DE10007780B4

DE10007780B4 - Gesintertes Produkt auf Basis von Siliciumnitrid und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE10007780B4
Application number: DE10007780A
Authority: DE
Inventors: Takero Kokubu Fukudome; Masahiro Kokubu Sato; Katsushi Kokubu Sakaue
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: DE10007780A1

Abstract

Gesintertes Produkt auf Basis von Siliciumnitrid, mit einer Siliciumnitridkristallphase, worin eine Kristallphase aus RE₂Si₃N₂O₅ und/oder RE₃AlSi₂O₇N₂, wobei RE ein Element der Gruppe 3a des Periodensystems darstellt, an den Korngrenzen der Siliciumnitridkristallphase kristallisiert ist, gekennzeichnet durch ein Röntgenbeugungsbild, bei dem die Intensität des [211]-Reflexes von RE₂Si₃N₂O₅ und die Intensität des [102]-Reflexes von RE₃AlSi₂O₇N₂ zur Intensität des [200]-Reflexes von Si₃N₄ im Verhältnis von nicht kleiner als 0,2 steht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein gesintertes Produkt auf Basis von Siliciumnitrid, das in vorteilhafter Weise für Teile von Wärmekraftmaschinen, wie Teile von Motoren und Teile von Gasturbinen, verwendet werden kann. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein gesintertes Produkt auf Basis von Siliciumnitrid mit einer hohen Festigkeit über einen breiten Temperaturbereich von Normaltemperatur bis Hochtemperaturen sowie mit einer hervorragenden statischen Dauerwechselfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Gesinterte Produkte auf Basis von Siliciumnitrid weisen eine hohe Festigkeit auf und haben bisher als Materialien Aufmerksamkeit erregt, die eine hervorragende Beständigkeit gegen wärme, Beständigkeit gegen thermische Schocks und gegen Oxidation mit sich bringen. Deshalb wurden Untersuchungen bezüglich des Einsatzes solcher Produkte für Teile von Wärmekraftmaschinen, zum Beispiel für Keramikteile im Maschinenbau und insbesondere für Teile von Gasturbinen und Motoren, sowie für Kraftfahrzeugteile durchgeführt.
Das Siliciumnitrid selbst ist ein Material, das nur schwer gesintert werden kann. Dementsprechend wird ein hochdichtes und in hohem Maße gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid durch Mischen eines Sinterhilfsmittels, wie eines Oxids eines Seltenerdelements, von Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid, mit Siliciumnitrid und Brennen des Gemisches erhalten. Beispielsweise wird ein Pulvergemisch durch Zugabe des Sinterhilfsmittels zu Siliciumnitridpulver hergestellt, in eine vorgegebene Form gebracht und anschließend in einer nichtoxidierenden Atmosphäre, zum Beispiel in Stickstoff, bei einer Temperatur von 1600 bis 2000°C gebrannt, um ein gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid zu gewinnen.
In einer Stickstoffatmosphäre unter Normaldruck unterliegt das Siliciumnitrid bei einer Temperatur von über 1800°C der Zersetzung. Deshalb wird das Siliciumnitrid normalerweise in einer unter Druck stehenden Stickstoffatmosphäre gebrannt, wobei seine Zersetzung unterdrückt wird. Somit erfolgt das Brennen bei einer hohen Temperatur, und man erhält ein gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid mit einer hervorragenden Festigkeit bei hohen Temperaturen.
Ferner war bekannt, daß ein gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid mit einer hervorragenden Festigkeit bei hohen Temperaturen durch Kristallisieren des an den Korngrenzen der Siliciumnitridkristallphase vorliegenden Sinterhilfsmittels in der Weise, daß Kristallphasen, wie Melillit (RE₂O₃·Si₃N₄) und Wollastonit (RESi₂N), an den Korngrenzen ausgefällt werden und die Wärmebeständigkeit an den Korngrenzen erhöht wird, erhalten werden kann.
Jedoch gibt es bei dem vorgenannten bekannten gesinterten Produkt aus Siliciumnitrid Probleme, die nachfolgend beschrieben werden.
Beispielsweise ist es möglich, durch Einsatz eines Oxids eines Seltenerdelements, von Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid als Sinterhilfsmittel, ein hochdichtes gesintertes Produkt herzustellen, das bei Normaltemperatur eine erhöhte Festigkeit aufweist. Das Sinterhilfsmittel hat einen niedrigen Schmelzpunkt und erlaubt es, das Brennen bei niedrigen Temperaturen durchzuführen. Es kann deshalb das Wachstum von Siliciumnitridteilchen während des Brennens unterdrückt werden, um so die Festigkeit des gesinterten Produkts bei Normaltemperatur zu erhöhen. Da jedoch das Sinterhilfsmittel einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, wird in dem gesinterten Produkt die Korngrenzenphase sogar bei niedrigen Temperaturen erweicht. Dementsprechend zeigt das gesinterte Produkt bei Normaltemperatur eine erhöhte Festigkeit, aber bei hohen Temperaturen eine verminderte Festigkeit.
Ferner kann dann, wenn das gesinterte Produkt aus Siliciumnitrid durch Brennen bei hohen Temperaturen auf der Basis des Sinterns unter Druck hergestellt werden soll, das gesinterte Produkt eine erhöhte Festigkeit bei hohen Temperaturen mit sich bringen. Dies macht es aber schwierig, das Wachstum der Siliciumnitridteilchen zu steuern. Eine erhöhte Festigkeit kann bei Normaltemperatur nicht erwartet werden.
