DE19934760A1 - Verfahren zur Bindung von Silicumnitrid an Kohlenstoffstahl - Google Patents

Verfahren zur Bindung von Silicumnitrid an Kohlenstoffstahl

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Binden von Siliciumnitrid mit einer dünnen Schicht von aktivem Siliciummetall an Kohlenstoffstahl und spezieller ein Verfahren zur Bindung von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl, bei dem eine aktive Siliciumschicht durch thermische Dissoziation von Siliciumnitrid (Si¶3¶N¶4¶) zu Silicium (Si) und Stickstoffgas (N¶2¶) gebildet wird. Die aktive Siliciumschicht auf dem Siliciumnitrid wird direkt an Kohlenstoffstahl durch eine induzierte eutektische Schmelzreaktion zwischen Silicium (Si) und Fe von Kohlenstoffstahl oder durch Löten zweier Materialien mit Ag-Cu-Legierungen, wenn dies als erforderlich angesehen wird, gebunden. Das Bindungsverfahren erfordert keine teuren aktiven Ag-Cu-Ti-Lötlegierungen, die ein aktives Metall (Ti) enthalten, oder eine Sputtermethode zum Beschichten der Oberfläche von Siliciumnitrid mit aktiven Metallen, was bessere Wirtschaftlichkeit gewährleistet.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Binden von Siliciumnitrid mit einer dünnen Schicht von aktivem Siliciummetall an Kohlenstoffstahl und spezieller ein Verfahren zum Binden von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl, bei dem die aktive Siliciumschicht durch thermische Dissoziation von Siliciumnitrid (Si3N4) in Silicium (Si) und Stickstoffgas (N2) gebildet wird. Die aktive Siliciumschicht auf Siliciumnitrid wird direkt an Kohlenstoffstahl über eine induzierte eutektische Schmelzreaktion zwischen Silicium (Si) und Fe von Kohlenstoffstahl oder durch Löten von zwei Materialien mit Ag-Cu-Legierungen, wenn dies als erforderlich angesehen wird, gebunden.
Beschreibung des Standes der Technik
In einem Versuch, hohe Effizienz und Leistung gewerblicher Maschinenteile zu bekommen, wurde jüngst Keramik auf Maschinenteile angewendet. Die Herstellung solcher Keramikteile wird allgemein durch die Keramik/Metall-Bindungen verfügbar gemacht, typischerweise durch das Binden von Siliciumnitrid (Si3N4) an Kohlenstoffstahl, doch bleiben die Techniken, die bestimmt sind, zwei unterschiedliche Materialien zu verbinden, schwierig.
Da die Grenzflächenenergie (Si3N4/AgCu) zwischen Siliciumnitrid und Ag-Cu-Legierungen beim Verbinden zweier unterschiedlicher Materialien unter Verwendung von Ag-Cu-Legierungen größer als die Summe der Oberflächenenergie (Si3N4, Ag-Cu) jeweils von Siliciumnitrid und Ag-Cu-Legierungen ist, werden sie nicht vollständig benetzt, so daß die Verbindung zweier Materialien schwierig wird.
Um dieser Tatsache Herr zu werden, wurden Ag-Cu-Ti-Legierungen, die Siliciumnitrid und hochaktives Metall (Ti) enthalten, statt Ag-Cu-Legierungen verwendet, doch ist das Ag-Cu-Ti- System zehnmal so teuer wie Ag-Cu-Legierungen, was bei Massenproduktion zu höheren Herstellungskosten führen kann.
Eine andere Methode zur Bindung von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl ist jene, daß einige hochaktive Metalle (Ti, Zr) mit Siliciumnitrid auf der Siliciumnitridoberfläche durch physikalische Methoden beschichtet werden, wie durch Sputtern, um die Siliciumnitridoberfläche zu aktivieren, worauf dann die Verbindungen unter Verwendung von Ag-Cu-Legierungen gewonnen werden. Es zeigte sich jedoch, daß eine solche Bindungsmethode einige Nachteile hat, da das Verfahren sehr kompliziert ist und die große Anfangsinvestition für die Bereit­ stellung der Sputtereinrichtung ein Faktor zur Steigerung der Produktionskosten sein kann.
Unter solchen Umständen besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung eines wirt­ schaftlicheren und einfacheren Verfahrens zur Verbindung von Siliciumnitrid und Kohlenstoff­ stahl.
