DE1696621C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Überzügen aus stöchiometrischen Siliciumkarbid auf Drähten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Überzügen aus stöchiometrischen Siliciumkarbid auf DrähtenInfo
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Description
containing metal halide« hervor. Es ist dort jedoch nicht angegeben, daß diese Apparatur zum Überziehen
von Drähten mit einem Siliciumkarbidüberzug dienen könnte.
Die zu der vorliegenden Patentbeschreibung gehörende Zeichnung gemäß Fig. 1 enthält kein Gefäß für
»Metallhalogenide«, da diese Apparatur zur Herstellung von Siliciumkarbidüberzügen dient.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, um Siliciumkarbid aus einem Gas auf einen als Widerstand
erhitzten Draht niederzuschlagen, währenddem der Draht durch einen Reaktor gezogen wird, dadurch
gekennzeichnet, daß der Draht auf einer Temperatur gehalten wird, die das Niederschlagen des Siliciumkarbids
auf dem Draht ermöglicht, wobei die maximale Drahttemperatur nicht über 1500° C liegen darf,
und daß der Draht einem strömenden Gas, das Methyldichiorsilan
in einer Konzentration von 10 bis 60 Molprozent, bezogen auf den Gesamtdurchsatz und
ohne Trägergaszusammensetzung enthält, ausgesetzt wird und dem kohlenstoffhaltiges Gas zugesetzt wird,
damit stöchiome irisches Silicium (carbid gebildet wird.
Eine Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff dem Gasstrom zugesetzt
wird.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß als aufkohlendes Gas
Methan eingesetzt wird.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Drahttemperatur
zwischen 1200 und 1400° C liegt.
Eine spezielle Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Methyldichlorsilan/Methan
im Reaktor zwischen 1: 1 und 1 :3 auf Mol bezogen vorliegt und daß das aufkohlende
Methangas K) bis 60 Molprozent des gesamten Gasstromes ausmacht.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens
der vorstehenden Ausführungsformen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein senkrecht angeordneter
Reaktor zum Durchziehen eines elektrisch erhitzten Bordrahtes von oben nach unten zum Aufbringen
eines Siliciumkarbidüberzuges aus einem rohrförmigen Gefäß besteht, welches zwei Gaseinlässe
am oberen Ende des Reaktors hat und einen Auslaß am unteren Ende aufweist, wobei der Einlaß
zum Eintritt des zum Kühlen benötigten Wasserstoffs bestimmt ist und der Einlaß zur Einleitung der Reaktorgasmischung,
bestehend aus Methyldichlorsilan, Wasserstoff und Methan bestimmt ist, an das sich ein
erweitertes Gefäßteil anschließt, welches mit der Öffnung mit dem rohrförmigen Gefäß verbunden ist, wobei
die Gaseinlässe und der Auslaß die Außenwand durchdringen und mit den metallischen Endverschlüssen
mit zentralen Bohrungen elektrisch verbunden sind, wobei die Endverschlüsse je eine Rille zur Aufnahme
einer leitenden Dichtung aufweisen, wobei die Endverschlüsse über die Rohre über Leitungen mit
einer Gleichstromquelle unter Einschaltung eines Schiebewiderstandes verbunden sind.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung
des nach den vorstehend angegebenen Verfahren erhaltenen Silieiumkarbiddrahls in Matrixwerkstoffen.
In der nun folgenden, eingehenden Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen:
Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Reaktor, welcher
für das pyrolytische Abscheiden von Siliciumkarbid
verwendet wird;
Fig. 2 stellt schematisch das Gasrohrsystem dar, welches den Reaktor speist;
Fig. 3 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen Druck und Temperatur im Zusammenhang mit
der Zusammensetzung des Abscheideproduktes wiedergibt.