Bei einem gesinterten Produkt aus Siliciumnitrid, bei dem an den Korngrenzen Kristallphasen, wie Melillit und Wollastonit, ausgefällt werden, wird ferner bei hohen Temperaturen die Korngrenzenphase in vermindertem Ausmaß erweicht und somit eine erhöhte Festigkeit bei hohen Temperaturen erreicht. Dieses gesinterte Produkt kann erhalten werden, wenn das Wachstum der Siliciumnitridteilchen gesteuert wird, und bei Normaltemperatur ergibt sich eine hohe Festigkeit. Dieses gesinterte Produkt unterliegt keiner Kriechdeformation oder einem Kriechabbau, da ein Erweichen der Korngrenzenphase unterdrückt wird. Jedoch entwickelt sich eine statische Ermüdung aufgrund eines unterkritischen Rißwachstums (nachfolgend "SCG" genannt) ohne eine begleitende Deformation. Daraus ergibt sich die Schwierigkeit, daß bei hohen Temperaturen die Zeit bis zum Ausfall verkürzt wird. Außerdem wird wegen der geringen Oxidationsbeständigkeit der an den Korngrenzen ausgefällten Kristallphasen Korngrenzenphase vorzugsweise oxidiert, was eine verschlechterte Korrosionsbeständigkeit in einer oxidierenden Hochtemperaturatmosphäre zur Folge hat.
In der DE 19629074 A1 ist ein gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid beschrieben, das an den Korngrenzen eine sekundäre Kristallphase aus beispielsweise RE₂Si₃N₂O₅ enthält, wobei RE das Yb bedeuten kann. Das dort angegebene röntgendiffraktometrische Intensitätsverhältnis ist auf den [101]- bzw. [210]-Reflex des Si₃N₄ bezogen und liegt im Bereich von 5/10.000 bis 1/10.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein gesintertes Produkt auf Basis von Siliciumnitrid bereitzustellen, das über einen weiten Temperaturbereich von Normaltemperatur bis zu einer hohen Temperatur (zum Beispiel bis zu 1000°C) eine hohe Festigkeit sowie eine hervorragende statische Dauerwechselfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird deshalb ein gesinteres Produkt auf Basis von Siliciumnitrid zur Verfügung gestellt, das eine Siliciumnitridkristallphase. enthält, in der eine Kristallphase aus RE₂Si₃N₂O₅ und/oder RE₃AlSi₂O₇N₂ (RE bedeutet ein Element aus der Gruppe 3a des Periodensystems) an den Korngrenzen der Siliciumnitridkristallphase vorliegt.
Das heißt, da die Kristallphase von RE₂Si₃N₂O₅ oder RE₃AlSi₂O₇N₂ an den Korngrenzen der Siliciumnitridkristallphase vorliegt, zeigt das gesinterte Produkt der Erfindung eine hohe Festigkeit über einen breiten Temperaturbereich von Normaltemperatur bis zu einer hohen Temperatur sowie eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit und statische Dauerwechselfestigkeit.
Ferner wird bei der vorliegenden Erfindung an den Korngrenzen der Siliciumnitridkristallphase eine Kristallphase aus einem Nitrid, Carbid oder Silicid von mindestens einem der Elemente W, Mo, Cu, Mn, Fe und Nb zusätzlich zu den vorgenannten Kristallphasen ausgefällt, um die Festigkeit weiter zu erhöhen und die Abriebbeständigkeit zu verbessern. Ferner wird die Kristallphase aus Al₂RE₄O₉ ausgefällt, um die Oxidationsbeständigkeit weiter zu verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Diagramm, das schematisch die Kristallstruktur eines gesinterten Produkts auf Basis von Siliciumnitrid der vorliegenden Erfindung erläutert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Kristallstruktur des gesinterten Produkts
Unter Bezugnahme auf 1 liegt bei dem gesinterten Produkt der Erfindung eine Hauptkristallphase 1 aus Siliciumnitrid vor. An den Korngrenzen der Hauptkristallphase 1 sind eine Kristallphase (Korngrenzenkristallphase) 2 und amorphe Phasen (amorphe Korngrenzenphasen) 3 und 4 ausgebildet. Die amorphe Korngrenzenphase 3 besteht zwischen den Hauptkristallphasen 1 sowie die amorphe Korngrenzenphase 4 zwischen der Hauptkristallphase 1 und der Korngrenzenkristallphase 2.
Als Siliciumnitrid, aus dem die Hauptkristallphase 1 besteht, kann β-Siliciumnitrid in vorteilhafter Weise verwendet werden. Vom Standpunkt der Zunahme der Festigkeit, die unter Hochtemperaturbedingungen nicht unter 850 MPa liegen soll, ist es erwünscht, daß die Hauptkristallphase 1 eine durchschnittliche Teilchenlänge von höchstens 50 μm, insbesondere von höchstens 30 μm, aufweist.
Aufgrund eines Sinterhilfsmittels, das zum Herstellen des gesinterten Produkts eingesetzt wird, werden an den Korngrenzen der Hauptkristallphase 1 amorphe Phasen 3 und 4 gebildet, die ein Element (RE) der Gruppe 3a des Periodensystems, Silicium (Si), Aluminium (Al) und Sauerstoff (O) enthalten. Ein unterscheidendes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht im Ausfällen der Kristallphase (der Korngrenzenkristallphase 2) aus RE₂Si₃N₂O₅ oder RE₃AlSi₂O₇N₂ an den Korngrenzen.
Die Ursachen für die Verschlechterung der statischen Dauerwechselfestigkeit des gesinterten Produkts aus Siliciumnitrid können grob in die Kriechdeformation und das SCG (das unterkritische Rißwachstum) eingeteilt werden. Wie schon beschrieben, kann die Kriechdeformation durch Kristallisieren der Korngrenzenphase in dem gesinterten Produkt aus Siliciumnitrid vermindert werden. Das SCG wird durch Hohlräume verursacht, die in dem gesinterten Produkt aufgrund einer Restspannung gebildet worden sind, die vom Unterschied in der mechanischen Festigkeit, der thermischen Stabilität und der chemischen Stabilität der Korngrenzenphase stammt, und zwar aufgrund des Unterschieds im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Siliciumnitridkristallphase und der Korngrenzenphase und aufgrund der chemischen Affinität zwischen der Siliciumnitridkristallphase und der Korngrenzenphase.
