DE2454147A1 - METHOD OF MANUFACTURING A SILICON NITRIDE ARTICLE - Google Patents
METHOD OF MANUFACTURING A SILICON NITRIDE ARTICLEInfo
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Description
Gemäß der Erfindung v/ird ein Verfahren zur Herstellung eines Sturzgußgegenstandes (slip cas£ article) aus Si- · liciutnnitrid angegeben, worin der fertige Gegenstand eine ausgewählte Enddichte im Bereich von etwa 2,1 g/cm "bis etwa 3,18 g/cm aufweisen kann. ,Die Steuerung der . Enddichte wird durch Regelung von drei Parametern erreicht. Der erste Parameter besteht darin, daß das zur Bildung des Gegenstandes verwendete Siliciummetall eine Teilchengrößenverteilung aufweist,' die in einen spe-· ziellen Bereich fällt. Der zweite Parameter besteht in der Regelung des pH-Wertes des im Sturzgußverfahren ver-According to the invention there is a method of manufacture a slip cas £ article made of Si-· liciutn nitride wherein the finished article has a selected final density in the range of about 2.1 g / cm "up to about 3.18 g / cm., The control of the. Final density is achieved by regulating three parameters. The first parameter is that the Silicon metal used to form the article Has particle size distribution, 'which in a spe- area falls. The second parameter consists in regulating the pH value of the
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wendeten Schlickers bzw. der Gußmasse (slip). Der dritte Parameter ist -die Menge des Siliciummetalls, das in dem im Sturzgußverfahren verwendeten Schlicker suspendiert •ist. Ein Schlicker mit dem gewählten Teilchengrößenbereich, •pH-Wert und der gewünschten Menge an suspendiertem Material,' wird dem Sturzguß unterworfen, um die Form des fertigen Gegenstandes zu bilden. Der Gegenstand wird dann unter Erzeugung' des fertigen Gegenstandes aus praktisch reinem Siliciumnitrid mit der gewählten Enddichte nitridiert.applied slip or the casting compound (slip). The third parameter is the amount of silicon metal contained in • Is suspended in the slip used in the tumble casting process. A slip with the selected particle size range, • pH value and the desired amount of suspended material, ' is tumble cast to shape the finished item to build. The article is then made from virtually pure silicon nitride to produce the finished article nitrided with the selected final density.
In der britischen Patentschrift 779 474 wird ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumnitridgegenständen durch Sturzguß beschrieben. In dieser Patentschrift wird angegeben, daß das für einen Sturzguß verwendete Siliciummetall auf Teilchengrößen von weniger als 5/u, bevorzugt im Größenbereich bis zu nur 3/u, gemahlen wird. Diese Patentschrift gibt ferner ein Verfahren zur Bildung eines Guß'schlickers aus den Siliciumteilchen durch Vermischen der Siliciummetallteilchen, eines Trägers und eines Entflockungsmittels an. Die Patentschrift beschreibt auch, daß der pH-Wert des Schlickers auf einen Bereich zwischen 7,5 und 10,0 eingestellt wird. Die Beispiele dieser Patentschrift geben an, daß die gewichtsmäßige Dichte des Siliciummetalls in dem Gußschlicker bzw. Gußmaterial etwa 54 bis etwa 56 Gew.-# beträgt. Obgleich in der britischen Patentschrift nicht explizit angegeben, zeigen Berechnungen, daß die Dichte der unter Verwendung des in den Beispielen der Patentschrift beschriebenen Verfahren hergestellten fertigen Gegenstände eine Enddichte für einen fertigen Siliciumnitridgegenstand im Bereich von etwa 2,2 bis etwa 2,45 g/cm ergibt.British Patent 779,474 discloses a method of making silicon nitride articles by drop casting described. In this patent it is stated that the silicon metal used for a lintel casting Particle sizes of less than 5 / u, preferably in the size range up to only 3 / u, is milled. This patent specification there is also a method for forming a casting slip from the silicon particles by mixing the silicon metal particles, a carrier and a deflocculant at. The patent also describes that the pH of the slip is adjusted to a range between 7.5 and 10.0 will. The examples of this patent indicate that the density by weight of the silicon metal in the Casting slip or casting material is about 54 to about 56 wt .- #. Although not in the British patent explicitly stated, calculations show that the density using the in the examples of the patent finished articles produced a final density for a finished silicon nitride article in the range of about 2.2 to about 2.45 g / cm.
Die in dieser Anmeldung beschriebenen und beanspruchten Verfahren gehen über die Lehren der britischen Patent-Those described and claimed in this application Procedures go beyond the teachings of the UK patent
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schrift hinaus, indem die vorliegende Verfahrenstechnik die Herstellung eines Siliciuranitridgegenstandes mit ei-writing addition, in that the present process technology enables the production of a silicon nitride article with a
•2• 2
ner gewählten Enddichte im Bereich von etwa 2,1 g/cm bis zu einer maximalen theoretischen Dichte von 3,18 g/cm ermöglicht. Die Fähigkeit,einen Siliciumnitridgegenstand einer speziellen Enddichte zu erreichen, ergibt sich durch Regelung von drei Parametern bei der Herstellung des Siliciumnitridgegenstandes. .A chosen final density in the range of about 2.1 g / cm up to a maximum theoretical density of 3.18 g / cm. The ability to produce a silicon nitride article Achieving a specific final density is achieved by controlling three parameters in the manufacture of the silicon nitride article. .
