DE2801474C2 - Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen keramischen Materials aus Si↓3↓ N↓4↓, Al↓2↓ O↓3↓ und Y↓2↓ O↓3↓ - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen keramischen Materials aus Si↓3↓ N↓4↓, Al↓2↓ O↓3↓ und Y↓2↓ O↓3↓

Info

Publication number
DE2801474C2
DE2801474C2 DE2801474A DE2801474A DE2801474C2 DE 2801474 C2 DE2801474 C2 DE 2801474C2 DE 2801474 A DE2801474 A DE 2801474A DE 2801474 A DE2801474 A DE 2801474A DE 2801474 C2 DE2801474 C2 DE 2801474C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sintered
aluminum
powdery
heated
nitride
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.)
Expired
Application number
DE2801474A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2801474A1 (de
Inventor
Michiyasu Yokohama Komatsu
Tadashi Sagamihara Kanagawa Miyano
Katsutoshi Nishida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP52001949A external-priority patent/JPS6035315B2/ja
Priority claimed from JP52113235A external-priority patent/JPS596836B2/ja
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Publication of DE2801474A1 publication Critical patent/DE2801474A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2801474C2 publication Critical patent/DE2801474C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

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
    • C04B35/58—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/593—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by pressure sintering
    • 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
    • C04B35/58—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines pulverförmlgen keramischen Materials aus Si1N4, AIjOj und YjOj, das zur Herstellung gesinterter keramischer Produkte hoher mechanischer Festigkeit dient.
Weltwelt wurden bereits Untersuchungen an gesintertem Siliciumnitrid, das bei hoher Temperatur eine ausgeprägt hohe mechanische Festigkeit aufweist, durchgeführt. Bei bekannten Verfahren zur Herstellung von SlIiclumnitrid-SlnterkOrpern wird beispielsweise ein mit Magnesiumoxid oder mit Yttrlumoxld gemischtes pulverförmiges Siliciumnitrid helßverpreßt. Nach den bekannten Verfahren lassen sich dichte Sinterkörper aus Siliciumnitrid herstellen. Eine dichtere Bauwelse gewährleistet jedoch bei hoher Temperatur keine hervorragende mechanische Festigkeit. Der Grund dafür Ist, daß ein bloß verfestigter Sinterkörper glasartiges Material enthalt, das zu einer Beeinträchtigung der mechanischen Festigkeit des Sinterkörpers bei hoher Temperatur führt.
Aus der US-PS 38 36 374 war es bekannt, daß der Sauerstoffgehalt die Festigkeit eines Slliciumnltridkörpers beeinflußt und ein zu hoher Gehall an Sauerstoff zusammen mit Zusätzen zu einer Glasphase mit niedrigem Erweichungspunkt führen kann. Es war auch bekannt, daß durch Umwandlung eines Slllclumnltrldltörpers In die ^-Modifikation eine Festlgkeltssielgerung erzielt werden kann (vgl. US-PS 38 35 211; Chemiker-Zeitung 95 Nr. 22 (1971) 932; Ber. Dt. Keram. Ges. 51 Nr. 5 (1974) 127-130].
Aus der US-PS 39 69 125 ist es bekannt, dem Siliciumnitrid Zusatzstoffe wie Aluminiumoxid oder Yttriui.ioxld zuzugeben, die zur Bildung von Slllclumnltrld-Yttriumoxld-Krlstallverblndungen führen können [vgl. Ceramic Bulletin 54 Nr. 9 (1975) 780; J. Am. Ceram. Soc. 58 (1975) 323-326].
Auch mit diesen Maßnahmen lassen sich jedoch Sinterkörper hoher mechanischer Festigkeit hei hohen Temperaturen nicht oder nur nach aufwendigen Verfahren oder unter Verwendung langer Reaktionszeiten herstellen.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein zur Herstellung von Sinterkörpern hoher mechanischer Festigkeit bei hoher Temperatur geeignetes pulverförmiges keramisches Rohmaterial zu schaffen, bei dessen Verwendung die Menge an glasartigem Material Im fertigen Sinterkörper weltestgehend gesenkt werden kann, und das nach einem einfachen und wirtschaftlich arbeitenden Verfahren erhältlich Ist. Diese Aufgabe wird mit dem In Patentanspruch! angegebenen Verfahren gelöst. Anspruch 2 betrifft eine vorteilhafte Wellerbildung dieses Verfahrens.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man die gestellte Aufgabe lösen kann, wenn man cien Sauer-