Bei der vorliegenden Erfindung wird RE₂Si₃N₂O₅ oder RE₃AlSi₂O₇N₂ als Korngrenzenkristallphase 2 ausgefällt, wodurch die Kriechdeformation und die Bildung von Hohlräumen, welche das Auftreten des SCG verursachen, wirksam unterdrückt werden. Das heißt, wenn das gesinterte Produkt der Erfindung, bei dem die Korngrenzenkristallphase 2 ausgefällt ist, dem Experiment zum Bewerten der statischen Dauerwechselfestigkeit (siehe unten) unterworfen und gebrochen wird, zeigt eine Beobachtung der Nachbarschaft der gebrochenen Oberfläche durch ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM), daß die Bildung von Hohlräumen, welche das SCG verursachen, wirksam unterdrückt worden ist. Wie oben beschrieben, weist das gesinterte Produkt des Siliciumnitrids der Erfindung die besondere Eigenschaft des wirksamen Unterdrückens der Bildung von Hohlräumen auf, wodurch es deshalb ermöglicht wird, die Kriechdeformation und das Auftreten des SCG wirksam zu verhindern. Daraus ergibt sich eine ganz hervorragende statische Dauerwechselfestigkeit. Beispielsweise wird bei dem bekannten gesinterten Produkt, in dem die Melillit- oder Wollastonit-Kristallphase an den Korngrenzen der Siliciumnitridkristallphase ausgefällt wird, die Bildung von Hohlräumen, welche das SCG verursachen, nicht unterdrückt, und deshalb ist die statische Dauerwechselfestigkeit nicht zufriedenstellend.
Die Kristallphase von RE₂Si₃N₂O₅ oder von RE₃AlSi₂O₇N₂ ist im Vergleich zu Melillit und Wollastonit thermisch und chemisch stabil. Deshalb erlaubt es das gesinterte Produkt der Erfindung, das die Korngrenzenkristallphase 2 enthält, nicht, daß die Korngrenzenphase bevorzugt oxidiert wird, und zeigt eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit.
Damit die vorgenannte Korngrenzenkristallphase 2 aus RE₂Si₃N₂O₅ oder RE₃AlSi₂O₇N₂ ausgefällt wird, enthält das gesinterte Produkt aus Siliciumnitrid der Erfindung ein Element (RE) der Gruppe 3a des Periodensystems und Aluminium aus dem Sinterhilfsmittel sowie ferner einen Überschuß an Sauerstoff (der später im einzelnen beschrieben wird). Deshalb kann das gesinterte Produkt durch Brennen bei einer relativ niedrigen Temperatur hergestellt werden, und das Wachstum der Siliciumnitridteilchen läßt sich leicht unter Kontrolle halten. Somit macht es die vorliegende Erfindung möglich, ein gesintertes Produkt mit einer hohen Festigkeit bei Normaltemperatur zu erhalten.
Durch die Korngrenzenkristallphase 2, welche ausgefällt wird, wie oben beschrieben, wird ein Erweichen der Korngrenzenphase bei hohen Temperaturen unterdrückt. Dementsprechend weist das gesinterte Produkt der Erfindung eine hohe Festigkeit bei einer hohen Temperatur von beispielsweise 1000°C auf.
Die Bildung der Korngrenzenkristallphase 2 aus RE₂Si₃N₂O₅ oder RE₃AlSi₂O₇N₂ in dem gesinterten Produkt der vorliegenden Erfindung kann durch Röntgenbeugung bestätigt werden. Dabei steht die Intensität (β) des [211]-Reflexes von Re₂Si₃N₂O₅ und des [102]-Reflexes von RE₃AlSi₂O₇N₂ zur Intensität (α) des [200]-Reflexes von Si₃N₄ im Verhältnis (β/α) von nicht kleiner als 0,2. Wenn dieses Verhältnis innerhalb des vorgenannten Bereichs liegt, wird die Korngrenzenkristallphase 2 stark ausgefällt und verbessert deutlich die Oxidationsbeständigkeit, die statische Dauerwechselfestigkeit und die Festigkeit.
Die Röntgenbeugung wird durch die Stufenabtastung bei den folgenden Bedingungen unter Einsatz einer Rontgenbeugungsvorrichtung, hergestellt durch Rigaku Denki Co., gemessen. Die Höhen der Intensitätsmaxima werden als Werte berechnet, die durch Subtrahieren des Hintergrunds von den Maximalhöhen erhalten worden sind.
Röntgenbeugungsmeßbedingungen

Röhre: Cu
Röhrenspannung: 50 kV
Röhrenstrom: 200 mA
Vertikalgoniometer: biaxial
Stufenbreite: 0,02°
Meßzeit: 0,05 s

Der Abstand des [211]-Reflexes von RE₂Si₃N₂O₅ beträgt 2,777 Å, und der Abstand des [102]-Reflexes von RE₃AlSi₂O₇N₂ liegt bei 2,783 Å. Die beiden liegen sehr nahe beieinander, haben Reflexe in der Nähe von 36° (2 θ) und überlappen sich oft gegenseitig, wobei sie einen einzigen Reflex bilden. Bei der vorliegenden Erfindung zeigt sich die Wirkung der Ausfällung der Kristallphase bis zu einem ausreichenden Grad, vorausgesetzt, ein einziger überlappter Reflex hat eine Intensität von nicht unter 1% der Intensität des [200]-Reflexes von Si₃N₄. Deshalb kann das Intensitätsverhältnis (β/α) unter Benutzung nur des einzigen Reflexes berechnet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner die Kristallphase (nachfolgend oft als "harte Kristallphase" bezeichnet) aus einem Nitrid, Carbid oder Silicid mindestens eines der Elemente W, Mo, Cu, Mn, Fe und Nb wunschgemäß als Korngrenzenkristallphase 2 zusätzlich zu der vorgenannten Kristallphase aus RE₂Si₃N₂O₅ oder RE₃AlSi₂O₇N₂ ausgefällt. Das heißt, die Kristallteilchen des Nitrids, Carbids oder Silicids des vorgenannten Elements waren als harte Teilchen bekannt. Durch das Ausfällen der harten Kristallphase, welche die harten Teilchen an den Korngrenzen der Hauptkristallphase 1 enthält, kann die Härte des gesinterten Produkts erhöht und seine Abriebbeständigkeit verbessert werden. Als harte kristalline Teilchen werden vorzugsweise WSi₂, Cu₂Si, FeSi₂ und NbC benutzt. Es ist ferner erwünscht, daß die harten Kristallteilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von höchstens 3 μm, insbesondere von höchstens 1 μm, aufweisen. Die harte Kristallphase aus solchen feinen Teilchen kann an den Korngrenzen über das ganze gesinterte Produkt hinweg gleichmäßig ausgefällt werden, nicht nur, um die Abriebbeständigkeit des gesinterten Produkts zu verbessern, sondern auch um dessen Festigkeit weiter zu erhöhen.
