PIEZA AGLOMERADA SINTERIZADA DE GRANATE DE TIERRAS RARAS.

Método para fabricar una pieza aglomerada sinterizada de granate de tierras raras realizando una etapa para presinterizar una pieza aglomerada moldeada de un granate de tierras raras;

y una etapa para someter a prensado la pieza aglomerada presinterizada obtenida con un prensado isostático en caliente (HIP) para dar una pieza aglomerada sinterizada HIP caracterizándose porque: dicho método realiza además una etapa para someter a recocido la pieza aglomerada sinterizada HIP obtenida en la atmósfera que contiene oxígeno a una presión total de 4,5 MPa o superior y a una presión parcial de oxígeno de 900 KPa o superior, a una temperatura de recocido igual o inferior a la temperatura de HIP, para obtener una pieza aglomerada sinterizada recocida con un diámetro promedio de unidad cristalina que oscila entre 0,9 y 9 m, un coeficiente de pérdida de luz de 0,002 cm -1 o menor y una distorsión del frente de onda de transmisión de 0,05 cm -1 o menor

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2003/000750.

Solicitante: KONOSHIMA CHEMICAL CO., LTD.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 2-7 KORAIBASHI 4-CHOME, CHUO-KU OSAKA-SHI, OSAKA 541-0043 JAPON.

Inventor/es: YANAGITANI,Takagimi , YAGI,Hideki.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 27 de Enero de 2003.

Clasificación PCT:

  • C04B35/44 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C04 CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS; REFRACTARIOS.C04B LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES, p. ej. MORTEROS, HORMIGON O MATERIALES DE CONSTRUCCION SIMILARES; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS (vitrocerámicas desvitrificadas C03C 10/00 ); REFRACTARIOS (aleaciones basadas en metales refractarios C22C ); TRATAMIENTO DE LA PIEDRA NATURAL. › C04B 35/00 Productos cerámicos modelados, caracterizados por su composición; Composiciones cerámicas (que contienen un metal libre, de forma distinta que como agente de refuerzo macroscópico, unido a los carburos, diamante, óxidos, boruros, nitruros, siliciuros, p. ej. cermets, u otros compuestos de metal, p. ej. oxinitruros o sulfuros, distintos de agentes macroscópicos reforzantes C22C ); Tratamiento de polvos de compuestos inorgánicos previamente a la fabricación de productos cerámicos. › a base de aluminatos.
  • C04B35/50 C04B 35/00 […] › a base de compuestos de tierras raras.

Clasificación antigua:

  • C04B35/44 C04B 35/00 […] › a base de aluminatos.
  • C04B35/50 C04B 35/00 […] › a base de compuestos de tierras raras.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

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Fragmento de la descripción:

Campo de la Invención

Esta invención se refiere a un método de fabricación de una pieza aglomerada sinterizada de un granate de tierras raras policristalino, que se usa como material láser tal como láser YAG y un material óptico tal como un espejo y un prisma. 5

YAG es una abreviatura de granate de itrio y aluminio que tiene una composición de Y3Al5O12.

Antecedentes técnicos

Se propuso usar una pieza aglomerada sinterizada policristalina tal como YAG como material óptico para un contador de centelleo. Por ejemplo, Greskovich et al. (USP 5013696) dieron a conocer la presinterización de un molde de óxidos de tierras raras, que tenía la composición de un 67% en moles de 10 Y2O3, un 3% en moles de Eu2O3 y un 30% en moles de Gd2O8, en una atmósfera de hidrógeno a 1625 grados C durante 4 horas seguido por HIP (prensado isostático en caliente) a 1650 grados C durante 1 hora en una atmósfera de Ar de 170 MPa y finalmente resinterización a 1850 grados C durante 2 horas en una atmósfera de hidrógeno húmeda (USP 5013.696).

