DE2549637A1 - Siliciumcarbidformkoerper hoher dichte und verfahren zu deren herstellung - Google Patents
Siliciumcarbidformkoerper hoher dichte und verfahren zu deren herstellungInfo
- Publication number
- DE2549637A1 DE2549637A1 DE19752549637 DE2549637A DE2549637A1 DE 2549637 A1 DE2549637 A1 DE 2549637A1 DE 19752549637 DE19752549637 DE 19752549637 DE 2549637 A DE2549637 A DE 2549637A DE 2549637 A1 DE2549637 A1 DE 2549637A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- silicon carbide
- silicon
- grain size
- sintered
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 56
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 238000004939 coking Methods 0.000 claims description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N furfuryl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CO1 XPFVYQJUAUNWIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- -1 however Substances 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000010952 in-situ formation Methods 0.000 description 1
- 238000000462 isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- RCHKEJKUUXXBSM-UHFFFAOYSA-N n-benzyl-2-(3-formylindol-1-yl)acetamide Chemical compound C12=CC=CC=C2C(C=O)=CN1CC(=O)NCC1=CC=CC=C1 RCHKEJKUUXXBSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004533 oil dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
- C04B35/573—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
- C04B35/575—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by pressure sintering
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
"Siliciumcarbidformkörper hoher Dichte und Verfahren zu deren Herstellung"
Die Erfindung betrifft gesinterte Formkörper aus Siliciumcarbid mit hoher Dichte, die dadurch erhalten werden, daß
man einen grünen Formkörper aus Siliciumcarbidpulver herstellt, diesen leicht sintert und teilweise verdichtet,
dann auf die Endform bearbeitet und schließlich fertig
sintert und verdichtet durch Einwirkung von Wärme und gegebenenfalls in Gegenwart von Silicium. Die erfindungsgemäßen
Siliciumcarbidkörper zeichnen sich durch hohe mechani-.sche
Festigkeit und sehr feines Eorn aus. Nach der Erfindung lassen sich Formkörper auch sehr komplizierter
Gestalt herstellen.
Siliciumcarbid läßt sich nicht leicht in üblicher Weise durch Kaltpressen und anschließendes Sintern verarbeiten,
da die Siliciumcarbidteilchen nicht sintern und sich verdichten, wie dies andere feuerfeste Werkstoffe tun.
Es wurde jedoch festgestellt, daß man durch Einbringung geringer Anteile eines bestimmten Metalls, wie Bor oder
Aluminium, in das Siliciumcarbidpulver relativ dichte Körper
609821/1022
erhalten kann, die sich nun durch Kaltpressen eines grünen Formkörpers und anschließendes Sintern herstellen
lassen. Zu "beachten dabei ist, daß der grüne Körper eine Schrumpfung in der Größenordnung von 15 bis 20 % zeigt,·
so daß es in der Praxis fast unmöglich ist, die geforderten Toleranzen einzuhalten.
Eine andere Möglichkeit zur Herstellung von Siliciumcarbidkörpern ist das Heißpressen (E.A. Alliegro eta al.,
Journal of the American Ceramics Society, 39» S. 386 (1965)?
US-PS 3 836 673). Bei diesem Verfahren wird Siliciumcarbidpulver
in eine Graphitform gefüllt und heiß gepreßt. Durch das Heißpreßverfahren erhält man Siliciumcarbidkörper
fast theoretischer Dichte und exakter vorbestimmter Dimensionen; der einzige technische Nachteil
des Heißpressens liegt darin, daß diese Gegenstände eine relativ einfache Form oder Geometrie haben müssen.
Komplexe Formen, wie Rotoren von Turbinen oder Rotorblätter •kanm jnan durch Heißpressen praktisch nicht herstellen
ohne der Notwendigkeit einer abschließenden spanenden Bearbeitung.
