DE2910628C2

DE2910628C2 - Verfahren zur Herstellung eines reaktionsgebundenen Siliciumkarbid-Körpers

Info

Publication number: DE2910628C2
Application number: DE19792910628
Authority: DE
Inventors: Wendel G. Broomfield Col. Brown
Original assignee: COORS PORCELAIN Co GOLDEN COL US
Current assignee: COORS PORCELAIN Co GOLDEN COL US
Priority date: 1978-07-03
Filing date: 1979-03-17
Publication date: 1986-02-20
Also published as: JPS5585471A; JPS5835949B2; CA1092793A; DE2910628A1; FR2434790B1; FR2434790A1; BR7901976A

Description

55 Preßling gebracht und weiterhin so erhitzt wird, daß ein

Teil des Siliciums in dem Silicium-Kohlenstoff-Gemenge mit dem Kohlenstoff reagiert und ein bröckeliges, poröses Gerüst aus Siliciumkarbid bildet, das den Fluß

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geschmolzenen elementaren Siliciums aus dem Gemenreaktionsgebundener Siliciumkarbid-Körper, wobei in 60 ge in den porösen Preßling führt, und daß das bröckelieinem Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre ein ge, poröse Gerüst nach dem Abkühlen von dem reakporöser Preßling, der im wesentlichen aus einem gleich- tionsgebundenen Siliciumkarbid-Körper entfernt wird, förmigen Gemisch aus Siliciumkarbidkorn und Kohlen- Durch diese Maßnahme wird dafür gesorgt, daß, wäh-

stoff besteht, mindestens auf die Schmelztemperatur rend das Silicium seine Schmelztemperatur erreicht, ein von elementarem Silicium erhitzt wird, während sich 65 Teil des Siliciums mit der Kohle, mit der es vermischt ist, dieser Preßling in Kontakt mit feinverteiltem Silicium reagiert, um damit Siliciumkarbid entstehen zu lassen, befindet, wobei das Silicium schmilzt und in den porösen Die dadurch hergestellte hochporöse Grundmasse läßt Preßling eintritt, wobei mindestens ein Teil des ge- den Fluß des geschmolzenen Siliciums in den porösen

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Preßling aus Siliciumkarbid und Kohlenstoff eindringen. 3—13 Gew.-Teilen Kohle.

Daraufhin reagiert ein Teil des geschmolzenen Siliciums Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im fol-

mit dem Kohlenstoff in diesem Preßling, wobei zusätzli- genden näher beschriebea

ches Siliciumkarbid entsteht, während der verbleibende Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstel-

Teil des geschmolzenen Siliciums eventuelle Hohlräume 5 lung von reaktionsgebundenen Silicsumkarbid-Dichtrin-

zwischen den Siliciumkarbidkörnern füllt, wobei ein im gen und verwendet einen porösen, ringförmigen Silici-

wesentlichen unporöser Körper entsteht umkarbid-Kohlenstoff-Preßling und einen ringförmigen

Zweckmäßigerweise kann ein als Preßling ausgebil- Silicium-Kohlenstoff-Preßling, die an axial gerichteten

detes Silicium-Kohlenstoff-Gemenge eingesetzt wer- Flächen miteinander in Berührung gebracht werden,

den. 10 Das als Ausgangsmaterial benutzte Siliciumkarbid-

In dieser Form kann das Silicium-Kohlenstoff-Ge- korn besteht aus Alpha-Siiiciumkarbid in konventionel-

menge auf einfache Weise in Kontakt mit dem Silicium- ler handelsüblicher Qualität Die Schrötung des Korns

karbid-Kohlenstoff-Preßling gebracht und mit diesem ist so gewählt daß etwa die eine Hälfte der Körner eine

anschließend auf die Schmelztemperatur des Süiciums Größe zwischen 10 und 25^m und die andere Hälfte

erhitzt werden. 15 eine Größe zwischen 0,5 und 4 μπι haben, die durch-

Weiterhin kann in einer bevorzugten Ausführung des schnittliche Partikelgröße des Korns also etwa 10 μπι

Verfahrens ein Silicium-Kohlenstoff-Gemenge einge- beträgt Je nach den vorgegebenen Anforderungen

setzt werden, das einen Oberschuß an Silicium über den kann das Siliciumkarbidkorn auch eine größere bzw.

