikeln von zumindest 20 um im Material zur Gasphasenabscheidung
enthalten sein. Hier sind als aggregierte Partikeln des Materials zur
Gasphasenabscheidung jene aggregierten Partikeln gemeint, die eng zusammengeschlossen
sind, und deren Gegenwart oder Abwesenheit eindeutig durch ein Scanning mit
einem Elektronenmikroskop festgestellt werden kann.
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Weiters stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines
dünnen Films aus Zirconiumoxid auf einem Untergrund, von beispielsweise
einem Metall oder Keramik, bereit, wobei jenes Material zur
Gasphasenabscheidung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, das durch ein Gerät zur
Gasphasenabscheidung mit Elektronenstrahlen und durch einen Teil von,
beispielsweise, einem Metall erzielt wird.
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Die vorliegende Erfindung wird im nachfolgenden anhand von Beispielen
weiter erläutert. Jedoch soll die vorliegende Erfindung auf keinen Fall auf die
angeführten Beispiele eingeschränkt verstanden werden.
Beispiel 1
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5 Gew.-% (10 g) eines organischen Bindemittels wurden zu 83,6 g eines
Zirconiumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen Partikelgrösse von 0,5 um
und zu 6,4 g eines Yttriumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen
Partikelgrösse von 0,2 um zugegeben; die Mischung wurde in einer Kugelmühle
(Kapazität : 1 l, Kugeln: 2,5 kg) eine Stunde gemischt und dann zur Erzielung
eines Pulvers getrocknet, das in eine Gummiform (Durchmesser: 35 mm,
Stärke: 100 mm) gefüllt wurde und durch ein isostatisches
Nassystem-Kaltpressgerät (Modell 4KB · 150D · 500L, hergestellt von Kobe Seiko K.K.) unter
einem Druck von 1t/cm² geformt wurde; darauf folgte eine Sinterung bei 1420
ºC, um ein Material zur Gasphasenabscheidung zu erhalten.
Beispiel 2
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5 Gew.-% (10 g) eines organischen Bindemittels wurden zu 83,6 g eines
Zirconiumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen Partikelgrösse von 0,8 um
und zu 6,4 g eines Yttriumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen
Partikelgrösse von 0,2 um zugegeben; die Mischung wurde in einer Kugelmühle
(Kapazität : 1 l, Kugeln: 2,5 kg) eine Stunde gemischt und dann zur Erzielung
eines Pulvers getrocknet, das in eine Gummiform (Durchmesser: 35 mm,
Stärke: 100 mm) gefüllt wurde und durch ein isostatisches
Nassystem-Kaltpressgerät (Modell 4KB · 150D · 500L, hergestellt von Kobe Seiko K.K.) unter
einem Druck von 1t/cm² geformt wurde; darauf folgte eine Sinterung bei 1420
ºC, um ein Material zur Gasphasenabscheidung zu erhalten.
Beispiel 3
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5 Gew.-% (10 g) eines organischen Bindemittels wurden zu 83,6 g eines
Zirconiumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen Partikelgrösse von 1,5 um
und zu 6,4 g eines Yttriumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen
Partikelgrösse von 0,2 um zugegeben; die Mischung wurde in einer Kugelmühle
(Kapazität : 1 l, Kugeln: 2,5 kg) eine Stunde gemischt und dann zur Erzielung
eines Pulvers getrocknet, das in eine Gummiform (Durchmesser: 35 mm,
Stärke: 100 mm) gefüllt wurde und durch ein isostatisches
Nassystem-Kaltpressgerät (Modell 4KB · 150D · 500L, hergestellt von Kobe Seiko K.K.) unter
einem Druck von 1t/cm² geformt wurde; darauf folgte eine Sinterung bei 1630
ºC, um ein Material zur Gasphasenabscheidung zu erhalten.
Beispiel 4
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1393,6 g eines Zirconiumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen Partikelgrösse
von 5 um und 106,4 g eines Yttriumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen
Partikelgrösse von 2 um wurden in einer Kugelmühle (Kapazität : 1 l, Kugeln: 2,5
kg) eine Stunde gemischt und dann zur Erzielung eines Pulvers getrocknet, das
in eine Gummiform (Durchmesser: 35 mm, Stärke: 100 mm) gefüllt wurde und
durch ein isostatisches Nassystem-Kaltpressgerät (Modell 4KB · 150D · 500L,-
hergestellt von Kobe Seiko K.K.) unter einem Druck von 1t/cm² geformt wurde;
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darauf folgte eine Sinterung bei 1490ºC, um ein Material zur
Gasphasenabscheidung zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 1
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5 Gew.-% (10 g) eines organischen Bindemittels wurden zu 83,6 g eines
Zirconiumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen Partikelgrösse von 0,8 um
und zu 6,4 g eines Yttriumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen
Partikelgrösse von 0,2 um zugegeben; die Mischung wurde in einer Kugelmühle
(Kapazität : 1 l, Kugeln: 2,5 kg) 16 Stunden gemischt und dann zur Erzielung
eines Pulvers getrocknet, das in eine Gummiform (Durchmesser: 35 mm,
Stärke: 100 mm) gefüllt wurde und durch ein isostatisches
Nassystem-Kaltpressgerät (Modell 4KB · 150D · 500L, hergestellt von Kobe Seiko K.K.) unter
einem Druck von 1t/cm² geformt wurde; darauf folgte eine Sinterung bei 1350
ºC, um ein Material zur Gasphasenabscheidung zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 2
-
5 Gew.-% (10 g) eines organischen Bindemittels wurden zu 83,6 g eines
Zirconiumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen Partikelgrösse von 1,5 um
und zu 6,4 g eines Yttriumoxidpulvers mit einer durchschnittlichen
Partikelgrösse von 0,2 um zugegeben; die Mischung wurde in einer Kugelmühle
(Kapazität : 1 l, Kugeln: 2,5 kg) eine Stunde gemischt und dann zur Erzielung
