DE2910059C2 - Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Siliziumkarbid sowie dessen Verwendung zur Herstellung von hochdichten Sinterkörpern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Siliziumkarbid sowie dessen Verwendung zur Herstellung von hochdichten SinterkörpernInfo
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Description
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Siliziumkarbid wird in Gasturbinen, Wärmeaustauschern und dergleichen wegen seiner Hochtemperaturfestigkeit
und thermischen Scliockbeständigkeit verwendet sowie auch als Auskleidungsmaterial für
Kugelmühlen und als Teile für Verbrennungsrohre und für Vorrichtungen, in denen korrosive Flüssigkeiten und
flüssige Metalle gehandhabt werden.
Siliziumkarbid ist kaum sinterfähig.
Kürzlich wurde jedoch festgestellt, daß eine Mischung aus jS-Typ-Submikron-Siliziumkarbid und Sinterhilfen
aus Bor und Kohlenstoff zu hochdichten Sinterkörpern mit einer bestimmten Form durch ein
druckloses Sinterverfahren gesintert werden kann. Bei diesem Verfahren werden jedoch Temperaturen von
mehr als 20000C benötigt, um einen hochdichten Sinterkörper zu erhalten. Derartig hohe Sintertemperaturen
erfordern strenge Verfahrensbedingungen und sind bei der praktischen Herstellung von Sinterkörpern
nachteilig und außerdem bilden sich bei diesen Temperaturen häufig grobe plättchenförmige Teilchen
einer Größe von mehr als 200 μπι in dem Sinterkörper. Sinterkörper aus Teilchen kleiner Teilchengröße haben
eine höhere mechanische Festigkeit und durch die Anwesenheit von großteiligen Teilchen nimmt die
Festigkeit des Sinterkörpers ab. Deshalb muß die Bildung von groben Teilchen soweit wie möglich
unterdrückt werden. Übersteigt die Sintertemperatur jedoch 20000C so bildet sich durch eine β -» «-Umwandlung
6H-Typ-Siliziumkarbid. Das 6H-Typ-Siliziumkarbid wächst mit einer beachtlich höheren Geschwindigkeit
als das jJ-Typ-Siliziumkarbid, und daher wird
6H-Typ-Siliziumkarbid aufgrund dieser Umwandlung gebildet, und die groben Teilchen wachsen während des
Sinterns und sind dann in dem entstandenen Sinterkörper vorhanden. Um dieses Phänomen zu unterbinden,
hat man schon versucht. Stickstoff durch die Sinteratmosphäre bei hohen Temperaturen durchzublasen, um
dadurch die β ->■ «-Umwandlung zu unterdrückea Ein
solches Verfahren benötigt jedoch eine noch höhere Temperatur.
Aus DE-OS 16 67 655 ist die Herstellung von Siliziumkarbidkristallen durch Umsetzung von S1O2 mit
Kohlenstoff bekannt, wobei diese Umsetzung im Temperaturbereich von 1000 bis 20000C in Gegenwart
von Elementen aus der Gruppe III des Periodensystems erfolgt Als ein solches Element wird Lanthan
hervorgehoben, das aber auch zusammen mit Aluminium eingesetzt werden kann. Dort wird weder die
Bildung von Siliziumkarbid mit hohem Anteil an 2H-Typ-Siliziumkarbid noch etwas über die Sinterfähigkeit
eines solchen Siliziumkarbids ausgesagt
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines feinteiligen Siliziumkarbids mit einem
hohen Anteil an 2H-Typ-Siliziumkarbid zur Verfugung zu stellen, das einfach zu hochdichten Sinterkörpern
gesintert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst
F i g. 1 stellt ein Röntgenbeugungsdiagramm eines Siliziumkarbidpulvers gemäß Probe 5, die in Tabelle 3
von Beispiel 1 beschrieben wird, dar;
F i g. 2 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm aus dem Pulver eines Siliziumkarbid-Sinterkörpers gemäß Probe
8 in Tabelle 5 von Beispiel 3; und
F i g. 3 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm eines Pulvers aus einem Siliziumkarbid-Sinterkörper gemäß
Probe 8 in Tabelle 7 von Beispiel 6.
Siliziumkarbid kommt in verschiedenen Kristallstrukturen vor. Unter den verschiedenen Siliziumkarbiden ist
das 2H-Typ-Siliziumkarbid als einziges Siliziumkarbid bekannt, das eine Phasenumwandlung in fester Form
erleidet. 2H-Typ-Siliziumkarbid ist ebenso wie j3-Typ-Siliziumkarbid
bei niedrigen Temperaturen stabil, aber praktisch alle Siliziumkarbide, die bei der gewöhnlichen
Umsetzung gebildet werden, haben jJ-Typ-Kristallstruktur.
2H-Typ-Siliziumkarbid wurde bisher nur in sehr geringen Mengen zusammen mit anderen Typen von
Siliziumkarbid mittels einer speziellen Gasphasenreaktion gewonnen, und die Eigenschaften sind bisher noch
nicht vollständig aufgeklärt worden.
Erfindungsgemäß erhält man Siliziumkarbidpulver mit wenigstens 10 Gew.-% an 2H-Typ-Siliziumkarbid in
verhältnismäßig einfacher Weise. Es wurde aus Röntgenbeugungsaufnahmen festgestellt, daß das so
erhaltene Siliziumkarbidpulver aus 2H-Typ-Siliziumkarbid besteht und der Rest 0-Typ-Siliziumkarbid ist. Da
2H-Typ-Siliziumkarbid allein bisher nicht erhalten werden konnte, ist ein Röntgenbeugungsspektrum von
reinem 2H-Typ-Siliziumkarbidpulver bisher noch nicht gemessen worden. Deshalb wird die quantitave Analyse
von 2H-Typ-Siliziumkarbidpulver gewöhnlich theoretisch durchgeführt, wobei man annimmt, daß die
gesamte Kristallstruktur aus 2H-Typ-Siliziumkarbid besteht. Gemäß der Erfindung ist es erforderlich, die
Anwesenheit von 2H-Typ-Siliziumkarbid im pulverförmigen Siliziumkarbidprodukt eindeutig festzustellen
und weiterhin auch die tatsächliche davon vorliegende Menge. Deshalb werden nachfolgend die Verfahren zur
qualitativen und quantitaven Analyse von 2H-Typ-Siliziumkarbid ausführlich erläutert.
Das beste Verfahren zum Analysieren von Siliziumkarbid,
enthaltend 2H-Typ-Siliziumkarbid ist die Pulver-CuK«-RöntgenstrahIbeugung.
