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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Materials.
Es wurde bereits erkannt, dass feuerfeste Materialien mit einem hohen Schmelzpunkt bei noch wirtschaftlichen Temperaturen sinterbar sind, sofern gewisse Binder, beispielsweise eine Mischung von Aluminiumoxyd und Aluminium, benutzt werden. Die hiebei angewendeten Temperaturen lagen vorzugsweise um 1400 C und konnten unter Umständen bis zu 17000C ansteigen, in welchem Fall sich ein gewisser Anteil von SiliciumAluminium-Oxynitrid auszubilden vermag, der sich jedoch in niedrigen Grenzen hält.
Ziel der Erfindung ist es, ein keramisches Material mit einem hohen, oberhalb 90% liegenden Anteil des Silicium-Aluminium-Oxynitrids herzustellen.
Dieses Ziel der Erfindung wird ihren wesentlichsten Merkmalen zufolge dadurch erreicht, dass Siliciumnitridpulver einer Korngrösse unterhalb 20 but gemeinsam mit, bezogen auf die Gesamtmischung, bis 75 Gew.-% eines pulverförmigen, eine hochaktive Oberfläche aufweisenden Aluminiumoxyd einer Teilchengrösse unterhalb 10 but oder einer Aluminiumverbindung, die bei der erhöhten Temperatur des Verfahrens unter Freigabe der benötigten Menge an Aluminiumoxyd zerfällt, zu einem keramischen Material gesintert wird, welches mindestens 90 Gew.-% eines Silicium-Aluminium-Oxynitrids mit einem Siliciumnitridgitter der ss-Phase enthält, in welchem ein Teil des Siliciums im Tetraedergitter des Siliciumnitrids durch Aluminium,
ein Teil des Stickstoffes durch Sauerstoff ersetzt ist, wobei diese Sinterung vorzugsweise bei einer Temperatur oberhalb 15500C erfolgt.
Die Sinterung kann von einer Pressung begleitet werden oder auch ohne Pressung durchgeführt werden.
Die Dauer der Sinterung beträgt vorzugsweise mindestens 30 min.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird ein Siliciumnitridpulver eingesetzt, welches eine Teilchengrösse von weniger als 5/J- besitzt.
Einer Ausführungsform des Verfahrens zufolge wird ein Aluminiumoxydpulver eingesetzt, welches eine
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Zweckmässig ist es, ein Aluminiumoxydpulver einzusetzen, welches eine Oberfläche von mindestens 1 m2/g besitzt.
Als Aluminiumverbindung, die bei der erhöhten Temperatur zerfällt und Aluminiumoxyd ergibt, kann man im Rahmen der Erfindung Aluminiumhydroxyd oder Aluminiumnitrat einsetzen.
Es empfiehlt sich, die im Zuge der Sinterung miteinander reagierenden Ausgangsmaterialien während der Einwirkung der erhöhten Temperatur mit einem Schutzmedium zu umgeben. Dabei kann man als Schutzmedium eine pulverförmige Substanz, z. B. pulverförmiges Bornitrid, einsetzen.
Die Sintertemperatur ist zweckmässigerweise grösser als 17000C bzw. auch grösser als 1900 C, bevorzugt beträgt sie 20000C.
Die Zeichnung zeigt ein Diagramm, welches die beim Anwachsen des Aluminiumoxydgehaltes in den Ausgangsmaterialien eintretenden Veränderungen in den Dimensionen der a und C-Achse der Elementarzellen eines keramischen Materials darstellt, das nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellt wurde.
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l : Gemäss einem ersten Ausführungsbeiapiel der Erfindung wurde Siliciumnitridpulver einereinem a-Aluminiumoxyd-Pulver hoher Reinheit vermischt, welches eine durchschnittliche Teilchengrösse von weniger als l und eine hochaktive grosse Oberfläche und Reaktionsfähigkeit besitzt, so dass die Mischung 27,5 Gew.-% Aluminiumoxyd enthielt.
