DE2366366C2

DE2366366C2 - Ceramic material containing single phase silicon aluminum oxynitride with an expanded β-silicon nitride lattice

Info

Publication number: DE2366366C2
Application number: DE19732366366
Authority: DE
Inventors: Kenneth Henderson North Shields Northumberland Jack; William Jan Langley Park Durham Wilson
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1972-01-11
Filing date: 1973-01-08
Publication date: 1982-08-26
Also published as: DK151953B; NL178679C; DK151953C; NL7300310A; CH615406A5; BE793831A; IT976784B; NL178679B; CH602483A5; GB1436311A; CA1038891A

Description

Die Erfindung betrifft einen keramischen Werkstoff.The invention relates to a ceramic material.

Keramische Werkstoffe für technische Zwecke sollen eine hohe mechanische Festigkeit, eine hohe Temperattsrwechselfestigkeit, einen niedrigen Wärmeausdehnungsbeiwert, eine gute chemische Unangreifbarkeit und Oxydationsbeständigkeit haben. Von den derzeit bekannten keramischen Werkstoffen hat heißgepreßtes Siliciumnitrid die erforderliche Festigkeit und Temperaturwechselfestigkeit sowie einen niedrigen Wärmeausdehnungsbeiwert. Aluminiumoxid andererseits hat die erforderliche chemische Unangreifbarkeit und Oxydationsbeständigkeit. Eine Kombination der Eigenschaften beider Stoffe erschien daher wünschenswert.Ceramic materials for technical purposes should have high mechanical strength, high temperature resistance, have a low coefficient of thermal expansion, good chemical invulnerability and resistance to oxidation. Of the currently known ceramic materials, hot-pressed silicon nitride has the required strength and thermal shock resistance as well as a low coefficient of thermal expansion. Alumina, on the other hand, has the required chemical invulnerability and resistance to oxidation. A combination of properties both substances therefore appeared to be desirable.

In einem Beitrag im Japanese Journal of Applied Physics 10 (1971), S. 1937, unter dem Titel »Solid Solubility of Some Oxides in Si₃N₄W berichteten Oyama und Kamigaito, daß Aluminiumoxid bis zu einem gewissen Grade in Siliciumnitrid löslich ist Insbesondere beschrieben sie, daß eine feste Lösung von S13N4—AIjO) durch Heißpressen eines Gemisches aus gepulvertem Siliciumnitrid und «-Aluminiumoxid 20 Minuten bei 1750°C mit einem Druck von 300 bar erhalten werden kann. In der Veröffentlichung wird die Teilchengröße des Siliciumnitrid- und Aluminiumoxid-Pulvers nicht angegeben, doch zeigte eine Röntgenstrukturanalyse des Produktes die Gegenwart von nicht umgesetztem Siliciumnitrid und eine etwa gleich große Menge einer neuen Phase, die als die feste Lösung Si)N₄-AIjOi angesehen wurde. Das von Oyama und Kamigaito erhaltene Produkt enthielt also nur 50% der festen Lösung. Außerdem geht aus dem Artikel nicht hervor, ob es sich bei dem Produkt um eine interstitielle oder substitutionelle feste Lösung handelte. Diese Frage hat jedoch praktische Bedeutung, da eine interstitielle feste Lösung wegen der geringeren Temperaturwechselfestigkeit und höheren Dichte weniger brauchbar als ein substitutionelles Produkt ist. Durch die Anwesenheit von 50% Siliciumnitrid in dem Produkt war die neue Phase maskiert, so daß nicht bestimmt werden konnte, ob sie eine interstitielle oder substitutionelle Lösung war.In an article in the Japanese Journal of Applied Physics 10 (1971), p. 1937, entitled "Solid Solubility of Some Oxides in Si ₃ N ₄ W, Oyama and Kamigaito reported that aluminum oxide is soluble to some extent in silicon nitride, in particular." they described that a solid solution of S13N4 — AIjO) can be obtained by hot pressing a mixture of powdered silicon nitride and aluminum oxide for 20 minutes at 1750 ° C. with a pressure of 300 bar. The publication does not specify the particle size of the silicon nitride and aluminum oxide powder, but an X-ray structure analysis of the product showed the presence of unreacted silicon nitride and an approximately equal amount of a new phase, which is considered to be the solid solution Si) N ₄ -AljOi became. The product obtained from Oyama and Kamigaito thus contained only 50% of the solid solution. In addition, it is not clear from the article whether the product was an interstitial or a substitutional solid solution. However, this question is of practical importance, since an interstitial solid solution is less useful than a substitutional product because of its lower thermal shock resistance and higher density. The presence of 50% silicon nitride in the product masked the new phase so that it could not be determined whether it was an interstitial or a substitutional solution.

Aus der japanischen Patentschrift 53-1763 ist ein Verfahren zum Herstellen eines keramischen Sinterkörpers bekannt, bei dem ein Gemisch aus Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid und/oder Aluminiumoxid drucklos oder unter Druck gesintert wird. Gemäß den Beispielen soll das Siliciumnitrid eine Teilchengröße von höchstens 74 μιη, das Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid Teilchengrößen von höchstens 37 μιη haben. Die Sintertemperatur beträgt 1500—1800⁰C und die Sinterzeit umgekehrt zur Höhe der Temperatur 10 bis 40 Minuten. Der erhaltene Sinterkörper soll eine Struktur haben, deren Hauptbestandteil eine feste Lösung von Siliciumnitrid in Form einer bisher nicht bekannten Phase aus Siliciumnitrid-AIuminiurnoxid-Alurniniumnitrid oder eine neuartige Phase und eine neuartige Verbindung mit bestimmten Gitterabständen ist Ob es sich bei der neuen Phase um eine subslitutionelle oder interstitielle feste Lösung handelt, wird nicht mitgeteilt. Eine Nacharbeitung der Beispiele und die Röntgenstrukturanalyse der Produkte ergab in allen Fällen, daß die keramischen Phasen weniger als 90% substituiertes ^-Siliciumnitrid enthielten. In den meisten Fällen ίο enthielt das keramische Material weniger als 50% substituiertes jS-Siliciumnitrid.A method for producing a ceramic sintered body is known from Japanese patent specification 53-1763, in which a mixture of silicon nitride, aluminum nitride and / or aluminum oxide is sintered without pressure or under pressure. According to the examples, the silicon nitride should have a particle size of at most 74 μm, and the aluminum nitride and aluminum oxide should have particle sizes of at most 37 μm. The sintering temperature is 1500-1800 ⁰ C and the sintering time is inversely related to the level of the temperature for 10 to 40 minutes. The sintered body obtained should have a structure, the main component of which is a solid solution of silicon nitride in the form of a previously unknown phase of silicon nitride-aluminum oxide-aluminum nitride or a novel phase and a novel compound with certain lattice spacings or interstitial solid solution is not reported. A reworking of the examples and the X-ray structure analysis of the products showed in all cases that the ceramic phases contained less than 90% substituted ^ silicon nitride. In most cases ίο the ceramic material contained less than 50% substituted silicon nitride.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen keramischenIt is therefore the task of a ceramic

Werkstoff zur Verfügung zu stellen, der in höherem Ausmaß als die bekannten keramischen Werkstoffe die vorteilhaften Eigenschaften des Siliciumnitrids und des Aluminiumoxids in sich vereinigt.To provide material available to a greater extent than the known ceramic materials the advantageous properties of silicon nitride and aluminum oxide combined.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Werkstoff, der einphasigen Siiiciumoxynitrid mit einem; aufgeweiteten /f-Siliciumnitrid-Gitter enthält, in dem das Silicium teilweise durch Aluminium und den Stickstoff teilweise durch Sauerstoff ersetzt ist, dadurch gelöst, daß der Anteil dieser einphasigen Verbindung am Werkstoff mindestens 90% beträgt.According to the invention, this object is achieved with a material, the single-phase Siiiciumoxynitrid with a; contains expanded / f-silicon nitride lattice in which the silicon is partially replaced by aluminum and the nitrogen partially replaced by oxygen, thereby solved that the proportion of this single-phase compound in the material is at least 90%.

Nachträgliche Untersuchungen haben ergeben, daß die einphasige Verbindung die SummenformelSubsequent investigations have shown that the single-phase connection has the empirical formula

hr t, vvorin O < zS 5 ist.hr t, vvorin O <zS 5.

Die Gegenwart von mindestens 90% der genannten einphasigen Verbindung mit einem ß-Siliciumnitrid-Gitter, in dem das Silicium teilweise durch Aluminium der Stickstoff teilweise durch Sauerstoff ersetzt ist, is notwendig, um einen keramischen Werkstoff ζ erhalten, dessen Temperaturwechselfestigkeit höher al diejenige des Aluminiumoxids .und dessen Oxydations beständigkeit besser als diejenige des Siliciumnitrids] sind.The presence of at least 90% of said single-phase compound with a ß-silicon nitride lattice, in which the silicon is partly replaced by aluminum and the nitrogen is partly replaced by oxygen, is necessary to obtain a ceramic material ζ whose thermal shock resistance is higher than al that of aluminum oxide and its oxidation resistance better than that of silicon nitride].

