DE102018205893B3 - A material consisting of a three-dimensional framework formed with SiC or SiC and Si3N4 and a noble metal alloy containing silicon, and a process for its production - Google Patents
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- C22C5/06—Alloys based on silver
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- G—PHYSICS
- G04—HOROLOGY
- G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
- G04B37/00—Cases
- G04B37/22—Materials or processes of manufacturing pocket watch or wrist watch cases
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Werkstoff, der aus einem-dreidimensionalen Gerüst, das mit SiC und/oder Si3N4 gebildet ist, und dreidimensional verbundene Zwischenräume mit einer Legierung, die mit Gold und/oder Silber und Silicium gebildet ist, besteht. Es ist ein Anteil des mit SiC und/oder Si3N4 gebildeten Gerüsts im Werkstoff bei 30 Vol.-% bis 80 Vol.-% und ein Anteil an der in den Zwischenräumen enthaltenen Legierung bei 20 Vol.-% bis 70 Vol.-% eingehalten. Bei der Herstellung wird ein Halbzeug mit einer Legierung, die mit Gold und/oder Silber und Silicium gebildet ist, oberhalb der Schmelztemperatur der Legierung infiltriert.The invention relates to a material consisting of a three-dimensional framework, which is formed with SiC and / or Si 3 N 4 , and three-dimensionally connected spaces with an alloy formed with gold and / or silver and silicon. It is a proportion of the scaffold formed with SiC and / or Si 3 N 4 in the material at 30 vol .-% to 80 vol .-% and a proportion of the interstitial alloy at 20 vol .-% to 70 vol. -% complied. During production, a semi-finished product with an alloy formed with gold and / or silver and silicon is infiltrated above the melting temperature of the alloy.
Description
Die Erfindung betrifft einen Werkstoff bestehend aus einem-dreidimensionalen Gerüst, das mit SiC oder SiC und Si3N4 gebildet ist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Der Werkstoff ist zusätzlich zu dem Gerüst und einer Edelmetalllegierung, in der Silicium enthalten ist, gebildet.The invention relates to a material consisting of a three-dimensional framework, which is formed with SiC or SiC and Si 3 N 4 , and a method for its preparation. The material is formed in addition to the framework and a noble metal alloy containing silicon.
Bekanntermaßen weisen Edelmetalle und dabei insbesondere Gold und Silber geringe Härten, Festigkeiten und Abriebfestigkeiten im Vergleich zu anderen Metallen auf, so dass sie für viele Anwendungen nicht in Frage kommen oder die Nachteile, beispielsweise ein erhöhter Verschleiß oder unerwünschte Verformungen (insbesondere Kratzer) während der Nutzung in Kauf genommen werden müssen. So führt ein erhöhter Verschleiß an elektrischen Kontaktelementen zu einer Reduzierung der nutzbaren Lebensdauer. Hochwertige Güter, wie z.B. Luxusuhren können aus diesen Edelmetallen und den damit herstellbaren gängigen Legierungen nicht ohne diese Nachteile angeboten werden.As is known, precious metals, and in particular gold and silver, have low hardness, strength and abrasion resistance in comparison to other metals, so that they are not suitable for many applications or the disadvantages, for example increased wear or undesired deformations (in particular scratches) during use must be accepted. Thus, increased wear on electrical contact elements leads to a reduction in useful life. High quality goods, such as Luxury watches can not be offered without these disadvantages from these precious metals and the common alloys that can be produced with them.
So ist aus
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Werkstoffe zur Verfügung zu stellen, die mit Gold und/oder Silber gebildet sind und deren Lebensdauer und deren ästhetischer Gesamteindruck zumindest über einen längeren Nutzungszeitraum gehalten werden können.It is therefore an object of the invention to provide materials that are formed with gold and / or silver and their life and aesthetic overall impression can be maintained at least over a longer period of use.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Werkstoff, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Er kann mit einem Verfahren gemäß Anspruch 8 hergestellt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a material having the features of claim 1. It can be produced by a method according to claim 8. Advantageous embodiments can be realized with features described in the subordinate claims.