Fig. 1 stellt den bevorzugten Aufbau des Reaktors dar, in welchem ein Siliciumkarbidüberzug auf einen
durch Widerstand erhitzten Draht 2 aufgebracht wird, während letzter durch den Reaktor 4 nach unten gezogen
wird. Der Reaktor besteht aus einem rohrförmigen Behälter 6 mit 2 Gaszuleitungen 8 und 10 am
oberen Ende des Reaktors und nur einer Auslaßöffnung 12 am unteren Ende des Reaktors. Die Wasserstoffzufuhr
zur Kühlung geschieht durch Einlaß ti, und ein Einlaß 10 wird als Zufuhr für eine Gasmischung
aus Methyldichlorsilan (CH3SiHCI2), Methan und
Wasserstoff benützt. Der Behälter besteht aus Gerätehartglas
mit geringem Ausdehnungskoeffizienten von 3,2 · 10'Λ Es erträgt starke Temperaturgegensätze
und besteht aus 80,5% SiO1, 11,8% B1O1, 2,3%
AUO1, 4,4% Na2O, 0,26% K2O,"0,21 % CaO, 0,22%
As2O,, auch Quarz, Spezial-Quarzglas (dieses Spezial-Quarzglas
entsteht, wenn man aus einem weichen Alkaliglas die Alkalibestandteile mit heißen Säuren
herauslöst und nachher auf ca. 1100° C erhitzt (Schrumpfung, Porenverschluß). Das erhaltene Material
hält Temperaturen bis 870° C aus, ohne an Durchsichtigkeit und Festigkeit einzubüßen), und eine
Anzahl anderer Dielektrika können verwendet werden. Verschiedene Teile können aus metallischen
Werkstoffen bestehen. Die Gaseinlässe 8 und 10 und der Auslaß 12 durchdringen die Außenwand und sind
elektrisch mit den metallischen Verschlußelementen 14 und 16 verbunden, welche den Behälter an beiden
Ecken schließen und gleichzeitig zweckmäßigerweise dazu dienen, dem Draht, der als Widerstand erhitzt
wird, Strom zuzuführen.
Obwohl die Verschlußelemente von Darstellung zu Darstellung verschieden sind, haben beide eine Anzahl
Eigenschaften gemeinsam. Beide bilden eine Rinne 20 und 22, die eine zweckmäßige, leitende
Dichtung 24, wie z. B. Quecksilber enthält, welches rundum den Draht gasdicht schließt. Das Quecksilber
bewirkt des weiteren den elektrischen Kontakt zwischen dem sich bewegenden Draht und den jeweiligen
Verschlußelementen, die ihrerseits über die Rohre 8 und 12 und die Leitungen 26 und 28 mit einer Gleichstromquelle
30 verbunden sind. Ein Schiebewiderstand 32 ist im äußeren Stromkreis angebracht und
ermöglicht die Regelung des dem Draht zugeführten Stromes und stellt somit ein Temperatursteuerungsgerät
dar. Das obere Verschlußelement 14istmiteinci Rille 34 versehen, welche mit der Quecksilberrinnc
20 über die Bohrung 36 verbunden ist, um rund um das Verschlußelement abzudichten. Zwischen dem
Verschlußelement 16 und dem unteren Ende des Behälters 6 dichtet das sich in einer ringförmigen Rinne
38 befindliche Quecksilber ab.
Die jeweiligen Verschlußelemente sind außerdem mit einer zentralen Bohrung 40 und 42 versehen, welche
groß genug ist, um den Draht durchzulassen, welehe aber auch eng genug ist, um das Quecksilber wegen
der Oberflächenspannungen in den entsprechenden Rinnen zurückzuhalten.
Der Wasserstoff tritt durch den FinliiH 8 in die: Rr-
aktionskammer gleich neben der Drahteinführöffnung ein und wird primär dazu benutzt, am Vcrschlußelement
14 zu kühlen. Die Reaktionsgasc treten in dem erweiterten Kaminteil 50 in die Reaktionskammer ein und strömen durch die Öffnung 52 in das
Rohr 6 hinein.
Um die Methyldichlorsilankonzentration konstant zu halten, wird ein Kühler benutzt, damit eine Gasmischung
mit festliegendem Taupunkt vorliegt. Ein solches System wird schematisch in Bild 2 wiedergegeben.
