CH654564A5 - Process for making a shaped object from nitride of elements selected from groups III, IV, V or VI of the Periodic Table, in particular from silicon nitride - Google Patents
Process for making a shaped object from nitride of elements selected from groups III, IV, V or VI of the Periodic Table, in particular from silicon nitride Download PDFInfo
- Publication number
- CH654564A5 CH654564A5 CH501383A CH501383A CH654564A5 CH 654564 A5 CH654564 A5 CH 654564A5 CH 501383 A CH501383 A CH 501383A CH 501383 A CH501383 A CH 501383A CH 654564 A5 CH654564 A5 CH 654564A5
- Authority
- CH
- Switzerland
- Prior art keywords
- pressure
- temperature
- shaped body
- sintering
- nitride
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/58007—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on refractory metal nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
- C04B35/591—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by reaction sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
- C04B35/593—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by pressure sintering
- C04B35/5935—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by pressure sintering obtained by gas pressure sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/645—Pressure sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
Abstract
Description
**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **. ** WARNING ** Beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus Nitrid von aus der III., IV., V. oder VI Gruppe des periodischen Systems gewählten Elementen, in welchem Verfahren als Ausgangsmaterial das Pulver des reinen Elementes oder ein Pulvergemisch des reinen Elementes und seines Nitrids verwendet wird, welches Ausgangsmaterial in einer ersten Sinterungsphase zu einem porösen, weiter bearbeitbaren Formkörper geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Formköper in eine heissisostatische Presse gelegt wird, wo er in einer zweiten Sinterungsphase ohne Sinteradditive und ohne fremde gasdichte Umhüllung während mindestens 30 Minuten einem Stickstoffatomosphärendruck von mindestens 100 bar und einer Temperatur von mindestens 1200 C ausgesetzt wird, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen. PATENT CLAIMS 1. Process for the production of a shaped body from nitride of elements selected from the III., IV., V or VI group of the periodic table, in which process the powder of the pure element or a powder mixture of the pure element and its nitride is used as the starting material , which starting material is shaped into a porous, further machinable shaped body in a first sintering phase, characterized in that the porous shaped body is placed in a hot isostatic press, where it is subjected to a nitrogen atomic pressure for at least 30 minutes in a second sintering phase without sintering additives and without an external gas-tight envelope of at least 100 bar and a temperature of at least 1200 C, after which the pressure and temperature drop evenly.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Zeit folgende Kombinationen von Druck und Temperatur wählbar sind: - Aufbringen zuerst eines Vordruckes, später einer Temperatur, wobei der Druck und die Temperatur bis zur Haltephase gemeinsam ansteigen, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen, - gleichzeitiges Aufbringen eines Druckes und einer Temperatur, wobei die Temperatur als erstes rapide ansteigt und der Druck zur Aufheizzeit verzögert wird, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen, gleichzeitiges Aufbringen eines Druckes und einer Temperatur, Anhalten des Druck- und Temperaturaufstieges gemäss einem Treppenstufeneffekt, Aufbringen des Druckes und der Temperatur auf die Haltephase, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen, - gleichzeitiges Aufbringen eines Druckes und einer Temperatur, wobei der Druck als erstes rapide ansteigt und die Temperatur zur Druckzeit verzögert wird, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen. 2. The method according to claim 1, characterized in that the following combinations of pressure and temperature can be selected depending on the time: - applying first a form, later a temperature, the pressure and the temperature rise together until the holding phase, after which the pressure and the temperature drop evenly, - simultaneous application of a pressure and a temperature, the temperature first rising rapidly and the pressure being delayed to the heating-up time, after which the pressure and the temperature drop uniformly, simultaneous application of a pressure and a temperature, holding the pressure - and temperature rise according to a stair step effect, application of the pressure and the temperature to the holding phase, after which the pressure and the temperature drop evenly, - simultaneous application of a pressure and a temperature, the pressure rising rapidly first and the temperature being delayed at the time of printing, after which de r Pressure and temperature drop evenly.
3. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bis auf 100 bar abfällt. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the pressure drops to 100 bar.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stickstoffatmosphäre reinen Stickstoff oder ein Gasgemisch mit N2 enthält. 4. The method according to claim 1, characterized in that the nitrogen atmosphere contains pure nitrogen or a gas mixture with N2.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus Nitrid von aus der III., IV., V. oder VI. Gruppe des periodischen Systems gewählten Elementen, insbesondere aus Siliziumnitrid, in welchem Verfahren als Ausgangsmaterial das Pulver des reinen Elementes oder ein Pulvergemisch des reinen Elementes und seines Nitrids verwendet wird, welches Ausgangsmaterial in einer ersten Sinterungsphase zu einem porösen, weiter bearbeitbaren Formkörper geformt wird. The invention is based on a method for producing a shaped body from nitride from III., IV., V. or VI. Group of the periodic system selected elements, in particular made of silicon nitride, in which process the powder of the pure element or a powder mixture of the pure element and its nitride is used as the starting material, which starting material is shaped in a first sintering phase into a porous, further machinable shaped body.
Die Verwendung von Formkörpern aus Nitrid von aus der III., IV., V. oder VI. Gruppe des periodischen Systems gewählten Elementen, insbesondere eines Siliziumnitrid Formkörpers, ermöglicht Anwendungen, bei welchen üblicherweise metallische Werkstoffe scheitern oder welche Anwendungen nur durch die Beigabe von Legierungselementen durchzuführen sind. The use of shaped bodies made of nitride from III., IV., V. or VI. Group of the periodic system selected elements, in particular a silicon nitride shaped body, enables applications in which metallic materials usually fail or which applications can only be carried out by adding alloying elements.
Für Siliziumnitrid oder Nitride der oben erwähnten Elemente sprechen die mechanischen und thermischen Eigenschaften wie niedriger Reibungskoeffizient, geringes Raumgewicht, hohe Temperaturbelastbarkeit und insbesondere hohe Härte- und Verschliessbeständigkeit. Aus diesen Eigenschaften ergeben sich auch die vielen Anwendungsmöglichkeiten wie Konstruktionsteile für Gasturbinen und Hoch temperaturmaschinen. Apparatebau, Chemietechnik, Dichtungsverschleiss- und Lagerteile von Maschinen, Metallurgie und Ofenbau. The mechanical and thermal properties such as low coefficient of friction, low density, high temperature resistance and, in particular, high hardness and wear resistance speak in favor of silicon nitride or nitrides of the above-mentioned elements. These properties also result in the many possible applications such as structural parts for gas turbines and high-temperature machines. Apparatus construction, chemical engineering, wear and tear seals and bearing parts of machines, metallurgy and furnace construction.
Solche Nitride können metallische Konstruktionsteile wie Nickel, Molybdän und Kobalt oder ihre Kombinationen ersetzen. Bei diesen Stoffen ist in Zukunft mit Verknappung und damit Verteuerung zu rechnen. Hingegen kommt z. B. Such nitrides can replace metallic structural parts such as nickel, molybdenum and cobalt or their combinations. A shortage of these substances and thus an increase in price is to be expected in the future. In contrast, z. B.
Quarzsand, aus dem das elementare Silizium gewonnen wird, auf der Erde in reichlicher Menge vor. Quartz sand, from which the elementary silicon is extracted, is abundant on earth.
Es ist bekannt, elementares Silizium unter Beimischung von Sinteradditiven als Schlicker zu vergiessen oder kaltisostatisch zu pressen. Auch ein Spritzen der plastischen Masse in eine Stahlform ist möglich. Nach derartiger Formgebung erfolgt ein Sintern unter Stickstoffatmosphärendruck, wobei die Reaktion It is known to cast elemental silicon with admixture of sintering additives as a slip or to cold isostatically pressed. It is also possible to inject the plastic compound into a steel mold. After such shaping, sintering takes place under nitrogen atmospheric pressure, with the reaction
abläuft. expires.
Solcherart hergestellte Formkörper weisen aber sehr starke Porositäten auf, da das Gleichgewicht zur Bildung von Elementen in der Gleichung nach links verschoben wird. Moldings produced in this way, however, have very strong porosities, since the equilibrium for the formation of elements in the equation is shifted to the left.
Um dieses Problem zu lösen, wird in der DE-OS 23 51162 vorgeschlagen, die so entstandenen Formkörper mit metallisch-organischen Flüssigkeiten zu tränken. In order to solve this problem, it is proposed in DE-OS 23 51162 to impregnate the molded bodies thus obtained with metallic-organic liquids.