Es ist bekannt, daß 2H-Typ-Siliziumkarbid seine speziellen Peaks bei 33,6°,
38,2°, 49,8°, 65,8° und 73,6° im Bereich von Beugungswinkeln 2Θ von 32° bis 75° bei der Pulver-CuK«-Röntgenstrahlbeugung
hat. Weiterhin tritt ein dem ^-Typ-Siliziumkarbid eigener Peak nur bei 41,4° auf, sowie
Peaks, die durch Oberlagerung der Röntgenstrahlbeugungsmuster von 2H-Typ-Siliziumkarbid und ß-Typ-Siliziumkaibid
bei 33,6°, 60,1° und 72,2° auftreten. Es wurde bestätigt, daß alle Peaks der erfindungsgemäß
hergestellten Siliziumkarbidpulver mit den vorerwähnten Peaks übereinstimmen und daß die Siliziumkarbidpulver
keine Peaks bei irgendeinem Beugungswinkel, is der sich von den vorerwähnten Beugungswinkeln
unterscheidet, haben. Das heißt, daß bestätigt ist, daß
das erfindungsgemäß gebildete Siliziumkarbid aus 2H-Typ-Siliziumkarbid und /?-Typ-Siliziumkarbid besteht
Wird Siliziumkarbid bei einer höheren Temperatür als der erfindungsgemäß angegebenen oder in
Gegenwart von Aluminium in einer größeren Menge als erfindungsgemäß angegeben, hergestellt, so nimmt die
Menge an 2H-Typ-Siliziumkarbid, die bei der Umsetzung
gebildet wird, ab oder 2H-Typ-Siliziumkarbid wird überhaupt nicht gebildet, sondern 4H-Typ-Siliziumkarbid.
Die Beugungspeaks, die dem 4H-Typ-Siliziumkarbid eigen sind, treten bei 34,9°, 43,5° und 57,2° auf, und
das 4H-Typ-Siliziumkarbid kann einfach vom /?-Typ und
2H-Typ-Siliziumkarbid unterschieden werden. in
Die Menge an 2H-Typ-Siliziumkarbid wird durch den Vergleich der errechneten theoretischen Röntgenstrahlbeugungsintensität,
bezogen auf die Kristallstruktur von 2H-Typ-Siliziurnkarbid, mit den beobachteten
Röntgenstrablbeugungsintensitäten bestimmt Es ist allgemein bekannt, daß 2H-Typ-Siliziumkarbid eine
unvollständige Kristallstruktur hat und große Anteile an Fehlstellen im Kristall vorliegen, und deshalb weist ein
2H-Typ-Siliziumkarbid eine Beugungsintensität auf, die niedriger ist als die theoretisch berechnete. Bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren 2H-Typ-Siliziumkarbid tritt das Beugungspeak bei 33,6° verhältnismäßig
intensiv auf, aber viele andere Peaks außer dem bei 33,6° sind nicht so stark, daß sie dem theoretischen
Intensitätsgrad entsprechen. Die Erfinder haben deshalb ein Verfahren zur Bestimmung des Anteils an
2H-Typ-Siliziumkarbid aus den Beugungsintensitäten der Peaks bei 33,6° und 38,2°, wie sie eigenartig für
2H-Typ-Siliziumkarbid sind sowie der Beugungsintensität des Peaks bei 35,6° entwickelt Da das erfindungsgemäße
Siliziumkarbidpulver aus 2H-Typ- und /9-Typ-Siliziumkarbiden
besteht, wurden die Formeln zur Bestimmung der Menge an 2H-Typ-Siliziumkarbid in gleicher
Weise ermittelt, wie von Kawamura in Mineralogical Journal, Band 4, Nr. 5 (1965), Seite 333, vorgeschlagen,
und die eine einfache Methode zur quantitativen Analyse von Mischkristallstrukturen darstellt.
Wird die Menge an 2H-Typ-Siliziumkarbid durch die Verwendung des Peeks bei 33,6° und eines Peaks bei
35,6° bestimmt, so werden die folgenden abgeleiteten Formeln angewendet:
Menge von 2 H-Tvp-Siliziumkarbid (%) = lOO.v /(I +x)
Menge vonjS-Typ-Siliziumkarbid (%) = 100/(1+*)
2,53/
100-0,668/
In der obigen Formel bedeutet I eine Zahl, die lOOmal größer ist als das Verhältnis der Röntgenstrahlbeu ·
gungsintensität (Höhe des Peaks), die dem 2H-Typ-Siliziumkarbid
eigen ist bei einem Beugungswinkel von 33,6° bei CuK«-Röntgenstrahlung zu der Röntgen-
Strahlbeugungsintensität bei einem Beugungswinkel von 35,6°.
In der folgenden Tabelle 1 sind die Zahlenwerte, die zur Ableitung der obengenannten Formel verwendet
werden, angegeben.
| Beugungswinkel | 35.6° | 35,6° | 33,6° |
| bei CuK a (2 Θ) | |||
| Kristallstruktur | jff-Typ | 2 H-Typ | 2 H-Typ |
| Seugungsebene | (111) | (0002) | (1010) |
| Strukturfaktor I F|2 | 906,5 | 425,1 | 187,0 |
| Multiplizität, P | 8 | 2 | 6 |
| Lorentz-Polari- | 18,67 | 18,67 | 21,18 |
| sationsfaktor, LP | |||
| äeugungsintensität. | 135400 | 15870 | 23760 |
| P x LP X Fp |
Wird die Menge an 2H-Typ-Siliziumkarbid durch die Verwendung eines Peaks bei 35,6° und eines Peaks bei 38,2°
Destimmt, so wird folgende abgeleitete Formel angewendet.
Menge von 2H-Typ-Siliziumkarbid (%) = 100y/(l + y)
Menge von./J-Typ-Siliziumkarbid (%) = 100/(!+>
>)
., _ .1,895 /
100-0.500/
In der obigen Formel stellt / eine Zahl dar, die 1 OOmal
größer ist als das Verhältnis der Röntgenstrahlbeugungsintensität (Höhe des Peaks), die dem 2H-Typ-Siliziumkarbid
bei einem Beugungswinkel von 38,2° bei CuK«-Röntgenstrahlung zu dem Röntgenstrahlbeugungsintensität
bei einem Beugungswinkel von 35,6° ist. In der folgenden Tabelle 2 werden die Zahlenwerte, die
zur Ableitung der obigen Formel verwendet wurden, gezeigt.
| Tabelle 2 | 35,6° | 35,6° | 38,2° |
| Beugungswinkel bei CuK (2 Θ) |
/-Typ | 2 H -Ty ρ | 2 H-Ty ρ |
| Kristallstruktur | (iii) | (0002) | iiOii) |
| Beugungsebene | 906,5 | 425,1 | 165,3 |
| Strukturfaktor, F2 | 8 | 2 | 12 |
| Multiplizität, P | 18,67 | 18,67 | 15,99 |
| Lorentz-Polari- sationsfaktor, LP |
135400 | 15870 | 31720 |
| Beugungsintensität, P X LP X F2 |
|||
Die Beugungspeaks, die zur quantitativen Analyse verwendet wurden, überlagern sich zum Teil in ihrem
unteren Teil, und deshalb ist es erforderlich, daß die sich überlagernden Teile voneinander durch eine übliche
Methode getrennt werden, und der Hintergrund wird dann abgezogen, um die wahre Beugungsintensität zu
berechnen.
