DE2751851A1 - SINTERABLE POWDER MADE FROM SILICON CARBIDE POWDER, SINTER CERAMIC PRODUCTS MADE FROM THIS POWDER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE PRODUCTS - Google Patents
SINTERABLE POWDER MADE FROM SILICON CARBIDE POWDER, SINTER CERAMIC PRODUCTS MADE FROM THIS POWDER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE PRODUCTSInfo
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Description
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PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ Dipl.-Ing. R. KNAUF - Dr-In8., Dipl.-Wirttch.-lng. A. GERBER - Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ PATENT LAWYERS:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ Dipl.-Ing. R. KNAUF - Dr-In 8. , Dipl.-Wirttch.-lng. A. GERBER - Dipl.-Ing. HB COHAUSZ
THE CARBORUNDUM COMPANY
Niagara Falls, New York 14302 (USA)THE CARBORUNDUM COMPANY
Niagara Falls, New York 14302 (USA)
Sinterfähiges Pulver aus Siliciumcarbid-Pulver, sinterkeramische Produkte aus diesem Pulver und Verfahren zur Herstellung der ProdukteSinterable powder made from silicon carbide powder, sintered ceramic Products made from this powder and process for making the products
Die Erfindung betrifft ein sinterfähiges Pulver aus Siliciumcarbid-Pulver, sinterkeramische Produkte aus diesem Pulver und Verfahren zur Herstellung der Produkte.The invention relates to a sinterable powder made of silicon carbide powder, sintered ceramic products made from this powder and process for the manufacture of the products.
Siliciumcarbid, eine kristalline Verbindung des Siliciums mit Kohlenstoff, wird seit langem wegen seiner Härte, Festigkeit sowie ausgezeichneten Beständigkeit gegen Oxydation und Korrosion geschätzt. Siliciumcarbid hat eine niedrige Wärmeausdehnungszahl, gute Wärmeübertragungseigenschaften und eine hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen. In den letzten Jahren sind Verfahren zur Herstellung hochdichter Siliciumcarbid-Körper aus Siliciumcarbid-Pulvern entwickelt worden, zu denen das Binden mit Reaktionsbindemitteln, Aufdampfen chemischer Bindemittel, Heißpressen und druckloses Sintern (Formen des Körpers und nachfolgendes Sintern) gehören. Beispiele dieser Verfahren sind in den USA-Patentschriften 3 853 566, 3 852 099, 3 954 483 und 3 960 577 beschrieben. Die auf diese Weise erhaltenen Siliciumcarbid-Körper sind ein ausgezeichnetes technisches Halbzeug und finden zur Herstellung von Bauteilen für Turbinen, Wärmeaustauscher, Pumpen und anderen Ausrüstungen sowie von Werkzeugen Anwendung, die einer starken Verschleißbeanspruchung und/oder hohenSilicon carbide, a crystalline compound of silicon with carbon, has long been valued for its hardness, strength and excellent resistance to oxidation and corrosion. Silicon carbide has a low coefficient of thermal expansion, good heat transfer properties and high strength at high temperatures. In recent years, methods of making high density silicon carbide bodies from silicon carbide powders have been developed which include binding with reaction binders, vapor deposition of chemical binders, hot pressing and pressureless sintering (molding of the body and subsequent sintering). Examples of these methods are in U.S. Patents 3,853,566, 3,852,099, 3,954,483 and 3,960,577. The silicon carbide bodies obtained in this way are excellent technical semi-finished products and are used to manufacture components for turbines, heat exchangers, pumps and other equipment as well as tools, those subject to heavy wear and / or high stress
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- 4 Temperaturen ausgesetzt sind.- 4 exposed to temperatures.
