[发明专利]透明的多晶氧化铝

说明书

本申请是申请号为03816400.0(PCT/IB2003/002874)、申请日为2003年6月25日的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在例如照明工业中应用的高度密实透光氧化铝及其构件，为着在800℃或更高的温度使用，必须得到细小晶粒并使之稳定。本发明还涉及具有这样一种陶瓷壁之放电管的电灯。

背景技术

可获得由化学上和热力学上稳定的刚玉相(α-Al₂O₃)构成的烧结透光矾土陶瓷已有几十年。传统地它们从甚细晶粒不稳定矾土原料粉制成，并通过在＞1600℃的很高温度退火而得到高的烧结密度。因此，该陶瓷微结构是粗的，晶粒大小一般＞15μm。由于这种粗的微结构，甚至在薄的组件中，这些材料仅呈现半透明而非透明。此外，该已知陶瓷有相对低的弯曲强度，通常小于300MPa。

认为一陶瓷组件透明这里系指该陶瓷组件具有至少30％的实际轴向透光度RIT值，越过最大0.5°的孔径角、在0.8mm样品厚度下，并用单色波长λ光来进行此实际轴向透光度RIT的测量。

在文献中，光特性通常使用总的前向透光度(TFT)和轴向透光度(IT)加以表征，而后者则以商业上可得到的分光仪来测量。由于这些有几度的孔径角，这样测量的IT包括大量前向散射光。结果，对散射样品，TFT和IT总会产生比相同样品的RIT值要高很多的值。建立与RIT的任何定量关系是不可能的。然而比较得自于厚度非如上面所规定之0.8mm样品的实际轴向透光度值却可以。对于厚度为d1和RIT值为T1的样品1以及厚度为d2和RIT值为T2的第二个样品，满足方程式

T2＝(1-R^*[T1/(1-R)]^d2/d1    (1)

式中R是表面反射系数，对于矾土它为0.14(合并在两个表面上的反射)。由于反射损失，所以透光度值，无论RIT、TFT或IT都不可能超过86％的值。

本发明人已证实，对于具有非常小孔隙率以及小孔隙的陶瓷样品，即分别至少小于0.01％和＜100nm，其实际轴向透光度RIT同样品的结构有关。当按上述规定测量时，所得到的RIT可表示为

RIT = ( 1 - R ) exp ( - 3 π 2 GdΔ n 2 2 λ 0 2 ) , - - - ( 2 ) ]]>

式中R是表面反射系数(对Al₂O₃为0.14)；d是样品厚度；G是平均晶粒大小；Δn是α-矾土的有效双折射率(0.005)，作为每一主光轴间折射率之差的加权平均计算；而λ₀是该单色入射光在真空中的波长。在较高的孔隙率百分数和较大的孔隙尺寸，测量的RIT结果是比以上表达式所预测的显著地更小的值。

有人提议通过应用粉浆浇铸法连同无压预烧结和等温后密实化(HIP)一起，来得到半透明2-5μm细晶粒的烧结产物。对试验样品未作RIT测量，但在平均晶粒大小5μm观测到最大IT为46％(对1mm样品厚度，红外光可见，未给出波长)。