Wie bereits dargelegt, ist es aus Untersuchungen des bisher in sehr geringen Mengen zusammen mit anderen
Typen von Siliziumkarbid erhaltenen 2H-Typ-Siliziumkarbids bekannt, daß das 2H-Typ-Siliziumkarbid im
allgemeinen eine unvollständige Kristallstruktur hat. Bei dem feinteiligen, erfindungsgemäß hergestellten Siliziumkarbid
hat das 2H-Typ-Siliziumkarbid wahrscheinlich eine noch unvollständigere Kristallstruktur. Deshalb
ist die nach der obigen Methode bestimmte Mr-ige an 2H-Typ-Si!iziumkarbid die geringste Menge an 2H-SiIiziumkarbid,
die tatsächlich in dem feinteiligen Siliziumkarbid enthalten ist.
Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen eriäutert
Wird Siliziumkarbid durch eine übliche Gasphasenreaktion oder eine Festphasenreaktion hergestellt, wie
Si+ C, SiO+ 2C oder SiO2+3C, so ist es erforderlich,
daß die Umsetzung in Gegenwart von metallischem Aluminium oder einer Aluminiumverbindung, die in
metallisches Aluminium während der Umsetzung umgewandelt wird, in einer solchen Menge durchgeführt
wird, daß das Reaktionssystem 0,5 bis 5
Gewichtsteile Aluminium im Falle einer Gasphasenreaktion oder 1 bis 20 Gewichtsteile Aluminium im Falle
einer Festphasenreaktion, bezogen auf 100 Gewichtsteile
des zu bildenden Siliziumkarbids (SiC) enthält.
Die optimale Menge an Aluminium liegt in der Nähe des Mittelwertes der oben angegebenen Bereiche.
Beträgt die Aluminiummenge weniger als der Mittelwert,
so wird 2H-Typ-Silizhimkarbid in geringerer Menge gebildet, und wenn die Menge an Aluminium
mehr als der Mittelwert ist, so bleibt metallisches Aluminium oder die Aluminiumverbindung in größeren
Mengen in dem entstandenen Sflizhimkarbidpmver zurück. Beträgt die Menge an Aluminium weniger als
die untere Grenze des obengeannten Bereiches, so
nimmt der 2H-Typ-Siliziumkarbid-Gehalt des entstandenen Siliziumkarbids weiter ab, und wenn die Menge
an Aluminium oberhalb der oberen Grenze des angegebenen Bereiches liegt, so wird 4H-Typ-Siliziumkarbid
anstelle von 2H-Typ-Siliziumkarbid gebildet.
Die Umsetzung zur Bildung von 2H-Typ-Siliziumkarbid wird im Temperaturbereich von 1200 bis 1500° C
durchgeführt. Bei einer niedrigeren Reaktionstemperatur bleibt unreagierte Substanz zurück und bei einer
höheren Reaktionstemperatur als 1500°C wird 4H-Typ-Siliziumkarbid anstelle von 2 H-Typ-Siliziumkarbid
gebildet. Die optimale Reaktionstemperatur liegt bei 1300 bis 1400° C bei einer Gasphasenreaktion und bei
1340 bis 1440° C bei einer Festphasenreaktion.
Ungefähr die Hälfte der anfangs zugegebenen Menge an Aluminium verbleibt in dem entstehenden Siliziumkarbidpulver.
Wird eine Gasphasenreaktion durchgeführt, oder wird eine Festphasenreaktion durchgeführt
in Gegenwart von metallischem Aluminium, so bleibt Aluminium oder die bei der Reaktion verwendete
Aluminiumverbindung in dem entstandenen Siliziumkarbidpulver in Form von metallischem Aluminium
zurück. In diesem Fall kann der größere Teil des metallischen Aluminiums durch eine Behandlung mit
Chlorwasserstoffsäure entfernt werden. Bleibt aber das Aluminium in dem entstandenen Siliziumkarbidpulver in
Form einer unlöslichen Aluminiumverbindung zurück, so ist es schwierig, die Aluminiumverbindung zu
entfernen und daher ist es wünschenswert, daß der Grad des Vakuums und die Erhitzungszeit so ausgewählt
werden, daß während der Umsetzung das Aluminium verdampft und entfernt wird.
Eine der Eigenarten des feinteiligen Siliziumkarbids, enthaltend einen großen Anteil an 2H-Typ-Siliziumkarbid,
wie es gemäß der Erfindung erhalten wird, liegt darin, daß das Siliziumkarbid sehr leicht gesintert
werden kann. Das heißt, daß das feinteilige Siliziumkarbid in einem Sinterkörper mit einer ausreichend hohen
Dichte bei einer Temperatur, die etwa 200 bis 300° C niedriger ist als die Sintertemperatur von üblicher
Submikronsiliziumkarbiden geformt werden kann.
Bor oder eine Borverbindung wird zu dem Reaktionssystem für die Herstellung des vorerwähnten Siliziumkarbidpulvers
gegeben, oder Bor und Kohlenstofl werden homogen mit den obigen Siliziumkarbidpulvem
vermischt, und dadurch erhält man Pulver mit einei Zusammensetzung, wie sie zum Sintern erforderlich ist
Wird z. B. das vorerwähnte feinteilige Siliziumkarbidpulver mit einem Gehalt von wenigstens 17 Gew.-°/c
2H-Typ-Siliziumkarbidpulver hergestellt, so gibt mar
Aluminium zu dem Reaktionssystem in solcher Menge daß das entstehende feinteilige Siliziumkarbid 2
Gew.-°/o Aluminium enthält und das feinteilige Siliziumkarbid wird homogen mit Bor und Kohlenstoff ir
solchen Mengen vermischt, daß das entstehende Pulvei
1 Gew.-% von jeweils Bor und Kohlenstoff enthält, und
die Pulver werden dann als Rohmaterialien für die Sinterung verwendet Das durch ein Dampfphasenverfahren
erhaltene Siliziumkarbid enthält freien Kohlenstoff in einer Menge von mehr als für die Sinterung
erforderlich ist Deshalb wird das Sflizhimkarbidpulvei
noch einmal auf eine Temperatur von 400 bis 450° C ar der Luft erhitzt, um den Kohlenstoff auszubrennen, unc
anschließend wird es mit Flußsäure behandelt Zuir Beispiel kann ein Sflizhimkarbidpulver mit einen:
Gehalt von wenigstens 35 Gew.-% 2H-Typ-Sflizhimkarbid,
0,8 Gew.-% freien Kohlenstoff und 1,2 Gew.-%
Aluminium mit Bor in einer Menge von 0,4 Gew.-%
bezogen auf die Gesamtmenge des Siliziumkarbidpulvers und Bor, vermischt werden, und die erhaltene
Mischung wird dann als Rohmaterial beim Sintern verwendet. Das so erhaltene Rohmaterialpulver zum
Sintern wird mit Dibutylphthalat als Formhilfsmittel in einer Menge von 3 Gew.-%, bezogen auf die
Gesamtmenge des Pulvers und Dibutylphthalat vermischt. Die erhaltene Mischung wird verknetet und
dann unter einem hydrostatischen Druck verformt. Der Formkörper hat eine Dichte von etwa 50% der
theoretischen Dichte. Der erhaltene Formkörper wird bei einer Temperatur von 1800 bis 19000C 40 Minuten in
reinem Helium unter Atmosphärendruck gesintert, wobei man einen Sinterkörper mit einer Dichte von so
hoch wie 94% der theoretischen Dichte erhält.
