CZ285130B6 - Siliciumnitridová keramika odolná vysokým teplotám a způsob její výroby - Google Patents

Siliciumnitridová keramika odolná vysokým teplotám a způsob její výroby Download PDF

Info

Publication number
CZ285130B6
CZ285130B6 CZ932854A CZ285493A CZ285130B6 CZ 285130 B6 CZ285130 B6 CZ 285130B6 CZ 932854 A CZ932854 A CZ 932854A CZ 285493 A CZ285493 A CZ 285493A CZ 285130 B6 CZ285130 B6 CZ 285130B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
silicon nitride
weight
mpa
moldings
equal
Prior art date
Application number
CZ932854A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ285493A3 (en
Inventor
Cornelia Dr. Boberski
Hartmut Dr. Krüner
Günter Dr. Riedel
Rainer Dr. Hamminger
Original Assignee
Hoechst Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoechst Aktiengesellschaft filed Critical Hoechst Aktiengesellschaft
Publication of CZ285493A3 publication Critical patent/CZ285493A3/cs
Publication of CZ285130B6 publication Critical patent/CZ285130B6/cs

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
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Abstract

Řešení se týká tvarových dílů ze slinovaného nitridu křemíku s vysokou mechanickou pevností, které obsahují alespoň 87 % hmotnostních nitridu křemíku a až 13 % hmotnostních kombinace aditiv z oxidu hlinitého a oxidu ytritého, přičemž hmotnostní poměr oxid ytritý/oxid hlinitý je v rozmezí 1,1 až 3,4 a dodatečně mohou obsahovat až 1,0 % hmotnostní oxidu hafničitého a/nebo oxidu zirkoničitého. Tvarové díly mají hustotu vyšší než 98 % teoreticky možné hustoty a jejich mechanická pevnost při teplotě místnosti je vyšší nebo rovná 850 MPa a při teplotě 800 .sup.o.n.C vyšší nebo rovná 800 MPa. Jejich lomová houževnatost K.sub.IC .n.je v oblasti ^sZ^q 8MPa . .sqrt.m.ŕ

