DE3323679C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sinterkörper auf SiC-Basis mit einem oder mehreren Zusätzen aus der Gruppe der seltenen Erdoxide, sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Sinterkörper.

Ein derartiger Sinterkörper ist aus der GB-PS 13 12 315 bekannt. Bei diesem Sinterkörper kann der Anteil der seltenen Erdoxide bis max. 15 Mol-% betragen, während der Anteil an SiC mindestens 85 Mol-% beträgt. Die Summe aus SiC und seltenen Erdoxiden beträgt 100 Mol-%. Die Herstellung dieses bekannten SiC-Sinterkörpers erfolgt in einer nichtoxidierenden Atmosphäre. Dadurch wird eine Oxidation des Sinterkörpers bzw. siner Oberflächenschichten vermieden. Es ergibt sich zwar ein SiC-Sinterkörper mit guten mechanischen Festigkeitseigenschaften, die elektrischen Eigenschaften des auf diese Weise hergestellten SiC-Sinterkörpers sind dort nicht von Wichtigkeit.

Aus der DE 32 10 987 A1 ist ein SiC-Sinterkörper bekannt, mit mindestens einem ersten Zusatz aus der Gruppe der seltenen Erdoxide, der einen Anteil von a- Mol-% aufweist, und mit mindestens einem zweiten Zusatz aus Aluminium- und/oder Boroxid, der einen Anteil von b- Mol-% aufweist, wobei das SiC einen Anteil von c-Mol-% aufweist und mit dem ersten und dem zweiten Zusatz ein ternäres System mit a + b + c = 100 Mol-% bildet. Bei diesem bekannten SiC-Sinterkörper kann der Anteil a zwischen 0,021 und 11,300 Mol-% und der Anteil b zwischen 0,006 und 11,500 Mol-% liegen. Das bedeutet, daß der Anteil an SiC in jedem Fall relativ hoch ist. Er liegt stets über 77,200 Mol-%. Ein derartiger Sinterkörper weist infolge seiner geringen Anteile an seltenen Erdoxiden bzw. an Aluminium- und/oder Boroxid eine gute mechanische Festigkeit auf. Seine elektrischen Eigenschaften sind jedoch ebenfalls nicht von Interesse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sinterkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, und Verfahren zur Herstellung derartiger Sinterkörper anzugeben, wobei die Sinterkörper insbes. für Substrate von elektronischen Schaltungen vorgesehen sind, die eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 bzw. durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 2 gelöst. In den Patentansprüchen 3 und 4 sind die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung dieser Sinterkörper gekennzeichnet.

Durch den relativ großen Anteil an Sinterhilfsmitteln diffundiert beim Sintern eines entsprechend geformten grünen Körpers das Sinterhilfsmittel nicht nur zu den Korngrenzen der SiC-Polykristalle, sondern auch in die einen Überschuß an seltenen Erdoxiden aufweisende und eine hohe Spannungsfestigkeit ergebende Oberflächenschicht des Sinterkörpers. Das bedeutet, daß der Sinterkörper zwei Phasen aufweist, wobei der zentrale Kern des Sinterkörpers einen Überschuß an SiC und die Oberflächenschicht einen Überschuß an seltenen Erdoxiden enthält. Die im Sinterkörper vorhandenen seltenen Erdoxide bestehen aus einem oder mehreren Oxiden der Elemente Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.

Die auf dem Sinterkörper gebildete Oberflächenschicht kann aus seltenem Erdoxid und einem kleinen Anteil an SiO₂, oder aus SiC mit in ihm verteilten seltenen Erdoxid bestehen. Das Innere des Sinterkörpers besteht hauptsächlich aus polykristallinem SiC mit seltenem Erdoxid an den Korngrenzen. Die Oberflächenschicht des Sinterkörpers hat einen spezifischen Widerstand von größer als 10¹¹ Ωcm, d. h. gute Isolationseigenschaften, während sein Inneres einen ähnlichen spezifischen Widerstand aufweist wie SiC. Außerdem weist sein zentrales Inneres Halbleitereigenschaften auf. Da das zentrale, innere SiC durch die Oberflächenschicht gegen die Umgebung geschützt ist, ist der Oxidationsgrad des einer Temperatur von 1300°C bis 1500°C ausgesetzten Sinterkörpers in vorteilhafter Weise auf weniger als ein Zehntel eines entsprechenden Sinterkörpers ohne Oberflächenschicht reduziert. Die Wärmeleitfähigkeit der Oberflächenschicht ist kleiner als ein Zehntel eines entsprechenden Sinterkörpers ohne Oberflächenschicht.