stöchiometrisch erforderlichen Anteil aufweist, der bei kleinere Korngröße aufweisen,

vollständiger Reaktion des Kohlenstoffs in dem Gemen- 20 Die Kohle für jeden der beiden Preßlinge besteht aus

ge und im Preßling vorhanden sein müßte, und der aus- Ruß. Selbstverständlich kann auch andere amorphe

reicht um die Hohlräume in dem reaktionsgebundenen Kohle oder Graphit verwendet werden. Die Partikel-

Siliciumkarbid-Körper auszufüllen. größe der Kohle beträgt zwischen 0,01 und 1 μπι, so daß

Durch diesen Überschuß an Silicium in dem Silicium- eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 0,1 μπι Kohlenstoff-Gemenge wird eine strikte Kontrolle des 25 erreicht wird. Ins allgemeinen soll die Partikelgröße der Siliciumanteils in dem Preßling überflüssig. Aufgrund Kohle vorzugsweise unter 1 μπι liegen, der Weichheit des elementaren Siliciums gegenüber Das im Silicium-Kohlenstoff-Preßling verwendete Sidem hergestellten unporösen Körper läßt sich nach Ab- licium besitzt handelsübliche Qualität mit einer Kornkühlung ein Überschuß an elementarem Silicium an der größe zwischen 10 und 150 μπι, wobei die durchschnitt-Oberfläche des unporösen Körpers leicht entfernen, 30 liehe Partikelgröße etwa 25 μπι beträgt, zum Beispiel durch Abreiben oder Abschleifen. Ebenso Zur Herstellung der Preßlinge ist ein organisches Binkann das brüchige Siliciumkarbid durch spanabhebende demittel vorgesehen, das sich bei Erhitzung der Preßlin-Bearbeitung von der Oberfläche des unporösen Kör- ge zersetzt, noch ehe das Silicium seine Schmelztempepers leicht entfernt werden. Da die Verwendung von ratur erreicht und die gewünschte Reaktion mit dem in elementarem Silicium im stöchiometrischen Überschuß 35 den Preßlingen vorhandenen Kohlenstoff eingeht. Als die angestrebte Nichtporosität und Zusammensetzung Bindemittel wird Polyethylenglycol verwendet Es kann des hergestellten Körpers gewährleistet, entfällt auch auch ein anderes der zahlreichen organischen Bindemiteine strikte Kontrolle der Porosität des Siliciumkarbid- tel benutzt werden, z. B. Acrylharz, Polyvinylbutyral, Kohlenstoff-Preßlings und des Kohlenstoffanteils darin. Zelluloseacetat oder Methylzellulose. Zur einfachen, Geringe Abweichungen des Siliciumanteils in dem her- 40 preisgünstigen Herstellung wird ein wasserlösliches gestellten Körper haben keinen nennenswerten Einfluß Bindemittel gewählt.

auf die Qualität und die ausgezeichneten Leistungscha- Die für den Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßling ver-

rakteristiken des Körpers. Zusammen mit der leichten wendete Mischung enthält etwa 75—97 Gew.-Teile SiIi-

Endbearbeitung zur Herstellung der genauen Größe ciumkarbid, etwa 5—25 Gew.-Teile elementare Kohle

und der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit des 45 und etwa 5—15 Gew.-Teile des organischen Bindemit-

Körpers ermöglicht dies eine relativ preisgünstige Her- tels. Nach dem Erhitzen des Preßlings auf eine Tempe-

stellung. ratur, bei der sich das organische Bindemittel bereits

Das Silicium-Kohlenstoff-Gemenge kann in einer be- zersetzt die Reaktion des Siliciums aber noch nicht einvorzugten Ausführung der Erfindung so beschaffen sein, gesetzt hat, besteht der Preßling aus etwa daß es aus 90—97 Gew. -Teilen feinverteiltem Silicium, 50 70—95 Gew.-Teilen Siliciumkarbid und aus etwa 3—10 Gew.-Teilen feinverteilter elementarer Kohle 5—30 Gew.-Teilen Kohle. Die obere Grenze des Silici- und 3—10 Gew.-Teilen eines organischen Bindemittels umkarbidanteils und die untere Grenze des Kohlengebildet wird, daß das Gemenge zu einem Preßling ge- Stoffanteils bleiben gleich, da, bei Verwendung von etwa formt wird und daß dieser Preßling vor dem Erhitzen nur 5—15 Gew.-Teilen Bindemittel eine vernachlässigauf mindestens die Schmelztemperatur des elementaren 55 bare Menge an Kohle bei der Zersetzung des Bindemit-Siliciums im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre tels anfällt. In dem betrachteten Ausführungsbeispiel ist auf eine zur Zersetzung des organischen Bindemittels das Gemenge wie folgt zusammengesetzt: 80 Gew.-Teiausreichende Temperatur erhitzt wird. Ie Siliciumkarbid, 20 Gew.-Teile Ruß, 10 Gew.-Teile Po-