Es wurde festgestellt, daß bei einem Druck von 0,28074 kp/cm: der Taupunktbereich zwischen 12
und 15° C Drähte von guter Qualität und Konsistenz erzeugt. Bei einem Taupunkt von 25' C ist die Konzentration
von dem genannten Silan zu hoch und es entstehen Drähte mit verminderter Festigkeit. Für einen
Taupunkt von 0° C ist die Silankonzentration zu klein. Experimente mit Wasserstoff und Argon als
Trägergase wurden durchgeführt. In allen Fällen erhielt man für Drähte, für die Wasserstoff als Trägergas
verwendet wurde, die größten Festigkeitswerte. Bei darauffolgenden Untersuchungen wurden Versuche
durchgeführt, in denen Methan als Trägergas verwendet wurde, it.J in den meisten Fällen wurde nur ein
beschränkter Betrag Wasserstoff zu Kühlzwecken an der oberen Quecksilberdichtung verwendet. Die Ergebnisse
waren ganz zufriedenstellend. Im allgemeinen wird eine Mcthyldichlorsilankonzcntration von 10
bis 60 Molprozent vorzuziehen sein, bezogen auf den Gesamtdurchsatz, und ohne die Trägcrgaszusammensetzung
in Betracht zu ziehen.
Im System, welches in Fig. 2 dargestellt ist, wird der Wasserstoff aus einer zweckmäßigen Quelle durch
die Leitung 60, den Druckregler 62, den Druckflußmesser 64 und das Ventil 66 in den Verdunster 68
eingeführt. Ein Teil des Wasserstoffs strömt durch das flüssige Methyldichlorsilan 70 im Verdunster, und die
Wasserstoff-Methyldichlorsilan-Mischung wird von dort durch die Leitung 72 zum Kühler 74 geleitet,
der auf der entsprechenden Temperatur gehalten wird, um ein Auslaßprodukt mit einem Endtaupunkt
im zweckmäßigen Temperaturintervall zu erreichen. Aus dem Kühler wird dieses Auslaßprodukt in den
Reaktor 4 durch den Einlaß 10 geführt.
Ein Teil des Wasserstoffs kann am Verdunster 68 vorbeigeleitet und über die Leitung 76 zum Dreiwegekrntrollventil
80 gebracht werden, um als Spülgas für den Reaktor zu dienen, um die Zusammensetzung
der Reaktionsgasmischung zu regeln. Der Kühlwasserstoff gelangt aus der Leitung 82 durch das
Ventil 84, den Durchflußmesser 86 und den Einlaß 8 in der. Reaktor hinein.
Der Methanzusatz wird durch die Leitung 90, das Ventil 92 und den Durchflußmesser 94 eingeführt.
Die Gas-Mischung soll daher vorzugsweise aus Methyldichlorsilan, Wasserstoff und Methan bestehen,
wobei der Wasserstoff abgestellt werden darf.
Es wurde eine Untersuchung durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen dem Druck und der Temperatur,
der beim Niederschlagen des Siliciumkarbids eingeht, festzustellen. Bei der Herstellung von drahtförmigem
Siliciumcarbid oder bei der Bildung von Siliciumkarbidüberzügen auf einem reaktionsfähigen
drahtförmigen Werkstoff, wie z. B. Bor, ist es äußerst wichtig, daß ein wesentlicher Teil des abgeschiedenen
Werkstoffes stöchiometrisches Siliciumkarbid ist und nicht Silicium oder siliciumreiches Siliciumkarbid.
Aus diesem Grunde wird ebenfalls ein aufkohlendes tvlcdiim, wie z. Ii. Methan, in das Reaktionsgemiscl
eingeführt.
Die Kurve in Fig. 3 zeigt, daß man, um Silicium karbid ohne freies Silicium herstellen zu können
oberhalb der Kurve arbeiten muß, denn in jederr Punkt unter der Kurve wird entweder Silicium odei
eine Mischung aus Siliciumkarbid und Silicium entstc hen. Die Mehrzahl der Versuche wurde bei einer At
mosphäre Druck durchgeführt, aber die crfaßtei
Werte genügten zur Darstellung des Problems.