Bei der vorliegenden Erfindung kann ferner die Kristallphase aus Al₂RE₄O₉ (nachfolgend oft "Antioxidationskristallphase" genannt) als Korngrenzenkristallphase 2 ausgefällt werden. Die Antioxidationskristallphase enthält keinen Stickstoff und weist somit eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit auf, verglichen mit den vorgenannten Kristallphasen aus RE₂Si₃N₂O₅ und RE₃AlSi₂O₇N₂. Vom Standpunkt der Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit des gesinterten Produkts ist es deshalb vorteilhaft, die Antioxidationskristallphase als Korngrenzenkristallphase zusammen mit den vorgenannten verschiedenen Kristallphasen auszufällen.
Unter Bezugnahme auf 1 fällt in dem gesinterten Produkt der Erfindung die Korngrenzenkristallphase 2 der vorgenannten verschiedenen Kristallteilchen an den Korngrenzen der Hauptkristallphase 1 des Siliciumnitrids aus. Hier ist es insbesondere erwünscht, die Dicke der amorphen Korngrenzenphasen 3 und 4 soweit wie möglich zu vermindern. Die amorphen Korngrenzenphasen 3 und 4 erweichen leicht bei einer Temperatur von etwa 1000°C und bilden aufgrund der äußeren Belastung leicht Risse, die sich leicht weiterentwickeln. Dementsprechend werden die Korngrenzen der Hauptkristallphase 1 bis zu einem ausreichenden Maße kristallisiert, um die Dicken der amorphen Korngrenzenphasen 3 und 4 möglichst klein zu halten, damit die mechanischen Eigenschaften des gesinterten Produkts unter Hochtemperaturbedingungen verbessert werden. Konkret bedeutet das, daß die Durchschnittsdicke der amorphen Korngrenzenphase 3, die zwischen den Hauptkristallphasen 1 vorliegt, auf nicht mehr als 2 nm und insbesondere auf nicht mehr als 1 nm, sowie die Durchschnittsdicke der amorphen Korngrenzenphase 4 zwischen der Hauptkristallphase 1 und der Korngrenzenkristallphase 2 auf nicht mehr als 5 nm, insbesondere auf nicht mehr als 3 nm, eingestellt werden. Dann kann, wie durch einen unten beschriebenen Versuch gezeigt wird, die Festigkeit des gesinterten Produkts bei hohen Temperaturen erhöht werden, so daß sie nicht unter 800 MPa liegt, und die Zeit bis zum Ausfall unter einer Belastung von 700 MPa in Luft bei 1000°C auf mehr als 100 Stunden verbessert werden.
Die Durchschnittsdicken der amorphen Korngrenzenphasen 3 und 4 können als Durchschnittswerte berechnet werden, und zwar durch Messen der Dicken der Korngrenzenkristallphasen 3 und 4 an mehreren Punkten in einer Photographie der Kristalle, die unter Einsatz eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) aufgenommen worden ist.
Bei der vorliegenden Erfindung können die Korngrenzenkristallphase aus RE₂Si₃N₂O₅ oder RE₃AlSi₂O₇N₂ und die Hartkristallphase oder die Antioxidationskristallphase, die an den Korngrenzen ausgefällt werden können, andere Elemente in Form einer festen Lösung in den Kristallteilchen enthalten.
Es ist erwünscht, daß das gesinterte Produkt der Erfindung eine relative Dichte von nicht unter 99%, insbesondere von nicht unter 99,5%, aufweist. Das gesinterte Produkt mit einer solchen Dichte enthält kleine Poren, hat eine kleine Oberfläche und zeigt deshalb eine weiter erhöhte Festigkeit bei hohen Temperaturen sowie eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit.
Zusammensetzung des gesinterten Produkts
Das gesinterte Produkt der vorliegenden Erfindung hat als Korngrenzenkristallphase 2 eine Kristallphase aus RE₂Si₃N₂O₅ oder RE₃AlSi₂O₇N₂ und enthält deshalb ein Element (RE) der Gruppe 3a des Periodensystems sowie Aluminium, zusätzlich zu Siliciumnitrid (insbesondere β-Siliciumnitrid).
Es ist nötig, daß das Siliciumnitrid in einer Menge von nicht weniger als 80 Gew.-% enthalten ist. Wenn der Gehalt des Siliciumnitrids kleiner als 80 Gew.-% ist, verliert das gesinterte aus Siliciumnitrid seine innere Festigkeit und die Abriebbeständigkeit.
Als Element (RE) der Gruppe 3a des Periodensystems dienen beispielsweise Y, Ce, Er, Yb, Lu und Sm, die jeweils einzeln oder in Form von zwei oder mehr dieser Elemente in dem gesinterten Produkt vorliegen können. Obwohl es bezüglich der Art des Elements RE keine Beschränkung gibt, ist Y am meisten bevorzugt, da es kostengünstig erhältlich ist. Es ist erwünscht, daß das RE in dem gesinterten Produkt in einer Menge von 2 bis 14 Gew.-%, berechnet als Oxid (als RE₂O₃), vorzugsweise in einer Menge von 4 bis 8 Gew.-%, vorliegt. Wenn der RE-Gehalt innerhalb des vorgenannten Bereichs liegt, wird die Kristallphase mit einer schlechten Oxidationsbeständigkeit, wie Melillit (RE₂O₃·Si₃N₄) oder Wollastonit (RESi₂N), am Ausfällen an den Korngrenzen gehindert, und statt dessen wird die Kristallphase der vorgenannten Verbindung RE₂Si₃N₂O₅ oder der Verbindung RE₃AlSi₂O₇N₂ an den Korngrenzen leicht ausgefällt. Außerdem wird beim Brennen bei einer niedrigen Temperatur ein dichtes gesintertes Produkt leicht erhalten.
