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Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus Silicium-
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carbid Hintergrund der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines Sinterkörpers aus Siliciumcarbid und zwar besonders ein Verfahren
zur Herstellung eines Sinterkörpers aus Siliciumcarbid unter Verwendung eines neuen
Sinterhilfsmittels.
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Siliciumcarbid ist ein Material mit sehr hoher chemischer und physikalischer
Beständigkeit und zeigt besonders ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit, Korrosionsfestigkeit
und mechanische Festigkeiten bei hohen Temperaturen, bei gleichzeitig guter Wärmeleitfähigkeit
und kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten.
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Siliciumcarbid wird daher herausgestellt als ein vielversprechendes
hochwertiges Material (mit besten Eigenschaften)für beispielsweise Gasturbinenschaufeln,
Kraftfahrzeugteile, korrosionsfeste Werkstücke, hochfeuerfeste Körper, chemische
Anlagen unter extremen Reaktionsbedingungen, z.B. hohe Temperaturen, Teile von elektronischen
Vorrichtungen und dergleichen.
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Gewöhnlich wird Siliciumcarbid zu einer gesinterten Form geformt,
die in den oben erwähnten Anwendungen brauchbar ist.
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Mehrere Methoden sind bekannt zur Herstellung eines solchen Sinterkörpers
aus Siliciumcarbid, darunter 1) ein Verfahren der sogenannten reaktiven Sinterung,
wobei ein geformter grüner Körper einer Pulvermischung von Siliciumcarbid und Kohlenstoff
mit einer Schmelze oder Dampf von Silicium umgesetzt wird, und 2) ein Verfahren
unter Verwendung eines Sinterhilfsmittels, wobei
ein Pulver von
Siliciumcarbid mit einem SinterhilEsmittel, wie Aluminiumnitrid, Aluminiumcarbid,
Bor, Borcarbid, Bornitrid, Berylliuiflverbindungen oder insbesondere Carbid und
dergleichen gemischt und die Mischung geformt und unter normalem oder erhöhtem Druck
gesintert wird.
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Diese Methoden haben jeweils Vor- und Nachteile. Beispielsweise ist
die erste Methode vorteilhaft in der Vielseitigkeit der Formen des geformten grünen
Körpers vor der Umsetzung mit Silicium und in der kleinen Formveränderung des geformten
Körpers, die möglicherweise durch die Umsetzung mit Silicium verursacht wird, da
die Reaktion unter Normaldruck durchgeführt werden kann.
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Andererseits ist diese Methode der reaktiven Sinterung nachteilig
wegen der verhältnismäßig schlechten Eigenschaften des Sinterprodukts von Siliciumcarbid,
da der Sinterkörper noch in größerem oder geringerem Ausmaß freies oder nicht umgesetztes
Silicium enthält, was zu einer Verringerung der mechanischen Festigkeit bei hohen
Temperaturen und der Beständigkeit gegen alkalische Chemikalien führt. Bei der zweiten
Methode werden zwar ausgezeichnete hochdichte Sinterkörper von Siliciumcarbid durch
Sintern selbst unter Normaldruck verhalten, wenn das Sinterhilfsmittel eine Borverbindung
einschließt, jedoch besteht ein Problem darin, daß es ziemlich schwierig ist, eine
hohe Gleichmäßigkeit in der Mischung des Siliciumcarbidpulvers und des Sinterhilfsmittels
zu erreichen, da als Sinterhilfsmittel bekannte Borverbindungen alle fest sind und
in einer Pulverform vorliegen, wie elementares Bor, Borcarbid, Bornitrid und dergleichen.
Daher kann eine gute Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der Siliciumcarbidsinterkörper
nur durch Zusatz einer großen Menge, z.B. 0,5 Gewichtsprozent oder mehr, berechnet
als Bor, einer Borverbindung zum Siliciumcarbidpulver erhalten werden. Ein solcher
Sinterkörper mit hohem Borgehalt ist jedoch nicht für beliebige Zwecke verwendbar,
und insbesondere nicht geeignet zur Verwendung als ein Material auf dem Elekektronik--Gebiet.