Die Temperaturverteilung im üblichen Reaktor der bei einer Atmosphäre arbeitet, ist so, daß nur cii
beschränkter Teil des Drahtes, der beschichtet werdet soll, oberhalb der Kurve liegt Daraus ergibt sich, dal
die Tendenz besteht, eine Schicht auf den Draht auf zubringen, welche reich an Silicium ist. In einem 76;
mm großen Reaktor wurde ein abgestufter Draht her gestellt, der aus stöchiometrischem Siliciumkarbid be
stand auf der dem Draht zugewandten Fläche, wäh rend die äußere Oberfläche des Überzugs au;
siliciumreichem Siliciumkarbid besteht. Viele de: Schwierigkeiten, welche die Forscher mit der Silici
umkarbidfascr in Zusammenhang stellen, so z. B. di<
Reaktionsfähigkeit mit dem metallischen Matrix werkstoff und die Abnahme der Zugfestigkeit bei tic
fen Temperaturen, können im Zusammenhang mi diesem großen Siliciumgehalt erklärt werden. Ähnlicl
können viele der Schwierigkeiten, die bei der Hand habung des Reaktors anfallen, auf diese Siliciumbil
dung zurückgeführt werden. Das Beimengen eine: kohlenstoffhaltigen Gases, wie Methan, zu dem Rc
aktionsgemisch, so wie es die Erfindung lehrt, erlaub es, stöchiometrischen Siliciumkarbid ohne den uner
wünschten hohen Siliciumgehalt herzustellen. Eine Folge hiervon ist, daß bei den Gelegenheiten, be
denen ein abgestufter Draht gebraucht wird, di< gewünschten Eigenschaften durch eine sehr gc
naue Kontrolle des Methangehaltes und der Tem pcraturverteilung im Reaktor erreicht werden kön
nen.
Bei einem Versuch, in dem ungefähr 16 Molprozcni
Methan in der Reaktionsgasmischung verwendet wur den, welche aus Methyldichlorsilan und Wasserstof!
bestand, wurden ohne Schwierigkeiten Siliciumearbiddrähte hergestellt, welche eine Zugfestigkeit vor
40000 kg/cm2 aufwiesen, und die Mikroanalyse bewies, daß kein freies Silicium in erwähnenswerter
Mengen vorlag.
Für verschiedene Verwendungszwecke kann cir Draht grundsätzlich aus Siliciumkarbid hcrgestell
werden, welcher eine dünne Oberfläche aus reinerr Silicium hat. Die sich ergebende Fiber würde dann
nach sorgfältiger Oxydation des Siüciums, einen zusammengesetzten
Siliciumkarbid-Siliciumoxid-GIas
überzug besitzen. Dies würde besonders günstig füi den Einsatz in Harzmatrixwerkstoffen sein.
In einer Anlage vom vorstehend beschriebenen Tyr
mit einem 165 mm langen Reaktor aus 9 mm starken Hartglasrohr wurde ein Silicium Überzug mit einer Geschwindigkeit
von 232 m/h auf einen Bordraht aufgebracht. Bei einem Verdunsterdruck von 0,141 kg/cm
wurde eine Durchflußgeschwindigkeit dei Wasser-Stoffs von 483 cmVmin ohne Umleitung des Wasser
Stoffs um den Verdunster eingehalten. Der Kühlei wurde auf einer Temperatur von 14,5° C gehalten
cm3 Methyldichlorsilan pro min durchströmte der
Kühler. Um zu kühlen, wurden 1 14 cm' Wasserstoff
pro Minute in den Reaktor geleitet, und die Methanzugabe zur Reaktandengasmischung betrug 150 crrvV
min, so daß sich eine Gesamtgaszusammensetzung im Reaktor von IS,3 Molprozent Methan, 23,4 Molprozent
Mcthyldichlorsilan und 61,3 Molprozent Wasserstoff ergab. Die Temperatur des Drahtes wurde auf
ungefähr 1 130" C gehalten.