Die Temperaturwechselfestigkeit eines keramischen! Werkstoffs hängt von seiner Wärmeleitfähigkeit ab; einj keramisches Erzeugnis mit hoher Wärmeleitfähigkei (15 bis 25 W/m · K) hat auch eine gute Temperatur Wechselfestigkeit, ein keramisches Erzeugnis mit gerin ger Wärmeleitfähigkeit (5 W/m · K oder weniger) ha nur eine mäßige oder schlechte Temperaturwechselfe stigkeit. Heißgepreßtes Siliciumnitrid mit einer Wärme leitfähigkeit in der Größenordnung von 20 W/m ■ K ha eine gute TemperaturwechselfesMgkeit, während Alu miniumoxid mit einer Wärmeleitfähigkeit in de Größenordnung von 10 W/m · K nur eine mäßig Temperaturwechselfestigkeit hat.The thermal shock resistance of a ceramic! Material depends on its thermal conductivity; aj ceramic product with high thermal conductivity (15 to 25 W / m · K) also has a good temperature Fatigue strength, a ceramic product with low thermal conductivity (5 W / m · K or less) ha only moderate or poor temperature changes. Hot pressed silicon nitride with a heat conductivity in the order of 20 W / m ■ K ha a good temperature change resistance, while aluminum Minium oxide with a thermal conductivity in the order of magnitude of 10 W / m · K is only moderate Has thermal shock resistance.

Um die Bedeutung des 90%igen Anteils an de genannten einphasigen Verbindung in dem keramischer I Werkstoff aufzuzeigen, wurden die Wärmeleitfähigkei der nach dem nachstehend beschriebenen Beispiel I hergestellten Produkte gemessen und mit den Wärme leitfähigkeiten von Produkten verglichen, die aus der gleichen Ausgangsgemischen, aber unter Reaktionsbe dingungen (Zeit, Temperatur) hergestellt worden waren unter denen sich die einphasige Verbindung nicht mi einem Anteil von 90% bilden konnte. Wenn di( keramische Phase des untersuchten Produktes wenige als 90% der genannten einphasigen Verbindung enthielt, betrug die Wärmeleitfähigkeit des Produkte nur etwa 5 W/m · K, während bei Gegenwart voi mindestens 90% der einphasigen Verbindung dl Wärmeleitfähigkeit auf 11 W/m · K (Aluminiumoxid 1' W/m · K) anstieg. Produkte, die bei 2000⁰C heißge preßt worden waren und deren keramische Phase nuIn order to demonstrate the importance of the 90% share of the single-phase compound mentioned in the ceramic I material, the thermal conductivity of the products manufactured according to Example I described below were measured and compared with the thermal conductivities of products made from the same starting mixture, but below Reaction conditions (time, temperature) had been established under which the single-phase compound could not form with a proportion of 90%. If the ceramic phase of the investigated product contained less than 90% of the single-phase compound mentioned, the thermal conductivity of the product was only about 5 W / m K (alumina 1 'W / m · K) rise. products that were heißge at 2000 ⁰ C and presses the ceramic phase nu

aus der einphasigen Verbindung bestand, hatten eine Wärmeleitfähigkeit in der Größenordnung von 17 W/m - K. Ferner wurde festgestellt, daß die Wärmeleitfähigkeit von dem Ausmaß der Aluminium- und Sauerstoff-Substitution des 0-Siliciumi.itrid-Gitters abhing, so daß bei geringer Substitution und Abwesenheit anderer keramischer Phasen als der einphasigen Verbindung Wärmeleitfähigkeiten von etwa 20 W/m · K (also in der Größenordnung derienigen von heißgepreßtem Siliciumnitrid) erreicht werden ₎₀ consisted of the single-phase compound had a thermal conductivity on the order of 17 W / m - K. It was also found that the thermal conductivity was dependent on the extent of aluminum and oxygen substitution of the O-silicon nitride lattice, so that at low substitution and absence of other ceramic phases than the single-phase compound, thermal conductivities of about 20 W / m · K (i.e. in the order of magnitude of those of hot-pressed silicon nitride) can be achieved _{) 0}

können. .can. .

Hinsichtlich der Oxydationsbeständigkeit zeigt heiLJ-gepreßtes Siliciumnitrid bei 70stündigem Glühen an der Luft bei 1400°C eine Gewichtszunahme von etwa l,5mg/cm^J. Aluminiumoxid ergibt bei der gleichen Behandlung keine Gewichtszunahme. Ein keramischer Werkstoff, der mindestens 90% der genannten einphasigen Verbindung enthielt, ergab bei dem gleichen Test eine Gewichtszunahme von weniger als 0,3 mg/cm³, war also wesentlich oxydationsbeständiger als heißgepreßtes Siliciumnitrid.With regard to resistance to oxidation, hot-pressed silicon nitride shows a weight increase of about 1.5 mg / cm ^J when annealed in air at 1400 ° C. for 70 hours. Alumina gives no weight gain with the same treatment. A ceramic material which contained at least 90% of the above-mentioned single-phase compound gave a weight increase of less than 0.3 mg / cm ³ in the same test and was therefore considerably more resistant to oxidation than hot-pressed silicon nitride.

Der keramische Werkstoff wird in der Weise hergestellt, daß 75 Gew.-% Tonerde in Pulverform mit hochaktiver Oberfläche und einer Korngröße unter 10 μηι, vorzugsweise unter 1 μΐη, oder eine Aluminiumverbindung, die unter Bildung der vorgesehenen Tonerde bei der Verarbeitungstemperatur zerfällt, mit Siliziumnitrid in Pulverform einer Korngröße unter 20μηη, vorzugsweise unter 5 μηι, gemischt und die Mischung bis zur Bildung des keramischen Werkstoffes mit wenigstens 90% einer einphasigen Verbindung der vorgenannten Summenformel gesintert wird.The ceramic material is produced in such a way that 75% by weight of alumina in powder form with highly active surface and a grain size below 10 μm, preferably below 1 μm, or an aluminum compound, which disintegrates with the formation of the intended alumina at the processing temperature Silicon nitride in powder form with a grain size below 20μηη, preferably below 5 μm, mixed and the Mixing up to the formation of the ceramic material with at least 90% of a single-phase compound of aforementioned empirical formula is sintered.

Zweckmäßig beträgt die Sinterzeit wenigstens 30 Minuten. Die Ausgangsmaterialien können bei der erhöhten Temperatur mit einem Schutzwerkstoff, z. B. Bornitrid in Pulverform, umgeben sein.The sintering time is expediently at least 30 minutes. The starting materials can be used in the elevated temperature with a protective material, e.g. B. boron nitride in powder form, be surrounded.

Es kann alternativ auch Siliziumpulver in Anwesenheit von Tonerdepulver bei einer Temperatur von 1250⁰C bis 1600⁰C oder darüber nitriert werden, wobei beide Pulver eine Korngröße unter 20 μιτι besitzen und das Atomverhältnis von Silizium zu Aluminium größer als oder gleich 1 :3, und vorzugsweise kleiner als 3 1 ist.It may alternatively be silicon powder in the presence of alumina powder at a temperature of 1250 ⁰ C to 1600 ⁰ C or nitrated about both powders possess a particle size below 20 μιτι the atomic ratio of silicon to aluminum is greater than or equal to 1: 3, and is preferably less than 3 l.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand nachstehender Beispiele und der Zeichnung veranschaulicht. Die Zeichnung zeigt die Änderung der Elementarzellenabmessungen a und c eines nach einem Ausführungsbeispiel hergestellten keramischen Werkstoffs bei Zunahme des Aluminiumoxid-Gehalte' in den Ausgangsstoffen. Further details of the invention are illustrated by the following examples and the drawing. The drawing shows the change in the unit cell dimensions a and c of a ceramic material produced according to an exemplary embodiment with an increase in the aluminum oxide content in the starting materials.

example 1

Siliciumnitrid-Pulver, das zu mindestens 85% aus der α-Phase bestand, wurde mit hochreinem a-Aluminiumoxid-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von rnter 1 μΐη und großer, reaktionsfähiger Oberfläche in einem solchen Mengenverhältnis gemischt, daß die Mischung 27,5 Gew.-% Aluminiumoxid enthielt. Das Mischen wurde durch 72stündiges Naßkugelmahlen der Pulver in Isopropylalkohol ausgeführt, bis die durchschnittliche Korngröße der Mischungskomponente 5 μιτι betrug. Sodann wurde das Gemisch getrocknet und zwischen zwei Stempeln eines Stahl-Formwerkzeugs bei Raumtemperatur mit einem Druck von 1,4 bar zu einem selbsttragenden Vorformling von etwa 19 mm Durchmesser und etwa 19 mm Länge gepreßt. Der Vorformling wurde dann in ein Heißpreßwerkzeug aus Graphit eingesetzt, das als Form mit einer Öffnung von 25,4 mm ausgebildet und an einer Seite durch einenSilicon nitride powder composed of at least 85% α-phase was mixed with high-purity α-alumina powder with an average grain size of about 1 μm and a large, reactive surface mixed in such a proportion that the mixture contained 27.5% by weight of aluminum oxide. That Mixing was accomplished by wet ball milling the powders in isopropyl alcohol for 72 hours until average Grain size of the mixture component was 5 μm. The mixture was then dried and between two punches of a steel mold at room temperature with a pressure of 1.4 bar pressed into a self-supporting preform about 19 mm in diameter and about 19 mm in length. Of the The preform was then inserted into a graphite hot press tool, which was designed as a mold with an opening of 25.4 mm and on one side by a

2525th

3030th

3535

4040

4545

5050

5555

6060

65 Stopfen verschlossen war, während an der anderer Seite ein Stempel eingeführt werden konnte. Alle dem Hohlraum der Form zugewandten Flächen waren durch Aufsprühen mit einer 0,05 bis 0,12 mm dicken Schicht von Bornitrid-Pulver überzogen. Vor dem Einbringen des Vorformlings in den Hohlraum wurde der Stopfen mit einer etwa 19 mm dicken Schicht feinverteiltem Bornitrid-Pulver bedeckt Der Vorformling wurde dann in die Mitte des Hohlraums eingesetzt und auf das Pulverbelt gedruckt, so daß das Pulver in dem ringförmigen Raum zwischen Vorformling und Formwand emporstieg. Danach wurde der Vorformling mit feinem Bornitrid-Pulver bedeckt, bis die Schicht über der oberen Fläche des Vorformlings etwa 19 mm dick war. Anschließend wurde der Graphitstempel in den Formhohlraum eingeführt und auf das Pulver gedrückt, das dadurch verdichtet wurde. Der Vorformling war nun und beim nachfolgenden Heißpressen in einen kompakten Schutzstoff eingebettet. Das verwendete Bornitrid war ein Pulver von hexagonaler Kristallform und einer Korngröße von etwa 5 μιτι. 65 stopper was closed, while a stamp could be inserted on the other side. All the surfaces facing the cavity of the mold were coated with a 0.05 to 0.12 mm thick layer of boron nitride powder by spraying. Before the preform was introduced into the cavity, the stopper was covered with an approximately 19 mm thick layer of finely divided boron nitride powder Form wall rose. The preform was then covered with fine boron nitride powder until the layer over the top surface of the preform was approximately 19 mm thick. The graphite punch was then inserted into the mold cavity and pressed onto the powder, which was thereby compacted. The preform was now and during the subsequent hot pressing embedded in a compact protective material. The boron nitride used was a powder of hexagonal crystal form and a grain size of about 5 μm.