Zusammenfassung der Erfindung
Mit dieser Aufgabe vollendete der Erfinder diese Erfindung in solcher Weise, daß eine aktive Siliciumdünnschicht (Si) auf der Oberfläche von gesintertem Siliciumnitrid (Si3N4) eingeführt wird, um Siliciumnitrid leicht an Kohlenstoffstahl zu binden.
Daher ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum Binden von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl unter Verwendung billiger Legierungen ohne Verwendung der Sputtermethode oder teurer Legierungen oder durch direkte Verbindung zweier Materialien mit einer eutektischen Schmelzmethode, wenn dies als notwendig angesehen wird, bereitzustellen und so wirtschaftlichere Effekte zu gewährleisten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die die Ergebnisse einer EPMA-Analyse an der Bruchfläche von Siliciumnitrid zeigt, welches eine aktive Siliciumschicht bildet.
Fig. 2 ist eine Rasterelektronenmikroskopphotographie, die die aktive Siliciumschicht zeigt, welche durch thermische Dissoziation auf der Siliciumnitridoberfläche gebildet wurde.
Fig. 3a ist eine Rasterelektronenmikroskopphotographie, die die Grenzfläche der Bindung zeigt, in welcher eine aktive Siliciumschicht bildendes Siliciumnitrid mit Kohlenstoffstahl unter Verwendung von Ag-Cu-Legierungen verbunden ist.
Fig. 3b ist eine Rasterelektronenmikroskopphotographie, die die Grenzfläche zwischen Siliciumnitrid und Ag-Cu-Legierungen der Verbindung zeigt, wenn eine aktive Siliciumschicht bildendes Siliciumnitrid unter Verwendung von Ag-Cu-Legierun­ gen an Kohlenstoffstahl gebunden wird.
Fig. 3c ist eine Rasterelektronenmikroskopphotographie, die die Grenzfläche zwischen Kohlenstoffstahl und Ag-Cu-Legierungen bei der Verbindung zeigt, bei der eine aktive Siliciumschicht bildendes Siliciumnitrid unter Verwendung von Ag-Cu- Legierungen an Kohlenstoffstahl gebunden ist.
Fig. 4 ist eine Rasterelektronenmikroskopphotographie, die die Grenzfläche zeigt, in welcher eine aktive Siliciumschicht bildendes Siliciumnitrid direkt an Kohlen­ stoffstahl gebunden ist.
Fig. 5 ist eine Rasterelektronenmikroskopphotographie, die die Grenzfläche zeigt, in welcher eine aktive Siliciumschicht bildendes Siliciumnitrid direkt über eine chemische eutektische Schmelzreaktion an Kohlenstoffstahl gebunden ist.
Fig. 6 ist eine Rasterelektronenmikroskopphotographie, die die Testergebnisse der Benetzbarkeit von Keramik durch Legierungen zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Diese Erfindung ist durch ein Verfahren zum Binden von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl gekennzeichnet, bei dem Siliciumnitrid (Si3N4) unter einer Stickstoffatmosphäre oder Vakuum thermisch behandelt wird, um auf der Siliciumnitridoberfläche eine aktive Siliciumschicht zu bilden, und dann Kohlenstoffstahl an die Oberfläche einer aktiven Siliciumschicht gebunden wird.
Diese Erfindung wird nachfolgend in weiteren Einzelheiten erklärt.
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Binden von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl mit den Stufen, in denen man
einen Siliciumnitridrohling (Si3N4) sintert und dann unter einer Stickstoffatmosphäre (~ 1 atm) bei der Temperatur von 1790 bis 1950°C thermisch behandelt oder Siliciumnitrid (Si3N4) unter Vollvakuum (< 10-2 Torr) bei der Temperatur von 1250 bis 1700°C thermisch behandelt, um die Oberfläche von gesintertem Siliciumnitrid zu Silicium (Si) und Stickstoffgas (N2) zu dissoziieren,
eine aktive Siliciumschicht (Si) mit einer Dicke von 1 bis 100 µm auf der Oberfläche des gesinterten Siliciumnitrids bildet und
die aktive Siliciumschicht (Si) auf der Oberfläche des Siliciumnitrids unter Verwendung von Ag-Cu-Legierungen oder durch eine induzierte eutektische Schmelzreaktion zwischen Silicium (Si) und Fe von Kohlenstoffstahl an Kohlenstoffstahl bindet.