In einem Versuch, für den ein 762 mm langer Reaktor verwendet wurde mit einem 9 mm starken Hartglasrohr,
wurden Siliciumkarbiddrähte, ausgehend von Wolframdrähten, mit einer Geschwindigkeit von
60,96 m/h hergestellt. Gasdurchsatzgeschwindigkeiten und Zusammensetzungen entsprachen denen aus
Beispiel 1, aber das Temperaturmaximum am Draht lag zwischen 1200 und 1400° C. Über 2743 m kontinuierlichen
Drahtes aus Siliciumkarbid wurden so hergestellt und zeigten eine Festigkeit von 40000 kp/
crrr.
Im allgemeinen waren die hergestellten Siliciumkarbiddrähte zwischen 76,2 und 101,6 Jim stark. Diejenigen
Drähte, welche in Verfahren mit Methangaszusatz hergestellt wurden, hatten Festigkeiten von
40000 kg/cm2, während diejenigen Vergleichsdrähte, die ohne Methanzusatz hergestellt wurden, meistens
Festigkeiten von nur 24300 kg/cnr aufwiesen.
Der mit Siliciumkarbid beschichtete Bordraht wird im allgemeinen mit Durchmessern von 76,2 bis
101,6 μτη erhalten. Versuche mit 96,52 μτη starkem
Bordrahl mit einem 50,8 μτη dicken Überzug aus stöchiometrischem
Siliciumkabid zeigten, daß der oberflächenbeschichtete Draht die gleiche maximale Zugfestigkeit
hatte wie der ursprüngliche Bordraht, d. h. 32300 kg/cm2.
Beispiel 3
In einem ähnlichen Versuch mit einem Reaktor aus einem 25 mm starken, 203,2 mm langen Rohr wurde ein Siliciumkarbidüberzug von 50,X μιη auf einen 111.76 Jim starken Bordrahl aufgebracht. Methan wurde als Trägergas verwendet, und es wurde mit einer Geschwindigkeit von 520 cnvVmin dem Verdunster zugeführt, und der Verdunster wurde auf einer Temperatur von 14" C gehalten. Dies erzeugte einen Methyldichlorsilan-Durchfluß von 1 93 cnvVmin. Der Kühlwasserstoff wurde mit 200 cm'/min zugeführt. Die gesamte Zusammensetzung des Gases im Reaktor war 57 Molprozent Methan, 22 Molprozent Wasserstoff und 21 Molprozent Methyldiehlorsilan. Eine anschließend durchgeführte Mikroanalyse ergab, daß kein Silicium oder Kohlenstoff im Überschuß im Niederschlag vorhanden war.
In einem ähnlichen Versuch mit einem Reaktor aus einem 25 mm starken, 203,2 mm langen Rohr wurde ein Siliciumkarbidüberzug von 50,X μιη auf einen 111.76 Jim starken Bordrahl aufgebracht. Methan wurde als Trägergas verwendet, und es wurde mit einer Geschwindigkeit von 520 cnvVmin dem Verdunster zugeführt, und der Verdunster wurde auf einer Temperatur von 14" C gehalten. Dies erzeugte einen Methyldichlorsilan-Durchfluß von 1 93 cnvVmin. Der Kühlwasserstoff wurde mit 200 cm'/min zugeführt. Die gesamte Zusammensetzung des Gases im Reaktor war 57 Molprozent Methan, 22 Molprozent Wasserstoff und 21 Molprozent Methyldiehlorsilan. Eine anschließend durchgeführte Mikroanalyse ergab, daß kein Silicium oder Kohlenstoff im Überschuß im Niederschlag vorhanden war.
