DE2406601B2

DE2406601B2 - Verfahren zur herstellung von mit metall impraegnierten keramischen werkstuecken aus nitriden

Info

Publication number: DE2406601B2
Application number: DE19742406601
Authority: DE
Inventors: Katsumi; Noda Fumiyoshi; Toyota; Uchida Kunihiko Okazaki; Tsuzuki Joshihiro Toyota; Aichi Kondo (Japan)
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1973-02-13
Filing date: 1974-02-12
Publication date: 1976-08-12
Also published as: DE2406601A1; JPS49107308A; US3969553A

Description

6. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekenn- hergestellten, mit Metall imprägnierten Nitrid-Werkzeichnet, daß Werkstücke aus Titannitrid, Bor- Stückes.

nitrid, Siliciumnitrid, Vanadiumnitrid, Silicium- 35 Das erfindungsgemäße Verfahren kann in der fol-

oxynitrid, Niobnitrid, Tantalnitrid, Berylliumnitrid genden Weise durchgeführt werden:

oder Zirkoniumnitrid verwendet werden. Ein poröser Körper aus einem keramischen Nitrid-

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- material wird ,n eine Lösung einer chemischen Verzeichnet, daß als geschmolzenes Metall Eisen, bindung, die einen OH-Rest aufweist, eingetaucht Aluminium, Silber, Magnesium, Kupfer, Zink 40 und in der Lösung stehengelassen oder darin gekocht. oder deren Legierungen verwendet werden. bis die Lösung die Poren des Körpers ausgefüllt hat.

Dann wird der poröse Körper getrocknet und mit einem geschmolzenen Metall imprägniert.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfin-

45 dung wird ein Pulver aus einem keramischen Nitridmaterial in eine Lösung einer chemischen Verbindung mit einem OH-Rest eingetaucht und in der Lösung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung stehengelassen oder gekocht, bis die Lösung in das von mit Metall imprägnierten keramischen Werk- Pulver eingedrungen ist. Das erhaltene schlammige Stücken aus Nitriden mit hoher Bruchfestigkeit, bei 5° Material wird getrocknet und auf eine geeignete Teildem die Imprägnierung mittels geschmolzenem Metall chengröße zerkleinert oder gesiebt. Das erhaltene und unter Druck erfolgt. keramische Nitridpulver wird dann zu einem porösen

Bei dem üblichen Verfahren zur Imprägnierung Körper mit der gewünschten Form verformt, der antines keramischen Körpers mit Metall wird wegen schließend mit einem geschmolzenen Metall impräder schlechten Benetzbarkeit von keramischem Mate- 55 gniert wird.

fial durch Metall ein hoher h.iprägnierungsdruck Vorzugsweise nimmt man als Nitridwerkstücke

ingewendet. Selbst bei der Imprägnierung eines kera- oder -pulver Titarnitrid, Bornitrid, Siliciumnitrid, mischen Materials mit Metall in dieser Weise besitzt Vanadiumnitrid, Siliciumoxynitrid, Niobnitrid, Tander so erhaltene mit Metall imprägnierte Körper talnitrid, Berylliumnitrid oder Zirkoniumnitrid,
jedoch eine geringe Festigkeit, und es treten im all- 60 Als zum Imprägnieren eingesetzte geschmolzene gemeinen starke Variationen in seiner Festigkeit auf. Metalle kommen vorzugsweise Eisen, Aluminium, Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Silber, Magnesium, Kupfer, Zink oder deren Legie-Verfahren zur Herstellung von mit Metall imprägnier- rungen in Frage.

ten keramischen Werkstücken aus Nitriden mit hoher Wird ein Pulver aus einem keramischen Nitrid-

Bruchfestigkeit zu schaffen, bei dessen Durchführung 65 material verwendet, so gehen dessen Teilchen vorzugsdie Benetzbarkeit des zu imprägnierenden porösen weise durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite Körpers mit dem Metall verbessert wird, so daß die von 0,05 mm hindurch.
Imprägnierung mit dem Metall erleichtert wird. Als chemische Verbindungen mit einem OH-Rest

werden vorzugsweise Wasser, Methanol, Äthanol, Tabelle I

Essigsäure, Ammoniumhydroxyd oder Butanol ver-

wendet. ^Lösuns

Ofiensichtlich durch eine teilweise Zersetzung des keramischen Nitridmaterials bei der Behandlung mit einer Lösung einer chemischen Verbindung, die einen OH-Rest aufweist, wird seine Oberfläche aktiviert und damit die Benetzbarkeit durch geschmolzenes Metall verbessert und die Imprägnierung erleichtert.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Bruchfestigkeit kg/mm²