Es ist auch bekannt anstelle des elementaren Siliziums auch Siliziumnitridpulver unter Beigabe von Sinteradditiven zu Formkörpern zu verformen und anschliessend-in Stickstoffatmosphäre zu sintern. Dabei kann es aber auch zur Zersetzung des Siliziumnitrids Si3 N4 kommen. In der DE OS 28 55 859 ist ein Verfahren beschrieben, in welchem von Schutzpulvern Gebrauch gemacht wird, wodurch solche Zersetzungen verhindert werden sollen. Instead of elementary silicon, it is also known to also shape silicon nitride powder with the addition of sintering additives to give shaped bodies and then to sinter them in a nitrogen atmosphere. However, decomposition of the silicon nitride Si3 N4 can also occur. In DE OS 28 55 859 a method is described in which use is made of protective powders, whereby such decomposition is to be prevented.
Es ist weiter bekannt, elementares Silizium oder ein Pulvergemisch von Silizium und Siliziumnitrid heiss zu verpressen und anschliessend in Stickstoffatmosphäre zu sintern. In Verbesserung der Dichte werden die Formkörper in beheizten Pressmatrizen unter Beimischung oxidischer Presshilfsmittel (Glasphasen bildende Heisspresshilfsmittel) gepresst. It is also known that elemental silicon or a powder mixture of silicon and silicon nitride can be hot-pressed and then sintered in a nitrogen atmosphere. In order to improve the density, the moldings are pressed in heated press dies with the addition of oxidic pressing aids (hot-pressing aids that form glass phases).
Ein solches Verfahren ist in der DE-PS 24 12 637 beschrieben. Such a method is described in DE-PS 24 12 637.
Bei allen diesen bekannten Verfahren sind also Zuschläge, wie Sinteradditive, Presshilsmittel, metallisch-organische Flüssigkeiten, oxidische Heisspresshilfsmittel usw., benötigt, um gesinterte Formkörper zu erhalten. In all of these known processes, aggregates such as sintering additives, pressing aids, metallic-organic liquids, oxidic hot-pressing aids, etc., are required in order to obtain sintered molded bodies.
In der Zeitschrift Power Metallurgy International , Band 7, Nr. 2 aus dem Jahre 1975 ist ein Verfahren von reaktionsgesinterten Formkörpern beschrieben. Die reaktionsgesinterten Formkörper werden in einem normalen Sinterofen in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von bis 1500 DC in einer Zeitspanne von zwei bis fünf Tagen hergestellt. Die so hergestellten Formkörper sind aber in dem Sinne nachteilig, dass sie im allgemeinen eine Porosität von etwa 20% aufweisen, wobei Stickstoff während der Sinterung nur in eine Oberschicht des Formkörpers eindrängt, die etwa 10 mm dick ist. In the journal Power Metallurgy International, Volume 7, No. 2 from 1975, a process for reaction-sintered molded bodies is described. The reaction-sintered molded bodies are produced in a normal sintering furnace in a nitrogen atmosphere at a temperature of up to 1500 ° C over a period of two to five days. However, the shaped bodies produced in this way are disadvantageous in the sense that they generally have a porosity of about 20%, nitrogen penetrating only into an upper layer of the shaped body which is about 10 mm thick during sintering.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, in welchem die Reaktionszeit bei der Sinterung der Formkörper wesentlich herabgesetzt wird und die Nitrierung der Formkörper nicht nur auf der Oberfläche sondern durchgehend durch den ganzen Formkörper erzielt wird. Dabei sollten in dem Verfahren keinerlei Zuschläge verwendet werden. Die Dichte des fertigen Formkörpers soll mindestens 2,0 g/ cm3 betragen und seine Härte HV005 im Bereich von 13000 bis 15000 Nlmm2 liegen. The invention specified in claim 1 is based on the object of proposing a method in which the reaction time during the sintering of the shaped body is significantly reduced and the nitriding of the shaped body is achieved not only on the surface but through the entire shaped body. No supplements should be used in the process. The density of the finished shaped body should be at least 2.0 g / cm3 and its hardness HV005 should be in the range from 13,000 to 15,000 Nm2.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei dem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Verfahren durch According to the invention, this object is achieved in the method mentioned in the preamble of claim 1
die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst. the process steps listed in the characterizing part of claim 1 solved.