Der erfindungsgemäße Werkstoff besteht aus einem dreidimensionalen Gerüst, das mit SiC oder SiC und Si3N4 gebildet ist. Die Zwischenräume innerhalb des Gerüsts sind mit einer Legierung, die mit Gold und/oder Silber und Silicium gebildet ist, gefüllt. Der Werkstoff besteht also aus zwei ineinander verschlungenen dreidimensionalen Gerüsten, dem keramischen Gerüst aus SiC und zusätzlich Si3N4 oder Diamant und der metallischen Legierung aus Gold und/ oder Silber und Silizium. Das Silizium und die Edelmetalle kristallisieren dabei in separaten Körnern, da die Löslichkeit der Edelmetalle im Si und des Si in den Edelmetallen in der festen Phase gering ist.The material according to the invention consists of a three-dimensional framework which is formed with SiC or SiC and Si 3 N 4 . The interstices within the framework are filled with an alloy formed with gold and / or silver and silicon. The material thus consists of two intertwined three-dimensional frameworks, the ceramic framework of SiC and additionally Si 3 N 4 or diamond and the metallic alloy of gold and / or silver and silicon. The silicon and the noble metals crystallize in separate grains, since the solubility of the noble metals in Si and Si in the noble metals in the solid phase is low.
Dabei soll ein Anteil des mit SiC oder SiC und Si3N4 gebildeten Gerüsts im Werkstoff bei 30 Vol.-% bis 80 Vol.-% und ein Anteil an der in den Poren enthaltenen Legierung bei 20 Vol.-% bis 70 Vol.-% eingehalten sein.In this case, a proportion of the scaffold formed with SiC or SiC and Si 3 N 4 in the material at 30 vol .-% to 80 vol .-% and a proportion of the alloy contained in the pores at 20 vol .-% to 70 vol. -% complied.
Geeignete Legierungszusammensetzungen kann man für Gold-Silicium-, Silber-Silicium- und Gold-Silber-Siliciumlegierungen einschlägig bekannten Phasendiagrammen entnehmen. Dabei kann man den Fokus auf eine geeignete niedrige Schmelztemperatur mit Auswahl eines Eutektikums oder auch auf eine erhöhte Festigkeit und Härte des Werkstoffs legen. Im letztgenannten Fall kann man den Siliciumanteil in der Legierungszusammensetzung erhöhen. Mit dem jeweils gewählten Siliciumanteil kann man auch das Benetzungsverhalten der Legierung am Gerüstwerkstoff positiv beeinflussen.Suitable alloy compositions can be found for gold-silicon, silver-silicon, and gold-silver-silicon alloys of pertinent known phase diagrams. One can focus on a suitable low melting temperature with selection of a eutectic or on an increased strength and hardness of the material. In the latter case, one can increase the silicon content in the alloy composition. With the silicon content selected in each case, it is also possible to positively influence the wetting behavior of the alloy on the framework material.
Die jeweilige Legierung sollte eine Schmelztemperatur im Bereich 350 °C bis 1400 °C, bevorzugt bis 900 °C aufweisen.The particular alloy should have a melting temperature in the range 350 ° C to 1400 ° C, preferably up to 900 ° C.
In der Legierung sollten mindestens 10 at % und maximal 90 at % Silicium enthalten sein. Bevorzugt sind Siliciumanteile im Bereich 20 at % bis 40 at % bei Gold als zweitem Legierungselement und 10 at % bis 40 at % bei Silber als zweitem Legierungselement. Eine Legierung, die zu gleichen Teilen (at %) aus Gold und Silber besteht, sollte bevorzugt 15 at% Si enthalten.The alloy should contain at least 10 at% and maximum 90 at% silicon. Preferably, silicon contents range from 20 at% to 40 at% for gold as the second alloying element and 10 at% to 40 at% for silver as the second alloying element. An alloy consisting of equal parts (at%) of gold and silver should preferably contain 15 at% of Si.
Mit dem entsprechenden Anteil an Silicium kann neben den mechanischen Eigenschaften auch das Benetzungsverhalten verbessert werden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass eine Infiltration von reinem Gold oder Silber in ein entsprechendes keramisches Gerüst aus SiC und oder Si3N4 nicht möglich ist.With the appropriate proportion of silicon, the wetting behavior can be improved in addition to the mechanical properties. It has been shown that an infiltration of pure gold or silver into a corresponding ceramic framework made of SiC and or Si 3 N 4 is not possible.