Der eingebettete Vorformling wurde nun eine Stunde mit einem Druck von etwa 3,9 bar bei einer Temperatur von 1700° C gepreßt. Die Temperatur wurde im Verlauf von 20 Minuten von Raumtemperatur auf die Heißpreßtemperatur gesteigert, während der Druck von anfänglich 0,34 bar bei Raumtemperatur auf seinen vollen Wert bei etwa 1500⁰C erhöht wurde. Das Produkt wurde in der Form unter Druck abgekühlt. Eine Untersuchung durch Röntgenstrukturanalyse mit monochromatischer CuK-Strahlung ergab, daß das Produkt überwiegend aus einem einphasigen keramischen Material bestand, das die Kristallstruktur des ß-Phase-Siliciumnitrids, aber größere Zellendimensionen hatte. Außerdem wurde noch eine unbestimmbare Phase in einem Anteil von 5% festgestellt. Das einphasige keramische Material erwies sich als ein Siliciumaluminiumoxynitrid der FormelThe embedded preform was then pressed at a pressure of about 3.9 bar at a temperature of 1700 ° C. for one hour. The temperature was raised over 20 minutes from room temperature to the hot-pressing temperature, while the pressure was increased from an initial 0.34 bar at room temperature to its full value at about 1500 ⁰ C. The product was cooled in the mold under pressure. An examination by X-ray structure analysis with monochromatic CuK radiation showed that the product consisted predominantly of a single-phase ceramic material, which had the crystal structure of the β-phase silicon nitride, but larger cell dimensions. In addition, an indeterminable phase was found in a proportion of 5%. The single phase ceramic material was found to be a silicon aluminum oxynitride of the formula

Sib-,ΑΙ,Νί,.,Ο,Sib-, ΑΙ, Νί,., Ο,

in der z« 1,5 war.in which z «was 1.5.

Das vorstehend beschriebene Verfahren wurde dann bei einer anderen Preßtemperatur im Bereich zwischen 1600 und 2000⁰C wiederholt, wobei das Pressen '/_: Stunde bei 2000°C unter vollem Druck ausgeführt wurde. Die Röntgenstrukturanalyse der erhaltenen Produkte zeigte, daß die unbestimmbare Phase, die beim Pressen bei einer niedrigeren Temperatur in geringem Prozentsatz neben dem einphasigen keramischen Material der vorstehend angegebenen Formel vorhanden war, nunmehr, also beim Pressen bei höheren Temperaturen im Bereich von 2000°C, fehlte. Beim Pressen zweier Proben, von denen die eine 1 Stunde bei einer Temperatur von 1800° C und die andere 3 Stunden bei 1800° C gepreßt wurde, ergab sich bei den erhaltenen Produkten kein Unterschied.The above described process was then repeated with another pressing temperature in the range of 1600-2000 ⁰ C, wherein the pressing _'/: hour was carried out at 2000 ° C under full pressure. The X-ray structure analysis of the products obtained showed that the indeterminable phase, which was present in a small percentage next to the single-phase ceramic material of the formula given above when pressed at a lower temperature, was now absent, i.e. when pressed at higher temperatures in the region of 2000 ° C . When two samples were pressed, one of which was pressed for 1 hour at a temperature of 1800 ° C. and the other for 3 hours at 1800 ° C., there was no difference in the products obtained.

Weitere Untersuchungen über den Einfluß von Zeit und Temperatur zeigten, daß bei den niedrigeren Temperaturen von 1600 bis 1700° C die Reaktion unvollständig ist, wenn die Druckeinwirkungszeit kurzer als etwa 30 Minuten war. Bei diesen im unteren Bereich gelegenen Temperaturen ist es daher zweckmäßig, Temperatur und Druck mindestens 1 Stunde einwirken zu lassen, während bei Temperaturen im oberen Bereich von 1900 bis 2000°C die Reaktion nach einer Druckeinwirkungszeit von etwa 30 Minuten vollständigFurther investigations into the influence of time and temperature showed that with the lower Temperatures from 1600 to 1700 ° C the reaction is incomplete if the pressure exposure time is shorter than was about 30 minutes. At these temperatures in the lower range, it is therefore advisable to Allow temperature and pressure to act for at least 1 hour, while at temperatures in the upper range from 1900 to 2000 ° C the reaction is complete after a pressure action time of about 30 minutes

ist.
Zum Vergleich wurde das Verfahren des Ausfüh-is.
For comparison, the process of executing

rungsbeispiels wiederholt, wobei jedoch die Heißpreßtemperatur unter 1600⁰C lag. Bei diesem Versuch war die Reaktion zwischen dem Siliciumnitrid und dem Aluminiumoxid so unvollständig, daß die Bildung von mehr als 90% des einphasigen keramischen Materials auch bei verlängerter Hitze- und Druckeinwirkung nicht festgestellt werden konnte. Beispielsweise wurde beim Heißpressen bei 1500⁰C ein Produkt erhalten, das lediglich etwa 40% des einphasigen keramischen Materials enthielt.Example repeated, but the hot pressing temperature was below 1600 ⁰ C. In this experiment, the reaction between the silicon nitride and the aluminum oxide was so incomplete that the formation of more than 90% of the single-phase ceramic material could not be determined even with prolonged exposure to heat and pressure. For example, when hot pressing at 1500 ^° C., a product was obtained which contained only about 40% of the single-phase ceramic material.

Example 2

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurde ein Sintergemisch hergestellt, das jedoch 50Gew.-% Aluminiumoxid enthielt. Proben dieses Gemischs wurden sodann nach dem Verfahren des Beispiels 1 bei verschiedenen Temperaturen im Bereich zwischen 1600 und 2000⁰C heißgepreßt und nach dem Abkühlen mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse untersucht. Es wurde gefunden, daß die bei den Temperaluren im unteren Bereich hergestellten Werkstoffe mindestens 90 Vol.-% einer einphasigen, durch die vorstehend angegebene Formel definierten Verbindung enthielten, wobei nunmehr z=3 war. Daneben enthielten die Produkte eine kleine Menge einer ebenfalls nicht bestimmbaren Phase. Wie bei dem vorhergehenden Beispiel wurde jedoch festgestellt, daß die nicht bestimmbare Phase bei der Röntgenstrukturanalyse des Werkstoffes fehlte, wenn das Ausgangsmaterial bei höheren Temperaturen im Bereich von etwa 2000⁰C gepreßt worden waren. Diese Werkstoffe bestanden demnach zu 100% aus einer homogenen Phase der vorstehend angegebenen Formel mit z= 3.A sintered mixture was prepared by following the procedure of Example 1, but containing 50% by weight of aluminum oxide. Samples of this mixture were then hot-pressed and after the procedure of Example 1 at various temperatures in the range of 1600-2000 ⁰ C examined after cooling by means of the X-ray structure analysis. It was found that the materials produced at the temperatures in the lower range contained at least 90% by volume of a single-phase compound defined by the formula given above, where now z = 3. In addition, the products contained a small amount of a phase that was also not determinable. As in the previous example, it was found, however, that the non-determinable phase was absent from the X-ray structure analysis of the material if the starting material had been pressed at higher temperatures in the range of about 2000 ⁰ C. These materials consisted 100% of a homogeneous phase of the formula given above with z = 3.

Example ^

Das Verfahren des Beispiels 2 wurde wiederholt, wobei jedoch ein Siliciumnitrid/Aluminiumoxid-Gemisch verwendet wurde, das 70 Gew.-% Aluminiumoxid enthielt. Bei der Röntgenstrukturanalyse der erhaltenen Produkte wurde gefunden, daß bei im unteren Bereich liegenden Heißpreßtemperaturen die Erzeugnisse hauptsächlich aus einem einphasigen keramischen Material der beschriebenen Formel bestanden, in der ζ nunmehr einen Wert von etwa 3,5 hatte. Die Produkte enthielten auch etwa freies Aluminiumoxid und einen geringen Prozentsatz einer nicht bestimmbaren Phase. Wenn die Heißpreßtemperatur jedoch im Bereich von 2000⁰C lag, enthielten die Erzeugnisse kein freies Aluminiumoxid und auch keine nicht bestimmbare Phase: sie bestanden vielmehr zu 100% aus einem einphasigen homogenen Material der angegebenen Formel, in der ζ einen Wert von etwa 42 hatte.The procedure of Example 2 was repeated, except that a silicon nitride / aluminum oxide mixture was used which contained 70% by weight of aluminum oxide. In the X-ray structure analysis of the products obtained, it was found that at the lower range of hot-pressing temperatures, the products mainly consisted of a single-phase ceramic material of the formula described, in which ζ now had a value of about 3.5. The products also contained some free alumina and a small percentage of undetermined phase. However, if the hot-pressing temperature was in the range of 2000 ⁰ C, the products contained no free aluminum oxide and also no indeterminable phase: rather, they consisted of 100% of a single-phase homogeneous material of the formula given, in which ζ had a value of about 42 .