Es ist ferner erwünscht, daß in dem gesinterten Produkt Aluminium in einer Menge von 2 bis 5 Gew.-%, insbesondere von 2,5 bis 4 Gew.-%, berechnet als Oxid, enthalten ist. Wenn der Aluminiumgehalt innerhalb dieses Bereiches liegt, wird die Korngrenzenphase leicht kristallisiert, und die Sintereigenschaft wird bei niedrigen Temperaturen verbessert. Um die Korngrenzenphase bis zu einem ausreichenden Grad zu kristallisieren, ist es erwünscht, daß das Verhältnis (Al2O₃/RE₂O₃) des Aluminiumgehalts zum Gehalt des Elements der Gruppe 3a des Periodensystems 0,2 bis 0,8, insbesondere 0,25 bis 0,75, beträgt.
Es ist ferner erwünscht, daß das gesinterte Produkt der Erfindung zusätzlich zum vorgenannten Siliciumnitrid, dem Element (RE) der Gruppe 3a des Periodensystems und Aluminium einen Überschuß an Sauerstoff enthält. Der Sauerstoffüberschuß kann eine Sauerstoffkomponente aus dem SiO₂ beinhalten, das als unvermeidbare Verunreinigung in das Siliciumnitridpulver eingemischt ist, welches als Ausgangsmaterial dient, oder eine Sauerstoffkomponente aus SiO₂, das nach Bedarf zugegeben wird. Deshalb entspricht der Gehalt des Sauerstoffüberschusses der Sauerstoffkomponente, die zurückbleibt, wenn das Oxid (RE₂O₃) des Elements der Gruppe 3a des Periodensystems und die Sauerstoffkomponente (einschließlich der Sauerstoff komponente in dem Oxid eines Hartmetalls, aus dem die Hartkristallphase besteht) in dem im gesinterten Produkt enthaltenen Al₂O₃ von der Gesamtmenge an Sauerstoff in dem gesinterten Produkt abgezogen werden. Es ist erwünscht, daß in dem gesinterten Produkt der Erfindung ein Überschuß an Sauerstoff in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-%, insbesondere von 1,5 bis 3,5 Gew.-%, berechnet als SiO₂, vorliegt, wodurch das Ausfällen der Kristallphase, wie eines Disilicats oder Monosilicats des Elements der Gruppe 3a des Periodensystems, wirksam unterdrückt wird. Wenn die Silicatkristallphase ausfällt, wie oben beschrieben, wird zwischen der Hauptkristallphase 1 und der Korngrenzenkristallphase 2 ein aluminiumreicher amorpher Film gebildet. Der amorphe Film deformiert sich bei hohen Temperaturen und verschlechtert die statische Dauerwechselfestigkeit. Durch Anpassen der Überschußmenge des Sauerstoffs, wie oben beschrieben, kann verhindert werden, daß die statische Dauerwechselfestigkeit durch die Bildung des amorphen Films verschlechtert wird. Vom Standpunkt des Verhinderns der Verschlechterung der statischen Dauerwechselfestigkeit (das heißt, vom Standpunkt des Verhinderns der Bildung des aluminiumreichen amorphen Films) ist es erwünscht, daß das Verhältnis (SiO₂/RE₂O₃) der Überschußmenge des Sauerstoffs, berechnet als SiO₂, zur Menge des Elements (RE) der Gruppe 3a des Periodensystems, berechnet als RE₂O₃, 0,2 bis 0,75, vorzugsweise 0,25 bis 0,65, beträgt.
Wenn die vorgenannte harte Kristallphase an den Korngrenzen gebildet wird, ist es erwünscht, daß das gesinterte Produkt der Erfindung Verbindungen mindestens eines der Elemente, welches die obige Kristallphase bilden, enthält, das heißt W, Mo, Cu, Mn, Fe oder Nb in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise von 0,6 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge aus dem vorgenannten Siliciumnitrid, dem Element der Gruppe 3a des Periodensystems, dem Aluminium und dem Sauerstoffüberschuß, alles berechnet als Oxide. Wenn der Gehalt dieser Elemente innerhalb des vorgenannten Bereichs liegt, wird in dem gesinterten Produkt die harte Kristallphase in einer ausreichend großen Menge ohne einen Dichteverlust ausgefällt, woraus eine verbesserte Abriebbeständigkeit und eine verbesserte statische Dauerwechselfestigkeit erwartet werden können.
Der Gehalt dieser Elemente wird jeweils als Oxid berechnet. Beispielsweise wird ein Oxid von W als WO₃, ein Oxid von Mo als MoO₃, ein Oxid von Cu als Cu₂O, ein Oxid von Mn als MnO₂, ein Oxid von Fe als Fe₂O₃ und ein Oxid von Nb als Nb₂O₅ berechnet.
Das gesinterte Produkt der Erfindung kann zusätzlich zu den oben genannten verschiedenen Elementen Metalle in Form von dispergierten Teilchen oder Haarkristallen (whiskers) in einer Gesamtmenge von nicht über 5 Gew.-% enthalten.
Herstellung des gesinterten Produkts
Das gesinterte Produkt der Erfindung mit der vorgenannten Kristallstruktur und Zusammensetzung wird in einer Weise hergestellt, wie unten beschrieben wird, unter Einsatz von Siliciumnitridpulver als Ausgangsmaterial.
Das Siliciumnitridpulver kann entweder α-Si₃N₄ oder β-Si₃N₄ sein. Das α-Si₃N₄ wird durch das Brennen in β-Si₃N₄ umgewandelt, was später beschrieben wird. Es ist ferner erwünscht, daß der Teilchendurchmesser des Siliciumnitridpulvers 0,4 bis 1,2 μm beträgt. Es ist auch erwünscht, daß eine Sauerstoffverunreinigung (die hauptsächlich aus SiO₂ stammt) in einer Menge von 0,5 bis 1,5 Gew.-% vorliegt.