Description

Tvarové díly ze slinované siliciumnitridové keramiky, způsob jejich výroby a jejich použití
Oblast techniky
Vynález se týká tvarových dílů ze slinované siliciumnitridové keramiky, která má vysokou pevnost jak při teplotě místnosti, tak při vysokých teplotách, a která obsahuje SÍ3N4 v krystalických fázích a- a/nebo β-modifikace.
Dosavadní stav techniky
Nitrid křemíku a stavební díly, vyrobené zněj slinováním, byly již popsány v četných publikacích. Z JP-A-59/18165 je například známé, že směs nitridu křemíku, oxidu ytritého a oxidu hlinitého ve hmotnostním poměru 94 ku 3 ku 3 se může plynově tlakově slinovat při teplotě vyšší než 1900 °C a může se při tom dosáhnout vysoké pevnosti při teplotě místnosti. Hmotnostní poměr oxidu ytritého a oxidu hlinitého je podle této publikace jedna, což při výrobě tlakovým dvoustupňovým slinovacím cyklem při velmi vysokých teplotách mezi 1900 °C až 1950 °C v kombinaci s velmi dlouhými dobami slinování celkem 4 hodiny ale vede ke struktuře, která je s ohledem na svoji velikost krystalitů příliš hrubá, než aby byla ještě vhodná pro speciální účely použití ve vysoce výkonné technice.
Z JP-A-63/139057 je známé, že se může oxid hlinitý a oxid ytritý přimísit v poměru 1:1 k nitridu křemíku (5 % hmotnostních a 5 % hmotnostních), ovšem přítomnost nitridu hliníku v množství 2,1 % hmotnostních, nutná dodatečně po tomto kroku, způsobuje tvorbu sialonů, čímž se nepříznivě ovlivňují technické vlastnosti siliciumnitridových dílů, obzvláště jejich pevnost.
V EP-A-197 548 je popsáno, že se jako aditiva k nitridu křemíku může využít 0,5 až 4% hmotnostní oxidu hlinitého a 4 až 8 % hmotnostních oxidu ytritého, přičemž se ale nemusí zachovávat žádný určitý hmotnostní poměr obou aditiv. Po tomto kroku se však ve tvarových dílech dosáhne pouze 85 až 97 % teoreticky možné hustoty.
Z další japonské publikace JP-A-31/53574 je známá přítomnost oxidu hafničitého jako aditiva v nitridu křemíku. Podle této publikace se ovšem oxid hafničitý slučuje s ytriem na sloučeninu Y2Hf2O7.
Podstata vynálezu
Úkolem předloženého vynálezu je vytvořit kombinaci aditiv, pomocí které by bylo možné dále zlepšit pevnostní vlastnosti slinovaných tvarových dílů z nitridu křemíku při teplotě místnosti a současně i při teplotách vyšších než 800 °C, jakož i vypracovat odpovídající způsob výroby zcela obzvláště vysokým teplotám odolných stavebních dílů z nitridu křemíku.
Výše uvedený úkol byl vyřešen vytvořením tvarových dílů uvedeného typu, jejichž charakteristické znaky spočívají v tom, že obsahují alespoň 87 % hmotnostních nitridu křemíku a až 13 % hmotnostních kombinace aditiv z oxidu hlinitého a oxidu ytritého, přičemž hmotnostní poměr oxid ytritý/oxid hlinitý je v rozmezí 1,1 až 3,4, že dodatečně obsahují 0 až 1,0 % hmotnostní oxidu hafničitého a/nebo oxidu zirkoničitého, že tvarové díly mají hustotu vyšší než 98 % teoreticky možné hustoty a že pevnost v ohybu při teplotě místnosti je vyšší než 850 MPa a při teplotě 800 °C vyšší nebo rovná 800 MPa.
- 1 CZ 285130 B6
Na rozdíl od všeobecných předpokladů se ukázalo, že je možno vyrobit tvarové díly ze siliciumnitridové keramiky s relativně vysokými obsahy oxidu hlinitého bez vykrystalizování skleněné fáze, které mají dobré pevnosti jak při teplotě místnosti, tak také při zvýšených teplotách použití při současně vysoké lomové houževnatosti. Podle předloženého vynálezu se toho dosáhne součástmi oxidu hafničitého a/nebo oxidu zirkoničitého v amorfní fázi a/nebo nastavením vhodného poměru oxid ytritý/oxid hlinitý. Látkami, rozpuštěnými v amorfní fázi, se transformační teplota TG amorfní fáze zvýší a/nebo se její viskozitně-teplotní chování nad TG příznivě ovlivní ve směru k vyšším pevnostem tvarových dílů při vyšších teplotách.
Struktura siliciumnitridové keramiky je tvořena tyčinkovitými krystaly nitridu křemíku a zrnitou hraniční fází. Krystaly se normálně vyskytují v nepravidelném, čistě náhodném uspořádání, které se označuje jako izotropní struktura. Pro charakterizaci struktury se pokusná tělesa zabrousí, zaleptají a potom se opticky zkoumají pomocí rastrového elektronového mikroskopu, přičemž se vypracuje zobrazení při zvětšení 5000x a lOOOOx. Tato zobrazení se potom poloautomaticky vyhodnocují. Pro každé pokusné tělese se musí vyhodnotit asi 500 až 1500 zrn, přičemž se vždy delší diagonála zrna definuje jako délka zrna L a kratší diagonála se definuje jako šířka zrna B. Stupeň prodloužení A se tvoří z poměru L ku B. Pro stanovení stupně prodloužení se vyhodnocuje alespoň 40 zrn pro jedno zkušební těleso s pokud možno rovnoběžnými hranami zrna a pokud možno velkými délkami zrn, aby se vyrovnal vlit řezného efektu.
