DE2621523A1 - Verfahren zur herstellung keramischer formkoerper - Google Patents
Verfahren zur herstellung keramischer formkoerperInfo
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Description
HENKEL, KERN, FEILER&HÄNZEL
BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND
TELEX: 05 29 802 HNKL D F D L) ARD-SCH Ml D-STRASSE "" WECHSELBANKMONCHENNr.318-85111
rFTFFfiN- ill RQi ftfi 11 Q7 «»« οι *" DRESDNER BANK MÜNCHEN 3 914
FELEf-ON. (0 89) 6631 97, 663091 - 92 D-SOOO MÜNCHEN 90 POSTSCHECK: MCNCHFN 162147- MW
TELEGRAMME: FLLlPSOID MÜNCHEN
Tokyo Shibaura Electric
Co., Ltd.
Kawa s aki, Japan
L -J
UNSlR ZEICHEN: Dr. ψ/VXH MfNCHl N. D! N l *'
BFTRIFFT: Verfahren zur Herstellung keramischer Formkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung keramischer Formkörper aus gesinterten keramischen Materialien
hoher Dichte, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung praktisch nicht-poröser keramischer Formkörper
durch Sintern keramischer Materialien bei hoher Temperatur und unter gleichmäßigem Druck unter Verwendung eines
als Druckübertragungsmedium wirkenden Pulvers.
Der Bedarf nach praktisch nicht-porösen keramischen Formkörpern der gewünschten Gestalt, beispielsweise nach solchen
einer nahezu theoretischen Dichte, wächst immer mehr. Derartige keramische Formkörper werden als hohen
Temperaturen ausgesetzte Bauteile der verschiedensten Vorrichtungen zum Einsatz gebracht. Aus der japanischen
Patentanmeldung 42 812/72 ist ein Verfahren zur Herstellung solcher keramischer Formkörper bekannt. Bei diesem
Verfahrenvwird ein Pulver als Druckübertragungsmedium verwendet
.
-2-
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In der ersten Stufe des bekannten Verfahrens wird aus einem hitzebeständigen pulverförmigen Material ein Vorformling
hergestellt. Dieser Vorformling besitzt Mikroporen und ist größer als der letztlich gewünschte Formkörper.
Er ist diesem jedoch in der Gestalt ähnlich. Der Vorformling wird dann in eine bestimmte Art eines als
Druckübertragungsmediums wirkenden Pulvers eingebettet. Das zu diesem Zweck verwendete Pulver ist nicht reaktionsfähig
und bei einer Temperatur, bei der der Formling nach Einwirkenlassen eines Drucks in der Größenordnung
von 70 bis 261 kg/cm nahezu seine theoretische Dichte erhält, nicht schmelzbar. Aus Vereinfachungsgründen
wird diese Temperatur im folgenden als "Verdichtungstemperatur" bezeichnet. Aus Bornitrid läßt sich beispielsweise
ein zu diesem Zweck geeignetes Pulver gewinnen.
Auf das druckübertragende Pulver wird in einachsiger Richtung bei einer Temperatur, die beträchtlich unterhalb der
Verdichtungstemperatur liegt, ein Druck ausgeübt. Dann wird die Temperatur nach und nach bis zur Verdichtungstemperatur erhöht. Zusammen mit der schrittweisen Temperaturerhöhung
wird auch der Druck schrittweise erhöht und isostatisch auf den Vorformling übertragen, wobei dieser
gesintert wird. Auf diese ¥eise erhält man nicht-poröse und hochverdichtete Formkörper selbst komplizierter Gestalt.