Das Infiltrationsvermögen eines mit einem entsprechenden Gerüst gebildeten Halbzeug hängt zusätzlich von der Menge an Siliciumdioxid oder freiem Kohlenstoff im Halbzeugwerkstoff, der mit dem Gerüst gebildet ist, ab. Siliciumdioxid kann mit freiem Silicium zu gasförmigem Siliciummonoxid reagieren, was zum Abbau von Oxidschichten auf Oberflächen des das Gerüst bildenden Halbzeugwerkstoffs führen kann. Freies Silicium kann mit Kohlenstoff reagieren und sich dadurch zusätzliches SiC bilden. Die dafür notwendige Menge an Silicium sollte bei der Berechnung der Ausgangslegierung berücksichtigt werden. Dies sollte beachtet werden, da sonst der Si Gehalt der Schmelze zu stark reduziert werden kann und dadurch das Benetzungsverhalten beeinträchtigt wird. Dies fördert die Reproduzierbarkeit und technische Beherrschbarkeit des Herstellungsprozesses. Kohlenstoff aus einem organischen Binder sollte bevorzugt vor der Infiltration oder auch während der Infiltration mit einer Si-enthaltenden Gasphase zu SiC abreagiert werden. Eine Si- haltige Atmosphäre kann effektiv durch eine chemische Reaktion von Si+ SiO2 zu gasförmigem SiO generiert werden. SiO hat insbesondere bei niedrigen Temperaturen einen höheren Druck als Si und kann dadurch zu einer schnelleren Infiltration beitragen, wenn in der Probe freier Kohlenstoff vorhanden ist. Es kann aber auch elementares Si bei der Infiltration verdampft werden.The infiltration capability of a semifinished product formed with a corresponding framework additionally depends on the amount of silicon dioxide or free carbon in the semifinished material which is formed with the framework. Silica can react with free silicon to form gaseous silicon monoxide, which can lead to the degradation of oxide layers on surfaces of the framework-forming semifinished material. Free silicon can react with carbon and thereby form additional SiC. The required amount of silicon should be taken into account when calculating the starting alloy. This should be considered, otherwise the Si content of the melt can be reduced too much and thus the wetting behavior is impaired. This promotes the reproducibility and technical controllability of the manufacturing process. Carbon from an organic binder should preferably be reacted to SiC prior to infiltration or even during infiltration with an Si-containing gas phase. A Si-containing atmosphere can be effectively generated by a chemical reaction of Si + SiO 2 to gaseous SiO 2 . SiO has a higher pressure than Si, especially at low temperatures, and may thereby contribute to faster infiltration if there is free carbon in the sample. However, it is also possible to evaporate elemental Si during infiltration.
Wählt man eine eutektische Legierungszusammensetzung, beispielsweise eine Gold-Silicium-Legierung mit einer eutektischen Temperatur von 362 °C können thermische Spannungen des Werkstoffs gering gehalten werden. Wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise dem von Gold mit 14,2* 10-6 1/K und SiC mit 4* 10-6 1/K kommt es zu Spannungen. Bis zum Erreichen der eutektischen Temperatur während der Abkühlung kann eine Relaxation der Spannungen von statten gehen und daher können die Spannungen reduziert werden.If one chooses a eutectic alloy composition, such as a gold-silicon alloy with a eutectic temperature of 362 ° C thermal stresses of the material can be kept low. Because of the different coefficients of thermal expansion, for example, that of gold with 14.2 * 10 -6 1 / K and SiC with 4 * 10 -6 1 / K, it comes to tensions. Until the eutectic temperature is reached during cooling, relaxation of the stresses can occur and therefore the stresses can be reduced.
Bei einem Gerüst, das mit SiC und Si3N4 gebildet ist, soll ein Anteilsverhältnis SiC / (SiC +Si3N4) von > 20 Masse%, bevorzugt größer 50 Masse % noch besser größer 70 Masse% eingehalten sein, weil dann die Infiltration kinetisch begünstigt ist.In a scaffold formed with SiC and Si 3 N 4 , a content ratio SiC / (SiC + Si 3 N 4 ) of> 20% by weight, preferably greater than 50% by mass, better still greater than 70% by mass should be maintained, because then the infiltration is kinetically favored.