Zur Herstellung von keramischen Siliciumcarbid-Produkten mit hoher Dichte und hoher Festigkeit sind schon verschiedene Zusätze verwendet worden. Beispielsweise wird von Alliegreund Mitarbeitern [J. Ceram. Soc, Bd. 39 (1965), Nr. 11, S. 386-389] ein Verfahren zum Heißpressen von Siliciumcarbid auf Dichten der Größenordnung von 98% der theoretischen Dichte beschrieben, bei dem Aluminium und Eisen als Verdichtungshilfsmittel verwendet werden. Sie fanden, daß ein dichtes Siliciumcarbid aus einem Pulver hergestellt werden kann, daß 1 Gew.-% Aluminium enthielt. Ihr Produkt hatte einen Bruchmodul von 345 MPa bei Raumtemperatur und einen solchen von 447 MPa bei 1371 0C. Ein neuerer Fortschritt besteht in der Verwendung von Bor als Verdichtungszusatz, in der Regel in einer Menge von 0,3 bis 3 Gew.-% des Pulvers. Das Bor kann als elementares Bor oder in Form von Borverbindungen, wie Borcarbid, zugesetzt werden. Beispiele von Siliciumcarbid-Pulvern, die Bor enthalten, sind in den USA-Patentschriften 3 852 099, 3 954 483 und 3 968 194 beschrieben.Various additives have been used to make high density, high strength ceramic silicon carbide products. For example, Alliegreund coworkers [J. Ceram. Soc, Vol. 39 (1965), No. 11, pp. 386-389] describes a method for hot pressing silicon carbide to densities of the order of 98% of the theoretical density, in which aluminum and iron are used as densification aids. They found that a dense silicon carbide can be made from a powder containing 1% by weight of aluminum. Your product had a modulus of rupture of 345 MPa at room temperature and 447 MPa at 1371 ° C. A recent advance has been the use of boron as a densification additive, usually in an amount of 0.3 to 3% by weight of the Powder. The boron can be added as elemental boron or in the form of boron compounds such as boron carbide. Examples of silicon carbide powders containing boron are described in U.S. Patents 3,852,099, 3,954,483, and 3,968,194.
Es wurde nun festgestellt, daß bei der Herstellung von gesinterten Siliciumcarbid-Produkten Beryllium als Verdichtungshilfsmittel verwendet werden kann. Beryllium/in einer Menge von 0,03 bis 3,0 Gew.-%, besser in einer Menge von 0,1 bis 1,0 Gew.-% des Pulvers ein außerordentlich wirksamer Zusatz zur Verdichtung von Sinterprodukten aus Siliciumcarbid-Pulver. Das Beryllium kann allein oder zusammen mit anderen Verdichtungshilfsmitteln, wie Bor, verwendet werden. Man kann also auch Gemische von Beryllium und Bor oder anderen Hilfsmitteln verwenden. In der Regel beträgt der Anteil dieser Hilfsmittel 0,03 bis 3,0 Gew.-% des Siliciumcarbid-Pulvers.It has now been found that in the manufacture of sintered Silicon carbide products Beryllium is used as a densification aid can be. Beryllium / in an amount of 0.03 to 3.0% by weight, more preferably in an amount of 0.1 to 1.0% by weight of the powder an extremely good Effective additive for compacting sintered products made from silicon carbide powder. The beryllium can be used alone or together with other densification aids such as boron can be used. So you can also use mixtures of beryllium and boron or other auxiliaries use. As a rule, the proportion of these auxiliaries is 0.03 to 3.0% by weight of the silicon carbide powder.
Das als Ausgangsmaterial verwendete Siliciumcarbid-Pulver, das 0,5 bis 5,0 Gew.-% überschüssigen Kohlenstoff enthält, wird mit feinverteiltem Beryllium oder einer feinverteilten berylliumhaltigen Verbindung gemischt. Die Teilchengröße der beiden Komponenten soll vorzugsweise kleiner als 5 um, am besten kleiner als 2 um sein. Eine außerordentlich gute Verteilung wird erzielt, wenn die Teilchen der Komponenten kleiner als 1,0 um sind. Um eine Verdichtung zu erhalten,The silicon carbide powder used as the starting material, which is 0.5 contains up to 5.0% by weight of excess carbon, finely divided beryllium or a finely divided beryllium-containing compound is used mixed. The particle size of the two components should preferably be less than 5 μm, most preferably less than 2 μm. One extremely good distribution is achieved when the particles of the components are smaller than 1.0 µm. To get a compression,
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muß das Beryllium oder der berylliumhaltige Zusatz in einer solchen Menge verwendet werden, daß das Pulver zwischen 0,03 und 3,0 Gew.-% Beryllium enthält. Weniger als 0,03 Gew.-Z Beryllium, so wurde festgestellt, erhöhen die Dichte des Sinterproduktes nicht wesentlich. Mehr als 3,0 Gew.-Z Beryllium ergeben kaum noch eine zusätzliche Verdichtung und führen leicht zu übermäßigem Kornwachstum und zu einem Festigkeitsverlust bei dem Sinterprodukt.must be the beryllium or the beryllium-containing additive in such Amount used so that the powder is between 0.03 and 3.0 wt .-% Contains beryllium. Less than 0.03 wt% beryllium has been found not to significantly increase the density of the sintered product. More than 3.0% by weight of beryllium hardly results in additional compression and easily leads to excessive grain growth and to a Loss of strength in the sintered product.