Wird erfindungsgemäß ein Siliziumkarbid mit hohem Gehalt an 2H-Typ-Siliziumkarbid mit üblichen /?-Typ-Submikron-Siliziumkarbid
im Gewichtsverhältnis von 50 : 50 vermischt, so kann man die erhaltene Pulvermischung
bei einer niedrigen Temperatur von nicht mehr als 2000°C sintern; diese ist niedriger als die
Sintertemperatur bei Verwendung von /?-Typ-Submikron-Siliziumkarbid
allein, und darüber hinaus hat der erhaltene Sinterkörper eine Dichte, die höher ist als bei
einem Sinterkörper, der aus/i-Typ-Submikron-Siliziumkarbid
allein hergestellt worden ist.
Der nach dem obigen Verfahren erhaltene Siliziumkarbid-Sinterkörper
besteht aus feinen Teilchen einer Größe von etwa 10 μηι. Man kann daher erwarten, daß
der Sinterkörper eine hohe mechanische Festigkeit hat. jo
Tatsächlich hat der Sinterkörper eine Biegefestigkeit von nicht weniger als 60 kg/mm2 beim Drei-Punkt-Biegetest
und ΙΟ-4 mm Hg bei 15000C. Da der erfindungsgemäße
Sinterkörper bei einer niedrigen Sintertemperatur hergestellt wird, unterscheidet sich der Sinterkör- ji
per bemerkenswert in der Kristallstruktur von üblichen Sinterkörpern und ist dadurch gekennzeichnet, daß er
eine Kristallstruktur aufweist, die sich zusammensetzt aus /7-Typ-Kristallstruktur und 4H-Typ-Kristallstruktur,
die hauptsächlich durch den Übergang aus der 2H-Typ-Kristallstruktur gebildet wurde.
F.rfindungsgemäß kann ein Sinterkörper mit hoher Dichte und hoher Festigkeit bei einer Sintertemperatur,
die niedriger als bei den üblichen Sinterverfahren ist, hergestellt werden.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers nach einem Heißpreßverfahren aus
dem erfindungsgemäß erhaltenen Siliziumkarbidpulver erläutert.
Das zum Sintern verwendete Siliziumkarbidpulver, v>
das z. B. nach dem vorher angegebenen Verfahren erhalten wurde, besteht im wesentlichen aus wenigstens
30 Ciew.-% 2H-Typ-Siliziumkarbid, wobei der Rest ^-Typ-Siliziumkarbid ist und hat eine spezifische
Oberfläche von 31 m2/g. Das Siliziumkarbidpulver enthält 1,5 Gew.-% Aluminium, das während der
Herstellung einverleibt wurde und wird direkt homogen mit Bor und Kohlenstoff in solchen Mengen vermischt,
daß die entstehende Mischung 1 Gew.-% von sowohl Bor als auch Kohlenstoff enthält, und diese Mischung w>
wird als Rohmaterialpulver zum Sintern verwendet Das Rohmaterialpulver wird in eine Graphitform gegeben
und dort bei einer Temperatur von 1650" C und einem
Druck von 300 kg/cm2 in reinem Argon gesintert. Der entstehende Sinterkörper hat eine homogene Textur,
die hauptsächlich aus sehr feinen Teflchen von 1,5 um
Größe besteht und hat eine Dichte von 98% der theoretischen Dichte und eine sehr hohe Festigkeit von
etwa 70 kg/mm2 beim Drei-Punkt-Biegetesl bei ΙΟ-4 mm Hg und 14000C. Der Sinterkörper ist bemerkenswert
unterschiedlich von üblichen Sinterkörpern hinsichtlich der Kristallstruktur, welche der Sinterkörper
bildet. Aufgrund der niedrigen Sintertemperatur ist der entstandene Sinterkörper dadurch gekennzeichnet,
daß er eine Kristallstruktur aufweist, die aus 2H-Typ-Kristallstruktur und 4H-Typ-Kristallstruktur besteht
und die sich aus dem Übergang der 2H-Typ-Kristallstruktur gebildet hat.
Wird weiterhin ein feinteiliges Siliziumkarbidpulver mit einem hohen Gehalt an 2H-Typ-Siliziumkarbid
gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem gewöhnlichen «-Typ- oder jS-Typ-Submikron-Siliziumkarbid in
einer solchen Menge vermischt, daß die entstehende Mischung bis zu 50 Gew.-% des «-Typ- und
jS-Typ-Siliziumkarbids enthält, so kann die erhaltene
Mischung zu einem Sinterkörper bei einer Temperatur, die 100 bis 200° C niedriger ist als die Heißpreßtemperatur
bei gewöhnlichen α-Typ- oder j9-Typ-Submikron-Siliziumkarbidpulver
allein heißverpreßt werden, und man erhält einen Sinterkörper mit einer hohen Dichte von
wenigstens 95% der theoretischen Dichte. Der erhaltene Sinterkörper besteht aus feinen Teilchen einer
Größe von nicht mehr als 3 μΐη und hat eine Biegefestigkeit von etwa 60 kg/cm2 beim Drei-Punkt-Biegetest
bei ΙΟ-4 mm Hg und 14000C.
Erfindungsgemäß kann ein Sinterkörper durch Heißverpressen bei einer niedrigeren Temperatur
hergestellt werden als der Sintertemperatur bei den üblichen Heißpreßverfahren, und ein Sinterkörper mit
einer homogenen feinen Kristallstruktur und hoher Dichte und hoher Festigkeit kann billig hergestellt
werden.
In den Beispielen sind Teile und Prozent jeweils auf das Gewicht bezogen, wenn nicht anders angegeben.