Example 4

Das Verfahren des Beispiels 3 wurde mit einem Siliciumnitrid/Aluminiumoxid-Gemisch, das 75 Gew.-% Aluminiumoxid enthielt, wiederholt Die Heißpreßtemperatur betrug 2000°C die Heißpreßzeit V₂ Stunde. Das hergestellte Produkt enthielt über 90% eines einphasigen, homogenen Materials der vorstehend angegebenen Formel mit z= 4,5. Ferner wurden noch 5% Aluminiumoxid und Spuren einer nicht bestimmbaren Phase gefunden.The process of Example 3 was repeated with a silicon nitride / aluminum oxide mixture which contained 75% by weight of aluminum oxide. The hot pressing temperature was 2000 ° C. and the hot pressing time V ₂ hours. The product produced contained over 90% of a single-phase, homogeneous material of the formula given above with z = 4.5. In addition, 5% aluminum oxide and traces of an undetermined phase were found.

Zum Vergleich wurde das Verfahren dieses Ausführungsbeispiels mit einem Gemisch wiederholt, das über 75 Gew.-% Aluminiumoxid enthielt Es wurde festgestellt, daß das durch Heißpressen bei einer Temperatur von 2000⁰C hergestellte Produkt neben dem einphasi-For comparison, the process of this exemplary embodiment was repeated with a mixture which contained over 75% by weight of aluminum oxide. It was found that the ^{product produced by hot pressing at a temperature of 2000 °} C. in addition to the single-phase

3535

4040

4545

5050

55 gen keramischen Material der angegebenen Formel noch freies Aluminiumoxid enthielt, wobei der Anteil des einphasigen Materials weniger als 90% der keramischen Phase betrug. 55 gen ceramic material of the formula given still contained free aluminum oxide, the proportion of the single-phase material being less than 90% of the ceramic phase.

Example 5

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurde ein Siliciumnitrid/Aluminiumoxid-Gemisch mit 20 Gew.-% Aluminiumoxid hergestellt und in der beschriebenen Weise bei verschiedenen Temperaturen "im Bereich zwischen 1600 und 2000⁰C 1 Stunde gepreßt; lediglich das Pressen bei 2000⁰C wurde nur V2 Stunde ausgeführt. Die bei 1600⁰C hergestellten Produkte enthielten das einphasige Material der angegebenen Formel mit Wert für ζ von 1 2 neben 10% einer nicht bestimmbaren Phase: der Anteil der nicht bestimmbaren Phasen verringerte sich mit zunehmender Preßtemperatur, bis im Bereich von 2000⁰C keine unbestimmbare Phase mehr vorhanden war und das Produkt zu 100% aus homogenem einphasigen Material mit einem Wert für ζ von 1,2 bestand.A silicon nitride / aluminum oxide mixture with 20% by weight of aluminum oxide was produced according to the method of Example 1 and ^{pressed in the manner described at various temperatures "in the range between 1600 and 2000 °} C. for 1 hour; only the pressing at 2000 ^° C. was carried out only carried out an hour and a half. The ^{products produced at 1600 °} C. contained the single-phase material of the formula given with a value for ζ of 1 2 in addition to 10% of a phase that could not be determined: the proportion of phases that could not be determined decreased with increasing pressing temperature, up to in the range of 2000 ⁰ C no more indeterminable phase was present and the product consisted of 100% homogeneous single-phase material with a value for ζ of 1.2.

Example 6

Das Verfahren des Beispiels 5 wurde mit einer Ausgangsmischung wiederholt, die 10Gew.-% Aluminiumoxid enthielt. Es wurden Erzeugnisse der gleichen Art wie bei dem Verfahren des Beispiels 5 erhalten, wobei der Wert für ζ in der Formel des einphasigen Materials 0,6 betrug.The procedure of Example 5 was repeated with a starting mixture comprising 10% by weight alumina contained. Products of the same kind as in the method of Example 5 were obtained, where the value for ζ in the formula of the single phase material was 0.6.

Example 7

Das Verfahren des Beispiels 6 wurde mit einer Mischung wiederholt, die 2 Gew.-% Aluminiumoxid enthielt. Die hergestellten Produkte enthielten mindestens 90% des einphasigen Materials der angegebenen Formel mit einem Wert für ζ von 0,15.The procedure of Example 6 was repeated with a mixture containing 2% by weight alumina contained. The products produced contained at least 90% of the single phase material specified Formula with a value for ζ of 0.15.

Die bei den Verfahren aller Beispiele erhaltenen Produkte hatten eine scheinbare Dichte im Bereich von 3,04 g/cm³.The products obtained from the procedures of all examples had an apparent density in the range of 3.04 g / cm ³ .

Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen wurde ein Siliciumnitrid verwendet, das überwiegend aus der α-Phase bestand. Die Wiederholung einiger Beispiele mit einem Siliciumnitrid, das einen geringeren Anteil an α-Phase enthielt, wurden Produkte erhalten, die zu den vergleichbaren Produkten nur wenig unterschiedlich waren.In the examples described above, a silicon nitride was used, which predominantly consists of the α-phase existed. The repetition of some examples with a silicon nitride that has a lower proportion of Containing α-phase, products were obtained which differed only slightly from the comparable products was.

Das bei den Verfahren der meisten Ausführungsbeispiele verwendete hoch oberflächenaktive Aluminiumoxid war a-Aluminiumoxid von besonders hohem Reinheitsgrad und hatte eine durchschnittliche Korngröße von 0,5 μπι, sowie eine spezifische Oberfläche von mehr als 1 m²/g. Es kann aber auch anderes Aluminiumoxid verwendet werden.The highly surface-active aluminum oxide used in the processes of most of the exemplary embodiments was α-aluminum oxide of a particularly high degree of purity and had an average grain size of 0.5 μm and a specific surface area of more than 1 m ² / g. However, other aluminum oxide can also be used.

Bei den beschriebenen Beispielen wurde zwar Aluminiumoxid als Ausgangsmaterial verwendet, doch kann man auch Aluminiumverbindungen einsetzen, die sich bei Heißpreßtemperatur zersetzen und in Aluminiumoxid übergehen, wie Aluminiumhydroxid und Aluminiumnitrat So wurden beispielsweise 7 g Siliciumnitrid, wie es bei den vorstehend beschriebenen Verfahren verwendet worden war, einer Lösung von 42 g Aluminiumsulfat in 75 ml Wasser zugegeben. Diese Mischung wurde mit 22^5 ml Ammoniumhydroxid (</= 0,880) versetzt und 18 Stunden gemischt Der Niederschlag wurde abdekantiert, gewaschen, getrocknet und in beschriebener Weise 1 Stunde bei 1700⁰C heißgepreßt Es wurde ein Produkt erhalten, das zu 95% aus Siliciumaluminiumoxynitrid mit z= 3 und 5% einerIn the examples described, alumina was used as the starting material, but aluminum compounds can also be used which decompose at the hot-pressing temperature and convert to aluminum oxide, such as aluminum hydroxide and aluminum nitrate. added to a solution of 42 g of aluminum sulfate in 75 ml of water. This mixture was treated with 22 ^ 5 ml ammonium hydroxide (</ = 0.880) and 18 hours mixed The precipitate was decanted, washed, dried, and in the manner described for 1 hour at 1700 ⁰ C hot-pressed it a product was obtained consisting of 95% Silicon aluminum oxynitride with z = 3 and 5% one

unbestimmbaren Phase bestand.indefinable phase existed.

Aus den beschriebenen sieben Beispielen ergibt sich, daß bei Zunahme des Aluminiumoxid-Gehaltes das Silicium im Tetraeder des Siliciumnitrides teilweise durch Aluminium ersetzt wurde, während gleichzeitig ein Teil des Stickstoffs durch Sauerstoff substituiert wurde. Für Werte von z>5 wurde festgestellt, daß eine /?-Struktur auftrat, wobei die Dimensionen der Elementarzellen im wesentlichen konstant blieben und das Produkt freies Aluminiumoxid enthielt. Die Zeichnung zeigt die Änderung der Elementarzellendimensionen mit Zunahme des Aluminium- und Sauerstoffgehaltes.From the seven examples described it follows that with an increase in the aluminum oxide content Silicon in the tetrahedron of silicon nitride was partially replaced by aluminum, while at the same time some of the nitrogen has been substituted by oxygen. For values of z> 5 it was found that a /? Structure occurred, with the dimensions of the unit cells remaining essentially constant and that Product contained free alumina. The drawing shows the change in the unit cell dimensions with an increase in the aluminum and oxygen content.

An den Flächen der nach den Verfahren der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele erhaltenen heißgepreßten Erzeugnisse haftet eine Bornitrid-Schicht an, die in einem Abtragungsprozeß entfernt wurde.On the surfaces of the obtained by the method of the embodiments described above A boron nitride layer adheres to hot-pressed products, which is removed in an ablation process became.