Ein weiterer Vorteil besteht in der thermischen Schockfestigkeit des Sinterkörpers, so daß abwechselnde Erhitzungen und Abkühlungen problemlos ausgehalten werden.

Die Oberflächenschicht eines ternären Sinterkörpers gemäß Patentanspruch 2 kann eine Mischung aus folgenden möglichen Kombinationen enthalten: Seltene Erdoxide plus Aluminiumoxid, seltene Erdoxide plus Boroxid, oder Seltene Erdoxide plus Aluminiumoxid und Boroxid, sowie einen kleinen Anteil in den Oxiden dispergiertes SiC und/oder SiO₂. Das Innere des Sinterkörpers enthält polykristallines SiC einschließlich mindestens eines Oxides aus der Gruppe der seltenen Erdoxide, Aluminiumoxid und Boroxid in den Korngrenzen. Der spezifische Widerstand der Oberflächenschicht eines derartigen Sinterkörpers ist größer als 10¹¹ Ωcm, so daß sich gute Isolationseigenschaften ergeben. Der spezifische Widerstand des zentralen Inneren ist dem eines normalen SiC-Sinterkörpers ähnlich und weist Halbleitereigenschaften auf. Da die Oxide in der Oberflächenschicht das zentrale, innere SiC vor einer Oxidation bei erhöhter Temperatur, z. B. im Bereich zwischen 1300°C und 1500°C schützen, ist der Oxidationsgrad im Vergleich zu einem entsprechenden Sinterkörper ohne Oberflächenschicht auf weniger als ein Zehntel reduziert.

Die Wärmeleitfähigkeit der Oberflächenschicht beträgt weniger als ein Zehntel derjenigen bekannter SiC-Sinterkörper. Beispielsweise haben erfindungsgemäße, eine Oberflächenschicht von 100 µm Dicke aufweisende Sinterkörper ungefähr vier Zehntel der Wärmeleitfähigkeit üblicher SiC-Sinterkörper ohne Oberflächenschicht. Die Verbindung zwischen der Oberflächenschicht und dem Inneren des Sinterkörpers weist eine derartig hohe Festigkeit auf, daß abwechselnde thermische Schockbeanspruchungen durch Erhitzung und Abkühlung keine Probleme ergeben.

Nachfolgend wird die Herstellung derartiger Sinterkörper auf SiC-Basis beschrieben.

Es kann mindestens eines der Siliziumkarbide, nämlich α-SiC, b-SiC oder amorphes SiC verwendet werden. Dabei wurde gefunden, daß inbes. β-SiC oder feines, amorphes SiC-Pulver mit einem Zusatz von 0,1 bis 10 Gew.-% -SiC die Größe des SiC-Kornes steuert und eine hohe Hitzebeständigkeit und Kriechfestigkeit ergibt. Vorzugsweise wird chemisch reines SiC-Pulver, d. h. Pulver, das frei von Verunreinigungen ist, verwendet.

Als Siliziumkarbid-Ausgangsstoff wird reines Siliziumkarbid, oder werden Verbindungen, z. B. organische oder anorganische hochmolekulare Silizium-Verbindungen oder Mischungen daraus angewandt.

Erfindungsgemäß können als Sinterhilfsmittel seltene Erden und Verbindungen seltener Erden angewandt werden. Desgleichen ist es möglich, seltene Erden und Verbindungen Seltener Erden mit einem Zusatz aus Aluminium, Bor und Mischungen aus Aluminium und Bor zu verwenden, wobei das SiC mit dem Zusatz aus Aluminium und/oder Bor ein binäres bzw. ternäres System bildet.

Die oben genannten seltenen Erdverbindungen, Aluminiumverbindungen und Borverbindungen schließen die entsprechenden Oxide oder zusammengesetzten Oxide, Hydroxide, Säurederivate der Hydroxide, Phosphate, Karbonate, Nitrate, Sulfate, Salze organischer Säuren, Halogene, organische Metallverbindungen, Chelatverbindungen und Alkohole ein.