eines Pulvers getrocknet, das in eine Gummiform (Durchmesser: 35 mm,
Stärke: 100 mm) gefüllt wurde und durch ein isostatisches
Nassystem-Kaltpressgerät (Modell 4KB · 150D · 500L, hergestellt von Kobe Seiko K.K.) unter
einem Druck von 1t/cm² geformt wurde; darauf folgte eine Sinterung bei
1350ºC, um ein Material zur Gasphasenabscheidung zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 3
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100 g eines Zirconiumoxidpulvers mit 4 mol% Yttriumoxid mit einer
durchschnittlichen Partikelgrösse von 0,2 um im festen Zustand gelöst wurde in eine -
Gummiform (Durchmesser: 35 mm, Stärke: 100 mm) gefüllt wurde und durch
ein isostatisches Nassystem-Kaltpressgerät (Modell 4KB · 150D · 500L,
herge
stellt von Kobe Seiko K.K.) unter einem Druck von 1t/cm² geformt; darauf
folgte eine Sinterung bei 1350ºC, um ein Material zur Gasphasenabscheidung
zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 4
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Ein Zirconiumoxidpulver - mit 4 mol% Yttriumoxid mit einer durchschnittlichen
Partikelgrösse von 0,2 um im festen Zustand gelöst - wurde zu Granulat mit
einer Partikelgrösse ab 100 um granuliert und bei 120ºC gebrannt. Dann
wurden zu 95 g dieses Pulvers 5 g eines organischen Bindemittels zugegeben; die
Mischung wurde pulverisiert und mit einer Kugelmühle (Kapazität : 1 l, Kugeln:
2,5 kg) gemischt, zur Erzielung eines Pulvers getrocknet und durch ein
isostatisches Nassystem-Kaltpressgerät (Modell 4KB · 150D · 500L, hergestellt von
Kobe Seiko K.K.) unter einem Druck von 1t/cm² geformt; darauf folgte eine
Sinterung bei 1350ºC, um ein Material zur Gasphasenabscheidung zu erhalten.
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In der folgenden Tabelle 1 sind dargestellt: die Porositäten (%), die
mittleren Grössen (um) der Poren, die Verteilung der Porengrösse (%) von 0,1
bis 5 um, die Halbwertsbereiche (um) der Verteilungskurve für die Porengrösse,
der Gehalt an monokliner Phase (%) und an tetragonaler Phase (%), des in den
Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 erzielten Materials zur
Gasphasenabscheidung.
Tabelle 1
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Die in Tabelle 1 dargestellten Werte wurden durch folgende Methoden
ermittelt:
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Massendichte: Die Massendichte von Materialien zur
Gasphasenabscheidung wurde ermittelt über das Gewicht von
Materialien zur Gasphasenabscheidung mit zylindrischer
Form und Formgrössen, die mit einem Mikrometer
vermessen wurden.
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Die Porosität, der mittlere Durchmesser der Poren und die Verteilung der
Porengrösse wurden mit einem Quecksilberporosimeter (Modell MIC-9320,
hergestellt von Schimadzu Corporation) gemessen.
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Partikelgrösse mit SEM (um): Die Partikelgrösse des
Pulvers wurde durch ein elektromikroskopisches
Scannen der Oberflächen ermittelt, die durch
Abschaben vom Formkörper des Pulvers und dem
Auffangverfahren freigelegt wurden.
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Ähnlich wurde die Partikelgrösse des Materials zur
Gasphasenabscheidung durch ein
elektronenmikroskopisches Scannen der Oberflächen, die durch
Abschaben und dem Auffangverfahren freigelegt wurden,
ermittelt.
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Der Gehalt an monokliner Phase und an kubischer Phase wurde aus den
Beugungsspitzen eines Röntgenbeugungsgeräts (Modell Mxp³ VA, hergestellt -
von Macscience K.K) ermittelt und mit den folgenden Formeln 1 und 2
berechnet:
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Im(III): Integrierte Intensität der Spitzen der monoklinen Phase (III)
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Im(III'): Integrierte Intensität der Spitzen der monoklinen Phase (III')
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lt,c(III) = Summe der integrierten Intensitäten der Spitzen der tetragonalen
Phase (III) und der kubischen Phase (III)
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Tetragonale Phase (%) = (100-monoklines System (%)) ·
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Ic(400): Integrierte Intensität der Spitzen der kubischen Phase (400)
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It(400): Integrierte Intensität der Spitzen der tetragonalen Phase
(400)
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Weiters wurden Bestrahlungstests unter Verwendung zweier Arten von
Elektronenstrahlen (EB) mit EB-Stärken von 0,27 kW und 5 kW durchgeführt
(Messbedingungen EB-Bestrahlungstest 1: Beschleunigungsspannung 9 kV,
Stromstärke 30 mA, Unterdruck 1 bis 2 · 10&supmin;&sup6; Torr; EB-Bestrahlungstest 2:
Beschleunigungsspannung 5 kV, Stromstärke 1 A), womit die Gegenwart oder das
Fehlen von Rissbildung in den Materialien zur Gasphasenabscheidung
untersucht wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Weiters wurde der
Zustand der Schmelze des Materials zur Gasphasenabscheidung mit einer EB-
Stärke von 5 kW untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
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Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Material
zur Gasphasenabscheidung zur Beschichtung zu erzielen, das sogar bei
EB-Bestrahlung keine Rissbildung entstehen lässt, und dieses Material zur
Gasphasenabscheidung ist verwendbar, beispielsweise zum hitzeresistenten
Beschichten eines Teiles von, beispielsweise, einem Flugzeugtriebwerk.