Aus der genannten japanischen Patentanmeldung sind beispielsweise Vorformlinge aus Siliziumnitridpulver in
Mischung mit einem Zuschlag, wie pulverförmiges Magnesiumoder Aluminiumoxid, bekannt. Diese Formlinge besitzen eine
Porosität von 30 bis 60%. Aus Metallpulver gefertigte Formlinge
besitzen eine Porosität von 10 bis 25?c,
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Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist jedoch, daß Kantenteile
und vorspringende Teile des Vorformlings bei der Drucksinterung deformiert werden, so daß der fertige gesinterte
Formling eine ungenaue Gestalt ocer Form besitzt. Diese Schwierigkeit ist darauf zurückzuführen, daß der
über das Pulver auf die Kanten und vorspringende Teile des Vorformlings übertragene Druck unvermeidlich geringer ist
als der auf die restlichen Teile des Vorformlings ausgeübte Druck.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung hochverdichteter keramischer Formkörper zu
schaffen, bei dessen Durchführung sich die im Rahmen der mit einem Druckübertragungspulver arbeitenden bekannten
Verfahren unvermeidlichen Kanten- und Vorsprungsdeformationen der fertigen Formkörper vermeiden lassen.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung keramischer Formkörper, deren Dichte ihrer theoretischen
Dichte praktisch gleich ist, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man aus einem pulverförmigen keramischen
Material einen hochporösen Vorformling bildet, den erhaltenen Vorformling zur Bildung eines vorgesinterten
Formlings einer Porosität unter 30% erhitzt, den vorgesinterten
Formling in ein Druckübertragungspulver einbettet und auf das Druckübertragungspulver bei Sinterungstemperatur
zum gleichmäßigen Komprimieren des vorgesinterten Formlings und zur Entfernung der in dem Formling enthaltenen
Poren einen Druck ausübt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich keramischen Formkörpern ungeachtet ihrer jeweiligen äußeren Ge-
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stalt (die auch kompliziert sein kann) eine genaue Form
ohne deformierte Kanten und Vorsprünge verleihen läßt,
wenn man einen Vorformling hoher Porosität zur Herstellung
eines vorgesinterten Formlings relativ niedriger Porosität erhitzt und dann den vorgesinterten Formling
unter Verwendung eines DruckUbertragungspulvers bei Sinterungstemperatur unter gleichmäßigem Druck sintert.
In der Tat wird auf dem Gebiet der Pulvermetallurgie vor dem Hauptbrennen manchmal vorgebrannt. Das Vorbrennen
dient jedoch hauptsächlich einer Verbesserung der Be- bzw. Verarbeitbarkeit bzw. der Arbeitsbedingungen. Es bereitet
nämlich Schwierigkeiten, einen nicht vorgebrannten Vorformling zu handhaben oder zu bearbeiten. Anders als
beim Vorbrennen wird bei dem erfindungsgemäß durchgeführten Vorsintern ein Vorformling zur Herstellung eines vorgesinterten
Formlings erniedrigter Porosität erhitzt.
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare keramische Materialien sind Carbide, Oxide und Nitride von ¥, Zr, Si, Al,
Ti, Ta, Nb, B, V, Hf, Mo und/oder Cr. Die betreffenden keramischen Materialien können so lange mit Zuschlagstoffen
vermischt werden, solange deren Menge nicht den erfindungsgemäß angestrebten Erfolg beeinträchtigt. So bereitet
es beispielsweise keinerlei Schwierigkeiten, einem aus Siliziumnitrid bestehenden keramischen Material weniger
als 30 Gew.-% Yttriumverbindungen oder Verbindungen der
Lanthanidenreihe (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Su, Gd, Tb, Dy,
Ho, Er, Tm, Yd, Lu) zuzumischen. Ferner kann das betreffende keramische Material auch mit Spuren Fe, Ca, Mg oder
deren Verbindungen, die im Rohmaterial oder in der umgebenden Atmosphäre enthalten sein können, gemischt werden.
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Erfindungsgemäß wird zunächst aus einem Pulver des betreffenden keramischen Materials ein hochporöser Vorformling
der gewünschten Gestalt geformt. Zu diesem Zweck kann man durch Zugabe von Wasser oder eines Alkohols zu dem pulverförmigen
keramischen Material eine Paste oder Aufschlämmung bilden und diese dann zu einem Vorformling vergießen.
Vorzugsweise werden die Vorformlinge jedoch durch plastische Formvorgänge, insbesondere durch Spritzen, hergestellt,
wobei organische Bindemittel, wie Polyvinylalkohol oder
Polypropylen, mitverwendet werden. Bei plastischen Formvorgängen erhält man Vorformlinge gleichmäßiger Dichte und
gleichmäßiger Mikroporenverteilung. Dies führt dazu, daß man beim folgenden Vorsintern eine gleichmäßigere Kontraktion
erreicht, was wiederum die Formgenauigkeit des letztlich erhaltenen porösen keramischen Formkörpers erhöht.
Unter "hochporös" oder "hohe Porosität" ist zu verstehen, daß die Porosität des Vorformlings im Vergleich zur Porosität
des vorgesinterten Formlinge hoch ist. In der Regel beträgt die Porosität des in der geschilderten Weise hergestellten
Vorformlings 30 bis 70, zweckmäßigerweise 40 bis 50%.