Der erste und wichtigste Parameter besteht in der TeilchengröBenverteilung des zur Herstellung des Gußschlickers verwendeten Siliciummetalls. Es wurde gefunden, daß, wenn die Teilchengrnßenverteilung .bei einer Teilchengröße von weniger als 50/u beginnt und eine gewünschte-Teilchengrößenverteilungskurve aufweist, eine ,größere Menge des Materials in jedem Gußschlicker suspendiert werden kann. Eine spezielle Verteilungskurve innerhalb des zulässigen Verteilungskurvenbereichs erzeugt größere oder geringere Packungsdichten während der Stürzgußverfahren und erzeugt somit größere oder geringere Dichten im Endprodukt. Somit besteht der erste Steuerparameter der Erfindung'in der Auswahl einer speziellen Größenverteilung des Siliciummetalls, um eine gewünschte Enddichte zu erreichen.The first and most important parameter is the particle size distribution of the silicon metal used to produce the casting slip. It has been found that when the Particle size distribution with a particle size of less starts as 50 / u and has a desired particle size distribution curve has, a larger amount of the material can be suspended in each casting slip. A special one Distribution curve within the permissible distribution curve range produces greater or lesser packing densities during the tumble casting process and thus creates greater or lesser densities in the end product. So there is the first Control parameters of the invention in the selection of a particular size distribution of the silicon metal to achieve a desired To achieve final density.
Der zweite Steuerparameter der Erfindung ist die Menge der zur· Herstellung eines Gießschlickers in dem Träger suspendierten Siliciummetallteilchen. Unter Verwendung von Materialien, deren Teilchengröße nur innerhalb des gewünschten hier angegebenen Bereichs fällt, kann der Siliciummetallschlicker ein Minimum von etwa 70 Gew,-$ bis zu einem Maximum im Bereich von etwa 80 Gew.-^ an Siliciummetallteilchen in dem Schlicker enthalten. Je höher der Gewichtsprozentgehalt an Siliciummetall in dem Gießschlicker ist, um-The second control parameter of the invention is the amount of for the production of a casting slip suspended in the carrier Silicon metal particles. Using materials whose particle size is only within the desired falls within the range specified here, the silicon metal slip can have a minimum of about 70% by weight up to a maximum in the range of about 80% by weight of silicon metal particles contained in the slip. The higher the percentage by weight of silicon metal in the casting slip, the
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so höher ist die Enddichte des erzeugten Gegenstandes. Der zweite Steuerparameter ist somit die Menge des in dem Gießschlicker suspendierten Materials.the higher the final density of the article produced. The second control parameter is thus the amount of the in the casting slip suspended material.
Der dritte Steuerparameter der Erfindung besteht in der Einstellung des pH-Wertes des Gießschlickers. Die Viskosität des Gießschlickers variiert mit seinem pH-Wert. Durch Regelung des pH-Wertes des Gießschlickers kann der Gießschlikker auf eine Mindestviskosität oder eine höhere Viskosität als die Mindestviskosität eingestellt werden. Wenn die Viskosität des Schlickers von der Minimum- oder Mindestviskosität weg korrigiert wird, wird die Dichte des aus dem Gießschlicker-erzeugten fertigen Gegenstandes verringert. Der aus einem speziellen Schlicker erzeugte Gegenstand mit maximaler Dichte wird erzeugt, wenn der Schlicker eine Minimalviskosität aufweist. Der dritte Parameter besteht somit in der Regelung des .pH-Wertes des Gießschlickers.The third control parameter of the invention is adjustment the pH of the casting slip. The viscosity of the casting slip varies with its pH. By regulation The pH value of the casting slip can reduce the casting slip to a minimum viscosity or a higher viscosity can be set as the minimum viscosity. When the viscosity of the slip is of the minimum or minimum viscosity is corrected away, the density of that generated from the casting slip finished item reduced. The object produced from a special slip with maximum Density is created when the slip has a minimum viscosity. The third parameter thus exists in the regulation of the pH value of the casting slip.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumnitridgegenstandes und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumnitridgegenstandes, worin der erzeugte Gegenstand eine gewählte Enddichte im Bereich von etwa 2,1 g/cm bis zu einer maximalen theoretischen Dichte von etwa 3,18 g/cm aufweisen kann.The invention relates to a method for producing a Silicon nitride article, and in particular a method for making a silicon nitride article, wherein the article produced a selected final density in the range of about 2.1 g / cm up to a maximum theoretical density of about 3.18 g / cm.
