DE3329250A1 - Feuerfestes siliziumnitrid-verbundmaterial - Google Patents

Feuerfestes siliziumnitrid-verbundmaterial

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DE3329250A1
DE3329250A1 DE19833329250 DE3329250A DE3329250A1 DE 3329250 A1 DE3329250 A1 DE 3329250A1 DE 19833329250 DE19833329250 DE 19833329250 DE 3329250 A DE3329250 A DE 3329250A DE 3329250 A1 DE3329250 A1 DE 3329250A1
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silicon nitride
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refractory
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boron nitride
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DE19833329250
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Kenji Bizen Okayama Fujiwara
Tetsusaburo Isono
Noboru Shinoda
Yoshimitsu Takeuchi
Akira Okayama Watanabe
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Kyushu Refractories Co Ltd
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Kyushu Refractories Co Ltd
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Description

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8 Mönchen*),
Die Erfindung bezieht sich auf ein feuerfestes Siliziumnitrid-Verbundmaterial , das Siliziumnitrid-Verbindungen enthält und eine erhöhte Wärmestoßfestigkeit, eine verbesserte Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl sowie
5 eine verbesserte mechanische Festigkeit besitzt.
Siliziumnitrid wird seit kurzem für Verbundmaterialien verwendet. Schwer schmelzbare Siliziumnitrid-Materialien/ die durch Reaktionssintern von Silizium erhalten werden, weisen überlegene Härte - und Festigkeitseigenschaften im kalten wie im warmen Zustand auf. Ferner sind sie oxidationsbeständig.
Siliziumnitrid weist jedoch den Nachteil auf, daß es eine 5 geringe Wärmestoßfestigkeit sowie eine geringe Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl besitzt, wenn es bei der Stahlherstellung oder der Blockherstellung als feuerfestes Material verwendet wird.
Um diesem Nachteil abzuhelfen, sind schwer schmelzbare Materialien vorgeschlagen worden, in denen Bornitrid, das in der Lage zu sein scheint, die Wärmestoßfestigkeit zu verbessern, in Siliziumnitrid dispergiert ist.
Das Bornitrid wird jedoch wegen seiner geringen Festigkeit zerbrochen, so daß es unmöglich ist, zu verhindern, daß Risse, die in den Siliziumnitrid-Bindeabschnitten auftreten, sich weiter ausbreiten, wenn Bornitrid einem plötzlichen Wärmestoß unterworfen wird.
Es ist nun festgestellt worden, daß, obgleich feuerfeste Siliziumnitrid-Materialien sowohl hinsichtlich ihres Rißbildungswiderstandes wie hinsichtlich ihres Widerstandes gegen ein Ausbreiten der Risse untersucht werden müssen, um ihre Wärmestoßfestigkeit zu verbessern, es nahezu unmöglich ist, bei jedem Wärmestoß die Bildung von Rissen zu vermeiden, so daß die Wärmestoßfestigkeit verbessert werden kann, indem sowohl der Widerstand gegenüber einem
Ausbreiten der Risse wie der Rißbildungswiderstand erhöht wird, so daß gebildete Risse sich nicht ausbreiten können, um zu einem-Abplatzen des schwer schmelzbaren Materials ■ zu führen.
5
Es wurde ferner aufgrund zahlreicher Untersuchungen festgestellt, daß die Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl verbessert werden kann, indem gleichzeitig schwer schmelzbare Materialien und Bornitrid dispergiert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, feuerfeste Siliziumnitrid-Verbundwerkstoffe bereit zu stellen, die aus Siliziumnitrid, feuerfesten Materialien und Bornitrid bestehen und in denen Siliziumnitrid-Bindungen Bindestruktuxen
15 bilden.
Da Bornitrid, das erfindungsgemäß verwendet wird, hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl überlegen ist und eine relativ große Wärmeleitfähigkeit und geringe Elastizität besitzt, können die Eigenschaften von feuerfesten, schwer schmelzbaren Materialien , wie ihre Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl, Wärmeübergangskoeffizient, Elastizität und dergleichen, beträchtlich verbessert werden, wenn Bornitrid zu dem feuer-
25 festen Siliziumnitrid-Material hinzugegeben wird.