Dann wird der erhaltene Vorformling unter Erhitzen einer Vorsinterung unterworfen, um seine Porosität auf unter 30%
zu erniedrigen. Wenn die Porosität noch über 30% liegt, läßt sich die Deformation des Endprodukts nicht ausreichend
vermeiden. Je nach dem verwendeten keramischen Material können die VorSinterungsbedingungen, z.B. die Temperatur,
Atmosphäre, Erhitzungsdauer und dergleichen, variiert werden. Es dürfte dem Fachmann unter Beachtung einer
Porositätserniedrigung des vorgesinterten Formlinge auf
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09840/1027
unter 30% keine Schwierigkeiten bereiten, die jeweils geeignetsten
Bedingungen zu bestimmen. In der Regel reicht ein Erhitzen auf eine Temperatur von 1600° bis 190O0C für
eine gewisse Zeit lang aus. Beispielsweise wird ein Vorformling
aus Siliziumnitrid in nicht-oxidierender Atmosphäre 10 bis 300 min lang auf eine Temperatur von 1600° bis
18500C erhitzt. Wenn der Vorformling aus Siliziumcarbid
besteht, sollte 10 bis 300 min unter nicht-oxidierender Atmosphäre auf eine Temperatur von 1700° bis 19000C erhitzt
werden. Es dürfte keiner detaillierten Erwähnung bedürfen, daß die optimale Erhitzungsdauer von der Größe des Vorformlings
abhängt. Der in dieser Stufe erhaltene vorgesinterte Formling besitzt in der Regel eine Porosität von
20 bis
Schließlich wird der erhaltene vorgesinterte Formling in ein Druckübertragungspulver eingebettet, worauf auf das
Pulver unter Sintertemperatur ein gegebener Druck einwirken gelassen wird. Unter "Sintertemperatur" ist diejenige
Temperatur zu verstehen, bei der der vorgesinterte Formling so weit gesintert wird, daß er bei Einwirkung eines
gegebenen Drucks eine seiner theoretischen Dichte praktisch äquivalente Dichte erhält. Der auf das Pulver ausgeübte
Druck gelangt gleichmäßig zu dem vorgesinterten Formling und komprimiert diesen, wobei die darin enthaltenen Poren
unter endgültiger Sinterung des Formlings entfernt werden. Hierbei erhält man einen keramischen Formkörper genauer
Gestalt oder Form einer praktisch theoretischen Dichte und hoher mechanischer Festigkeit. Insbesondere besitzt
der erhaltene keramische Formkörper eine Dichte entsprechend 95 bis 1OO?o der theoretischen Dichte, in der Regel
über 99% der theoretischen Dichte.
-7-609848/1021
Die Bedingungen für die abschließende Sinterung hängen ebenfalls von den jeweiligen keramischen Materialien ab.
Auch hier dürfte es dem Fachmann keine Schwierigkeiten bereiten, die jeweils optimalen Bedingungen zu ermitteln.
So wird beispielsweise ein vorgesinterter Formling aus Siliziumnitrid unter nicht-oxidierender Atmosphäre bei
einer Temperatur von 1700° bis 185O0C einem Druck von bis 750 kg/cm ausgesetzt. Bei einem vorgesinterten Formling
aus Siliziumcarbid erfolgt die endgültige Sinterung unter nicht-oxidierender Atmosphäre bei einem Druck von
250 bis 700 kg/cm und bei einer Temperatur von 1800° bis
20000C.
Das druckübertragende Pulver sollte unter den bei der endgültigen Sinterung herrschenden Bedingungen nicht reaktionsfähig
und nicht schmelzbar sein. Zu diesem Zweck geeignete Substanzen sind beispielsweise Bornitrid (BN),
Siliziumcarbid (SiC), Kohlenstoff (C), Aluminiumnitrid (AlN) und dergleichen. Der Fachmann vermag ohne weiteres
die für einen speziellen Fall optimale Substanz auszuwählen.
Wie bereits ausgeführt, wird im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung eine Vorsinterung durchgeführt, die es
ermöglicht, daß der letztlich als Endprodukt erhaltene keramische Formkörper eine nahezu theoretische Dichte aufweist
und nicht deformiert ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich besonders gut zur Herstellung keramischer
Formkörper komplizierter Gestalt. Es sei darauf hingewiesen, daß die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
hergestellten keramischen Formkörper glatte Oberflä-
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chen aufweisen. Somit lassen sich also nach dem Verfahren gemäß der Erfindung insbesondere Formkörper komplizierter
Gestalt, z.B. Turbinenflügel, herstellen.