Bei der Herstellung eines im wesentlichen einphasigen Erzeugnisses mit der angegebenen Formel sollte die Heißpreßtemperatur mindestens 1600⁰C, besser mindestens 1700⁰C betragen. Wenn die Herstellung eines zu 100% einphasigen keramischen Produktes gewünscht ist, sollte die Heißpreßtemperatur höher als 1900⁰C sein, am besten bei 2000⁰C liegen. Es ist aber zu beachten, daß die obere Temperaturgrenze durch verschiedene Faktoren, wie die Dissoziationstemperatur des keramischen Werkstoffs und die Festigkeit der Heißpreßwerkzeuge, festgelegt ist.In the production of a substantially single-phase product, with the indicated formula, the hot-pressing temperature at least 1600 ⁰ C, should be better at least 1700 ⁰ C. If the production of a single-phase to 100% ceramic product is desired, the hot-press temperature should be higher than 1900 ⁰ C, preferably lying at 2000 ⁰ C. It should be noted, however, that the upper temperature limit is determined by various factors such as the dissociation temperature of the ceramic material and the strength of the hot-pressing tools.

Die Zeitspanne des Pressens bei höchster Temperatur sollte mindestens 30 Minuten betragen; die obere Grenze richtet sich nach der Wirtschaftlichkeit und dem Verwendungszweck des Formkörpers.The time of pressing at the highest temperature should be at least 30 minutes; the upper The limit depends on the economy and the intended use of the molding.

Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen wurde der Vorformling aus den Siliciumnitrid/Aluminiumoxid-Mischungen in der Graphitform während des Heißpressens durch die Einbettung in Bornitrid-Pulver zusätzlich zu der üblichen Beschichtung der Werkzeugflächen mit Bornitrid geschützt Es wurde nämlich festgestellt, daß bei Heißpreßtemperaturen oberhalb 1800⁰C beim Entformen der Preßlinge aus den Werkzeugen Schwierigkeiten auftreten können, wenn nur die Werkzeugflächen mit Bcrnitrid beschichtet sind. In einigen Fällen kam es dabei zu einer teilweisen Beschädigung der Formkörperoberflächen. Durch den zusätzlichen * Schutz, den das Einbetten der Proben in Bornitrid-Pulver bietet konnten diese Schwierigkeiten behoben werden. Bei Heißpreßtemperaturen unterhalb 1800°C reicht die übliche Sprühbeschichtung der Werkzeuge mit Bornitrid aus. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden die Siliciumnitrid/AIuminiumoxid- Gemische als Vorformlinge in die Formen eingebracht Es ist aber auch möglich, bei Anwendung des Bornitrid-Pulvers die Mischungen in Pulverform zu sintern.In the above examples, the preform of the silicon nitride / alumina mixtures-were in the graphite mold during hot pressing by being embedded in boron nitride powder in addition to the usual coating of the tool surfaces with boron nitride protected Namely, it was found that when hot-pressing temperatures above 1800 ⁰ C. Difficulties can arise when removing the compacts from the tools if only the tool surfaces are coated with nitride. In some cases, this resulted in partial damage to the surfaces of the molded bodies. The additional * protection afforded by embedding the samples in boron nitride powder has eliminated these difficulties. At hot pressing temperatures below 1800 ° C, the usual spray coating of the tools with boron nitride is sufficient. In the exemplary embodiments described, the silicon nitride / aluminum oxide mixtures were introduced into the molds as preforms. However, it is also possible to sinter the mixtures in powder form when using the boron nitride powder.

Example 8

5555

14 g bei den Verfahren der vorstehend beschriebenen Beispiele verwendeten Siliciumnitrid-Pulvers und 13,6 g hochreines a-Aluminiumoxid-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von unter 1 μπι und einer hochreaktionsfähigen Oberfläche wurden unter Zusatz von 0,14 g eines Ammomumalginat-Pulvers gemischt Die trockene Mischung wurde mit 36 ml Wasser versetzt, 1 Stunde in einem Walzenkneter behandelt und dann absitzen gelassen. Die so erhaltene Mischung hatte ,65 eine gleitflüssige Konsistenz und wurde in einen Tiegel aus Gips gegossen. Nach dem Trocknen wurde die Mischung aus dem Gipstiegel herausgenommen und in ein Reaktionsrohr aus Graphit gebracht, das mit einem Korundrohr ausgekleidet war, dessen eines Ende durch einen gepreßten Stopfen aus Aluminiumoxid-Pulver verschlossen war. Das Korundrohr wurde zur Hälfte mit dem feinen Bornitrid-Pulver von hexagonaler Kristallstruktur gefüllt, und der Tiegel wurde so in das Bornitrid-Pulver gestellt, daß er die Wände des Korundrohres nicht berührte. Dann wurde der Tiegel völlig mit Bornitrid-Pulver bedeckt, das andere Ende des Korundrohres mit einem weiteren gepreßten Stopfen aus Aluminiumoxid verschlossen und die Anordnung mit einer Geschwindigkeit von 90°C/min auf 1700⁰C aufgeheizt und 1 Stunde auf dieser Temperatur gehalten. Eine Röntgenstrukturanalyse des abgekühlten Produktes ergab, das es überwiegend (zu 90%) aus einem einphasigen keramischen Material der angegebenen Formel bestand, in der ζ etwa den Wert 3 hatte. Der hergestellte Tiegel wurde von anhaftendem Bornitrid durch Sandstrahlen gereinigt.14 g of silicon nitride powder used in the methods of the examples described above and 13.6 g of highly pure α-aluminum oxide powder with an average grain size of less than 1 μm and a highly reactive surface were mixed with the addition of 0.14 g of an ammonium alginate powder 36 ml of water were added to the dry mixture, treated in a roller kneader for 1 hour and then allowed to settle. The mixture obtained in this way had a slippery consistency and was poured into a plaster of paris crucible. After drying, the mixture was removed from the gypsum crucible and placed in a reaction tube made of graphite which was lined with a corundum tube, one end of which was closed by a pressed stopper made of aluminum oxide powder. The corundum tube was half filled with the fine boron nitride powder of hexagonal crystal structure, and the crucible was placed in the boron nitride powder in such a way that it did not touch the walls of the corundum tube. Then, the crucible was entirely covered with boron nitride powder, sealed the other end of Korundrohres with a further compressed plug of alumina and the assembly heated at a rate of 90 ° C / min to 1700 ⁰ C and held for 1 hour at this temperature. An X-ray structure analysis of the cooled product showed that it consisted predominantly (90%) of a single-phase ceramic material of the formula given, in which ζ was approximately 3. The produced crucible was cleaned of adhering boron nitride by sandblasting.

Example 9

Ein Siliciumnitrid-Pulver, das zu mindestens 85% aus Material der α-Phase bestand, wurde mit hochreinem «-Aluminiumoxid-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von weniger als 1 μΐη und einer hochreaktionsfähigen, großen spezifischen Oberfläche gemischt. Das Mischen wurde durch 72stündiges Naßkugelmahlen der beiden Pulver in Isopropylalkohol ausgeführt, bis die durchschnittliche Korngröße des Gemisches 5 μΐη betrug. Die Mischungsverhältnisse wurden so gewählt, daß das Atomverhältnis von Silicium zu Aluminium in der endgültigen Mischung 9:1 betrug. Nach dem Mahlen wurde die Mischung getrocknet, und eine Probe von 100 g wurde in einer Stahlform und unter einem Druck von 1,4 bar zu einem selbsttragenden Formung gepreßt. Der Formling wurde wie bei dem Verfahren des Beispiels 1 in Bornitrid-Pulver eingesetzt, das sich in einer mit einem Korundrohr ausgekleideten Graphitform befand. Diese Anordnung wurde in 20 Minuten auf eine Sintertemperatur von 1700⁰C erhitzt und 1 Stunde auf dieser Temperatur gehalten. Das so hergestellte Produkt ergab bei der Röntgenstrukturanalyse, daß es überwiegend aus einem einphasigen keramischen Material mit einer Kristallstruktur bestand, die sich von derjenigen des ß-Phase-Siliciumnitrids ableitete aber Elemantarzellen größerer Abmessungen hatte. Das Produkt enthielt auch einen geringen, unter 5% liegenden Anteil einer unbestimmbaren Phase. Das keramische Material erwies sich als ein Siliciumaluminiumoxynitrid der angegebenen Formel mit einem Wert fürzvonO.6.A silicon nitride powder, which consisted of at least 85% material of the α-phase, was mixed with highly pure -aluminum oxide powder with an average grain size of less than 1 μm and a highly reactive, large specific surface. Mixing was carried out by wet ball milling of the two powders in isopropyl alcohol for 72 hours until the average grain size of the mixture was 5 μm. The mixing ratios were chosen so that the atomic ratio of silicon to aluminum in the final mixture was 9: 1. After grinding, the mixture was dried and a sample of 100 g was pressed in a steel mold and under a pressure of 1.4 bar to form a self-supporting shape. As in the method of Example 1, the molding was used in boron nitride powder, which was located in a graphite mold lined with a corundum tube. This arrangement was heated to a sintering temperature of 1700 ^° C. in 20 minutes and held at this temperature for 1 hour. The X-ray structure analysis of the product produced in this way showed that it consisted predominantly of a single-phase ceramic material with a crystal structure which was derived from that of the β-phase silicon nitride but had elementary cells of larger dimensions. The product also contained a small amount of an indeterminate phase, below 5%. The ceramic material was found to be a silicon aluminum oxynitride of the formula given with a value for z of O.6.

Das Verfahren dieses Beispiels wurde bei anderen Temperaturen zwischen ioOO und 2000⁰C wiederholt. Dabei wurde gefunden, daß die bei Temperaturen im unleren Bereich hergestellten Erzeugnisse neben dem einphasigen keramischen Material der beschriebenen Formel einen geringen Anteil einer unbestimmbaren Phase enthielten. Diese Phase fehlt in den Röntgenbefunden der bei Temperaturen im oberen Bereich bis zu 2000⁰C hergestellten Produkte; diese Produkte bestanden völlig aus einem einphasigen keramischen Material, wie es vorstehend beschrieben wurde.The method of this example was repeated at other temperatures between ⁰ and 2000 IOOO C. It was found that the products manufactured at temperatures in the lower range contained a small proportion of an indeterminable phase in addition to the single-phase ceramic material of the formula described. This phase is absent in the X-ray findings of the products manufactured at temperatures in the upper range up to 2000 ^° C .; these products consisted entirely of a single phase ceramic material as described above.