Der Zusatz eines organischen Bindemittels gewähr- lyethylenglycol und 100 Gew.-Teile Wasser. Bei der leistet, daß der Silicium-Kohlenstoff-Preßling vor dem 60 Herstellung des Gemenges werden vorzugsweise zu-Erhitzen eine gute Festigkeit hat und daher leicht wei- nächst das Wasser, das Polyethylenglycol und die Kohle terverarbeitet werden kann, ohne daß die Gefahr eines zur Bildung eines Breis gemischt, diesem Brei wird dann Zerbröckeins oder Brechens besteht. Bei der Zerset- das Siliciumkarbid zugesetzt und mit ihm vermischt, zung des organischen Bindemittels durch Erhitzen fällt Dieses Gemisch wird erhitzt, so daß das Wasser verzusätzlich elementarer Kohlenstoff an, der dann zur Re- 65 dampft, und eine Substanz aus Siliciumkarbidkorn entaktion mit dem elementaren Silicium zur Verfügung steht, das mit einer Mischung aus dem Bindemittel und steht. Am Ende der Zersetzung des Bindemittels besteht der Kohle beschichtet ist. Eine abgemessene Menge dieder Preßling aus etwa 87—97 Gew.-Teilen Silicium und ses beschichteten, lockeren und körnigen Siliciumkar-