La pieza aglomerada sinterizada de óxidos de tierras raras obtenida mediante presinterización 15 tiene una densidad que oscila entre un 97% y un 99% de una densidad teórica y la pieza aglomerada sinterizada sometida a HIP pasa a ser más compacta para reducir el número de poros. La pieza aglomerada sinterizada sometida a HIP no muestra ningún aumento prominente de un diámetro promedio de unidad cristalina tal como se notificó ya que el diámetro promedio de unidad cristalina del cristal promedio tras HIP oscila entre 2 y 4 m. La resinterización aumenta el diámetro promedio de unidad 20 cristalina de la pieza aglomerada sinterizada hasta 25 micrómetros o más y aprieta a las burbujas usando el crecimiento de grano y aumenta la luminosidad de la pieza aglomerada sinterizada. Se notificó que la pieza aglomerada sinterizada tras la resinterización tenía un coeficiente de pérdida de luz de 2,93 cm-1.

Ikesue et al. (J. Am. Ceram. Soc. 79 [7]: 1927-1933. (1996)) notificaron la fabricación de una pieza aglomerada sinterizada de YAG con una adición de Nd. La pieza aglomerada sinterizada de YAG 25 se presinterizó a 1600 grados C durante 3 horas a vacío, se sometió a HIP a de 1500 a 1700 grados C durante 3 horas en 9,8 ó 196 MPa, y finalmente, se resinterizó a 1750 grados C durante 20 horas a vacío. A YAG se le añadió SiO2 como aditivo para la sinterización y mostró 50 micrómetros o más del diámetro promedio de unidad cristalina de la pieza aglomerada sinterizada mediante resinterización tras HIP. También notificaron que la resinterización genera poros que se derivan de manera semejante de Ar de 30 HIP.

En estas técnicas convencionales, la resinterización a una temperatura superior a la de HIP se usa para eliminar poros aumentando el diámetro de unidad cristalina de la pieza aglomerada sinterizada. De este modo, cuando un límite de grano se mueve durante el crecimiento de grano, los poros se mueven según el límite de grano que se ha movido para permitir que los poros se muevan con respecto a 35 una superficie de la pieza aglomerada sinterizada. Sin embargo, tal como se conoce bien, un aumento del diámetro de unidad cristalina reduce la resistencia de la pieza aglomerada sinterizada y disminuye la procesabilidad. Además, el coeficiente de pérdida de luz de 2,93 cm-1 de la pieza aglomerada sinterizada de Greskovich et al. es suficiente para el contador de centelleo, pero no es suficiente como material láser. Ikesue et al. notificaron que es difícil eliminar completamente poros mediante resinterización y, más bien, 40 se generan poros durante la resinterización. Los poros en la pieza aglomerada sinterizada hacen que la luz se disperse y, por tanto, la pieza aglomerada sinterizada que contiene poros no es apropiada para el material láser.

A continuación, en el caso en el que se usa una pieza aglomerada sinterizada cerámica como material láser, existe una ventaja para hacer más pequeña una distorsión del frente de onda de 45 transmisión. La distorsión del frente de onda de transmisión es una cantidad que expresa la no uniformidad de un frente de onda cuando una luz monocromática que tiene una fase uniforme se hace pasar a través del material láser. La distorsión del frente de onda de transmisión puede provocarse por la transformación de un cristal. Por tanto, en caso de que la pieza aglomerada sinterizada cerámica tenga un diámetro de unidad cristalina menor que el de un cristal individual, es posible eliminar la 50 transformación haciéndolo escapar del límite de grano para hacer más pequeña la distorsión del frente de

onda de transmisión. En caso del cristal individual, la distorsión del frente de onda de transmisión es aproximadamente 0,1 .

El documento D1 (EP463369A1) da a conocer un método para preparar materiales de granate mediante un contador de centelleo de rayos X. Según el documento D1, el polvo de Gd3Ga4,984Cr0,016O12 se presinteriza a 1525ºC durante dos horas en oxígeno para obtener una placa sinterizada. Entonces se 5 somete a prensado isostático en caliente en Ar de 75 MPa a 1450ºC. La placa resultante tiene un color verde oscuro debido a los iones Cr3+ y algunas impurezas. Entonces, la placa sinterizada se somete a recocido a 1450ºC durante 10 horas en Ar que contiene un 0,4% de O2 para desarrollar un color verde claro deseable.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN 10

El objeto de la presente invención es proporcionar un método de fabricación de una pieza aglomerada sinterizada de granate policristalino, que tiene una pérdida óptica pequeña, una distorsión del frente de onda de transmisión pequeña y una alta procesabilidad.

