Sintering transparent and other sub-µm alumina: The right powder

Neue Anwendungen zur Schneidkeramik, insbesondere zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von gehärtetem Stahl, hochfeste Biokeramik, sowie transparente Komponenten für kratzbeständige Scheiben u. a. benötigen Werkstoffe mit Korngrößen im Submikrometerbereich mit höchsten Sinterdichten und einer Restporosität von nur < 0,05 %. Es zeigte sich, dass Pulver < 100 nm über ein Sintergefüge mit einer größeren absoluten Korngröße verfügen als gröbere Pulver. Das Verhältnis von Teilchengröße der Pulver und Korngröße des Gefüges erwies sich als ungünstig. Die Untersuchungen ergaben, dass sich die Diffusionseigenschaften eines einzelnen Nanoteilchens von denen eines Haufwerks gravierend unterscheiden.

New cutting tools, high-strength bioceramics and armor materials all request small sub-.mu.m grain sizes at high sintered densities > 99,5 %, and the business is still more difficult when for highly transparent corundum ceramics the small grain size has to be assocd. with a residual porosity of <0,05 %. Contrary to a general assumption of an increased sintering activity of nanopowders, the present results show that powders <100 nm may give sintered microstructures with larger abs. grain sizes than obsd. using coarser powders, and the nanopowders <100 nm exhibit rather unfavorable ratios close to 1:10 between the powder particle size and the size of grains in the dense sintered microstructure (this ratio is about 4-5 for conventional solid state sintering). On the other hand, a ratio as close as 1:2 was surprisingly obsd. with a grain size of 0.4 .mu.m in highly dense sintered products (> 99.95 %) starting from a powder in the range of 200 nm. It is, therefore, concluded that it is important to distinguish carefully between the diffusive properties of the one individual nanoparticle and the "sintering activity" of a multitude of particles in a sintering body.