Der Mischvorgang wurde durch Vermahlen der Pulver in einer Nasskugelmühle in der Dauer von 72 h in Isopropyl-Alkohol durchgeführt, bis die durchschnittliche Teilchengrösse der Mischung etwa 5 jn betrug. Diese Mischung wurde sodann getrocknet, in eine Stahlform zwischen Stahlstempel eingesetzt und bei Raumtemperatur mit etwa 140 kp/cm2 zur Formung eines selbsttragenden Vorformlings von ungefähr 1, 9 cm Durchmesser und etwa 1, 9 cm Länge verpresst. Dieser Vorformling wurde sodann an ein Graphit-Heisspresswerkzeug übermittelt, bestehend aus einer Form mit einer Bohrung von etwa 2,5 cm Durchmesser, aus einem Einsatz und einem Stempel, wobei alle dem Formhohlraum zugewendeten Flächen mit einem Bornitridpulver in einer Dicke von 0,005 bis 0,013 mm besprüht waren.
Vor dem Einsetzen des Vorformlings in den Hohlraum dieser Form wurde eine Schicht feinen Bornitridpulvers in den Hohlraum der Form auf den Einsatz geschüttet und der Vorformling wurde in das Zentrum des Hohlraumes gesetzt und in das Pulverbett getrieben, so dass dieses Pulver in den ringförmigen, zwischen dem Vorformling und der Formwandung gebildeten Hohlraum hochstieg. Sodann wurde noch mehr feines Bornitridpulver auf den Vorformling geschüttet, bis die Schichthöhe oberhalb der Oberseite des Vorformlings ungefähr 1, 9 cm betrug. Der Graphitstempel wurde sodann in den Formhohlraum eingeführt, auf das Bornitridpulverbett aufgesetzt und zur Verdichtung des Pulvers vorgetrieben. Dadurch wurde der Vorformling für das nachfolgende Heisspressverfahren in einem verdichteten, aus Bornitridpulver bestehenden Schutzmantel eingebettet.
Das beim Ausführungsbeispiel benutzte Bornitrid war ein Pulver mit hexagonaler Struktur (wie z. B. von
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den New Metals and Chemicals Limited vertrieben wird), das eine Teilchengrösse in der Grössenordnung von 5 J. ! und einen sogenannten FL/T-Grad aufweist. Diese aus dem Siliciumnitrid- und Aluminiumoxydpulver be- stehende Mischung wurde sodann mit einem Druck von etwa 380 kp/cm2 bei einer Temperatur von 17000C während 1 h gepresst, die Temperatur wurde innerhalb eines Zeitraumes von 20 min von der Raumtemperatur auf die Heisspresstemperatur gesteigert, während der Pressdruck von einem Anfangswert von etwa 35 kp/cm2 bei Raumtemperatur auf den vollen Pressdruck bei annähernd 15000C erhöht wurde.
Das Produkt liess man sodann unter Pressdruck stehend abkühlen. Das Endprodukt wurde einer Röntgen- analyse unter Benutzung einer monochromatischen CuK-Q !-Strahlung (Hägg-GumierFokus-Kamera, KCl Stan- dard) unterzogen und es wurde ermittelt, dass es vorwiegend nämlich zu mehr als 90 Gew.-% aus einem ein- phasigen keramischen Material bestahd, das eine Kristallstruktur aufweist, die auf jener der ss -Phase des
Siliciumnitrids basiert, jedoch grössere Dimensionen der Elementarzellen aufweist, wobei auch ein geringer
Prozentsatz, nämlich weniger als 5 Gew.-%, einer unidentifizierten Phase vorhanden sind. Das einphasige keramische Material war ein Silicium-Aluminium-Oxynitrid mit der allgemeinen Formel Si6-x Alx N) 0 (8 - x x wobei x ungefähr 2 war.