Eine weitere Möglichkeit ist das sog. Reaktionssintern
oder das selbstbindende Verfahren. Dazu wird zuerst eine Vorform aus Silicxumcarbidpulver oder Siliciumcarbid
und einem kohlenstoffhaltigen Material durch Kaltpressen, Strangpressen, isostatischem Pressen oder dergleichen
hergestellt. Die Vorform wird dann mit Silicium in metallischer oder in dampfförmiger Form in Berührung gebracht,
z.B. bei 17000C, so daß Silicium in die Zwischenräume der
Vorfo-rm einzudringen vermag. Ist Kohlenstoff vorhanden,
so reagiert das Silicium mit dem Kohlenstoff unter zusätzlicher Bildung von Siliciumcarbid (CW. Forrest et al,
Special Ceramics, 5, S. 99 (1972). Unter anderem wurde auch der Einfluß der Korngröße des Siliciumcarbidpulvers
609821/1022
auf die mechanische Festigkeit untersucht. Es wurde festgestellt,
daß die Korngröße einen großen Einfluß auf die Querbiegefestigkeit bis herunterauf etwa 100 /um besitzt,
darunter jedoch der Einfluß auf die Festigkeit sehr viel weniger ausgeprägt ist. Die verschiedensten Abwandlungen
der Bedingungen für das Reaktionssintern wurden untersucht (US-PS 2 938 807). Danach geschieht die Herstellung
von dichten Siliciumcarbidkörpern mit weniger als 5 % freiem Silicium durch Kaltformen eines homogenen Gemisches
von Siliciumcarbidpulver, einem kohlenstoffhaltigen Material und einem verkokbaren Material, welches als temporäres
Bindemittel zu wirken vermag. Der grüne Formling wird dann verkokt und anschließend in Gegenwart von Silicium bei
etwa 2 250°G gehalten. Es kommt zu einer in situ-Bildung
von Siliciumcarbid in den Poren der Vorform. Bei einer anderen Methode des Reaktionssintern^ (US-PS 3 205 043)
wird eine Siliciumcarbid-Vorform kaltgepreßt aus einem
Siliciumcarbidpulver, enthaltend einen geringen Anteil eines temporären organischen Bindmittels, z.B. eines
Phenolharzes,und dann bei 2 3000C gebrannt, um das
temporäre Bindemittel zu entfernen und das Siliciumcarbid zu rekristallisieren. Man erhält eine poröse Struktur,
die mit einem verkokbaren Material imprägniert wird, wie einer Furfurylverbindung oder einem Phenolaldehydharz,
woraufhin dieses organische Material verkokt wird. Diese Imprägnierung und Verkokung wird so oft wiederholt,
bis der Kohlenstoffgehalt in der Vorform 85 bis 95 % von
dem beträgt, der notwendig ist für die Umsetzung des Siliciums zur Ausfüllung im wesentlichen der gesamten Poren.
Dieser Kohlenstoff innerhalb der Siliciumcarbidstruktur kommt dann bei etwa 2 20Ö G mit Silicium in Berührung.
Silicium dringt ein und reagiert mit dem Kohlenstoff unter Bildung von Siliciumcarbid.
Nach US-PS 3 275 722 erhält man dichte selbstgebundene Körper aus Siliciumcarbid durch Vorformen eines Gemisches von
609821/1022
_ 4- · 254363?
Siliciumcarbidpulver, Kohlenstoffpulver und einem temporären
Bindemittel. Die Vorform wird im Vakuum in Gegenwart von Siliciumdampf auf 15000G erhitzt, um den temporären Binder
zu entfernen und eine Reaktion des Siliciumdampfs mit
dem Kohlenstoff in den Zwischenräumen zwischen dem Siliciumcarbid der Vorform zu ermöglichen. Nach der US-PS 3 4-95 939
erhält man einen porösen zusammenhaltenden Körper aus Siliciumcarbid und Kohlenstoffpulver, der dann in Gegenwart
von Siliciummonoxiddampf bei 1600 bis 17000O gehalten wird, um die oberflächliche Porosität des Körpers zu vergrößern.
Bei dieser Wärmebehandlung wird ein Ende des Körpers in eine Siliciumschmelze getaucht. Durch Kapillarität
wird Silicium in die Poren des Körpers gesaugt und bildet dort Siliciumcarbid.
Eine weitere Möglichkeit des Reaktionssinterns besteht
darin (US-PS 3 778 231), indem man einen Formkörper aus
gesintertem Siliciumnitrid herstellt; dazu wird Siliciumpulver
zuerst in einer nicht-stickstoffhaltigen Atmosphäre bei 1200 bis 14-000C gehalten. Der gebildete Vorkörper
wird auf die gewünschte Form bearbeitet und dann in Stickstoff
atmosphäre bei 1180 bis 135O0C nitriert.