Ein xireiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung
besteht darin, daß man durch geeignete Wahl des keramischen Materials dem fertigen keramischen Formkörper verbesserte
physikalische oder chemische Eigenschaften, z.B. mechanische Festigkeit und Antioxxdationseigenschaften, verleihen
kann. Nach einem bekannten Verfahren wird ein beispielsweise Yttriumoxid enthaltender gesinterter Formling
aus Siliziumnitrid durch einfaches Heißpressen hergestellt. Das Heißpressen eignet sich sicherlich zur Herstellung
hochverdichteter gesinterter Formlinge, der erhaltene gesinterte Formling enthält jedoch einen großen Anteil an
nicht-kristalliner Base, was zu verschlechterten mechanischen Festigkeitseigenschaften unter hohen Temperaturen
führt. Die erfindungsgemäß herstellbaren keramischen Formkörper verlieren jedoch bei hohen Temperaturen ihre mechanische
Festigkeit nicht. Darüber hinaus besitzt ein erfindungsgemäß hergestellter keramischer Formkörper eine verbesserte
OxidationsStabilität. Diese Vorteile erreicht man in der Regel, wenn das erfindungsgemäß verwendete Ausgangsmaterial
0,05 bis 30, vorzugsweise 0,1 bis 10 Gew.-% mindestens einer Verbindung, bestehend aus den Oxiden von
Yttrium oder Elementen der Lanthanreihe oder aus Verbindungen, die beim Erhitzen in solche Oxide übergehen, und
zum Rest Siliziumnitrid enthält. Dem Roh- oder Ausgangsmaterial kann (können) auch noch 20 G&w.-% oder weniger, vorzugsweise
0,5 bis 10 Gew.-%, Aluminiumoxid zugesetzt werden.
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Die geschilderten Vorteile sind offensichtlich darauf zurückzuführen,
daß beim Erhitzen und Zusammenziehen des Vorformlings im Formling auch eine Kristallisation der
nicht-kristallinen Phase stattfindet, was zu einer Eigenschaftsverbesserung des Formlings führt. Die in dem Formling
gewachsenen Kristalle stammen von Verbindungen in Form von "Siliziumnitrid-Oxiden von Yttrium und/oder Elementen
der Lanthanreihe". Die Kristallisation der nichtkristallinen Phase wird durch die Anwesenheit von Aluminiumnitrid
begünstigt. Zu diesem Zweck kann man Aluminiumnitrid mit dem Vorformling in Berührung gelangen lassen
oder nahe dem Vorformling, jedoch entfernt davon bereitstellen.
Die folgenden Beispiele sollen das erfahren gemäß der Erfindung näher veranschaulichen.
Pulverförmige keramische Materialien der in der folgenden Tabelle I angegebenen Art wurden jeweils zu 50 χ 50 χ 20 mm
großen rechteckigen Parallelepipeden ausgeformt. Diese wurden dann erhitzt, wobei 9 vorgesinterte Formlinge bzw.
vorgesinterte Vergleichsformlinge erhalten wurden. Die erhaltenen Formlinge und Vergleichsformlinge wurden in als
Druckübertragungsmedium dienendes Bornitridpulver eingebettet und unter Hitze- und Druckeinwirkung zu gesinterten
keramischen Formkörpern gesintert. Die folgende Tabelle I enthält Angaben über die in den verschiedensten Verfahrensstufen
eingehaltenen Bedingungen.
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Prüfling
Nr.
Nr.