Tvarové díly podle předloženého vynálezu mají výhodně mikrostrukturu, u které se uvnitř jemně rozptýlené amorfní fáze vyskytuje jemnozmná struktura nitridu křemíku s počtem zrn větším než 3 x 106 zm/mm2, se střední šířkou krystalitů nitridu křemíku menší než 0,4 pm, maximální šířkou zrn nejvýše 2 pm a se stupněm prodloužení větším než 8, přičemž amorfní zrnitá hraniční fáze mezi zrny nitridu křemíku není silnější než 0,1 pm.
Lomová houževnatost tvarových dílů podle předloženého vynálezu K1C je výhodně vyšší než 9 MPaŇm, jejich mechanická pevnost v ohybu (čtvrtý bod ohybových zkoušek podle DIN 51 110) při teplotě místnosti je přes 950 MPa a jejich mechanická pevnost v ohybu při teplotě nad 800 °C je přes 800 MPa. S ohledem na vysoké slinovací hustoty > 98 % teoreticky možné hustoty je E-modul v oblasti 290 až 320 GPa. S relativně nepatrným součinitelem tepelné roztažnosti 3,1.10‘6/K a tepelnou vodivostí 20 W/m.K mají tvarové díly podle předloženého vynálezu dobrou odolnost vůči teplotním šokům, kvantifikovanou kritickou teplotní diferenci > 800 K.
Stavební díly podle předloženého vynálezu jsou vhodné obzvláště pro použití ve strojírenství a stavbách zařízení, jakož i jako ventily ve spalovacích motorech pro automobily.
Způsob výroby tvarových dílů z nitridu křemíku podle předloženého vynálezu předpokládá, že se nejprve vyrobí směs nitridu křemíku s měrným povrchem 2 až 15 m2/g, obsahem kyslíku < 1,5 % hmotnostních a podílem β-modifikace < 2 % objemová s jemně rozmělněným oxidem ytritým, oxidem hlinitým, popřípadě oxidem hafničitým a/nebo oxidem zirkoničitým. Celkový obsah aditiv má být podle vynálezu v rozmezí 5 až 13 % hmotnostních, vztaženo na celkovou hmotnost směsi. Obzvláště má být obsah aditiv v rozmezí 8 až 10 % hmotnostních. Tato směs se potom promísí s kapalným disperzním činidlem (voda nebo organické rozpouštědlo) a rozemele se a takto vyrobená suspenze se usuší a aglomeruje, například v rozprašovací sušárně. Potom se získaný aglomerát slisuje, nastříkne nebo redisperguje a odlije na tvarové díly, načež se při teplotě v rozmezí 1725 až 1850 °C a za tlaku dusíku v rozmezí 2 až 8 MPa plynově tlakově slinuje po dobu maximálně 2 hodiny.
-2 CZ 285130 B6
Příklady provedení vynálezu
Následující příklady provedení vynálezu pro odborníky blíže objasňují, bez toho, že by však představovaly omezení pouze na tato konkrétní provedení.
Příklad 1 a 2
Vyrobí se směs prášků z 87,7 % hmotnostních nitridu křemíku (98 % a-Si3N4 a 2 % β-modifikace; obsah kyslíku < 1,5 % hmotnostní, měrný povrch BET = 11 m2/g), 2,3 % hmotnostních oxidu křemičitého a 10,0 % hmotnostních oxidu ytritého. V uvedené směsi činí celkový obsah aditiv 12,3 % hmotnostních a hmotnostní poměr oxidu ytritého k oxidu hlinitému 4,35. Tato směs se ve vsázkách 400 g intenzivně mele a mísí v kulovém mlýně s koulemi z oxidu hlinitého a s izopropylalkoholem jako dispergačním činidlem po dobu dvou hodin. Získaná suspenze se v rotační odparce vysuší a potom se prošije přes síto s velikostí ok 250 pm. Tento prášek se potom izostaticky slisuje za tlaku 300 MPa na syrová tělesa.
Slinování se provádí podle příkladu 1 beztlakově v dusíkové atmosféře při tlaku dusíku 0,1 MPa, přičemž se v časovém období jedné hodiny zvýší teplota na 1800 °C, tato se ponechá po dobu jedné hodiny a potom se během dalších tří hodin teplota sníží na teplotu místnosti.
Podle příkladu 2 se slinuje za tlaku plynu 2 MPa po dobu 30 minut. Výsledky příkladu 1 a 2 jsou uvedeny v následující tabulce 1. Použití tlaku plynu zlepšuje pevnost za vysoké teploty.
Pevnost při vysokých teplotách jsou u obou vzorků pod 700 MPa při relativně vysoké lomové houževnatosti Kic = 9,2, popřípadě 10,1 MPa . Vm.
Příklad 3 až 5
Vyrobí se smě prášků z 87,7 % hmotnostních nitridu křemíku (98 % a-Si3N4 a 2 % βmodifikace; obsah kyslíku < 1,5% hmotnostní, měrný povrch BET = llm2/g), s různým celkovým množstvím přidaným slinovacím aditiv a s různými dále uvedenými poměry oxidu ytritého k oxidu křemičitému:
Celk. ad. Y2O:
Př. 2 (srovnávací) 12,3 4,35
př. 3 10,0 3,5
př. 4 (vynález) 8,0 2,0
př. 5 6,0 1,0
Jak je popsáno v souvislosti s příkladem 1, vzorky se smísí, rozemelou, usuší a zformují se tvarová tělesa, která se plynově tlakově slinují. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 2.
Dostatečně dobrého zhutnění se dosáhne pouze v příkladech 4 a 2, přičemž příklad 4 odpovídá vynálezu a od příkladu 2 (srovnávací příklad podle stavu techniky dle Boberski a kol., mechanical properties of gas pressure sintered silicon nitride, in Proceedings of 4* internát. Symp. Of Ceramic Materiál and Components for Enginer, Goteborg 1991) se liší tím, že celkový obsah aditiv byl redukován a poměr oxidu ytritého k oxidu hlinitému byl snížen na 2.