Die Eigenschaften des Werkstoffs können positiv weiter beeinflusst werden, in dem das Gerüst mit SiC oder SiC und Si3N4 und Diamantpartikeln gebildet ist, wobei ein Anteil an Diamantpartikeln, mit denen das Gerüst gebildet ist, von 0,0 Vol.-% bis 98 Vol.-% eingehalten sein sollte.The properties of the material can be further positively influenced, in which the framework is formed with SiC or SiC and Si 3 N 4 and diamond particles, wherein a proportion of diamond particles with which the framework is formed, from 0.0 Vol .-% to 98 Vol .-% should be maintained.
Auch in einem solchen Werkstoff kann in der Legierung Silicium mit einem Anteil bevorzugt mit einem Anteil im Bereich 20 at % bis 40 at % enthalten sein. Da das Silicium partiell mit dem Diamant zu SiC reagieren und damit das Gerüst verfestigt werden kann sind vorzugsweise höhere Siliciumgehalte günstig.Also in such a material may be contained in the alloy silicon in a proportion preferably in a proportion in the range of 20 at% to 40 at%. Since the silicon partially react with the diamond to SiC and thus the framework can be solidified, preferably higher silicon contents are favorable.
Zur Vermeidung weiterer nachteiliger Eigenschaften des Werkstoffs sollte der Anteil an im Werkstoff enthaltenen ein Silizid bildenden Metallen kleiner 5 at %, bevorzugt kleiner 1 at % und besonders bevorzugt kleiner 0,01 at % gehalten sein. Dies trifft auch auf andere den Werkstoff verunreinigende zusätzliche Metalle oder chemische Verbindungen zu.In order to avoid further disadvantageous properties of the material, the proportion of a silicide-forming metal contained in the material should be less than 5 at%, preferably less than 1 at% and particularly preferably less than 0.01 at%. This also applies to other additional metals or chemical compounds contaminating the material.
Ein gewisser kleiner Anteil an im Gerüstwerkstoff enthaltenem Silizid kann das Benetzungsverhalten bei der Infiltration positiv beeinflussen. Dieser Anteil sollte jedoch kleiner 20 Vol.-%, bevorzugt kleiner 5 Vol.-% und besonders bevorzugt bei 1 Masse-% bis 10 Masse-% bei während der Infiltration zugegebenem Silizid sein.
Diamantpartikel sollten mit einer mittleren Partikelgröße d50 im Bereich 1 µm bis 500 µm, bevorzugt im Bereich 5 µm bis 200 µm im Gerüst, das mit dem SiC oder SiC und Si3N4 gebildet ist, enthalten sein.A certain small proportion of silicide contained in the framework material can positively influence the wetting behavior during infiltration. However, this proportion should be less than 20% by volume, preferably less than 5% by volume and more preferably 1% by mass to 10% by mass, of silicide added during the infiltration.
Diamond particles should be contained with an average particle size d 50 in the range 1 μm to 500 μm, preferably in the range 5 μm to 200 μm in the framework, which is formed with the SiC or SiC and Si 3 N 4 .
Es sollte eine mittlere Korngröße von SiC oder Si3N4 im Bereich 0,1 µm bis 200 µm, bevorzugt kleiner 100 µm, besonders bevorzugt kleiner 50 µm und ganz besonders bevorzugt kleiner 20 µm eingehalten sein. Dies kann durch die Auswahl entsprechender Ausgangspulver mit entsprechend angepassten mittleren Partikelgrößen bei der Herstellung des Gerüsts als Halbzeug erreicht werden.It should be a mean grain size of SiC or Si 3 N 4 in the range 0.1 microns to 200 microns, preferably less than 100 microns, more preferably less than 50 microns and most preferably less than 20 microns. This can be achieved by selecting appropriate starting powders with appropriately adapted mean particle sizes in the production of the framework as a semi-finished product.
Das Gerüst sollte eine Porosität von mindestens 20 % bis maximal 70 % und/oder eine mittlere Porengröße im Bereich 0.5 µm bis 200 µm aufweisen, um gute Voraussetzungen für die Herstellung und insbesondere eine Aufnahme der geschmolzenen Legierung bei der Herstellung des Werkstoffs zu schaffen.The framework should have a porosity of at least 20% to a maximum of 70% and / or an average pore size in the range of 0.5 μm to 200 μm, in order to create good conditions for the production and in particular to take up the molten alloy during the production of the material.