Das obenbeschriebene Beispiel wurde sodann bei andern Presstemperaturen innerhalb des Bereiches von 1600 bis 2000 C wiederholt, wobei die Pressung bei 2000 C bei vollem Pressdruck und voller Temperatur über 1/2 h beibehalten wurde.
Die Röntgenanalyse der Endprodukte zeigte, dass während die bei niedrigen Temperaturen durchgeführten Pressungen Endprodukte ergaben, die zusätzlich zum einphasigen keramischen Material obiger Formel nur einen geringen Prozentsatz an unidentifizierter Phase enthielten, diese unidentifizierte Phase beiden Röntgenbildern jener Produkte fehlte, deren Pressung bei höheren Temperaturen, gegen 2000 C, durchgeführt wurde.
Zwei Probestücke wurden bei 18000C gepresst, eines während 1 h bei einer Temperatur wie beim ersten Beispiel, das andere während 3 h bei einer Temperatur, ohne dass irgend ein Unterschied der Endprodukte beobachtet werden konnte.
Weitere seinerzeit bei verschiedenen Temperaturen durchgeführte Versuche zeigten, dass bei den unteren Temperaturen zwischen 1600 und 17000C eine unvollständige Reaktion erfolgte, sofern die Dauer der Pressung geringer als etwa 30 min betrug ; dementsprechend erwies es sich bei den geringeren Temperaturen als zweckmässig, diese Temperaturen für mindestens 1 h beizubehalten, wogegen bei den oberen Temperaturen von 1900 bis 2000 C eine vollständige Reaktion bei Beibehaltung der Pressung über bloss 30 min erfolgte.
Zu Vergleichszwecken wurde der Vorgang nach dem ersten Beispiel wiederholt, jedoch mit einer Heisspresstemperatur unterhalb 16000C. In diesem Fall war die Reaktion zwischen dem Siliciumnitrid und dem Aluminiumoxyd zur Ausbildung eines einphasigen keramischen Materials der eingangs bezeichneten Gattung erfahrungsgemäss unvollständig ; man fand also, dass es nicht möglich war, mehr als 90 Gew.-% des einphasigen keramischen Materials herzustellen, als nur durch Verlängerung der Erhitzung unter Druck ; wenn beispielsweise die Heisspresstemperatur nur 1500OC betrug, enthielt das Produkt nur etwa 40 Gew.-% dieses einphasigen Materials.
Beispiel 2 : Gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde eine der Mischung des ersten Ausführungsbeispieles ähnliche Mischung zubereitet, jedoch wurde in diesem Fall ein Gehalt von 50 Gew.-% Aluminiumoxyd vorgesehen. Probestücke aus dieser Mischung wurden sodann heissgepresst, u. zw. nach dem Verfahren des ersten Beispiels bei verschiedenen Temperaturen innerhalb des Bereiches von 1600 bis 20000C und die so gewonnenen heissgepressten Produkte wurden einer Röntgenanalyse unterzogen.
Man fand, dass die bei niedrigen Temperaturen gepressten Produkte aus mindestens 90 Gew.-% der einphasigen Verbindung der obenerwähnten Formel bestanden, wobei x nun gleich 4 war, aber auch einen geringen Prozentsatz an nichtidentifizierter Phase enthielten. Gleichermassen fand man so wie beim vorhergehenden Beispiel, dass die nichtidentifizierte Phase auf dem Röntgenbild der bei höheren Presstemperaturen in der Grössenordnung von 2000 C hergestellten Produkte fehlte ; diese Produkte waren 100%ig einphasiges homogenes Material der obenbezeichneten Formel mit x gleich 4.
