DE19749050C1 - Verfahren zur Herstellung einer Keramik Ti¶x¶SiC¶y¶ - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Keramik Ti¶x¶SiC¶y¶Info
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Description
Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren
zur Herstellung einer Keramik TixSiCy.
Unter TixSiCy wird die Keramik Ti3SiC2 der
ungefähren Stöchiometrie mit geringen Beimengungen,
wie später noch präzisiert wird, verstanden.
TixSiCy ist eine interessante und technisch vielfach
verwendbare Verbindung des ternären Ti-Si-C
Systems. Es ist eine maschinell bearbeitbare Keramik
niedriger Härte und besitzt eine gute
Oxidationsbeständigkeit. TixSiCy ist weiterhin
hochfest gegen Temperaturschock (< 1000 K/s).
Aus dem Aufsatz von M. W. Barsoum, J. Am. Ceram.
Soc., Vol. 79, 1996, S. 1953 ff., ist ein
Herstellungsverfahren von Ti3SiC2 bekannt, bei dem
Proben mit weniger als 1 vol% von SiC und TiCx
herstellbar sind.
Bei diesem Verfahren wird Ti, C und SiC in einem
molaren Verhältnis von 3 : 1 : 1 vermischt und bei
1600°C heiß - isostatisch verpreßt.
Alternativ wird vorgeschlagen, die Ausgangsstoffe
mit 180 MPa kalt und anschließend bei 40 MPa und
1600°C über vier Stunden zu pressen, wobei die
Aufheizung 10°C pro Minute betragen soll.
Mit dem heiß - isostatischen Verpressen ist eine
hochreine, kompakte Keramik herstellbar, die eine
große Korngröße und eine niedrige Porosität
aufweist. Dieses Verfahren ist aufwendig und
benötigt eine teure Apparatur. Die Prozeßzeit ist
länger als vier Stunden. Das Verfahren ist auf
kleine Chargengrößen beschränkt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein
Verfahren aufzuzeigen, mit dem die bekannte Keramik
TixSiCy schnell und kostengünstig herstellbar ist.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch die im
Anspruch 1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.
Die Unteransprüche zeigen zweckmäßige
Ausgestaltungen auf.
Auf zwei Mol SiC (Siliziumkarbid) wird zwischen 2,5
und 3,6 Mol Ti (Titan) gegeben und vermischt. Das
Gemisch wird erwärmt, bis eine Reaktion der
Komponenten miteinander erfolgt. Die Durchführung
der Erwärmung erfolgt in einem Prozeß, bei dem die
Abdampfung von Si ermöglicht ist.
Die Erfindung geht von Grundstoffen
stöchiometrischer Zusammensetzung aus. Die Mischung
der Grundstoffe ist nicht stöchiometrisch im
Hinblick auf das Endprodukt Ti3SiC2, sie enthält ein
Mol Si Überschuß. Es entsteht ein Si - Überschuß,
der im Laufe des Verfahrens überraschenderweise
abdampft. Das Ergebnis ist eine hochreine Keramik.
Vorteilhafterweise beträgt das molare Verhältnis von
Ti und SiC 3 : 2, um eine Keramik mit möglichst
idealer Zusammensetzung, Ti3SiC2, zu erhalten.
Das Gemisch kann vor der Erwärmung mit einem Druck
von vorzugsweise 500 MPa zu einem Grünkörper
verpreßt werden. Dadurch wird eine niedrige
Porosität der Keramik erreicht, die durch eine
Variation der Drücke einstellbar ist.
Die Erwärmung kann mittels dreier aufeinander
folgender Temperaturschritte durchgeführt werden.
Die Temperaturschritte bestehen aus einer
Vorwärmung, einer kurzzeitigen lokalen
Temperaturerhöhung und einem Nachglühen.
Die Temperatur bei der Vorwärmung kann zwischen
550°C und 950°C gewählt werden, die bis zu 15 min
aufrecht erhalten wird. Als praktikabel und
ausreichend hat sich eine Temperatur zwischen 850°C
und 900°C über einen Zeitraum von 30 s
herausgestellt. Höhere Temperaturwerte als die
angegebenen müssen vermieden werden, damit keine
vorzeitige Reaktion des Gemisches einsetzt.
Die kurzzeitige lokale Temperaturerhöhung kann bei
einer Temperatur von über 950°C erreicht werden,
wobei die Temperatur bis zu 5 s aufrecht erhalten
bleiben sollte.
Das Nachglühen kann bis 30 min bei einer Temperatur
zwischen 600°C und 1600°C, vorzugsweise 2 min bei
1500°C, erfolgen. Die Temperatur ist derart zu
wählen, daß die Keramik einerseits nicht wieder
zerfällt und anderseits eine Diffusion von Si
stattfindet.
Durch die Vorwärmung wird der verpreßte Grünkörper
vollständig durchwärmt. Dadurch wird sichergestellt,
daß die sich anschließende Reaktion des Gemisches
weitgehend gleichmäßig abläuft.