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bidmaterials wird dann in zusammenpassenden, ringför- Anstatt die beiden Preßlinge getrennt herzustellen migen Metallformen gepreßt, um den Siliciumkarbid- und diese dann übereinanderzulegen, können die beiden Kohlenstoff-Preßling herzustellen. Selbstverständlich Preßlinge auch als ein einheitlicher Preßling hergestellt kann dem Preßling durch andere Metallformen eine an- werden, der eine Lage aus Siliciumkarbid-Kohienstoff dere gewünschte Form gegeben werden. Bei dem im 5 und eine Lage aus Silicium-Kohlenstoff aufweist Dazu Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten Poly- kann die für den obigen Siliciumkarbid-Kohlenstoffethylenglycol als Bindemittel braucht Wärme beim Preßling verwendete Mischung durch einen Satz zu-Pressen nicht zugegeben zu werden. Bei anderen Binde- sammenpassender Metallformen in die gewünschte Gemittein dagegen kann Wärme beim Pressen erforderlich stalt gepreßt werden, nach Entfernen eines Formteils sein, um dem Preßling eine gute Festigkeit zu geben. io das für den obigen Silicium-Kohlenstoff-Preßling ver-Der beim Pressen zur Herstellung des Siliciumkarbid- wendete Gemisch auf den in dem zweiten Formteil verKohlenstoff-Preßlings aufgewendete Druck ist so ge- bliebenen Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßling gegewählt daß der Preßling eine Grobdichte von etwa 1,8 g/ ben werden und anschließend das Silicium-Kohlenstof fcm³ erhält Bei dieser Grobdichte hat der Preßling eine Gemisch in eine Lage an der Unterseite der Siliciumkarsolche Porosität daß zwischen etwa 20 und 50 Vol.-% i5 bid-Kohlenstoff-Lage gepreßt werden. Diese Methode des Preßlings aus Hohlräumen zwischen den beschich- ist bei hohen Produktionsraten vorteilhaft, weil der teten Körnern aus Siliciumkarbid bestehen. Diese Hohl- Schritt der auf die Herstellung der beiden Preßlinge räume sind gleichmäßig verteilt und stehen miteinander erfolgenden Zusammensetzung entfällt Außerdem wird in Verbindung. Je nach dem speziellen Gemisch, das dadurch die gewünschte Beständigkeit der Zusammenverwendet wird, und je nach der gewünschten Porosität 20 fügung der beiden Lagen verbessert wird eine Grobdichte von etwa 1,4 bis 2,5 g/cm³ ange- Die beiden aufeinandergelegten Preßlinge werden strebt wozu Preßdrücke zwischen etwa 210 bar und dann auf eine Temperatur erhitzt die ausreicht um das 1400 bar Pa erforderlich sind. Bindemittel zu zersetzen. Diese Erhitzung wird am be-Zur Herstellung des zweiten Preßlings, des Silicium- sten in einer nicht oxidierenden Atmosphäre vorgenom-Kohlenstoff-Preßlings, wird ein Gemenge von 25 men, die aus einem Gemisch aus 85 VoI.-% Stickstoff 94 Gew.-Teilen Silicium, 6 Gew.-Teilen Graphit mit ei- und 15 Vol.-% Wasserstoff besteht Die Erhitzung kann ner durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 0,1 μτη, jedoch auch in Luft geschehen. Während der Zerset-5 Gew.-Teilen Polyethylenglycol und 100 Gew.-Teilen zung bleiben nahezu alle Kohlenstoffatome des Binde-Wasser verwendet. Das Gemenge wird dann getrock- mittels im Preßling, während die anderen Bestandteile net, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Silici- 30 des Bindemittels, z. B. Wasserstoff und Sauerstoff, aus umkarbid-Kohlenstoff-Preßling beschrieben worden ist dem Preßling in Gas- oder Dampfform entweichen. Bei und das entstandene beschichtete Siliciumpulver mit dem als Bindemittel verwendeten Polyethylenglycol hai Hilfe zusammenpassender ringförmiger Metallformsn sich eine Erhitzung auf eine Temperatur von 375° C für in einen Preßling der gewünschten Gestalt geformt Der die Dauer einer Stunde in einer Stickstoff-Wasserstofffür das Pressen aufgewendete Druck beträgt wie zur 35 Atmosphäre als optimal herausgestellt Im allgemeinen Herstellung des Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßlings beträgt die Temperatur, bei der sich geeignete organizwischen 210 und 1400 bar. Bei diesem Druck wird der sehe Bindemittel zersetzen, etwa zwischen 300 und Silicium-Kohlenstoff-Preßling auf eine hohe Dichte ge- 450⁰C, wobei die genaue Temperatur und die Dauer der preßt so daß er im wesentlichen keine Hohlräume auf- Erhitzung von dem betreffenden Bindemittel abhängen, weist. Ein Vorhandensein von Hohlräumen wäre hier 40 Nachdem das Bindemittel sich zersetzt hat, werden jedoch kein Nachteil. die beiden aufeinandergelegten Preßlinge auf eine Tem-In dem betrachteten Ausführungsbeispiel der Erfin- peratur erhitzt, die mindestens gleich der Schmelztemdung ist die im Silicium-Kohlenstoff-Preßling vorhande- peratur des Siliciums ist. Diese Erhitzung findet in einer neSiliciummenge etwas größer als die Menge, die erfor- inerten Atmosphäre oder, vorzugsweise, im Vakuum derlich ist, um mit dem gesamten Kohlenstoff in beiden 45 statt. In dem betrachteten Ausführungsbeispiel der ErPreßlingen zu reagieren, wobei Siliciumkarbid entsteht, findung wird ein Vakuum von 1,3 · 10-² bis plus der Menge, die benötigt wird, um alle Hohlräume 1,3 · lO-'mbar erzeugt, durch das beste Ergebnisse erzu füllen, die zwischen dem Siliciumkarbid verbleiben, zielt werden. Wenn mit einer inerten Atmosphäre gearnachdem der gesamte Kohlenstoff im Siliciumkarbid- beitet werden soll, wird vorzugsweise mit einer höheren Kohlenstoff-Preßling unter Bildung von Siliciumkarbid so Temperatur als derjenigen gearbeitet, die beim Arbeiin Reaktion getreten ist. Daraus ergibt sich, daß bei ten unter Vakuum erforderlich ist, um eine optimale, größerer Menge an Kohlenstoff in den beiden Preßlin- relativ schnelle Infiltration des geschmolzenen Siliciums gen und bei größerer Porosität des Siliciumkarbid-Koh- durch den Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßling hinlenstoff-Preßlings eine größere Menge an Silicium zur durch zu erhalten. Gute inerte Atmosphären bilden Ar-Herstellung des Silicium-Kohlenstoff-Preßlings zu ver- 55 gon, Helium und Wasserstoff. Wasserstoff ist bezüglich wenden ist. der wesentlichen Bestandteile der Preßlinge inert, ob-In dem betrachteten Ausführungsbeispiel der Erfin- wohl er als Reduktionsatmosphäre auf eventuell vordung haben die beiden ringförmigen Preßlinge den glei- handene Oxidverunreinigungen wirken kann. Für einen chen Innen- und Außendurchmesser. Die Dicke des SiIi- Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßling mit einer Dicke ciumkarbid-Kohlenstoff-Rings ist mindestens etwa 60 von 12,7 mm und einer Grobdichte von etwa 1,8 g/cm³ gleich, jedoch nicht kleiner als die, die für den herzustel- hat sich ein Erhitzen im Vakuum auf eine Temperatur lenden Dichtring gewünscht wird, während die Dicke von 1500°C für die Dauer von zwei Stunden als sehr des Siücium-Kohlenstoff-Rings durch die nach der obi- geeignet erwiesen. Die Temperatur und die Dauer des gen Darstellung verwendete Menge an Silicium be- Erhitzens hängen von der Dicke des herzustellenden stimmt ist. Für das weitere Verfahren werden die beiden 65 Körpers und von der Porosität des Siliciumkarbid-Koh-Ringe übereinandergelegt, so daß ihre gegenüberlie- Ie-Preßlings ab. Je größer die Dicke und je geringer die genden axial gerichteten Flächen in Berührung korn- Porosität sind, desto höher muß die Temperatur und men. desto länger muß die Dauer des Erhitzens gewählt wer-