Versuche zur Herstellung von Siliziumkarbid durch Umsetzung von kollodialem Graphit oder Ruß mit
metallischem Silizium (Teilchengröße: 2 bis 5 μΐη),
Siliziummonoxid (Teilchengröße: nicht mehr als 44 μπι)
oder kolloidalem Siliziumdioxid werden in der folgenden Tabelle 3 gezeigt In Tabelle 3 besteht die Mischung
A aus 1 Teil kolloidalem Graphit und 1,67 Teilen kolloidalem Siliziumdioxid. Mischung B besteht aus 1
Teil Ruß und 2,01 Teilen Siliziummonoxid. Mischung C besteht aus 1 Teil Ruß und 1,67 Teilen kolloidalem
Siliziumdioxid, und Mischung D besteht aus 1 Teil Ruß und 2,33 Teilen metallischem Silizium. Jede Mischung
wurde in Gegenwart von metallischem Aluminium einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 μπι oder einer
der in Tabelle 3 beschriebenen Aluminiumverbindungen bei einer Temperatur gemäß den Angaben in Tabelle 3
unter vermindertem Druck mit einem Vakuum von nicht niedriger als 10 mm Hg umgesetzt Durch Röntgenstrahlbeugung
wurde festgestellt, daß das entstandene Siliziumkarbidpulver aus 2H-Typ- und ^-Typ-Siliziumkarbid
bestand. Der niedrigste Anteil an 2H-Typ-Siliziumkarbid
in den entstandenen Siliziumkarbidpulvern wurde durch quantitative Analysenmethode der vorher
angegebenen Art bestimmt Das Ergebnis der quantitativen Analyse wird in der folgenden Tabelle 4 gezeigt In
Tabelle 4 gibt der Zahlenwert unter der Überschrift »33,6°-2H« den Gehalt an 2H-Typ-Siliziumkarbid in
dem entstandenen Siliziumkarbidpulver an, wie er aus dem Peak bei 33,6°_ bestimmt wurde, und der
Zahlenwert unter der Überschrift »38,2°-2H« gibt den
aus dem Peak bei 38,2° bestimmten Gehalt an. Aus den Ergebnissen der Analyse des gebildeten Siliziumkarbids,
das erfindungsgemäß hergestellt wurde, ergibt sich, daß dieses wenigstens 10% 2H-Typ-Siliziumkarbid enthält.
Bei der Umsetzung der Probe 2 in Tabelle 3, die nichtumgesetzten Kohlenstoff in dem entstandenen
Siliziumkarbid enthielt, wurde das Siliziumkarbid an der Luft zum Ausbrennen und Entfernen des Kohlenstoffes
erhitzt und dann mit Fluorwasserstoffsäure behandelt. Bei der Umsetzung von Probe 7 wurde eine große
Menge an Aluminium verwendet, und bei der Umsetzung der Probe 9 wurde die Umsetzung bei einer hohen
Temperatur durchgeführt. Bei diesen Umsetzungen wurde 2H-Typ-Siliziumkarbid nicht gebildet, vielmehr
10
bildete sich 4H-Typ-Siliziumkarbid.
Weiterhin wiesen die ohne Zugabe von Aluminium hergestellten Siliziumkarbidpulver der Proben 13 und 14
nur einen Peak bei einem Beugungswinkel von 33,6° bei CuKa-Röntgenstrahlung auf und erforderten eine hohe
Sintertemperatur. Deshalb sind diese Siliziumkarbidpulver wesentlich verschieden von den erfindungsgemäßen
Siliziumkarbidpulvern. Die Zahlenwerte, die aus der Höhe des Peaks bei 33,6° berechnet wurden, werden
versuchsweise in Tabelle 4 angegeben. Im Gegensatz zu diesen Siliziumkarbiden haben die Siliziumkarbide, die
durch Zugabe von Aluminium gebildet wurden, alle Beugungspeaks, die dem 2H-Typ-Siliziumkarbid eigen
sind.
| Tabelle 3 | Mischung | Chemische Form des | Menge an Alu | Reaktions |
| Probe Nr. | Aluminiums | minium, bezogen | temperatur | |
| auT 100 Gew.-Teile | ( C) | |||
| des zu bildenden | ||||
| SiC (Teile) | ||||
| A | Ammoniumalaun | 9,1 | 1.420 | |
| 1 | B | Metallisches | 9,1 | 1.240 |
| 2 | Aluminium | |||
| B | Metallisches | 0,5 | 1.380 | |
| 3 | Aluminium | |||
| B | Metallisches | 1,8 | 1.440 | |
| 4 | Aluminium | |||
| B | Metallisches | 9,1 | 1.440 | |
| 5 | Aluminium | |||
| B | Metallisches | 18 | 1.440 | |
| 6 | Aluminium | |||
| B | Metallisches | 28 | 1.440 | |
| 7*) | Aluminium | |||
| B | Aluminium- | 9.1 | 1.350 | |
| 8 | isopropoxid | |||
| B | Aluminium- | 9,1 | 1.550 | |
| 9*) | isopropoxid | |||
| C | Aluminiumnitrat | 2,9 | 1,440 | |
| 10 | C | Alutniniumformat | 12 | 1.400 |
| 11 | D | Metallisches | 5 | 1.340 |
| 12 | Aluminium | |||
| B | 0 | 1.440 | ||
| 13*) | C | 0 | 1.4440 | |
| 14*) | ||||
*) nic'ni erfindungsgema'6
| Probe Nr. | 33,6°-2H(%) | 38J°-2H(%) |
| 1 | wenigstens 25,2 | wenigstens 11,4 |
| 2 | wenigstens 40,5 | wenigstens 20,4 |
| 3 | wenigstens 18,0 | wenigstens 3,5 |
| 4 | wenigstens 26,0 | wenigstens 13,0 |
| 5 | wenigstens 493 | wenigstens 30,3 |
| 6 | wenigstens 37,0 | wenigstens 19,5 |
| 7*) | 4 H-Typ-Siliziumkarbid |
| Probe Nr. | 33.6°-2H(%) | 38.3°-2H (%) | 18,0 |
| 8*) | wenigstens 35,4 | wenigstens | |
| 9 | 4 H-Typ-Siliziumkarbid | 14,1 | |
| 10 | wenigstens 32,9 | wenigstens | 16,5 |
| 11 | wenigstens 35,0 | wenigstens | 104 |
| 12 | wenigstens 21,0 | wenigstens | 0 |
| 13*) | wenigstens 10,5 | wenigstens | 0 |
| 14*) | wenigstens 4,8 | wenigstens | |
*) nicht erfmdungsgemäß
Pulver der Proben 1 und 11 haben eine spezifische
Oberfläche von 6 bis 10 m2/g und die Pulver der Proben
2 bis 10 hatten eine spezifische Oberfläche von 30 bis 40 m2/g, d. h. eine bis zu 3fach größere spezifische
Oberfläche gegenüber den Proben 13 und 14, die ohne Zugabe von Aluminium hergestellt wurden und bei
denen die Oberfläche nicht mehr als 12 m2/g beträgt.