Für die meisten Anwendungen ist ein Schüttgewicht von mindestens 75% des theoretischen Schüttgewichts erforderlich, und oft wird ein Schüttgewicht von mindestens 85% des theoretischen Schüttgewichts verlangt. Die Erfindung ergibt heißgepreßte oder gesinterte Produkte mit einer Dichte von 85% der theoretischen Dichte.For most applications, a bulk density of at least 75% of the theoretical bulk density is required, and often a Bulk weight of at least 85% of the theoretical bulk weight required. The invention provides hot pressed or sintered products with a density of 85% of the theoretical density.
Der Berylliumzusatz kann allein oder in Mischung mit anderen Verdichtungshilfsmitteln verwendet werden, von denen Bor am gebräuchlichsten ist. In solchen Mischungen kann das Beryllium das Bor ganz oder teilweise ersetzen. Im allgemeinen enthalten sinterfertige Mischungen dieser Art insgesamt 0,03 bis 3,0 Gew.-% Verdichtungshilfsmittel.The beryllium additive can be used alone or in admixture with other densification aids, the most common of which are boron is. In such mixtures, the beryllium can completely or partially replace the boron. Generally they contain ready-to-sinter mixtures of this type a total of 0.03 to 3.0% by weight of compaction aid.
Das als Ausgangsmaterial verwendete Siliciumcarbid ist vorzugsweise ein sehr feines Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von über 8,0 m2/g, das 0,5 bis 5,0 Gew.-% überschüssigen Kohlenstoff enthält. Allgemein haben sich Pulver mit spezifischen Oberflächen zwischen 5 und 20 m2/g als außerordentlich brauchbar erwiesen. Der überschüssige Kohlenstoff kann beispielsweise im Verlauf des Herstellungsprozesses, durch nachträglichen Zusatz von Kohlenstoff oder eines kohlenstoffhaltigen Materials oder als Bindemittel vor dem Sintern eingeführt werden.The silicon carbide used as the starting material is preferably a very fine powder with a specific surface area of over 8.0 m 2 / g and containing 0.5 to 5.0% by weight of excess carbon. In general, powders with specific surface areas between 5 and 20 m 2 / g have proven to be extremely useful. The excess carbon can be introduced, for example, in the course of the manufacturing process, by the subsequent addition of carbon or a carbon-containing material or as a binder before sintering.
Das als Ausgangsmaterial verwendete Beryllium oder der als Ausgangsmaterial verwendete berylliumhaltige Zusatz sollte im allgemeinen eine Korngröße von weniger als 50 um, besser eine solche von weniger als 10 pm haben. Als besonders zweckmäßig hat sich eine Korngröße von weniger als 5 um erwiesen, und zur Erleichterung einer gleichmäßigen Verteilung des Berylliums oder des berylliumhaltigen Zusatzes in dem Siliciumcarbid-Pulver zwecks Erzielung einer homogenen MischungThe beryllium used as the starting material or the beryllium-containing additive used as the starting material should in general have a grain size of less than 50 μm, better one of less than 10 μm. A grain size has proven to be particularly useful of less than 5 µm and to facilitate even distribution of the beryllium or beryllium-containing additive in the silicon carbide powder to achieve a homogeneous mixture
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- 6 ist eine Teilchengröße von weniger als 1,0 pm am besten.- 6 a particle size of less than 1.0 µm is best.
Andere Zusätze können verwendet werden, sind aber zur Förderung der Verdichtung bei dem Sinterprozeß nicht notwendig. Das Sintern wird am besten in einer Inertgas-Atmosphäre ausgeführt; Argon oder Helium sind als Inertgase besonders geeignet. Eine reduzierende Atmosphäre kann ebenfalls angewendet werden.Other additives can be used, but are to promote the Compaction not necessary in the sintering process. Sintering is best carried out in an inert gas atmosphere; Argon or helium are particularly suitable as inert gases. A reducing atmosphere can also be used.
