CS197716B1 - Způsob výroby keramiky na bázi oxynitridů hlinito-křemičitých - Google Patents
Způsob výroby keramiky na bázi oxynitridů hlinito-křemičitých Download PDFInfo
- Publication number
- CS197716B1 CS197716B1 CS795577A CS795577A CS197716B1 CS 197716 B1 CS197716 B1 CS 197716B1 CS 795577 A CS795577 A CS 795577A CS 795577 A CS795577 A CS 795577A CS 197716 B1 CS197716 B1 CS 197716B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- aluminum
- nitrogen atmosphere
- vol
- weight
- mpa
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 15
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 4
- -1 aluminum silicates Chemical class 0.000 description 3
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000009837 dry grinding Methods 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 2
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
Keramické materiály na bázi oxynitridů hlinitokřemičitých v sobě slučují některé specifické výhody kysličníkových keramických materiálů, jako je slinovatelnost za normálního tlaku a korozní odolnost proti taveninám obecných kovů s přednostmi keramických materiálů nekyslíkatých (kupř. nitrid křemíku (SI3N4), nitrid hliníku (A1N), spočívající především v jejich znamenité odolnosti proti náhlým změnám teploty a vysoké mechanické pevnosti i při teplotách značně převyšujících 1000 °C. Oxynitridy hlinito -křemičité jsou tuhé roztoky kysličníku hlinitého (AI2O3) a nitridu hliníku A1N) v mřížce beta-modifikace nitridu křemíku (S13N4). Tyto roztoky tvoří souvislou řadu, jejíž složení je definováno obecným vzorcem
Sió-xAl x N8-x 0x , 0 < x < 6 (1)
Materiály na bázi nitridů hlinitých obsahují vedle podstatného množství krystalické fáze podle vzorce (1) zpravidla ještě krystalické fáze a skelnou fázi, jejichž složení leží v soustavě Si-Al-N-O, popřípadě mohou být modifikovány dalšími kysličníky kovů, napr. kysličníkem horečnatým (MgO), íithným (L12O), yttritým (Y2O3), titaničitým (T1O2) a dalšími, přičemž tyto podrobnosti týkající se složení materiálů na bázi oxynitridů hlinitých, nemají z hlediska způsobu výroby podle vynálezu podstatný význam. Dosud jsou znány dva hlavní způsoby výroby keramiky na bázi oxynitridů hlinito-křemičitých.
První z nich je založen na redukční nitridaci směsi kysličníků křemičitého a hlinitého, nebo křemičitanů hlinitých, jakými jsou jílové minerály, nebo směsi nitridu křemíku (S13N4) a kysličníku hlinitého (AI2O3) působením elementárního uhlíku a plynného dusíku za vysokých teplot. Problémy této metody spočívají především ve vedlejších reakcích, které vedou ke vzniku karbidů a oxykarbidů a v přítomnosti zbytkového uhlíku při závěrečných stadiích slinování, která bývá příčinou značné pórovitosti.
Druhý způsob spočívá v přímé synthese oxynitridů ze složek nitridů křemíku (S13N4) a kysličníku hlinitého (AI2O3) a nitridu hliníku (A1N) nebo, do hodnoty x = 4, nitridu křemíku (SÍ3N4) a kysličníku křemičitého (S1O2) a nitridu hliníku (A1N), která probíhá zároveň se slinováním. Prakticky se postupuje tak, žé se některým ze známých způsobů připraví práškový nitrid hliníku (A1N) a práškový nitrid křemíku (S13N4) a tyto složky se v potřebném poměru smíchají s kysličníkem hlinitým (AI2O3) popřípadě s kysličníkem křemičitým (SiCtej. Takto získaná směs se bud za studená zhutní a vytvaruje některým z postupů obvyklých v keramické technologii a vlastní reakční slinování pak proběhne pří 1650 až 1850° C v inertní nebo dusíkové atmosféře, nebo mechanické zhutňování, tvarování a slinováni proběhne současně při žárovém lisování. Nevýhodou tohoto postupu je především nízká reaktivita směsí, připravených smícháním shora uvedených složek. Proto je nutné reakční slinování provádět při poměrně vysokých teplotách, při kterých se již výraznou' měrou úplat- ňují rozkladné reakce, při nichž vznikají plynné reakční produkty. Dochází k úbytku hmotnosti, postupu složení a nedosahuje se potřebné hutnosti. Tento problém je možno z části překonat zvýšením parciálního tlaku dusíku a kyslíku v pecní atmosféře až na hodnoty celkového tlaku několik MPa. To však vyžaduje speciální technologické zařízení, dimensované na potřebné hodnoty a tlaky. Použitím žárového lisování při tlacích několik desítek MPa sice dojde k výraznému snížení slinovací teploty, avšak proces žárového lisování je spolu s nezbytnými dokončovacími operacemi velice nákladný a při jeho použití se neuplatní podstatná část předností, které mají materiály na bázi oxynitridů hlinito-kře- «. mičitých ve srovnání s nitridem křemíku (SÍ3N4). Zejména jejich schopnost slinování za normálního tlaku. Určitého zvýšení reaktivity lze sice dosáhnout přípravou výchozích směsí technikou koprecipitace, která je však omezena v podstatě 11a kysllčníkové soustavy.