Da die Grenzflächenenergie zwischen Siliciumnitrid und Ag-Cu-Legierungen beim Verbinden zweier unterschiedlicher Materialien unter Verwendung von Ag-Cu-Legierungen größer als die Summe der Oberflächenenergien jeweils von Siliciumnitrid und Ag-Cu-Legierungen ist, werden sie nicht vollständig benetzt. Um diesen Nachteil zu überwinden, ist es Zweck dieser Erfindung, Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl durch Modifizieren der Siliciumnitridoberfläche zu binden.
Beispiele von Kohlenstoffstahl, die für diese Erfindung verwendet werden, schließen eine Reihe von SCM und SNCM ein, die zu den JIS (japanische Industriestandards) gehören. Die chemische Zusammensetzung von Stahl mit geringem/mittlerem Kohlenstoffgehalt enthält Fe als einen Hauptbestandteil zusammen mit 0,13 bis 0,35 Gew.-% Kohlenstoff einschließlich Mn, Si, Ni, Cr und Mo.
Die thermisch behandelte Oberfläche von Siliciumnitrid wird gemäß dieser Erfindung zu Silicium und Stickstoffgas dissoziiert. Mit der physikalischen Eigenschaft von Siliciumnitrid, das in Silicium und Stickstoffgas dissoziiert wird, bemühte sich der Erfinder, Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl zu binden, indem er eine Siliciumschicht in situ auf der Oberfläche von gesintertem Siliciumnitrid für die Verbindung zweier unterschiedlicher Materialien bildete. Wie in der folgenden Fig. 1 gezeigt, wird die Siliciumkonzentration auf der Oberfläche von Siliciumnitrid, welches zu Silicium und Stickstoffgas dissoziiert, im Vergleich mit dem Inneren von Siliciumnitrid signifikant erhöht, so daß sich eine aktive Siliciumschicht bildet. Gemäß dieser Erfindung wird der Siliciumnitridrohling für sein Sintern in situ und seine Ober­ flächenmodifikation gesintert und dann thermisch unter einer Stickstoffatmosphäre (~ 1 atm) bei der Temperatur von 1760 bis 1950°C gleichzeitig behandelt. Wenn die thermische Behandlung unter einer Stickstoffatmosphäre bei der Temperatur von weniger als 1760°C erfolgt, werden die physikalischen Eigenschaften von Siliciumnitrid, wie Festigkeit und Härte, verschlechtert, während im Falle eines Überschreitens von 1950°C eine übermäßig dicke Siliciumschicht gebildet wird.
Ein anderes Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche von Siliciumnitrid nach dieser Erfindung ist jenes, daß gesintertes Siliciumnitrid unter Vakuum (weniger als 10-2 Torr) bei der Temperatur von 1250 bis 1700°C thermisch behandelt wird. Wenn die thermische Behandlung unter Vakuum bei der Temperatur von weniger als 1250°C durchgeführt wird, wird eine Siliciumschicht langsam gebildet, doch im Falle eines Überschreitens von 1700°C wird eine Siliciumschicht rasch gebildet und kann die Bildung der Metallschicht nicht geeignet gesteuert werden.
Wie in der beiliegenden Fig. 2 gezeigt, wird an der thermisch behandelten Oberfläche von Siliciumnitrid eine chemisch gebundene aktive Siliciumschicht mit einer Dicke von 1 bis 100 µm gebildet.
Wie oben beschrieben, wird die Bindung des oberflächenmodifizierten Siliciumnitrids an Kohlenstoffstahl gemäß dieser Erfindung unter Verwendung von Ag-Cu-Legierungen oder durch reduziertes eutektisches Schmelzen zwischen zwei Materialien durchgeführt.
Gemäß der herkömmlichen Methode werden unvermeidbar teure aktive Ag-Cu-Ti-Lötlegierungen mit einem Gehalt von Ti und Zr beim Binden von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl verwendet, um die Benetzbarkeit zu verbessern, da die Grenzflächenenergie zwischen Siliciumnitrid und Ag- Cu-Legierungen beim Verbinden zweier unterschiedlicher Materialien unter Verwendung von Ag-Cu-Legierungen größer als die Summe der Oberflächenenergie jeweils von Siliciumnitrid und Ag-Cu-Legierungen ist. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung vorteilhaft, indem der Bindungs­ effekt zweier verschiedener Materialien unter Verwendung von billiger Ag-Cu-Legierung wie auch des Ag-Cu-Ti-Systems gewährleistet werden kann, da die Grenzflächenenergie (Si/Ag-Cu) zwischen Silicium (Si), das auf der Oberfläche von Siliciumnitrid gebildet wird, und Ag-Cu- Legierungen extrem kleiner als die Grenzflächenenergie (Si3N4/Ag-Cu) zwischen Siliciumnitrid und Legierungen bzw. jede Oberflächenenergie (Si, Ag-Cu) zwischen Silicium und Ag-Cu- Legierungen ist, so daß unterschiedliche Materialien gut benetzt werden können.