Sinterpulver einer Zusammensetzung gemäß Tabelle 5 wurden unter hydrostatischem Druck verformt, und
die Formkörper wurden in reinem Helium unter Atmosphärendruck gesintert. Die Zusammensetzung
des Sinterpulvers, die Sintertemperatur und die Dichte des erhaltenen Sinterkörpers (relative Dichte, ausgedrückt
in % des Sinterkörpers im Vergleich zur theoretischen Dichte) werden in Tabelle 5 angegeben.
Das in diesem Beispiel verwendete Siliziumkarbid ist ein Submikron-Siliziumkarbid, enthaltend 2H-Typ- und
/3-Typ-Siliziumkarbide. In Tabelle 5 wird der Gehalt an
2H-Typ-Siliziumkarbid in dem Submikron-Siüziumkarbid
beschrieben.
| Tabelle 5 | Zusammensetzung des | Sinterpulvers | Bor | Freier | Sintertempe | Dichte |
| Probe Nr. | 2 ii-Typ-Siiiziumkarbid | Aluminium | (%) | Kohlenstoff | ratur ( C) | (%) |
| (%) | (%) | 1,0 | 1,0 | |||
| 0 | 0 | 1,0 | 1,0 | 2.100 | 96 | |
| 1 | wenigstens 4 | 0,8 | 1,0 | 0,8 | 2.050 | 91 |
| 2 | wenigstens 11 | 0,3 | 0,6 | 1,0 | 1,970 | 89 |
| 3 | wenigstens 11 | 1,1 | 1,0 | 1,0 | 1.950 | 85 |
| 4 | wenigstens 17 | 2,0 | 1,0 | 0,4 | 1.900 | 94 |
| 5 | wenigstens 20 | 4,8 | 2,0 | 1.0 | 1.740 | 88 |
| 6 | wenigstens 28 | 0,5 | 0.5 | 0,8 | 1.900 | 95 |
| 7 | wenigstens 30 | 1,5 | 0,4 | 0,8 | 1.830 | 93 |
| 8 | wenigstens 35 | 1,2 | 0.3 | 0,5 | 1.850 | 95 |
| 9 | wenigstens 35 | 3,8 | 1.830 | 91 | ||
| 10 | ||||||
Bei allen Proben der Tabelle 5, selbst wenn die Sinterung bei einer Temperatur durchgeführt wird, die
höher ist als die in Tabelle 5 gezeigte, nimmt die Dichte des erhaltenen Sinterkörpers nicht wesentlich zu. Aus
den Ergebnissen in Tabelle 5 ist ersichtlich, daß der Anteil an 2H-Typ-Siliziumkarbid wenigstens 10% ist,
und daß man einen Sinterkörper mit einer hohen Dichte bei einer Sintertemperatur .erhält, die nicht mehr als
20000C beträgt, und wenn Aluminium in einer größeren
Menge verwendet wird, dann erniedrigt sich die Sintertemperatur, aber die Dichte des entstandenen
Sinterkörpers ist niedrig. Die Verwendung von Bor bis zu einer Menge von 2 Gew.-% beeinflußt die
Sinterfähigkeit des Siliziumkarbidpulvers nicht besonders, aber bei der Verwendung von Bor in einer
größeren Menge nimmt die mechanische Festigkeit des entstandenen Sinterkörpers ab. Selbstverständlich
nimmt bei Verwendung von großen Mengen Aluminium und Kohlenstoff die mechanische Festigkeit des
entstandenen Sinterkörpers ab, und daher ist die Verwendung einer geringeren Menge an Aluminium
und Kohlenstoff vorzuziehen.
Die Sinterkörper der Proben 8 und 9 haben eine Biegefestigkeit von 65 kg/mm2 bei der Drei-Punkt-Biegeprobe bei 10-4 mm Hg und 15000C Dagegen hatten
die Sinterkörper der Proben 3 bis 7 und 10 eine Biegefestigkeit im Bereich von 40 bis 60 kg/mm2 bei der
Drei-Punkt-Biegeprobe unter den gleichen Bedingungen wie vorher angegeben.
Eine unterschiedliche Menge von ß-Typ-Submikron-Sifizhimkarbid wurde mit dem feinteiligen ^-Typ-Siliziumkarbid der Probe 8 in Tabelle 5 von Beispiel 2 mit
j-, einem hohen Anteil an 2H-Typ-Siliziumkarbid vermischt
und eine Siliziumkarbidmischung daraus hergestellt, und die erhaltene Siliziumkarbidmischung wurde
homogen mit Bor und freiem Kohlenstoff zur Herstellung eines Rohmaterialpulvers zum Sintern, das
1% von jeweils Bor und freiem Kohlenstoff enthielt, vermischt Das Rohmaterialpulver zum Sintern wurde
unter hydrostatischem Druck geformt, und der Formkörper wurde in reinem Helium unter Atmosphärendruck
gesintert. Das Mischverhältnis von (/?-Typ-Submikronsiliziumkarbid)/(Siliziumkarbid
von Probe 8 in Tabelle 5) (das Mischverhältnis wird durch das Gewichtsverhältnis ausgedrückt), die Sintertemperatur
des Rohmaterials und die Dichte des erhaltenen gesinterten Körpers werden in Tabelle 6 gezeigt Aus
jo dem Ergebnis von Tabelle 6 wird ersichtlich, daß selbst
bei einem Mischverhältnis (übliches jS-Typ-Submikron-Siliziumkarbid)/(Siliziumkarbid
von Probe Nr. 8 in Tabeiie 5) so hoch wie 60/40, ein Sinterkörper mit einer
Dichte von 88% erhalten wird bei einer Sintertemperatür· von nicht mehr als 2000"C, und wenn das
Mischverhältnis nicht mehr als 50/50 beträgt, so kann
ein Sinterkörper mit einer Dichte so hoch wie 97% erhalten werden. Diese Tatsache zeigt, daß das
feinteilige Siliziumkarbid mit hohem Anteil an 2H-Typ- Siliziumkarbid gemäß der Erfindung sehr leicht
sinterfähig ist und das diese hervorragende Wirkung auf die Gegenwart von wenigstens 10% 2H-Typ-SUiziumkarbid in der Siliziumkarbidmischung zurückzuführen
ist
Die entstandenen Sinterkörper haben Kristallstrukturen aus j?-Typ-Kristallstruktur und 4H-Typ-Kristallstruktur, die hauptsächlich durch Umwandlung von
2H-Typ-SUiziumkarbid gebildet wurde. Diese Eigen-.
schäften haben auch die Proben 3 bis 10 in Tabelle 5 von
Beispiel 2.