Bei einer Wiederholung des Verfahrens unter Anwendung einer Sintertemperatur von unter 1600⁰C verlief die Bildungsreaktion des einphasigen keramischen Materials unvollständig, und bei einer Sintertemperatur von 1500⁰C enthielt das Produkt lediglich 40% des einphasigen keramischen Materials.When the process was repeated using a sintering temperature of below 1600 ^° C., the formation reaction of the single-phase ceramic material was incomplete, and at a sintering temperature of 1500 ^° C. the product contained only 40% of the single-phase ceramic material.

Beispiele lObis 15Examples 10 to 15

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden Siliciumnitrid/Aluminiumoxid-Pulver hergestellt, die 20, 25,40,50,60 und 70 Gew.-% Aluminiumoxid enthielten. Diese Pulvermischungen wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 zu Sinterkörpern verarbeitet, wobei die Sintertemperaturen zwischen 1700 und 2000°C betrugen. Es wurde gefunden, daß beim Sintern im unteren Temperaturbereich die hergestellten Produkte überwiegend aus dem einphasigen keramischen Material der angegebenen Formel bestanden, in der bei 20% AhCh z= 1,2, bei 25% AI₂Oj z= 1,5, bei 40% AI₂O₃ z=2,4, bei 50% Al₂O₃ z= 3, bei 60% Al₂O₃ Z= 3,2 und bei 79% Al₂O₃ z= 3,5 betrug. Ferner wurde beobachtet, daß die Erzeugnisse weniger als 5% einer unbestimmbaren Phase enthielten. Bei den Produkten, die aus Mischungen hergestellt worden ware^ die 60 und 70 Gew.-% Aluminiumoxid enthalten hatten, wurde zusätzlich freies Al₂O₃ festgestellt. Bei den Produkten, die im oberen Temperaturbereich bis nahe 2000° C gesintert worden waren, fehlte die unbestimmte Phase; soweit diese Produkte aus Mischungen mit weniger als 60 Gew.-% Aluminiumoxid hergestellt worden waren, bestanden sie völlig aus einphasigem Material der angegebenen Formel, wobei ζ etwa den gleichen Wert wie bei den entsprechenden bei niedrigen Temperaturen gesinterten Produkten hatte. Bei den Erzeugnisssen, die aus 60 bzw. 70 Gew.-% Aluminiumoxid enthaltenden Mischungen hergestellt worden waren, wurde jedoch gefunden, daß sie kein freies Aluminiumoxid enthielten, sondern völlig aus einphasigem keramischen Material der angegebenen Formel bestanden, in der bei 60 Gew.-% Al₂O₃ z= 3,8 und bei 70 Gew.-% Al₂O₃ z=4,2 war.Silicon nitride / alumina powders containing 20, 25, 40, 50, 60 and 70% by weight of alumina were prepared by following the procedure of Example 1. These powder mixtures were processed into sintered bodies by the method of Example 1, the sintering temperatures being between 1700 and 2000.degree. It was found that during sintering in the lower temperature range the products produced consisted predominantly of the single-phase ceramic material of the formula given, in which at 20% AhCh z = 1.2, at 25% Al ₂ Oj z = 1.5, at 40% % Al ₂ O ₃ z = 2.4, with 50% Al ₂ O ₃ z = 3, with 60% Al ₂ O ₃ Z = 3.2 and with 79% Al ₂ O ₃ z = 3.5. It was also observed that the products contained less than 5% of an indeterminate phase. In the case of the products which had been made from mixtures which had contained 60 and 70% by weight of aluminum oxide, free Al ₂ O _{3 was also} found. In the case of the products that had been sintered in the upper temperature range up to almost 2000 ° C., the indefinite phase was missing; Insofar as these products had been produced from mixtures with less than 60% by weight of aluminum oxide, they consisted entirely of a single-phase material of the formula given, where ζ had approximately the same value as the corresponding products sintered at low temperatures. In the case of the products made from mixtures containing 60 or 70% by weight of aluminum oxide, however, it was found that they did not contain any free aluminum oxide, but consisted entirely of single-phase ceramic material of the formula given, in which at 60% by weight % Al ₂ O ₃ z = 3.8 and at 70% by weight Al ₂ O ₃ z = 4.2.

Es wurden auch Untersuchungen mit Mischungen ausgeführt, die mehr als 75 Gew.-% Aluminiumoxid enthielten. Die hieraus hergestellten Sinterkörper enthielten aber selbst nach dem Sintern bei 2000°C über 10% freies Aluminiumoxid.Studies have also been carried out on mixtures containing greater than 75% by weight alumina contained. The sintered bodies produced from this, however, contained over even after sintering at 2000 ° C 10% free alumina.

Die Beispiele 8 bis 15 unterscheiden sich von den vorhergehenden Beispielen dadurch, daß die Mischungen nicht unter Druck gesintert wurden. Die erhaltenen Produkte hatten zwar eine geringere scheinbare Dichte in der Größenordnung von etwa 2,7 g/cm³, zeigten aber eine ähnliche Abhängigkeit von den Einflußgrößen, die für die Entstehung eines Produktes mit mindestens 90 Vol.-% Siliciumaluminiumoxynitrid maßgebend sind, wie die nach den Verfahren der Beispiele 1 bis 9 hergestellten Erzeugnisse. Die Sintertemperatur sollte daher mindestens 1600° C, besser über 1700° C betragen. Falls man ein zu 100% einphasiges Material wünscht, seihe die Sinterteir.peratur mindestens !9QQ⁰C, besser nahezu 2000°C bitragen. Aber auch hier wird die obere Temperaturgrenze durch Faktoren, wie die Dissoziationstemperatur des keramischen Materials und die Werkzeugfestigkeit, bestimmt.Examples 8 to 15 differ from the previous examples in that the mixtures were not sintered under pressure. Although the products obtained had a lower apparent density of the order of magnitude of about 2.7 g / cm ³ , they showed a similar dependence on the influencing variables which are decisive for the formation of a product with at least 90% by volume of silicon aluminum oxynitride, such as according to the method of Examples 1 to 9 manufactured products. The sintering temperature should therefore be at least 1600 ° C, better over 1700 ° C. If you want a 100% single-phase material, the sintering temperature should be at least! 9QQ ⁰ C, better almost 2000 ° C. But here, too, the upper temperature limit is determined by factors such as the dissociation temperature of the ceramic material and the tool strength.

Bei den Verfahren der Beispiele 8 bis 15 wurden die Proben wie auch bei den Verfahren der vorhergehenden Beispiele in Bornitrid-Pulver eingebettet Ohne Verwendung des Schutzstoffs kann es zu Beschädigungen der Probenoberfläche, insbesondere bei Temperaturen oberhalb 1800⁰C, so daß außerhalb 1900°C hergestellte Proben nicht untersucht werden konnten. Durch Einbetten der Proben in Bornitrid-Pulver konnten diese Schwierigkeiten behoben werden. Bei Sintertemperaturen im Bereich von 1700° C ist eine solche Einbettung bzw. Beschichtung nicht erforderlich, jedoch dann von Vorteil, wenn große, kompliziert geformte Teile gesintert werden sollen.In the methods of Examples 8 to 15, the samples were embedded, as well as in the methods of the previous examples in boron nitride powder without use of the protective substance may cause damage to the sample surface, especially at temperatures above 1800 ⁰ C, so that produced outside 1900 ° C Samples could not be examined. These difficulties could be overcome by embedding the samples in boron nitride powder. At sintering temperatures in the region of 1700 ° C., such embedding or coating is not necessary, but is advantageous when large, complexly shaped parts are to be sintered.

Bornitrid ist ein besonders vorteilhaftes Schutzmittel, doch lassen sich auch Mischungen, die Nornitrid enthalten, verwenden. Andere Schutzmittel können ebenfalls in Betracht gezogen werden, z. B. gasförmige Stoffe, wie auf einen geeigneten Teildruck eingestellter Stickstoff. Es ist aber einfacher, einen pulverförmigen Schutzstoff zu wählen, der bei der vorgesehenen Heißpreßtemperatur nicht sintert. Der den Heißpreßteilen anhaftende Schutzstoff läßt sich leicht entfernen, beispielsweise durch Abschleifen, Sandstrahlen oder dergleichen.Boron nitride is a particularly advantageous protective agent, but mixtures containing nitride contain, use. Other protective means can also be envisaged, e.g. B. gaseous Substances such as nitrogen adjusted to a suitable partial pressure. But it's easier to get a powdery one Choose a protective material that does not sinter at the intended hot-pressing temperature. The hot-pressed parts Adhering protective material can be easily removed, for example by grinding, sandblasting or like that.