Die in der obigen Auflistung der Sinterhilfsmittel aufgeführten Säureaddukte der Hydroxide werden künstlich durch Reaktion der Hydroxide mit Säuren hergestellt. Wenn weniger Säure-Äquivalent als im Hydroxid anwesendes Metall-Äquivalent mit diesem Hydroxid reagiert, reagiert die Säure mit einem Teil des Metalls um ein Säureaddukt zu bilden, das in Wasser gelöst ist. Als Säuren können Salz-, Schwefel-, Salpeter-, Fluor-, Phosphor-, Kohlensäure, organische Säuren (z. B. Formal-, Azetat-, Propion-, Weinstein-, Fumar-, Milch-, Oxal-, Malon-, Zitrussäure) oder andere Säuren angewandt werden.

Es kann eine Mischung aus reinem SiC und Sinterhilfsmitteln durch die folgenden vier Verfahren vorbereitet werden:

Bei der ersten Methode werden in einem Lösungsmittel unlösliche Sinterhilfsmittel (Oxide, Hydroxide und Metalle) und reines SiC miteinander gemischt. Dabei wird ein Trockenmischverfahren bevorzugt. Ein Naßmischverfahren wird bei Anwendung des alkoholischen Lösungsmittels bevorzugt.

Die zweite Methode wird angewandt, wenn das Sinterhilfsmittel (z. B. Säureaddukte von Hydroxiden, Nitrate, Sulfate, Salze organischer Säuren, Karbonate, Phosphate, Perchloride, Halogene, organische Metallverbindungen, Alkohole, Chelate-Verbindungen u. dgl.) in einem Lösungsmittel löslich sind. Das Sinterhilfsmittel wird in einem Lösungsmittel wie Wasser, Alkohol, Äther, Ketonen, Kohlenwasserstoffen, DMSO, DMF u. a. gelöst und mit reinem SiC ausreichend lang gemischt. Bei diesem Mischvorgang wird das reine SiC mit einer Schicht des Sinterhilfsmittels überzogen, wodurch die Sinterung unterstützt wird. Beispiele für derartige in Lösungsmitteln lösliche Sinterhilfsmittel sind: Säureaddukte der Hydroxide sind in Wasser löslich; einige Alkohole sind in Äther und in aromatischen Kohlenwasserstoffen löslich; einige Chelate-Verbindungen sind in Wasser, Alkoholen, Äther und Kohlenwasserstoffen löslich. Organische Metallverbindungen sind in organischen Lösungsmitteln, wie Kohlenwasserstoffen und Äther löslich. Einige Nitrate, Sulfate, Salze organischer Säuren und Halogene sind in Wasser löslich.

Die dritte Methode wird angewandt, wenn die Sinterhilfsmittel bei Umgebungstemperatur in flüssiger Form, oder bei erhöhter Temperatur schmelzflüssig vorliegen (z. B. einige organische Metallverbindungen, Chelate-Verbindungen und Salze organischer Säuren). Dabei werden die Sinterhilfsmittel und reines SiC bei erhöhter Temperatur oder bei Raumtemperatur während einer ausreichend langen Zeitspanne zusammengemischt.

Die vierte Methode ist eine Kombination der drei oben beschriebenen Methoden, die bspw. angewandt wird, wenn das Sinterhilfsmittel zwei oder mehrere unterschiedliche Verbindungen enthält. Dabei wird eine Lösung des Sinterhilfsmittels mit reinem SiC ausreichend lange gemischt.

Bei der Herstellung von Sinterkörpern, die eine realtiv große Menge Oxide enthalten, neigen die Sinterkörper während des Sintervorganges zu unerwünschter Rißbildung. Insbesondere die zuletzt genannte, vierte Methode wird vorteilhaft angewandt, um eine derartige Rißbildung zu verhindern. Um eine wirkungsvolle Mischung des SiC-Pulvers und des Sinterhilfsmittels zu bewerkstelligen, wird ein lösliches Sinterhilfsmittel in einer Lösung gelöst und anschließend mit SiC-Pulver gemischt. Wenn der Mischung ein in einer Lösung unlösliches Sinterhilfsmittel (z. B. Oxide) zugegeben wird, kann in vorteilhafter Weise die Rißbildung in den gesinterten Gegenständen minimiert werden.