Beispiel 3 : Bei einem dritten Ausführungsbeispiel wurde der Vorgang des zweiten Beispiels wiederholt, jedoch mit einer Siliciumnitrid-Aluminiumoxyd-Mischung, die 70 Gew.-% Aluminiumoxyd enthielt. In diesem Fall zeigte die Röntgenanalyse der Endprodukte, dass bei Heisspresstemperaturen im unteren Temperaturbereich die Endprodukte vorwiegend aus dem einphasigen keramischen Material der obenbezeichneten Formel bestanden, wobei x nun in der Grössenordnung von 4, 6 war, jedoch auch einiges freies Aluminiumoxyd und einen geringen Prozentsatz einer unidentifizierten Phase enthielten.
Wenn jedoch die Heisspresstemperaturen gegen 20000C betrugen, enthielten die Endprodukte erfahrunggemäss kein freies Aluminiumoxyd und die unidentifizierte Phase fehlte auf den Röntgenbildern. Die Endpro-
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dukte waren zu 100% einphasige homogene Materialien der obenbezeichneten allgemeinen Formel, aber mit einem x, das nun in der Grössenordnung von 5, 6 war.
Beispiel 4 : Gemäss einem vierten Beispiel wurde das Verfahren nach dem dritten Beispiel mit einer Siliciumnitrid-Aluminiumoxyd-Mischung wiederholt, welche 75 Gew.-% Aluminiumoxyd enthielt und bei 20000C während 1/2 h heissgepresst wurde. Das Endprodukt enthielt mehr als 90 Gew.-% eines einphasigen homogenen Materials der obenbezeichneten allgemeinen Formel mit X gleich 6, ungefähr 5 Gew.-% Alumi- niumoxyd und einer Spur einer unidentifizierten Phase.
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hielt, zusätzlich zu einem im wesentlichen einphasigen Material gemäss obiger Formel, wobei dieses einphasige Material weniger als 90% der keramischen Phase ausmachte.
Beispiel 5 : Gemäss einem fünften Beispiel der Erfindung wurde dem Vorgang nach dem ersten Beispiel gefolgt, u. zw. mit einer Siliciumnitrid-Aluminiumoxyd-Mischung, die 20 Gew.-% Aluminiumoxyd enthielt und so wie vorher bei verschiedenen Temperaturen im Bereich von 1600 bis 20000C heissgepresst wurde, mit Haltezeiten von 1 h für alle Pressungen, ausgenommen die Pressung unter 2000 C, welche nur während 1/2 h aufrecht erhalten wurde.
Die Endprodukte enthielten das einphasige Material der obenbezeichneten Formel mit x = 1, 6 zusammen mit 10% der unidentifizierten Phase bei der Pressung mit 1600 C, wobei sich die Menge dieser unidentifizierten Phase mit der Zunahme der Presstemperatur verringerte, bis schliesslich die Probestücke im Temperaturereich von 20000C keine 1. Ulidentifizierte Phase mehr enthielten und aus 100%ighomogenem einphasigem Material mit x = 1, 6 bestanden.
Beispiel 6 : Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde der Vorgang nach dem fünften Beispiel mit einer Ausgangsmischung wiederholt, welche 10 Gew.-% Aluminiumoxyd enthielt. Man erhielt Endprodukte nach demselben Schema wie beim fünften Ausführungsbeispiel mit einem einphasigen
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8.Aluminiumoxyd verwendet wurde, die Produkte mindestens 90% des einphasigen Materials der obenbezeichneten Formel mit x annähernd gleich 0, 2.
In allen diesen obigen Beispielen war die Schüttdichte der gewonnenen Produkte in der Grössenordnung von 3, 04 g/cm3.
Während bei den bisherigen Beispielen ein hochgradig In der a-Phase befindliches Siliciumnitrid verwendet wurde, wurden einzelne Beispiele auch mit einer niedrigeren Zusammensetzung wiederholt und in den Vergleichsprodukten wurden geringfügige Differenzen festgestellt.