Methanol	Bei	45,2
Äthanol	46,1
Essigsäure	43,3
Ammoniumhydroxyd	46,5
Bu'.anol	45,6
spiel 3

Beispiel 1

Metallisches Silicium mit einer solchen Giöße, daß die Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,05 mm hindurchgehen, wird unter einem Druck "on 1000 kg/cm² geschmolzen und in einer Stickstoffatmosphäre gesintert. Das auf die^e Weise erhaltene gesinterte Siliciumnitrid (Porosität 25%) wird in Wasser eingetaucht und 30 Minuten gekocht. Der erhaltene Sinterkörper wird 2 Stunden in einem Trockenofen bei 100~C getrocknet und anschließend mit einer Aluminiumlegierung (JIS-AC 8A) mit einem Gehalt von 0,8 bis 3% Kupfer, 11,0 bis 13,0% SiIicium, 0,7 bis 1,3°,, Magnesium, weniger als 0,1% Zink, weniger als 0,89 % Eisen, weniger als 0,1 % Mangan, 1,0 bis 2,5% Nickel, weniger als 0,2% Ti, wobei sich der Rest aus Aluminium zusammensetzt, bei 750^; C in einem Autoklav bei 25 Atmosphären im· prägniert.

Die Bruchfestigkeit des auf diese Weise erhaltenen metallimprägnierten Körpers beträgt 39 kg/mm². Dieser Wert wird als Größe der Last ermittelt, unter welcher ein Prüfkörper mit einer Größe von 10 χ 35 χ 6 mm, eingespannt mit einer Spannweite von 30 mm und belastet: in der Mitte mit einer Geschwindigkeit von 0,2 mm/min zerbricht.

Die photographische Darstellung zeigt in 400facher Vergrößerung die Struktur des hergestellten, mit Metall imprägnierten keramischen Nitridmaterials.

Vergleichsbeispiel 1

Nach der im Beispiel 1 beschriebenen Weise erhaltenes gesintertes Siliciumnitrid (Porosität 25%) wird, ohne zuerst in Wasser eingetaucht zu werden, in einem Autoklav in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 behandelt. Das Siliciumnitrid läßt sich nicht unter einem Druck von 25 Atmosphären imprägnieren, vielmehr sind 45 Atmosphären erforderlich. Die Bruchfestigkeit des Produkts beträgt 34 kg/mm².

Beispiel 2

200 g Siliciumnitridpulver, dessen Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,075 mm hindurchgehen, und 100 g Wasser werden vermählen und ir. einer Kugelmühle behandelt. Nach 5 Stunden wird der Inhalt der Mühle herausgenommen, 3 Stunden bei 150°C getrocknet und durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,15 mm gesiebt. Das erhaltene Pulver wird in einer Metallform unter einem Druck von 100 kg/cm² ausgeformt (Dichte des Produktes 1,8 g/cm³).

Das geformte Produkt wird unter einem Druck von 200 kg/cm² zu 5 Teilen mit einer Dichte von 2,0 gern³ verpreßt. Die Teile werden mit einer Aluminiumlegierung (JIS-AC 7B) mit einem Gehalt an Kupfer von weniger als 0,1%, weniger als 0,3% Silicium, 9,5 bis 11,0% Magnesium, weniger als 0,1% Zink, weniger als 0,4% Eisen, weniger als 0,2% Titan, weniger als 0,1 % Mangan, wobei sich der Rest aus Aluminium zusammensetzt, bei 750C in einem Autoklav bei einem Druck von 30 Atmosphären imprägniert. Die Bruchfestigkeiten der erhaltenen Teile betragen 39,6, 40,3, 42,2, 39,8 bzw. 43,6 kg/mm².

Vergleichsbeispiel 2

Mit Metall imprägnierte Teile werden in der gleichen Weise wie im Beispiel 3 hergestellt, mit der Ausnahme, daß 90%iges η-Hexan an Stelle von Wasser verwendet wird. Die Bruchfestigkeitswerte betragen 21,6, 29,3, 25,8, 33,6 bzw. 34,5 kg/mm². Diese Werte sind niedriger als die vom Beispiel 3 und zeigen eine breitere Streuung.