Pevnost v ohybu vzorku podle příkladu 4 činí při teplotě 1000 °C 800 MPa. Tyto vzorky se dále vyznačují tím, že mají vysokou hodnotu KiC 10,5 MPa . Vm. Strukturní znaky jsou jednotlivě uvedeny v tabulce 2.
Vedle nitridu křemíku se vyskytuje amorfní zrnitá hraniční fáze. Mimořádně dobrých vlastností při vysokých teplotách se dosáhne volbou vhodných poměrů aditiv, jakož i použitím pro ně přizpůsobeného programu slinování, který vede k nastavení struktury podle vynálezu.
Příklad 6, 7 a 8
Pro variaci celkového množství aditiv při konstantním poměru oxidu ytritého k oxidu hlinitému se vyrobí prášky z nitridu křemíku (98 % 01-SÍ3N4 a 2 % β-modifikace; obsah kyslíku < 1,5 % hmotnostní, měrný povrch BET - 11 m2/g) s různým celkovým množstvím přidaných slinovacích aditiv, aby s konstantním poměrem oxidu ytritého k oxidu křemičitému = 2. Kromě toho se pro změnu kapalné fáze (viskozita) během slinování přidává 0,2 % hmotnostní oxidu ziskoničitého, popřípadě 0,4 % hmotnostní oxidu hafničitého a jako srovnání 0,2 % hmotnostní oxidu vápenatého
Přídavek ski. fáze celk. obsah aditiv
Př. 6 0,2 % hm. CaO 6,0 % hm.
př. 4 (vynález) - 8,0 % hm.
př. 7 (vynález) 0,4 % hm. HfO2 10,4 %hm.
př. 8 (vynález) 0,2 % hm. ZrO2 12,5 %hm.
Jak je popsáno v příkladě 1 a 2, vzorky se smísí, rozemelou, usuší a zformují se tvarová tělesa, která se plynově tlakově slinují. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 3.
Dostatečně dobrého zhutnění se nedosáhne pouze v příklad 6; to značí, že při zvoleném složení a podmínkách plynově tlakové slinování nemohlo být dosaženo dostatečně vysokého zhutnění, které by garantovalo dobrou pevnost. Při nepatrném obsahu aditiv 6 % hmotnostních se tedy musí zvolit jiné podmínky zhutnění. Přídavek oxidu hafničitého (příklad 7) při poněkud zvýšeném celkovém obsahu aditiv vede vedle excelentního zhutnění k velmi dobrým vlastnostem za vysokých teplot a činí 869 MPa při 1000 °C. Vzorek se vyznačuje také tím, že se nitrid křemíku vyskytuje jak v α-modifikaci, tak také v β-modifikaci. Oxid hafničitý se vyskytuje rozpuštěný ve skleněné fázi, neboť v rentgenovém ohybovém spektru nemohla být prokázána vedle nitridu křemíku žádná krystalická fáze, obsahující hafnium. Také přídavek oxidu zirkoničitého (příklad 8) vede k dobrým vlastnostem za vysokých teplot.
-4 CZ 285130 B6
Tabulka 1: Složení, podmínky slinování a výsledky ke stavu techniky
Příklad 1 2
Složení (% hmotnostní)
-S13N4 87,71 87,71
-ai2o3 2,28 2,28
-y203 10,01 10,01
- celkový obsah aditiv 12,29 12,29
-Y2O3/A12O3 4,4 4,4
podmínky slinování
- teplota (°C) 1800 1750
- tlak dusíku (MPa) 0,1 2
- doba prodlení (h) 1 0,5
hustota (% teoretické hustoty) 98,5 98,9
krystalická fáze 3-sí3n4 p-Si3N4
pevnost v ohybu * (MPa)
-při 25 “C1’ 720 771
-při 1000 °C2) 545 699
lomová houževnatost KiC (MP.Vm) 9,2 10,1
parametry struktury:
- stupeň protažení 6,0 7,5
- počet zrn na plochu (10+6/mm2) 1,0 4,0
- střední šířka zrn (pm) 0,6 0,5
Tabulka 2: Složení, podmínky slinování a výsledky příkladů 3 až 5
Příklad 3 4 5
Složení (% hmotnostní)
- Si3N4 89,95 92,00 94,00
-A12O3 2,28 2,67 3,00
-y203 7,77 5,33 3,00
- celkový obsah aditiv 10,00 8,00 6,00
- Y2O3/A12O3 3,5 2,0 1,0
podmínky slinování
- teplota (°C) 1800 1725 1850
- tlak dusíku (MPa) 2 8 8
- doba prodlení (h) 1,5 1,5 0,5
hustota (% teoretické hustoty) 94,6 99,99 97,9
krystalická fáze p-Si3N4 p-Si3N4 p-Si3N4
pevnost v ohybu * (MPa)
- při 25 OC0 798 983 724
-při 1000 °C2) 601 800 579
lomová houževnatost KIC (MPa. Nm) 8,9 10,5 8,2
parametry struktury:
- stupeň protažení 8,0 9,7 8,5
- počet zrn na plochu (10+6/mm2) 2,0 4,5 3,5
- střední šířka zrn (pm) 0,5 0,2 0,3
- 5 CZ 285130 B6
Tabulka 3: Složení, podmínky slinování a výsledky příkladů 6 až 8
Příklad 6 7 8
Složení (% hmotnostní)
- Si3N4 93,80 89,61 87,51
- A12O3 2,00 3,33 4,10
-Y2O3 4,00 6,66 8,20
- přísada 0,2 CaO 0,4 HfO2 0,2 ZrO2
- celkový obsah aditiv 6,2 10,4 12,5
- Y2O3/AI2O3 2,0 2,0 2,0
podmínky slinování
- teplota (°C) 1800 1750 1850
- tlak dusíku (MPa) 2 8 2
- doba prodlení (h) 0,5 0,5 1,5
hustota (% teoretické hustoty) 92,0 99,1 98,5
krystalická fáze (3-Si3N4 p-Si3N4 P-Si3N4
89%
a-Si3N4—11 %
pevnost v ohybu * (MPa)
- při 25 ο€υ 707 1045 853
-při 1000 °C* 1 2) 566 869 805
lomová houževnatost KiC (MPa. Vm) 7,6 9,5 10,0
parametry struktury:
- stupeň protažení
- počet zrn na plochu (10+6/mm2) 4,0 6,1 5,0
- střední šířka zrn (pm) 0,45 0,15 0,25
Vysvětlivky k tabulkám 1 až 3:
* Pevnost v ohybu byla zjištěna podle DIN 51 110,
Kic byla zjištěna pomocí vrubové metody podle DIN 51 109 (hloubka vrubu = 1/3 výšky vzorku), zjištěno z alespoň 6 měřených hodnot, 2) zjištěno z alespoň 3 měřených hodnot.