Das Pulver gemäß der Erfindung kann zum Heißpressen oder drucklosen Sintern verwendet werden. Beim Heißpressen beispielsweise wird ein Siliciumcarbid-Pulver, das 0,5 bis 5,0 Gew.- % überschüssigen Kohlenstoff enthält, mit einer solchen Menge Beryllium oder eines berylliumhaltigen Zusatzes vermischt, daß das Gemisch insgesamt zwischen 0,03 und 3,0 Gew.-% Beryllium enthält. Das Gemisch wird sodann in ein Heißpreßwerkzeug gefüllt und unter einem Druck zwischen 70 und 700 bar so lange auf eine Temperatur zwischen 1900 und 2200 0C erhitzt, bis sich ein Siliciumcarbid-Produkt mit einer Dichte von über 75% der theoretischen Dichte gebildet hat. Insbesondere kann ein Siliciumcarbid-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von 11 m2/g, das etwa 2,0 Gew.-% überschüssigen Kohlenstoff enthält, mit 0,1 bis 1,0 Gew.-% Beryllium — zweckmäßigerweise in Form von Berylliumcarbid (Be2C) — vermischt, das Gemisch in ein Preßwerkzeug aus Graphit gefüllt und unter einem Druck von etwa 350 bar auf etwa 2000 0C erhitzt werden. Das so erhaltene Siliciumcarbid-Produkt hat eine Dichte von über 85% der theoretischen Dichte und kann im Formzustand verwendet oder durch spanende Bearbeitung in einen Körper komplizierterer Gestalt übergeführt werden.The powder according to the invention can be used for hot pressing or pressureless sintering. In hot pressing, for example, a silicon carbide powder containing 0.5 to 5.0% by weight of excess carbon is mixed with such an amount of beryllium or an additive containing beryllium that the mixture is between 0.03 and 3.0% by weight in total. -% contains beryllium. The mixture is then filled in a Heißpreßwerkzeug and heated under a pressure between 70 and 700 bar as long as at a temperature from 1900 to 2200 0 C, until a silicon carbide product is formed with a density of more than 75% of the theoretical density. In particular, a silicon carbide powder with a specific surface area of 11 m 2 / g, which contains about 2.0% by weight of excess carbon, with 0.1 to 1.0% by weight of beryllium - expediently in the form of beryllium carbide ( Be 2 C) - mixed, the mixture is filled into a graphite pressing tool and heated to about 2000 ° C. under a pressure of about 350 bar. The silicon carbide product thus obtained has a density of more than 85% of the theoretical density and can be used in the as-molded state or converted into a body of more complex shape by machining.
Beim drucklosen Sintern wird ein Siliciumcarbid-Pulver, das 0,5 bis 5,0 Gew.-% überschüssigen Kohlenstoff enthält, mit Beryllium oder einem berylliumhaltigen Zusatz in einer solchen Menge zu einer homogenen Mischung vermischt, daß diese 0,03 bis 3,0 Gew.-% Beryllium enthält. Das Gemisch wird dann zu einem Rohling geformt. Geeignete Zusätze zur Verbesserung des Fließvermögens des Pulvers und zum Binden der Teilchen können dem Ausgangsgemisch zugesetzt werden. Der Rohling wird in einer reduzierenden Atmosphäre so lange auf eine Temperatur zwischen 1950 und 2300 0C erhitzt, bis sich ein Silicium-In the case of pressureless sintering, a silicon carbide powder which contains 0.5 to 5.0% by weight of excess carbon is mixed with beryllium or an additive containing beryllium in such an amount to form a homogeneous mixture that this is 0.03 to 3.0 Contains wt .-% beryllium. The mixture is then shaped into a blank. Suitable additives for improving the flowability of the powder and for binding the particles can be added to the starting mixture. The blank is heated in a reducing atmosphere to a temperature between 1950 and 2300 0 C until a silicon