Die Erfindung betrifft nun Siliciumcarbidkörper hoher Dichte und optimaler mechanischer Festigkeit und ein
Verfahren zu deren Herstellung, wobei zuerst eine grüne Vorform nach einer bekannten Methode hergestellt wird.
Diese grüne Vorform wird dann schwach gesintert, vorzugsweise in stickstofffreier Atmosphäre oder im Vakuum,
wodurch diese Siliciumcarbidvorform teilweise verdichtet wird. Die Vorform wird nun auf die gewünschten Dimensionen
bearbeitet durch spanendes Bearbeiten, Schaben, Schleifen oder dergleichen. Schließlich wird fertig gesintert und
verdichtet durch eine weitere Wärmebehandlung. Die Kombi-
609821/1022
nation des Verfahrens zur Herstellung des grünen Vorkörpers,
und des Fertigsinterns führt zu einer solchen Verdichtung, daß beim letzten Brennen der Gegenstände es
nur zu außerordentlich geringem Schrumpfen kommt. Die Korngröße des eingesetzten Siliciumcarbids ist für optimale
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens von Wichtigkeit und darüber hinaus auch für optimale mechanische Eigenschaften
der erhaltenen Formkörper. Das Siliciumcarbid kann bimodal sein oder aus zwei Kornfraktionen bestehen,
wobei zumindest 50 Gew.-% eine durchschnittliche Korngröße
von^3/um besitzen und die Grobfraktion hinsichtlich
der mittleren Korngröße bis hinauf zu 170/um, vorzugsweise
30 bis 170/um ,variieren kann. Darüber hinaus kann das
Ausgangsgemisch auch noch 1 bis 15 Gew.-^o Bor, Aluminium,
Eisen und/oder Silicium enthalten.
In Abwandlung dieses Sinterverfahrens kann nach der Erfindung auch eine Modifikation des Reaktionssinterns stattfinden,
wobei, das Siliciumcarbidpulver 5 bis 40 Gew.-%
und/
Kohlenstoff oder ein verkokbares Material enthält. Die daraus erhaltene Vorform wird verdichtet und teilweise gesintert bei gleichzeitiger Einwirkung von Wärme und Druck oder von Wärme bei Atmosphärendruck in einer relativ nicht oxidierenden sauerstofffreien Atmosphäre, woraufhin unter Einwirkung von Silicium eine zweite Wärmebehandlung stattfindet nach dem Formen des leicht gesinterten Rohlings, wodurch auch das Silicium in die Siliciumcarbidstruktur einzubringen und mit dem darin vorhandenen Kohlenstoff unter Bildung von Siliciumcarbid zu reagieren vermag.
Kohlenstoff oder ein verkokbares Material enthält. Die daraus erhaltene Vorform wird verdichtet und teilweise gesintert bei gleichzeitiger Einwirkung von Wärme und Druck oder von Wärme bei Atmosphärendruck in einer relativ nicht oxidierenden sauerstofffreien Atmosphäre, woraufhin unter Einwirkung von Silicium eine zweite Wärmebehandlung stattfindet nach dem Formen des leicht gesinterten Rohlings, wodurch auch das Silicium in die Siliciumcarbidstruktur einzubringen und mit dem darin vorhandenen Kohlenstoff unter Bildung von Siliciumcarbid zu reagieren vermag.
Eine weitere Möglichkeit ist, daß man dem Siliciumcarbidpulver bis zu 5 Gew.-% Aluminiumoxid mit einer durchschnittlichen
Korngröße von\"5/um zusetzt und dieses Gemisch dann
609821/1022
2543637
nach einer der oben beschriebenen Verfahrensweisen weiterverarbeitet.
In allen Fällen erhält man einen sehr dichten Körper, dessen Dichte zumindest 98 % der Theorie beträgt und der
darüber hinaus bei Eaumtemperatur hervorragende Festigkeit
zeigt, d.h. einen Bruchmodul von zumindest 35 kg/mm (50 000 psi) hat.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die mittlere
Korngröße der feuerfesten Pulver und die Korngröße im Endprodukt unter 3 /um. Wie bereits erwähnt, kann das
feuerfeste Pulver und das Korn im Fertigprodukt bis zu 50 Gew.-% gröbere Teilchen enthalten, nämlich 30 bis
170 /um, wobei der Feinkornanteil des Siliciumcarbids
von<3/um nicht weniger als 50 Gew.-% des feuerfesten
Pulvers ausmachen soll.