Das mit einer hochaktiven grossen Oberfläche versehene Aluminiumoxyd, das bei den meisten Beispielen benutzt wurde, war ein a-Aluminiumoxyd hoher Reinheit, geliefert von der La Pierre Synthetique Baikowski, Frankreich, bekannt als Type GE 30 mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von 0, 5 P, und mit einer Oberfläche grösser als 1 m2/g.
Gleichermassen wurde ein von der Aluminium Company vonAmerica 1. Ulter den Typenbezeichnungen XA16 und XA17 geliefertes Aluminiumoxyd erfolgreich benutzt. Auch von Degussa geliefertes Aluminiumoxyd und sogenanntes y-Aluminiumoxyd wurden erfolgreich verwendet.
Gleichwohl in allen obigen Beispielen Aluminiumoxyd eines der Ausgangsmaterialien war, ist darauf zu verweisen, dass auch Aluminiumverbindungen, die bei der Heisspresstemperatur zerlegt Aluminiumoxyd liefern, verwendbar sind, beispielsweise Aluminiumhydroxyd und Aluminiumnitrat. Beispielsweise wurden 7 g des Siliciumnitrids der vor erwähnten Beispiele einer Lösung von 42 g Aluminiumsulfat In 75 ml Wasser hinzugefügt.
Zu dieser Mischung wurden 22, 5 ml Ammonlumhydroxyd hinzugefügt und durch 18 h vermischt. Nach dem Dekantieren und Waschen wurde der Niederschlag getrocknet und in üblicher Weise 1 h hindurch bei 17000C zur Herstellung eines 95%igen Silicium-Aluminium-Oxynitrids mit einem x gleich 4 zusammen mit 5% einer unidentifizierten Phase heissgepresst.
Aus den obigen sieben Beispielen ist ersichtlich, dass wenn der Aluminiumoxydgehalt anwächst, das Sili- clum im Tetraedergitter des Siliciumnitrids teilweise durch Aluminium ersetzt wird, wobei gleichzeitig eine Ersetzung des Stickstoffes durch Sauerstoff eintritt, und dass für jedes Stickstoffatom, das durch ein Sauerstoffatom ersetzt wird, drei Viertel eines Si durch zwei Drittel eines Al ersetzt werden, u. zw. bis annähernd auf x gleich 6. Oberhalb ungefähr x = 6 fand man, dass bei Beibehaltung der ss -Struktur die Abmessungen der Elementarzellen im wesentlichen konstant blieben und einiges freies Aluminiumoxyd verblieb.
Das In der Zeichnung dargestellte Diagramm zeigt die Änderung der Abmessungen der Elementarzellen bei zunehmendem Aluminiumoxydanteil.
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einen anhaftenden Überzug aus Bornitrid, der in nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen entfernt wurde.
Bei der Herstellung eines im wesentlichen einphasigen Produktes gemäss obiger Formel muss sichere-
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Wenn man ein 100%ig einphasiges Produkt benötigt, ist es wünschenswert, dass die Heisspresstemperatur mehr als 19000C beträgt und vorzugsweise in der Grössenordnung von 20000C ist. Zu erwähnen ist, dass die obere
Temperaturgrenze von Parametern, wie von der Zerfallstemperatur des keramischen Produktes und der Wi- derstandsfähigkeit der Heisspresswerkzeuge, bestimmt wird.
Auch die Zeitdauer, innerhalb welcher die Pressung bei der Maximaltemperatur aufrecht erhalten wird, sollte vorzugsweise grösser als 30 min sein und ihre obere Grenze wird offenbar von wirtschaftlichen Erwägungen und/oder von der Beanspruchbarkeit und Oberflächenempfindlichkeit der herzustellenden Stücke be- stimmt.