Aufgrund der kurzzeitigen lokalen Temperaturerhöhung
erfolgt eine Zündung des Gemisches, worauf dieses
reagiert.
Nach Abschluß der Reaktion wird die Temperatur
erhöht und einige Minuten gehalten, um den Überschuß
an Si abzudampfen. Die tatsächlich benötigte Zeit
für dieses Nachglühen ist abhängig von der Größe der
Keramik und im Einzelfall festzustellen.
Die Erwärmung kann in einem Vakuum bei Drücken
kleiner als 10-2 Pa durchgeführt werden. Dadurch
wird ein höherer Reinheitsgrad des Endproduktes
erzielt. Eine unerwünschte Oxidation des Titans wird
zuverlässig vermieden.
Die Erwärmung kann beispielsweise durch Beschuß mit
einer Elektronenkanone erfolgen, aber auch unter
Vakuum oder Inertgas in einem Zonenofen.
Für die lokale Temperaturerhöhung kann eine externe
Quelle, beispielsweise ein Laser, Verwendung finden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels
weiter erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung
der Prozeßabläufe und
Fig. 2 ein Phasendiagramm der Elemente.
In der Fig. 1 ist ein Tiegel 1 dargestellt, in dem
gemäß Pfeilen 2 und 3 Ti und SiC in einem molaren
Verhältnis von 3 : 2 eingebracht sind. Mittels eines
Rührers 4 findet eine Vermischung statt.
In einem Zylinder 5 ist ein Preßstempel 6
vorgesehen, auf den eine Kraft gemäß einem Pfeil 7
ausgeübt wird.
Mit 8 ist eine Vakuumkammer bezeichnet.
Ti und SiC wird in Pulverform gemäß den Pfeilen 2
und 3 in den Tiegel 1 eingegeben und mittels des
Rührers 4 gemäß einem Pfeil 9 intensiv vermischt.
Die Korngröße der Ausgangsstoffe ist unbedeutend,
sollte jedoch nach Möglichkeit klein sein, um eine
gleichmäßige und vollständige Reaktion zu
ermöglichen. Das Gemisch wird, wie es durch einen
Pfeil 10 angedeutet ist, in den Zylinder 5 verbracht
und über den Freßstempel 6 mit einem Druck von 500
MPa beaufschlagt. Es entsteht ein sogenannter
Grünkörper, also ein kompakter Rohling, dessen
einzelne Bestandteile noch nicht miteinander
reagiert haben. Höhere Drücke resultieren in höheren
Gründichten, welche wiederum zu geringeren
Porositäten der fertigen Keramik führen.
Der verdichtete Grünkörper wird, wie es durch einen
Pfeil 11 angedeutet ist, in die Vakuumkammer 8
verbracht. Der Druck in der Vakuumkammer 8 ist
geringer als 10-2 Pa.
In der Vakuumkammer 8 wird der Grünkörper mittels
eines hier nicht weiter dargestellten
Elektronenstrahls auf eine Temperatur T1 von ca.
900°C erwärmt. Diese Temperatur wird über eine
Zeitdauer t1 von ca. 30 s gehalten, bis der
Grünkörper vollständig durchgewärmt ist.
Im Anschluß daran erfolgt eine kurzzeitige lokale
Temperaturerhöhung auf die Temperatur T2 von größer
950°C, welches durch eine Erhöhen der Heizleistung
erreicht werden kann. Der Grünkörper zündet und
reagiert. Nach dem Zünden wandert eine
Reaktionsfront selbsttätig mit hoher Temperatur
(<1700°C) und hoher Geschwindigkeit durch das
Werkstück. Innerhalb der Zeit t2 ≈ 3 s ist die
Reaktion abgeschlossen.
Nach Abschluß der Reaktion wird die Temperatur auf
T3 ≈ 1500°C erhöht. Diese Temperatur T3 wird für
einige Minuten, vorliegend für die Dauer von t3 ≈ 2
min. gehalten. Die genaue Zeit t3 ist abhängig von
der Größe der Keramik und im einzelnen festzulegen.
Im Laufe dieses Nachglühens dampft der Si -
Überschuß der Einwaage ab, wie es durch einen Pfeil
12 angedeutet ist.
Abschließend wird die Vakuumkammer 8 belüftet und
die fertige Keramik TixSiCy, im Idealfall reines
Ti3SiC2, entnommen (Pfeil 13).
In der Fig. 2 ist ein isothermer Schnitt eines
Phasendiagramms Ti-Si-C in Form eines aufrecht
stehenden Dreiecks dargestellt. Der Punkt an der
linken unteren Ecke kennzeichnet reines Ti, der an
der rechten unteren Ecke reines Si und der obere
reines C. Aufgetragen sind jeweils die Atomprozente
(at%) der einzelnen Stoffe.