Obwohl man grundsätzlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
das schwache Sintern entweder durch Sintern oder Heißpressen vornehmen kann, wird doch letzteres bevorzugt.
Bei der erfindungsgemäßen zweiten Wärmebehandlung kann es sich um ein einfaches Erhitzen der Formkörper oder
ein Reaktionssintern zum Durchsintern und Verdichten der Körper handeln, wobei wieder das Reaktionssintern bevorzugt
wird.
So kann man den Rohling herstellen, indem Siliciumcarbidpulver entsprechender Feinheit mit 5 bis 40 Gew.-i/o Kohlenstoff
oder einem verkokbaren Material in eine Form gegeben und bei 1500 bis 2000°C unter einem Druck von 105 bis
280 kg/cm2 (15OO bis 4000 psi) gepreßt, entformt
wird hebend auf die gewünschte Form bearbeitet, und dann in einer
ο e*n *
Siliciumatmosphäre bei 15OO bis 2100 C Reaktionssintern, wo-
*stattfindet
603821/1022
durch, das eingedrungene Silicium mit dem Kohlenstoff
Siliciumcarbid in situ "bildet und damit eine endgültige Verdichtung des iOrmkörpers erreicht wird. Es ist aber
auch möglich, die Vorform herzustellen aus Silicuumcarbid, enthaltend 1 bis 15 Gew.-5& Aluminium, Eisen, Bor,
Silicium oder deren Gemische oder bis zu 5 c/° Aluminiumoxid
und bis zu 5 % Kohlenstoff. Der grüne Formling wird leicht gesintert bei 1650 bis 197O0C unter Normaldruck.
Nach dem Abkühlen und Entformen wird auf Endtoleranz bearbeitet und zur Verdichtung in relativ
inerter Atmosphäre bis zu 3 h bei 1850 bis 215O°C gehalten.
Der erhaltene Siliciumcarbidkörper hat in beiden Fällen eine Dichte von zumindest 98 % der Theorie und
zeigt die erforderlichen Toleranzen, so daß keine Nacharbei tung mehr erforderlich ist.
Die Erfindung wird an folgenden Beispielen näher erläutert. Beispiel \
Es soll ein Turbinenrotor,Durchmesser 248 mm, hergestellt
werden.
3280 g Siliciumcarbidpulver mit einer mittleren Korngröße von etwa 5/um wurden in eine mit einer Graphit**Öl-Dispersion
ausgekleideten Graphitform, Innendurchmesser mm, eingebracht und mit einem 152 mm Dorn versehen.
Das Siliciumcarbidpulver wurde heißgepreßt bei 1735°C
unter einem Druck von 175 kg/cm . Der Rohling hatte einen äußeren Durchmesser von 254 mm, einen inneren Durchmesser
von 152 mm und eine Stärke von 50 mm bei einer Dichte
von 2 g/cm . Er wurde auf die Endmaße spanend bearbeitet und mit einer Lösung eines Furfurylalkoholharzes über
Nacht imprägniert. Dann wurde das Lösungsmittel entfernt und
609821/1022
das Harz in 24 h bei 9O0G, 6 h bei 150°G und 2 h bei
250 C polymerisiert und schließlich der Formkörper bei'
2070oC in Stickstoffatmosphäre, enthaltend Siliciumdampf,
gebrannt. Bei der maximalen Temperatur von 2070°G verkokte das polymerisierte Furfurylalkoholharz. Damit
wird der Körper für Siliciumdampf durchlässig, welcher mit Kohlenstoff in situ unter Bildung von Siliciumcarbid
in den inneren Poren reagieren kann, während die restlichen Poren mit Silicium gefüllt werden. Man erhält ein vollständig
gesintertes und verdichtetes Produkt mit einer Dichte von 35O2 g/cm . Die mittlere Kornfeinheit des
Siliciumcarbids im fertigen Rotor lag unter 3yum..
Eine Reihe von Spinnscheiben, Durchmesser 143 mm, Dicke
6,35 nun» mit einer Mittenbohrung 22 mm, wurden wie folgt
hergestellt.
Ein Gemisch von 80 Gew.-% Siliciumcarbid 3/um und 20 Gew.-%
Graphitpulver 4-3/um wurde naß 3 h in Isopropanol gemahlen,
das Gemisch getrocknet und in einer Kugelmühle trocken 1 h gemahlen. 190 g davon wurden in eine Graphitform,
Innendurchmesser 14-3 mm, niit einem Preßstempel
von 6,35 mm eingebracht. Die Form wurde zusammengestellt
und das Pulvergemisch bei 18500C und einem Druck von 245 kg/cnr
auf eine Dichte von 1,87 g/cnr gepreßt. Die heißgepreßte Scheibe wurde bei 20700G in einem Sinterofen mit geschmolzenem
Silicium in Stickstoffatmosphäre in Berührung gebracht. Während des Brennens infiltriert Siliciummetall in
die kohlenstoffhaltige Scheibe und reagiert zu Siliciumcarbid. Die restlichen Hohlräume werden mit Silicium ausgefüllt.
Die fertig gesinterten Scheiben hatten eine Dichte von 3,05 g/cm .
609821/1022
In obigen Beispielen wurde als verkokbares Material Kohlenstoff als solcher oder i'urfurylalkoholharz angewandt,
jedoch kann man auch Phenolharze oder Furfuraldehydharze
oder dergleichen, wie üblich anwenden.
PATENTANSPRÜCHE
609821/1022
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHE(1) Hochdichter Sinterkörper aus Siliciumcarbid,dessen Siliciumcarbidkorn im wesentlichen im Mittel <3/Um•χ- *ist, enthaltend 1 bis 15 Gew.-% Bor, Aluminium, Eisen und/oder Silicium,mit einer Dichte von zumindest 98 % der Theorie und einer Bruchfestigkeit bei Raumtemperatur2
von zumindest 35 kg/mm .(2) Siliciumcarbidkörper nach Anspruch 1, g e k e η η zeichnet durch eine Korngrößenverteilung von 50 bis 100 % K"3/Um und50 bis 0 % 30 bis 170/um.(3) Siliciumcarbidkörper nach Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt von bis zu 5 Gew.-% Aluminiumoxid.(4) Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbidkörper nach Anspruch 1 bis 3>, dadurch gekennzeichnet , daß man einen Rohling aus Siliciumcarbidpulver entsprechender Körnung schwach sintert und teilweise verdichtet, anschließend auf Endform bearbeitet und dann fertig sintert und verdichtet.(5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß man das Fertigsintern und Verdichten bei I85O bis 215O0C in relativ inerter Atmosphäre vornimmt.(6)Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbidkörper*gegebenenfalls609821/1022nach Anspruch 1 "bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß man einen Rohling aus 60 "bis 95 Gew.-% Siliciumcarbid mit einer mittleren Korngröße Ό/um und 40 bis 5 Gew.-%und/ /Kohlenstoff oder einem verkokbaren Material unter gleichzeitiger Einwirkung von Wärme und Druck teilweise verdichtet und leicht sintert, auf Endmaße bearbeitet und unter Einwirkung von Silicium in der Wärme reaktionssintert.(7) Verfahren nach Anspruch , dadurch g e kennzeichnet , daß man den Rohling aus einem Pulvergemisch von 85 bis 99 Gew.-% Siliciumcarbid.'mit . einer mittleren Korngröße <3 /um und 15bis 1 Gew.-% Aluminium, Bor, Eisen und/oder Silicium bei 1650 bis 1970 C teilweise verdichtet und leicht sintert im Vakuum.(8) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß man unter Atmosphärendruck bei 1650 bis 1850°C leicht sintert.(9) Verfahren nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangsgemisch 1 bis 5 Gew.-% Aluminiumoxid mit einer mittleren Korngröße von ^5/um enthält.609821/1022
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US52242874A | 1974-11-11 | 1974-11-11 | |
| US05/555,855 US3998646A (en) | 1974-11-11 | 1975-03-06 | Process for forming high density silicon carbide |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2549637A1 true DE2549637A1 (de) | 1976-05-20 |
Family
ID=27060810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19752549637 Pending DE2549637A1 (de) | 1974-11-11 | 1975-11-05 | Siliciumcarbidformkoerper hoher dichte und verfahren zu deren herstellung |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US3998646A (de) |
| CA (1) | CA1063134A (de) |
| DE (1) | DE2549637A1 (de) |
| FR (1) | FR2290406A1 (de) |
| GB (1) | GB1495086A (de) |
| IT (1) | IT1050937B (de) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2833909A1 (de) * | 1977-08-04 | 1979-02-22 | Nippon Crucible Co | Aktives siliziumcarbidpulver, enthaltend eine borkomponente, und verfahren zu dessen herstellung |
| EP0004031A1 (de) * | 1978-03-03 | 1979-09-19 | Elektroschmelzwerk Kempten GmbH | Dichte polykristalline Formkörper aus alpha-Siliciumcarbid und Verfahren zu ihrer Herstellung durch drucklose Sinterung |
| DE2910628A1 (de) * | 1978-07-03 | 1980-01-24 | Coors Porcelain Co | Verfahren zur herstellung eines reaktionsgebundenen siliziumkarbidkoerpers |
| DE3028441A1 (de) * | 1979-08-02 | 1981-02-12 | Tokyo Shibaura Electric Co | Turboladerrotor mit gekruemmten schaufelblaettern |
| EP0046520A1 (de) * | 1980-08-22 | 1982-03-03 | Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàNchen Gmbh | Keramische Brennkammer |
| DE3127649A1 (de) * | 1980-07-17 | 1982-05-06 | Asahi Glass Co. Ltd., Tokyo | Dichtgesinterter siliciumcarbid-keramikkoerper |
| DE3044162A1 (de) * | 1980-11-24 | 1982-06-03 | Annawerk Keramische Betriebe GmbH, 8633 Rödental | Polykristalliner formkoerper aus siliziumkarbid und verfahren zu seiner herstellung |
| DE3210987A1 (de) * | 1981-03-27 | 1982-10-07 | Japan Metals & Chemicals Co., Ltd., Tokyo | Sinterformen aus siliziumkarbid und verfahren zu ihrer herstellung |
| DE4392693T1 (de) * | 1992-06-08 | 1994-09-08 | Ngk Insulators Ltd | Temperaturwechselbeständige, kriechfeste und oxydationsfeste Einsätze |
| CN115304380A (zh) * | 2022-07-16 | 2022-11-08 | 陕西固勤材料技术有限公司 | 一种辊道窑传动用碳化硅辊棒及其制备方法与应用 |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4795673A (en) * | 1978-01-09 | 1989-01-03 | Stemcor Corporation | Composite material of discontinuous silicon carbide particles and continuous silicon matrix and method of producing same |
| CA1332065C (en) * | 1978-05-01 | 1994-09-20 | John Allen Cappola | Sintered alpha silicon carbide body having equiaxed microstructure |
| US4220455A (en) * | 1978-10-24 | 1980-09-02 | General Electric Company | Polycrystalline diamond and/or cubic boron nitride body and process for making said body |
| JPS55116667A (en) * | 1979-02-28 | 1980-09-08 | Asahi Glass Co Ltd | Silicon carbide sintered body |
| DE2927226A1 (de) * | 1979-07-05 | 1981-01-08 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Dichte formkoerper aus polykristallinem beta -siliciumcarbid und verfahren zu ihrer herstellung durch heisspressen |
| JPS55167177A (en) * | 1979-06-08 | 1980-12-26 | Ngk Spark Plug Co | Manufacture of silicon carbide heating body |
| US4244902A (en) * | 1979-06-18 | 1981-01-13 | Ford Motor Company | Pressureless method of forming a silicon carbide ceramic material |
| DE3005587A1 (de) * | 1980-02-15 | 1981-08-20 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Verfahren zur herstellung von formkoerpern |
| JPS5832070A (ja) * | 1981-08-21 | 1983-02-24 | 信越化学工業株式会社 | 高密度炭化けい素焼結体の製造方法 |
| DE3218052A1 (de) * | 1982-05-13 | 1983-11-17 | Elektroschmelzwerk Kempten GmbH, 8000 München | Polykristalline, praktisch porenfreie sinterkoerper aus (alpha)-siliciumcarbid, borcarbid und freiem kohlenstoff und verfahren zu ihrer herstellung |
| US4502983A (en) * | 1983-06-28 | 1985-03-05 | Mamoru Omori | Composite silicon carbide sintered shapes and its manufacture |
| DE3443817A1 (de) * | 1983-12-02 | 1985-06-27 | Director General of Agency of Industrial Science and Technology Itaru Todoriki, Tokio/Tokyo | Verfahren zur herstellung von keramik |
| US4874725A (en) * | 1984-04-27 | 1989-10-17 | Nippon Tungsten Co., Ltd. | High-density sintered article of silicon carbid |
| JPS6169116A (ja) * | 1984-09-13 | 1986-04-09 | Toshiba Ceramics Co Ltd | シリコンウエハ−の連続ｃｖｄコ−テイング用サセプター |
| US5298470A (en) * | 1989-09-22 | 1994-03-29 | The Carborundum Company | Silicon carbide bodies having high toughness and fracture resistance and method of making same |
| US5840436A (en) * | 1992-06-08 | 1998-11-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Spalling-resistant, creep-resistant and oxidation-resistant setters |
| US5904892A (en) * | 1996-04-01 | 1999-05-18 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corp. | Tape cast silicon carbide dummy wafer |
| US6162543A (en) * | 1998-12-11 | 2000-12-19 | Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. | High purity siliconized silicon carbide having high thermal shock resistance |
| US7104177B1 (en) | 2000-01-11 | 2006-09-12 | Aghajanian Michael K | Ceramic-rich composite armor, and methods for making same |
| US6609452B1 (en) | 2000-01-11 | 2003-08-26 | M Cubed Technologies, Inc. | Silicon carbide armor bodies, and methods for making same |
| WO2002068373A2 (en) * | 2000-11-21 | 2002-09-06 | M Cubed Technologies, Inc. | Reaction-bonded silicon carbide composite bodies and methods for making same |
| US6862970B2 (en) | 2000-11-21 | 2005-03-08 | M Cubed Technologies, Inc. | Boron carbide composite bodies, and methods for making same |
| US6887421B2 (en) * | 2002-01-14 | 2005-05-03 | Redunndant Materials, Inc. | Method for making a silicon carbide resistor with silicon/silicon carbide contacts by induction heating |
| DE102006052027B4 (de) * | 2006-11-03 | 2009-06-25 | Metoxit Ag | Verfahren zum Bestimmen des Sinterschwunds eines vorgesinterten Körpers und Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung von Weißlingen |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1916836A (en) * | 1930-12-22 | 1933-07-04 | Ig Farbenindustrie Ag | Production of shaped articles from masses containing silicon |
| US2964823A (en) * | 1954-04-20 | 1960-12-20 | Norton Co | Process of making recrystallized silicon carbide articles |
| US3275722A (en) * | 1959-07-08 | 1966-09-27 | Power Jets Res & Dev Ltd | Production of dense bodies of silicon carbide |
| US3171871A (en) * | 1960-07-19 | 1965-03-02 | Norton Co | Method of making electrical heater bars |
| GB1180918A (en) * | 1966-06-10 | 1970-02-11 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to the Manufacture of Dense Bodies of Silicon Carbide. |
| US3836673A (en) * | 1972-03-23 | 1974-09-17 | Norton Co | Sintered silicon carbide |
-
1975
- 1975-03-06 US US05/555,855 patent/US3998646A/en not_active Expired - Lifetime
- 1975-10-06 CA CA237,138A patent/CA1063134A/en not_active Expired
- 1975-10-17 FR FR7531782A patent/FR2290406A1/fr active Granted
- 1975-10-29 GB GB44619/75A patent/GB1495086A/en not_active Expired
- 1975-11-05 DE DE19752549637 patent/DE2549637A1/de active Pending
- 1975-11-10 IT IT69766/75A patent/IT1050937B/it active
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2833909A1 (de) * | 1977-08-04 | 1979-02-22 | Nippon Crucible Co | Aktives siliziumcarbidpulver, enthaltend eine borkomponente, und verfahren zu dessen herstellung |
| EP0004031A1 (de) * | 1978-03-03 | 1979-09-19 | Elektroschmelzwerk Kempten GmbH | Dichte polykristalline Formkörper aus alpha-Siliciumcarbid und Verfahren zu ihrer Herstellung durch drucklose Sinterung |
| DE2910628A1 (de) * | 1978-07-03 | 1980-01-24 | Coors Porcelain Co | Verfahren zur herstellung eines reaktionsgebundenen siliziumkarbidkoerpers |