Das vorgenannte Siliciumnitridpulver wird mit einem Pulver eines Oxids (RE₂O₃) eines Elements der Gruppe 3a des Periodensystems und einem Pulver aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) als Sinterhilfsmittel gemischt. Wenn die vorgenannte harte Kristallphase ausgefällt werden soll, wird mindestens einer der Stoffe pulverförmiges Wolframoxid (WO₃), pulverförmiges Molybdänoxid (MoO₃), pulverförmiges Kupferoxid (Cu₂O), pulverförmiges Manganoxid (MnO₂), pulverförmiges Eisenoxid (Fe₂O₃) oder pulverförmiges Nioboxid (Nb₂O₅) eingemischt. Diese Pulver werden in das Siliciumnitridpulver in solchen Mengen eingemischt, daß die Zusammensetzung des erhaltenen gesinterten Produkts (entsprechend der Zusammensetzung des Pulvergemisches) die oben genannten Bedingungen erfüllt. In diesem Fall können diese Oxide in anderen Formen als jenen, die durch die obigen chemischen Formeln ausgedrückt werden, eingemischt werden, jedoch müssen ihre Zusatzmengen auf der Basis der obigen chemischen Formeln berechnet werden. Beispielsweise kann Ce, das ein Element der Gruppe 3a des Periodensystems darstellt, als CeO₂-Pulver benutzt werden, jedoch wird seine Zusatzmenge als Ce₂O₃ berechnet.
Wenn die oben genannten Bedingungen durch die Überschußmenge des Sauerstoffs aufgrund des Einsatzes des Siliciumnitridpulvers mit einem Gehalt an kleinen Mengen an Sauerstoffverunreinigung nicht erfüllt werden, kann das SiO₂-Pulver so zugegeben werden, daß der Sauerstoffüberschuß die oben genannten Bedingungen erfüllt.
Das so hergestellte Pulvergemisch wird mit einem organischen Lösungsmittel, wie Ethanol oder Isopropylalkohol, und mit einem organischen Bindemittel, wie Polyvinylalkohol, kombiniert sowie gemischt und pulverisiert, wobei eine Kugelmühle, eine Vibrationsmühle, eine Rotationsmühle oder eine Trommelmühle verwendet wird. Dann wird dem Gemisch mittels einer bekannten Formungsmethode, zum Beispiel durch mechanisches Preßformen, Gießformen, Extrusionsformen, Spritzgießen oder kaltes Preßformen, bei isostatischem Druck eine vorgegebene Gestalt verliehen. In diesem Fall kann der erhaltene Formkörper gewünschtenfalls zerschnitten werden.
Anschließend wird der erhaltene Formkörper nach einer bekannten Brennmethode gebrannt, zum Beispiel durch ein Brennen bei Normaldruck oder ein Brennen unter Stickstoffgasdruck in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 1700 bis 1900°C, vorzugsweise von 1750 bis 1800°C, um ein dichtes gesintertes Produkt mit einer relativen Dichte von nicht unter 95%, vorzugsweise von nicht unter 99%, insbesondere von nicht unter 99,5%, zu erhalten. In diesem Fall wird es dann, wenn die Brenntemperatur unter dem obigen Bereich liegt, schwierig, ein dichtes gesintertes Produkt zu erhalten. Wenn andererseits die Brenntemperatur über dem vorgenannten Bereich liegt, wachsen die Siliciumnitridteilchen so deutlich, daß das gesinterte Produkt die Festigkeit bei Normaltemperatur verliert.
Die Dichte des so erhaltenen gesinterten Produkts kann durch Ausführen der Wärmebehandlung unter Stickstoff- oder Argongas mit einem hohen Druck von nicht unter 1000 at, das heißt durch Ausführen des sogenannten heißisostatischen Pressens, weiter verbessert werden.
Ferner ist es möglich, einen Brenntiegel mit einem Pulvergemisch aus SiO₂ und Si oder einem Pulvergemisch aus SiO₂ und Siliciumnitrid zu füllen, den aus dem obigen Pulvergemisch erhaltenen Formkörper darin einzugraben, den Brenntiegel zu verschließen und das Brennen in einer SiO-haltigen Atmosphäre durchzuführen. Diese Methode erlaubt es, die Zersetzung des Siliciumnitrids während des Brennens wirksam zu unterdrücken.
Es ist ferner möglich, einen Formkörper durch Ersetzen von 10 bis 80 Gew.% des Ausgangsmaterials durch Siliciumpulver herzustellen, wobei die Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre bei 1000 bis 1400°C erfolgt, um das Siliciumpulver in das Siliciumnitrid zu überführen, und das oben genannte Brennen durchgeführt wird.
Die Wärmebehandlung zum Kristallisieren der Korngrenzenphase erfolgt in zwei Stufen, das heißt durch Fördern der Bildung von Kristallkeimen bei 900 bis 1000°C und dann das Wachsen der Kristalle bei 1100 bis 1200°C. Dies ermöglicht es, die vorgenannten verschiedenen Kristallphasen, das heißt die Kristallphase aus RE₂Si₃N₂O₅ oder RE₃AlSi₂O₇N₂, die Hartkristallphase und die Antioxidationskristallphase, an den Korngrenzen auszufällen sowie die Dicke der amorphen Phase zu vermindern. Wenn die Temperatur der ersten Wärmebehandlung unter 900°C liegt, wird es schwierig, die Korngrenzenphase zu kristallisieren. Wenn andererseits die Temperatur der zweiten Wärmebehandlung 1200° überschreitet, werden die Korngrenzen zu anderen Kristallphasen kristallisiert. Die Wärmebehandlung wird durchgeführt, bis die Kristallphase an den Korngrenzen bis zu einem ausreichenden Grad ausgefällt ist, das heißt, bis die Dicken der amorphen Korngrenzenphasen 3 und 4 vermindert sind, um die oben genannten Bedingungen zu erfüllen. Die Atmosphäre zum Durchführen der Wärmebehandlung kann Luft oder eine nichtoxidierende Atmosphäre, zum Beispiel Stickstoff oder Argon, sein.
Verwendung
Das gesinterte Produkt der vorliegenden Erfindung zeigt über einen weiten Temperaturbereich von Normaltemperatur bis zu hohen Temperaturen (1000°C) eine hohe Festigkeit sowie eine hervorragende statische Dauerwechselfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Abriebbeständigkeit. Deshalb kann das gesinterte Produkt sehr wirksam für Teile von Wärmekraftmaschinen benutzt werden, die in einem Temperaturbereich von 800 bis 1000°C arbeiten, zum Beispiel für Motorteile, wie Kolbenböden, Kolbenringe, Zylinderlaufbüchsen, Zylinderköpfe, Brennkammern, Ventile, Turboladerrollen, Auslaßkanalbuchsen usw., und für Gasturbinenteile, wie Rotoren, Abdeckungen, Spiralen, Düsen, Dichtungsringe, Verbrennungszylinder, Wärmeaustauscherzellen usw.