Mit Vorteil können mit Bezug auf die Zeit folgende Kombinationen von Druck und Temperatur gewählt werden: - Aufbringen zuerst eines Vordruckes, später einer Temperatur, wobei der Druck und die Temperatur bis zur Haltephase gemeinsam ansteigen, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen, - gleichzeitiges Aufbringen eines Druckes und einer Temperatur, wobei die Temperatur als erstes rapide ansteigt und der Druck zur Aulheizzeit verzögert wird, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen, - gleichzeitiges Aufbringen eines Druckes und einer Temperatur, Anhalten des Druck- und Temperaturaufstieges gemäss einem Treppenstufeneffekt, Aufbringen des Druckes und der Temperatur auf die Haltephase, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen, - gleichzeitiges Aufbringen eines Druckes und einer Temperatur, wobei der Druck als erstes rapide ansteigt und die Temperatur zur Druckzeit verzögert wird, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen. The following combinations of pressure and temperature can advantageously be selected with regard to the time: - applying first a pre-pressure, later a temperature, whereby the pressure and the temperature rise together until the hold phase, after which the pressure and the temperature drop evenly, - simultaneous Applying a pressure and a temperature, whereby the temperature rises rapidly first and the pressure is delayed to the heating time, after which the pressure and the temperature drop evenly, - simultaneous application of a pressure and a temperature, stopping the pressure and temperature rise according to a stair-step effect, Applying the pressure and the temperature to the holding phase, after which the pressure and the temperature drop uniformly, - simultaneous application of a pressure and a temperature, the pressure rising rapidly first and the temperature being delayed at the time of printing, after which the pressure and the temperature are uniform waste n.
Diese Kombinationen sind in Fig. 1 bis 4 graphisch dargestellt. These combinations are shown graphically in FIGS. 1-4.
Eine Formgebung eines Formkörpers kann direkt durch z. B. kaltisostatisches Pressen erfolgen. Als Ausgangsmaterial wird z. B. elementares Siliziumpulver oder ein Pulvergemisch von elementarem Silizium mit Siliziumnitrid verwendet. Es können auch andere aus der III., IV., V. oder VI. A shaping of a shaped body can be done directly by z. B. cold isostatic pressing. As a starting material z. B. elemental silicon powder or a powder mixture of elemental silicon with silicon nitride is used. Others from III., IV., V. or VI.
Gruppe des periodischen Systems gewählte Elemente, wie Bor, Aluminium, Titan, Zirkon, Vanadium, Tantal, Chrom, Molybdän, verwendet werden. Das Siliziumpulver soll maximal 2% der Verunreinigungen wie Fe, Ca, Al enthalten. Group of the periodic table selected elements such as boron, aluminum, titanium, zircon, vanadium, tantalum, chromium, molybdenum can be used. The silicon powder should contain a maximum of 2% of the impurities such as Fe, Ca, Al.
Beim Schlicker- oder Spritzgiessen sind die Formgebungsadditive durch eine zusätzliche Wäremebehandlung des Formkörpers zu entfernen. Dann wird der Formkörper in einer Stickstoffatmosphäre in einer ersten Sinterungsphase gesintert. So entsteht ein posöser Formkörper, der noch weiter, z. B. durch Fräsen, bearbeitet werden kann und der eine geringe Festigkeit aufweist. In the case of slip or injection molding, the shaping additives must be removed by an additional heat treatment of the molding. The shaped body is then sintered in a nitrogen atmosphere in a first sintering phase. The result is a posöser molded body that continues, e.g. B. by milling, can be processed and which has a low strength.
Der poröse Formkörper wird nun in eine heissisostatische Presse gelegt. Nach Verschliessen der Presse wird er mehrmals evakuiert und mit Stickstoff gespült. Anschliessend wird Stickstoff oder ein Gasgemisch mit N2 in die Presse gepumpt und das Gas erhitzt. In der zweiten Sinterungsphase wird der Formkörper während mindestens 30 Minuten einem Stickstoffatmosphärendruck von mindestens 100 bar und einer Temperatur von mindestens 1200 C ausgesetzt. Nach der Beendigung der Haltephase fallen der Druck und die Temperatur gleichmässig ab. The porous shaped body is then placed in a hot isostatic press. After closing the press, it is evacuated several times and flushed with nitrogen. Then nitrogen or a gas mixture with N2 is pumped into the press and the gas is heated. In the second sintering phase, the shaped body is exposed to a nitrogen atmosphere pressure of at least 100 bar and a temperature of at least 1200 ° C. for at least 30 minutes. After the end of the holding phase, the pressure and temperature drop evenly.