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carbid-Produkt mit einer Dichte von über 75% der theoretischen Dichte gebildet hat. Insbesondere kann ein Siliciumcarbid-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von 11 m2/g, das etwa 2,0 Gew.-% überschüssigen Kohlenstoff enthält, mit 0,03 bis 1,0 Gew.-% Beryllium — zweckmäßiger Weise in Form von Berylliumcarbid (Be2C) oder in elementarer Form — vermischt werden. Das erhaltene Gemisch kann auf eine Dichte von etwa 1,76 g/cm3 gepreßt werden. Zusätze zur Verbesserung des Fließvermögens des Pulvers und zur Verbesserung der Grünfestigkeit des gepreßten Rohlings können verwendet werden. Der Rohling aus dem gepreßten Pulver wird dann etwa 30 Minuten bei 2100 0C gesintert, am besten in einer Inertgas-Atmosphäre. Nach dem Abkühlen hat das gesinterte Produkt typischerweise eine Dichte von üner 85% der theoretischen Dichte.carbide product with a density greater than 75% of the theoretical density. In particular, a silicon carbide powder with a specific surface area of 11 m 2 / g, which contains about 2.0% by weight of excess carbon, with 0.03 to 1.0% by weight of beryllium - advantageously in the form of beryllium carbide (Be 2 C) or in elemental form - be mixed. The resulting mixture can be pressed to a density of about 1.76 g / cm 3. Additives to improve the flowability of the powder and to improve the green strength of the pressed blank can be used. The blank made from the pressed powder is then sintered for about 30 minutes at 2100 ° C., preferably in an inert gas atmosphere. After cooling, the sintered product typically has a density of less than 85% of the theoretical density.
An Hand folgender Beispiele wird die Erfindung näher veranschaulicht.The invention is illustrated in more detail with the aid of the following examples.
BEISPIEL 1 HeißpressenEXAMPLE 1 Hot pressing
Ein Siliciumcarbid-Pulver mit folgenden Eigenschaften wurde als Ausgangsmaterial verwendet. Das Siliciumcarbid-Pulver hatte eine spezifische Oberfläche von über 8,0 m2/g und folgende Zusammensetzung:A silicon carbide powder having the following properties was used as a raw material. The silicon carbide powder had a specific surface area of over 8.0 m 2 / g and the following composition:
97,5 g dieses Pulvers wurden mit 4,8 g eines Phenolharzes (Resin Nr. 8121 der Varcum Chemical Company) und 0,5 g Berylliummetall-Pulver einer Feinheit von -325 Maschen (-0,044 mm Korngröße) gemischt. Das Phenolharz zersetzt sich beim Erhitzen auf Heißpreß-97.5 grams of this powder was mixed with 4.8 grams of a phenolic resin (Resin No. 8121 from Varcum Chemical Company) and 0.5 grams of metal beryllium powder a fineness of -325 meshes (-0.044 mm grain size). The phenolic resin decomposes when heated on hot press
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temperatur und hinterläßt einen Kohlerückstand. Die Komponenten wurden in einem geschlossenen Raum gemischt, und aus dem Gemisch wurde mit einem Druck von etwa 350 bar ein Rohling gepreßt. Dieser Rohling eignete sich zum Heißpressen nach bekannten Verfahren, nämlich Erhitzen von etwa 2000 0C unter einem Druck von etwa 280 bar. Die erforderliche Zeit bis zum Erreichen der Enddichte betrug etwa 30 Minuten. Nach dem Verdichten wurde der Druch verringert und die Temperatur absinken gelassen. Bei den nach diesem Verfahren hergestellten Produkten kann mit einer Schüttdichte von über 2,88 g/cm3 (etwa 90% der theoretischen Dichte) gerechnet werden.temperature and leaves a coal residue. The components were mixed in a closed space, and a blank was pressed from the mixture at a pressure of about 350 bar. This blank was suitable for hot pressing according to known methods, namely heating of about 2000 ° C. under a pressure of about 280 bar. The time required to reach the final density was about 30 minutes. After compaction, the pressure was decreased and the temperature allowed to drop. In the case of the products produced by this process, a bulk density of over 2.88 g / cm 3 (about 90% of the theoretical density) can be expected.