Im Laufe der Versuchszeit war Siliciumkarbid auf verschiedenen Werkstoffen niedergeschlagen worden,
so zum Beispiel Wolfram und Bor, Graphit und Tantal. Des weiteren wurden die Drahttemperaturen und
die Gaszusammensetzungen geändert, um die optimale Arbeitsweise herauszufinden. Auch wurden die
verschiedenartigen Drähte Versuchen unterworfen, die feststellen sollten, ob sie mit den verschiedensten
Matrixwerkstoffen, wie Aluminium, Magnesium und Titan verträglich sind. Es trat keine Verminderung der
Eigenschaften des Siliciumcarbiddrahtes auf, wenn dieser in Aluminium bei 580" C während 24 Stunden
erhitzt wurde und in Titan bei 730° C während 24 Stunden. Die Verträglichkeit des oberflächenbeschichteven
Bor-Siliciumkarbid-Drahtes wurde auf ähnliche Weise in anderen Versuchen bis 500 Stunden
geprüft.
Es ist ersichtlich, daß diese Erfindung ein Verfahren
betrifft, mit welchem Siliciumkarbid-Drähte und Silicium karbid-Überzüge hergestellt werden können, in
denen die Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung des Siliciumkarbids genau geregelt werden
können mit dem Erfolg, daß die Qualität des hergestellten Drahtes verbessert vorliegt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren, um Siliciurnkarbid aus einem Gas
auf einen als Widerstand erhitzten Draht niederzuschlagen, währenddem der Draht durch einen
Reaktor gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht auf einer Temperatur gehalten wird, die das Niederschlagen des Siliciumkarbids auf dem Draht ermöglicht, wobei die
maximale Drahttemperatur nicht über 1500° C liegen darf, und daß der Draht einem strömenden
Gas, das Methyldichlorsilan in einer Konzentration von IC bis 60 Molprozent, bezogen auf den
Gesamtdurchsatz und ohne Trägergaszusammensetzung enthält, ausgesetzt wird und dem kohlenstoffhaltiges Gas zugesetzt ist, damit stöchiometrisches Siliciurnkarbid gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff dem Gasstrom zugesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als aufkohlendes Gas Methan
eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Drahttemperatur zwischen 1200 und 1400° C
liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Methyldichlorsilan/Methan im Reaktor zwischen
1:1 und 1:3 auf Mol bezogen vorliegt und daß
das aufkohlende Methangas 10 bis 60 Molprozent des gesamten Gasstromes ausmacht.
6. Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 5, in Form eines senkrecht angeordneten Reaktors (4), dadurch gekennzeichnet, daß zum
Durchziehen eines elektrisch erhitzten Bordrahtes (2) von oben nach unten zum Aufbringen eines
Siliciumkaibiuüberzuges dieser aus einem rohrförmigen Gefäß (6) besteht, welches zwei Gaseinlässc (8, 10) am oberen Ende des Reaktors (4)
hat und einen Auslaß (12) am unteren Ende aufweist, wobei der Einlaß (8) zum Eintritt des zum
Kühlen benötigten Wasserstoffs bestimmt ist, und der Einlaß (10) zur Einleitung der Rcaktorgasmischung, bestehend aus Methyldichlorsilan, Wasserstoff und Methan bestimmt ist, an das sich ein
erweitertes Gefäßteil (50) anschließt, welches mit der Öffnung (52) mit dem rohrförmigen Gefäß (6)
verbunden ist, wobei die Gaseinlässe (8, 10) und der Auslaß (12) die Außenwand durchdringen und
mit den metallischen Endverschlüssen (14, 16) mit zentralen Bohrungen (40, 42) elektrisch verbunden sind, wobei die Endverschlüsse (14,16) je eine
Rille (20,22) zur Aufnahme einer leitenden Dichtung (24) aufweisen, wobei die Endverschlüsse
(14, 16) über die Rohre (8, 12) über Leitungen (26, 28) mit einer Gleichstromquelle (30) unter
Einschaltung eines Schiebewiderstandes (32) verbunden sind.