Der Mischvorgang kann mit herkömmlichen Pulvermischvorrichtungen oder mit Knetvorrichtungen durchgeführt werden. Der Mischvorgang kann in einer oxidierenden Atmosphäre, bspw. in Luft, Kohlendioxid oder in Sauerstoff, in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, bspw. in Stickstoff, Argon, Helium, Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder in Kohlenwasserstoff, oder im Vakuum durchgeführt werden. Normalerweise wird der Mischungsvorgang in Luft durchgeführt. Während des Mischungsvorganges in Luft reagiert ein Teil der organischen Metallverbindungen, Alkohole und Komplexe, Chelate-Verbindungen und Halogene umfassenden Verbindungen mit Sauerstoff, Kohlendioxid oder Wasser und bildet Oxide, Hydroxide oder Karbonate. Die so entstehenden Verbindungen in Form von Mikropartikeln haften an der Oberfläche der SiC-Pulverteilchen und unterstützen den Sintervorgang.

Um einen grünen Körper zu bilden, wird das gemischte Material in einer gewünschten Form verdichtet. Diese Verdichtung wird entsprechend einer aus der Pulvermetallurgie bekannten Technologie durchgeführt.

Wenn das gemischte Material reines SiC und pulverförmige Sinterhilfsmittel enthält, wird in vorteilhafter Wesie in der Preßform über 1 Gewichts-% eines Schmiermittels, wie Stearinsäure oder deren Salze, verwendet.

Die Verdichtung kann in einer einfach wirkenden, in einer doppelt wirkenden, in einer hydrostatischen oder anderen Presse durchgeführt werden. Ein gepreßter Körper mit einer einfachen Gestalt kann dem nachfolgend beschriebenen Verfahren unterzogen werden, während ein Körper mit einer komplexeren Gestalt eine Nachbearbeitung mit einer Schleif- oder Fräsmaschine erfordern kann. Das Material kann auch im Schlickergießprozeß geformt werden. Beim Schlickergießen ohne Lösungsmittel wird ein Dispersionsmittel, vorzugsweise Wasser und ein Anti-Gerinnungsmittel, mit dem Material gemischt. Wird andererseits jedoch ein Lösungsmittel angewandt, dann wird zum Schlickergießmaterial eine größere Lösungsmittelmenge zugegeben. Das so erhaltene Material wird in eine Form aus gebranntem Gips eingefüllt, um einen grünen Körper herzustellen.

Pastöses Ausgangsmaterial kann in einem Spritzpreßverfahren verdichtet werden. Zur Herstellung der Paste wird als Zusatz zum Lösungsmittel vorteilhaft ein Bindemittel angewandt. Als Bindemittel kommen Polyvinylalkohol, Polyäthylenglycol und Wachse in Betracht, die während der Sinterung verdampfen. Wenn die Lösung der Zusätze, z. B. Säureaddukt von Hydroxid, viskos vorliegt, kann eine geeignete Paste auch ohne Bindemittel hergestellt werden. In diesem Fall dient der Zusatz als Binde- und als Sinterhilfsmittel.

Ein nach einem der obigen Verfahren hergestellter grüner Körper wird anschließend in einem Ofen gesintert, dessen Atmosphäre vorzugsweise zwischen oxidierend und nichtoxidierend umstellbar, oder der evakuierbar ist. Die Sintertemperatur liegt im Bereich zwischen 1850°C und 2000°C. Je größer der Anteil an Sinterhilfsmitteln ist, umso niedriger kann die Sintertemperatur sein. Bei großvolumigen oder eine komplizierte Gestalt aufweisenden Körpern, oder bei der Verwendung von während der Sinterung gasenden Sinterhilfsmitteln wird der Sintervorgang in vorteilhafter Weise in zwei Stufen, d. h. in einer ersten Stufe bei niedrigen Temperaturen und anschließend in einer zweiten Stufe bei hohen Temperaturen durchgeführt. Die Hochtemperatursinterung erfolgt in nicht oxidierender Atmosphäre. Als nichtoxidierende Atmosphäre kommen Stickstoff und Argon, zur Anwendung. Die Sinteratmosphäre kann unter hohem Druck stehen; normalerweise werden jedoch auch mit Normaldruck gute Ergebnisse erzielt.