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Aufgabe und Lösung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es daher,
ein neues Verfahren
zur Herstellung eines Sinterkörpers aus Siliciumcarbid
anzugeben, das frei ist von den oben angegebenen Nachteilen und Schwierigkeiten
der bisherigen Verfahren, also hochdichte Sinterkörper aus Siliciumcarbid mit ausgezeichneten
chemischen und physikalischen Eigenschaften mit einem äußerst geringen Gehalt an
Fremdelementen und mit verschiedenster Formgebung für beliebige Verwendungszwecke
liefert und leicht und reproduzierbar durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren zur
Herstellung eines Sinterkörpers aus Siliciumcarbid, das die folgenden Verfahrensstufen
aufweist: a) Mischen von 100 Gewichtsteilen eines Pulvers von Siliciumcarbid mit
einer Durchschnittskorngröße nicht über 5 /um mit 0,1 bis 10 Gewichtsteilen eines
borsiliciumorganischen Polymers, dessen Hauptkette aus den Elementen Silicium, Kohlen-;
stoff, Bor und Stickstoff besteht, um eine Mischung zu erhalten; b) Formung der
Mischung zu einem Formkörper; und c) Erhitzen des so erhaltenen Formkörpers in einer
inerten Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 1800 bis 25000C, um das Sintern
zu bewirken.
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Insbesondere ist das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Sinterhilfsmittel
verwendete borsiliciumorganische Polymer vorzugsweise aufgebaut aus einem ersten
Typ von monomeren Einheiten, die der folgenden Einheitsformel entsprechen: (I) (-SiR
2-CH2-), worin R ein Wasserstoffatom oder eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe
ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe Methyl-, Ethyl-, Vinyl- und Phenylgruppen,
und einem zweiten Typ der monomeren Einheiten, die der folgenden Einheitsformel
entsprechen: (II) (-BR²-NR³-), worin R² eine einwertige Gruppe ist, die ausgewählt
ist aus der Gruppe einwertige Kohlenwasserstoffgruppen, trihydrocarbylsilyl-substituierte
Alkylgruppen der allgemeinen Formel -+-CH2 + SiR43, worin R4 eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe
und
n eine positive Zahl ist, und substituierte oder unsubstituierte Aminogruppen der
allgemeinen Formel -NR25, worin R5 ein Wasserstoffatom oder eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe
und R3 eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe ist, wobei das Molverhältnis Silicium
zu Bor im Bereich von 1:10 bis 100:1 liegt.
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Beschreibung bevorzugt er Ausführungsformen Das im erfindungsgemäßen
Verfahren als.Ausgangsmaterial des Sinterkörpers verwendete pulverförmige Siliciumcarbid
sollte eine durchschnittliche Korngröße (Korndurchmesser) nicht über 5 /um oder
vorzugsweise 1 /um haben. Wenn die durchschnittliche Korngröße des Siliciumcarbidpulvers
größer als 5 /um ist, hat der erhaltene Sinterkörper von Siliciumcarbid keine genügend
hohe Dichte und nicht genügend hohe mechanische Festigkeiten. Die kristallographische
Form des Siliciumcarbidpulvers ist nicht besonders beschränkt und schließt M-SiC
und ß-SiC ein. Selbstverständlich kann gegebenenfalls bei Bedarf eine Mischung dieser
zwei Typen von Siliciumcarbidpulvern verwendet werden. Ein besonders bevorzugtes
Siliciumcarbidpulvermaterial ist ein fein verteiltes Siliciumcarbidpulver, das als
Reaktionsprodukt bei der Dampfpyrolyse einer Organohydrogensilanverbindung nach
dem Verfahren erhalten wird, das von einigen der Erfinder im Hinblick auf hohe Reinheit,
Gleichmäßigkeit der Korngrößenverteilung und Aktivität zum Sintern entwickelt wurde
(vgl. z.B. japanische Patentschrift Kokai 59-39708).
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In der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das oben
beschriebene Siliciumcarbidpulver mit einem Sinterhilfsmittel gemischt, das ein
borsiliciumorganisches Polymer ist, das aus zwei Typen von monomeren Einheiten aufgebaut
ist, welche durch die oben angegebenen allgemeinen Einheitsformeln (I) und (II)
wiedergegeben sind. Dieses borsiliciumorganische Polymer ist dadurch gekennzeichnet,
daß es einen Sauerstoff enthält, und sein Molverhältnis Silicium zu Bor sollte vorzugsweise
im Bereich von 1:10 bis 100:1 liegen.