Die Verbesserung dieser Eigenschaften führt zu einer Verbesserung des Rißbildungswiderstandes, was eine Erhöhung der Wärmeschockfestigkeit zur Folge hat. 30
Obgleich mehrere Formeln existieren, mit denen der Rißbildungswiderstand R wiedergegeben werden kann, wird hier folgende Formel benutzt:
35 R =
worin <o der Bruchmodul, k die thermische Leitfähigkeit, \) das Poisson'sche Verhältnis, E der Elastizitäts-
modul und οζ der thermische Ausdehnungskoeffizient sind.
Der Rißbildungswiderstand R von Siliziumnitrid und des Gemischs aus Siliziumnitrid und Bornitrid wurde mit der vorstehend angegebenen Formel berechnet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.
Für V* wurde 0,3 in die vorstehend angegebene Formel bei der Berechnung eingesetzt. Aufgrund der vorstehend angegebenen Formel ist der Rißbildungswiderstand um so größer je größer R ist. Anhand der Tabelle 1 ist festgestellt worden, daß sowohl die Wärmeleitfähigkeit wie der Elastizitätsmodul beträchtlich verbessert werden können, wenn Bornitrid in feuerfesten Siliziumnitrid-Materialien dispergiert wird, wodurch der Rißbildungswiderstand beträchtlich vebbessert wird und damit die Bildung von Rissen in dem feuerfesten Material weitgehend verhindert werden kann.
Tabelle 1
Si3K4
100 		Si3N4:BN
90:10 -		 Si3N4 :BN
80:20
Bruchmodul bei Raumtemperatur
( (J : kg/cm ) 2150 1300 1000
bei 12000C (") 1920 1220 900
Wärmleitfähigkeit bei 12000C 6,5 10,7 12,4
(k: Kcal/m.hr°C)
Elastizitätsmodul bei 12000C
2
(E: kg/cm )		 37x1O5 25x1O5 20x1O5 :
Wärmeausdehnungskoeffizxent
bei 12000C (0/ :cm/cm. oCx1 0~ ) 3.2 3.0 2.9
Rißbildungswiderstand bei
1200°c (R: Kcal/m.hr) 737 1218 1346
I
-δ-Ι Obgleich der Rißbildungswiderstand erheblich verbessert werden kann, wenn Bornitrid in feuerfesten Siliziumnitrid-Materialien di-spergiert wird, ist es unmöglich, die Bildung von Rissen unter sämtlichen Bedingungen völlig zu verhindern. Es ist deshalb erforderlich, zu verhindern, daß einmal gebildete Risse sich weiter ausdehnen. Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß außerdem feuerfeste Materialien dispergiert. Der Einsatz feuerfester Materialien führt zu folgenden Effekten.
10
(1) Die Spannung, die um die Teilchen aus feuerfesten Materialien aufgrund des Unterschieds dieser feuerfesten Materialteilchen gegenüber der Matrix (in diesem Fall Siliziumnitrid) in bezug auf die thermischen Eigenschäften, die elastischen Eigenschaften und dergleichen führt zu sehr kleinen Rissen um diese Teilchen. Wann die spitzen Enden der Hauptrisse, die in der Matrix gebildet werden, sich bis in den Bereich der kleinen Risse ausdehnen, wird die Bruchenergie absorbiert, wodurch die Ausdehnung der besagten Hauptrisse verhindert und im Ergebnis die Festigkeit und Zähigkeit verbessert wird.
(2) Wenn die spitzen Enden dieser Hauptrisse sich zu den Teilchen des feuerfesten Materials erstrecken, erhöht
sich die Längsspannung, wodurch die Bruchenergie erhöht und die Oberfläche dieser Teilchen zerbrochen wird. Dadurch wird Bruchenergie verbraucht und die Ausbreitung dieser Hauptrisse verhindert. 30
(3) Es hat den Anschein, daß die Spannung sich in den spitzen Enden der Hauptrisse konzentriert und die gebildete Spannung der Bruchfestigkeit der feuerfesten Materialien nahekommt.