den. Zur Herstellung der infrage kommenden Siliciumkarbid-Körper genügt im allgemeinen ein Erhitzen auf eine Temperatur von 1450 bis 1650°C, insbesondere, wenn das Erhitzen unter Vakuum erfolgt Wenn mit einer inerten Atmosphäre gearbeitet wird, kann eine Temperatur bis zu 2000° C wünschenswert sein, um eine optimale Infiltration innerhalb kurzer Zeit zu erreichen.

Während dieses Erhitzens, zum Zeitpunkt des Schmelzens des Siliciums, reagiert ein Teil des Siliciums mit dem Kohlenstoff im Silicium-Kohlenstoff-Preßling, wobei Siliciumkarbid entsteht Dieses Siliciumkarbid bildet eine hochporöse, brüchige Grundmasse, die den Fluß des verbleibenden, nun geschmolzenen Siliciums in den porösen Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßling leitet und dort festhält Die brüchige, poröse Grundmasse verhindert also ein Fließen des geschmolzenen Siliciums über den Rand und an den Seiten des Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßrings herab. Mit dem Infiltrieren des Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßrings durch das geschmolzene Silicium reagiert ein Teil davon mit der Kohle in diesem Preßring, wobei zusätzliches Siliciumkarbid gebildet wird. Nachdem die Siliciumkarbidbildung durch Reaktion mit der gesamten Kohle abgeschlossen ist werden eventuell verbliebene Poren mit dem elementaren Silicium gefüllt Der entstandene Dichtungsring besteht aus einheitlichem, reaktionsgebundenem Siliciumkarbid, das, da seine Poren mit Silicium gefüllt sind, ein im wesentlichen porenfreies Gefüge aufweist und sich durch eine hohe Festigkeit auszeichnet.

Nach Beendigung der Infiltration und nach Entnahme des entstandenen Körpers aus der Heizkammer und dessen Abkühlung kann die brüchige Siliciumkarbid-Grundmasse zusammen mit dem eventuell an der Oberfläche des Körpers noch vorhandenen überschüssigen Silicium leicht durch einfaches Abschleifen oder Abreiben entfernt werden. Bei der Herstellung von Dichtringen folgt diesem Arbeitsgang ein Polieren, durch das die gewünschte glatte Oberflächenbeschaffenheit des Dichtrings erhalten wird. Die verbleibenden Unebenheiten sollen höchstens 150 μπι betragen.

Während bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung die beiden Preßlinge so angeordnet sind, daß der Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßling unten und der Silicium-Kohlenstoff-Preßling oben liegt wobei das Einfließen und Durchdringen des geschmolzenen Siliciums durch den Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßling durch die Schwerkraft begünstigt wird, ist diese Anordnung der Preßlinge für die Erfindung nicht maßgebend. Das Einfließen und Durchdringen kann allein aufgrund der Kapillarwirkung geschehen. Es können auch mehr als zwei Preßlinge verwendet werden, wenn dies als zweckmäßig erscheint Zum Beispiel kann ein Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßling zwischen zwei SiIicium-Kohlenstoff-Preßlinge gelegt werden.