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Ein solches borsiliciumorganisches Polymer kann hergestellt werden
durch Erhitzen einer Mischung einer siliciumorganischen Verbindung, die mit R1 bezeichnete
einwertige Kohlenwasserstoffgruppen an Silicium gebunden enthält - eine solche Verbindung
ist typischerweise eine Organopolysilanverbindung oder vorzugsweise eine Methylpolysilanverbindung
mit einer geradkettigen, cyclischen oder verzweigten Molekülstruktur - und einer
bororganischen Verbindung, die typischerweise aufgebaut ist aus Einheiten der Formel
(-BR2-NR3-), oder vorzugsweise einer Organoborazinverbindung der Formel (-BR2-NR3-)3,
worin R2 und R3 jeweils die gleiche Bedeutung wie oben definiert haben, in einer
inerten Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 250 bis 6000C, um die thermische
Zersetzung und Polykondensationsreaktion zu bewirken, go daß bei der Umwandlung
der siliciumorganischen Verbindung in eine: Carbosilanverbindung die Bindungen -Si-CH2-B-N-
oder -Si-B-N-gebildet werden. Das auf diese Weise erhaltene borsiliciumorganische
Polymer kann bei Raumtemperatur in flüssiger Form bis in Form einer harzartigen
festen Masse vorliegen, je nach der Art der Ausgangsstoffe, deren Mischungsverhältnis,
den Reaktionsbedingungen und anderen Parametern. Das borsiliciumorganische Polymer
sollte vorzugsweise ein Zahlenmittel--Durchschnittsmolekulargewicht im Bereich von
500 bis 100.000 haben.
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Da das borsiliciumorganische Polymer bei Raumtemperatur flüssig oder
ein fließfähiges Harz ist, kann es als solches dem Siliciumcarbidpulver zugesetzt
werden, obgleich gegebenenfalls das borsiliciumorganische Polymer in einem organischen
Lösungsmittel, wie Benzol, Toluol, Hexan und dergleichen aufgelöst und dem Siliciumcarbidpulver
in Form einer Lösung zugesetzt wird, wenn eine höhere Gleichmäßigkeit der Vermischung
selbst mit einer verhältnismäßig kleinen Menge des Sinterhilfsmittels gewünscht
wird, als im Fall des trockenen Mischens der Pulver als solche.
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Die Menge des borsiliciumorganischen Polymers als SinterhilBsmittel
sollte im Bereich von 0,1 bis 10 Gewichtsteilen oder vorzugsweise von 0,5 bis 5
Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Siliciumcarbidpulvers liegen. Wenn die
Menge kleiner als 0,1 Gewichtsteil ist, erhält man keine genügende Wirkung als Sinterhilfsmittel,
so daß der erhaltene Sinterkörper aus Siliciumcarbid eine etwas kleinere Dichte
als die mögliche Maximaldichte hat. Wenn andererseits die Menge des als Sinterhilfsmittel
verwendeten borsiliciumorganischen Polymers übermäßig groß ist, kann manchmal ein
Zusammenbacken des Siliciumcarbidpulvers bei der Vorerhitzungsbehandlung auftreten,
die vor der Sinterstufe durchgeführt wird, um das Polymer in eine anorganische Substanz
umzuwandeln, so daß eine Zerkleinerung der zusammengebackten Pulvermischung erforderlich
ist, bevor die Pulvermischung geformt wird. Die optimale Menge des borsiliciumorganischen
Polymers nängt selbstverständlich von der darin enthaltenen Absolutmenge an Bor
ab, und die Menge von Bor im Polymer sollte gewöhnlich im Bereich von 0,005 bis
0,1 Gewichtsprozent bezogen auf die Menge des Siliciumcarbidpulvers liegen.