BEISPIELE
Versuch 1
Ein Siliciumnitridpulver (spezifische Oberfläche, BET, 9 m²/g, α-Koeffizient 92%, Sauerstoffmenge 1,0 Gew.-%), ein Pulver eines Oxids (RE₂O₃) eines Elements der Gruppe 3a des Periodensystems, ein Pulver aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und ein Pulver aus Siliciumdioxid (SiO₂) wurden als Ausgangsmaterialien gemischt, und zwar in solchen Verhältnissen, daß die Zusammensetzungen der gesinterten Produkte jenen in der Tabelle 1 entsprachen. Das Gemisch wurde dann zusammen mit einem Lösungsmittel unter Einsatz von Siliciumnitridkugeln pulverisiert sowie durch Benutzung eines Sprühtrockners getrocknet und granuliert. Die Granulate wurden in eine Metallform eingeführt und unter einem Druck von 1 t/cm² (1 kbar) preßgeformt, um einen Formkörper herzustellen.
Der erhaltene Formkörper wurde in einen aus Siliciumcarbid hergestellten Brenntiegel eingebracht und unter Einsatz einer Kohlenstoffheizvorrichtung auf eine in der Tabelle 1 angegebene Brenntemperatur erhitzt, auf dieser Temperatur fünf Stunden gehalten und dann auf Normaltemperatur abgekühlt, um ein gesintertes Produkt zu erhalten.
Um die Korngrenzen zu kristallisieren, wurde ferner das oben erhaltene gesinterte Produkt unter den in der Tabelle 1 angegebenen Bedingungen wärmebehandelt, um ein aufgaben gemäßes gesintertes Produkt auf der Basis von Siliciumnitrid herzustellen.
Die Hauptkristallphase des erhaltenen gesinterten Produkts aus Siliciumnitrid und den Kristallphasen, welche die Korngrenzen hiervon bilden, wurden mittels der Röntgenbeugung analysiert. Ferner wurde das gesinterte Produkt in eine Gestalt gemäß JIS R 1601 überführt, um Prüfkörper herzustellen, die dann bezüglich ihrer 4-Punkt-Biegefestigkeit, ihrer statischen Dauerwechselfestigkeit und ihrer Oxidationsbeständigkeit bei Raumtemperatur und bei 1000°C in Übereinstimmung mit JIS R 1601 und 1604 vermessen wurden.
Das so erhaltene gesinterte Produkt wurde teilweise ausgeschnitten und in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1100°C während etwa 10 Stunden wärmebehandelt. Dann wurde die Oberfläche des gesinterten Produkts poliert, um unter Einsatz eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) die Durchschnittsdicken der amorphen Korngrenzenphasen 3 und 4 zu messen, die zwischen den Siliciumnitridkristallphasen (SN-SN) 1 sowie zwischen der Siliciumnitridkristallphase 1 und der Korngrenzenkristallphase 2 (SN-GBC) zurückgeblieben sind. Die Messungen wurden an einem Gitterbild an 10 Meßpunkten mit 500.000-facher Vergrößerung vorgenommen.
Durch das Ausführen des Biegeversuchs in der freien Luft bei 1000°C wurde die statische Dauerwechselfestigkeit als die Zeit bis zum Ausfall gemessen, wenn eine vorgegebene Belastung von 700 MPa ausgeübt wurde. Ferner wurde die Oxidationsbeständigkeit auf der Grundlage der Gewichtszunahme durch einen Versuch mit Einwirkung der freien Luft bei 1000°C während 1000 Stunden bewertet.
Die Ergebnisse waren so, wie sie in der Tabelle 2 angegeben sind.
Wie in den Tabellen 1 und 2 gezeigt wird, haben die Proben Nr. 1 bis 11, bei denen die Kristallphasen von RE₂Si₃N₂O₅ und RE₃AlSi₂O₇N₂ an den Korngrenzen ausgefällt sind sowie die Dicke der amorphen Korngrenzenphase zwischen SN und SN (SN = Hauptkristallphase aus Siliciumnitrid) nicht größer als 2 nm und zwischen SN und GBC (GBC = Korngrenzenkristallphase) nicht größer als 5 nm ist, hervorragende Eigenschaften, wie eine Festigkeit bei Normaltemperatur von nicht unter 1000 MPa, eine Festigkeit bei 1000°C von nicht unter 850 MPa, eine Zeit bis zum Ausfall, welche die statische Dauerwechselfestigkeit repräsentiert, von nicht weniger als 100 Stunden bei 1000° und 700 MPa sowie eine Gewichtszunahme, welche die Oxidationsbeständigkeit repräsentiert, von nicht über 0,2 mg/cm².
Andererseits liegt bei den Proben Nr. 12 und 16, bei denen die Korngrenzenphase nicht kristallisiert ist, die Zeit bis zum Ausfall, welche die statische Dauerwechselfestigkeit repräsentiert, bei einer sehr kurzen Zeit von einer Stunde. Ferner haben die Proben Nr. 13 bis 15 und 17, bei denen die Korngrenzen zu anderen Kristallphasen, Melillit, Wollastonit und Apatit kristalliert sind, eine kurze Zeit bis zum Ausfall, das heißt eine schlechte statische Dauerwechselfestigkeit und eine verschlechterte Oxidationsbeständigkeit.