EinA

Beispiel 16
feines SiliciumpulverExample 16
fine silicon powder

besonders feines Siliciumpulver mit einer mittleren. Teilchengröße von 3 μπι wurde naß im Isopropylalkohol mit hochreinem Aluminiumoxid-Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von unter 1 μπι und einer hochreaktionsfähigen, großen spezifischen Oberfläche gemischt. Die Mischungsanteile wurden so gewählt, daß das Atomverhältnis von Silicium zu Aluminium 3 :1 betrug. Nach dem Mischen wurde der Isopropylalkohol entfernt und das Pulvergemisch durch ein 60-Maschen-Sieb abgesiebt. 20 g der abgesiebten Mischung wurden in ein rechteckiges Schiffchen aus Siliciumnitrid mit einer Länge von 75 mm und einer Breite von 50 mm gefüllt, und durch Klopfen wurde das Pulver dann geringfügig verdichtet. Das Schiffchen wurde in ein Reaktionsrohr aus Korund geschoben, das evakuiert und danach mit stickstoffhaltigem Formiergas gefüllt wurde, bis der Druck im Rohr etwa dem Umgebungsdruck entsprach. Die Temperatur im Reaktionsrohr wurde in 8 Stunden auf Nitrierungstemperatur — in diesem Falle 1400°C — und 6 Stunden lang gehalten, wobei während des Aufheizvorganges Formiergas mit einer Geschwindigkeit von 0,5 l/min durch das Reaktionsrohr geleitet wurde. Das Reaktionsrohr wurde dann im Laufe von 8 Stunden abgekühlt. Das erhaltene Produkt erwies sich bei der Röntgenstrukturanalyse als ein keramisches Material, das überwiegend aus einphasigem Siliciumaluminiumoxynitrid der angegebenen allgemeinen Formel mit z~ 1,5 bestand.particularly fine silicon powder with a medium. Particle size of 3 μπι was wet mixed in isopropyl alcohol with high-purity aluminum oxide powder with an average particle size of less than 1 μπι and a highly reactive, large specific surface. The proportions of the mixture were chosen so that the atomic ratio of silicon to aluminum was 3: 1. After mixing, the isopropyl alcohol was removed and the powder mixture was sieved through a 60-mesh sieve. 20 g of the sieved mixture were placed in a rectangular silicon nitride boat 75 mm long and 50 mm wide, and the powder was then slightly compacted by tapping. The boat was pushed into a reaction tube made of corundum, which was evacuated and then filled with nitrogen-containing forming gas until the pressure in the tube corresponded approximately to ambient pressure. The temperature in the reaction tube was kept at the nitration temperature - in this case 1400 ° C. - for 8 hours and for 6 hours, with forming gas being passed through the reaction tube at a rate of 0.5 l / min during the heating process. The reaction tube was then cooled over the course of 8 hours. The product obtained turned out to be a ceramic material in the X-ray structure analysis, which consisted predominantly of single-phase silicon aluminum oxynitride of the given general formula with z ~ 1.5.

Das vorstehend beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei die Sintertemperaturen zwischen 1300 und 1600° C variiert wurden, während alle anderen Bedingungen gleich blieben. In jedem Falle ergab die Röntgenstrukturanalyse, daß die erhaltenen Erzeugnisse überwiegend aus einem einphasigen keramischen Material der angegebenen Formel bestanden, wobei ζ wiederum einen Wert von etwa 1,5 hatte. Ferner wurden in den Produkten ein geringer Anteil einer unbestimmbaren Phase gefunden.The procedure described above was repeated, the sintering temperatures being varied between 1300 and 1600 ° C., while all other conditions remained the same. In each case, the X-ray structure analysis showed that the products obtained consisted predominantly of a single-phase ceramic material of the formula given, where ζ again had a value of about 1.5. In addition, a small proportion of an indeterminate phase was found in the products.

Bei einer weiteren Wiederholung des Verfahrens wurde die Nitrierungstemperatur dicht unter 1300° C gehalten.When the procedure was repeated again, the nitration temperature became just below 1300 ° C held.

Das hergestellte Material enthielt freies Siliciumnitrid und freies Aluminiumoxid, nach dem Sintern aber auch Siliciumaluminiumoxynitrid der angegebenen Formel mit einem geringen Anteil einer unbestimmbaren Phase. Bei einem weiteren Versuch wurden die Produkte des ursprünglichen Verfahrens (des Beispiels 16) und der vorstehend beschriebenen Wiederholung in Graphitformen auf 2000° C erhitzt und dann abgekühlt. Eine Röntgenstrukturanalyse ergab, daß die erhaltenen Produkte völlig aus Siliciumaluminiumoxynitrid der vorstehend beschriebenen Art bestanden und eine nicht bestimmbare Phase fehlte. In dem Material wurden auchThe material produced contained free silicon nitride and free aluminum oxide, but also after sintering Silicon aluminum oxynitride of the formula given with a small proportion of an indeterminable phase. In a further experiment the products of the original method (of Example 16) and of The above-described repetition was heated to 2000 ° C. in graphite molds and then cooled. One X-ray structure analysis showed that the products obtained were made entirely of silicon aluminum oxynitride type described above passed and an indeterminable phase was missing. In the material were also

weder freie Tonerde noch Siliciumnitrid gefunden, wie sie bei der vorstehend beschriebenen Wiederholung des Verfahrens vorhanden waren.neither free alumina nor silicon nitride were found as they were found in the repetition of the above-described Procedure were in place.

Das Verfahren dieses Beispiels wurde noch einmal wiederholt, wobei die Nitrierungstemperatur oberhalb 1600^cC gehalten wurde. In dem Sintererzeugnis wurde das beschriebene einphasig keramische Material festgestellt, doch enthielt das Produkt auch etwas Aluminiumsilicat und Aluminiumnitrid.The procedure of this example was repeated once more, the nitration temperature being kept ^{above 1600 ° C.} The single phase ceramic material described was found in the sintered product, but the product also contained some aluminum silicate and aluminum nitride.

Bei einer weiteren Abänderung des Verfahrens wurde in das Gemisch aus Silicium und Aluminiumoxid mit einer Polyacrylat-Dispersion in Wasser derart gemischt, daß sich das Gemisch extrudieren ließ. Aus dem Gemisch wurde ein grüner Formling hergestellt, der zum Vertreiben des Wassers und zum Abbrennen des ιϊ Polyacrylate gebrannt wurde. Das poröse Produkt wurde dann durch Erhitzen in einer Stickstoffatmosphäre bei 1400° C in eine einphasige Si — Al - N — O-Verbindung übergeführt, die der angegebenen Formel entsprach und das aufgeweitete Gitter der /?-Phase des Siliciumnitrids hatte.In a further modification of the process, the mixture of silicon and aluminum oxide was mixed with a polyacrylate dispersion in water in such a way that the mixture could be extruded. A green molding was produced from the mixture, which was fired to drive off the water and burn off the polyacrylate. The porous product was then converted into a single-phase Si - Al - N - O compound which corresponded to the given formula and had the expanded lattice of the /? Phase of silicon nitride by heating in a nitrogen atmosphere at 1400 ° C.

Das bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren verwendete Ausgangsgemisch wurde mit einer kleinen Menge eines in Wasser gelösten Alginat-Entflockungsmittels angefeuchtet und zeigte dann hervorragende r> Gleitfließeigenschaften. Aus dieser Aufschlemmung wurde in bekannter Weise in einer Gipsform ein Abguß in Form eines kleinen Tiegels hergestellt. Der Tiegel wurde unter Stickstoffatmosphäre im Laufe von 6 Stunden von Raumtemperatur auf 1400⁰C erhitzt und ji> weitere 6 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Es entstand ein Tiegel, der im wesentlichen aus einer einphasigen Verbindung Si - Al — N — O mit dem aufgeweiteten Gitter der ß-Phase bestand.The starting mixture used in the above process was moistened with a small amount of an alginate deflocculant dissolved in water and then exhibited excellent slip flow properties. A cast in the form of a small crucible was made from this suspension in a known manner in a plaster mold. ^{The crucible was heated from room temperature to 1400 °} C. in the course of 6 hours under a nitrogen atmosphere and kept at this temperature for a further 6 hours. The result was a crucible which essentially consisted of a single-phase compound Si - Al - N - O with the widened lattice of the β phase.

Man kann auch andere Methoden zum Mischen von r> Silicium mit Aluminiumoxid anwenden, beispielsweise beide Stoffe durch Flammspritzen auf ein mit einem Trennmittel beschichtetes Formwerkzeug auftragen und den so erhaltenen Formkörper nitrieren.Other methods of mixing r> silicon with aluminum oxide can also be used, for example apply both substances by flame spraying onto a mold coated with a release agent and nitriding the molded body thus obtained.

Beispiel 17 ⁴ⁿ Example 17 ⁴ⁿ

Nach dem Verfahren des Beispiels 16 wurde durch Naßvermahlung in Isopropylalkohol ein Gemisch aus Silicium- und Aluminiumoxid-Pulver hergestellt, in dem das Atomverhältnis von Silicium zu Aluminium 1 :1 betrug. Das Gemisch wurde dann nach dem Verfahren des Beispiels 16 bearbeitet Nach dem Nitrieren bei 1400° C enthielt das Produkt überwiegend eine einphasige keramische Verbindung der angegebenen Formel, in der ζ wiederum den Wert 1,5 hatte. Das Erzeugnis 5« enthielt jedoch außerdem noch einen kleinen Prozentsatz einer unbestimmbaren Phase sowie einen kleinen Anteil an freiem Siliciumnitrid und einen größeren Anteil an freiem Aluminiumoxid, so daß der Gehalt an SHiciumaluminiumoxynitrid niedriger als 90% war. Das Erzeugnis wurde in einer Graphitform in Bornitrid-Pulver auf 1700⁰C erhitzt und dann einer Röntgenstrukturanalyse unterzogen. Diese Analyse ergab, daß das Material einen kleinen Prozentsatz einer unbestimmbaren Phase, aber mindestens 90 Vol.-% eines einphasigen keramischen Materials gemäß der angegebenen Formel enthielt, wobei ζ in diesem Falle den Wert 3 hatte. Das zweite Sintern wurde dann mit einem weiteren Produkt dieses Verfahrens wiederholt, wobei jedoch das Produkt in der Graphitform in Bornitrid auf 2000⁰C erhitzt wurde. Die Röntgenstrukturanalyse ergab, daß das Material völlig aus einem einphasigen Stoff der angegebenen Formel bestand, wobei ζ etwa den Wert 3 hatte und eine unbestimmbare Phase im Röntgenbefund nicht nachzuweisen war.Following the procedure of Example 16, a mixture of silicon and aluminum oxide powder in which the atomic ratio of silicon to aluminum was 1: 1 was prepared by wet milling in isopropyl alcohol. The mixture was then processed according to the method of Example 16. After nitriding at 1400 ° C., the product contained predominantly a single-phase ceramic compound of the formula given, in which ζ again had the value 1.5. However, the product 5 «also contained a small percentage of an indeterminate phase and a small proportion of free silicon nitride and a larger proportion of free aluminum oxide, so that the silicon aluminum oxynitride content was less than 90%. ^{The product was heated to 1700 °} C. in a graphite mold in boron nitride powder and then subjected to an X-ray structure analysis. This analysis showed that the material contained a small percentage of an indeterminate phase, but at least 90% by volume of a single-phase ceramic material according to the formula given, ζ being 3 in this case. The second sintering was then repeated with another product of this process, but the product was heated in a graphite mold in boron nitride at 2000 ⁰ C. The X-ray structure analysis showed that the material consisted entirely of a single-phase substance of the formula given, where ζ had about the value 3 and an indeterminable phase could not be detected in the X-ray findings.