Bevorzugt sollte die Porosität des Gerüstwerkstoffs 1 µm bis 60 µm, bevorzugt 5 µm bis 40 µm betragen. Auch die Porosität kann durch die Wahl des Ausgangspulvers, die Formgebungstechnologie (z. B. Pressdruck) und/oder die Parameter der thermischen Behandlung bei der Herstellung des Gerüsts beeinflusst werden.The porosity of the framework material should preferably be 1 μm to 60 μm, preferably 5 μm to 40 μm. The porosity can also be influenced by the choice of the starting powder, the shaping technology (eg pressing pressure) and / or the parameters of the thermal treatment during the production of the framework.
Das Gerüst kann mit rekristallisiertem SiC (RSiC), mittels festphasengesintertem SiC (SSiC), mit flüssigphasen gesintertem SiC (LPSSiC), mit Silicium gebundenem SiC, aus RBSN (reaktionsgebundenem Si3N) oder auch aus gesintertem Si3N4/ Sialon unter Zuhilfenahme von typischen Sinteradditiven gebildet sein. Die Sinteradditive sollten möglichst einen Anteil < 2 Vol.- % aufweisen, um die Infiltration möglichst nicht negativ zu beeinflussen.The framework can be made with recrystallized SiC (RSiC), solid phase sintered SiC (SSiC), liquid-phase sintered SiC (LPSSiC), silicon-bonded SiC, RBSN (reaction-bonded Si 3 N) or sintered Si 3 N 4 / sialon with the aid of be formed by typical sintering additives. If possible, the sintering additives should have a content of <2% by volume in order not to negatively influence the infiltration.
Dem Gerüst aus SiC oder SiC und Si3N4 kann während der Herstellung auch Silicid zugemischt werden. Dadurch kann die Benetzung durch die Schmelze zusätzlich verbessert werden. The framework of SiC or SiC and Si 3 N 4 may also be mixed with silicide during the production. As a result, the wetting by the melt can be additionally improved.
Der das Gerüst bildende Werkstoff sollte eine mit einer Vierpunktmessung ermittelte Festigkeit größer 20 MPa, bevorzugt größer 30 MPa und besonders bevorzugt größer 50 MPa aufweisen.The material forming the framework should have a strength determined with a four-point measurement greater than 20 MPa, preferably greater than 30 MPa and particularly preferably greater than 50 MPa.
Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Werkstoffs wird ein Halbzeug, das mit einem dreidimensionalen Gerüst, das mit SiC oder SiC und Si3N4 gebildet ist, bei einem Druck kleiner als dem Umgebungsdruck und/oder in einer inerten Atmosphäre mit einer Legierung, die mit Gold und/oder Silber und Silicium gebildet ist, oberhalb der Schmelztemperatur der Legierung infiltriert. Dazu kann die Legierung an mindestens einer Oberfläche des Halbzeugs mit dem Werkstoff in Kontakt gebracht und dann eine Erwärmung bis oberhalb der Schmelztemperatur durchgeführt werden. Durch das mit dem in der Legierung enthaltenen Silicium verbesserte Benetzungsverhalten kann eine zumindest nahezu vollständige Befüllung der im Gerüst vorhandenen Poren erreicht werden.In the production of a material according to the invention, a semifinished product formed with a three-dimensional framework formed with SiC or SiC and Si 3 N 4 at a pressure less than the ambient pressure and / or in an inert atmosphere with an alloy containing gold and / or silver and silicon is formed, above the melting temperature of the alloy infiltrated. For this purpose, the alloy can be brought into contact with the material on at least one surface of the semifinished product and then a heating up to above the melting temperature can be carried out. The improved wetting behavior with the silicon contained in the alloy makes it possible to achieve at least almost complete filling of the pores present in the framework.
Inerte Atmosphären können mit Argon, Wasserstoff oder Mischungen davon erhalten werden.Inert atmospheres can be obtained with argon, hydrogen or mixtures thereof.
Bei der Infiltration sollte ein Druck kleiner 10-1 mbar, bevorzugt kleiner 10-3 mbar eingehalten werden. Für die Infiltration sollte eine Temperatur im Bereich 850 °C bis 1600 °C, bevorzugt im Bereich 1250 °C bis 1450 °C eingehalten werden.When infiltration a pressure of less than 10 -1 mbar, preferably less than 10 -3 mbar should be maintained. For the infiltration, a temperature in the range 850 ° C to 1600 ° C, preferably in the range 1250 ° C to 1450 ° C should be maintained.