BEISPIEL 2
Druckloses Sintern EXAMPLE 2
Pressureless sintering
49,75 g eines Siliciumcarbid-Pulvers mit den im Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften, das etwa 2 Gew.-% Kohlenstoff in Form eines Phenolharzes (Resin 8121 der Varcum Chemical Company) enthielt, wurde mit 0,25 g Berylliummetall-Pulver einer Feinheit von -325 Maschen (-0,044 mm Korngröße) gemischt. Dem Gemisch wurde zur Erhöhung der Grünfestigkeit des daraus geformten Rohlings 3 Gew.-% Polyvinylalkohol als Bindemittel zugesetzt. Das Mischen wurde in einem geschlossenen Raum vorgenommen, und zur Erzielung einer guten Verteilung des Zusatzes in dem Pulver wurde eine Naßmischtechnik angewendet. Das Gemisch wurde in einer Mischung aus 80 Vol.-% Methanol und 20 Vol.-% Wasser aufgeschlämmt. Nach gründlichem Mischen wurde die Aufschlämmung zur Trockene gedampft und das erhaltene Pulvergemisch mit einem Druck von etwa 840 bar zu Pellets von 28,5 mm Durchmesser mit einem Gewicht von je etwa 10 g gepreßt. Die Preßlinge wurden in einem Widerstandsofen mit Graphit-Heizelementen allmählich erhitzt, bis die flüchtigen Bestandteile ausgetrieben waren; dann wurde die Temperatur rasch auf etwa 2100 0C erhöht und 30 Minuten beibehalten.49.75 g of a silicon carbide powder with the properties described in Example 1 and containing about 2% by weight of carbon in the form of a phenolic resin (Resin 8121 from Varcum Chemical Company) was mixed with 0.25 g of beryllium metal powder with a fineness of -325 meshes (-0.044 mm grain size) mixed. To increase the green strength of the blank formed therefrom, 3% by weight of polyvinyl alcohol was added as a binder to the mixture. Mixing was done in an enclosed space and a wet mix technique was used to achieve good distribution of the additive in the powder. The mixture was slurried in a mixture of 80% by volume of methanol and 20% by volume of water. After thorough mixing, the slurry was evaporated to dryness and the powder mixture obtained was pressed at a pressure of about 840 bar into pellets 28.5 mm in diameter and each weighing about 10 g. The compacts were gradually heated in a resistance furnace with graphite heating elements until the volatiles were driven off; then the temperature was increased rapidly to about 2100 ° C. and maintained for 30 minutes.
Ein typisches Aufheizschema ist folgendes:A typical heating scheme is as follows:
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Von Raumtemperatur auf 150 0C 30 Minuten,From room temperature to 150 ° C. for 30 minutes,
von 150 0C auf 400 0C 120 Minuten,from 150 0 C to 400 0 C 120 minutes,
von 400 0C auf 800 0C 60 Minuten,from 400 0 C to 800 0 C 60 minutes,
von 800 0C auf 2100 0C 180 Minuten.from 800 ° C. to 2100 ° C. 180 minutes.
Nach dem Sintern wurde der Strom abgeschaltet und das Sinterprodukt im Ofen abkühlen gelassen. Der gesamte Sinterprozeß wurde unter einer Argon-Atmosphäre ausgeführt. Die erhaltenen Preßlinge hatten ein Schüttgewicht von über 2,75 g/cm3 (über 85% der theoretischen Dichte).After the sintering, the power was turned off and the sintered product was allowed to cool in the oven. The entire sintering process was carried out under an argon atmosphere. The compacts obtained had a bulk density of over 2.75 g / cm 3 (over 85% of the theoretical density).
BEISPIEL 3 Gemische mit ZusätzenEXAMPLE 3 Mixtures with additives
Ein typisches Siliciumcarbid-Pulver, das etwa 2 Gew.-% überschüssigen Kohlenstoff in Form des Phenolharzes des Beispiels 1 enthielt, wurde mit Borcarbid und Berylliumcarbid in solchen Mengen vermischt, daß ein Pulveransatz von 30 g 0,1 Gew.-% Bor und 0,1 Gew.-% Beryllium enthielt. Sowohl das Borcarbid- als auch das Berylliumcarbid-Pulver hatten eine Teilchengröße von unter 10 um. Zur Verbesserung der Grünfestigkeit der aus dem Pulver hergestellten Preßlinge wurden dem Gemisch 5% eines Bindemittels zugesetzt, das Polyvinylalkohol und einen Weichmacher enthielt. Das Pulvergemisch wurde nach dem Verfahren des Beispiels 2 hergestellt.A typical silicon carbide powder that is about 2% by weight excess Containing carbon in the form of the phenolic resin of Example 1 was mixed with boron carbide and beryllium carbide in such amounts that that a powder batch of 30 g 0.1 wt .-% boron and 0.1 wt .-% beryllium contained. Both the boron carbide and beryllium carbide powders had a particle size of less than 10 µm. To improve the green strength the compacts produced from the powder were added to the mixture 5% of a binder, the polyvinyl alcohol and contained a plasticizer. The powder mixture was prepared according to the procedure of Example 2.