Dabei wird die zweite Sinterungsphase ohne Sinteradditive und ohne fremde gasdichte Umhüllung durchgeführt. The second sintering phase is carried out without sintering additives and without an external gas-tight envelope.
Grundsätzlich sind in Abhängigkeit von Zeit folgende Kombinationen von Druck und Temperatur möglich. The following combinations of pressure and temperature are possible depending on the time.
Fig. 1 Aufbringen zuerst eines Vordruckes, später einer Temperatur, wobei der Druck und die Temperatur bis zur Haltephase gemeinsam ansteigen, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen, Fig. 2 gleichzeitiges Aufbringen eines Druckes und einer Temperatur, wobei die Temperatur als erstes rapide ansteigt und der Druck zur Aufheizzeit verzögert wird, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen, Fig. 3 gleichzeitiges Aufbringen eines Druckes und einer Temperatur, Anhalten des Druck- und Temperaturaufstieges gemäss einem Treppenstufeneffekt, Aufbringen des Druckes und der Temperatur auf die Haltephase, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen, und Fig. 4 gleichzeitiges Aufbringen eines Druckes und einer Temperatur, wobei der Druck als erstes rapide ansteigt und die Temperatur zur Druckzeit verzögert wird, wonach der Druck und die Temperatur gleichmässig abfallen. Fig. 1 Application of first a form, later a temperature, the pressure and the temperature rise together until the holding phase, after which the pressure and the temperature drop evenly, 2 simultaneous application of a pressure and a temperature, the temperature rising rapidly first and the pressure being delayed for the heating-up time, after which the pressure and the temperature drop evenly, 3 simultaneous application of a pressure and a temperature, stopping the pressure and temperature rise according to a stair-step effect, application of the pressure and the temperature to the holding phase, after which the pressure and the temperature drop uniformly, and 4 simultaneous application of a pressure and a temperature, the pressure rising rapidly first and the temperature being delayed at the time of printing, after which the pressure and the temperature drop uniformly.
Während dieser Vorgänge läuft nun die Reaktion wie folgt ab: During these processes, the reaction takes place as follows:
Da die Vorgänge unter einem sehr hohen Stickstoffatmosphärendruck ablaufen, kann die Reaktion nur von links nach rechts verlaufen. Da auch während der Abkühlung des Formkörpers der Stickstoffatmosphärendruck nicht unter 100 bar fällt, kann es zu keiner Zersetzung des Siliziumnitrids kommen. Since the processes take place under a very high nitrogen atmosphere, the reaction can only proceed from left to right. Since the nitrogen atmospheric pressure does not fall below 100 bar even during the cooling of the shaped body, there cannot be any decomposition of the silicon nitride.
Der kaltisostatisch gepresste Siliziumnitrid-Formkörper weist eine Dichte von ca. 50% der theoretischen Dichte auf. The cold isostatically pressed silicon nitride molding has a density of approx. 50% of the theoretical density.
Inder ersten Temperaturphase, bis zu ca. 1000 "C, backen die Siliziumkörner unter geringer Stickstoffaufnahme zusammen. Es entsteht so ein poröser Siliziumnitrid-Formkörper geringer Festigkeit. Ab ca. 1000 C beginnt die erwähnte Reaktion In the first temperature phase, up to approx. 1000 "C, the silicon grains bake together with little nitrogen absorption. This creates a porous silicon nitride molded body of low strength. The reaction mentioned begins at approx. 1000 ° C
Der poröse Formkörper nimmt Stickstoff auf und bindet ihn direkt ab. Durch die Aufnahme von Stickstoff wachsen die Poren zu. Bei zu schneller Durchführung dieser Reaktion kann es durch die Volumenzunahme zu einem Reissen des Formkörpers kommen. The porous molded body absorbs nitrogen and binds it directly. The pores grow closed when nitrogen is absorbed. If this reaction is carried out too quickly, the increase in volume can cause the molded body to tear.