Das Halbzeug kann durch chemische Reaktion von Diamantpartikeln und einem organischen Binder (der vorher unter inerten Bedingungen oder Vakuum bei Temperaturen > 600°C pyrolysiert wurde) mit einer Si-enthaltenden Gasphase oder mit einer chemischen Reaktion von Silicium oder Siliciumdioxid mit Kohlenstoff hergestellt werden. Die SiC-Bindung kann auch durch Zumischen von Si oder/und SiO2 unter das Diamantpulver oder das Kohlenstoff enthaltene SiC-Pulver und anschließende Temperung im Vakuum oder unter Inertgasbedingungen im Temperaturbereich 1200 °C - 1600°C, bevorzugt 1400 °C - 1550°C erfolgen.The semi-finished product can be made by chemical reaction of diamond particles and an organic binder (previously pyrolyzed under inert conditions or vacuum at temperatures> 600 ° C) with a Si-containing gas phase or with a chemical reaction of silicon or silica with carbon. The SiC bond can also be obtained by admixing Si or / and SiO 2 under the diamond powder or the carbon-containing SiC powder and subsequent heat treatment in vacuum or under inert gas conditions in the temperature range 1200 ° C - 1600 ° C, preferably 1400 ° C - 1550 ° C done.
Während der Infiltration kann durch die chemische Reaktion von in der Legierung enthaltenem Silicium mit Kohlenstoff ein Gerüst, das mit SiC und Diamantpartikeln gebildet ist, erhalten werden. Dabei kann Kohlenstoff aus einem organischen Binder (der vorher unter inerten Bedingungen oder Vakuum pyrolysiert wurde) und/oder die Diamantpartikel als Kohlenstoffquelle für die chemische Reaktion genutzt werden. Dieser Kohlenstoff kann mit dem Si aus der Legierung reagieren und eine Schicht aus SiC um die Diamantpartikel bilden oder auf die im Gerüstwerkstoff vorhandenen SiC-Körner aufwachsen. Dadurch kann ein dreidimensionales Skelet aus SiC oder SiC und Diamant gebildet werden.During infiltration, a skeleton formed with SiC and diamond particles can be obtained by the chemical reaction of silicon contained in the alloy with carbon. In this case, carbon can be used from an organic binder (which was previously pyrolyzed under inert conditions or vacuum) and / or the diamond particles as a carbon source for the chemical reaction. This carbon can react with the Si from the alloy and form a layer of SiC around the diamond particles or grow on the SiC grains present in the framework material. As a result, a three-dimensional skeleton of SiC or SiC and diamond can be formed.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail by way of example in the following.
Beispiel 1example 1
Ein dreidimensionales offenporöses Halbzeug aus RSiC wurde mit einer Legierung, die mit 80 at % Gold und 20 at % Silicium, bzw. die mit 88 at % Silber und 12 at % Silicium gebildet war, infiltriert.A three-dimensional open-porous semi-finished product made of RSiC was infiltrated with an alloy formed with 80 at% gold and 20 at% silicon, or with 88 at% silver and 12 at% silicon.
In der nachfolgenden Tabelle kann man Parameter im Vergleich zur Infiltration dieser Legierungen in einem Hochtemperaturmikroskop mit dem Versuch einer Infiltration von reinem Gold und reinem Silber in den Halbzeugwerkstoff entnehmen.
Tabelle 1: Ergebnisse der Messungen im Erhitzungsmikroskop
Es ist daher festgestellt worden, dass sich die reinen Edelmetalle Ag und Au weder in SiC noch in Si3N4 infiltrieren lassen. Die Nutzung einer eutektischen Zusammensetzung Si-Au bzw. Si-Ag oder Si-Au-Ag bzw. einer Zusammensetzung, die reicher an Si ist, ist eine Alternative, die eine gute Infiltration in SiC oder SiC und Si3N4 erlaubt.It has therefore been found that the pure noble metals Ag and Au can not be infiltrated into either SiC or Si 3 N 4 . The use of a eutectic composition Si-Au or Si-Ag or Si-Au-Ag or a composition that is richer in Si is an alternative that allows good infiltration into SiC or SiC and Si 3 N 4 .