Der Bereich plastischer Deformationen wird häufig an den spitzen Enden der Risse beobachtet. Wenn die Hauptrisse durch die Teilchen des feuerfesten Materials hindurchgehen,
wird Bruchenergie aufgrund der Verschiebung (plastische Deformation) dieser Teilchen des schwer schmelzbaren Materials absorbiert, wodurch die spitzen Enden der Risse stumpf werden und damit die Ausbreitung der Risse verhindert wird. MgO, Al3O3 un^ dergleichen werden vorzugsweise als dispergierende Teilchen verwendet, da sie relativ leicht verlagert werden.
Das heißt, wenn die Risse sich zu den Teilchen der feuerfesten Materialien , die in dem feuerfesten Siliziumnitrid-Material dispergiert sind, erstrecken, wird die Bruchenergie verteilt bzw. durch diese schwer schmelzbaren Materialteilchen absorbiert, und zwar aufgrund der Zerstörung der Oberfläche dieser schwer schmelzbaren Materialteilchen. Dadurch kann eine Ausbreitung der Risse an den schwer schmelzbaren Materialteilchen verhindert werden.
Wie vorstehend beschrieben, werden erfindungsgemäß Bornitrid und schwer schmelzbare Materialien in reaktionsgesintertem Siliziumnitrid dispergiert, um feuerfeste Siliziumnitrid-Verbundmaterialien zu erhalten, deren Wärmestoßwidersiand erhöht ist, d.h. der Rißbildungswiderstand sowie der Widerstand gegen eine Rißausdehnung, wodurch nicht nur die Wärmestoßfestigkeit , sondern auch die Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl erheblich verbessert werden kann.
Siliziumnitrid, das erfindungsgemäß verwendet wird, kann durch Reaktionssintern von Silizium erhalten werden. Feine Siliziumpulver mit einer Teilchengröße von 100 um oder weniger werden vorzugsweise verwendet, und zwar nicht nur im Hinblick auf ihre Reaktivität mit Stickstoff, sondern auch im Hinblick auf die Bildung starker und homogener Siliziumnitrid-Bindungsstrukturen aufgrund der Vea-besserung
35 der Dispersionsfähigkeit des Siliziums.
Siliziumnitrid wird vorzugsweise mit einem Anteil von 20 bis 60 Gew.-% eingesetzt. Falls der verwendete Anteil
1 weniger als 20 Gew.-% beträgt/ besitzt der gebildete
feuerfeste SiliziLumnitrid-rVerbundwerkstoff eine geringere Bindefestigkeit, während bei einem Anteil von mehr als 60 % der gebildete feuerfeste Siliziumnitrid-Verbundwerk-
5 stoff eine geringere Wärmestoßfestigkeit aufweist.
Als feuerfeste oder schwer schmelzbare Materialien werden Oxide, wie Magnesia, Spinel/ Aluminiumoxid und Zirkon , sowie Carbide, wie SiC und B4C in Form von Pulvern mit einer Teilchengröße von 50 μΐη oder mehr verwendet. Wenn ihre Teilchengröße kleiner als 50 μΐη ist, kann die Ausbreitung der Risse nicht verhindert werden.
Jedoch können auch solche verwendet werden, deren TeilchengröBe kleiner als 50 μΐη ist, um die Teilchengrößen des Verbundwerkstoffes anzupassen.
Die feuerfesten Materialien werden vorzugsweise in einem Anteil von 10 bis 50 Gew.-% eingesetzt, wobei , wenn sie mit einem Anteil von weniger als 10 Gew.-% verwendet werden, der gebildete feuerfeste Siliziumnitrid-Verbundwerkstoff eine geringere Beständigkeit gegenüber der Rißausbreitung besitzt, während bei einem Anteil von mehr als 50 Gew.-% der Widerstand gegenüber einer Rißausbreitung nicht entsprechend der Menge der feuerfesten Materialien erhöht werden kann.