Durch die folgenden Beispiele soll die Erfindung näher erläutert werden: Beispiel 1 Siliziumpulver der Qualität 14 STA 325/2 wurde mit Hilfe der kaltisostatischen Presse bei 600 bar zu einem Zylinder $ 22 x 100 mm gepresst. Das anschliessende Sintern unter Stickstoffdruck bei 1060 "C ergab einen porösen Si-Körper mit einer Dichte von 2,1 g/cm3. Dieser Körper wies noch keine Festigkeit auf und liess sich von Hand brechen. Erst das anschliessende Sintern bei 1760 "C während einer Stunde bei 1300 bar Stickstoffdruck ergab einen festen Körper mit einer Dichte von 2,6 g/cm3. Die Härte HVo,05 betrug 18000-31000 N/mm2. The invention is to be explained in more detail by the following examples: example 1 Silicon powder of quality 14 STA 325/2 was pressed with the aid of the cold isostatic press at 600 bar to form a cylinder of 22 x 100 mm. The subsequent sintering under nitrogen pressure at 1060 "C resulted in a porous Si body with a density of 2.1 g / cm3. This body did not yet have any strength and could be broken by hand. Only the subsequent sintering at 1760" C during a Hour at 1300 bar nitrogen pressure resulted in a solid body with a density of 2.6 g / cm3. The hardness HVo.05 was 18000-31000 N / mm2.
Beispiel 2 Pulver der Qualität 14 STA 352/2 wurde kaltisostatisch zu einem Zylinder 20 x 100 mm gepresst. Eine Drucksinterung bei 1350 C während 3 Stunden bei 1200 bar Stickstoff ergab einen Körper der Dichte 2,0 g/cm3. Die ungleichmässige Gefügestruktur bestand aus a+ ss Siliziumnitrid mit einer Härte HV0,05 = 1300-1500 kp/mm2. Example 2 Powder of quality 14 STA 352/2 was cold isostatically pressed to a cylinder 20 x 100 mm. Pressure sintering at 1350 C for 3 hours at 1200 bar nitrogen resulted in a body with a density of 2.0 g / cm3. The uneven structure consisted of a + ss silicon nitride with a hardness of HV0.05 = 1300-1500 kp / mm2.
Beispiel 3 Gleichbehandelte Körper wie in Beispiel 2 aufgeführt, wurden zusätzlich bei 1800 C während einer Stunde einem Stickstoffdruck von 1300 bar ausgesetzt. Dabei erhöhte sich die Dichte auf 3,1 g/cm3 und die Härte HVo 05 auf 17000-22000 N/mm2. Das Gefüge besteht aus gleichmässig verteiltem a+ss-Nitrid. Example 3 Bodies treated in the same way as listed in example 2 were additionally exposed to a nitrogen pressure of 1300 bar at 1800 C for one hour. The density increased to 3.1 g / cm3 and the hardness HVo 05 to 17000-22000 N / mm2. The structure consists of evenly distributed a + ss nitride.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH501383A CH654564A5 (en) | 1983-09-14 | 1983-09-14 | Process for making a shaped object from nitride of elements selected from groups III, IV, V or VI of the Periodic Table, in particular from silicon nitride |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH501383A CH654564A5 (en) | 1983-09-14 | 1983-09-14 | Process for making a shaped object from nitride of elements selected from groups III, IV, V or VI of the Periodic Table, in particular from silicon nitride |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CH654564A5 true CH654564A5 (en) | 1986-02-28 |
Family
ID=4286434
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CH501383A CH654564A5 (en) | 1983-09-14 | 1983-09-14 | Process for making a shaped object from nitride of elements selected from groups III, IV, V or VI of the Periodic Table, in particular from silicon nitride |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH654564A5 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0199297A2 (en) * | 1985-04-19 | 1986-10-29 | Elektroschmelzwerk Kempten GmbH | Process for producing shaped articles of reaction bonded silicon nitride by nitriding under high nitrogen gas pressure |
US4997604A (en) * | 1989-01-04 | 1991-03-05 | Htm Ag | Method for production of molded articles of silicon nitride |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2349277A1 (en) * | 1973-10-01 | 1975-04-24 | Feldmuehle Anlagen Prod | Silicon nitride components with high density - esp. turbine blades, made by injection moulding followed by isostatic pressing |