7. Verwendung des nach einem in den Patentansprüchen 1 bis 5 angegebenen Verfahren erhaltenen Siliciumkarbiddrahts in Matrixwerkstoffen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Überzügen aus stöchiometrischem
Siliciumkarbid auf Drähten, wobei das Siliciumkarbid aus einem Gas auf einen als Widerstand erhitzten
Draht niedergeschlagen wird, während der Draht durch einen Reaktor gezogen wird. Hierbei wird SiIiciumkarbid durch chemisches Abscheiden aus einer
Reaktionsgasmischung, zusammengesetzt aus Mithyldichlorsilan und einem kohlenstoffhaltigen Gas,
wie z. B. Methan, hergestellt. Die Erfindung befaßt sich nicht nur mit der Herstellung von Drähten, welche
hauptsächlich aus Siliciumkarbid bestehen, sondern auch mit der Herstellung von oberflächenbeschichteten Drähten, in denen das Siliciumkarbid als dünne
Schicht auf verschiedene Substrate, aber hauptsächlich auf Dor, aufgebracht wird.
Es ist bekannt, daß drahtartige Werkstoffe mittels pyrolytischer Verfahren hergestellt werden können,
indem der gewünschte Werkstoff als Niederschlag auf einen elektrisch erhitzten Draht aufgebracht wird,
welcher durch einen Reaktionsgasstrorn, der die abzuscheidenden Stoffe enthält, gezogen wird.
Siliciumkarbid stellt wegen seiner relativen Reaktionsträgheit und seiner Festigkeit bei erhöhten Temperaturen einen vorteilhaften Verstärkungswerkstoff
für faserverstärkte Gegenstände in einer Anzahl verschiedener Matrixzusammensetzungen dar. Die Festigkeit dieser Siliciumkarbid-Drähte ist jedoch abhängig von deren Zusammensetzung. Da es für
verschiedene Zwecke erwünscht sein kann, einen SiIiciumkarbid-Draht oder -Überzug herzustellen, der
von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweicht, wird die Überwachung dieser Änderung sehr
wichtig. Dies ist besonders der Fall, wenn das Siliciumkarbid dazu verwendet wird, um auf anderen
Drähten als Bor eine Diffusionsschrankc zu bilden. Silicium oder siliciumrciches Siliciumkarbid bringen
eine nicht bessere Substrat- oder Matrixbeständigkeit mit sich, wie diese durch die stöchiometrische Zusammensetzung erzielt wird.
Die US-PS 3011 912 und US-PS 3 157541 betreffen jedoch nicht Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid auf erhitztem Draht, sondern nur Verfahren
zur Herstellung von Siliciumkarbid auf einem Substrat, wobei in der US-PS 3011912 im Patentanspruch 2 Stahl als Substrat, im Patentanspruch 3
Quarz als Substrat und im Patentanspruch 4 Saphir als Substrat genannt wird. Gemäß den Angaben in
der US-PS 3157541 in Spalte 6, Zeile 31 35 soll dorl
Siliciumkarbid auf Molybdän, Tantal, Graphit, gesintertem Siliciumkarbid, Silicium oder Siliciumdioxid
abgeschieden werden.
Gemäß den weiteren dortigen Angaben in Spalte 6, Zeilen 36 bis 40 kann das abgeschiedene Siliciumkarbid zur Gewinnung von Trägermaterial Molybdän
oder Tantal leicht abgetrennt werden. Gemäß den Angaben in den Zeilen 40 bis 43 haftet das abgeschiedene Siliciumkarbid auf Graphit oder gesintertem
Siliciumkarbid sehr fest, so daß porige Materialien porenfrei und damit gasdicht hergestellt werden
können. Das Überziehen von Drähten mit Siliciumkarbid ist dort nicht beschrieben oder nahegelegt
worden.
In dem Buch Powell et al. »Vapor Plating«, 1955, Seite 10 ist eine Apparatur abgebildet, die zum Überziehen von durchlaufenden Drähten mit Metallen bestimmt ist. Dies geht aus der Zeichnung mit dem vorgeschriebenen Teil mit der Bezeichnung »Boat
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DE1696621B2 DE1696621B2 (de) | 1978-01-12 |
DE1696621C3 true DE1696621C3 (de) | 1978-09-14 |
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