Das zeitliche Temperaturprofil beim Sintervorgang hängt von der Größe des zu sinternden Körpers ab, wobei die Aufheizgeschwindigkeit zur Körpergröße umgekehrt proportional ist. Der Vorbrand, d. h. der erste Brand auf eine Temperatur zwischen 500°C und 1400°C erfolgt während einer Zeidauer zwischen 5 und 14 Stunden. Unmittelbar anschließend erfolgt ein weiterer Brand bis zur Sintertemperatur, die zwischen 1850°C und 2000°C liegt. Dieser zweite Brand erfolgt während einer Zeitdauer zwischen 3 und 14 Stunden. Die Haltezeit bei der Sintertemperatur beträgt zwischen 0,5 und 1 Stunde.

Die Sinterung wird entweder drucklos oder unter Druck durchgeführt. Insbesondere beim Sintern ohne Druck werden zusammengesetzte Sinterkörper hoher Dichte und hoher Biegefestigkeit erzielt. Ein Teil der seltenen Erden, des Bors und des Aluminiums, die als Sinterhilfsmittel mit dem SiC-Pulver gemischt werden, lagern sich in Oxidform an dem SiC-Korngrenzen an und der restliche Teil wandert an die Oberfläche des Sinterkörpers, um hier eine Oberflächenschicht zu bilden. Eine Sinterung unter Druckeinwirkung verursacht eine ähnliche Reaktion und ergibt den weiteren Vorteil einer besseren Steuerung einer gleichmäßigeren Qualtität. Die Sinterung unter Druckeinwirkung kann durch Heißpressen, heißes isostatisches Pressen oder durch Sinterung in einer Druckatmosphäre durchgeführt werden.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung und ihrer vorteilhaften Eigenschaften dienen die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Ausführungsbeispiel 1

115 ml wäßriges Ammoniak werden zu 680 ml 2N-Salzsäure hinzugefügt, in der 33,9 g Yttriumoxid gelöst sind, so daß anschließend Yttriumhydroxid ausgefällt und durch eine Filterung getrennt wird. Das resultierende Yttriumhydroxid wird mehrfach in destilliertem Wasser gewaschen, mit 980 ml Ameisensäure mit pH = 2 gemischt und anschließend mehrere Stunden bei Raumtemperatur umgerührt, um die Reaktion zu fördern. Die reagierte Lösung wird evakuiert und im Vakuum getrocknet, so daß sich ein festes Produkt von 70 g mit der Säure gebundenes Yttriumhydroxid ergibt.

Andererseits werden 28,6 mg Aluminium-Isopropoxid in 110 ml Benzol aufgelöst, wobei zum Benzol 175 ml Salzsäure hinzugefügt werden, um mit Wasser zu reagieren. Das in dieser Reaktion erzeugte Aluminiumhydroxid reagiert bei Raumtemperatur unverzüglich mit der Salzsäure. Mehrere Stunden nach Reaktionsbeginn wird die wäßrige Lösung von der Benzollösung getrennt und im Vakuum getrocknet, wodurch als festes Produkt 17,7 g mit der Säure gebundenes Aluminiumhydroxid resultieren. Das erhaltene Yttriumhydroxid und Aluminiumhydroxid von jeweils 33,9 g bzw. 14,3 g (-entsprechend 15,0 Mol-% und 14,0 Mol-%) werden in 100 ml Wasser gelöst, zu welchem 28,4 g β-SiC-Pulver hinzugefügt werden, das eine mittlere Korngröße von 0,27 µm aufweist. Die entstehende Mischung wird getrocknet und mittels eines Preßwerkzeuges aus rostfreiem Stahl gepreßt. Der so erhaltene gepreßte Körper wird zuerst in Luft mit einer Geschwindigkeit von 100°C/h von 20°C bis 500°C erhitzt, anschließend wird mit einer Geschwindigkeit von 200°C/h ein Brennvorgang von 500°C bis 1950°C in einer Argongasatmosphäre durchgeführt. Die Temperatur von 1950°C wird dann bei der genannten Argongasatmosphäre eine Stunde lang gehalten. Eine Untersuchung des so erhaltenen Körpers hat ergeben, daß der elektrische Widerstand an der Oberfläche 110¹¹ Ohm · cm und daß die Biegefestigkeit 1000 N/mm² beträgt.