Nedostatky současného stavu techniky jsou odstraněny vynálezem, jehož podstatou je, že 10 až 75 hmotnostních °/o křemíku (Si), 10 až 75 hmotnostních % kysličníku hlinitého (AI2O3] a 1 až 40 hmotnostních % hliníku (Al) a nebo nitridu hliníku (A1N) se za sucha umele na veli_ kost částic pod 10 μιη, směs se předpálí v dusíkové atmosféře při teplotě 1200 až 1500 °C a tlaku 0,05 až 5 MPa, načež se tento produkt za sucha umele na velikost částic pod 10 μιη, za studená se lisuje, výlisky se opracují a vypálí v dusíkové atmosféře při teplotě 1500 áž 1800 °C a tlaku 0,05 až 5 MPa.
První výhoda vynálezu spočívá v tom, že odpadá nutnost samostatné přípravy nitridu křemíku (SÍ3N4) a nitridu hliníku (A1N). Další výhoda vyplývá z toho, že při nitridaci křemíku se uplatňuje mechanismus transportu v plynné fázi, díky kterému se reakční produkt, nitrid křemíku (SI3N4) může ukládat na místech relativně vzdálených od reakčního rozhraní. Probíhá-li tato reakce- v přítomnosti ostatních složek, zvyšuje se tím homogenita a dispersita výchozí směsi. Je pochopitelné, že reakční slinování takto připraveného polotovaru vyznačujícího se oproti dosud známému způsobu vyšší homogenitou a dispersnoští, proběhne při nižší teplotě, než podle dosud známých způsobů, čímž se podstatně omezí průběh rozkladných reakcí, negativně ovlivňující strukturu a vlastnosti materiálu. To se příznivě projeví především na snížení pórovitosti a zvýšení mechanické pevnosti výrobku.
Způsob výroby podle vynálezu bude blíže vysvětlen na následujících dvou příkladech možného provedení:
V prvém příkladu konkrétního provedení podle vynálezu byla suchým mletím připravena směs
683 g kysličník hlinitý, měrný povrch 5 m2/g, Í84’ g hliník práškový, měrný povrch 6 m2/g,
1Ϊ33 g křemík práškový, měrný povrch 2 m2/g.
Vzniklá směs byla volně nasypána do pouzder a nitridována v prostředí dusík: 95 % obj.
voda: 0,015 °/o obj. . kyslík: 0,001 % obj. vodík: zbytek celkem 30 hodin s výdržemi na 1100 °C 3 hodiny, 1350 °C 12, hodin a na 1470 °G 3 hodiny a při tlaku v peci 0,14 MPa. Váhový přírůstek byl 39,7 % (teoretický váhový přírůstek pro dané složení je 42,4 %}, což svědčí o téměř úplné přeměně. Rentgenová analýza ukázala přítomnost beta-nitridu křemíku (SÍ3N4), alfa-kysličník hliníku (AI2O3) a podstatného množství tuhého roztoku podle vzorce (1).' Produkt nitridace byl mlet 48 hodin a poté zpracován hydrostatickým lisováním při tlaku 200 MPa na pevné výlisky Výlisky byly opracovány soustružením a reakční slinování dokončeno výpalem v atmosféře výše uvedeného složení a tlaku, přičemž konečná vypalovací teplota byla 1750 °C po dobu 30 minut. Výrobky měly smrštěním pálením 14 % objemovou hmotnost 3,0.103 kg m3 nasákavost ve vodě 0 %
Rentgenová analýza ukázala přítomnost dominantního množství tuhého roztoku podle vzorce (1) á malého množství další neidentifikované krystalické fáze.
V druhém příkladu konkrétního provedení podle vynálezu byla 48hodlnovým suchým mletím připravena směs těchto výchozích látek:
683 g kysličník hlinitý, měrný povrch 5 m2/g. 280 g. nitrid hliníku, měrný povrch 1 m2/g, 1133 g křemík, měrný povrch 2 m2/g.
Vzniklá směs byla volně nasypána do pouzder a nitridována v atmosféře stejného složení, jako v příkladu 1, celkem 30 hodin s výdržemi 12 hodin na 1350 0 a 3 hodiny na 1470 °Ó, což byla teplota maximální.
Produkt nitridace byl dále zpracován mletím a hydrostatickým lisováním a obráběním a reakční slinování dokončeno stejně jako v příkladu 1. Výrobky měly smrštění pálením 12,5 % objemovou hmotnost 2,95,103 kg/m2, nasákavost ve vodě 3 %.