Bornitrid, das BN mit einer Reinheit von mindestens 98 Gew.-% enthält und eine Teilchengröße von höchstens 5 μπι besitzt, ist vorzuziehen. Die Verwendung kleiner Bornitridteilchen mit einer Teilchengröße von 5 μπι oder weniger führt zu einer Erhöhung der Dispersion des Bornitrids in dem schwer schmelzbaren Verbundwerkstoff und zu einer überlegenen Beständigkeit des Bornitrids gegenüber geschmolzenem Stahl,
35 wobei die Benetzbarkeit durch Stahl gering ist.
Das Bornitrid wird vorzugsweise in einem Anteil von 1 bis 30 Gew.-% eingesetzt, Falls es mit einem Anteil von weniger
-δι als 1 Gew.-% verwendet wird, weisen die gebildeten feuerfesten Siliziumnitrid-Verbundwerkstoffe einen geringen Rißbildungswiderstand sowie eine geringe Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl auf, während bei einer Verwendung mit einem Anteil von mehr als 30 Gew.-% die Festigkeit der gebildeten feuerfesten Siliziumnitrid-Verbundwerkstoffe herabgesetzt wird.
Nachstehend ist ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung von feuerfesten Siliziumnitrid-Verbundwerkstoffen nach der Erfindung beschrieben. Das Gemisch, das aus Silizium, schwer schmelzbaren Materialien und Bornitrid besteht, wird in einem Mischer ausreichend gemischt. Dann wird ein Bindemittel wie CMC, PVA, Dextrin oder ein Phenolharz zugegeben. Das gebildete Gemisch wird gemischt und ausgeformt. Das ausgeformte Produkt wird nitriert und bei 1300 bis 15000C 20 bis 120 Stunden beispielsweise in einer Stickstoff- oder Ammoniak-Atmosphäre kalziniert, um feuerfeste Siliziumnitrid-Verbundmaterialien zuuerhalten.
Ein Teil.oder das gesamte . Bornitrid, das erfindungsgemäß eingesetzt wird, kann durch kohlenstoffhaltige Materialien ersetzt sein. Kohlenstoffhaltige Materialien weisen einen Rißbildungswiderstand und eine Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl auf, die der von Bornitrid ähnlich ist.
Diese kohlenstoffhaltigen Materialien können Graphit, Koks, Ruß und dergleichen sein. Ihre Teilchengröße beträgt vorzugsweise einen Millimeter oder weniger. Falls sie größer als einen Millimeter ist, wird die Dispersionsfähigkeit herabgesetzt, wodurch das gebildete feuerfeste Siliziumnitrid-Verbundmaterial eine geringere Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl aufweist.
Die kohlenstoffhaltigen Materialien werden vorzugsweise in einem Anteil von 1 bis 20 Gew.-% eingesetzt. Falls sie mit einem kleineren Anteil als 1 Gew.-% verwendet werden, weisen die gebildeten Siliziumnitrid-Verbundwerkstoffe
einen geringeren Rißbildungswiderstand und eine geringere Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl auf, während bei einem Anteil von mehr als 20 Gew.-% die Festigkeit der gebildeten feuerfesten Siliziumnitrid-Verbundmateralien
5 herabgesetzt wird.
Darüberhinaus hat die Erfindung die Wirkung, daß eine Zunahme der Menge des Bornitrids, des verwendeten kohlenstoffhaltigen Materials und feuerfesten Materials zu einer Herabsetzung der meähanischen Festigkeit des gebildeten feuerfesten Materials führt.
