DE3037312A1

DE3037312A1 - Verfahren zur herstellung von siliciumcarbid-koerpern

Info

Publication number: DE3037312A1
Application number: DE19803037312
Authority: DE
Inventors: Kenneth Wirral Merseyside Parkinson
Original assignee: British Nuclear Fuels Ltd
Current assignee: British Nuclear Fuels Ltd
Priority date: 1979-10-03
Filing date: 1980-10-02
Publication date: 1981-04-23
Also published as: JPS5654219A; SE8006854L

Description

Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Körpern
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Siliciumcarbid-Körpern.
Es ist bekannt, daß dichte Siliciumcarbid-Rörper hergestellt werden können, indem man eine Mischung von Siliciumcarbid und Kohlenstoffpulvern in die geforderte äußere Gestalt formiert und die geformte Mischung mit geschmolzenem Silicium behandelt derart, daß das Kohlenstoffpulver in Siliciumcarbid umgewandelt und ein Körper erhalten wird, der im wesentlichen Siliciumcarbid mit überschüssigem Silicium ist, welches als kontinuierliche Phase zugegen ist. Ein derartiges Material wird nachstehend als selbsttragendes Siliciumcarbid bezeichnet, und das Verfahren zur Behandlung der Mischung von Siliciumcarbid und Kohlenstoffpulvern mit Silicium zur Herstellung von selbsttragendem Siliciumcarbid wird anschließend als Silicierung bezeichnet.
Es ist bereits bekannt, daß die Mischung von Siliciumcarbid und Kohlenstoff durch Schlickergießen in die gewünschte äußere Form gebracht werden kann, das heißt, durch Mischen des Siliciumcarbids und der Kohlenstoffpulver mit einem geeigneten flüssigen Medium unter Ausbilden einer Suspension oder Schlickers, welche in eine für die Flüssigkeit poröse Form gebracht werden, so daß die Flüssigkeit von der Form absorbiert und ein fester Gießling erhalten wird, indem sich die Pulverteilchen an der Wand der Form ablagern. Der Gießling wird dann aus der Form entfernt, getrocknet und zur Herstellung eines selbsttragenden Siliciumcarbid-Körpers siliciert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein im wesentlichen aus einer einheitlichen Mischung von Siliciumcarbid und Kohlenstoff bestehender Körper für das anschließende Silicieren hergestellt, indem man einen Siliciumcarbid und Kohlenstoffpulver enthaltenden Schlicker in eine poröse Form gießt und einen Teil der Oberfläche des Körpers formiert, indem man innerhalb der Form einen Kern aus einem Material vorsieht, welches, während das Gießen voranschreitet, seine Form beibehält, jedoch durch Schrumpfung des gegossenen Körpers beim Trocknen desselben verdichtet wird und anschließend aus dem gegossenen Körper entfernbar ist.
Der Teil der gemäß der vorliegenden Erfindung formierten Oberfläche kann, insbesondere, ein inneres Merkmal oder Merkmale, wie beispielsweise ein Hohlraum sein.
Die Notwendigkeit dafür, daß das Material-des Kerns während des Gießens seine Form beibehält und schließlich aus dem gegossenen Körper entfernbar ist, ist leicht einzusehen. Materialien, die in herkömmlicher Weise beim Gießen von Metall unter Bildung ähnlicher Hohlräume eingesetzt werden, beispielsweise Wachse, sind jedoch für das Schlickergießen eines grünen Siliciumcarbids nicht geeignet, weil ein derartiger Gießling beim Trocknen schrumpft und diese herkömmlichen Materialien dann einen Berstdruck auf einen Gießling ausüben,-so daß dieser zerspringt. Ein Beispiel eines Materials, das als Kernmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung zufriedenstellend befunden wurde, ist geschäumtes Polystyrol, das leicht in eine geforderte Form geformt und durch Anwendung von Wärme zu Produkten zersetzt werden kann, die zum größten Teil verflüchtigt werden, wobei der Rückstand ein kleines Volumen aufweist und leicht entfernt wird. Gelatinöse Produkte wurden ebenfalls als zufriedenstellend befunden und es können durch Auswahl eines solchen Produktes mit einem ausreichend niedrigen Elastizitätsmodul Kerne hergestellt werden, die auf einen Gießling beim Schrumpfen desselben derartig niedrige Beanspruchungen ausüben, daß ein Zerspringen des schrumpfenden Gießlings vermieden wird.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung eines Körpers, der im wesentlichen aus einer einheitlichen Mischung von Siliciumcarbid und Kohlenstoff zur anschließenden Silicierung besteht, indem man einen Schlicker, der Siliciumcarbid und Kohlenstoffpulver enthält, in eine poröse Form gießt. Ein Teil der Oberfläche des Körpers, insbesondere innere Merkmale, wird dadurch geformt, indem man innerhalb der Form einen Kern aus einem Material vorsieht, das seine Form während des Voranschreitens des Gießens beibehält, jedoch durch Schrumpfen des gegossenen Körpers beim Trocknen desselben verdichtet wird und anschließend aus dem gegossenen Körper entfernbar ist. Für den Kern geeignete Materialien sind geschäumtes Polystyrol und gelatinöse Produkte von ausgewählt niedrigem Elastizitätsmodul.
B e-i s- p 1 e 1 Es wird eine Gipsform hergestellt, die eine negative Kopie der äußeren Form einer Komponente ist, und eine negative Kopie der inneren Form der Komponente wird in geschäumtem Polystyrol oder in Gelatine unter Herstellung eines Kerns geformt, der innerhalb der Form angeordnet wird. An dem Kern können zur Erleichterung seiner Anbringung in einer bestimmten Lage in der Form Stifte vorgesehen werden. In den Zwischenraum zwischen der Form und dem Kern wird ein Schlicker, enthaltend Kohlenstoff und Siliciumcarbid im Gewichtsverhältnis von 0,4 : 1 gegossen und der Spiegel des Schlickers von Zeit zu Zeit aufgefüllt, bis der Guß beendet ist. Man läßt den Gießling in der Form zum langsamen Trocknen stehen. Die Form wird dann auseinandergenommen und der Kern entfernt, geeigneterweise durch lokale Anwendung von Wärme zum Schmelzen desselben, beispielsweise mittels eines heißen Drahtes.
Nach weiterem Trocknen wird der Gießling, wie dies beispielsweise in der DE-PS 1 671 180 beschrieben wurde, siliciert.
Der Schlicker kann wie folgt hergestellt werden: Servacarb-Ruß, der ein Kohlenstoffpulver mit einer Teilchengröße von kleiner als 1 Mikron ist und von der Firma Philblack Ltd., London, England, hergestellt und in den Handel gebracht wird, und kommerziell verfügbarer grüner Siliciumcarbid-Schleifstaub (97 % der Teilchengröße kleiner als 7 Mikron und eine durchschnittliche Teilchengröße von 3 Mikron) werden trocken in einer Kugelmühle etwa 2 Stunden lang im Gewichtsverhältnis von 0,4 : 1 gemischt. Die trockene Mischung wird zu Wasser hinzugesetzt, das 0,1 % Dispex G40 Entflockungsmittel, hergestellt und verkauft von der Firma Allied Colloids Ltd., Bradford, England, enthält, und liefert eine Aufschlämmung, die 70 Gewichtsprozent Feststoffe (45 Volumprozent Feststoffe) enthält. Dispex ist eine Handelsmarke und von Dispex G40 wird angegeben, daß es ein Salz einer polymeren Carbonsäure ist. Die Mischung wird dann weitere 2 Stunden lang zum Aufbrechen von Agglomeraten und Herstellen eines einheitlichen Schlickers in einer Kugelmühle gemahlen. Der Schlicker wird durch ein grobes Sieb zur Entfernung von irgendwelchen Klumpen hindurchgeführt und während eines Zeitraums von 5 bis 10 Minuten unter Vakuum gehalten, um ihn vor dem Gießen in die Form zu entgasen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen aus einer einheitlichen Mischung von Siliciumcarbid und Kohlenstoff bestehenden Körpers für eine anschließende Silicierung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man einen Schlicker, enthaltend Siliciumcarbid und Kohlenstoffpulver, in eine poröse Form gießt und einen Teil der Oberfläche des Körpers formiert, indem man innerhalb der Form einen Kern aus einem Material vorsieht, das seine Form während des Voranschreitens des Gießens beibehält, jedoch durch Schrumpfung des gegossenen Körpers beim Trocknen desselben verdichtet wird und anschließend aus dem gegossenen Körper entfernbar ist.
2. Verfahren zur Herstellung eines Körpers nach Anspruch 1, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Teil der Oberfläche einen Hohlraum begrenzt.
3. Verfahren zur Herstellung eines Körpers nach einem der Ansprüche 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß das Kernmaterial geschäumtes Polystyrol ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Körpers nach einem der Ansprüche 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß das Kernmaterial ein gelatinöses Produkt ist.