Ausführungsbeispiel 2

5 g Cernitrat (-entsprechend 0,96 Mol-%) werden in ca. 10 ml Wasser gelöst; 25 g Ce₂O₃ (-entsprechend 9,11 Mol-%), 2 g B (-entsprechend 11,61 Mol-%), 2 g Aktivkohle und 50 g b-SiC (-entsprechend 78,34 Mol-%) werden zugegeben und vermischt. Die flüssige Mischung wird getrocknet und das so gewonnene Pulver in eine Metallform eingefüllt, wo es mit einer einfach wirkenden Presse vorgeformt wird. Der Vorformling wird dann in einer hydrostatischen Presse einem Druck von 10⁸ Pa ausgesetzt, wodurch ein grüner Körper hergestellt wird. Der grüne Körper wird in einem Siliconit-Ofen unter Argonatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 100°C/h auf 1400°C erhitzt. Der dabei erhaltene Körper wird in eine Graphitform eingegeben und mit einer Geschwindigkeit von 200°C/h in einem Induktionsofen von 1400°C auf 2000°C weitererhitzt. Bei 2000°C wird die Temperatur 30 Minuten lang gehalten. Dabei wird ein zusammengesetzter SiC-Sinterkörper erhalten, der einen spezifischen Widerstand von 1 · 10¹⁴ Ω cm und eine Biegefestigkeit von 620 N/mm² aufweist. Sein Oxidationsgrad ist auf ein Zwölftel desjenigen eines ähnlichen Sinterkörpers mit B und C als Sinterhilfsmittel reduziert.

Ausführungsbeispiel 3

5 g Praseodympropionat (-entsprechend 2,0 Mol-%) und 2 g Aluminiumpropionat (-entsprechend 1,34 Mol-%) werden in 10 ml Wasser gelöst; 20 g β-SiC (-entsprechend 73,08 Mol-%), 25 g Pr₂O₃ (-entsprechend 11,08 Mol-%) und 1 g Aktivkohle (-entsprechend 12,17 Mol-%) werden zugegeben und gemeinsam gemischt. Nach der Verdampfung des Wassers ergibt sich ein getrocknetes Pulver. Dieses Pulver wird in eine Metallform eingefüllt, in einer einfachen Presse vorverdichtet und in einer hydrostatischen Presse bei einem Druck von 2 · 10⁸ Pa zu einem grünen Körper geformt. Der grüne Körper wird in Luftatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 50°C/h von Raumtemperatur auf 500°C erhitzt und in einem Tammann-Ofen in einer Stickstoffatmosphäre von 500°C mit einer Geschwindigkeit von 200°C/h auf 2000°C erhitzt. Bei 2000°C wird die Temperatur 30 Minuten lang gehalten, wodurch sich ein zusammengesetzter SiC-Sinterkörper ergibt. Dieser Sinterkörper weist einen spezifischen Widerstand von 1 · 10¹³ Ω cm und eine Biegefestigkeit von 800 N/mm² auf. Sein Oxidationsgrad beträgt bei 1500°C an Luft drei Zehntel des Oxidationsgrades eines ähnlichen Sinterkörpers, der mit Sinterhilfsmitteln aus Bor und Kohlenstoff hergestellt worden ist.

Wie aus dem Ausführungsbeispielen zu ersehen ist, weisen die zusammengesetzten SiC-Sinterkörper eine hohe Biegefestigkeit und eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit auf. Außerdem weisen sie eine gute Verschleißfestigkeit, Kriechfestigkeit und thermische Schockfestigkeit auf. Die Sinterkörper haben gute Isolationseigenschaften mit einem spezifischen Widerstand größer als 10¹¹ Ω cm und eine kleinere Wärmeleitfähigkeit als übliches SiC, aber eine größere als Oxide. Diese Materialien können durch druckloses Sintern oder durch Drucksintern in den verschiedensten komplexen Konfigurationen, mit Hohlkörpern oder als dünne gegossene Bänder hergestellt werden. Anwendung finden diese Materialien insbes. bei Substraten für elektronische Schaltungen, als elektrisches Isoliermaterial u. dgl.

Claims (4)

1. Sinterkörper auf SiC-Basis mit einem oder mehreren Zusätzen aus der Gruppe der seltenen Erdoxide, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz zwischen 15,5 und 65,0 Mol-% beträgt, und daß der Sinterkörper eine Oberflächenschicht mit einem Überschuß an seltenen Erdoxiden aufweist.