Um diese Wirkung zu beseitigen, werden vorzugsweise Kohlenstoffasern verwendet, die eine erhöhte Zugfestigkeit besitzen und Eigenschaften aufweisen, die zusammen mit Bornitrid denjenigen des Bornitrids fast entsprechen. Durch mikroskopische Beobachtung wurde festgestellt, daß die Siliziumnitrid -Verbindungen bzw. -Verbände, die durch Reaktionssintern von Silizium gebildet werden, dadurch gekennzeichnet sind, daß die Siliziumnitrid-Teilchen nicht einzeln vorliegen, sondern daß sie miteinander in Verbindung stehen, um eine kontinuierliche netzähnliche dreidimensionale Struktur oder Gefüge zu bilden. Kohlenstoffasern, die in dem ausgeformten Produkt statistisch verteilt vorliegen, werden erfindungsgemäß in eine Siliziumnitrid-Bindungsstruktur aufgenommen, indem das ausgeformte Produkt nitriert und kalziniert wird nach einem Verfahren, bei dem die siliziumnitridgebundene Struktur allmählich gebildet wird, wodurch die Kohlenstoffasern fest in die silizium-
30 nitridgebundene Struktur eingebaut werden.
Diese fest eingebauten Kohlenstoffasern eignen sich zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit des gebildeten feuerfesten Siliziumnitrid-Verbundmaterials. 35
Als Kohlenstoffasern werden vorzugsweise kohlenstoffhaltige
-ιοί Fasern oder Graphitfasern mit einem mittleren Durchmesser von 10 bis 100 μΐη und einer mittleren Länge von 0,2 bis 100 mm verwendet.
Falls die mittlere Länge weniger als 0,2 mm beträgt, kann die mechanische Festigkeit des gebildeten Materials nicht verbessert werden, während bei einer mittleren Länge von mehr als 100 mm die Dispersionsfähigkeit herabgesetzt wird, wodurch die mechanische Festigkeit abnimmt. 10
Falls der mittlere Durchmesser der Kohlenstoffasern weniger als 10 μια beträgt, so wird weiterhin die Rate der Kohlenstof fasern, die beim Mischen zerbrochen wird, erhöht, während bei einem mittleren Durchmesser von mehr als 100 \im die mechanische Festigkeit des gebildeten feuerfesten Materials nicht erhöht werden kann, da sich die Anzahl der Kohlenstof fasern vermindert.
Die Kohlenstoffasern werden vorzugsweise mit einem Anteil von 0,5 bis 10 Gew.-.% eingesetzt. Falls der Anteil weniger als 0,5 Gew.-% beträgt, kann die mechanische Festigkeit des gebildeten feuerfesten Materials nicht verbessert werden, während bei einem Anteil von mehr als 10 Gew.-% die Wirkung im Hinblick auf die Menge der zugesetzten Kohlenstoffasern gering ist.
Der Rißbildungswiderstand des feuerfesten Materials, dem die Kohlenstoffasern zugesetzt worden sind, und des feuerfesten Materials, bei dem das Bornitrid durch kohlenstoffhaltiges Material ersetzt worden ist und das zusätzlich Kohlenstoffasern enthält, ist in Tabelle 2 wiedergegeben.
co ο
bo
t!O
Tabelle 2
Si3N4 Si3N4:BN:CF Si3N4:G Si3N4=C 1 2.95 Si3N4:C:CF 3.0
^—_ 100 ^0:5:5.. 90:10 80:20 90:5:5
Bruchmodul bei Raumtemperatur
( Θ": kg/cm2) ·		 2150 2100 1290 980 1329 1900 ' 7014
bei 12000C (") 1920 1900 1200 865 1850
Wärmeleitfähigkeit bei 12000C
(k: Kcal/m.hr°C)		 6.5 13.6 10.5 12.3 13.0
Elastizitätsmodul bei 12000C
(E: kg/cm^)		 . 37x1O5 7.8x105 25.5X1O5 19x105 8xio5 *
Wärmeausdehnungskoeffizient • '·
bei 12000C { C< : cm/cm. 0CxI 0"6) ' 3.2 2.95 3.0
Rißbildungswiderstand bei
12000C
(R: Kcal/m.hr(		 737 7864 1153
CO GO K) CO K)
Das erfindungsgemäße feuerfeste Siliziumnitrid-Verbundmaterial kann also als feuerfestes Material für Frischöfen verschiedener Arten von Metallen sowie für Gefäße zur Aufnahme geschmolzener Metalle/ als feuerfestes Material für verschiedene Arten des Stranggießens, für Schutzrohre sowie Industriekeramik verwendet werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend beschrieben.