Beispiel 4

Gesinterte Teile aus Be₃N₂, BN, AlN, ZrN, TaN, NbN und VN werden in eine wäßrige, 50%ige Lösung von Methanol, Äthanol, Essigsäure, Ammoniumhydroxyd oder Butanol eingetaucht und unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 2 behänd :1t.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle II angegeben.

Tabelle II

55

Nach der im Beispiel 1 beschriebenen Methode erhaltene Proben aus gesintertem Siliciumnitrid (Porosität 25%) werden in eine 50%ige Lösung von Methanol, Äthanol, Essigsäure, Ammoniumhydroxyd oder Butanol eingetaucht und 30 Minuten gekocht, 3 Stunden bei 100"C getrocknet und dann nach der im Beispiel 1 beschriebenen Weise in einem Autoklav behandelt. Die Bruchfestigkeit eines jeden der mit Metall imprägnierteil Körper ist in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Lösung	Bruchfestigkeit (kg/mm²)	BN	Λ1Ν	ZrN	TaN	NbN	VN
	Be₃N,	25	37	43	29	33	31
Methanol	32	26	34	39	37	36	35
Äthanol	29	27	32	38	27	28	34
Essigsäure	34	24	33	41	36	38	40
Ammonium	38
hydroxyd		29	35	33	31	33	29
Butanol	28	13	20	25	24	18	17
Vergleich	19

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der Patentansprüche- eingangs geschilderten Gattung dadurch gelöst, daß die Werkstücke vor der Imprägnierung mit einer

1. Verfahren zur Herstellung von mit Metall Lösung behandelt werden, die eine chemische Verbinimprägnierten keramischen Werkstücken aus Nitri- 5 dung enthält, welche einen OH-Rest aufweist-

den mit hoher Bruchfestigkeit, bei dem die Im- !n der US-PS 27 33 161 wird ein Verfahren zur

prägnierung mittels geschmolzenem Metall und Herstellung eines mit Metall imprägnierten keram,-

unter Druck erfolgt, dadurch gekenn- sehen Körpers beschrieben, be. dessen Durchfuhrung

zeichnet, daß die Werkstücke vor der Im- ein poröser Körper vor seiner üurchtrankung mit

prägnierung mit einer Lösung behandelt werden, io dem geschmolzenen Metall mit einer Losung eines

die eine chemische Verbindung enthält, welche Metallsalzes imprägniert wird, worauf das Metallsalz

einen OH-Rcst aufweist in ein Oxyd überführt wird. Das erzeugte Metall-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- oxyd verbessert die Benetzbarkeit des porösen Körpers zeichnet, daß ein poröser keramischer Körper durch das Metall. Dabei ist es jedoch erforderlich, aus Nitridmaterial in die Lösung eingetaucht, 15 das Metallsalz vor der Imprägnierung zuerst in ein getrocknet und dann mit einem geschmolzenen Oxyd zu überführen, beispielsweise durch Erhitzen, Metall imprägniert wird. wobei ferner der Nachteil m Kauf zu nehmen ist,

3. Verfahien nach Anspruch 1, dadurch gekenn- daß in der. Keramikkörper oft unerwünschte Metalle zeichnet, daß ein keramisches Nitridpulver in die in Form von Oxyden eingebracht werden. Diese Lösung eingetaucht, getrocknet und zu einem 20 Nachteile werden bei der Durchführung des erfinporösen Körper verformt wird, worauf der dungsgemäßen Verfahrens vermieden.

poröse Körper mit geschmolzenem Metall im- Durch die erfindungsgemäße Behandlung der Werk-

prägniert wird. stücke vor der imprägnierung mit einer Lösung, die

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch geker.n- eine chemische Verbindung enthält, welche einen zeichnet, daß ein keramisches Pulver verwendet 25 OH-Rest aufweist, wird die Benetzbarkeit der Nitridwird, dessen Teilchen durch ein Sieb mit einer werkstücke durch Metalle erhöht, so daß die lichten Maschenweite von 0.05 mm hindurchgehen. Imprägnierung i;iit Metall erleichtert wird. Dies bc-

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- dingt, daß kein hoher Druck zur Metallimprägnierung zeichnet, daß als chemische Verbindung mit einem erforderlich ist. Die erhaltenen metallimprägnierten OH-Rest Wasser, Methanol, Äthanol, Essigsäure, 3° Werkstücke sind sehr fest.

Ammoniumhydroxyd oder Butanol verwendet Die photographische Darstellung zeigt die Mikro-

wird. struktur eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren