DE2923729A1

DE2923729A1 - Sinterkeramisches produkt und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2923729A1
Application number: DE19792923729
Authority: DE
Inventors: Yorihiro Murata
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax 1 LLC
Priority date: 1978-06-15
Filing date: 1979-06-12
Publication date: 1980-01-03
Also published as: JPS62275063A; FR2432004B1; GB2023185A; GB2023185B; CA1139791A; FR2432004A1; DE2923729C2

Description

Die Erfindung betrifft ein sinterkeramisches Produkt sov/ie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Siliciumcarbid, eine kristalline Verbindung von Silicium und Kohlenstoff, wird seit langem wegen seiner Härte, seiner Festigkeit und ausgezeichneten Beständigkeit gegen Oxydation und Korrosion geschätzt. Siliciumcarbid hat eine niedrige Wärmeausdehnungszahl, gute Wärmeübertragungseigenschaften und behält seine Festigkeit auch bei hohen Temperaturen. In den letzten Jahren wurden Verfahren zur Herstellung hochdichter Siliciumcarbid-Körper aus Siliciumcarbid-Pulvern entwickelt, wie das Reaktionssintern, das chemische Aufdampfen, Heißpressen sowie das drucklose Sintern (Formen und nachfolgendes Sintern des Körpers). Beispiele dieser Verfahren sind in den US-Patentschriften 3 853 566, 3 852 099, 3 954 483 und 3 960 577 beschrieben. Die danach hergestellten Siliciumcarbid-Körper sind ausgezeichnete technische Produkte und finden zur Herstellung von Bauteilen für Turbinen, Wärmeaustauschern, Pumpen sowie anderer Ausrüstungen und Werkzeuge Verwendung, die starker Verschleiß- und/oder hoher Temperaturbeanspruchung ausgesetzt sind.

90988f/0684

Zur Erzielung hoher Dichten und Festigkeiten bei sinterkeramischen Siliciumcarbid-Körpern sind bereits verschiedene Zusätze verwendet worden. Beispielsweise wurde von Alliegro und Mitarbeitern [J. Ceram. Soc., Bd. 39 (1965), Nr. 11, S. 386-389] ein Heißpreßverfahren beschrieben, bei dem durch Verwendung von Aluminium und Eisen als Verdichtungshilfsmittel Siliciumcarbid-Körper mit Dichten in der Größenordnung von 98% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids erhalten werden. Sie fanden, daß ein dichtes Siliciumcarbid aus einem Pulvergemisch erhalten werden kann, das 1 Gew.-% Aluminium enthielt. Das Produkt hatte einen Bruchmodul von 37 240 N/cm² bei Raumtemperatur und von 48 280 N/cm² bei 1371 ⁰C.

Aluminiumnitrid, eine kristalline Verbindung von Aluminium und Stickstoff, wird verbreitet als feuerfestes Material verwendet. Aluminiumnitrid zeigt eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen geschmolzene Metalle und ist ein besonders geeignetes feuerfestes Material für geschmolzenes Aluminium. Aluminiumnitrid hat eine gute Temperaturwechselfestigkeit, eine gute statische Festigkeit und ist gegen die meisten Chemikalien ausgezeichnet beständig.

Es sind bereits zahlreiche Vorschläge bekannt geworden, Siliciumcarbid und Aluminiumnitrid zur Herstellung hochdichter Körper zu kombinieren, die dann zur Herstellung von Gegenständen mit hoher Beständigkeit gegen schwere Betriebsbeanspruchungen oder von feuerfesten Materialien verarbeitet werden können, die die Festigkeit des Siliciumcarbids und die chemische Beständigkeit des Aluminiumnitrids bieten. Solche Kombinationen wurden zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit von Widerstandselementen aus Siliciumcarbid und zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit des Siliciumcarbids bei hohen Temperaturen vorgeschlagen. Beispiele für derartige Gemische finden sich in den US-Patentschriften 3 259 509, 3 '287 478 und 3 492 153.

909881/0684

— *7 —

Die bisher bekannt gewordenen Produkte sind jedoch Gemische aus Siliciumcarbid und Aluminiumnitrid, die sich nicht zu einem zusammengesinterten, hochdichten Produkt sintern lassen. Ein Nachteil des Aluminiumnitrids besteht darin, daß es in warmem Wasser löslich ist. Diese Eigenschaft hat die Verwendung des Aluminiumnitrids zu Zwecken eingeschränkt, für die es sonst mit Vorteil genutzt werden könnte. Die bisher bekannt gewordenen Gemische haben die Löslichkeit des Aluminiumnitrids in warmem Wasser nicht wesentlich vermindert, und es stellte sich daher die Aufgabe, ein zusammengesintertes Siliciumcarbid-Aluminiumnitrid-Produkt zur Verfügung zu stellen, das die wertvollen Eigenschaften sowohl des Siliciumcarbids als auch des Aluminiumnitrids hat und das in warmem Wasser im wesentlichen unlöslich ist. Ferner war ein Verfahren zur Herstellung dieses Produktes anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem sinterkeramischen Produkt dadurch gelöst, daß es aus 55,0 bis 99,5 Gew.-% Siliciumcarbid und 0,5 bis 45,0 Gew.-% Aluminiumnitrid besteht.

Ein Verfahren zur Herstellung des sinterkeramischen Produktes besteht darin, daß man feinverteiltes Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid und feinverteilte Kohle oder ein kohlenstoffhaltiges Material mischt, das Gemisch durch Kaltpressen zu einem Rohling formt und den Rohling ohne wesentliche Anwendung von Überdruck in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 1900 und 2250 ⁰C zu einer Dichte von mindestens 75% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids sintert.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung des sinterkeramischen Körpers besteht darin, daß man feinverteiltes Siliciumcarbid und feinverteilte Kohle oder ein kohlenstoff haltiges Material mischt, aus dem Gemisch durch Kaltpressen

— 8 -*

909881/0684

~ ο —

einen Rohling formt und den Rohling ohne Anwendung eines wesentlichen Überdrucks in einer inerten Atmosphäre, die Aluminiumnitrid mit einem Teildruck von 5.10 bis 1 mbar enthält, bei einer Temperatur von 1900 bis 2250 ⁰C zu einem Körper mit einer Dichte von mindestens 75% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids sintert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 sowie 7 bis 13 und 15 bis 21 angegeben.

Bei dem einen Verfahren besteht das Sintergemisch aus Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid und Kohle oder einem kohlenstoffhaltigen Material. Dieses Gemisch eignet sich besonders zur Herstellung harter und dichter sinterkeramischer Produkte. Das Sinterprodukt enthält 55 bis 99,5 Gew.-% Siliciumcarbid, das mit 0,5 bis 45 Gew.-% Aluminiumnitrid zusammengesintert ist. Dieses Endprodukt besteht zwar im wesentlichen aus zusammengesintertem Siliciumcarbid und Aluminiumnitrid, kann aber auch noch kleine Mengen, in der Regel unter 1 Gew.-%, überschüssigen Kohlenstoff und Sinterhilf smittel oder Rückstände von Sinterhilfsmitteln enthalten, die keinen nachteiligen Einfluß ausüben.

Die theoretische Dichte des Siliciumcarbids ist 3,21 g/cm³. Das gesinterte Siliciumcarbid-Aluminiumnitrid-Produkt hat eine Dichte von über 75%, in der Regel von über 85% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids. Selbst Sinterprodukte mit einer Dichte von über 90% der theoretischen Dichte können erhalten werden. Beim Sintern tritt eine Schrumpfung von etwa 10% ein. Die Sinterprodukte können in der Form, wie sie beim Sintern erhalten wird, verwendet oder zu komplizierteren Form weiterverarbeitet werden.

Die zur Herstellung der Sinterprodukte verwendeten Komponenten sind Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid und bindungs fähiger Kohlenstoff oder ein bindungsfähigen Kohlenstoff

909881/0684

lieferndes Material. Sinterhilfsmittel, wie Bor oder ein borhaltiges Material, können ebenfalls verwendet werden. Im allgemeinen sind die"Komponenten in Mengen von 55,0 bis 99,0 Gew.-% Siliciumcarbid, 0,5 bis 45,0 Gew.-% Aluminiumnitrid und 0,5 bis 6,0% Kohlenstoff zugegen. Bei der Herstellung keramischer Produkte, die als Ziegel, Tiegel oder Ofenteile brauchbar sind, enthält das Ausgangsgemisch zweckmäßigerweise höhere Anteile Aluminiumnitrid, in der Regel etwa 3 bis 45,0 Gew.-%. Bei der Herstellung keramischer Produkte, die als Turbinenschaufeln, Hochtemperaturwerkzeuge oder dergleichen verwendet werden sollen, enthält das Ausgangsgemisch am besten höhere Anteile Siliciumcarbid, etwa 90,0 bis 99,0% Gew.-% SiC.

Wie erwähnt, eignen sich die Sintergemische besonders gut für druckloses Sintern. Bei dem einen Herstellungsverfahren werden die Ausgangsstoffe gemischt, das Gemisch wird kalt zu einem Rohling gepreßt und der Rohling dann zu einem dichten, harten Körper gesintert. Bei dem anderen Verfahren werden nur das Siliciumcarbid und die Kohlenstoffkomponente gemischt, das Gemisch wird kalt zu einem Rohling gepreßt und dieser in einer Atmosphäre gesintert, die Aluminiumnitrid enthält. Bei beiden Verfahren werden die Siliciumcarbid- und Aluminiumnitrid-Komponente zu einem harten, dichten Produkt zusammengesintert, das in warmem Wasser im wesentlichen unlöslich ist.

Das als Ausgangsmaterial verwendete Siliciumcarbid kann α- oder ^-Siliciumcarbid sein. Auch ein Gemisch von α- und ß-Siliciumcarbid kann verwendet werden. Das als Ausgangsmaterial verwendete Siliciumcarbid braucht nicht in die Phasen getrennt oder gereinigt zu werden. Kleine Mengen amorphes Siliciumcarbid können zugegen sein und üben keinen nachteiligen Einfluß aus.

Als Ausgangsmaterial wird am besten ein Siliciumcarbid in feinverteilter Form eingesetzt. Ein geeignetes feinverteil-

909881/¹ä684

tes Siliciumcarbid kann durch Vermählen von Siliciumcarbid in einer Kugel- oder Strahlmühle und nachfolgendes Klassieren oder Sichten und Abtrennen der brauchbaren Fraktion hergestellt werden. Das als Ausgangsmaterial verwendete Siliciumcarbid hat am besten eine maximale Teilchengröße von 5 μΐη und eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,10 bis 2,50 μπι. Da die Bestimmung einer genauen Korngrößenverteilung bei Siliciumcarbid-Pulvern mit einer Korngröße von weniger als 1 μΐη schwierig ist, kann die spezifische Oberfläche zur Auswahl eines geeigneten Materials herangezogen werden. Ein zur Herstellung der Sinterkörper brauchbares Siliciumcarbid-Pulver hat eine spezifische Oberfläche von 1 bis 100 TO²Zg, besser eine solche von 2 bis 50 iti²/g und am besten eine solche von 2 bis 20 m²/g.

Die Aluminiumnitrid-Komponente kann, falls sie bereits beim Mischen der anderen Komponenten zugesetzt wird, ebenfalls in Form eines feinverteilten Pulvers verwendet werden. Die Teilchengröße sollte kleiner als 5 μπι, am besten kleiner als 2 μΐη sein. Falls das Aluminiumnitrid zur Herstellung einer Sinteratmosphäre verwendet wird, die das Aluminiumnitrid in Dampfform enthält, kann es in Form gepreßter Pellets oder Körper eingesetzt werden, die im Sinterofen untergebracht werden. Das Aluminiumnitrid kann auch im Sinterofen selbst erzeugt werden, doch ist diese Verfahrensweise nicht zu empfehlen, da es schwierig ist, den Siliciumcarbid-Gehalt im Produkt zu steuern und im Ofen Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten, die sowohl für das Sintern als auch die Bildung des Aluminiumnitrids erforderlich und förderlich sind. Die beste Methode zur Erzeugung einer Aluminiumnitrid-Atmosphäre im Sinterofen besteht darin, einfach Blöcke oder Pellets aus Aluminiumnitrid von bekanntem Gewicht in den Ofen einzubringen und das Aluminiumnitrid beim Sintern verdampfen zu lassen. Ein geeignetes Aluminiumnitrid kann beispielsweise durch Nitrieren eines Gemisches aus 75 Gew.-% Aluminiumpulver und 25 Gew.-% Aluminiumfluorid bei einer Temperatur von 1000 ⁰C in einer Atmosphäre aus

90988ΐ"/0¹684

80% Stickstoff und 20% Wasserstoff erhalten werden. Das Nitrid-Produkt wird in geeigneter Weise zerkleinert und danach pelletisiert; es bildet dann eine brauchbare Aluminiumnitrid-Quelle.

Das Ausgangsgemisch enthält ferner überschüssigen oder bindungsfähigen Kohlenstoff in einer Menge von 0,5 bis 6,0 Gew.-%. Die Kohlenstoff-Komponente erleichtert das Sintern und unterstützt die Reduktion von Oxiden, die sonst in dem fertigen Sinterprodukt zurückbleiben können. In einem vorteilhaften Ausgangsgemisch beträgt der Anteil des bindungsfähigen Kohlenstoffs 2,0 bis 5,0 Gew.-% des Siliciumcarbid-Materials. Die Kohlenstoff-Komponente kann in jeder Form verwendet werden, die das Mischen der Kohlenstoff-Komponente mit der Siliciumcarbid-Komponente erleichtert und eine gleichmäßige Verteilung im Gemisch ergibt. Falls die Kohlenstoff-Komponente in feinverteilter Form verwendet wird, benutzt man am besten kolloidalen Graphit. Eine besonders brauchbare Form der Kohlenstoff-Komponente ist ein kohlenstoffhaltiges Material, insbesondere ein verkohlbares organisches Material. Solche Stoffe lassen sich leicht gleichmäßig in der Siliciumcarbid-Komponente verteilen, können als Bindemittel beim Kaltpressen oder Formen und liefern beim Sintern durch Zersetzung den erforderlichen überschüssigen oder bindungsfähigen Kohlenstoff. Besonders geeignete verkohlbare organische Stoffe sind Phenolharze, Acrylpolymerisate und Polyphenylenharze. Im allgemeinen liefern solche verkohlbaren organischen Stoffe 30 bis 50% ihres ursprünglichen Gewichtes bindungsfähigen Kohlenstoff.

Bei dem einen Verfahren werden das Siliciumcarbid, das Aluminiumnitrid und die Kohlenstoff-Komponente gemischt, wobei die Kohlenstoff-Komponente gleichmäßig in dem Siliciumcarbid und Aluminiumnitrid verteilt wird. Dieses Gemisch wird dann mit einem Druck von 825 bis 1250 bar kalt zu einem Rohling oder "Grünkörper" gepreßt. Der Rohling oder "Grünkörper¹· wird anschließend ohne Anwendung eines

9Q9881/¹O6~84

wesentlichen Überdruckes zu einem zusammengesinterten Produkt gesintert. Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Verarbeitung von Gemischen mit hohen Anteilen, etwa von 3 bis 45 Gew.-%, Aluminiumnitrid. Solche Sinterprodukte finden Anwendung bei der Herstellung von Tiegeln, feuerfesten Steinen und Ofenteilen.

Das andere Verfahren eignet sich vor allem für die Herstellung von Sinterprodukten, die geringe Mengen, etwa 0,5 bis 3,0 Gew.-%, Aluminiumnitrid enthalten. Diese Produkte werden hergestellt, indem zunächst das Siliciumcarbid und die Kohlenstoff-Komponente gemischt werden, aus dem Gemisch ein Rohling oder "Grünkörper" geformt und dieser in einer Aluminiumnitrid-Atmosphäre gesintert wird. Die Aluminiumnitrid-Atmosphäre kann durch Erhitzen einer Aluminiumnitrid-Quelle beim Sintern auf eine Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur des Aluminiumnitrids oder durch Bildung des Aluminiumnitrids in situ beim Sintern hergestellt werden. Die nach diesem Verfahren erhaltenen Produkte eignen sich besonders zur Fertigung von Ausrüstungsteilen und Werkzeugen, die beim Einsatz starker Verschleißbeanspruchung, hohen Temperaturen oder Korrosionseinflüssen ausgesetzt sind.