Claims (9)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Tvarové díly ze slinované siliciumnitridové keramiky, které mají vysokou mechanickou pevnost a obsahují nitrid křemíku v krystalických fázích a- a/nebo β-modifikace, vyznačující se tím, že obsahují alespoň 87% hmotnostních nitridu křemíku a až 13% hmotnostních kombinace aditiv z oxidu hlinitého a oxidu ytritého, přičemž hmotnostní poměr oxid ytritý/oxid hlinitý je v rozmezí 1,1 až 3,4, tvarové díly mají hustotu vyšší než 98% teoreticky možné hustoty a že jejich pevnost při teplotě místnosti je vyšší nebo rovná 850 MPa a při teplotě 800 °C vyšší nebo rovná 800 MPa.
  2. 2. Tvarové díly podle nároku 1, vyznačující se tím, že dodatečně obsahují až 1,0 % hmotnostní oxidu hafničitého a/nebo oxidu zirkoničitého.
    - 6 CZ 285130 B6
  3. 3. Tvarové díly podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že mají lomovou houževnatost Kic > 8 MPa 0m.
  4. 4. Tvarové díly podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že siliciumnitridová keramika má počet zrn na plošnou jednotku větší než 3.106 zm/mm2, přičemž zrna mají střední šířku menší nebo rovnou 0,4 pm, maximální šířku menší nebo rovnou 2 pm a stupeň prodloužení větší nebo rovný 8.
  5. 5. Tvarové díly podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že mají jemné rozdělení zrnité hraniční fáze, odpovídající amorfní zrnité hraniční fáze mezi zrny nitridu křemíku ne silnější než 0,1 pm.
  6. 6. Tvarové díly podle některého z nároků laž5, vyznačující se tím, že lomová houževnatost Kic je vyšší než 9 MPa0m a jejich mechanická pevnost v ohybu při teplotě místnosti je vyšší nebo rovná 950 MPa.
  7. 7. Způsob výroby tvarových dílů ze slinovaného nitridu křemíku podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že se nejprve vyrobí směs nitridu křemíku s měrným povrchem BET v rozmezí 2 až 15 m2/g, obsahem kyslíku nižším než 1,5% hmotnostních a obsahem β-modifikace menší než 2 % objemová, s jemně rozmělněným oxidem ytritým, oxidem zirkoničitým, přičemž celkový obsah aditiv je v rozmezí 6 až 13 % hmotnostních, vztaženo na celkovou hmotnost směsi, tato směs se potom promísí s kapalným disperzním činidlem a rozemele se a takto vyrobená suspenze se usuší a aglomeruje, získaný aglomerát se slisuje, nastříkne nebo redisperguje a odlije na tvarové díly, načež se při teplotě v rozmezí 1725 až 1850 °C a pod dusíkovou atmosférou slinuje po dobu maximálně 2 hodiny.
  8. 8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že celkový obsah aditiv je v rozmezí 8 až 10 % hmotnostních.
  9. 9. Použití tvarových dílů podle některého z nároků 1 až 6 ve strojírenství a stavbách zařízení, jakož i jako ventilů ve spalovacích motorech automobilů.
CZ932854A 1992-12-23 1993-12-21 Siliciumnitridová keramika odolná vysokým teplotám a způsob její výroby CZ285130B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4243743 1992-12-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ285493A3 CZ285493A3 (en) 1994-07-13
CZ285130B6 true CZ285130B6 (cs) 1999-05-12