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Bevor die pulverförmige Mischung des Siliciumcarbidpulvers und des
als Sinterhilfsmittel dienenden borsiliciumorganischen Polymers in eine gewünschte
Form gebracht wird, wird die Pulvermischung vorzugsweise einer Glüh-Vorbehandlung
unterworfen, indem die Mischung in einer Inertgasatmosphäre 10 Minuten bis 10 Stunden
bei einer Temperatur im Bereich von 700 bis 12000C erhitzt wird, um das borsiliciumorganische
Polymer in eine anorganische Substanz umzuwandeln.
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Für die Technik der Formung der Pulvermischung gibt keine besonderen
Einschränkungen, und es kann irgendeine der in der keramischen Industrie bekannten
Methoden verwendet werden, einschließlich der Gesenkpressmethode (die-press method).
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Gewöhnlich werden bei diesem Formen kein Gleitmittel oder andere Zusatzstoffe
benötigt, obgleich gegebenenfalls der pulvrigen Mischung nach Bedarf vor dem Formen
ein Gleitmittel,
wie ein Stearat, als solches oder gelöst in einem
organischen Lösungsmittel beigemischt werden kann. Wenn der gewunschte geformte
grüne Körper eine verhältnismäßig komplizierte Form hat, wie ein Rohr oder ein Tiegel,
ist es vorteilhaft, beim Formen des grünen geformten Körpers aus der pulvrigen Mischung
eine Gummipresse oder isotrope Presse zu verwenden.
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Wenn eine höhere Präzision in den Abmessungen des geformten Körpers
gefordert wird, wird der grüne geformte Körper vorzugsweise vor dem Sintern mechanisch
bearbeitet durch Schleifen, Schneiden und dergleichen. Es ist auch möglich, einen
grünen geformten Körper der pulvrigen Mischung durch Schlikkerguß zu erhalten. In
diesem Fall wird der wässrige Schlikker der in Wasser dispergierten pulvrigen Mischung
mit einem Plastifizierungsmittel, wie einem Polyethylenglykol, niedermolekularem
Cellulosederivat, Paraffin und dergleichen, und einem Bindemittel, wie einem Polyvinylbutyral,
Polycarbonsäure und dergleichen gemischt und in eine aus geglühtem Gips hergestellte
Form gegossen. Statt dessen kann das Formen des grünen Körpers selbstverständlich
durch Strangpressen, Spritzgußverfahren oder Walzen durchgeführt werden, wenn die
pulvrige Mischung eine entsprechende Konsistenz oder Formbarkeit aufweist.
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Der so erhaltene grüne Körper der pulvrigen Mischung, die aus dem
Siliciumcarbidpulver und dem als Sinterhilfsmittel dienenden borsiliciumorganischen
Polymer besteht, wird nach vollständigem Trocknen, wenn der grüne Körper unter Verwendung
einer Lösung des Sinterhilfsmittels hergestellt worden ist, dann bei einer hohen
Temperatur gesintert Das Sintern kann im Vakuum unter Normaldruck, unter isotropem
Druck unter Verwendung eines Druckgases oder unter anisotroper Kompression in einer
Presse durchgeführt werden. Die Sintertemperatur sollte vorzugsweise im Bereich
von 1800 bis 25000C liegen. Wenn die Temperatur unter 1 8000C liegt, hat der erhaltene
Sinterkörper eine niedrige Dichte wegen ungenügender Sinterung. Wenn andererseits
die Sintertemperatur zu hoch ist, kann der Sinterkör-
per im sogenannten
übergesinterten Zustand mit etwas verringerten mechanischen Festigkeiten infolge
des Wachstums der Körner oder Kristallite von Siliciumcarbid vorliegen.
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Wenn das Sintern unter Normaldruck durchgeführt wird, sollte die
Atmosphäre aus einem inerten Gas, wie Stickstoff, Argon, Helium und dergleichen
bestehen. Wenn vor dem Sintern eine mechanische Bearbeitung des grünen geformten
Körpers zwecks Erhöhung der Dimensionsgenauigkeit, wie oben erwähnt, durchgeführt
wird, wird der geformte grüne Körper der pulvrigen Mischung vorzugsweise bei einer
Temperatur von 1 5000C oder darunter geglüht, um die mechanische Bearbeitbarkeit
des Körpers zu erhöhen. Die Temperatur dieser Glühstufe sollte entsprechend der
gewünschten Festigkeit des mechanisch zu bearbeitenden geformten Körpers festgelegt
werden.