Gemäß dieser Erfindung wird das Verfahren zum Binden von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl unter Verwendung von Ag-Cu-Legierungen durchgeführt, indem man zwischen der auf der Oberfläche von Silicumnitrid gebildeten aktiven Siliciumschicht und Kohlenstoffstahl unter Vakuum (< 10-2 Torr) oder Inertgas bei der Temperatur von 600 bis 700°C Ag-Cu-Legierungen anordnet. Aus den folgenden Fig. 3a, 3b und 3c, die die Wirkungen der Verbindungsgrenzfläche zeigen, ist ersichtlich, daß die beiden unterschiedlichen Materialien vorzüglich verbunden werden, da Ag-Cu-Legierungen auf der Oberfläche sowohl von Siliciumnitrid als auch von Kohlenstoffstahl gut benetzt werden.
Ein anderes Verfahren zum Binden von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl nach dieser Erfindung ist jenes, daß Silicium (Si) an der modifizierten Oberfläche von Siliciumnitrid direkt an Kohlenstoffstahl durch eine induzierte eutektische Schmelzreaktion zwischen Silicium (Si) und Fe von Kohlenstoffstahl gebunden wird. Die eutektische Schmelzreaktion wird unter Vakuum (weniger als 10-2 Torr) bei der Temperatur von 1100 bis 1300°C durchgeführt. Wenn die Reaktionstemperatur geringer als 1100°C ist, tritt die eutektische Schmelzreaktion nicht ein, doch im Falle eines Überschreitens der Temperatur von 1300°C treten rasch übermäßig eutektische Schmelzphasen auf. Durch die eutektische Schmelzreaktion kann Siliciumnitrid direkt mit Kohlenstoffstahl verbunden werden, wie dies in der folgenden Fig. 4 gezeigt ist. Wie in der folgenden Fig. 5 zu sehen ist, wird dann Silicium (Si) an der modifizierten Oberfläche von Siliciumnitrid direkt an Kohlenstoffstahl in Gegenwart von eutektisch schmelzenden Eisensilicidphasen über eine induzierte eutektische Schmelzreaktion zwischen Silicium (Si) und Fe von Kohlenstoffstahl gebunden.
Wie oben erwähnt, ist diese Erfindung, die dazu bestimmt ist, eine aktive Siliciumschicht durch Modifikation von Siliciumnitrid zu bilden, vorteilhaft, da sie erstens keine teuren Legierungen und kein Sputterverfahren verwendet, da die Bindungseigenschaften von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl selbst in Gegenwart von Ag-Cu-Legierungen oder durch direkte Verbindung zweier unterschiedlicher Materialien unter Verwendung eutektischer Reaktion maximiert werden, und da zweitens, wenn Siliciumnitrid direkt mit Kohlenstoffstahl durch eutektische Reaktionsphasen von Eisensilicid gebunden wird, die Temperatur der Siliciumnitrid/Kohlenstoff­ stahl-Verbindung auf etwa 1100°C infolge der Tatsache gesteigert werden kann, daß die eutektische Schmelztemperatur von Eisensilicid höher als 1200°C ist.
Die vorliegende Erfindung kann in weiteren Einzelheiten durch die folgenden Beispiel erklärt werden, ist aber nicht durch diese beschränkt.
Beispiel 1 Verbindung von oberflächenmodifiziertem Siliciumnitrid und Kohlenstoffstahl unter Verwendung von Ag-Cu-Legierungen
Ein Siliciumnitridkörper wurde unter Stickstoffatmosphäre (1 atm) bei 1760°C 2 h gesintert, und dann wurde die Siliciumnitridoberfläche bei 1820°C während 5 min unter Bildung einer aktiven Siliciumschicht (Si) vor der Verbindung modifiziert.
Während Ag-Cu-Legierungen (BAg8, Heesung Metal Co.) zwischen Siliciumnitrid mit der aktiven Siliciumschicht und Kohlenstoffstahl (SNCM 630, JIS) plaziert wurden, wurde Siliciumnitrid mit der aktiven Siliciumschicht an Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoff­ gehalt in BN-Vorrichtung unter Vakuum (10-5 Torr) bei der Temperatur von 650°C während 10 min gebunden.