keramisches Material
(Gew.-?o)
(Gew.-?o)
Porosität Bedingungen bei der Porosität Bedingungen bei
Poro- Kanten
des Vorformlings
Vorsinterung Tempe- Dauer in
ratur min
"" G
des vorgesinter ten Formlinge in %
der endgültigen sität oder Sinterung des Eckende-
Tem- Druckp Dauer erhal- formation pera- kg/cm in min tenen des Protur
Form- dukts
in C lings
CO | 1 Si^NY | 93 | 40 |
O CO |
y2°3 | 5 | 40 |
OO •ό |
Al2O3 | 2 | 40 |
σο | 2 ir | ||
—A | 3 " | 40 | |
O | 4 (Kon | ||
trolle) » | 40 | ||
5 (Kon | |||
trolle) " | 50 | ||
6 SiC | 95 | 50 | |
Al2O3 | 5 | ||
7 „ | 50 | ||
8 (Kon | |||
trolle) " | 50 | ||
9 Si3N4 | 95 | ||
MgO | 5 | ||
1780 1750 1650
1600 1550
1850 1750
1650 1600
150 120 120
120 120
150 150
180 90
10 15 25
30 35
18 28
38
1800 | 500 | 180 | 0,4 | vernach lässigbar |
1800 | 500 | 180 | 0,5 | If |
1800 | 500 | 180 | 1 | gering ν |
1800 | 600 | 180 | 1 | etwas größer |
1800 | 700 | 180 | 1 | groß |
1850 | 500 | 150 | 0,5 | vernach lässigbar |
19ΟΟ | 600 | 120 | 1 | gering |
I9OO 1850 |
700 500 |
150 90 |
1 0,5 |
groß ^ CD K) gering —a cn K> CO |
Pulverförmige Mischungen aus Siliziumnitrid und Yttriumoxid oder Oxiden von Elementen der Lanthanreihe wurden
mit, bezogen auf das Gewicht der Pulvermischung, 26% PoIypropylenplastifizierungsmittel
verknetet. Die jeweilige Knetmasse wurde durch Spritzguß zu einem Turbinenflügel
ausgeformt. Der jeweilige 'Vorformling wurde in eine mit Aluminiumnitridpulver gefüllte Kohlenstofform eingebettet
und unter Stickstoffatmosphäre 30 bis 150 min lang auf
eine Temperatur von 1650° bis 18000C erhitzt. Der jeweils
erhaltene vorgesinterte Formling wurde in als Druckübertragungsmedium dienendes Bornitrid eingebettet und 150 min
lang unter einem gleichmäßigen Druck von 600 kg/cm bei einer Temperatur von 17000C gesintert. Auf diese Weise
wurden 9 Turbinenflügel bzw. Vergleichsturbinenflügel erhalten. Die folgende Tabelle II enthält Angaben über
die bei den einzelnen Verfahrensstufen eingehaltenen Bedingungen.
Prüf- Ausgangsling material
Nr. in Gew.-96
Nr. in Gew.-96
Porosität Porosität des vorge- des gebilsinterten
deten Tur-Formlings binenflüin % gels in %
Deformation an vorstehenden Teilen des erhaltenen Turbinenflügels
Oberflächenrauhheit des erhaltenen Turbinenflügels (R max;
10 | Si3N4 | 93 | 10 |
Y2O3 | 5 | 20 | |
Al2O3 | 2 | 25 | |
11 | η | ||
12 | η | ||
0,5 0,5 1
vernachlässigbar
Il
gering
3 - 5 Ji
4-6
5-7
-12-
60 9848/1027
13 Ver- gl. Prüfl |
Y2O3 .AIpO, |
93 5 2 |
30 |
14 Vergl Prüfl |
1! | 35 | |
15 | Si3N4 | 95 | |
VJl | 25 | ||
16 | Si3N4 | 90 | |
La2O^ | 10 | 25 | |
17 | Si3N4 | 95 | |
VJI | 25 | ||
13 | Si3N4 | 93 | |
Ce2O3 La2O3 |
2 5 |
25 | |
19 | Si3N4 | 95 | |
Y2O | 5 | 25 |
etwas
größer
größer
groß
gering
gering
9 - 12 jx
15 - 20 u 7-10 Ii
7 - 10 jx
8 - 10 Ii
7 - 10 jx 5-7 jx
Die Biegefestigkeit der Prüflinge 10 bis 12 und 15 bis 19 bei einer Temperatur von 12000C betrug 90 kg/mm oder mehr.
Diese Prüflinge wurden auch Antioxidationstests unterworfen, indem sie 500 h lang in einer Atmosphäre einer Temperatur
von 9000C bzw. 300 h lang in einer Atmosphäre einer Temperatur von 12000C liegen gelassen wurden. Die Oxida
tionserhöhung
betrug im ersteren Falle 0,08 bis 0,09
2 2
mg/cm , in letzterem Falle 0,6 bis 0,7 mg/cm , was die gute Oxidationsbeständigkeit der erfindungsgemäß hergestellten
keramischen Formkörper belegt.
Wegen ihrer rauhen Oberflächen besaßen die Prüflinge 13 und 14 eine geringe Biegefestigkeit und schlechtere Antioxidationseigenschaften.
Insbesondere betrugen die Biege-
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festigkeitswerte der Prüflinge 13 und 14 bei einer Temperatur
von 120O0C nur 70 kg/mm2 bzw. 50 kg/mm2. Nach 300-stündigem
Liegenlassen bei einer Temperatur von 12000C waren die Prüflinge 13 und 14 in einer Menge von 0,8 mg/cm
oder mehr oxidiert.