| Mischverhältnis von | Sintertemperatur | Dichte |
| (Submikron-jS-SiC)/ | ( C) | (%) |
| (SiC von Nr. 8 in | ||
| Tabelle 5) | ||
| 0/100 | 1.830 | 93 |
| 25/75 | 1.960 | 97 |
| 50/50 | 1.980 | 97 |
| 60/40 | 2.000 | 88 |
| 60/40 | 2.070 | 96 |
| 100/0 | 2.100 | 96 |
| Beispiel 4 |
Die Sinterpulver von Beispiel I1 die in Tabelle 5 von
Beispiel 2 beschrieben werden, und hauptsächlich aus feinteiligem j3-Typ-Siliziumkarbid bestanden und 1%
von jeweils Bor und Kohlenstoff enthielten, wurden homogen mit metallischem Aluminium einer Reinheit
von 99,5% und einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 μΐη durch Naßvermahlen in Aceton in einer
Kugelmühle für Kunststoffe vermischt und so ein Rohmaterialpulver zum Sintern erzeugt Die Pulver
wurden unter hydrostatischem Druck zu geformten Körpern mit einer Dichte, die 50% der theoretischen
Dichte entsprach, geformt. Die Formkörper wurden in reinem Helium unter Atmosphärendruck unter Ausbildung
eines Sinterkörpers gesintert. Betrug der Aluminiumanteil in dem Rohmaterialpulver zum Sintern 1%,
so betrug die Temperatur 2020° C, und die Dichte des Sinterkörpers war 84%. Betrug die Menge des
Aluminiumanteiles in dem Rohmaterial 2%, so war die Sintertemperatur 2000° C und die Dichte des Sinterkörpers
84%. Daraus wird ersichtlich, daß das Siliziumkarbidpulver in Gegenwart von Aluminium hergestellt
werden muß, damit sich 2H-Typ-Siliziumkarbid bildet. Ist Aluminium dagegen nicht in dem RohmaterHnulver
zum Sintern vorhanden, so beträgt die Sintertempera'ur 2000° C, und die Dichte des Sinterkörpers ist 80%.
Daraus wird erkennbar, daß selbst bei einer Zugabe von Aluminium zu Siliziumkarbidpulver, welches ohne
Aluminium hergestellt worden war, durch Aluminium eine gewisse Sinterhilfe bewirkt wird.
Siliziumkarbidpulver mit einem Gehalt an 2H-Typ-Siliziumkarbid wurde homogen mit Bor und freiem
Kohlenstoff vermischt unter Ausbildung eines Rohmaterialpulvers zum Heißverpressen, das die in der
folgenden Tabelle 7 gezeigte Zusammensetzung hatte. Das Rohmaterialpulver zum Heißverpressen wurde in
einen Graphittiegel (20 mm χ 20 mm) gefüllt und unter reinem Argon und einem Druck von 300 kg/cm2
ό heißverpreßt. Der Gehait an 2H-Typ-Siliziumkarbid im
Siliziumkarbid, die Anteile an Aluminium, Bor und freiem Kohlenstoff in dem Rohmaterialpulver zum
Heißverpressen, die Heißpreßtemperatur und die Dichte des Sinterkörpers werden in Tabelle 7 gezeigt.
Bei allen Proben in Tabelle 7, selbst wenn die Heißverpressung bei einer Temperatur durchgeführt
wird, die höher ist als in Tabelle 7, nahm die Dichte des entstandenen Sinterkörpers nicht wesentlich zu. Aus
den in Tabelle 7 gezeigten Ergebnissen kann man ersehen, daß bei einem Anteil von 2H-Typ-Siliziumkarbid
von wenigstens 10% ein Sinterkörper mit einer hohen Dichte durch Heißverpressen bei einer Temperatur
von nicht mehr als 1900° C erhalten werden kann und daß bei der Verwendung von Aluminium in größeren
2ϊ Mengen die Hr ißpreßtemperatur erniedrigt wird, daß
jedoch der erhaltene Sinterkörper eine schlechte mechanische Festigkeit hat. Werden die Mengen an Bor
und Kohlenstoff erhöht, so hat der erhaltene Sinterkörper eine schlechte mechanische Festigkeit, ähnlich wie
im Falle von Aluminium. Weiterhin ist die Heißpreßtemperatur
höher, und die Teilchengröße in dem gebildeten Sinterkörper nimmt bis zu 3 μπι zu, und daher hat der
Sinterkörper eine schlechte mechanische Festigkeit.
So haben z. B. die Sinterkörper von Proben Nr. 8 und 9 eine Biegefestigkeit von nur etwa 70 kg/mm2 beim Drei-Punkt-Biegetest bei 10-4 mm Hg und 1400°C. Die Sinterkörper der Proben 3 bis 7 und 10 haben dagegen eine Biegefestigkeit im Bereich von 50 bis 60 kg/mm2 beim gleichen obigen Biegeversuch.
So haben z. B. die Sinterkörper von Proben Nr. 8 und 9 eine Biegefestigkeit von nur etwa 70 kg/mm2 beim Drei-Punkt-Biegetest bei 10-4 mm Hg und 1400°C. Die Sinterkörper der Proben 3 bis 7 und 10 haben dagegen eine Biegefestigkeit im Bereich von 50 bis 60 kg/mm2 beim gleichen obigen Biegeversuch.
Die Sinterkörper gemäß der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, daß sie eine gleichmäßige Textur
aufweisen, die aus sehr feinen Teilchen einer Größe von nicht mehr als 3 μπι besteht und daß sie eine
Kristallstruktur haben, die aus j3-Typ-Kristallstruktur
4ί und 4H-Typ-Kristallstruktur, das hauptsächlich durch
die Umwandlung von 2H-Typ-Kristallstruktur gebildet wurde, besteht.
| Tabelle 7 | Zusammensetzung | des Pulvers rür die | Heißverpressung Heißpreß- | Freier temperatur | .980 | Dichte |
| Probe Nr. | 211-Typ-Silizium- | Aluminium | Bor | Kohlenstoff ( | .930 | |
| karbid | (%) | (%) | 1,0 | .880 | ||
| 0 | 0 | 1,0 | 1,0 | .850 | 97 | |
| 1 | wenigstens 4 | 0,8 | 1,0 | 0,8 | .750 | 96 |
| 2 | wenigstens 11 | 0,3 | 1,0 | 1,0 | .580 | 96 |
| 3 | wenigstens 11 | 1,1 | 0,6 | 1,0 | .770 | 94 |
| 4 | wenigstens 17 | 2,0 | 1,0 | 0,4 | .650 | 95 |
| 5 | wenigstens 20 | 4,8 | 1,0 | 1,0 | .670 | 93 |
| 6 | wenigstens 28 | 0,5 | 2,0 | 0,8 | .650 | 96 |
| 7 | wenigstens 30 | 1,5 | 0,5 | 0,8 | 97 | |
| 8 | wenigstens 35 | 1,2 | 0,4 | 0,5 | 97 | |
| 9 | wenigstens 35 | 3,8 | 0.3 | 95 | ||
| 10 | ||||||
Die Pulver zum Heißverpressen von Proben 6 und 8, beschrieben in Tabelle 7 von Beispiel 5, wurden unter
einem erhöhten Druck von 700 kg/cm2 heißverpreßt Man erhielt Sinterkörper mit c"sn gleichen Dichten wie
die Sinterkörper von Proben 6 und 8 in Tabelle 7, wobei das Heißverpressen des Pulvers von Probe 6 bei einer so
niedrigen Temperatur wie 15400C und der Probe 8 bei
einer so niedrigen Heißpreßtemperatur wie 1620° C
durchgeführt wurde. Wird umgekehrt die Heißverpressung bei einer Temperatur von 80 bis 100° C höher als
der in Tabelle 5 beschriebenen Temperatur durchgeführt, so kann der Heißpreßdruck auf 50 bis 100 kg/cm2
verringert werden.