2. Sinterkörper auf SiC-Basis mit mindestens einem ersten Zusatz aus der Gruppe der seltenen Erdoxide, der einen Anteil von a-Mol-% aufweist, und mit mindestens einem zweiten Zusatz aus Aluminium- und/oder Boroxid, der einen Anteil von b-Mol-% aufweist, wobei das SiC einen Anteil von c-Mol-% aufweist und mit dem ersten und dem zweiten Zusatz ein ternäres System mit a + b + c = 100 Mol-% bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil a zwischen 0,021 und 65,000 Mol-%, der Anteil b zwischen 0,006 und 79,984 Mol-% und der Anteil c zwischen 20,000 und 88,694 Mol-% liegt, wobei aus diesem ternären Zusammensetzungsbereich der folgende, durch die Eckpunkte A, B, C festgelegte Zusammensetzungsbereich ausgenommen ist: Eckpunkt A:
a = 11,300 Mol-%
b = 0,006 Mol-%
c = 88,694 Mol-%Eckpunkt B:
a = 11,300 Mol-%
b = 11,500 Mol-%
c = 77,200 Mol-%Eckpunkt C:
a = 0,021 Mol-%
b = 11,500 Mol-%
c = 88,479 Mol-%und daß der Sinterkörper eine Oberflächenschicht mit einem Überschuß an seltenen Erdoxiden aufweist.

3. Verfahren zur Herstellung des zusammengesetzten Sinterkörpers auf SiC-Basis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• a) Mischen von SiC-Pulver mit einem Sinterzusatz, der im wesentlichen mindestens ein Bestandteil aus der Gruppe der seltenen Erden und seltenen Erdverbindungen enthält, wobei der Anteil des Sinterzusatzes bezogen auf seine Oxidbasis im Bereich zwischen 15,5 und 65,0 Mol-% liegt und die Summe aus SiC und Sinterzusatz 100 Mol-% beträgt,
• b) Verdichten der Mischung bei einem Druck zwischen 100 MPa und 200 MPa,
• c) Erhitzen der verdichteten Mischung in einem ersten Brand auf eine Maximaltemperatur zwischen 500°C und 1400°C während einer Zeitdauer zwischen 5 und 14 Stunden, und
• d) Weitererhitzen der Mischung im unmittelbaren Anschluß an den ersten Brand auf eine Sintertemperatur zwischen 1850°C und 2000°C während einer Zeitspanne zwischen 3 und 14 Stunden in einer Atmosphäre, die im wesentlichen aus einem Gas aus Argon und Stickstoff besteht, und Aufrechterhalten der Sintertemperatur während einer Zeitspanne zwischen 0,5 und 1 Stunde, wodurch der Sinterkörper mit einem halbleitenden zentralen Abschnitt und der elektrisch isolierenden Oberflächenschicht mit einem Überschuß an seltenen Erdoxiden hergestellt wird.

4. Verfahren zur Herstellung des zusammengesetzten Sinterkörpers auf SiC-Basis nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mischen von SiC-Pulver mit mindestens einem ersten Zusatz a aus im wesentlichen seltenen Erdelementen und seltenen Erdverbindungen, und mit mindestens einem zweiten Zusatz b aus im wesentlichen Aluminium und/oder Bor und deren Verbindungen, wobei der Betrag des ersten Zusatzes auf seine Oxidbasis bezogen zwischen 0,021 und 65,000 Mol-%, der Betrag des zweiten Zusatzes auf seine Oxidbasis bezogen zwischen 0,006 und 79,984 Mol-% liegt, wobei aus diesem ternären Zusammensetzungsbereich der folgende, durch die Eckpunkte A, B, C festgelegte Zusammensetzungsbereich ausgenommen ist: Eckpunkt A:
a = 11,300 Mol-%
b = 0,006 Mol-%
c = 88,694 Mol-%Eckpunkt B:
a = 11,300 Mol-%
b = 11,500 Mol-%
c = 77,200 Mol-%Eckpunkt C:
a = 0,021 Mol-%
b = 11,500 Mol-%
c = 88,479 Mol-%und der Anteil c an SiC zwischen 20,00 und 88,694 Mol-% und die Summe aus SiC und erstem und zweitem Zusatz a + b + c = 100 Mol-% beträgt, Verdichten, Brennen und Sintern der Mischung gemäß den Verfahrensschritten b) bis d) des Anspruches 3.