Das Verfahren wird eingeleitet, indem praktisch reines Siliciummetall in einer fein zerteilten Form erhalten wird. Die Teilchengrößenverteilung des Siliciummetalls wird gemessen, um zu ermitteln, wenn die Verteilung innerhalb des durch die Kurve in der graphischen Darstellung der Figur 1 begrenzten Bereichs fällt. Wenn die Teilchengrößenverteilung nicht innerhalb des begrenzten Bereichs passt, wird die Teilchengrößenverteilung des Siliciummetalls korrigiert,The process is initiated by using practically pure silicon metal is obtained in a finely divided form. The particle size distribution of the silicon metal is measured to determine if the distribution is within the range indicated by the curve in the graph of FIG limited area falls. If the particle size distribution does not fit within the limited range, will corrects the particle size distribution of the silicon metal,
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so daß sie in den durch die Kurve in der graphischen Darstellung der Figur 1 begrenzten Bereich fällt.so that it falls within the range bounded by the curve in the graph of FIG.
Zur Herstellung eines Gießschlickers werden 70 bis 80 Gew.-# der Siliciummetallteilchen mit der richtigen Teilchengrößen-' verteilung in 30 bis 20 Gew.-# eines Trägers suspendiert, indem eine kleine Menge eines Mittels zur chemischen Suspendierung der Teilchen in dem Träger verwendet wird. Je größer die Menge der in dem Träger suspendierten Siliciummetallteilchen ist, umso größer ist die für den Gegenstand aus dem speziellen Schlicker erreichte Enddichte.To produce a casting slip, 70 to 80 wt .- # of the silicon metal particles in the correct particle size distribution are suspended in 30 to 20 wt. # of a carrier by adding a small amount of a chemical suspending agent of the particle is used in the carrier. The larger the amount of silicon metal particles suspended in the carrier is, the greater the final density achieved for the object from the special slip.
Der pH-Wert des Schlickers kann auch eingestellt werden, um die Dichte des aus dem speziellen Schlicker erhaltenen fertigen Gegenstandes zu regeln. Die Viskosität des Gießschlikkers ist eine Funktion des pH-Wert des Schlickers. Der pH-Wert eines Schlickers zur Erreichung einer minimalen Schlikkerviskosität ist eine Funktion der Teilchengrößenverteilung des in dem Schlicker suspendierten Sillciums, des verwendeten Trägers und des zur Suspendierung des Siliciums verwendeten Mittels. Gegenstände mit einer maximalen Enddichte, werden aus einem Schlicker mit einer minimalen Viskosität hergestellt. Falls es jedoch erwünscht ist» einen Gegenstand von geringerer als der vollen Dichte herzustellen, kann man die Viskosität des Gießschlickers auf einen größeren Wert als die Minimalviskosität erhöhen, und der erhaltene Gegenstand ist weniger dicht. .The pH of the slip can also be adjusted to match the density of the finished product obtained from the particular slip To regulate the subject. The viscosity of the pouring slip is a function of the pH of the slip. The pH value of a slip to achieve a minimum slip viscosity is a function of the particle size distribution of the silicon suspended in the slip, the one used Carrier and the agent used to suspend the silicon. Objects with a maximum final density, will made from a slip with a minimal viscosity. However, if so desired »an item from lower than the full density, you can adjust the viscosity of the casting slip to a value greater than that Increase the minimum viscosity and the resulting article will be less dense. .
Nachdem der pH-Wert des die suspendierten Teilchen enthaltenden Trägers auf den gewünschten Wert eingestellt worden ist, wird, der Schlicker unter Bildung eines Gegenstandes aus praktisch reinen Siliciummetallteilchen dem .Sturzguß unterzogen. Der so geformte Gegenstand wird zur Umwandlung der 'praktisch reinen Siliciummetallteilchen in Siliciumnitrid nitridiertAfter the pH of the containing the suspended particles Carrier has been adjusted to the desired value, the slip becomes practical to form an article pure silicon metal particles subjected to tumble casting. The object thus formed becomes practical for transforming the ' pure silicon metal particles nitrided in silicon nitride
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und dadurch ein Siliciumnitridgegenstand mit der gewählten Enddichte erzeugt. ' .and thereby producing a silicon nitride article of the selected final density. '.