Das in Tabelle 7 von Beispiel 5 beschriebene Siliziumkarbidpulver wurde homogen mit unterschiedlichen
Mengen des /Ϊ-Typ-Siliziumkarbidpulvers von
Probe 1, beschrieben in Tabelle 7, vermischt und eine Siliziumkarbidpulvermischung gebildet Die Mischung
wurde mit Bor und freiem Kohlenstoff so vermischt, daß
10
20 die erhaltene Mischung jeweils 1% Bor und freien Kohlenstoff enthielt, und die Mischung wurde als
Rohmaterialpulver zum heißverpressen verwendet Das Rohmaterialpulver wurde bei einem Druck von
300 kg/cm2 in reinem Argon heißverpreßt Die folgende Tabelle 8 zeigt das Mischverhältnis von (JJ-Typ-Siliziumkarbid
von Probe 1 in Tabelle 7)/(Siliziumkarbid von Probe 8 in Tabelle 7), die Heißpreßtemperatur und die
Dichte des erhaltenen Sinterkörpers. Aus Tabelle 8 wird ersichtlich, daß bei einem Mischverhältnis von (gewöhnliches
jJ-Typ-Submikron-Siliziumkarbid/feinteiliges Siliziumkarbid
mit einem hohen Anteil an 2H-Typ-Siliziumkarbid gemäß der Erfindung) nicht höher als 50/50 oie
erhaltene Siliziumkarbidmischung zu einem Sinterkörper bei einer Temperatur von nicht mehr als 1900° C
heißverpreßt werden kann, und weiterhin wird gezeigt daß man einen Sinterkörper mit einer Dichte von 98%
erhalten kann. Diese Tatsache zeigt daß 2H-Typ-Siliziumkarbid sehr leicht sinterbar ist. Diese gute Wirkung
wird dadurch erzielt, daß wenigstens 10% 2H-Typ-Siliziumkarbid
in der Siliziumkarbidmischung enthalten sind.
| Mischungsverhältnis | Heißpreßtemperatur Dichte | ( C) |
| von OS-SiC von Nr. 1 | ( C) | |
| in Tabelle 7)/(SiC von | ||
| Nr. 8 in Tabelle 7) | 97 | |
| 0/100 | 1.650 | 98 |
| 25/75 | 1.840 | 98 |
| 50/50 | 1.880 | 98 |
| 60/40 | 1.950 | 97 |
| 100/0 | 1.980 | Druck von 300 kg/cm2 ii • n Alan TnLnIIn Ol n.nl*4 <■!.._ Il |
| Beispiel 8 |
Das Siliziumkarbidpulver von Probe 8 in Tabelle 7 von Beispiel 5 wurde homogen mit verschiedenen
Mengen gewöhnliches oc-Typ-Submikron-Siliziumkarbid,
das eine Mischung aus Siliziumkarbiden vom 4H-Typ, 6H-Typ und 15R-Typ unabhängig von deren
Anteilen enthält, vermischt und eine Siliziumkarbidmischung bildet. Die Mischung wurde mit Bor und freiem
Kohlenstoff in solchen Mengen abgemischt, daß die erhaltene Mischung jeweils 1% Bor und freien
Kohlenstoff enthielt, und die entstandene Mischung wurde als Rohmaterialpulver zum Heißverpressen
verwendet. Das Rohmaterialpulver wurde unter einem
in reinem Argon heißverpreßt
Aus Tabelle 9 geht das Mischverhältnis von («-Typ-Submikron-Siliziumkarbid)/(Siliziumkarbidpulver
von Probe 8 in Tabelle 7), die Heißpreßtemperatur und die Dichte des erhaltenen Sinterkörpers hervor. In diesem
Beispiel war es, ähnlich wie im Beispiel 6, möglich, die zum Sintern des «-Typ-Siliziumkarbid alleine benötigte
Heißpreßtemperatur auf nicht mehr als 1900° C zu senken.
Da wenigstens 10% 2H-Typ-Siliziumkarbid in dem Rohmaterialpulver zum Heißverpressen enthalten sind,
so wird durch das 2H-Typ-Siliziumkarbid die gute Sinterfähigkeit bewirkt.
| Mischverhältnis von | Hierzu | Heißpreßtemperatur | Dichte |
| (Submikron-c-SiC)/ | ("O | ("C) | |
| (SiC von Nr. 8 in | |||
| Tabelle 7) | |||
| 0/100 | 1.650 | 97 | |
| 25/75 | 1.800 | 98 | |
| 50/50 | 1.820 | 98 | |
| 70/30 | 1.900 | 97 | |
| 100/0 | 1.950 | 9η | |
| 2 Blatt Zeichnungen |
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von feinteiligem Siliziumkarbid mit einem Anteil von wenigstens 10
Gew.-% 2H-Typ-Siliziumkarbid durch Umsetzen einer Mischung aus feinteiligem Kohlenstoffpulver
oder einer organischen Verbindung, die in einen feinteiligen Kohlenstoff bei hohen Temperaturen
umgewandelt wird, mit einer Siliziumquelle, wie Silizium, Siliziummonoxid, Siliziumdioxid oder einer
in Silizium, Siliziummonoxid oder Siliziumdioxid bei hohen Temperaturen umwandelbaren Siliziumverbindung
in Gegenwart von Aluminium bei einer Temperatur von 1200 bis 15000C, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in einem Vakuum von nicht niedriger als 10 mm Hg bei
einer Al-Menge, berechnet als Aluminium, von 1 bis 20 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile
des zu bildenden Siliziumkarbids durchführt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine gasförmige Mischung eines
Siliziumhalogenids und eines Kohlenwasserstoffs in Gegenwart eines gasförmigen Aluminiumhalogenids,
das homogen im Reaktionssystem dispergiert ist, und wobei die Menge des Aluminiumhalogenids
0,5 bis 5 Gewichtsteile, berechnet als Aluminium, bezogen auf 100 Gewichtsteile des zu bildenden
Siliziumkarbids beträgt, umsetzt.
3. Verwendung von gemäß Ansprüchen 1 oder 2 erhaltenem feinteiligem Siliziumkarbid zur Herstellung
hochdichter Sinterkörper.
10
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