Zu erwähnen ist, dass bei den gegebenen Ausführungsbeispielen die Siliciumnitrid-Aluminiumoxyd-Mi- schung innerhalb der Graphitformen während des Heisspressens durch Einbettung dieser Mischungen in Bornitridpulver geschützt wurde, u. zw. zusätzlich zu der üblicherweise aufgesprühten Beschichtung der Werkzeuge mit Bornitrid. Man fand anderseits, dass bei den oberen Heisspresstemperaturen oberhalb 18000C einige Schwierigkeiten bei der Entfernung der heissgepressten Stücke aus den Werkzeugen entstanden und in manchen Fällen eine Oberflächenbeschädigung dieser Stücke eintrat.
Der zusätzlich durch Einbettung der Stücke in Bornitridpulver bewirkte Schutz verringert diese Schwierigkeit. Gleichwohl sei hervorgehoben, dass bei der unteren Heisspresstemperatur, unterhalb 1800OC, das übliche Aufsprühen einer Bornitridbeschichtung auf die Werkzeuge hinreichenden Schutz gewährt.
Es sei ferner darauf verwiesen, dass bei den gegebenen Beispielen an Stelle des Einbringens der Sili- ciumnitrid-Aluminiumoxyd-Mischung als Vorformling in die Formhohlräume diese Mischungen auch in Pulverform eingeführt werden können, sofern das Bornitrid-Pulver zu Vorformlingen ausgebildet wird.
Beispiel 8 : Gemäss einem achten Beispiel der Erfindung wurden 14 g des Siliciumnitridpulvers der vorigen Beispiele mit 13, 6 g eines a-Aluminiumoxyd-Pulvers hoher Reinheit vermischt, das eine durchschnittliche Teilchengrösse von weniger als l besass und eine grosse hochaktive Oberfläche und Reaktionsfähigkeit aufwies, sowie mit 0, 14 g eines Ammonium-Alginat-Pulvers.
Zu dieser trockenen innigen Mischung wurden 36 ml Wasser hinzugefügt und die Mischung wurde dann in einer Walzmühle durch 1 h gemischt und sodann stehengelassen. Die so erhaltene Mischung war formbar und von einer zum Schalungsguss geeigneten Beschaffenheit und wurde in eine Gipsschaltung in Gestalt eines Tiegels gegossen. Der Formling wurde getrocknet, aus der Schalung entfernt und in eine Graphit-Reaktionsröhre, die mit einem Aluminiumoxyd-Rohr ausgekleidet war, eingesetzt ; ein Ende des Aluminiumoxydrohres war mit einem aus gepresstem Aluminiumoxydpulver bestehenden Pfropfen verschlossen.
Das Aluminiumrohr wurde sodann zur Hälfte mit dem feinen hexagonalen Bornitridpulver, wie es in den früheren Beispielen verwendet wurde, gefüllt, worauf der Formling mit Abstand von den Wandungen des Aluminiumoxydrohres auf das Bornitridpulver aufgesetzt und noch mehr Bornitridpulver auf den Formling geschüttet wurde, bis er vollständig überdeckt war.
Das andere Ende des Aluminiumoxydrohres wurde nun gleichfalls mit einem aus Aluminiumoxydpulver bestehenden Pfropfen verschlossen und die ganze Einrichtung wurde mit einem Temperaturanstieg von 900C/min ohne Pressung auf 17000C erhitzt und während 1 h auf dieser Sintertemperatur gehalten. Nach 1 h liess man das Rohr erkalten und bei einer Röntgenanalyse wurde ermittelt, dass das Endprodukt vorwiegend, nämlich zu 90%, aus dem einphasigen keramischen Material obiger allgemeiner Formel bestand, wobei x ungefähr 4 war.
Der nach obigem Verfahren hergestellte Formling hatte einiges Bornitrid anhaften, wenn er aus dem umhüllenden, als Schutzmedium dienenden Bornitrid herausgenommen wurde ; diese anhaftende Schicht wurde durch Sandbestrahlung entfernt.