Daneben wurde ein Vorkörper aus LPS SiC hergestellt mit 4 Vol.-% Y2O3/Al2O3 und Additiven einer mittleren Porengröße von 10 µm hergestellt. Auch diese Probe konnte im Erhitzungsmikroskop infiltriert werden. Das gesamte Volumen der Goldlegierung wurde vom Vorkörper aufgesogen. Es erfolgte also eine Infiltration.In addition, a preform made of LPS SiC prepared with 4 vol .-% Y 2 O 3 / Al 2 O 3 and additives of an average pore size of 10 microns. This sample could also be infiltrated in a heating microscope. The entire volume of the gold alloy was absorbed by the preform. So there was an infiltration.
Die Infiltration von kompakten RSiC Proben erfolgte im Vakuum bei 1360°C. Die Ergebnisse sind in nachfolgender Tabelle 2 dargestellt. Das dreidimensionale offenporöse Halbzeug, das mit RSiC gebildet war, hatte eine Porosität von 26 % und einen mittleren Porenkanaldurchmesser bzw. eine mittlere Porengröße von 37 µm. Die mittlere SiC-Korngröße lag bei 100 µm. Die mittlere Vierpunktbiegebruchfestigkeitsmessung (4 Punkt-Biegefestigkeit) betrug 60 MPa.Infiltration of compact RSiC samples was done in vacuo at 1360 ° C. The results are shown in Table 2 below. The three-dimensional open-porous semi-finished product formed with RSiC had a porosity of 26% and an average pore channel diameter and average pore size of 37 μm, respectively. The mean SiC grain size was 100 μm. The mean four-point bending strength measurement (4 point bending strength) was 60 MPa.
Durch die Infiltration mit der Legierung konnten dichte Werkstoffe hergestellt werden, die eine Au-Si Legierung enthalten. Die Legierung war mit 20 at % Silicium und 80 at % Gold gebildet.Infiltration of the alloy produced dense materials containing an Au-Si alloy. The alloy was formed with 20 at% silicon and 80 at% gold.
Die Goldlegierung und die RSiC Probe wurde auf einer BN-Platte platziert. Dabei lag das Gold lag auf der RSiC Probe auf und der Ofen wurde unter Vakuumbedingungen mit 5 K/ min hochgeheizt. Die Masseaufnahme ist in der Tabelle 2 aufgeführt. Die Proben bestehen also nach der Infiltration zu 59.2 Vol.-% und 60.9 Vol.-% aus der Gold-Legierung.
Tabelle 2: Ergebnisse der Infiltration von kompakten Proben
Diamantpulver mit einer Partikelgröße von 50 µm wurde mit 5 Masse-% Phenolharz gemischt und bei einem Druck von 70 MPa zu Tabletten mit 1 mm Dicke verpresst. Die Tabletten wurden bei 800 °C in Ar-Atmosphäre pyrolisiert und dann bei 1550°C in Si Dampf in einem silicierten Graphittiegel getempert. Der Si-Dampf wurde durch einen separat angeordneten Tiegel mit Si- Pulver erzeugt.Diamond powder with a particle size of 50 microns was mixed with 5% by mass of phenolic resin and pressed at a pressure of 70 MPa into tablets of 1 mm thickness. The tablets were pyrolyzed at 800 ° C in Ar atmosphere and then annealed at 1550 ° C in Si vapor in a silicided graphite crucible. The Si vapor was generated by a separately arranged crucible with Si powder.
Nach dem Prozess hatten die so behandelten Tabletten als Körper eine Porosität von ca. 50 %. Der Kohlenstoff des Diamants war oberflächlich in SiC umgesetzt worden.After the process, the tablets treated as a body had a porosity of about 50%. The carbon of the diamond had been superficially reacted in SiC.
Dieser tablettenförmige Formkörper wurde dann im Vakuumofen bei einer Temperatur von 1360°C, einem Druck von 10-2 mbar im Verlaufe von 20 min mit einer Legierung aus 30 at.-% Si und 70 at.-% Au in analoger Weise infiltriert. Die zugeführte Legierung wurde vom Vorkörper aufgesogen. Im fertigen Körper konnte röntgenographisch Gold, Si, SiC und Diamant nachgewiesen werden.This tablet-shaped molded article was then infiltrated in an analogous manner in a vacuum oven at a temperature of 1360 ° C., a pressure of 10 -2 mbar over the course of 20 minutes with an alloy of 30 at.% Si and 70 at.% Au. The supplied alloy was absorbed by the preform. In the finished body, X-ray gold, Si, SiC and diamond could be detected.
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