In dem beschriebenem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Gemisch aus elementarem Silicium und Kohlenstoff in Form eines Preßlings nach der oben dargestellten Methode hergestellt wobei ein Bindemittel im Gemisch enthalten ist Obwohl die Verwendung eines Preßlings für viele Zwecke bevorzugt wird, ist sie für die Durchführung des Verfahrens jedoch nicht entscheidend. Das Silicium-Kohlenstoff-Gemenge kann z. B. auch in loser Pulverform ohne Beimengung eines Bindemittels verwendet werden. Bei diesem Verfahren werden zunächst das feinverteilte Silicium und der Kohlenstoff so gemischt daß das gewünschte gleichförmige Gemenge entsteht Dieses Gemenge wird nun in loser Form auf den Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßling gegeben. Wenn es sich bei dem Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßling um einen Ring handelt, wird zweckmäßigerweise das lose Silicium-Kohlenstoff-Gemenge in die Mitte und um die Stirnseiten des Rings herumgelegt, um einen innigen Flächenkontakt mit dem Ring zu erreichen. Das weitere Verfahren ist das gleiche, wie es oben für das Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben worden ist: Der Siliciumkarbid-Kohlenstoff-Preßling wird auf die Schmelztemperatur des Siliciums erhitzt, während er sich im Kontakt mit dem losen Silicium-Kohlenstoff-Gemenge befindet. Die Partikelgrößen und die prozentualen Anteile des pulverförmigen elementaren Siliciums und des Kohlenstoffs sowie die Form der Kohle, die in dem losen Gemenge verwendet wird, können nach den Angaben des Ausführungsbeispiels gewählt sein.

Wie oben, insbesondere anhand des Ausführungsbeispiels näher erläutert worden ist, dient das Verfahren in vorteilhafter Weise zur Herstellung von im wesentlichen porenfreien Körpern, in denen jeder Zwischenraum zwischen den Karbidkörnern mit elementarem Silicium gefüllt ist. Damit lassen sich Siliciumkarbidkörper herstellen, die nur etwa 60 Gew.-% Siliciumkarbid enthalten, während der Rest aus elementarem Silicium besteht Es versteht sich jedoch von selbst daß die Erfindung auch zur Herstellung von Körpern verwendet werden kann, die kaum Silicium oder kein freies Silicium enthalten. Dies wird dadurch erreicht, daß nur die Menge an Silicium benutzt wird, die stöchiometrisch erforderlich ist um mit dem Kohlenstoff zu reagieren.

Claims

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schmolzenen Siliciums mit dem Kohlenstoff im Preßling Patentansprüche: reagiert und zusätzlich Siliciumkarbid bildet, derart, daß

ein reaktionsgebundener Siüciumkarbid-Körper ent-1. Verfahren zur herstellung eines reaktionsge- steht

bundenen Siliciumkarbid-Körpers, wobei in einem 5 Ein solches Verfahren steht insbesondere im Zusam-Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre ein porö- menhang mit der Herstellung von Siliciumkarbid-Dichtser Preßling, der im wesentlichen aus einem gleich- ringen, die beispielsweise zur Abdichtung rotierender förmigen Gemisch aus Siliciumkarbidkorn und Koh- Wellen von Schlammpumpen benutzt werden and welenstoff besteht mindestens auf die Schmelztempe- gen der Härte und hohen Verschleißbeständigkeit der ratur von elementarem Silicium erhitzt wird, wäh- 10 hohen Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeschockberend sich dieser Preßling in Kontakt mit fein verteil- ständigkeit des Siliciumkarbids vorteilhaft sind, tem Silicium befindet wobei das Silicium schmilzt LJm diese Eigenschaften der Siliciumkarbid-Körper

und in den porösen Preßling eintritt, wobei minde- zu optimieren, ist es wünschenswert daß solche Körper stens ein Teil des geschmolzenen Siliciums mit dem eine hohe Dichte und folglich eine geringe Porosität Kohlenstoff im Preßling reagiert und zusätzlich SiIi- 15 haben. Darüber hinaus ist es wünschenswert daß sie mit ciumkarbid bildet derart daß ein reaktionsgebunde- geringen Kosten hergestellt werden können, so daß der ner Siliciumkarbid-Körper entsteht dadurch Endverbraucher keinen übermäßigen Zupreis für die gekennzeichnet, daß, ehe das elementare SiIi- Verwendung solcher Körper aus Siliciumkarbid bezahcium seine Schmelztemperatur erreicht ein gleich- Ien muß.