Figur-1 ist eine halblogarithmische graphische Darstellung des kumulativen Prozentgehalts der feineren Massen gegen den ' äquivalenten Kugeldurchmesser in /u.*Die graphische Darstellung gibt einen umschlossenen Bereich wieder, der zwischen zwei Kurven begrenzt ist, innerhalb deren eine spezielle Teilchengrößenverteilung -,von Siliciummetall fallen muß, μιη einen Siliciumnitridgegenstand aus dem Siliciummetall gemäß den Lehren der Erfindung herzustellen.Figure-1 is a semi-log graph the cumulative percentage of the finer masses against the ' equivalent ball diameter in /u.* The graphic representation represents an enclosed area, which is delimited between two curves, within which a special particle size distribution -, must fall from silicon metal, μιη one Making silicon nitride articles from the silicon metal in accordance with the teachings of the invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben. .: The invention is described below on the basis of preferred embodiments. .:
Im allgemeinen befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines Siliciumnitridgegenstandes unter Verwendung von Sturzgußtechniken mit einem chemisch suspendierten Schlicker. Das Sturzgußverfahren besteht darin, daß eine stabile Pulversuspension, der sog. Schlicker, in eine absorbierende Form gegossen wird, welche das Negativ des zu formenden Gegenstandes darstellt. Die Form absorbiert durch Kapillarwirkung die flüssige. Fraktion des Schlickers und hinterläßt einen kohärenten Gießling, der ausreichende Festigkeit zur Handhabung aufweist. Der Gießling wird zur Erzielung der Endeigenschaf,ten der Komponente getrocknet und gesintert. Es gibt zwei grundlegende Arten von Sturzgußtechniken: das Gießen von festen Teilchen und das Ablaufgießen von Hohlteilen. Feste Gießlinge werden dadurch hergestellt, daß die absorbierte flüssige Fraktion kontinuierlich durch zusätzlichen Schlicker ersetzt wird, bis ein fester Gegenstand gebildet ist. Hohlgießlinge werden in ähnlicher Weise hergestellt; jedoch wird überschüssiger Schlicker aus de-r Form gegossen, nachdem der Gegenstand die gewünschte Wandstärke erreicht hat.In general, the invention is concerned with a method of making a silicon nitride article using of tumble casting techniques with a chemically suspended Slip. The tumble casting process consists in pouring a stable powder suspension, the so-called slip, into an absorbent Mold is poured, which is the negative of the object to be molded. The shape absorbs by capillary action the liquid. Fraction of the slip and leaves a coherent casting that has sufficient strength for handling having. The casting is dried and sintered to achieve the final properties of the component. There is two basic types of tumble casting techniques: solid particle casting and drainage casting of hollow parts. Festivals Castings are made in that the absorbed liquid Fraction is continuously replaced by additional slip until a solid object is formed. Hollow castings are made in a similar manner; however, excess slip is poured out of the mold after the article has reached the desired wall thickness.
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■ . ' 2A54H7■. ' 2A54H7
Ein chemischer Suspensionsschlicker ist ein Schlicker, dessen Fließeigenschäften weitgehend durch eine Wechselwirkung in ionischer Atmosphäre zwischen dem Träger des Schlickers und dem suspendierten Material gesteuert werden. Zur Erzeugung einer chemischen Suspension sollten die zu suspendierenden Teilchen innerhalb eines Größenbereichs fallen, in dem die Oberflächenkräfte, wie beispielsweise' London-van der Waals'sche Kräfte., anstelle von Schwerkraft ihr Verhalten in einer Suspension.bestimmen. Für die meisten Metalle kann eine chemische Suspension erhalten werden, wenn die Masse der Teilchen in den Größenbereich von 1 bis 10/u fällt. Außer der Größe' muß die Oberfläche der Teilchen so sein, daß elektrische Doppelschichten ausgebildet werden können. Oxidschichten, die sich auf den meisten Metallen bilden, liefern die Mittel zur Ausbildung der elektrischen Doppelschichten. ,A chemical suspension slip is a slip whose flow properties are largely due to an interaction be controlled in an ionic atmosphere between the carrier of the slip and the suspended material. To the generation of a chemical suspension, the particles to be suspended should fall within a size range in which the surface forces, such as' London-van the Waals forces., instead of gravity, determine their behavior in a suspension. For most metals a chemical suspension can be obtained when the mass of the particles is in the size range 1 to 10 / u falls. In addition to the size, the surface of the particles must be such that electrical double layers are formed can. Oxide layers that can be found on most metals form, provide the means for forming the electrical double layers. ,
Es wird nun auf Figur 1 Bezug genommen, die eine halblogarithmische graphische Darstellung zeigt, worin eine Fläche zwischen einem Kurvenpaar eingeschlossen ist. Die umschlossene Fläche in der graphischen Darstellung legt eine große Anzahl von speziellen Teilchengrößenverteilungen fest, die jeweils durch eine einzige kontinuierliche Kurve durch die Fläche bestimmt ist. Es wurde gefunden, daß, wenn die Teilchengrößenverteilung der zur Bildung eines Schlickers für die Sturzgußtechnik verwendeten Teilchengröße der Siliciummetallteilchen innerhalb des in Figur 1 begrenzten Bereichs fällt, ein fertiger Gegenstand von hoher Dichte erreicht werden kann. Material mit einer Verteilungskurve dicht an der rechten oder oberen Begrenzung der Fläche ergibt Schlikker, aus denen Gegenstände mit der höchst erreichbaren Enddichte hergestellt werden können. Material mit einer Verteilung, welche sich der unteren oder linken Grenze der Figur T nähert, besitzen die niedrigsten Enddichten. Somit ist dieReference is now made to Figure 1 which is a semi-log graph shows where an area is enclosed between a pair of curves. The enclosed Area in the graph defines a large number of specific particle size distributions that is determined in each case by a single continuous curve through the area. It has been found that when the particle size distribution the particle size used to form a slip for the tumble casting technique If silicon metal particles fall within the bounded area in Figure 1, a finished article of high density is achieved can be. Material with a distribution curve close to the right or upper boundary of the area results in silt, from which objects with the highest possible final density can be produced. Material with a distribution, those approaching the lower or left limit of figure T have the lowest end densities. So the
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"ρ8~ ·!> >: τ 2454Η7" ρ8 ~ ·!>> : τ 2454Η7
erste Regelung die Regelung, die unter Verwendung einer Teilchengrößenverteilung der Siliciummetallteilchen erreicht wird, welche innerhalb verschiedener Bereiche des in den Kurven der Figur 1 definierten vollen Bereichs fallen.first scheme the scheme that uses a particle size distribution of silicon metal particles is reached, which are within different ranges of the in the curves of Figure 1 defined full range fall.
Das Verfahren der Erfindung kann dadurch eingeleitet werden, daß praktisch reines Siliciummetallpulver in einer fein zerteilten Form erhalten wird. Das Material wird analysiert, um die Teilchengrößenverteilungskurve dafür gemäß den für die Koordinaten in der graphischen Darstellung der Figur 1 definierten Parametern zu entwickeln, d.h. der komuletive Prozentgehalt der Massenfeinteile wird gegen den äquivalenten Kugeldurchmesser in Ai aufgetragen. Diese graphische Darstellung kann durch Sedimentationstechniken, Coulter-Techniken oder andere Techniken, welche eine getreue Analyse der Teilchengrößenverteilung ergeben, durchgeführt werden.The process of the invention can be initiated by obtaining practically pure silicon metal powder in a finely divided form. The material is analyzed in order to develop the particle size distribution curve for it in accordance with the parameters defined for the coordinates in the graph of FIG. 1, ie the cumulative percentage of the mass fines is plotted against the equivalent sphere diameter in Ai. This graphing can be performed by sedimentation techniques, Coulter techniques, or other techniques which give a faithful analysis of the particle size distribution.
Nach Messung der Teilchengrößenverteilungskurve wird die Teilchengrößenverteilung falls notwendig korrigiert, so daß sie in den durch die Kurve in der graphischen Darstellung der Figur 1 begrenzten Bereich fällt. Die Korrektur erfolgt nur dann, wenn das Material nicht ursprünglich innerhalb dieses Bereichs fällt. Die Korrektur kann erfolgen, indem bestimmte Schnitte des Materials aus der Probe entfernt werden, durch erneutes Mahlen des Materials, um es auf einen feineren Zustand zu zerkleinern oder durch Einmischen spezieller Materialschnitte. After measuring the particle size distribution curve, the particle size distribution is corrected if necessary so that it falls within the range delimited by the curve in the graph of FIG. The correction is made only if the material does not originally fall within this range. Correction can be done by certain Sections of the material can be removed from the sample by regrinding the material to reduce it to a finer state or by mixing in special sections of material.
70 bis 80 Gew.-# der Siliciummetallteilchen mit der gewählten Größenverteilung werden^ mit 30 bis 20 Gew.-^ eines geeigneten Trägers und einer kleinen Menge eines Mittels zur chemischen Suspendierung der Teilchen in dem Träger vermischt. Dieses Gemisch erzeugt einen Gießsohlicker. Der Träger kann Wasser oder70 to 80 wt. # Of the silicon metal particles having the selected one Size distribution will be ^ with 30 to 20 wt .- ^ of a suitable Carrier and a small amount of an agent to chemically suspend the particles in the carrier. This mixture creates a gießsohlicke. The carrier can be water or
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·' ; 2454H7· '; 2454H7
irgendein anderer geeigneter Träger sein, der die darin susr pendierten Teilchen praktisch nicht beeinflußt. Ein geeignetes chemisches Suspendiermittel ist Monoäthanolamin.be any other suitable vehicle that supports the susr suspended particles practically not influenced. A suitable chemical suspending agent is monoethanolamine.
Der Gießschlicker besitzt eine Viskosität, die eine Funktion' seines pH-Wertes darstellt. Es wurde gefunden, daß eine Mindestviskosität in jedem Gießschlicker erreichbar ist. Für eine spezielle Größenverteilung wird die in einem daraus hergestellten Siliciumnitridgegenstand erreichbare maximale Endfestigkeit aus dem Schlicker mit dem Minimum der Viskosität erzeugt. Daher kann man den pH-Wert des Schlickers regeln, um die gewünschte Enddichte zu erhalten. Falls weniger als die größte Enddichte für einen speziellen Gießschlicker erwünscht ist, wird der pH-Wert des Gießschlickers so eingestellt, daß seine Viskosität zunimmt und dadurch die endgültig erreichbare Dichte in dem Gegenstand^ abnimmt.The casting slip has a viscosity that has a function ' its pH. It has been found that a minimum viscosity can be achieved in every casting slip. For a special size distribution becomes the maximum final strength achievable in a silicon nitride article produced therefrom generated from the slip with the minimum viscosity. Therefore you can regulate the pH of the slip, to get the desired final density. If less than the highest final density is desired for a particular casting slip is, the pH of the casting slip is adjusted so that its viscosity increases and thereby the final achievable density in the object ^ decreases.
Als eine andere Regelung wird die erreichbare maximale Festigkeit des endgültigen Gegenstandes für einen Gegenstand aus einem Schlicker erreicht, der die maximale Menge an Sir liciummetallteilchen darin suspendiert enthält. Wenn man also einen fertigen Gegenstand mit einer geringeren als der maximal erreichbaren Dichte für die verwendete spezielle Größenverteilung in dem Schlicker herstellen möchte, kann man den Schlicker unter Verwendung einer geringeren Menge an darin enthaltenem Material, beispielsweise etwa 70 Gew.-#, herstellen.Another regulation is the maximum attainable strength of the final article for an article achieved from a slip containing the maximum amount of silicon metal particles suspended therein. So if you can a finished article with a density less than the maximum achievable for the particular one being used If you want to make size distribution in the slip, you can use a smaller amount of the slip of material contained therein, for example about 70 wt .- #.
Im allgemeinen kann gesagt werden, daß der Gegenstand mit maximaler Dichte durch die hier angegebenen Techniken aus : einem Schlicker hergestellt werden kann, indem Material mit einer Teilohengrößenvertellung eng angrenzen!an die rechte oder oberste Kurve in Figur 1 suspendiert ist. Der Gießschlicker würde auch eine Minimalviskosität aufweisen ·In general it can be said that the object with maximum density can be made up by the techniques given here: A slip can be made by adding material with a partial size distribution close to the right or top curve in Figure 1 is suspended. The casting slip would also have a minimum viscosity
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-ίο- 2454H7-ίο- 2454H7
und würde die maximale Menge an suspendierten Materialien -.enthalten. Wenn man dagegen einen Gegenstand mit minimaler • Dichte herzustellen wünscht, wäre dieser aus Material mit einer Teilchengrößenverteilüng eng angrenzend an die untere oder linke Kurve der Fig. 1 herzustellen, er wäre aus einem Gießschlicker zu gießen, der einen minimalen gewichtsmäßigen Prozentgehalt an Siliciummaterial enthält und aus einem Gießschlicker mit einer höheren Viskosität als die Minimalviskosität.and would contain the maximum amount of suspended materials. If, on the other hand, you have an object with minimal • If you want to produce density, this would be produced from material with a particle size distribution closely adjacent to the lower or left curve of FIG. 1, it would be made of to pour a casting slip containing a minimum percentage by weight of silicon material and off a casting slip with a higher viscosity than the minimum viscosity.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung ohne sie zu begrenzen.The following examples serve to further illustrate the invention without limiting it.
Ein Siliciummetallpulver technischer Qualität mit einer Reinheit von 98,5 % und einer Nominalgröße entsprechend einem Siebdurchgang durch ein Sieb mit·Öffnungen von 44 /u (325 mesh) wird durch trockenes Vermählen in einer Porzellanmühle mit Kugeln hoher Dichte während eines Zeitraums von 17 Std. gemahlen. Das Pulver ergibt die folgende Größenverteilung aufgrund bereits bekannter Röntgenstrahlen-Sedimentationstechniken, An Gewichtsprozent (Gew.%) wurde, der folgende Bereich erhalten: 0 Gew.% - 50/u und darüber, 10 Gew.% - 19 bis 50 yu, 20 Gew.% - 14 bis 50/u, 30 Gew.% - 10 bis 50/u, 40 Gew.% - 7,2 bis 50/u, 50 Gew.% 5,5 bis 50/u, 60 Gew.% - 3,8 bis 50/u, 70 Gew.% - 2,6 bis 50/u, 80 Gew»% -1,7 bis 50/u, 90 Gew.% - 1,2 bis 50/u und 100 Gew.% - 0 bis 50/u. Dieses Material wird als ein SiIiciumpulver von 5,5/u bezeichnet.A silicon metal powder of technical quality with a purity of 98.5% and a nominal size accordingly a sieve passage through a sieve with openings of 44 / u (325 mesh) is made by dry grinding in a porcelain mill with high density balls for a period of time ground for 17 hours. The powder gives the following size distribution due to known X-ray sedimentation techniques, In terms of weight percent (% by weight), the following range was obtained: 0% by weight - 50 / u and above, 10% by weight - 19 to 50 yu, 20% by weight - 14 to 50 / u, 30% by weight - 10 to 50 / u, 40% by weight - 7.2 to 50 / u, 50% by weight 5.5 to 50 / u, 60% by weight - 3.8 to 50 / u, 70% by weight - 2.6 to 50 / u, 80% by weight -1.7 to 50 / u, 90% by weight - 1.2 to 50 / u and 100% by weight - 0 to 50 / u. This material is called a silicon powder of 5.5 / u.