•»5 stoffgehalt Im pulverförmlgen keramischen Rohmaterial beschrankt. Pulverförmiges Siliciumnitrid enthält verschiedene Arten von Verunreinigungen, d. h. es besteht nicht nur aus Silicium und Stickstoff allein. Beispielswelse setzt sich auf der Oberfläche der Slllclumnltlrld-Pulvertellchcn In der Regel Siliciumdioxid ab. Weiterhin sind In Slllclumnitrld-Pulver als unvermeidliche Verunreinigungen oftmals beispielsweise Elsen und Calcium enthalten. Zahlreiche derartige Verunreinigungen liegen In dem pulverförmlgen keramischen Rohmate-
5" rial in der Regel In einer mit Sauerstoff kombinierten Form νσ.. Die betreffenden Oxide sind vermutlich für das Absinken der mechanischen Festigkeit von Slnierkörpern bei hoher Temperatur verantwortlich.
Aufgrund umfangreicher Untersuchungen hat es sich gezeigt, daß Insbesondere die Menge ar mit den genannten unvermeidlichen Verunreinigungen kombiniertem Sauerstoff Probleme schafft. Es hat sich gezeigt, daß hauptsächlich aus Siliciumnitrid bestehende pulverförmlge keramische Rohmaterialien mit weniger als 2,0 Gew.-% (durch Aktivierungsanalyse ermittelt) an mit den unvermeidlichen Verunreinigungen kombiniertem Sauerstoff einen Sinterkörper mit ausgeprägter meachanlscher Hochtemperatur-Festlgkelt liefern. Zweckmäßigerweise sollte die Menge an mit den unvermeidlichen Verunreinigungen kombiniertem Sauerstoff auf unter 1,0, vorzugsweise auf unter 0,5 Gew.-% gesenkt werden. Weiterhin hat es sich gezeigt, daß man ein pulverförmiges Slllclumnlifld-Rohmaterial der genannten Eigenschaften erhalt, wenn man es auf eine Temperatur you 1550° bis
*o 1900° C, zweckmaßlgerwelsc 1550" bis 1850° C und Insbesondere 1550 bis 1800° C erhitzt.
Bei mit Aluminiumoxid und Yttrlumoxld vermischtem pulverförmlgen Rohslllclumnllrld mit Gehalten an Aluminium bzw. Yttrium (ermittelt nach üblichen Verfahren) von 0,05 bis 2,5 Gew-% bzw. von 0,4 bis 8,0 Gew.-5% haben Versuche gezeigt, daß man dann zu einem Sinterkörper hervorragender Eigenschaften gelangt, wenn der gcwlchlspro/cnlualc Gcsamlgchiill (ermittelt durch Aktivierungsanalyse) an Sauerstoff W„ ilcr folgcn-
' ilen Gleichung mil ilem (icwichlspro/cnluiili-n (ichiill Aluminium W1, tinil nein ^cwkhlspio/cnlualcti Yllrliim-Bohitli W,
28 Ol 474
W„<X+ 1,5 x (W,,, κ
Atomgewicht des SauerslolTs
Atomgewicht des Aluminiums
W, x
Atomgewicht des Sauerstoffs
Atomgewicht des Yttriums
worin X kleiner als oder gleich 2,0 lsi, genügt. Der In der Gleichung enthaltene Wert X sollte zweckmäßigerweise kleiner als 1,0, vorzugsweise 0,5 sein.
Zur Herstellung des gewünschten pulverförmlgen keramischen Rohmaterials aus pulverförmlgem Siliciumnitrid in Mischung mit Aluminiumoxid und Ytirlumoxld wird das 0,1 bis 5 Gew.-% Aluminiumoxid und 0,5 bis 10 Gew.-% Yttriumoxid enthaltende pulverförmige Rohslliciumnltrld auf eine Temperatur von 1550° bis 1900° C, zweckmäßigerweise von 1550° bis 1850° C, vorzugsweise von 1550° bis 1800° C zu erhitzt. Ein Teil des Yttriumoxids oder das gesamte Yttriumoxid liegt der erhitzten Masse In Form einer aus Siliciumnitrid und Yttriumoxid bestehenden kristallinen Verbindung vor. Die Anwesenheit dieser kristallinen Verbindung läßt sich durch Röntgenbeugungsanalyse bestätigen. Für das Wachstum dieser kristallinen Verbindung 1st es ratsam, auf höhere Temperaturen als 1600° C zu erhitzen.
Das pulverfOrmlge keramische Rohmaterial laßt sich In weit kürzerer Zelt erhitzen als dies Im Rahmen bekannter Verfahren möglich 1st, wenn das Erhitzen erflndungsgemäß In Gegenwart eines nlchl-geslnterten Formllngs aus keramischem Material oder eines gesinterten Formllngs aus keramischem Material einer Porosität von mindestens JQ* erfolgt. Gesinterte oder nicht-gesinterte keramische Formlinge können aus Aluminiumnitrid, Bornitrid, Titannitrid, Siliciumnitrid und Aluminiumoxid bestehen. Im Hinblick auf eine Verkürzung der Erhitzungsdauer eignet sich am besten Aluminiumnitrid.
Bei Mitverwendung eines nicht-gesinterten oder gesinterten keramischen Formllngs wird das aus dem erhitzten pulverförmlgen keramischen Rohmaterial entweichende sauerstoffringe Gas entweder sicher in dem Formling absorbiert oder durch diesen nach außen hin abgegeben, wodurch die Desoxidation wirksam unterstützt wird.
Vorzugswelse sollten das pulverförmige keramische Rohmaterial und ein Formling des beschriebenen Typs zum Erhitzen In ein Gefäß aus einem mit der darin befindlichen Masse nicht reaktionsfähigen Material gefüllt werden. Zweckmäßigerwelse sollte das Gefäß aus Aluminiumnitrid bestehen. Das Erhitzen erfolgt In einer nlcht-oxldlerenden Atmosphäre, z. B. unter gasförmigem Stickstoff oder unter einem sonstigen Inertgas.