mäßiges Gemenge aus 3-13Gew.-% Kohlenstoff 20 Es ist bekannt zur Erfüllung dieser Anforderungen und fein verteiltem Silicium in Kontakt mit dem SiIi- reaktionsgebundene Siliciumkarbid-Körper dadurch ciumkarbidkorn-Kohlenstoff-Preßling gebracht und herzustellen, daß zunächst ein Preßling aus Siliciumkarweiterhin so erhitzt wird, daß ein Teil des Siliciums in bid und feinverteilter elementarer Kohle (ggfs. durch dem Silicium-Kohlenstoff-Gemenge mit dem Koh- Zusatz eines Bindemittels) hergestellt wird und dann lenstoff reagiert und ein bröckeliges, poröses Gerüst 25 dieser Preßling mit Silicium, entweder in Dampf- oder in aus Siliciumkarbid bildet, daß den Fluß geschmolze- Flüssigform, durchdrungen wird, derart daß das Silicinen elementaren Siliciums aus dem Gemenge in den um mit dem Kohlenstoff im Preßling reagiert um zuporösen Preßling führt und daß das bröckelige, po- sätzliches Siliciumkarbid an Ort und Stelle entstehen zu rose Gerüst nach dem Abkühlen von dem reaktions- lassen (P. Popper »Special Ceramics, Bd. 5,1971,'insbegebundenen Siliciumkarbid-Körper entfernt wird. 30 sondere S. 99—101 ^Dabei ist die Menge an Silicium, die

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- verwendet wird, diejenige, die stöchiqmetrisch erforderzeichnet daß ein als Preßling ausgebildetes Silicium- lieh ist um mit dem Kohlenstoff im Preßling vollständig Kohlenstoff-Gemenge eingesetzt wird. zu reagieren. Nach diesem Prozeß wird das überschüssi-

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ge Silicium auf der Oberfläche des Siliciumkarbid-Köi·- zeichnet, daß ein SiliciunvKohlenstoff-Gemenge 35 pers durch Sandschleifen beseitigt

eingesetzt wird, das einen Überschuß an Silicium Es ist jedoch schwierig, mit den bekannten Verfahren

über den stöchiometrisch erforderlichen Anteil auf- ein im wesentlichen nicht poröses Gefüge zu erhalten,

weist, der bei vollständiger Reaktion des Kohlen- Ferner sind aufgrund der extremen Härte von Silicium-

stoffs in dem Gemenge und im Formling vorhanden karbid die anschließenden spanabhebenden Arbeitsgänsein müßte, und der ausreicht, um Hohlräume in dem 40 ge zum Erreichen der erforderlichen Maße und, wie bei

reaktionsgebundenen Siliciumkarbid-Körper auszu- Dichtringen, der glatten Oberflächenbeschaffenheit,

fül Ien. schwierig und damit teuer.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verkennzeichnet, daß ein Gemenge aus fahren zur Herstellung von reaktionsgebundenen Silici-90—97 Gew.-Teilen feinverteiltem Silicium, 45 umkarbid-Körpern zu entwickeln, die im wesentlichen 3—10 Gew.-Teilen feinverteilter elementarer Kohle unporös sind und dennoch mit geringeren Kosten aufund3—10 Gew.-Teilen eines organischen Bindemit- grund leichterer anschließender Bearbeitbarkeit und tels gebildet und eingesetzt wird, wobei das Gemen- unter Vermeidung einer strikten Kontrolle der Zusamge zu einem Preßling geformt wird, und daß dieser mensetzung hergestellt werden können.

Preßling vor dem Erhitzen auf mindestens die 50 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, Schmelztemperatur des elementaren Siliciums im daß, ehe das elementare Silicium seine Schmelztempe-Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre auf eine ratur erreicht, ein gleichmäßiges Gemenge aus zur Zersetzung des organischen Bindemittels ausrei- 3—13 Gew.-% Kohlenstoff und fein verteiltem Silicium chende Temperatur erhitzt wird. in Kontakt mit dem Siliciumkarbidkorn-Kohlenstoff-