Die Prüflinge 10 bis 19 wurden durch Röntgenstrahlenbeugungsanalyse
auf ihren Kristallisationsgrad hin untersucht. Hierbei zeigte es sich, daß das im Röntgenstrahlenbeugungsbild
in Form einer kristallinen Phase nachgewiesene Verhältnis Y oder Element der Lanthanreihe zur Gesamtmenge
an diesen in das keramische Material eingebetteten Elementen in jedem Falle über 60% lag. Dieser Versuch zeigt,
daß ein erfindungsgemäß hergestellter gesinterter Formling einem nicht erfindungsgemäß hergestellten gesinterten Formling
in der mechanischen Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit trotz der in beiden Fällen auftretenden Kristallisation
überlegen ist.
-14-
609848/1027
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung keramischer Formkörper praktisch
theoretischer Dichte, dadurch gekennzeichnet, daß man aus einem pulverförmigen keramischen Material
einen hochporösen Vorformling herstellt, den erhaltenen Vorformling zur Herstellung eines vorgesinterten
Formlings einer Porosität unter 30% erhitzt, den vorgesinterten
Formling in ein Druckübertragungspulver einbettet und auf das Druckübertragungspulver bei Sinterungstemperatur
einen Druck ausübt, um den vorgesinterten Formling gleichmäßig zu komprimieren und die in dem
Formling enthaltenen Poren zu entfernen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem Vorformling einer Porosität von 30 bis
70% ausgeht und diesen zur Herstellung eines vorgesinterten
Formlings einer Porosität von 20 bis 29% erhitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem Vorformling einer Porosität von 40 bis
50% ausgeht.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Vorformling durch einen plastischen Formvorgang
herstellt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Vorformling zur Herstellung des vorgesinterten
Formlings auf eine Temperatur von 1600° bis 19000C erhitzt.
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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem keramischen Material ausgeht, weiches
0,05 "bis 30 Gew.-% mindestens einer Verbindung,
bestehend aus Yttriumoxid oder einem Oxid eines Elements der Lanthanreihe oder einer durch Erhitzen in
solche Oxide überführbaren Verbindung, enthält und zum Rest aus Siliziumnitrid besteht, und den erhaltenen
Vorformling in Gegenwart von Aluminiumnitrid zur Bildung von Kristallen von Siliziumnitrid-Yttriumoxid
und/oder Oxid eines Elements der Lanthanreihe erhitzt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
man von einem keramischen Material ausgeht, das zusätzlich bis zu 20 Gew.-% Aluminiumoxid enthält.
IMSPECTTD
609848/1027
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP50055954A JPS51132207A (en) | 1975-05-14 | 1975-05-14 | Manufacture of high density and high strength sintering articles |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4341874A (en) * | 1977-01-13 | 1982-07-27 | Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. | Si3 N4 Ceramic powder material and method for manufacturing the same |
US4443394A (en) * | 1983-07-19 | 1984-04-17 | Ford Motor Company | Method of making a silicon nitride body from the Y2 O3 /SiO2 3 N4 /Al2 O3 |
US4892848A (en) * | 1985-07-30 | 1990-01-09 | Kyocera Corporation | Silicon nitride sintered body and process for preparation thereof |
EP0441571A2 (de) * | 1990-02-09 | 1991-08-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Sinterkörper aus Siliziumnitrid und Verfahren zu seiner Herstellung |
EP0445771A2 (de) * | 1990-03-07 | 1991-09-11 | Nkk Corporation | Sinterkörper aus Siliciumnitrid mit hoher Zähigkeit |
Families Citing this family (39)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS54107914A (en) * | 1978-02-10 | 1979-08-24 | Tokyo Shibaura Electric Co | Production of high density silicon nitride base sintered body |
JPS5823345B2 (ja) * | 1979-02-22 | 1983-05-14 | 株式会社東芝 | セラミックス焼結体の製造方法 |
DE2945513C2 (de) * | 1979-11-10 | 1987-12-23 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Siliziumkeramik durch Heißisostatpressen |
CA1178066A (en) * | 1980-03-07 | 1984-11-20 | Vinod K. Sarin | Abrasion resistant silicon nitride based articles |
US4356136A (en) * | 1980-08-29 | 1982-10-26 | Ford Motor Company | Method of densifying an article formed of reaction bonded silicon nitride |