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Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren mit weiteren Einzelheiten
anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.Darin bezeichnen die Symbole Me, Ph
und Vi jeweils eine Methyl-, eine Phenyl und eine Vinylgruppe. Die Werte von Druck
und Biegfestigkeit wurden umgerechnet gemäß: 1. kg/cm2 = 1 bar bzw. 1 kg/mm2 =1ON/rrung.
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Beispiel 1: Eine Mischung bestehend aus 100 g eines Dimethylpolysilans
entsprechend der Formel (-SiMe2-)n, worin n eine positive Zahl ist, das synthetisiert
wurde durch Umsetzung von Dimethyldichlorsilan mit metallischem Natrium, und 50
g B-trimethyl-N-triphenylborazin der Formel (-BMe-NPh-)3 wurde bei 3500C 1 Stunde
in einer Stickstoffatmosphäre erhitzt, um 123 g eines harzartigen Materials mit
einem Schmelzpunkt bei 150 bis 1620C in einer Ausbeute von 62,0 X des theoretischen
Werts zu erhalten. Dieses harzartige Material hatte ein Zahlenmittel-Durchschnittsmolekulargewicht
von 2160, und seine Elementaranalyse zeigte, daß es ein borsiliciumorganisches Polymer
war, bestehend aus den Elementen Silicium, Kohlenstoff, Bor,.Stickstoff und Wasserstoff
mit einem Molverhältnis Silicium/Bor von 2,7.
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Das so hergestellte borsiliciumorganische Polymer wurde in Toluol
in einer Konzentration von 10 Gewichtsprozent gelöst, und 10 g dieser Toluollösung,
die 0,04 g Bor enthielten, wurden zu 100 g eines Handelsprodukts eines pulvrigen
Siliciumcarbids vom ß-Typ mit einer spezifischen Oberfläche von 16 m2/g und einer
durchschnittlichen Korngröße von 0,27 /um (ein Produkt der Firma Ibiden Co.) gegeben
und damit gemischt, worauf das Toluol durch Verdampfen entfernt wurde, um eine Zusammensetzung
des Siliciumcarbidpulvers beschichtet mit dem borsiliciumorganischen Polymer zu
ergeben.
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Nach einer Vorbehandlung dieser Zusammensetzung durch Erhitzen auf
7000C während 30 Minuten in einem Stickstoffstrom wurden 1 5 g der pulvrigen Zusammensetzung
in eine Kohlenstofförm zum Heißpressen mit einem Innendurchmesser von 40 mm gegeben,
unter verringertem Druck entlüftet und dann durch Erhitzen auf 23000C während 1
Stunde unter einem Druck von 100 bar in einer Argonatmosphäre gesintert. Der so
erhaltene Sinterkörper hat eine Dichte von 3,16 g/cm3 entsprechend 98,1 % des theoretischen
Werts und eine Biegefestigkeit von 650 N/mm2.
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Weiter wurde die pulvrige Siliciumcarbidzusammensetzung in einer
Metallform zu einem stangenförmigen Körper von 4,0 mm x 5,0 mm x 45,0 mm geformt
und dann in einer Gummipresse unter einem Druck von 2000 bar gepresst, so daß man
einen grünen geformten Körper mit einer Dichte von 7,62 g/cm3 erhielt. Der grüne
Körper wurde zuerst in einer Kohlenstofform bei 100000 30 Minuten lang in einer
Argon-Atmosphäre erhitzt, um das borsiliciumorganische Polymer in eine anorganische
Substanz umzuwandeln,und dann unter Normaldruck in der gleichen Atmosphäre bei 22000C
1 Stunde gesintert, um einen Sinterkörper mit einer Dichte von 3,14 g/cm3, entsprechend
97,5 % des theoretischen Werts, und einer Biegefestigkeit von 600 N/mm2 zu erhalten.