La pieza aglomerada sinterizada de granate de tierras raras según la presente invención se somete a recocido en una atmósfera que contiene oxígeno presurizada tras someter a prensado 15 isostático en caliente (HIP) y tiene el diámetro promedio de unidad cristalina que oscila entre 0,9 y 9 m, el coeficiente de pérdida de luz de 0,002 cm-1 o menor y la distorsión del frente de onda de transmisión de 0,05 cm-1 o menor.

En el método para fabricar la pieza aglomerada sinterizada de granate de tierras raras según la presente invención, se presinteriza un molde de un polvo de granate de tierras raras, la pieza aglomerada 20 presinterizada obtenida se prepara como una pieza aglomerada presinterizada HIP mediante prensado isostático en caliente (HIP) y la pieza aglomerada presinterizada HIP obtenida se somete a recocido en la atmósfera que contiene oxígeno presurizada en 4,5 MPa o superior y a una temperatura de una temperatura, por ejemplo, usada para HIP o inferior. De este modo se proporciona la pieza aglomerada sinterizada con el diámetro promedio de unidad cristalina que oscila entre 0,9 y 9 m, el coeficiente de 25 pérdida de luz de 0,002 cm-1 o menor y la distorsión del frente de onda de transmisión de 0,05  cm-1 o menor, por lo cual

una presión parcial de oxígeno de la atmósfera que contiene oxígeno es 900 KPa o superior en el recocido.

Más preferiblemente, la temperatura en el recocido es de 1100 a 1600 grados C, y lo más 30 preferiblemente, de 1100 a 1550 grados C, una presión total de la atmósfera que contiene oxígeno es de 4,5 MPa o superior en el recocido y la temperatura de HIP es de 1600 grados C o superior.

Si la tierra rara incluye elementos desde La de número atómico 57 hasta Lu de número atómico 71 y si el granate se expresa como AaB5O12, el elemento B es un metal trivalente tal como Al, Ga y similares y el elemento A es al menos una parte del mismo, por ejemplo, un 50% en átomos o superior es 35 la tierra rara.

Según la presente invención, la pieza aglomerada sinterizada de granate sometida a presinterización y HIP se somete a recocido en la atmósfera que contiene oxígeno presurizada. Este recocido puede denominarse resinterización. La pieza aglomerada sinterizada de granate tras HIP normalmente está coloreada. Sin embargo, la coloración desaparece mediante oxidación (a continuación 40 en el presente documento reoxidación) de la pieza aglomerada sinterizada a través del recocido en la atmósfera que contiene oxígeno. Cuando se usan los elementos (por ejemplo, Er, Ho y similares) que originalmente tienen coloración, los expertos en la técnica saben bien que la coloración se mantiene. La presión parcial...

 


Reivindicaciones:

1. Método para fabricar una pieza aglomerada sinterizada de granate de tierras raras realizando una etapa para presinterizar una pieza aglomerada moldeada de un granate de tierras raras; y una etapa para someter a prensado la pieza aglomerada presinterizada obtenida con un prensado isostático en caliente (HIP) para dar una pieza aglomerada sinterizada HIP caracterizándose porque: 5

dicho método realiza además una etapa para someter a recocido la pieza aglomerada sinterizada HIP obtenida en la atmósfera que contiene oxígeno a una presión total de 4,5 MPa o superior y a una presión parcial de oxígeno de 900 KPa o superior, a una temperatura de recocido igual o inferior a la temperatura de HIP, para obtener una pieza aglomerada sinterizada recocida con un diámetro promedio de unidad cristalina que oscila entre 0,9 y 9 m, un 10 coeficiente de pérdida de luz de 0,002 cm-1 o menor y una distorsión del frente de onda de transmisión de 0,05  cm-1 o menor.

2. Método para fabricar la pieza aglomerada sinterizada de granate de tierras raras según la reivindicación 1, en el que:

la temperatura de recocido es de 1100 a 1600 grados C. 15


 

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