Beispiel 2 Verbindung von oberflächenmodifiziertem Siliciumnitrid und Kohlenstoffstahl über eine eutektische Schmelzreaktion
In dem gleichen Verfahren, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde Siliciumnitrid mit der aktiven Siliciumschicht direkt an einen Kohlenstoffstahl (SCM 414, JIS) über eine eutektische Schmelzreaktion unter Vakuum (10-5 Torr) bei 1250°C während 10 min in einer BN- Vorrichtung gebunden.
Beispiel 3 Verbindung von oberflächenmodifiziertem Siliciumnitrid und Kohlenstoffstahl unter Verwendung von Ag-Cu-Legierungen
Gesintertes Siliciumnitrid (Si3N4) mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Dicke von 2 mm wurde unter Vakuum (10-5 Torr) bei 1500°C während 20 min thermisch behandelt, um vor dem Verbinden eine aktive Siliciumschicht (Si) zu bilden.
Siliciumnitrid mit der aktiven Siliciumschicht wurde an einen Kohlenstoffstahl (SNCM 630, JIS) in einer BN-Vorrichtung unter Vakuum (10-5 Torr) bei der Temperatur von 650°C während 10 min gebunden, während Ag-Cu-Legierungen (BAg8, Heesung Metal Co.) zwischen den beiden Materialien plaziert wurden.
Vergleichsbeispiel 1 Verbindung von nichtoberflächenmodifiziertem Siliciumnitrid und Kohlenstoffstahl unter Verwendung von Ag-Cu-Legierungen
In dem gleichen Verfahren, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde ein nichtoberflächenmodifizier­ tes gesintertes Siliciumnitrid (Si3N4) an einen Kohlenstoffstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (SNCM 630) gebunden, während Ag-Cu-Legierungen (BAg8, Heesung Metal Co.) zwischen den beiden Materialien plaziert wurden.
Vergleichsbeispiel 2 Verbindung von nichtoberflächenmodifiziertem Siliciumnitrid und Kohlenstoffstahl unter Verwendung von Ag-Cu-Ti-Legierungen
Ein nichtoberflächenmodifiziertes gesintertes Siliciumnitrid (Si3N4) wurde an einen Kohlenstoff­ stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (SNCM 630) unter Vakuum (10-5 Torr) bei 790°C während 10 min gebunden, während zwischen den beiden Materialien Ag-Cu-Ti-Legierungen (TKC 710, Tanaka Jewel Co.) plaziert wurden.
Experimentelles Beispiel
Die Benetzbarkeit, Verbindungsgrenzfläche und Verbindungsfestigkeit einiger Verbindungen wurden mit den in den Beispielen 1 bis 3 und in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 hergestellten Verbindungen getestet, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt ist.
1. Benetzungstest
Um die Benetzbarkeit zwischen Siliciumnitrid und Legierungen zu untersuchen, wurden Legierungen von 10 × 10 mm auf Siliciumnitrid mit einem Durchmesser von 30 mm plaziert, und dann wurde die Temperatur jeder Legierung bis zu einer optimalen Verbindungstemperatur gesteigert.
2. Verbindungsbedingungstest
Die Verbindungsgrenzfläche zwischen Siliciumnitrid und Kohlenstoffstahl wurde untersucht, indem die Verbindungsstelle mit einem Diamantrad durchschnitten und dann ein Querschnitt mit einem Rasterelektronenmikroskop (S-2150, Hitachi) beobachtet wurde.
3. Verbindungsfestigkeitstest
Die Verbindungsfestigkeit einer jeden Verbindung wurde nach der DBS-Methode (Doppellötscherfestigkeit) eines Verbindungsstabes von 3 × 4 × 40 mm auf der Basis einer Vierpunktbiegefestigkeit gemessen.
Tabelle 1
Die Testergebnisse der Benetzung wurden in der folgenden Fig. 6 gezeigt. Gemäß dem Vergleichsbeispiel 2, bei dem ein nichtoberflächenmodifiziertes Siliciumnitrid mit Kohlenstoff­ stahl in Gegenwart einer aktiven Legierung verbunden wurde, wurde festgestellt, daß die Benetzungsbedingungen von Legierung auf Siliciumnitrid in Gegenwart eines aktiven Metalles (Ti) ausgezeichnet waren. Gemäß dem Vergleichsbeispiel 1, bei dem ein nichtoberflächenmodi­ fiziertes Siliciumnitrid mit Kohlenstoffstahl in Gegenwart einer inaktiven Legierung verbunden wurde, war eine Verbindung der beiden unterschiedlichen Materialien infolge der Tatsache, daß die Oberfläche von Siliciumnitrid nicht benetzt wurde, nicht erhältlich. Im Gegensatz dazu wurde im Fall von Beispiel 1, wo ein oberflächenmodifiziertes Siliciumnitrid an Legierungen gebunden wurde, gezeigt, daß die Benetzung von Legierungen auf dem aktivierten Siliciumnitrid ausgezeichnet war.