i Ein chemisch suspendierter Schlicker wird unter Verwendung von 6000 g des 5,5/u Siliciummetallpulvers, 2000 g destili liertem Wasser, 120.g Fe3O3 (ein Nitridierhilfsmittel, dasi A chemically suspended slip is made using 6000 g of 5.5 / u silicon metal powder, 2000 g of distilled water, 120 g of Fe 3 O 3 (a nitriding aid that
SO 9 82 0/087ASO 9 82 0 / 087A
durch andere, wie beispielsweise Eisen, Calciumfluorid und Bariumfluorid ersetzt sein kann) und 2 g Monoättianolamin als Suspendiermittel angesetzt. Die Feststoffe werden nach und nach zu dem flüssigen Medium zugegeben. Homogenisierung ' und chemisches Gleichgewicht des Gießschlickers werden durch 4tätiges Rollen der Suspension in einer Polyäthylenflasche hergestellt. Die Eigenschaften des erhaltenen Silicummetallschlickers sind wiesfolgt: Feststoffgehalt 75,4 %, Schlikkerdichte 1,67 g/cm , pH-Wert 7,0 (der eine Minimalviskosität von 64 cP ergibt). ' can be replaced by others, such as iron, calcium fluoride and barium fluoride) and 2 g of mono-tianolamine are used as the suspending agent. The solids are gradually added to the liquid medium. Homogenization and chemical equilibrium of the casting slip are established by rolling the suspension in a polyethylene bottle for 4 days. The properties of the silicon metal slip obtained are as follows: solids content 75.4 %, slip density 1.67 g / cm, pH 7.0 (which results in a minimum viscosity of 64 cP). '
Ein Siliciumgegenstand wird nach den.oben erörterten Techniken dem Sturzguß unterzogen. Hohlrohre mit einer Dicke von 6,3 mm (1/4 inch) werden durch die Ablaufgießtechniken hergestellt'. Die Gründichte des SiHciummetalls beträgt 1,71 g/cm . Der gegossene Gegenstand wird aus der Form entfernt und in einer Umgebung mit Luftumlauf bei einer Temperatur von 82 bis 930C (180 bis 2000F) während 48 Std. getrocknet. Der Gegenstand wird in einem Stickstoffgas enthaltenden Ofen nitridiert, in dem der Gegenstand bei einer Temperatur von 10930C (20000F) während 24 Std., 126O3C (23000F) während 24 Std. und dann 14603C (26600F) während 24 Std. gehalten wird. Eine strömende Stickstoffatmospäre von 0,85 nr/min (30 cfm) wird bei der Nitridierung verwendet. Der erzeugte Gegenstand besitzt eine Dichte von 2,74 g/ cm5 und eine Biegefestigkeit von 3160 kg/cm (45 000 psi). Der Elastizitätsmodul beträgt 2,1 χ 106 kg/cm2 (30 χ 106 psi), und der Gegenstand besitzt ausgezeichnete Heißfestigkeit und Kriech- bzw. Dauerstandfestigkeit.A silicon article is tumble cast using the techniques discussed above. Hollow tubes 6.3 mm (1/4 inch) thick are made by the drain casting techniques. The green density of the silicon metal is 1.71 g / cm. The cast article is removed from the mold and dried in an environment with air circulation at a temperature of 82-93 0 C (180 to 200 0 F) for 48 hrs.. The object is nitrided in a nitrogen-containing gas oven in which the article is at a temperature of 1093 0 C (2000 0 F) for 24 hrs., 126o 3 C (2300 0 F) for 24 hrs., And then 1460 3 C (2660 0 F) is held for 24 hours. A flowing nitrogen atmosphere at 0.85 nr / min (30 cfm) is used in the nitriding. The article produced has a density of 2.74 g / cm 5 and a flexural strength of 3160 kg / cm (45,000 psi). The elastic modulus is 2.1 10 6 kg / cm 2 (30 10 6 psi) and the article has excellent hot strength and creep resistance.
Ein Gegenstand mit geringerer Enddichte kann aus dem gleichen Gießschlicker hergestellt werden, indem entweder der Feststoffgehalt des Gießschlickers herunter von etwa 80 Gew.%An article with a lower final density can consist of the same Casting slip can be produced by either reducing the solids content of the casting slip from about 80% by weight
509820/087A509820 / 087A
2A54H72A54H7
auf etwa 70 Gew.% verringert wird' oder indem der pH-Wert des Gießschlickers so verändert wird, daß die Viskosität des Schlickers ansteigt. Jede dieser Techniken erzeugt einen Gegenstand mit einer geringeren Enddicfrte als 2,74 g/ ' cm-.is reduced to about 70% by weight 'or by increasing the pH of the casting slip is changed so that the viscosity of the slip increases. Each of these techniques produces an article with a final density less than 2.74 g / ' cm-.