| DE3028441A1 (de) * | 1979-08-02 | 1981-02-12 | Tokyo Shibaura Electric Co | Turboladerrotor mit gekruemmten schaufelblaettern |
| DE3127649A1 (de) * | 1980-07-17 | 1982-05-06 | Asahi Glass Co. Ltd., Tokyo | Dichtgesinterter siliciumcarbid-keramikkoerper |
| EP0046520A1 (de) * | 1980-08-22 | 1982-03-03 | Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàNchen Gmbh | Keramische Brennkammer |
| DE3044162A1 (de) * | 1980-11-24 | 1982-06-03 | Annawerk Keramische Betriebe GmbH, 8633 Rödental | Polykristalliner formkoerper aus siliziumkarbid und verfahren zu seiner herstellung |
| DE3210987A1 (de) * | 1981-03-27 | 1982-10-07 | Japan Metals & Chemicals Co., Ltd., Tokyo | Sinterformen aus siliziumkarbid und verfahren zu ihrer herstellung |
| DE4392693T1 (de) * | 1992-06-08 | 1994-09-08 | Ngk Insulators Ltd | Temperaturwechselbeständige, kriechfeste und oxydationsfeste Einsätze |
| CN115304380A (zh) * | 2022-07-16 | 2022-11-08 | 陕西固勤材料技术有限公司 | 一种辊道窑传动用碳化硅辊棒及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2290406B3 (de) | 1978-07-13 |
| US3998646A (en) | 1976-12-21 |
| IT1050937B (it) | 1981-03-20 |
| GB1495086A (en) | 1977-12-14 |
| CA1063134A (en) | 1979-09-25 |
| FR2290406A1 (fr) | 1976-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2549637A1 (de) | Siliciumcarbidformkoerper hoher dichte und verfahren zu deren herstellung | |
| EP0094591B1 (de) | Polykristalline, praktisch porenfreie Sinterkörper aus Alpha-Siliciumcarbid, Borcarbid und freiem Kohlenstoff und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| EP0899251B1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit einer porösen Matrix aus mindestens einem rekristallisiertem Werkstoff | |
| US4670201A (en) | Process for making pitch-free graphitic articles | |
| DE3205877A1 (de) | Sinterkoerper aus hochdichtem borcarbid und verfahren zu deren herstellung | |
| US4019913A (en) | Process for fabricating silicon carbide articles | |
| DE2627856A1 (de) | Gesinterter siliziumkarbid-koerper und verfahren zu dessen herstellung | |
| DE3002971C2 (de) | ||
| EP0071241B1 (de) | Praktisch porenfreie Formkörper aus polykristallinem Siliciumcarbid, die durch isostatisches Heisspressen hergestellt worden sind | |
| DE2923729C2 (de) | ||
| DE2900440C2 (de) | ||
| DE2856593A1 (de) | Sinterfaehiges pulver und verfahren zur herstellung von sinterkoerpern daraus | |
| DE3645097C2 (de) | ||
| EP0317701A1 (de) | Feuerfestmaterial und Verfahren zur Herstellung desselben | |
| DE3116786C2 (de) | Homogener Siliciumcarbid-Formkörper und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| EP0178753A1 (de) | Verfahren zur Herstellung gesinterter Siliciumcarbid/Kohlenstoff-Verbundkeramikkörper mit ultrafeinem Kornmikrogefüge | |
| DE4007825C2 (de) | ||
| DE3819560A1 (de) | Sic-whisker, mit ihnen verstaerkte keramikmaterialien und verfahren zu deren herstellung | |
| DE2356921C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Siliciumnitrid-Körpern durch Reaktionssintern von Siliciumpulver in Stickstoffatmosphäre und anschließendes Drucksintern | |
| EP0331877B1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus hochtemperaturfesten Werkstoffen | |
| DE2751851A1 (de) | Sinterfaehiges pulver aus siliciumcarbid-pulver, sinterkeramische produkte aus diesem pulver und verfahren zur herstellung der produkte | |
| DE4013025C2 (de) | Herstellung von Bornitrid-Formkörpern | |
| DE2131792A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffkoerpern | |
| DE3839701C3 (de) | Verfahren zur Herstellung eines homogenen Siliciumnitrid-Sinterkörpers | |
| DE3825955C2 (de) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| OHN | Withdrawal |