Bei einer Abänderung des ursprünglichen Verfahrens dieses Beispiels wurde 1300°C als Sintertemperatur gewählt. Das keramische Erzeugnis enthielt neben dem Siliciumaluminiumoxynitrid auch freies Aluminiumoxid und freies Siliciumnitrid. Zwei Proben dieses Produktes wurden in einer Graphitform in Bornitrid-Pulver auf 1700⁰C bzw. 2000⁰C erhitzt und dann mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse untersucht. Das auf 1700°C erhitzte Produkt bestand im wesentlichen aus einphasigem Material der ersten Probe, wobei z—Z war. Ein kleiner Anteil einer unbestimmbaren Phase war ebenfalls festzustellen. Bei der auf 2000⁰C erhitzten Probe bestand das Produkt völlig aus dem einphasigen Material der ersten Probe mit einem Wert für ζ von 3.In a modification of the original method of this example, 1300 ° C was chosen as the sintering temperature. In addition to the silicon aluminum oxynitride, the ceramic product also contained free aluminum oxide and free silicon nitride. Two samples of this product were heated in a graphite form in boron nitride powder to 1700 ^° C. and 2000 ^° C. and then examined with the aid of X-ray structure analysis. The product, heated to 1700 ° C, consisted essentially of single phase material from the first sample, where z was Z. A small portion of an indeterminate phase was also found. In the case of the ^{sample heated to 2000 °} C., the product consisted entirely of the single-phase material of the first sample with a value for ζ of 3.

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Beispie! !«Example! ! «

Das Verfahren des Beispiels 16 wurde wiederholt, wobei in dem Ausgangsgemisch das Atomverhältnis von Silicium zu Aluminium 1 :3 betrug. Wie bei dem Verfahren des Beispiels 16 wurde auch bei diesem Verfahren eint zweistufige Erhitzung vorgenommen, wobei beim zweiten Erhitzen auf 1700⁰C das Produkt der ersten Erhitzungsstufe in Bornitridpulver eingebettet war. Das Produkt enthielt etwa 90% Siliciumaluminiumoxynitrid mit einem Wert für z~ 4,5 sowie etwa 10% AluminiumoxidThe procedure of Example 16 was repeated, the atomic ratio of silicon to aluminum in the starting mixture being 1: 3. As in the process of Example 16, a two-stage heating was also carried out in this process, the product of the first heating stage being embedded in boron nitride powder ^{during the second heating to 1700 ° C.} The product contained about 90% silicon aluminum oxynitride with a value for z ~ 4.5 and about 10% aluminum oxide

Example 19

Das Verfahren des Beispiels 18 wurde mit einem Ausgangsgemisch wiederholt, in dem das Atomverhältnis von Silicium zu Aluminium 7:1 betrug. Das hergestellte Erzeugnis enthielt über 90% Siliciumaluminiumoxynitrid mit einem Wert für ζ von etwa 0,75.The procedure of Example 18 was repeated with a starting mixture in which the atomic ratio from silicon to aluminum was 7: 1. The product made contained over 90% silicon aluminum oxynitride with a value for ζ of about 0.75.

Bei den Verfahren der Beispiele 16 bis 19 wurde festgestellt, daß bei den bei Temperaturen zwischen 1900 und 2000°C behandelten Produkten Oberflächenbeschädigungen auftraten, wenn sie nicht geschützt wurden Diese Beschädigungen ließen sich durch Einbetten der Proben in Bornitrid-Pulver beheben. Auch andere Schutzmittel, wie Siliciumcarbid-Pulver oder auch gasförmige Stoffe, wie Stickstoff mit einem bestimmten Teildruck, sind verwendbar.In the procedures of Examples 16-19 it was found that at temperatures between Products treated at 1900 and 2000 ° C caused surface damage if they were not protected This damage could be repaired by embedding the samples in boron nitride powder. Other protective agents such as silicon carbide powder or even gaseous substances such as nitrogen with a certain partial pressure can be used.

Bei den Verfahren der Beispiele 16 bis 19 wurde als ein Ausgangsstoff Aluminiumoxid benutzt. Man kann jedoch auch Aluminiumverbindungen verwenden, die beim Erhitzen auf Nitrierungstemperatur in Aluminiumoxid zerfallen.The procedures of Examples 16-19 used alumina as a starting material. One can however, also use aluminum compounds which, when heated to the nitriding temperature in aluminum oxide disintegrate.

Bei der Herstellung eines im wesentlichen einphasigen keramischen Produktes der angegebenen Formel nach den Verfahren der Beispiele 16 bis 19 sollte das Nitrieren bei einer Temperatur unterhalb 1600⁰C, jedoch oberhalb 1250° C, vorzugsweise zwischen IJÖÖ und 1500° C und am besten bei etwa 1400⁰C ausgeführt werden. Bei Mischungen, in denen das Atomverhälmis von Silicium zu Aluminium kleiner als 3 :1 ist, wird die Temperatur beim Nacherhitzen der nitrierten Erzeugnisse zweckmäßigerweise auf über 1600⁰C, am besten auf über 1700⁰C gesteigertIn the production of a substantially single-phase ceramic product of the formula indicated by the methods of Examples 16 to 19, the nitriding at a temperature below 1 600 ⁰ C, but above 1250 ° C should preferably be between IJÖÖ and 1500 ° C, and most preferably at about 1400 ⁰ C. In mixtures in which the Atomverhälmis of silicon to aluminum is less than 3: 1, the temperature during the post-heating of the nitrated products is best increased advantageously at over 1600 ⁰ C to over 1700 ⁰ C.

Bei den Verfahren der Beispiele 16 bis 19 wurde das Produkt nach dem Nitrieren aus dem Nitnerofen herausgenommen und in einem getrennten Ofen auf die höhere Temperatur erhitzt Der gesamte Erhitzungsvorgang läßt sich aber auch im Nitnerofen ausführen, wobei die Temperatur unmittelbar auf die endgültige Sintertemperatur gesteigert wird. Die Aufheizgeschwindigkeit muß aber so reguliert werden, daß dasIn the procedures of Examples 16-19, the product was nitrided out of the Nitner furnace taken out and heated to the higher temperature in a separate oven The entire heating process can also be carried out in the Nitner oven, the temperature being increased immediately to the final sintering temperature. The heating rate but must be regulated in such a way that the

rr 23 66 366 j
13 14 1 23 66 366 j
13 14 1 halten, in dem der Wert für ζ größer als derjenige ist, |
wie er sich aus den Anteilen der Ausgangsbestandteile - jjj
ergibt, doch ist das Verfahren nicht vorteilhaft. Auch jg
wenn ein völlig einphasiges keramisches Produkt ]|
ι benötigt wird, sollte der Nitrierungsstufe bei allen i
Mischungen eine Temperaturerhöhung auf oberhalb I
1700⁰C, vorzugsweise auf oberhalb 1900° C und am |
besten auf etwa 2000° C folgen. |hold, in which the value for ζ is greater than that |
how it is derived from the proportions of the starting components - yyy
results, but the method is not advantageous. Also jg
if a completely single-phase ceramic product] |
ι is required, the nitration level should be used in all i
Mixtures a temperature increase above I.
1700 ⁰ C, preferably above 1900 ° C and on |
best to follow to around 2000 ° C. | ■■ aa
ι,-ι, - gebildete Siliciumnitrid nicht vor der Reaktion mit dem
Aluminiumoxid zerfällt. Diese Reaktion hängt von
vielen Einflußgrößen ab, wie der Endtemperatur, der
Korngröße, den geometrischen Verhältnissen, der
Dichte der Schüttung, der Ofenausbildung ;md dem
Stickstoff potential.
Zwar ist es anscheinend möglich, durch Zerfallsreak
tionen ein Siliciun:aluminiumoxynitrid-Produkt zu er-formed silicon nitride not before reacting with the
Aluminum oxide breaks down. This reaction depends on
many influencing factors, such as the final temperature, the
Grain size, the geometric relationships, the
Density of the bed, the furnace design; md dem
Nitrogen potential.
True, it is apparently possible through disintegration
a silicon: aluminum oxynitride product to Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 11 sheet of drawings 1 ii ■j■ j ί
I. ί
I. ti·ti *. I*. I. is.is. II.

Claims

Claim:

Ceramic material, the single-phase silicon aluminum oxynitride with an expanded /? - silicon nitride lattice in which the silicon partially replaced by aluminum and the nitrogen partially replaced by oxygen, dadurrh marked that the proportion of this single-phase connection in the material is at least 90% amounts to