Wenn die Verbindung mit einem Diamantrad geschnitten und mit einem Elektronenmikroskop beobachtet wurde, zeigte Beispiel 1, wie in den beigefügten Fig. 3a und 3b erkennbar, daß Ag-Cu-Legierungen an den Grenzflächen sowohl von Siliciumnitrid als auch Kohlenstoffstahl unter besserem Benetzen der Grenzfläche gut gebunden wurde. Die Bindungsfestigkeit war etwa 200 MPa, was derjenigen des Vergleichsbeispiels 2 unter Verwendung von aktiven Lötlegierungen äquivalent ist. Weiterhin zeigte Beispiel 2, daß, wie in den beigefügten Fig. 4 und 5 erkennbar, eine günstige Verbindung in Gegenwart von eutektischen Schmelzphasen von Eisensilicid in der Grenzfläche sowohl von Siliciumnitrid als auch Kohlenstoffstahl erhältlich war. Die Bindungsfestigkeit war etwa 50% des Beispiels 1 unter Verwendung einer Ag-Cu- Lötlegierung. Wie oben erwähnt, betrifft diese Erfindung das Verfahren zur Bindung von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl, wobei die Oberfläche von gesintertem Siliciumnitrid (Si3N4) zu einer aktiven Siliciumschicht (Si) modifiziert wird und dann Silicium (Si) an der modifizierten Oberfläche von Siliciumnitrid direkt an Kohlenstoffstahl über eine induzierte eutektische Schmelzreaktion zwischen Silicium (Si) und Fe von Kohlenstoffstahl oder über die Verbindung zweier Materialien unter Verwendung von Ag-Cu-Lötlegierungen gebunden wird. Hier verwendet das Bindungsverfahren keine teuren Ag-Cu-Ti-Legierungen mit einem Gehalt an aktivem Metall (Ti) oder eine Sputtermethode zum Beschichten mit den aktiven Metallen, was erhöhte Wirtschaftlichkeit gewährleistet.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bindung von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl, bei dem Siliciumnitrid (Si3N4) unter einer Stickstoffatmosphäre oder Vakuum in einer gesteuerten Weise thermisch behandelt wird, um eine aktive Siliciumschicht auf der Oberfläche des Siliciumnitrids durch Dissoziation von Siliciumnitrid zu bilden, und dann Kohlenstoffstahl an die Oberfläche der aktiven Siliciumschicht gebunden wird.
2. Verfahren zur Bindung von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl nach Anspruch 1, bei dem die thermische Behandlung unter Stickstoffatmosphäre (~ 1 atm) bei der Temperatur von 1760 bis 1950°C durchgeführt wird.
3. Verfahren zur Bindung von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl nach Anspruch 1, bei dem die thermische Behandlung unter Vakuum (< 10-2 Torr) bei der Temperatur von 1250 bis 1700°C durchgeführt wird.
4. Verfahren zur Bindung von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl nach Anspruch 1, bei dem das Bindungsverfahren durchgeführt wird, indem man Ag-Cu-Legierungen zwischen der auf der Oberfläche von Siliciumnitrid gebildeten aktiven Siliciumschicht und Kohlenstoff­ stahl unter Vakuum (< 10-2 Torr) oder Inertgas bei der Temperatur von 600 bis 700°C plaziert.
5. Verfahren zur Bindung von Siliciumnitrid an Kohlenstoffstahl nach Anspruch 1, bei dem die Verbindung zweier unterschiedlicher Materialien in einer Weise durchgeführt wird, daß Siliciumnitrid unter Vakuum (< 10-2 Torr) bei der Temperatur von 1100 bis 1300 °C thermisch behandelt wird und die eutektisch schmelzenden Phasen von Eisensilicid über eutektische Schmelzreaktion zwischen auf der Oberfläche von Siliciumnitrid gebildetem Silicium (Si) und Fe von Kohlenstoffstahl gebildet werden.
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