Beispiel 9 : Gemäss einem neunten Beispiel der Erfindung wurde Siliciumnitridpulver, bestehend zumindest zu 85% aus Material der a-Phase, mit einem a-Aluminiumoxydpulver hoher Reinheit und einer durchschnittlichen Teilchengrösse von weniger als 1 li sowie einer grossen hochaktiven Oberfläche und Reaktionsfähigkeit vermischt. Der Mischvorgang wurde durch eine Vermahlung dieser Pulver in einer Nasskugelmühle inIsopropyl-Alkoholwährend72 hdurchgeführtbisdiedurchschnittlicheTeilchengrösse der Mischung 5 Jl war. Die fertige Mischung war so beschaffen, dass das Atomverhältnis des Siliciums zum Aluminium in der Mischung 9 : 1 war.
Nach Durchführung des Mahlvorganges in der Nasskugelmühle wurde die Mischung getrocknet und eine Charge von 100 g wurde in eine Stahlform eingebracht und bei einem Pressdruck von etwa 140 kp/cm2 zu einem selbsttragenden Vorformling geformt.
Dieser Vorformling wurde sodann aus der Stahlform entfernt und wie beim vorigen Ausführungsbeispiel von Bornitridpulver umhüllt in eine mit einem Aluminiumoxydrohr ausgekleidete Graphitform eingesetzt.
Diese Einrichtung wurde sodann über einen Zeitraum von 20 min ohne Pressung auf die erforderliche Sintertemperatur erhitzt, welche in diesem Falle 17000C war.
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Nach 1 h dieser Behandlung mit der Sintertemperatur liess man das Rohr erkalten und man fand bei der Röntgenanalyse des Endproduktes, dass es vorwiegend aus einem einphasigen keramischen Material bestand, welches eine Kristallstruktur besass, die auf jener des Siliciumnitrids der ss-Phase basierte, jedoch mit grö- sseren Dimensionen der Elementarzellen, wobei dieses Produkt auch einen geringen Anteil, u. zw. weniger als 5%, einer unidentifizierten Phase enthielt. Man fand, dass das keramische Material ein Silicium-Alu- minium-Oxynitrid war, welches die allgemeine Formel des ersten Beispiels besass, bei welcher x annähernd 0, 8 war.
Das obige Beispiel wurde sodann bei andern Temperaturen im Bereich von 1600 bis 20000C wiederholt.
Es wurde beobachtet, dass die bei geringen Temperaturen innerhalb obigen Bereiches hergestellten Produkte zusätzlich zu einem einphasigen Material der obigen Formel einen geringen Prozentsatz der unidentifizierten Phase enthielten, während diese unidentifizierte Phase in den Röntgenbildern jener Produkte fehlte, die bei den oberen, 20000C näheren Temperaturen hergestellt wurden ; diese Produkte bestanden zur Gänze aus einem einphasigen Material wie oben definiert.
Zu Vergleichszwecken wurde der Vorgang des neunten Beispiels wiederholt, wobei jedoch die Sintertemperatur nun unterhalb 16000C gehalten wurde. In diesem Fall ergab sich, dass die Reaktion zur Herstellung des einphasigen keramischen Materials obiger Definition unvollständig war ; wenn beispielsweise die Sinter-
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gen herzustellen, welche 20,25, 40,50, 60 und 70 Gew.-% Aluminiumoxyd enthielten.
In allen Fällen wurde die Sinterung, jedoch ohne Pressung wie beim ersten Beispiel, bei verschiedenen Temperaturen zwischen 1700 und 20000C durchgeführt. Man fand, dass dann, wenn die Sinterungsreaktion bei den unteren Temperaturen dieses Bereiches erfolgte, jedes der Endprodukte vorwiegend aus der einphasigen Komponente entsprechend der obigen Formel bestand, u. zw. mit einem x gleich l, 6 im Falle der Mischung mit 20 Gew.-% Aluminiumoxyd, mit x = 2 bei 25 Gew.-%, mit x = 3, 2 bei 40 Gew.-%, mit x = 4 bei 50 Gew.-%, mit x = 4, 3 bei 60 Gew.-% und mit x = 4, 6 bei 70 Gew.-% Aluminiumoxyd.