Family

ID=6476309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ932854A CZ285130B6 (cs) 1992-12-23 1993-12-21 Siliciumnitridová keramika odolná vysokým teplotám a způsob její výroby

Country Status (12)

Country Link
US (2) US5720919A (cs)
EP (1) EP0603787B1 (cs)
JP (1) JPH06219839A (cs)
KR (1) KR940014258A (cs)
AT (1) ATE164371T1 (cs)
BR (1) BR9305200A (cs)
CZ (1) CZ285130B6 (cs)
DE (1) DE59308305D1 (cs)
DK (1) DK0603787T3 (cs)
ES (1) ES2116395T3 (cs)
MX (1) MX9400078A (cs)
TW (1) TW267997B (cs)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2124093C (en) * 1994-03-31 2001-04-17 Prasad S. Apte Microwave sintering process
JP2723170B2 (ja) * 1994-06-30 1998-03-09 科学技術庁無機材質研究所長 超塑性窒化ケイ素焼結体
JP3624225B2 (ja) * 1994-10-04 2005-03-02 独立行政法人産業技術総合研究所 窒化ケイ素系又はサイアロン系のセラミックス及びその成形法
JPH0925171A (ja) * 1995-07-11 1997-01-28 Ngk Insulators Ltd 成形用造粒粉体及びその製造方法並びに当該粉体を用いて作製された窒化珪素焼結体
JP3559382B2 (ja) * 1996-03-29 2004-09-02 京セラ株式会社 窒化珪素質焼結体の製造方法
DE19748225A1 (de) * 1997-10-31 1999-05-06 Ceramtec Ag Siliciumnitridkeramik mit hoher mechanischer Festigkeit bei Raum- und erhöhter Temperatur
JP4070417B2 (ja) * 2000-03-31 2008-04-02 日本特殊陶業株式会社 窒化珪素質部材及びその製造方法並びに切削工具
US7776085B2 (en) 2001-05-01 2010-08-17 Amedica Corporation Knee prosthesis with ceramic tibial component
EP1389978B1 (en) * 2001-05-01 2009-01-07 Amedica Corporation Radiolucent bone graft
US7695521B2 (en) 2001-05-01 2010-04-13 Amedica Corporation Hip prosthesis with monoblock ceramic acetabular cup
EP1408874B1 (en) * 2001-06-14 2012-08-08 Amedica Corporation Metal-ceramic composite articulation
AU2003297195A1 (en) * 2002-12-17 2004-07-22 Amedica Corporation Total disc implant
US8252058B2 (en) 2006-02-16 2012-08-28 Amedica Corporation Spinal implant with elliptical articulatory interface
EP2377839B1 (en) * 2009-01-13 2016-10-26 Hitachi Metals, Ltd. Silicon nitride substrate manufacturing method
KR101044202B1 (ko) * 2009-02-26 2011-06-29 순천향대학교 산학협력단 현탁액에 기포발생을 이용한 다공질 Ｓｉ₂Ｎ₂Ｏ－Ｓｉ₃Ｎ₄복합체의 제조방법
WO2014200014A1 (ja) * 2013-06-13 2014-12-18 株式会社東芝 窒化珪素製耐摩耗性部材および窒化珪素焼結体の製造方法
CN108046808B (zh) * 2018-01-05 2020-08-11 广东工业大学 一种Si3N4梯度材料及其制备方法