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Zum Vergleich wurde das gleiche Siliciumcarbidpulver vom ß-Typ, wie
in den obigen Ansätzen verwendet, mit 0,05
Gewichtsprozent eines
Borpulvers (Hersteller Rare Metallic Co.) und 0,1 Gewichtsprozent eines Kohlenstoffpulvers
gemischt, und die in einer Kugelmühle gleichmäßig gemischte pulvrige Mischung wurde
nach der Methode des Heißpressens bei 23000C 1 Stunde lang gesintert zu einem Sinterkörper
mit einer Dichte von nur 2,23 g/cm3 entsprechend 69,3 °% des theoretischen Werts,
was anzeigt, daß fast keine Sinterwirkung erhalten werden konnte.
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Beispiel 2: Das in Beispiel 1 hergestellte borsiliciumorganische
Polymer wurde zu einem feinen Pulver eines Siliciumcarbids vom «-Typ mit einer spezifischen
Oberfläche von 11 m2/g und einer durchschnittlichen Korngröße von 0,6 /um (Hersteller
Showa Denko Co.) in einer Menge von 0,05 Gewichtsprozent, als Bor, zugegeben und
die gleichmäßig gemischte pulvrige Mischung wurde bei 8000C 20 Minuten in einem
Stickstoffstrom geglüht. Danach wurde die pulvrige Mischung nach dem Heißpress-Verfahren
in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 oder als ein grüner geformter Körper unter
Normaldruck, ebenfalls unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 gesintert.
Die erhaltenen gesinterten Körper hatten eine Dichte von 3,16 g/cm3 und eine Biegefestigkeit
von 670 N/mm2, wenn durch Heißpressen hergestellt, und eine Dichte von 3,08 g/cm3
und eine Biegefestigkeit von 580 N/mm2, wenn das Sintern unter Normaldruck erfolgte.
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Beispiel 3.
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Ein Pulver von Siliciumcarbid vom ß-Typ mit gleichmässigen kugelförmigen
Teilchen mit einer Korngrößenverteilung (Durchmesser) von 0,2 bis 0,3 /um, das im
folgenden als fU-SiC bezeichnet wird, wurde durch thermische Zersetzung von Tetramethyldisilan
bei 1 2500 C in einem Wasserstoffstrom hergestellt. Zum pulvrigen /u-SiC wurde eine
10 gewichtsprozentige Toluollösung des in Beispiel 1 hergestellten borsiliciumorganischen
Polymers in einer Menge von 0,08 Gewichtsprozent als Bor bezogen auf das Siliciumcarbid
gegeben und gleichmäßig damit gemischt. Die Mischung wurde bei 9000C während 20
Minu-
ten in einem Stickstoffstrom geglüht.
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Anschließend wurde eine Kohlenstofform für Heißpressen, deren Hohlraum
einen Innendurchmesser von 40 mm hatte, mit 15 g des so geglühten Siliciumcarbidpulvers
gefüllt, das dann bei 22000C während 1 Stunde unter einem Druck von 200 bar in einer
Argon-Atmosphäre gesintert wurde, um einen Sinterkörper mit einer Dichte von 3,18
g/cm3 entsprechend 98,7 % der theoretischen Dichte und einer Biegefestigkeit mit
dem bemerkenswert hohen Wert von 980 N/mm2 zu erhalten.
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Beispiele 4 bis 12: Fünf Arten von borsiliciumorganischen Polymeren
A bis E wurden jeweils durch Umsetzung der Organopolysilanverbindung I, II.oder
III und einer Borazinverbindung I, II, III oder IV in den in der folgenden Tabelle
1 angegebenen Mengen hergestellt.
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Organopolysi lanverbindungen: I: Poly(dimethylsilan) der Formel -+-SiMe2
+ , worin n eine positive Zahl ist II: Poly(methylphenylsilan) der Formel -(-SiMe2-)m-
-(-SiMePh-)n-, worin m und n jeweils eine positive Zahl sind und das Verhältnis
m:n gleich 9:1 ist III: ein Polydimethylpolysilan Borazinverbindungen: I: B-triamino-N-triphenylborazin
II: B-trimethyl-N-triphenylborazin III: B-trivinyl-N-triphenylborazin IV: B-triphenyl-N-trimethylborazin
In Tabelle t sind die jeweiligen Mengen der Reagenzien in g, sowie außerdem die
Reaktionstemperatur in °C, die Reaktionszeit in Stunden und die Ausbeute des als
Produkt erhaltenen borsiliciumorganischen Polymers in g und in % des theoretischen
Werts sowie der Schmelzpunkt in OC, das Molverhältnis Si/B und das Zahlenmittel-Durchschnittsmolekulargewicht
jedes der Polymerprodukte angegeben.