Beispielsweise wird der oben "beschriebene 5,5/u Schlicker auf einen pH-Wert von 5,5 durch eine geringe Zugabe von Salpetersäure eingestellt. Die Schlickerviskosität steigt auf einen Wert von 256 cP an, der erhaltene Körper besitzt eine Gründichte von 1,50 g/cm und besitzt nach Nitridierung eine Enddichte von 2,47 g/cm . Ein pH-Wert von 6,0 für den Schlicker erzeugt einen Gießling mit einer Gründichte von 1,84 und eine Dichte des nitridierten Produktes von 2,64 g/cm5.For example, the 5.5 / u slip described above is adjusted to a pH value of 5.5 by adding a small amount of nitric acid. The slip viscosity increases to a value of 256 cP, the body obtained has a green density of 1.50 g / cm and has a final density of 2.47 g / cm after nitriding. A pH value of 6.0 for the slip produces a casting with a green density of 1.84 and a density of the nitrided product of 2.64 g / cm 5 .
Das Siliciummetallpulver wird durch 48stündiges Kugelvermahlen eines Siliciumpulvers entsprechend einem Siebdurchgang durch ein Sieb mit Öffnungen von 44/u (325 mesh) hergestellt. Das erzeugte Silieiumpulver wird als 4,5/u Siliciummetallpulver bezeichnet und besitzt die folgende Teilchengrößenverteilung: O Gew.% - 50/u und darüber, 10 Gew.% 18 bis 50/u, 20 Gew.% - 13 bis 50/u, 30 Gew.% 9,2 bis 50/u, 40 Gew.% - 6,5 bis 50/u, 50 Gew.% - 4,5 bis 50/u, 60 Gew.% 3,3 bis 50 Ai9 70 Gew.# - 2,2 bis 50/u, 80 Gew.% - 1,4 bis 50 Ai, 90 Gew.% - 9 bis 50/u und 100 Gew.% 0 bis 50/u. Ein Schlicker, der 77,1 Gew.% Feststoff enthält mit einem spezifischen Gewicht von 1,73 g/cnr und einem pH-Wert von 6,3 und einer Viskosität von 96 cP wird durch Vermischen von 7500 g des 4,·5/u Pulvers mit 2000 g destilliertem Wasser und 1 g Monoäthanolamin hergestellt. Aus diesem Schlicker wird nach den in Beispiel 1 beschriebenen Techniken ein Ge-The silicon metal powder is prepared by ball milling a silicon powder for 48 hours in accordance with a sieve passage through a sieve having openings of 44 / u (325 mesh). The silicon powder produced is referred to as 4.5 / u silicon metal powder and has the following particle size distribution: O wt.% - 50 / u and above, 10 wt.% 18 to 50 / u, 20 wt.% - 13 to 50 / u, 30% by weight 9.2 to 50 / u, 40% by weight - 6.5 to 50 / u, 50% by weight - 4.5 to 50 / u, 60% by weight 3.3 to 50 Ai 9 70 wt # -. 2.2 to 50 / u 80% by weight -. 1.4 to 50 i, 90 wt% -.. 9 to 50 / u and 100 wt% 0 to 50 / u. A slip which contains 77.1% by weight of solids with a specific weight of 1.73 g / cnr and a pH of 6.3 and a viscosity of 96 cP is made by mixing 7500 g of the 4.5 / u Powder made with 2000 g of distilled water and 1 g of monoethanolamine. From this slip, a mixture is made according to the techniques described in Example 1
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genstand mit einer Gründichte von 1,87 g/cm . und einer Dichte des nitridierten Produktes von 2,99 g/cnr hergestellt.article with a green density of 1.87 g / cm. and a density of the nitrided product of 2.99 g / cnr.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, ohne darauf begrenzt zu sein.The invention has been described above on the basis of preferred embodiments without being limited to it.
509 8 20/087 4509 8 20/087 4
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US41589873A | 1973-11-14 | 1973-11-14 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE (1) | DE2454147A1 (en) |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0105463A2 (en) * | 1982-09-30 | 1984-04-18 | HELIOTRONIC Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft für Solarzellen-Grundstoffe mbH | Process of manufacturing a silicon article |
DE4102430A1 (en) * | 1991-01-28 | 1992-07-30 | Agrob Ag | Porous ceramic or metallic bodies of high, controlled pore content - mfd. by sedimentation of a solid-liquid dispersion, followed by calcination |
-
1974
- 1974-10-25 GB GB4620874A patent/GB1452578A/en not_active Expired
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- 1974-11-14 DE DE19742454147 patent/DE2454147A1/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0105463A2 (en) * | 1982-09-30 | 1984-04-18 | HELIOTRONIC Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft für Solarzellen-Grundstoffe mbH | Process of manufacturing a silicon article |
EP0105463A3 (en) * | 1982-09-30 | 1986-03-19 | Heliotronic Forschungs- Und Entwicklungsgesellschaft Fur Solarzellen-Grundstoffe Mbh | Silicon article and method of manufacturing the same |
DE4102430A1 (en) * | 1991-01-28 | 1992-07-30 | Agrob Ag | Porous ceramic or metallic bodies of high, controlled pore content - mfd. by sedimentation of a solid-liquid dispersion, followed by calcination |
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JPS5080304A (en) | 1975-06-30 |
GB1452578A (en) | 1976-10-13 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OHW | Rejection |