Rentgenová analýza ukázala výsledek velmi blízký výsledku z příkladu 1.
Claims (2)
- Předmět vynálezu1. Způsob výroby keramiky na bázi oxynitridů hlinito-křemičitých (Sió-xAlxNs-xOx), kde x je větší než 0 a menší než . 6 reakčním slinováním, vyznačený tím, že 10 až 75 hmotnostních % křemíku (Si), 10 až 75 hmotnostních % kysličníku hlinitého (AI2O3J a 1 až 40 hmotnostních % hliníku (Al) a/nebo nitridu hliníku (A1N) se za sucha umele na velikost částic pod 10 μΐη, směs se př.edpálí v dusíkové atmosféře při teplotě 1200 až .1500 °C a tlaku • 0,05 až 5 MPa, načež se tento produkt zá sucha umele na velikost částic pod 10 pen., za studená se lisuje, výlisky se opracují a vypálí v dusíkové atmosféře při teplotě 1500 až1800 QC a tlaku 0,05 až 5 MPa.
- 2. Způsob výroby keramiky podle bodu 1, vyznačený tím, že dusíková atmosféra obsahuje nejméně 50 objemových % dusíku a nejvýše 0,1 objemových % kyslíku, 0,5 objemových % vodní páry a 0,5 objemových % kysličníku uhličitého, přičemž dusíková atmosféra může obsahovat až 50 objemových % vodíku a/nebo argonu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS795577A CS197716B1 (cs) | 1977-12-01 | 1977-12-01 | Způsob výroby keramiky na bázi oxynitridů hlinito-křemičitých |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS795577A CS197716B1 (cs) | 1977-12-01 | 1977-12-01 | Způsob výroby keramiky na bázi oxynitridů hlinito-křemičitých |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS197716B1 true CS197716B1 (cs) | 1980-05-30 |
Family
ID=5429545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS795577A CS197716B1 (cs) | 1977-12-01 | 1977-12-01 | Způsob výroby keramiky na bázi oxynitridů hlinito-křemičitých |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS197716B1 (cs) |
-
1977
- 1977-12-01 CS CS795577A patent/CS197716B1/cs unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3991166A (en) | Ceramic materials | |
| CA1272581A (en) | Nitriding silicon powder articles using high temperature and pressure dwells | |
| CA1226303A (en) | Silicon carbide refractories having modified silicon nitride bond | |
| EP2634160B1 (en) | Volume-change resistant silicon oxy-nitride or silicon oxy-nitride and silicon nitride bonded silicon carbide refractory | |
| CN107032774B (zh) | 高致密化低热膨胀陶瓷制备方法 | |
| EP0504786A2 (en) | Alumina/boron carbide/silicon carbide ceramic composite and method of manufacture | |
| CN108610073A (zh) | 一种耐火抗裂复合砖及其制备方法 | |
| CA2199394A1 (en) | Reaction-bonded silicon carbide refractory product | |
| US4552711A (en) | Use of free silicon in liquid phase sintering of silicon nitrides and sialons | |
| CN102030535B (zh) | 氮化锆增强氧氮化铝复合陶瓷材料的制备方法 | |
| US4528119A (en) | Metal borides, carbides, nitrides, silicides, oxide materials and their method of preparation | |
| CS197716B1 (cs) | Způsob výroby keramiky na bázi oxynitridů hlinito-křemičitých | |
| US5120681A (en) | Ceramic composites containing spinel, silicon carbide, and boron carbide | |
| US3702881A (en) | Reactive hot pressing an oxide through its polymorphic phase change | |
| US4487840A (en) | Use of silicon in liquid sintered silicon nitrides and sialons | |
| CS197717B1 (cs) | Způsob výroby keramiky na bázi oxynitridů hlinito-křemičitých | |
| JP2628668B2 (ja) | 立方晶窒化ほう素焼結体 | |
| KR940010097B1 (ko) | 질화 규소가 결합된 탄화 규소 내화물질 | |
| JPS6143311B2 (cs) | ||
| US5342562A (en) | Reaction processing of AlN/SiC composites and solid solutions | |
| RU2351435C1 (ru) | Способ получения композиционного керамического порошка на основе нитрида кремния и диоксида циркония и шихта для его осуществления | |
| Lee et al. | PREPARATION OF Al 2 O 3-SiC COMPOSITE POWDER BY SHS METHOD | |
| JPH11514623A (ja) | セラミック材料の製造方法 | |
| EP0150180A1 (en) | PROCESS FOR PRODUCING AN OXYNITRIDE / Si 3? N 4? DENSIFIED WITH PREMIXED OXYGEN AND SILICON CARRIERS. | |
| Lichko et al. | High-temperature reaction between silicon carbide and nitrogen under pressure |