DE3141590C2 (de) * | 1980-10-20 | 1985-01-03 | Kobe Steel, Ltd., Kobe, Hyogo | Verfahren zur Herstellung von hochdichtem gesintertem Siliziumnitrid |
US5445776A (en) * | 1980-10-20 | 1995-08-29 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Method for producing high density sintered silicon nitride (Si3 N.sub.4 |
SE426815B (sv) * | 1981-03-10 | 1983-02-14 | Asea Ab | Sett att framstella foremal av keramik |
JPS57209884A (en) * | 1981-06-17 | 1982-12-23 | Kobe Steel Ltd | Manufacture of high strength silicon carbide sintered body |
US4511525A (en) * | 1981-11-26 | 1985-04-16 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Process for producing sintered silicon nitride-base body |
SE460461B (sv) * | 1983-02-23 | 1989-10-16 | Metal Alloys Inc | Foerfarande foer varm isostatisk pressning av en metallisk eller keramisk kropp i en baedd av tryckoeverfoerande partiklar |
GB2142343B (en) * | 1983-06-30 | 1987-06-10 | Japan Metals & Chem Co Ltd | Composite silicon carbide sintered shapes and their manufacture |
WO1985000592A1 (en) * | 1983-07-19 | 1985-02-14 | Ford Motor Company | Method of making an anisotropic silicon nitride comprising object by use of higher density and fully reacted preforms |
US4539175A (en) * | 1983-09-26 | 1985-09-03 | Metal Alloys Inc. | Method of object consolidation employing graphite particulate |
US4587067A (en) * | 1984-07-20 | 1986-05-06 | The Perkin-Elmer Corporation | Method of manufacturing low thermal expansion modified cordierite ceramics |
DE3444407A1 (de) * | 1984-12-05 | 1986-06-05 | Didier-Werke Ag, 6200 Wiesbaden | Keramisches formteil mit gradientenfoermiger porositaet und dessen verwendung zur herstellung von verbundwerkstoff-formteilen |
US4732719A (en) * | 1986-01-03 | 1988-03-22 | Jupiter Technologies, Inc. | Superplastic forging nitride ceramics |
DE3602420A1 (de) * | 1986-01-28 | 1987-07-30 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Stabile schlickergussmasse auf basis von feinteiligen aluminiumnitrid-enthaltenden pulvern |
CA1268488A (en) * | 1986-10-28 | 1990-05-01 | Russell L. Yeckley | Silicon nitride with improved high temperature strength |
US4930731A (en) * | 1987-05-06 | 1990-06-05 | Coors Porcelain Company | Dome and window for missiles and launch tubes with high ultraviolet transmittance |
US5244849A (en) * | 1987-05-06 | 1993-09-14 | Coors Porcelain Company | Method for producing transparent polycrystalline body with high ultraviolet transmittance |
US5001093A (en) * | 1987-05-06 | 1991-03-19 | Coors Porcelain Company | Transparent polycrystalline body with high ultraviolet transmittance |
US4983555A (en) * | 1987-05-06 | 1991-01-08 | Coors Porcelain Company | Application of transparent polycrystalline body with high ultraviolet transmittance |
US4961767A (en) * | 1987-05-20 | 1990-10-09 | Corning Incorporated | Method for producing ultra-high purity, optical quality, glass articles |
US4883776A (en) * | 1988-01-27 | 1989-11-28 | The Dow Chemical Company | Self-reinforced silicon nitride ceramic of high fracture toughness and a method of preparing the same |
US5160508A (en) * | 1988-01-27 | 1992-11-03 | The Dow Chemical Company | Self-reinforced silicon nitride ceramic of high fracture toughness |
US5118645A (en) * | 1988-01-27 | 1992-06-02 | The Dow Chemical Company | Self-reinforced silicon nitride ceramic of high fracture toughness and a method of preparing the same |
US5021372A (en) * | 1988-01-27 | 1991-06-04 | The Dow Chemical Company | Method of preparing a self-reinforced silicon nitride ceramic of high fracture toughness |
US5120328A (en) * | 1988-01-27 | 1992-06-09 | The Dow Chemical Company | Dense, self-reinforced silicon nitride ceramic prepared by pressureless or low pressure gas sintering |
US4919689A (en) * | 1988-01-27 | 1990-04-24 | The Dow Chemical Company | Self-reinforced silicon nitride ceramic of high fracture toughness |
US5082739A (en) * | 1988-04-22 | 1992-01-21 | Coors Porcelain Company | Metallized spinel with high transmittance and process for producing |
DE3824835A1 (de) * | 1988-07-21 | 1990-01-25 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Verfahren zur herstellung von gruenkoerpern durch formgebung von sinterfaehigen keramischen massen auf basis von siliciumnitrid |