Einen nicht-gesinterten keramischen Formling zur Erniedrigung der Erhitzungsdauer erhält man durch Vermischen des jeweiligen Ausgang materials mit einem organischen Bindemittel und Ausformen der erhaltenen Masse. Ein nlcht-geslnter.er keramischer Formling zur Verminderung der Erhitzungsdauer besitzt In der Regel eine Porosität von etwa 35 bis iwa 55%. Selbstverständlich lassen sich zu einer erfolgreichen Durchführung dieser modifizierten AusfOhrungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung auch nlcht-geslnterte Formlinge einer Porosität außerhalb des angegebenen Bereichs einsetzen. Gesinterte keramische Formlinge zur Verminderung der Erhitzungsdauer mit einer Porosität von mindestens 10% erhält man durch Erhitzen des nlcht-geslnterten Formllngs auf hohe Temperatur In nlcht-oxldlerender Atmosphäre.
Die folgende Tabelle I zeigt Beispiele für Verfahren zur Herstellung von nlcht-geslnterten und gesinterten Formungen (zur Verminderung der Erhlt/.ungsdauer) aus Aluminiumnitrid mit verschiedenen PorosUätsgraden.
Tabelle I
Art des l'Ormlings Forosilül zur Verminderung (%) der Erhilzungsdauer
Herstellungsverfahren
nicht-gesintert 70 Handelsübliches Aluminiumnitridpulver wird in
einer Kugelmühle pulverisiert, worauf die pulverisierte Masse mit einem organischen Bindemittel
versetzt wird. Das Ausformen erfolgt bei einem
Druck von 50 x 10' - 100 x 10s Pa.
nicht-gesintert 50 Handelsübliches Aluminiumnitridpulver wird in
einer Kugelmühle pulverisiert, worauf die pulverisierte Masse mit einem organischen Bindemittel
versetzt wird. Das Ausformen erfolgt bei einem
Druck von 500 x KP - 700 x HP Pa.
nichl-gesinlerl 30 Grobe Aluminiumnilridteilchen und leine AIu-
miniumniiridteilchen werden im Verhältnis 7 : 3
gemischt, worauf die Mischung mit einem organischen Hindemillcl verselzi wird. Das Ausformen
erfolgt bei einem Druck von 5000 x 10' Pa.
28 Ol 474
Fortsetzung
Art des Formling* Porosität
zur Verminderung (%)
der Erhitzunesdauer
I lerslellungsvcrlahrcn
gesintert
gesintert
gesintert
gesintert
50 Das genannte nicht-gesinterte Aluminiumnitrid
einer Porosität von 70% wird eine h lang unter Stickstoff-Atmosphäre bei einer Temperatur von 1700° C gesintert.
30 Das genannte nicht-gesin'crtc Aluminiumnitrid
einer Porosität von 50% wird zwei h lang unter Stickstoff-Atmosphäre bei einer Temperatur von 1800° C gesintert.
10 0,5 Gew.-% Yttriumoxid wird dem feinteiligen
Aluminiumnitridpulver zugesetzt. Nach dem Ausformen wird die Masse 2 h lang unter Slicksioff-Atmosphäre bei einer Temperatur vors !8QQ^ -V gesintert.
8 2 Gew.-% Yttriumoxid werden dem feinteiligen
Aluminiumnitridpulver zugesetzt. Nach dem Ausformen wird die Masse 2 h lang unter Stickstoff-
Atmosphäre bei einer Temperatur von 1750° C gesintert.
Die zur Verkürzung der Erhitzungsdauer erfindungsgemäß verwendeten nlcht-geslnterten oder gesinterten Formlinge brauchen nicht aus einer einzigen Verbindung zu bestehen, sie können vielmehr als Mischung mit Yttriumoxid, Aluminiumoxid und/oder Siliciumdioxid hergestellt werden. Vorzugswelse sollten letztere Bestandteile jedoch in geringerer Menge als 20 Gew.-if, mitverwendet werden. Der Grund dafür besteht darin, daß In Formungen der beschriebenen Art mit einer großen Menge (mehr als 20%) solcher Zusätze unerwünschte Nebenreaktionen zwischen den betreffenden Zusätzen und dem pulvcrförmlgen keramischen Rohmaterial statt-
-'' finden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)
« Ein 58,6 Gew.-% Silicium, 36.1 Gew.-% Stickstoff, 4,3 Ge*.-* Sauerstoff, 0,25 Gew.-96 Elsen und 0,21 Gew.-% Calcium enthaltendes pulverförmiges Rohslliclumnitrld wird In einem aus Aluminiumnitrid bestehenden Gefäß 1 h lang auf eine Temperatur von 1700° C erhitzt. Der Sauerstoffgehalt wird durch Aktivierungsanalyse, der Stickstoffgehalt mittels eines Gasanalysators und der Gehalt an den sonstigen Bestandteilen durch übliche analytische Naßverfahren ermittelt. Beim Erhitzen erhält man ein pulverförmiges keramisches Rohmaterial mit
J5 59,2 üew.-% Silicium, 36,9 Gew.-% Stickstoff, 1,8 Gew.-% Sauerstoff, 0,28 Gew.-% Elsen und 0,25 Gew.-1V, Calcium.