Versuch 2
Ein Pulver aus Siliciumnitrid (spezifische Oberfläche, BET, von 9 m²/g, β-Koeffizient von 92%, Sauerstoffmenge 1,0 Gew.%), ein Pulver aus einem Oxid (REO₂ oder RE₂O₃) eines Elements der Gruppe 3a des Periodensystems, ein Pulver aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), ein Pulver aus Wolframoxid (WO₃), ein Pulver aus Molybdänoxid (MoO₃), ein Pulver aus Kupferoxid (Cu₂O oder CuO), ein Pulver aus Manganoxid (MnO₂), ein Pulver aus Eisenoxid (Fe₂O₃), ein Pulver aus Nioboxid (Nb₂O₅) und ein Pulver aus Siliciumdioxid (SiO₂) wurden als Ausgangsstoffe in solchen Verhältnissen zusammengemischt, daß die Zusammensetzungen der gesinterten Produkte so waren, wie es in den Tabellen 3 und 4 gezeigt wird. Das Gemisch wurde dann zusammen mit einem Lösungsmittel unter Einsatz von Siliciumnitridkugeln pulverisiert. Von dem Gemisch wurden dann in der gleichen Weise wie im Versuch 1 Formteile hergestellt und gebrannt (5 Stunden bei 1750°C), gefolgt von einer Wärmebehandlung zum Kristallisieren der Korngrenzen, um gesinterte Produkte auf der Basis von Siliciumnitrid zu erhalten.
Die Korngrenzen wurden durch die Wärmebehandlung unter den Bedingungen, wie sie in den Tabellen 3 und 4 angegeben sind, kristallisiert.
Die erhaltenen gesinterten Produkte wurden mit Hilfe der Röntgenbeugung analysiert und bezüglich ihrer 4-Punkt-Biegefestigkeit sowie ihrer Oxidationsbeständigkeit gemäß JIS R 1601 und 1604 gemessen. Ferner wurde ihre statische Dauerwechselfestigkeit in der gleichen Weise wie im Versuch 1 gemessen. Die Ergebnisse waren so, wie sie in den Tabellen 5 und 6 dargestellt sind.
Die Dicke der amorphen Phase an den Korngrenzen wurde in der gleichen Weise wie im Versuch 1 gemessen.
Ferner wurde aus dem erhaltenen gesinterten Produkt eine Platte ausgeschnitten, und es wurden Körner aus GC (Green Carborundum; Marke für SiC) der Nr. 80 durch eine Düse mit einem Innendurchmesser von 10 mm mit einem Druck von 0,3 MPa während 3 Minuten auf die Platte geblasen, um das verlorene Volumen zu messen und die Abriebbeständigkeit zu bewerten. Die Ergebnisse waren so, wie sie in den Tabellen 5 und 6 angegeben sind.
In den Tabellen 5 und 6 bedeuten die Symbole X, Y, Z, A, W und M in der Korngrenzenkristallphase Kristallphasen, wie sie in der Tabelle 2 angegeben sind, und D bedeutet Disilicat. Ferner repräsentiert das Reflexverhältnis (β/α) das Verhältnis der Intensität (β) des [211]-Reflexes von RE₂Si₃N₂O₅ oder des [102]-Reflexes von RE₃AlSi₂O₇N₂ zur Intensität (α) des [200]-Reflexes Si₃N₄. Der H-Teilchendurchmesser bedeutet den Durchmesser der Kristallteilchen eines Nitrids, Carbids oder Silicids, das mindestens ein hartes Element aus der Reihe W, Mo, Cu, Mn, Fe und Nb enthält. Aus den Versuchsergebnissen der Tabelle 6 ist ersichtlich, daß die Proben Nr. 1 bis 23 und 25 bis 38, welche ein Oxid eines harten Elements enthielten, ein Abriebvolumen von nur 15 mm³ oder weniger aufwiesen, was eine verbesserte Abriebbeständigkeitzeigt.

Claims

Gesintertes Produkt auf Basis von Siliciumnitrid, mit einer Siliciumnitridkristallphase, worin eine Kristallphase aus RE₂Si₃N₂O₅ und/oder RE₃AlSi₂O₇N₂, wobei RE ein Element der Gruppe 3a des Periodensystems darstellt, an den Korngrenzen der Siliciumnitridkristallphase kristallisiert ist, gekennzeichnet durch ein Röntgenbeugungsbild, bei dem die Intensität des [211]-Reflexes von RE₂Si₃N₂O₅ und die Intensität des [102]-Reflexes von RE₃AlSi₂O₇N₂ zur Intensität des [200]-Reflexes von Si₃N₄ im Verhältnis von nicht kleiner als 0,2 steht.
Gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Kristallphase aus einem Nitrid, Carbid oder Silicid mindestens eines der Elemente W, Mo, Cu, Mn, Fe und Nb an der Korngrenze der Siliciumnitridkristallphase ausgefällt ist.
Gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallteilchen des genannten Nitrids, Carbids oder Silicids einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht über 3 μm aufweisen.
Gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Kristallphase aus Al₂RE₄O₉ an der Korngrenze der Siliciumnitridkristallphase auskristallisiert ist.
Gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine relative Dichte von nicht unter 99%.
Gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element RE in einer Menge von 2 bis 14 Gew.-%, berechnet als RE₂O₃ _, und Al in einer Menge von 2 bis 5 Gew.-%, berechnet als Aluminiumoxid, enthalten sind.
Gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis Al₂O₃/RE₂O₃ bei 0,2 bis 0,8 liegt.
Gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Sauerstoffüberschuß in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-%, berechnet als SiO₂ _, enthält.
Gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis SiO₂/RE₂O₃ bei 0,2 bis 0,75 liegt.
Gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es Verbindungen mindestens eines der Elemente W, Mo, Cu, Mn, Fe und Nb in einer Menge von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge aus Siliciumnitrid, dem Element RE, Al und dem Sauerstoffüberschuß, alles berechnet als Oxide, enthält.
Gesintertes Produkt aus Siliciumnitrid nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine amorphe Phase eines Elements RE der Gruppe 3a des Periodensystems, Silicium, Aluminium, Sauerstoff und Stickstoff an den Korngrenzen der Siliciumnitridkristallphase vorliegt, wobei die durchschnittliche Dicke der amorphen Phase, die zwischen den Kristallphasen des Siliciumnitrids vorliegt, nicht über 2 nm und die durchschnittliche Dicke der amorphen Phase, die zwischen der Siliciumnitridkristallphase und der Korngrenzenkristallphase vorliegt, nicht über 5 nm beträgt.
Verwendung des gesinterten Produkts nach einem der Ansprüche 1–11 für eine Wärmekraftmaschine.