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5823345B2 (ja) * 1979-02-22 1983-05-14 株式会社東芝 セラミックス焼結体の製造方法
EP0015121A1 (en) * 1979-02-23 1980-09-03 Crosrol Limited Apparatus for cleaning the surface of a rotating roller
JPS5920269B2 (ja) * 1979-10-04 1984-05-11 東光株式会社 チヨッパ型スイッチングレギユレ−タ
JPS57196766A (en) * 1981-05-27 1982-12-02 Tokyo Shibaura Electric Co Engine parts
DE3266050D1 (en) * 1981-10-12 1985-10-10 Sumitomo Electric Industries Method for sintering silicon nitride
US4400427A (en) * 1981-12-21 1983-08-23 Gte Laboratories Incorporated Sintered silicon nitride ceramic articles having surface layers of controlled composition
JPS5918165A (ja) * 1982-07-19 1984-01-30 日本特殊陶業株式会社 窒化珪素焼結体の製造方法
JPS5918155A (ja) * 1982-07-21 1984-01-30 松下電器産業株式会社 磁器組成物
JPS59184770A (ja) * 1983-04-04 1984-10-20 日本碍子株式会社 窒化珪素焼結体およびその製造法
JPS6054976A (ja) * 1983-09-02 1985-03-29 日本碍子株式会社 窒化珪素焼結体
US4628039A (en) * 1984-03-06 1986-12-09 Kyocera Corporation Sintered silicon nitride body
US4552851A (en) * 1984-05-02 1985-11-12 Gte Products Corporation Formation of yttrium aluminate as sintering aid for silicon nitride bodies
US4739801A (en) * 1985-04-09 1988-04-26 Tysubakimoto Chain Co. Flexible supporting sheath for cables and the like
EP0197548B1 (en) * 1985-04-10 1991-07-17 GTE Products Corporation Silicon nitride fixtures
US4640902A (en) * 1985-05-31 1987-02-03 Rockwell International Corporation Low thermal conductivity Si3 N4 /ZrO2 composite ceramics
US4834928A (en) * 1985-08-01 1989-05-30 Gte Laboratories Incorporated Doped silicon nitride article
JPS62153169A (ja) * 1985-12-25 1987-07-08 株式会社東芝 窒化ケイ素セラミツクス焼結体
DE3769261D1 (de) * 1986-09-30 1991-05-16 Sumitomo Electric Industries Siliziumnitridsintermaterial fuer schneidwerkzeuge und verfahren zu seiner herstellung.
JP2577899B2 (ja) * 1987-01-28 1997-02-05 本田技研工業株式会社 窒化珪素質焼結体及びその製造法
US5120328A (en) * 1988-01-27 1992-06-09 The Dow Chemical Company Dense, self-reinforced silicon nitride ceramic prepared by pressureless or low pressure gas sintering
US4870036A (en) * 1988-03-08 1989-09-26 Allied-Signal Inc. High strength silicon nitride
DE68910363T3 (de) * 1988-04-07 1998-02-26 Toyoda Chuo Kenkyusho Kk Siliciumnitrid-Sinterkörper.
US5126294A (en) * 1988-08-09 1992-06-30 Nissan Motor Co., Ltd. Sintered silicon nitride and production method thereof
JPH0761903B2 (ja) * 1988-08-25 1995-07-05 本田技研工業株式会社 高温高強度窒化珪素質焼結体及びその製造方法
JP2755702B2 (ja) * 1989-07-27 1998-05-25 株式会社東芝 耐摩耗性部材
US5204296A (en) * 1989-09-26 1993-04-20 Rockwell International Corporation Process for injection molding ceramics
US5114888A (en) * 1989-11-21 1992-05-19 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Silicon nitride sintered body and method for producing same
DE4038003C2 (de) * 1990-11-29 1997-01-02 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von Sinterwerkstoffen auf Si¶3¶N¶4¶-Basis
US5173458A (en) * 1990-12-28 1992-12-22 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon nitride sintered body and process for producing the same
DE4102628A1 (de) * 1991-01-30 1992-08-06 Bayer Ag Verfahren zur herstellung eines werkstoffes auf si(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)n(pfeil abwaerts)4(pfeil abwaerts)-basis, so hergestellte werkstoffe sowie deren verwendung
JPH0570242A (ja) * 1991-06-26 1993-03-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 耐衝撃材用窒化ケイ素系焼結体
US5502011A (en) * 1991-10-21 1996-03-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon nitride sintered body
US5401450A (en) * 1991-12-20 1995-03-28 Nissan Motor Co., Ltd β-silicon nitride sintered body and method of producing same
US5439856A (en) * 1992-09-08 1995-08-08 Kabushiki Kaisha Toshiba High thermal conductive silicon nitride sintered body and method of producing the same
JP3198662B2 (ja) * 1992-09-21 2001-08-13 住友電気工業株式会社 窒化ケイ素系焼結体及びその製造方法
US5424256A (en) * 1993-03-17 1995-06-13 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon nitride sintered body