Das Ausgangsgemisch kann auch kleine Mengen von Stoffen enthalten, die als Sinterhilfsmittel wirken, wie Bor und borhaltige Verbindungen. Sinterhilfsmittel sind im allgemeinen in Mengen von 0,3 bis 3,0 Gew.-% der Siliciumcarbid-Komponente wirksam. Um die Verdichtungswirkung des Sinter hilf smittels zu verstärken, kann in dem Ofen beim Sintern auch eine borhaltige Atmosphäre vorgesehen werden. Bei dieser Arbeitsweise kann ein borhaltiges Gaa der Ofenatmosphäre zugesetzt oder ein borhaltiges Material, wie Boreäure, H₂BO₃, und Bortrioxid, B₁O₃, in den Ofen eingetragen und beim Sintern zersetzen gelassen werden. Bei jeder Arbeitsweise soll der Teildruck des Bors beim Sintern min-

mm ξ

destens 10 mbar betragen·

S098I1/

Die sinterkeramischen Produkte haben eine hohe Dichte und hohe Festigkeit/ sind im wesentlichen nicht porös und zur Verwendung für technische Zwecke sehr geeignet. Falls gewünscht, kann das hochdichte, hochfeste Siliciumcarbid-Produkt durch Diamantschleifen, elektrochemisches Ätzen, ültraschallbearbeitung oder Elektroerosionsbearbeitung zu Werkzeugen oder Maschinenteilen mit engen Maßtoleranzen weiterverarbeitet werden.

Das sinterkeramische Produkt enthält 55 bis 99,5 Gew.-% Siliciumcarbid, das mit 0,5 bis 45 Gew.-% Aluminiumnitrid zusammengesintert ist. Das Produkt ist in warmem Wasser im wesentlichen unlöslich. Es hat eine Dichte von mindestens 75% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids. Für manche Zwecke ist eine Dichte von mindestens 85% der theoretischen Dichte wünschenswert, und selbst Dichten von über 90% der theoretischen Dichte können nach den beschriebenen Verfahren hergestellt werden.

Als Ausgangsmaterial wird ein Siliciumcarbid in feinverteilter Form mit einer Teilchengröße von weniger als 5 μιη, am besten weniger als 2 μιη verwendet. Dieses SiC-Ausgangsmaterial hat eine spezifische Oberfläche von über 8,0 m^a/g, und ein Material mit einer spezifischen Oberfläche von über 20 m^a/g.

Ale Kohlenstoff-Komponente, die in einer Menge von 0,5 bis 6,0 Gew.-% zugegen ist, kann feinverteilte Kohle mit einer Teilchengröße von weniger ale 5 μη», am besten von weniger als 2 μπ» verwendet werden. Vorteilhafter ist die Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Materials, insbesondere eines verkohlbaren organischen Materials, das einem doppelten Zweck dienen kann, nämlich einmal als Bindemittel beim Kaltpressen und zu» anderen al» Kohlenetoffquelle nach dem Zersetzen beim Sintern. Besonders brauchbar sind Kunst stoffe, die beim Verkohlen 30 bis 50* ihrer ursprünglichen Masse Kohlenstoff liefern.

90388T/\frt4

Das Siliciumcarbid und die Kohle bzw. das kohlenstoffhaltige Material werden gründlich gemischt, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Kohle bzw. des kohlenstoffhaltigen Materials in dem Siliciumcarbid zu erzielen.

Bei einem Herstellungsverfahren, das besonders für die Herstellung von Produkten mit 3 bis 45 Gew.-% Aluminiumnitrid-Gehalt, bezogen auf das Gesamtgewicht, geeignet ist, wird das Aluminiumnitrid in feinverteilter Form mit dem Siliciumcarbid und der Kohle bzw. dem kohlenstoffhaltigen Material gemischt. Verwendbar ist ein Aluminiumnitrid mit einer Teilchengröße von weniger als 10 um; besser ist eine Teilchengröße von weniger als 5 um und am besten eine solche von 2 um.

Bei dem anderen Verfahren, das vor allem für die Herstellung eines Sinterproduktes mit einem Aluminiumnitrid-Gehalt von 0,5 bis 3,0 Gew.-% geeignet ist, wird die Aluminiumnitrid-Komponente dem Gemisch aus Siliciumcarbid und Kohlenstoff-Komponente beim Sintern im Dampfzustand zugeführt. Bei dieser Arbeitsweise werden das Siliciumcarbid und die Kohlenstoff-Komponente gemischt, dann wird das Gemisch durch Kaltpressen geformt, und anschließend wird der geformte Rohling in einer Atmosphäre gesintert, die Aluminiumnitrid mit einem Teildruck von 5·10 bis 1 mbar enthält. Diese Aluminiumnitrid enthaltende Atmosphäre wird zweckmäßigerweise durch Einbringen von festem Aluminiumnitrid in den Ofen und Verdampfen des Aluminiumnitrids beim Sintern erzeugt. Das Aluminiumnitrid kann aber auch beim Sintern in situ gebildet werden.

Das Kaltpressen des Ausgangsgeaischea wird an besten in einer Metallform mit Drücken zwischen 825 und 1250 bar ausgeführt. Drücke über 860 bar sind im allgemeinen vorteilhaft. Auch Drücke über 1250 bar kennen angewendet werden, bieten aber gegenüber den niedriferen Brücken keine nennenswerten Vorteile mehr.

- 15 -

909881/06M

BAD ORIGINAL

Eine zweite Pressung führt zu einer Verbesserung der Dichte des Endproduktes. Bei dieser Arbeitsweise wird das Gemisch zunächst kalt gepreßt, danach zu einem Pulver zerkleinert, das durch ein Sieb mit 0,42 mm lichter Maschenweite geht, und dann erneut gepreßt. Es wird angenommen, daß durch diese Behandlung Luft zwischen den Pulverteilchen entfernt wird, so daß man beim Pressen einen Rohling von höherer Dichte und daraus ein Sinterprodukt von ebenfalls höherer Dichte erhält. Das doppelte Pressen ist jedoch nicht erfindungswesentlich, und die erzielte Verbesserung ist nicht so erheblich, daß zwei Pressungen in jedem Falle angebracht wären.

Der gepreßte Rohling oder "Grünkörper" hat typischerweise eine Dichte zwischen 1,74 und 1,95 g/cm³. Die Porosität der aus den angegebenen Gemischen hergestellten Grünkörper beträgt 39,3 bis 45,8%.

Das Sintern wird zweckmäßigerweise in einem mit Graphit-Widerstandselementen beheizten Elektroofen ausgeführt. Die Sintertemperatür beträgt 1900 bis 2250 ⁰C. Bei Temperaturen unter 1900 ⁰C schreitet das Sintern nicht so weit fort, daß ein dichtes Produkt erhalten wird. Bei Temperaturen oberhalb 2250 ⁰C kann eine Zerstörung des Sinterproduktes eintreten.

Das Sintern wird am besten in einer Atmosphäre ausgeführt, die gegenüber dem zu sinternden Gemisch inert ist. Verwendet werden können Inertgase, wie Argon, Helium und Stickstoff. Auch eine Ammoniak-Atmosphäre kann benutzt werden« ebenso ein Vakuum In der Größenordnung von etwa 1,3·10^-Ι «bar.

I» allgemeinen sintern die Gemische unter den vorstehend angegebenen Bedingungen in 15 Minuten bis 6 Stunden zu dem gewünschten zusammengeeinterten Produkt. In der Regel reichen Sinterzeiten zwischen 1/2 Stunde und 2 Stunden aus.

- 16 -

•Otlli/QSii

BAD

ι ο —

An Hand nachstehender Beispiele wird die Erfindung näher veranschaulicht. Sofern nicht anders angegeben, sind alle Teile und Prozentangaben Gewichtsteile und Gewichtsprozente.

BEISPIEL 1

Aus 95 Teilen a-Siliciumcarbid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 5 μπι, 1 Teil Aluminiumnitrid mit einer Teilchengröße von ebenfalls weniger als 5 μΐη und 4 Teilen Kohlenstoff in Form eines Phenolharzes wurde durch 8stündiges Vermählen der in Aceton aufgeschlämmten Komponenten ein Gemisch hergestellt, das dann etwa 12 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet wurde. Das getrocknete Gemisch wurde durch Mahlen in einer Kugelmühle zerkleinert und durch ein Sieb mit 0,177 mm lichter Maschenweite abgesiebt.

Das gesiebte Pulver wurde in einer Metallform mit einem Druck von 1035 bar zu einem Rohling oder "Grünkörper" von 12,7 mm Durchmesser und 12,7 mm Höhe gepreßt. Dieser Grünkörper hatte eine Dichte von 1,88 g/cm³. Er wurde bei Raumtemperatur an der Luft trocknen gelassen und dann zum Aushärten des Phenolharzes 1 Stunde an der Luft auf 110 ⁰C erwärmt.

Der Grünkörper wurde sodann in einem Elektroofen mit Graphit-Widerstandselementen 30 Minuten in einer Argon-Atmosphäre bei 2150 ⁰C gesintert. Bei dem gesinterten Produkt wurde eine lineare Schrumpfung von 10,98% festgestellt. Das Produkt hatte eine Porosität von 2,91% und eine scheinbare Dichte von 3,00 g/cm³, die 93,30% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbid entspricht.

Dieses Beispiel ist in der nachstehenden Tabelle 1 als Beispiel 1 aufgeführt. Bei den Beispielen 2 bis 10 wurde das gleich Verfahren angewendet.

- 17 -

909881/0684

	Beispiel	Zusammensetzung AlN C SiC	4,0	95,0	Tabelle	1	Porosität	* Dichte	v. SiC
	1	1,0	2,0	97,0	Grünköifper- dichte g/cm³	Schrumpfung	2,91	g/cm³	93,30
	2	1,0	6,0	93,0	1,88	10,98	16,35	3,00	79,00
	3	1,0	6,0	92,0	1 ,82	6,67	4,56	' 2,54	87,94
	4	2,0	6,0	90,0	1 ,94	9,56	5,79	2,82	82,31
	5	4,0	6,0	84,0	1,91	12,44	9,21	2,64	80,34
	6	10,0	6,0	74,0	1,91	11,95	3,47	2,58	90,8Ό
	7	20,0	6,0	64,0	1,96	10,98	4,53	2,88	89,50
I	8	30,0	0,0	99,0	1,96	10,15	4,37	2,87	89,50
00	9*	1,0	4,0	95,0	1,98	11 ,11	27,80	2,87	69,56
I	10**	1,0	1 ,83	0,89	5,23	2,23	90,16
		1 ,95	8,98		2,89

* Vergleichsversuch ** ^-Siliciumcarbid verwendet

- 1b BEISPIEL 2

2823729

Aus 96,0 Teilen α-Siliciumcarbid mit einer durchschnittlichen Teilengröße von weniger als 5 μΐη und 4,0 Teilen Kohlenstoff in Form eines Phenolharzes wurde durch 8stündiges Vermählen der in Aceton aufgeschlämmten Komponenten ein Gemisch hergestellt. Das Gemisch wurde bei Raumtemperatur getrocknet und nach dem Verfahren des Beispiels 1 zu einem Grünkörper verarbeitet. Der Grünkörper wurde zusammen mit einem Pellet Aluminiumnitrid in den Sinterofen eingebracht. Das Sintern wurde 30 Minuten bei 1950 ⁰C in Argon-Atmosphäre ausgeführt. Der Teildruck des Aluminiumnitrids wurde zu 5·10 mbar berechnet. Bei dem Sinterprodukt wurde eine Porosität von 4,25% und eine scheinbare Dichte von 2,62 g/cm³, entsprechend 81,62% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids, festgestellt.

Beispiel 11 ist in der Tabelle 2 als Beispiel 11 aufgeführt. Bei den Beispielen 12 bis 16 wurde das gleiche Verfahren angewendet.

- 19 -

'909881/0684

	Zusammensetzung	C	SiC	Grünkörper	Tabelle 2	j	Dichte	v. SiC	I
	AlN	4,0	96,0	dichte g/cm³			g/cm³	81,82	V0
Beispiel	0,0	4,0	95,0	1,82	Schrumpfung	Porosität	2,62	82,96
11	1,0	6,0	93,0	1,84	11,84	4,25	2,66	79,47
12	1,0	4,0	95,0	1,92	13,36	3,24	2,55	90,59
13	1,0	6,0	93,0	1,90	11,22	8,97	2,90	91,59
14*	1,0	4,0	95,0	1,94	10,74	3,10	2,94	89,17
15*	1,0		1,78	9,78	3,77	2,86
16**	17,51	3,55

* zweimal gepreßt ** H₃BO₃ der Ofenatmosphäre zugesetzt

Claims

Patentansprüche

': Μ Sinterkeramisches Produkt, dadurch gekennzeichnet , daß es aus 55,0 bis 99,5 Gew.-% Siliciumcarbid und 0,5 bis 45,0 Gew.-% Aluminiumnitrid und/oder 0,5 bis 6,0 Gew.-% Kohlenstoff

' oder kohlenstoffhaltigen Materials besteht.
2. Sinterkeramisches Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 55,0 bis 97,0 Gew.-% Siliciumcarbid und 3,0 bis 45,0 Gew.-% Aluminiumnitrid besteht.
3. Sinterkeramisches Produkt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus-97,0 bis 99,5 Gew.-% Siliciumcarbid und 0,5 bis 3,0 Gew.-% Aluminiumnitrid besteht.
4. Sinterkeramisches Produkt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dichte von mindestens 75% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids hat.
5. Sinterkeramisches Produkt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dichtung von mindestens 85% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids hat.

33 093
U/-

909881/0684
6. Verfahren zur Herstellung eines sinterkeramischen Produktes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man feinverteiltes Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid und feinverteilte Kohle oder ein kohlenstoffhaltiges Material mischt, das Gemisch durch Kaltpressen zu einem Rohling formt und den Rohling ohne wesentliche Anwendung von Überdruck in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 1900 und 2250 ⁰C zu einer Dichte von mindestens 75% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids sintert.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß man das Siliciumcarbid, das Aluminiumnitrid und die Kohle bzw. das kohlenstoffhaltige Material in einem solchen Mengenverhältnis mischt, daß das Gemisch 55,0 bis 99,0 Gew.-% Siliciumcarbid, 0,5 bis 45,0 Gew.-% Aluminiumnitrid und 0,5 bis 6,0 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid und ein kohlenstoffhaltiges Material mit einer Teilchengröße von weniger als 5 μΐη verwendet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als kohlenstoffhaltiges Material ein verkohlbares organisches Material verwendet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß man als verkohlbares organisches Material ein Phenolharz verwendet.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das

909881/0684

Kaltpressen mit einem Druck von 825 bis 1250 bar ausführt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Ausgangsgemisch 0,3 bis 0,5 Gew.-% des Siliciumcarbid-Anteils Bor oder ein borhaltiges Material als Sinterhilf smittel zusetzt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Sinteratmosphäre verwendet, die Bor mit einem Teildruck von mindestens 10~ mbar enthält.
14. Verfahren zur Herstellung eines Sinterproduktes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man feinverteiltes Siliciumcarbid und feinverteilte Kohle oder ein kohlenstoffhaltiges Material mischt, aus dem Gemisch durch Kaltpressen einen Rohling formt und den Rohling ohne Anwendung eines wesentlichen Überdruckes in einer inerten Atmosphäre, die Aluminiumnitrid mit einem Teildruck von 5*10 bis 1 mbar enthält, bei einer Temperatur von 1900 bis 2250 ⁰C zu einem Körper mit einer Dichte von mindestens 75% der theoretischen Dichte des Siliciumcarbids sintert.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß man Siliciumcarbid und Kohle bzw. kohlenstoffhaltiges Material in einem solchen Mengenverhältnis mischt, daß das Gemisch 55,0 bis 99,0 Gew.-% Siliciumcarbid und 0,5 bis 6,0 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Silicium-

909881~/⁴068A

carbid und ein kohlenstoffhaltiges Material mit einer Teilchengröße von weniger als 5 μπι verwendet.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß man als kohlenstoffhaltiges Material ein verkohlbares organisches Material verwendet.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß man als organisches Material ein Phenolharz verwendet.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeic hnet, daß man das Kaltpressen mit einem Druck von 825 bis 1250 bar ausführt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Ausgangsgemisch 0,3 bis 5,0 Gew.-% des Siliciumcarbid-Anteils Bor oder ein borhaltiges Material als Sinterhilf smittel zusetzt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß man eine SinteratmoSphäre verwendet, die Bor mit einem Teildruck von mindestens 10 mbar enthält.

909881/0684