Das Pulver wurde mit einem Druck von etwa 1120 bar zu Pellets von 12,5 mm Durchmesser mit einem Gewicht von je etwa 0,75 g verpreßt. Zwei Pellets wurden in einen kleinen Tiegel, der aus demselben Pulvergemisch wie die Pellets hergestellt worden war, gegeben; dann wurde der Tiegel verschlossen, und Tiegel mit Pellets wurden etwa 30 Minuten in einer Inertgas-Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 2150 0C gesintert. Die Pellets, die vor dem Sintern eine Dichte von 1,71 g/cm3 (53% der theoretischen Dichte) hatten, hatten nach dem Sintern ein Schüttgewicht von 2,98 g/cm3 (93% der Theorie).The powder was pressed at a pressure of about 1120 bar to give pellets 12.5 mm in diameter and each weighing about 0.75 g. Two pellets were placed in a small crucible made from the same powder mixture as the pellets; then the crucible was closed, and crucible with pellets were sintered at a temperature of about 2150 0 C for about 30 minutes in an inert gas atmosphere. The pellets, which before sintering had a density of 1.71 g / cm 3 (53% of the theoretical density), had a bulk density of 2.98 g / cm 3 (93% of theory) after sintering.
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- 10 BEISPIEL 4- 10 EXAMPLE 4
Gemische mit ZusätzenMixtures with additives
Nach dem Verfahren des Beispiels 3 wurde ein Pulvergemisch hergestellt, dem Berylliumcarbid in einer solchen Menge zugesetzt worden war, daß das Pulvergemisch 0,33 Gew.-% Beryllium enthielt. Alle anderen Bestandteile waren die gleichen wie bei dem Verfahren des Beispiels 3. Aus dem Gemisch wurden Pellets von 12,5 mm Durchmesser mit einem Gewicht von je etwa 0,75 g gepreßt und in einen Tiegel eingeschlossen, der aus einem Pulver der gleichen Zusammensetzung wie die Pellets hergestellt worden war. Tiegel und Pellets wurden etwa 30 Minuten in einer Inertgas-Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 2150 0C gesintert. Vor dem Sintern hatte die Dichte der Preßlinge im Mittel 1,70 g/cm3 (53% der Theorie) betragen; nach dem Sintern hatten die Preßlinge eine mittlere Dichte von 3,02 g/cm3 (94,1% der Theorie).A powder mixture to which beryllium carbide had been added in such an amount that the powder mixture contained 0.33% by weight of beryllium was prepared by following the procedure of Example 3. All other ingredients were the same as in the procedure of Example 3. The mixture was pressed into pellets 12.5 mm in diameter, each weighing about 0.75 g, and enclosed in a crucible made from a powder of the same composition as the pellets had been made. Crucible, and pellets were sintered at a temperature of about 2150 0 C for about 30 minutes in an inert gas atmosphere. Before sintering, the density of the compacts averaged 1.70 g / cm 3 (53% of theory); after sintering, the compacts had an average density of 3.02 g / cm 3 (94.1% of theory).