Beispiel 1 bis 14
Zu den in Tabelle 3 und 4 angegebenen Zusammensetzungen wurde ein Phenolharzpulver mit einem Anteil von 1 Gew.-% zugegeben. Das Gemisch wurde mit einer Henschel-Mischvorrichtung gemischt/ worauf Ethylenglycol zu dem gebildeten Gemisch mit einem Anteil von 3 bis 5 Gew.-% zugegeben wurde. Das Gemisch wurde gemischt. Dann wurde das gebildete Gemisch auf eine Größe von 110 χ 70 χ 30 mm bei einem Druck von 2000 kg/cm mit einer Vakuumölpresse geformt .
Die Materialien/ die für diese Zusammensetzungen verwendet wurden, waren Silizium mit einer Reinheit von mindestens 98 Gew.-% und einer Teilchengröße von weniger als 100 μπι, feuerfeste Materialien mit einer Teilchengröße von 100 bis 3000 μπί/ Bornitrid/ das BN mit einer Reinheit von mindestens 99 Gew.-% enthielt und eine Teilchengröße von weniger als 5 μΐη aufwies. Graphit/ der fest gebundenen Kohlenstoff mit einem Anteil von mindestens 90 Gew.-% enthielt und eine Teilchengröße von weniger als 1 mm aufwies sowie Kohlenstoffasern mit einem mittleren Durchmesser von 14 μπι und einer mittleren Länge von 50 mm.
Das ausgeformte Produkt wurde schließlich in einer Stickstoff atmosphäre bei 14000C 72 Stunden aufgewahrt, um feuerfeste Materialien zu erhalten.
Die Vergleichsmaterialien wurden in der gleichen Weise wie nach den Beispielen hergestellt.
Die Versuchsergebnisse für die nach den Beispielen erhaltenen feuerfesten Materialien sind in den Tabellen und 4 im Vergleich zu den feuerfesten Materialien, die nach den Vergleichsbeispielen erhalten wurden, wiedergegeben .
cji
Tabelle 3
ι 1 2 Beispiel 4 5 6 Vergleichs
beispiel		 7 ' 70,6 89,0
Zusammensetzung (Gew.-%) 37,5 37,5 3 37,5 37,5 37,5 37,5
Silizium 56,3 50,0 37,5 56,3 .50,0; 43,7
Magnesia '43,7 50,0 29,4 20,0
Aluminiumoxid· 6,2 12,5 12,5 3,7 6,25 6,25 , „. ■
Bornitrid 18,8 2,5 6,25 12,55 •0» 900
KohlenstoffSaer .1346
Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 " 550
Si3N4. 45,0 40,0 50,0 45,0 40,0 35,0 100
MgO 35,0 40,0
^2°3 5,0 10,0 10,0 3,0 5,0 5,0
BN 15,0 2,0 510 10,0
Kohlenstoffaser ,705 600 630 .1 05Oi 1350 1580
Bruchmödul bei 12000C (kg/cm ) 1762 2303 480 2057 5053 9580 14851
Wärmestoßfestigkeit, Rißbildungs-.Λ1
widerstand bei 12000C (Kcal/m.hr)l '		 800 850 2660 800 950 1150 1300
Widerstand gegen Rißausdehnung
(ΛΤ°Ο (*2)		 400 480 900 455 490 655 700
Indexzahl der Beständigkeit gegen
über geschmolzenem Stahl (*3)		 560
( I <
GO hO CjD hO
co ο
fco
O
cn
cn
Tabelle 4
8 9 10 Beispiel 12 13 14 Vergleichs
beispiel
33,0 33,0 33,0 11 33,0 33,0 33,0
Silizium 60,9 54,8 48,7 33,0 60,9 54,8 48,7 10,6
Magnesia
Aluminiumoxid 6,1 12,2 18,3 54,8 3,6 6,1 6,1
Graphit 12,2 2,5 6,1 12,2 (BN)29,4
Kohlenstoffaser 45,0 45,0 45,0 45,0 45,0 45,0
Si3N4 50,0 45,0 40,0 45,0 50,0 45,0 40,0 80,0
MgO
Ah°3 5,0 10,0 15,0 45,0 3,0 5,0 5,0
BN 10,0 2,0 5,0 0,0 (BN)20,0
Kohlenstoffaser 630 550 440 950 1280 1460
Bruchmodul bei 1200°C (kg/cm2) 1716 2147 2335 560 4005 7665 11654 900
Wärmestoßfestigkeit,Rißbildungs