In einem durch Punkte 1 bis 4 abgegrenzten Fenster
sind die Werte der mit diesem Verfahren erreichbaren
Zusammensetzungen von TixSiCy aufgezeigt. Die Werte
sind nochmals in einer Tabelle unterhalb des
Diagramms explizit aufgeführt, worauf verwiesen
wird.
Die Punkte 1 und 2 ergeben sich aus dem variablen
Mischungsverhältnis von Ti und SiC. Die Punkte 3 und
4 ergeben sich aus den Abdampfraten von Si. Der
Punkt der idealen Zusammensetzung von TixSiCy,
nämlich Ti3SiC2, ist mit dem griechischen Buchstaben
Tau bezeichnet.
1
Tiegel
2
Pfeil
3
Pfeil
4
Rührer
5
Zylinder
6
Preßstempel
7
Pfeil
8
Vakuumkammer
9
Pfeil
10
Pfeil
11
Pfeil
12
Pfeil
13
Pfeil
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung einer Keramik TixSiCy
mit folgenden Verfahrensschritten:
- a) Mischen im Verhältnis von x Mol Ti und 2 Mol SiC mit 2,5 ≦ x ≦ 3,6,
- b) Erwärmen des Gemisches derart, daß eine Reaktion erfolgt und
- c) Durchführung der Erwärmung in einem Prozeß, bei dem eine Abdampfung von Si ermöglicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis von
Ti und SiC 3 : 2 beträgt.
3. Verfahren Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gemisch vor der
Erwärmung mit einem Druck von vorzugsweise
500 MPa zu einem Grünkörper verpreßt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erwärmung mittels dreier aufeinander
folgender Temperaturschritten erfolgt,
bestehend aus Vorwärmung, kurzzeitige lokale
Temperaturerhöhung und Nachglühung.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Vorwärmung
Temperaturen zwischen 550°C und 950°C,
vorzugsweise 850°C und 900°C, über einen
Zeitraum von bis zu 15 min. vorzugsweise 30 s,
gewählt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die kurzzeitige lokale
Temperaturerhöhung bei einer Temperatur von
größer 950°C und einem Zeitraum von bis zu 5 s
erfolgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der
Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Nachglühen bis 30 min bei einer Temperatur
zwischen 600°C und 1600°C, vorzugsweise 2 min
bei 1500°C, erfolgt.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erwärmung in einem Vakuum durchgeführt
wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erwärmung durch Beschuß mit einer
Elektronenkanone erfolgt.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erwärmung unter Vakuum oder Inertgas in
einem Zonenofen erfolgt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der
Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die lokale Temperaturerhöhung durch eine
externe Quelle erzeugt wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997149050 DE19749050C1 (de) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Verfahren zur Herstellung einer Keramik Ti¶x¶SiC¶y¶ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997149050 DE19749050C1 (de) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Verfahren zur Herstellung einer Keramik Ti¶x¶SiC¶y¶ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19749050C1 true DE19749050C1 (de) | 1998-12-03 |
Family
ID=7847805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1997149050 Expired - Fee Related DE19749050C1 (de) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Verfahren zur Herstellung einer Keramik Ti¶x¶SiC¶y¶ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19749050C1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001046083A1 (en) | 1999-12-22 | 2001-06-28 | Drexel University | Process for forming 312 phase materials and process for sintering the same |
| EP1456149A1 (de) * | 2001-12-18 | 2004-09-15 | Ansell Healthcare Products Inc. | Handschuh- und kondomformer aus ternärer keramik mit carbid und nitrid |
-
1997
- 1997-11-06 DE DE1997149050 patent/DE19749050C1/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US-Z: BARSOUM, M.W. a.T. EL-RAGHY: Synthesis and Characterization of a Remarkable Ceramic: Ti¶3¶SiC¶2¶ in: J. Am. Ceram. Soc. 79 (1996), 1953-1956 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001046083A1 (en) | 1999-12-22 | 2001-06-28 | Drexel University | Process for forming 312 phase materials and process for sintering the same |
| US6461989B1 (en) | 1999-12-22 | 2002-10-08 | Drexel University | Process for forming 312 phase materials and process for sintering the same |
| JP2003517991A (ja) * | 1999-12-22 | 2003-06-03 | ドレクセル ユニバーシティー | ３１２相材料の製造方法及びその焼結方法 |
| CN1293019C (zh) * | 1999-12-22 | 2007-01-03 | 德崇大学 | 312相材料的形成方法和烧结方法 |
| JP4800540B2 (ja) * | 1999-12-22 | 2011-10-26 | ドレクセル ユニバーシティー | ３１２相材料の製造方法及びその焼結方法 |
| EP1456149A1 (de) * | 2001-12-18 | 2004-09-15 | Ansell Healthcare Products Inc. | Handschuh- und kondomformer aus ternärer keramik mit carbid und nitrid |
| EP1456149A4 (de) * | 2001-12-18 | 2007-12-12 | Ansell Healthcare Prod Llc | Handschuh- und kondomformer aus ternärer keramik mit carbid und nitrid |
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