Also Published As

Publication number Publication date
ES2116395T3 (es) 1998-07-16
KR940014258A (ko) 1994-07-18
DE59308305D1 (de) 1998-04-30
TW267997B (cs) 1996-01-11
CZ285493A3 (en) 1994-07-13
EP0603787A3 (de) 1994-11-23
EP0603787A2 (de) 1994-06-29
US5556815A (en) 1996-09-17
ATE164371T1 (de) 1998-04-15
EP0603787B1 (de) 1998-03-25
US5720919A (en) 1998-02-24
DK0603787T3 (da) 1998-09-28
BR9305200A (pt) 1994-06-28
JPH06219839A (ja) 1994-08-09
MX9400078A (es) 1994-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ285130B6 (cs) Siliciumnitridová keramika odolná vysokým teplotám a způsob její výroby
Kim et al. Effect of initial α‐phase content on microstructure and mechanical properties of sintered silicon carbide
Zhou et al. Effects of intergranular phase chemistry on the microstructure and mechanical properties of silicon carbide ceramics densified with rare‐earth oxide and alumina additions
US5045513A (en) Sintered body of silicon nitride and its manufacture
EP0589411A2 (en) Silicon nitride sintered body and process for producing the same
EP0385509A1 (en) Process for producing ceramic composites
EP0174153A1 (en) A silicon nitride sintered body and method of producing the same
US5312788A (en) High toughness, high strength sintered silicon nitride
US5134097A (en) Silicon nitride-silicon carbide composite material and process for production thereof
US6139791A (en) Method of making in-situ toughened alpha prime SiAlon-based ceramics
WO1993017981A1 (en) Sia1on composites and method of preparing the same
EP1414580B1 (en) Multication doped alpha-beta sialon ceramics
US5424256A (en) Silicon nitride sintered body
US5234642A (en) High strength silicon nitride sintered body and process for producing same
US5401450A (en) β-silicon nitride sintered body and method of producing same
CN113548891A (zh) 一种两相钽酸钴陶瓷块体及其制备方法
US5118644A (en) Thermal shock-resistant silicon nitride sintered material
US5759933A (en) Gas pressure sintered silicon nitride having high strength and stress rupture resistance
EKSTRÖM et al. α‐β sialon ceramics made from different silicon nitride powders
KR100325325B1 (ko) 강도와 인성이 우수한 질화규소 세라믹 제조방법
US5637540A (en) Sintered silicon nitride of high toughness, strength and reliability
JPH0555470B2 (cs)
JP3328280B2 (ja) 高い靭性、強度及び信頼性を有する焼結窒化ケイ素
CA1122385A (en) Method for producing dense silicon nitride containing yttrium oxide and aluminum oxide and having high temperature strength and oxidation resistance
Lee et al. Sintered-reaction Bonded Silicon Nitride Densified by a Gas Pressure Sintering Process Effects of Rare Earth Oxide Sintering Additives

Legal Events

Date Code Title Description
IF00 In force as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20001221