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Tabelle 1
| Borsiliciumorgani- |
| sches Polymer | A B C D E |
| Polysilanverbin- I I I II III |
| dung (g) (100) (100) (50) (100) (100) |
| Bororganische Ver- I II | III IV I |
| bindung (g) (20) (5) (50) (30) (30) |
| Reaktionstempe- |
| 330 380 320 330 340 |
| ratur °C |
| Reaktionszeit,Std. 2 2 1 2 1 |
| g | 86,5 68,0 , 83,5 100 101 |
| Aus- |
| beute % der 72,1 64,8 . 83,5 77,0 77,7 |
| 72,1 64, 8 83,5 77,0 77,@ |
| Theorie |
| Schmelzpunkt, °C 80-92 137-145 178-190 160-173 142-151 |
| Si/B Molverhältnis 6,8 26,2 1,4 5,1 4,9 |
| Zahlenmittel- |
| Durchschnitts- , 1680 2180 2340 1970 1860 |
| molekulargewicht A I t U |
Die so hergestellten borsiliciumorganischen Polymeren wurden in den in Tabelle 2
angegebenen Mengen zu einem pulvrigen Siliciumcarbid gegeben, das in Tabelle 2 alsOC-SiC,
ß-SiC oder µ-SiC angegeben ist, von denen jedes das gleiche war,wie in den vorangehenden
Beispielen verwendet. Die pulvrige Mischung wurde dann jeweils unter den in Tabelle
2 angegebenen Bedingungen gesintert. Das in Tabelle 2 als "normal" bezeichnete Verfahren
ist ein Sinterverfahren unter Normaldruck eines
grünen geformten
Körpers, der durch Druckformen bei Raumtemperatur erhalten wurde, und das als "Heißpressen"
bezeichnete Verfahren ist das Sinterverfahren durch Heißpressen. Tabelle 2 gibt
auch die Dichte in g!cm3 und in X des theoretischen Werts und die Biegefestigkeit
in N/mm2 des Sinterkörpers an, der in jeder der Zubereitungen Nr. 4 bis Nr. 12 erhalten
wurde. Wie diese Ergebnisse klar zeigen, war die Verwendung des pulvrigen /u-SiC
sehr vorteilhaft, um eine höhere Dichte und besonders eine höhere Biegefestigkeit
des Sinterkörpers aus Siliciumcarbid zu erhalten.
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Tabelle 2
| Borsilicium- |
| organisches Formen und Sintern Sinterkörper |
| Polymer |
| Nr. Typ des |
| Typ Menge Verfahren Druck beim Tempe- Zeit, Dichte Dichte Biege- |
| Silicium- |
| % Sintern,bar ratur, Minu- g/cm³ % des festig- |
| carbids |
| °C ten theore- keit |
| tischen N/mm² |
| Werts |
| 4 µ-SiC A 1,0 Normal - 2.100 60 3,10 96,3 720 |
| 5 µ-SiC C 0,5 Heißpressen 200 2.300 30 3,17 98,4 920 |
| 6 µ-SiC D 0,8 Heißpressen 200 2.400 20 3,18 98,8 950 |
| 7 µ-SiC E 1,0 Heißpressen 200 2.200 60 3,16 98,1 760 |
| 8 µ-SiC C 0,5 Heißpressen 200 2.200 60 3,15 97,8 700 |
| 9 ß-SiC A 1,2 Heißpressen 200 1.900 30 3,14 97,5 630 |
| 10 ß-SiC B 5,0 Heißpressen 200 1.850 60 3,14 97,5 600 |
| 11 α-SiC C 0,5 Normal - 2.300 60 3,13 97,2 520 |
| 12 α-SiC A 1,5 Heißpressen 100 2.200 30 3,16 98,1 660 |