Sowohl dem nicht erhitzten als auch dem erhitzten, einen geringeren Sauerstoffgehalt aufweisenden pulverförmlgen keramischen Rohmaterial werden 2 Gew.-% Aluminiumoxid und 5 Gew.-% Yttriumoxid zugesetzt, worauf die jeweilige Masse ausgeformt wird. Nach dem Ausformen werden die verschiedenen Massen 2 h lang
unter einem Druck von 500 · 10' Pa bei einer Temperatur von 1800° C gesintert.
Das gesinterte Produkt aus dem nicht erhitzten pulverförmlgcn Rohslllclumnltnd zeigt eine Biegefestigkeit bei 1200° C von 53 · 107 Pa. Andererseits zeigt das gesinterte ProJdkt aus dem vorerhitzten pulverförmlgen Rohslllciumnllrld, dessen Sauerstoffgehall verringert worden war, bei 1200° C eine Biegefestigkeit von 75 · 10' Pa. Der Biegefestigkeitstest wird nach der Drel-Punkt-Blegemethode unter folgendem Bedingungen durchgeführt:
Prüfling: 3 ■ 3 ■ 35 mm
Einspannlänge: 20 mm
Gleltbackengeschwlndlgke.lt: 0.5 mm/mln
Beispiel 2 (Verglelchsbelsplel)
Pulverförmiges Rohsiliclumnluid wird praktisch wie In Beispiel 1 gesintert, jedoch mit der Ausnahme, daß mit dem pulvcrförmlgcn Rohslllclumnltrld ein aus Aluminiumnitrid bestehender nlcht-geslnterter Formling gemischt und 30 m'n lang erhitzt v/!rd. Hierbei erreicht man dieselben Ergebnisse wie In Beispiel 1.
Wird der nlcht-geslnterte Alumlnlumnllrldformllng durch einen gesinterten Alumlnlumnltrldformllng einer Porosität von mindestens 10% ersetzt, erhalt man dieselben Ergebnisse.
Beispiel 3 (Verglelchsbelsplel)
Es wird ein pulverförmiges keramisches Rohslllclumnltrld mit 2,5 Gew.-% Aluminiumoxid und 4,8 Gew-% Yttriumoxid hergestellt. Die Masse wird In ein aus Aluminiumnitrid bestehendes Gefäß gefüllt und danach 2 h lang auf dnc Temperatur von 1750° C erhitzt. Bei einer Analyse entsprechend Beispiel 1 zeigt es sich, daß die < erhitzte Masse 55,7 Gcw.-'i, Silicium, 1,3 Gcw.-% Aluminium, 3.8 Gew.-1*, Yttrium, 0,31 GeW-1V, Elsen. 0,26 Gew.-*, Calcium, 32,6 Gcw.-% Stickstoff und 2,6 Gew.-% Sauerstoff enthalt. Eine Röntgenstrahlen-Beugungsanalysc zeigt, daß In der erhitzten Masse eine kristalline Verbindung aus Siliciumnitrid und Yltrlumoxld (SIjN4 · YjOi) eines Molverhältnisses von I : 1 vorliegt. Es wurde gefunden, daß 90% des In dem pulverförmlgen keramischen Rohmaterial enthaltenen Yttriums als kristalline SlllclumytirlumnxinUrld-Verblndung vorliegt. to
Nach dem Ausformen wird das pulverförmlge keramische Rohmaterial 2 h lang bei einer Temperatur von 1800° C und einem Druck von 500- 10s Pa gesintert. Ein entsprechender Biegefestigkeitstest wie In Beispiel I zeigt, daß das gesinterte Produkt eine Biegefestigkeit bei 1200° C von 92 - 10' Pa aufweist.
Beispiel 4 i>
Ein wie Im Beispiel 3 als Ausgangsmaterial verwendetes pulverförmiges keramisches Rohslllclumnltrld wird entsprechend Beispie! 3 erhitzt, wöbe! jedoch dem pulverförmlgen Rohslllclumnltrld ein aus Aluminiumnitrid bestehender, nicht-gesinterter Formling zur Verkürzung der Erhlizungsdauer zugesetzt und 70 min lang erhitzt wird. Die hierbei erreichte Desoxidation entspricht der von Beispiel 3. Wird der aus Aluminiumnitrid bestehender, nlcht-geslnterte Formling durch einen gesinterten Alumlniumnltrldformllng einer Porosität von mindestens 10% ersetzt, erreicht man denselben Grad an Desoxidation.
Beispiel S (Verglelchsbelsplel)
Als Ausgangsmatcrlal wird ein handelsübliches Siliciumnitrid verwendet. Durch Röntgenstrahlen-Beugungsanalyse zeigt es sich, daß das Ausgangsmaterial 87% «-Siliciumnitrid, d«ssen Teilchengröße mit Hilfe von Klasslflzlerungssleben zu 1,8 um bestimmt wird, enthalt. Ferner hat es sich aufgrund einer Analyse gezeigt, daß das verwendete Ausgangs material folgende Elemente enthalt:
Element Silicium Stickstoff Aluminium Eisen Calcium Sauerstoff
Gew.-% 57,8 35.5 0,23 0.35 0,11 3.51
Der Sauerstoffgehalt wird durch Aktivierungsanalyse, der Stickstoffgehalt durch Gasanalyse und der Gehalt an den sonstigen Bestandteilen durch übliche chemische Analyse ermittelt. (Die im folgenden angegebenen Analysenwerte werden In entsprechender Welse ermittelt.)
Dem pulverförmlgen Rohslllclumnltrld werden 5 Gew.-% Y2Oj einverleibt, worauf das Ganze 100 h lang In einem mit Aluminiumoxidkugeln gefüllten Alumlnlumoxldtopf vermählen und gemischt wird. Der Abrieb vom *> Aluminiumoxidtopf und den Alumlnlumoxldkugeln geht In das nunmehr mit dem Y2Oj gemischte pulverförmlge, zerkleinerte Siliciumnitrid unter Erhöhung von dessen Alumlnlumoxldgehalt über. Das gemahlene pulverförmige Siliciumnitrid besitzt nunmehr, ermittelt mit Hilfe der Klasslflzlerungsslebe, eine Teilchengröße von 1,1 um. Es enthält, auf analytischem Wege ermittelt, folgende Elemente:
Element Silicium Stickstoff Aluminum Eisen Calcium Yttrium Sauerstoff
Gew.-% 56,5 34,7 1,31 0,32 0,10 3,69 5.31
Nun wird das In der geschilderten Welse zubereitete pulverförmlge keramische Rohgemisch In ein Gefäß aus Aluminiumnitrid gefüllt und darin 2 h lang auf eine Temperatur von 173O0C erhitzt. Die erhitzte Masse wird durch Röntgenstrahlen-Beugungsanalyse auf Ihren Gehalt an kristalliner Slllclumyttrlumoxlnltrld-Verblndung Si,N« ■ Y2O5 untersucht. Eine Eichkurve zeigt, daß 80% des dem pulverförmlgen Rohslllclumnltrld zugesetzten Y2O) in Form der Sl3N4 · Y2Oj-Verbindung vorliegt. Eine Analyse des erhitzten pulverförmlgen keramischen « Rohgemlschs zeigt, daß dieses folgende Elemente enthalt:
Element Silicium Stickstof Aluminium Eisen Calcium Yttrium Sauerstoff
Gew.-% 56,6 35,1 1,26 0,30 0,09 3.71 2.65
Das erhitzte pulverförmige Rohmaterial wird nach einem üblichen Heißpreßverfahren bei einer Temperatur von 1800° C und einem. Druck von 400 ■ 105 Pa 2 h lang gesintert. Von der gesinterten Masse werden Prüflinge abgeschnitten. Diese besitzen bei einem entsprechend Beispiel 1 durchgeführten Biegefestigkeitstest eine Biegefestigkeit bei 1200° C von 85 - I07 Pa, d. h. eine hervorragende Hitzebeständigkeit.
28 Ol 474
Beispiel 6
Das In Beispiel 5 verwendete pulverförmlge Rohslllclumnltrldgenilsch wird zusammen mit einem In das Rohgemisch eingebetteten, aus Alumlnlumnltrld bestehenden nlcr.i-gcslnlerten oder gesinterten Formling zur Verkürzung der Erhitzungszelt erhitzt. Die Porosltüt des aus Alumlnlumnltrld bestehenden Formlinge zur Verkürzung der Erhltzungsdaucr reicht von 8* über 10%, 30% und 50% bis 70%. Erhitzt wird 2 h lang auf elni; Temperatur von 1650° C. Die folgende Tabelle I! enthält Angaben über den Sauerstoffgehall der Prüflinge des erhitzten pulverförmiger! Slllciumnltrld-Rohgemlschs und deren Blegefestlgkcilswertc, bestimmt bei einer Temperatur von 1200' C entsprechend Beispiel 5.
Tabelle Il Porosität
(1MO		 Sauerstoff
(Ciew.-%)		 Hiegel'csligkcil,
gemessen bei
einer Tempera
tur von 12000C.
in K)7 Pa
An des lormlings
/ur Verkürzung der
F.rhii/ungsdiiuer		 ikg/iiiüi-1!
8*) 3,77 63
gesintert 10 3,54 75
gesintert 30 2,60 86
nicht-gesintert 50 2,32 92
nicht-gesinlert 70 2,41 90
nicht-gesintert
Ί Vcrglcichsprnbc
-H)
Ein aus Alumlnlumnltrld bestehender Formling zur Verkürzung der Erhitzungsdauer, dessen Porosität 70% übersteigt, bietet unzweckmäßige llandhabungsschwlerlgkellcn. Ein aus Alumlnlumnltrld bestehender Formling zur Verkürzung der F.rhltzungsdauer, dessen Porosität 10% untcrstclgt, führt nicht zu den gewünschten Biegefestigkeit, laßt sich nicht mehr wiederverwenden und Ist auch aus wirtschaftlichen Gründen nicht akzeptabel.
Beispiel 7
Ein aus Alumlnlumnltrld bestehender nlcht-gcslnterter Formling (zur Verkürzung der Erhitzungsdauer) einer Porosität von 55% sowie ein aus felnpulverlslenem Alumlnlumnllrld bestehender Formling (zur Verkürzung der Erhitzungsdauer), der bei einer Temperatur von 1800° C gesintert worden war und eine Porosität von 30<v. aufweist, werden In das In Beispiel 5 verwendete pulverförmlge Rohslllclumnltrld eingebettet, worauf das Ganze 2 h lang auf eine Temperatur von 16500C erhitzt wird. Das derart erhitzte pulverförmlge RohsHlclumnltrld besitzt einen Sauerstoffgehalt von 2,45 Gew.-%.
Ein aus Alumlnlumnltrld bestehender nicht-gesinterter Formling (zur Verkürzung der Erhltzumgsdauer), dessen Porosität vor seiner Verwendung In Beispiel 6 mit 50« angegeben Ist. jedoch nach seiner Verwendung In Beispiel 6 auf 45% gesunken 1st, und ein aus Alumlnlumnltrld bestehender, frischer, nlcht-geslnterler Formling (zur Verkürzung der Erhitzungsdauer) einer Porosität von 50%, werden gemeinsam In das In Beispiel ü verwendete pulverförmlge Rohslllclumnltrld eingebettet, worauf das Ganze 2 h lang auf eine Temperatur von 16500C erhitzt wird. Danach wird der Sauerstoffgehalt des erhitzten pulverförmlgen Rohslllclumnltrlds bestimmt, wobei ein Wert von 2,35% ermittelt wird.
Beide zu Desoxidationszwecken erhitzten Proben des puiverförmlgen Rohslllclumnllrlds werden mlltels einer heißen Presse gesintert, wobei Sinterkörper hoher Hitzebeständigkeit erhalten werden.
(.5

Claims (2)

28 Ol 474 Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines pulverförmlgen keramischen Materials, das vornehmlich aus Siliciumnitrid besteht, 0,05 bis 2,5 Gew.-% Aluminium und 0,4 bis 8,0 Gew.-% Yttrium enthält und bei dem das darin enthaltene Yttrium teilweise oder vollständig In Form einer kristallinen Verbindung aus Siliciumnitrid und Yttrlumoxld vorliegt, durch Erhitzen eines pulverförmlgen keramischen Rohmaterials aus 0,1 bis 5 Gew.-% Aluminiumoxid, 0,5 bis 10 Gew.-* Yttriumoxid und Siliciumnitrid als Rest auf eine Temperatur von über 1550°C, dadurch gekennzeichnet, daß man diese keramische Rohmischung in Gegenwart eines nichtgesinterten Formllngs aus keramischem Material und/oder eines gesinterten Formlinge aus keramischem Material einer Porosität von mindestens 10« auf eine Temperatur von 1550° bis 1900° C erhitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als nlcht-geslnterten Formling und/oder gesinterten Formung einen solchen aus Aluminiumnitrid, Bornitrid, Titannitrid, Siliciumnitrid und/oder Aluminiumoxid verwendet.
DE2801474A 1977-01-13 1978-01-13 Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen keramischen Materials aus Si&darr;3&darr; N&darr;4&darr;, Al&darr;2&darr; O&darr;3&darr; und Y&darr;2&darr; O&darr;3&darr; Expired DE2801474C2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP52001949A JPS6035315B2 (ja) 1977-01-13 1977-01-13 セラミツク粉末材料の製造方法
JP52113235A JPS596836B2 (ja) 1977-09-22 1977-09-22 セラミツク粉末材料の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2801474A1 DE2801474A1 (de) 1978-07-27
DE2801474C2 true DE2801474C2 (de) 1985-01-10

Family

ID=26335248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2801474A Expired DE2801474C2 (de) 1977-01-13 1978-01-13 Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen keramischen Materials aus Si&darr;3&darr; N&darr;4&darr;, Al&darr;2&darr; O&darr;3&darr; und Y&darr;2&darr; O&darr;3&darr;

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4284432A (de)
DE (1) DE2801474C2 (de)
GB (1) GB1602821A (de)
SE (2) SE427650B (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3162375D1 (en) * 1980-08-06 1984-03-29 Feldmuehle Ag Dense silicon-nitride shaped body containing yttrium oxide, and process for its production
US4511525A (en) * 1981-11-26 1985-04-16 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Process for producing sintered silicon nitride-base body
FR2517665B1 (fr) * 1981-12-08 1986-01-31 Ceraver Procede de fabrication d'un materiau fritte a base de nitrure de silicium, et materiau obtenu par ce procede
US5324694A (en) * 1985-06-26 1994-06-28 The Babcock & Wilcox Company Silicon nitride/boron nitride composite with enhanced fracture toughness
CA1268488A (en) * 1986-10-28 1990-05-01 Russell L. Yeckley Silicon nitride with improved high temperature strength
JP2577899B2 (ja) * 1987-01-28 1997-02-05 本田技研工業株式会社 窒化珪素質焼結体及びその製造法
DE3829503A1 (de) * 1988-08-31 1990-03-01 Bayer Ag Siliciumnitridpulver mit geringem sauerstoffgehalt
DE3829502A1 (de) * 1988-08-31 1990-03-01 Bayer Ag Siliciumnitridpulver mit niedrigem isoelektrischen punkt sowie verfahren zu deren herstellung
DE3829504A1 (de) * 1988-08-31 1990-03-01 Bayer Ag Siliciumnitridpulver mit verbesserten oberflaecheneigenschaften sowie verfahren zu deren herstellung
ES2020104A6 (es) * 1990-01-23 1991-07-16 Ercros Sa Materiales ceramicos composites para aplicaciones ingenieriles de alta temperatura y severas condiciones de choque termico y su procedimiento de fabricacion.
US5538675A (en) * 1994-04-14 1996-07-23 The Dow Chemical Company Method for producing silicon nitride/silicon carbide composite

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB970639A (en) * 1960-03-24 1964-09-23 Plessey Co Ltd Method of producing high density silicon nitride
US3835211A (en) * 1968-12-11 1974-09-10 Lucas Industries Ltd Silicon nitride products
JPS4921091B1 (de) * 1970-08-10 1974-05-29
US3836374A (en) * 1972-01-20 1974-09-17 Norton Co Hot pressed silicon nitride
US3992497A (en) * 1973-05-18 1976-11-16 Westinghouse Electric Corporation Pressureless sintering silicon nitride powders
US3830652A (en) * 1973-06-28 1974-08-20 Us Army Hot pressed, high strength silicon nitride
US4046580A (en) * 1974-06-28 1977-09-06 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Silicon nitride-based sintered material and method for manufacturing the same
US4071371A (en) * 1975-03-06 1978-01-31 Ford Motor Company High temperature ceramic material suitable for gas turbine applications and a process for producing same

Also Published As

Publication number Publication date
US4284432A (en) 1981-08-18
SE8207111L (sv) 1982-12-13
SE7800350L (sv) 1978-07-14
SE8207111D0 (sv) 1982-12-13
SE427650B (sv) 1983-04-25
GB1602821A (en) 1981-11-18
DE2801474A1 (de) 1978-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3344050C2 (de)
DE2147530C3 (de) Schleifmittel und dessen Herstellung
DE2621523C3 (de) Verfahren zur Herstellung keramischer Formkörper
DE2932789C2 (de) Polykristalline transparente Spinelsinterkörper und Verfahren zu deren Herstellung
DE3806215A1 (de) Anorganisches biomaterial und verfahren zu dessen herstellung
DE2801474C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen keramischen Materials aus Si&amp;darr;3&amp;darr; N&amp;darr;4&amp;darr;, Al&amp;darr;2&amp;darr; O&amp;darr;3&amp;darr; und Y&amp;darr;2&amp;darr; O&amp;darr;3&amp;darr;
DE2724972A1 (de) Gesinterter apatitkoerper und verfahren zu dessen herstellung
DE3515162A1 (de) Verfahren zur herstellung eines dichten cordierits
DE69004735T2 (de) Siliciumnitrid-Sinterkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung.
DE2742303C2 (de)
DE2454875B2 (de)
DE68903505T2 (de) Verfahren zur herstellung eines siliciumcarbid-sinterkoerpers hoher dichte.
DE2919370A1 (de) Gesinterter keramikkoerper zur verwendung bei schneidwerkzeugen und verfahren zu dessen herstellung
DE2936940A1 (de) Verfahren zur herstellung eines sialon-sinterproduktes
DE1796286C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Formkörpern
DE4401589C5 (de) Siliziumnitridkeramik und Verfahren zur Herstellung der Nitridkeramik
DE3881777T2 (de) Gesinterte Siliziumcarbid-Verbundkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung.
DE2937740C2 (de)
DE69105153T2 (de) Sinterkörper aus Zirkon und Verfahren zu seiner Herstellung.
DE2461741C2 (de) Verfahren zum Herstellen eines keramischen Materials aus einphasigem Siliciumaluminiumoxynitrid
DE3625463A1 (de) Dielektrische keramische zusammensetzung
DE3709137C2 (de)
DE3853629T2 (de) Hochfeste beta-typ-siliziumkarbidsinter und herstellung.
DE2848452A1 (de) Verfahren zur herstellung von siliziumcarbidpulvern
DE2354024C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines keramischen Materials auf der Basis von Siliciumaluminiumoxynitrid

Legal Events

Date Code Title Description
OAP Request for examination filed
OD Request for examination
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: HENKEL, G., DR.PHIL. FEILER, L., DR.RER.NAT. HAENZ

D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA, KAWASAKI, KANAGAWA, JP

8339 Ceased/non-payment of the annual fee