JP2755702B2 (ja) * | 1989-07-27 | 1998-05-25 | 株式会社東芝 | 耐摩耗性部材 |
JPH0450174A (ja) * | 1990-06-19 | 1992-02-19 | Nissan Motor Co Ltd | 炭化珪素―サイアロン質複合焼結体の製造方法 |
US5091347A (en) * | 1990-08-15 | 1992-02-25 | The Dow Chemical Company | Self-reinforced silicon nitride ceramic body and a method of preparing the same |
US5312785A (en) * | 1993-05-18 | 1994-05-17 | The Dow Chemical Company | Sintered self-reinforced silicon nitride |
US6652270B1 (en) * | 1998-12-07 | 2003-11-25 | Henkel Loctite Corporation | Constant volume process for managed heat cure of impregnation sealants |
US6610113B1 (en) * | 1999-09-09 | 2003-08-26 | Kennametal Pc Inc. | Process for heat treating ceramics and articles of manufacture made thereby |
EP3093355B1 (de) * | 2015-05-13 | 2018-10-10 | The Swatch Group Research and Development Ltd. | Verfahren zum herstellen einer verbundkomponente einer uhr oder eines schmuckteils und durch solch ein verfahren erhaltene verbundkomponente |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2990602A (en) * | 1959-01-05 | 1961-07-04 | Ronald J Brandmayr | Method of hot-pressing ceramic ferroelectric materials |
FR1450562A (fr) * | 1964-06-01 | 1966-08-26 | Du Pont | Dispersions réfractaires et leur procédé de préparation |
US3455682A (en) | 1967-07-31 | 1969-07-15 | Du Pont | Isostatic hot pressing of refractory bodies |
US3469976A (en) * | 1967-07-31 | 1969-09-30 | Du Pont | Isostatic hot pressing of metal-bonded metal carbide bodies |
US3562371A (en) * | 1968-10-16 | 1971-02-09 | Corning Glass Works | High temperature gas isostatic pressing of crystalline bodies having impermeable surfaces |
GB1340696A (en) * | 1970-07-10 | 1973-12-12 | Lucas Industries Ltd | Method of manufacturing silicon nitride products |
US4041123A (en) * | 1971-04-20 | 1977-08-09 | Westinghouse Electric Corporation | Method of compacting shaped powdered objects |
GB1387415A (en) * | 1971-07-28 | 1975-03-19 | Lucas Industries Ltd | Method of and apparatus for producing a hot pressed component |
JPS523647B2 (de) * | 1972-10-24 | 1977-01-29 | ||
JPS5427812B2 (de) * | 1973-03-20 | 1979-09-12 | ||
JPS5246242B2 (de) * | 1973-07-25 | 1977-11-22 | ||
US4011291A (en) * | 1973-10-23 | 1977-03-08 | Leco Corporation | Apparatus and method of manufacture of articles containing controlled amounts of binder |
US3887411A (en) * | 1973-12-20 | 1975-06-03 | Ford Motor Co | Making a triple density article of silicon nitride |
-
1975
- 1975-05-14 JP JP50055954A patent/JPS51132207A/ja active Pending
-
1976
- 1976-05-13 CA CA252,415A patent/CA1035927A/en not_active Expired
- 1976-05-13 US US05/685,980 patent/US4296065A/en not_active Expired - Lifetime
- 1976-05-14 DE DE2621523A patent/DE2621523C3/de not_active Expired
- 1976-05-14 GB GB19931/76A patent/GB1500108A/en not_active Expired
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4341874A (en) * | 1977-01-13 | 1982-07-27 | Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. | Si3 N4 Ceramic powder material and method for manufacturing the same |
US4443394A (en) * | 1983-07-19 | 1984-04-17 | Ford Motor Company | Method of making a silicon nitride body from the Y2 O3 /SiO2 3 N4 /Al2 O3 |
US4892848A (en) * | 1985-07-30 | 1990-01-09 | Kyocera Corporation | Silicon nitride sintered body and process for preparation thereof |
EP0441571A2 (de) * | 1990-02-09 | 1991-08-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Sinterkörper aus Siliziumnitrid und Verfahren zu seiner Herstellung |
EP0441571A3 (en) * | 1990-02-09 | 1993-02-03 | Ngk Insulators, Ltd. | Silicon nitride sintered body and method of producing the same |
EP0445771A2 (de) * | 1990-03-07 | 1991-09-11 | Nkk Corporation | Sinterkörper aus Siliciumnitrid mit hoher Zähigkeit |
EP0445771A3 (en) * | 1990-03-07 | 1993-02-10 | Nkk Corporation | High toughness silicon nitride sintered body |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1500108A (en) | 1978-02-08 |
CA1035927A (en) | 1978-08-08 |
JPS51132207A (en) | 1976-11-17 |
DE2621523B2 (de) | 1978-01-19 |
DE2621523C3 (de) | 1978-09-21 |
US4296065A (en) | 1981-10-20 |
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