FR2337702A1 (en) * | 1976-01-06 | 1977-08-05 | Gen Electric | PROCESS FOR MANUFACTURING SILICON NITRIDE BODIES AND OBTAINED BODIES |
GB2002734A (en) * | 1977-08-18 | 1979-02-28 | Mtu Muenchen Gmbh | Method of encapsulating a body of ceramic material |
GB2045807A (en) * | 1979-03-20 | 1980-11-05 | Mtu Muenchen Gmbh | Making silicon nitrode mouldings |
US4379110A (en) * | 1979-08-09 | 1983-04-05 | General Electric Company | Sintering of silicon nitride to high density |
-
1983
- 1983-09-14 CH CH501383A patent/CH654564A5/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2349277A1 (en) * | 1973-10-01 | 1975-04-24 | Feldmuehle Anlagen Prod | Silicon nitride components with high density - esp. turbine blades, made by injection moulding followed by isostatic pressing |
FR2337702A1 (en) * | 1976-01-06 | 1977-08-05 | Gen Electric | PROCESS FOR MANUFACTURING SILICON NITRIDE BODIES AND OBTAINED BODIES |
GB2002734A (en) * | 1977-08-18 | 1979-02-28 | Mtu Muenchen Gmbh | Method of encapsulating a body of ceramic material |
GB2045807A (en) * | 1979-03-20 | 1980-11-05 | Mtu Muenchen Gmbh | Making silicon nitrode mouldings |
US4379110A (en) * | 1979-08-09 | 1983-04-05 | General Electric Company | Sintering of silicon nitride to high density |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0199297A2 (en) * | 1985-04-19 | 1986-10-29 | Elektroschmelzwerk Kempten GmbH | Process for producing shaped articles of reaction bonded silicon nitride by nitriding under high nitrogen gas pressure |
EP0199297A3 (en) * | 1985-04-19 | 1987-11-19 | Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh | Process for producing shaped articles of reaction bonded silicon nitride by nitriding under high nitrogen gas pressure |
US4997604A (en) * | 1989-01-04 | 1991-03-05 | Htm Ag | Method for production of molded articles of silicon nitride |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3141590C2 (en) | Process for the production of high density sintered silicon nitride | |
DE2759243C2 (en) | ||
DE3205877C2 (en) | ||
DE2945146C2 (en) | ||
EP0899251B1 (en) | Method of making a body having a porous matrix of at least one recrystallized material | |
DE3039827A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A CUTTING TOOL | |
CH623018A5 (en) | Process for producing a sintered silicon carbide object | |
DE2548740C2 (en) | Process for the production of bodies from silicon nitride | |
DE3222784C2 (en) | Method for producing a high strength sintered silicon carbide | |
EP0199297A2 (en) | Process for producing shaped articles of reaction bonded silicon nitride by nitriding under high nitrogen gas pressure | |
EP0071241B1 (en) | Substantially pore-free polycrystalline silicon carbide articles produced by hot isostatic pressing | |
DE2923729C2 (en) | ||
DE2856593A1 (en) | SINTERABLE POWDER AND METHOD FOR MANUFACTURING SINTER BODIES THEREOF | |
DE19519864B4 (en) | Silicon nitride intermediate and process for its preparation | |
DE4102426C2 (en) | Process for producing a sintered silicon carbide and silicon nitride base body | |
DE2812019A1 (en) | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SILICON NITRIDE SHAPED BODIES BY MEANS OF PSEUDOISOSTATIC HOT PRESSING | |
EP0377408B1 (en) | Method of making shaped silicon nitride articles | |
DE2330595C2 (en) | Process for the production of silicon nitride molded bodies | |
CH654564A5 (en) | Process for making a shaped object from nitride of elements selected from groups III, IV, V or VI of the Periodic Table, in particular from silicon nitride | |
DE3116786A1 (en) | HOMOGENIC SILICON CARBIDE MOLDED BODY AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF | |
EP1310469B1 (en) | A process for production of ceramic bearing components | |
DE4026127C2 (en) | Process for producing a pressure-free sintered product | |
EP0709352A1 (en) | Nearly pore-free sintered bodies based on silicon carbide containing coarse-grained graphite | |
DE19505912C1 (en) | Process for the production of ceramic, metallic or ceramic-metallic shaped bodies and layers | |
DE19820832A1 (en) | Production of a solid body used, e.g., as brake disk |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PL | Patent ceased |