widerstand bei 12000C (Kcal/m.hir) (*1)r		 800 850 900 2033 950 1150 1300 1346
Widerstand gegen Rißausdehnung
( AT0C) (*2)		 410 470 550 800 480 600 670 550
Indexzahl der Beständigkeit
gegenüber schmelzendem Stahl(*3)		 450 100
OJ GO K) CO hO
-16-1 Anmerkungen:
*1 Der Rißbildungswiderstand wurde aufgrund der Formel R = (X K (1 -\/)/(EoO errechnet, wobei N> mit 0/3 eingesetzt wurde. Je größer R ist, um ,so größer ist der Rißbildungswiderstand.
*2 Der Widerstand gegen Rißausdehnung wird durch den Wärmesto-ßwert (A T0C) angezeigt. Dieser Wert stellt die Temperatur dar, bei der keine Herabsetzung des Hochmoduls festgestellt wird, wenn eine Probe von 18,3 χ 10,5 χ 40 mm bei dieser Temperatur eine Stunde gehalten wird, um den stationären Zustand zu erreichen, worauf mit Wasser (Raumtemperatur) abgeschreckt wird und anschließend getrocknet und der Bruchmodul bestimmt wird.
Je größer Λ T ist, um so größer ist der Widerstand gegen Rißausdehnung.
*3 Die Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl wird bestimmt, indem die Menge des SchmelzVerlustes gemessen wird, wenn eine Probe von 30 χ 30 χ 30 mm mit einer öffnung von 10 0 χ 20 mm versehen wird, in der sich eine Stahlstange befindet, die auf 16000C in einer Argonatmosphäre erhitzt wird. Die Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl wird durch Indexzahlen angegeben, so daß die reziproke Zahl der maximalen Größe des Schmelzverlustes nach dem Vergleichsbeispiel mit 100 angegeben werden kann.
Wie aus Tabelle 3 und 4 ersichtlich, weisen die Beispiele bis 4 und 8 bis 11 der Systeme Si3N4-MgO, Al O3-BN , C einen leicht herabgesetzten Wärmebruchmodul auf, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel des Systems Si3N4-BN, jedoch ist der Rißbildungswiderstand beträchtlich erhöht, desgleichen der Widerstand gegen Rißausdehnung sowie die Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl, wodurch die enormen Vorteile der Erfindung belegt werden.
Die Beispiele 5 bis 7, 12 bis 14 der Systeme Si3N4-MgO-BN, C-Kohlenstoffasern weisen einen erheblich verbesserten Wärmebruchmodul, einen erheblich verbesserten Rißbildungswiderstand sowie einen erheblich verbesserten Widerstand gegen Rißäusdehnung und eine erheblich verbesserte Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl auf, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel des Systems Si3N4-BN, wodurch die hervorragenden Eigenschaften der Erfindung belegt werden.
Patentanwälte

Claims (2)

  1. Patentansprüche
    Feuerfestes Siliziumnitrid-Verbundmaterial aus 20 bis 60 Gew.-% Siliziumnitrid, 10 bis 50 Gew.-% feuerfesten Materialien und 1 bis 30 Gew.-% Bornitrid, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumnitrid-Verbindungen Bindungsgefüge bilden.
  2. 2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder das gesamte Bornitrid durch kohlenstoffhaltige Materialien ersetzt ist.
    ο Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenstoffasern zugesetzt sind.
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