BEISPIEL 5
Gemische mit Zusätzen EXAMPLE 5
Mixtures with additives
Nach dem Verfahren des Beispiels 3 wurde ein Pulvergemisch aus SiIiciumcarbid-Pulver mit etwa 2 Gew.-% überschüssigem Kohlenstoff hergestellt, dem Borcarbid und Berylliumcarbid in solchen Mengen zugesetzt wurde, daß das Pulvergemisch 0,2 Gew.-% Bor und 0,03 Gew.-% Beryllium enthielt. Dieses Gemisch bestand aus 0,08 g Borcarbid einer Feinheit von -325 Maschen (-0,044 mm Korngröße), 0,02 g Berylliumcarbid einer Feinheit von -325 Maschen (-0,044 mm Korngröße) und 29,90 g Siliciumcarbid-Pulver mit den im Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften, das 2 Gew.-% überschüssigen Kohlenstoff in Form eines Phenolharzes enthielt, und wurde durch Naßmischen der Komponenten unter Zugabe von 5 Gew.-% eines Bindemittels hergestellt, das Polyvinylalkohol und Weichmacher enthielt. Nach dem Trocknen wurde das Pulver mit einem Druck von 1120 bar zu Pellets von etwa 12,5 mm Durchmesser mit einem Gewicht von je etwa 0,75 g gepreßt. Zwei auf diese Weise hergestellte Probekörper wurden in einen Tiegel gegeben,Following the procedure of Example 3, a powder mixture of silicon carbide powder was obtained made with about 2 wt .-% excess carbon, added to the boron carbide and beryllium carbide in such amounts was found that the powder mixture contained 0.2 wt% boron and 0.03 wt% beryllium. This mixture consisted of 0.08 grams of boron carbide Fineness of -325 meshes (-0.044 mm grain size), 0.02 g beryllium carbide with a fineness of -325 meshes (-0.044 mm grain size) and 29.90 g silicon carbide powder with the properties described in Example 1, containing 2% by weight of excess carbon in the form of a phenolic resin, and was obtained by wet mixing the components produced with the addition of 5 wt .-% of a binder containing polyvinyl alcohol and plasticizer. After drying, that became Powder pressed at a pressure of 1120 bar into pellets about 12.5 mm in diameter, each weighing about 0.75 g. Two on test specimens produced in this way were placed in a crucible,
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der aus einem Pulver der gleichen Zusammensetzung wie die Probekörper hergestellt war. Der Tiegel wurde bedeckt, und Tiegel mit Probekörpern wurden 30 Minuten in einer Inertgas-Atmosphäre bei etwa 2150 0C gesintert. Die Probekörper, die vor dem Sintern eine Dichte von etwa 1,72 g/cm3 (54% der Theorie) hatten, hatten nach dem Sintern ein Schiittgewicht von etwa 3,15 g/cm3 (98% der Theorie).which was made from a powder of the same composition as the test specimens. The crucible was covered, and the crucible with sample bodies were sintered at about 2150 0 C for 30 minutes in an inert gas atmosphere. The test specimens, which before sintering had a density of about 1.72 g / cm 3 (54% of theory), had a layer weight of about 3.15 g / cm 3 (98% of theory) after sintering.
BEISPIEL 6 VergleichsversuchEXAMPLE 6 Comparative experiment
50 g eines Siliciumcarbid-Pulvers mit den in Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften, das etwa 2 Gew.-% überschüssigen Kohlenstoff in Form eines Phenolharzes (Resin 8121 der Varcum Chemical Company) enthielt, wurde nach dem Verfahren des Beispiels 2 ohne Zusatz von Berylliumpulver gesintert. Die erhaltenen gesinterten Preßlinge hatten ein Schüttgewicht von weniger als 2,25 g/cm3 (70% der Theorie).50 g of a silicon carbide powder having the properties described in Example 1 and containing about 2% by weight of excess carbon in the form of a phenolic resin (Resin 8121 from Varcum Chemical Company) was sintered by the method of Example 2 without the addition of beryllium powder. The sintered compacts obtained had a bulk density of less than 2.25 g / cm 3 (70% of theory).
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Claims (6)
dem Pulvergemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer homogenen Mischung des Pulvers ein Formkörper hergestellt, dieser in
einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur zwischen 1950 und
2300 0C gesintert und auf dieser Temperatur bis zur Bildung eines Formkörpers mit einer Dichte von über 85% der theoretischen Dichte gehalten wird.6. Process for the production of a silicon carbide molded body from
the powder mixture according to one of claims 1 to 3, characterized in that a molded body is produced from a homogeneous mixture of the powder, this in
an inert gas atmosphere at a temperature between 1950 and
2300 0 C and is sintered at this temperature until the formation of a shaped body with a density of over 85% of the theoretical density.
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