In jedem Fall enthielt das Endprodukt erfahrungsgemäss einen geringen, weniger als 5% betragenden Prozentsatz einer unidentifizierten Phase. Ausserdem war einiges freies Aluminiumoxyd in den aus einer Mischung mit 60 und 70 Gew.-% Aluminiumoxyd hergestellten Produkten vorhanden. Sofern die Sinterreaktion bei höheren Temperaturen des obigen Bereiches, also näher 2000OC, durchgeführt wurde, fand man, dass die unidentifizierte Phase bei jedem der Produkte fehlte, und in jenen Produkten, die durch Sinterung der weniger als 60 Gew.-% enthaltenden Mischungen gewonnen wurden, fand man, dass jede zur Gänze aus dem einphasigen Material, wie es durch obige Formel definiert wird, bestand, wobei x ungefähr gleich dem entsprechenden bei der geringeren Sintertemperatur erzielten Wert war.
Gleichwohl fand man bei jenen Mischungen, die 60 und 70 Gew.-% Aluminiumoxyd enthielten, dass die Produkte der Sinterungsreaktion kein freies Aluminiumoxyd enthielten und zur Gänze aus dem einphasigen keramischen Material bestanden, wie es oben definiert ist, u. zw. mit einem x ungefähr gleich 5 im Falle der Mischung mit 60 Gew.-% Aluminiumoxyd und x gleich 5, 6 im Falle der Mischung mit 7 0 Gew.-%.
Es wurden auch Versuche mit Mischungen, die über 75 Gew.-% Aluminiumoxyd enthielten, durchgeführt, aber man fand, dass die dabei gewonnenen Produkte mehr als 10% freies Aluminiumoxyd enthielten, wenn sie auch mit 20000C gesintert wurden.
Es sei vermerkt, dass die Beispiele acht bis fünfzehn sich von den vorherigen Beispielen dadurch unterscheiden, dass die Sinterung nicht von einer Pressung begleitet wurde. Während die Endprodukte eine geringere Schüttdichte der Grössenordnung von 2, 7 g/cm3 aufwiesen, wurde gleichwohl gefunden, dass in bezug auf die Regelung-Parameter ähnliche Folgerungen wie bei den Beispielen eins bis neun gemacht werden können, um die Herstellung von Produkten zu gewährleisten, die mindestens 90 Gew.-% des Silicium-AluminiumOxynitrides der obenbezeichneten allgemeinen Formel enthalten.
Es ist deshalb wünschenswert dafür zu sorgen, dass die Sintertemperatur grösser als 15500C ist, bevorzugterweise grösser als 17000C. Sofern eine 100%ig einphasige Zusammensetzung des Produktes benötigt wird, muss sichergestellt werden, dass die Sintertemperatur grösser als 1900 C, vorzugsweise in der Grössenordnung von 20000C ist. Selbstverständlich muss die obere Temperaturgrenze von Parametern, wie von der Zerfallstemperatur der keramischen Produkte und von der Widerstandsfähigkeit der Werkzeuge, begrenzt sein.
Es sei ferner bemerkt, dass in den Beispielen acht bis fünfzehn die Stücke während der Sinterung in Bornitridpulver eingebettet waren, so wie es bei den früher beschriebenen Beispielen der Fall war. Es wurde gefunden, dass ohne dieses Schutzmedium eine Beeinträchtigung der Oberflächenbeschaffenheit der Stücke eintrat, die insbesondere bei den hohen Temperaturen, oberhalb 1800OC, auftrat, so dass oberhalb 19000C keine brauchbaren Probestücke hergestellt werden konnten.
Das Einbetten der Probestücke in Bornitridpulver beseitigte jedoch diese Schwierigkeit. Es sei jedoch
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