DE3833611A1 - Verfahren zur herstellung von siliciumcarbid-sinterkoerpern - Google Patents
Verfahren zur herstellung von siliciumcarbid-sinterkoerpernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Siliciumcarbid-Sinterkörpern.
Siliciumcarbid-Sinterkörper haben ausgezeichnete chemi
sche und physikalische Eigenschaften, nämlich eine hohe
thermische Leitfähigkeit, ein niedriges thermisches Aus
dehnungsvermögen, eine hohe Oxidationsbeständigkeit, gu
te Beständigkeit gegen Korrosion, hohe Beständigkeit ge
gen thermische Wechselbehandlung und eine hohe Festigkeit
bei Temperaturen im Bereich üblicher Temperaturen bis zu
hoher Temperatur. Sinterkörper wurden beispielsweise ver
wendet für Teile von Gasturbinen, mit hohen Temperaturen
in Berührung kommende Konstruktionsteile wie bei hohen
Temperaturen betriebene Wärmetauscher und Teile mit hoher
Verschleißfestigkeit. Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Sinter
körpern, bei denen die oben beschriebenen Eigenschaften
weiter verbessert sind. Insbesondere betrifft die vorlie
gende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Silici
umcarbid-Sinterkörpern, das nicht nur zur Herstellung der
oben beschriebenen Teile angewendet werden kann, sondern
auch zur Herstellung verschleißfester Gleit-Teile wie
z.B. mechanischer Dichtungen, Lager und Kolben.
Obwohl Siliciumcarbid-Sinterkörper die oben genannten
ausgezeichneten Eigenschaften aufweisen, ist es schwie
rig, ein feines Siliciumcarbid-Pulver zu sintern, das das
Ausgangsmaterial für die Siliciumcarbid-Sinterkörper ist.
Wenn daher ein Sinterkörper mit hoher Dichte benötigt
wird, wird ein Druck-Sinterverfahren unter Einsatz ver
schiedener Arten Druck aufbringender Maschinen angewen
det. Die Herstellung von Sinterkörpern mit komplizierten
Formen durch dieses Druck-Sinterverfahren ist allerdings
schwierig.
Um die bei dem oben erwähnten Druck-Sinterverfahren auf
tretenden Probleme zu lösen, wurde ein anderes Verfahren
vorgeschlagen, beispielsweise in den US-PSen 43 12 954,
43 46 049 und 43 18 876. Gemäß diesen Druckschriften wer
den dem feinen Siliciumcarbid-Pulver Bor und Kohlenstoff
als Sinterhilfen zugesetzt. Dem folgt ein Sinter-Vorgang
bei Atmosphärendruck ("druckloses Sintern"), wobei die
gewünschten Siliciumcarbid-Sinterkörper mit hoher Dichte
erhalten werden.
Darüberhinaus wurde ein anderes Verfahren, beispielsweise
in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
(Kokai) No. 62-1 13 764 vorgeschlagen. Entsprechend diesem
Verfahren wird ein feines Siliciumcarbid-Pulver, dem Bor
und Kohlenstoff zugesetzt worden waren, unter einem Druck
im Vakuum-Bereich gesintert. Ein derartiger Sinter-Vor
gang unter einem Druck im Vakuum-Bereich wird auch offen
bart in den US-PSen 43 36 216, 45 25 461, 45 79 704,
46 68 452 und 46 92 418 sowie in der EP-A-02 57 134. Der
Zusatz von Bor unterdrückt die Oberflächen-Diffusion, die
schon in einem frühen Stadium des Sinter-Prozesses zum
Kornwachstum führt, und beschleunigt die Volumen-Diffusi
on, um so die Verdichtung in der zweiten Hälfte des Sin
ter-Prozesses zu verbessern. Der Zusatz von Kohlenstoff
reduziert den Anteil SiO2 und beseitigt SiO2, das in dem
feinen Siliciumcarbid-Pulver eingeschlossen ist und das
durch einen Vorbehandlungsschritt nicht vollständig ent
fernt worden war. Ein solcher Vorbehandlungsschritt ist
beispielsweise die Behandlung mit Fluorwasserstoffsäure.
Durch die Beseitigung von SiO2 wird der Kontakt zwischen
dem Bor und dem feinen Siliciumcarbid-Pulver verbessert.
Beispielsweise wird in der japanischen ungeprüften Pa
tentveröffentlichung (Kokai) No. 51-1 48 712 (Titel: "Ge
sinterte Siliciumcarbid-Keramiken und ein Verfahren zu
ihrer Herstellung", entsprechend US-PS 43 12 954) ein
Verfahren offenbart, das folgende Schritte umfaßt: Her
stellen einer Mischung aus Siliciumcarbid, einem Bor ent
haltenden Zusatz, einem carbonisierbaren organischen Lö
sungsmittel und einem primären Binder unter Bildung
einer Stoff-Zusammensetzung, Formen der Mischung und Sin
tern der geformten Produkte unter Atmosphärendruck unter
Erhalt von Siliciumcarbid-Sinterkörpern mit einer Dichte
von 75% oder mehr der theoretischen Dichte.
In den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Sili
ciumcarbid-Sinterkörpern muß das feine Siliciumcarbid-
Pulver beispielsweise mit Fluorwasserstoffsäure behandelt
werden, um den Gehalt an SiO2 zu vermindern. Dies wird in
der US-PS 41 23 286 offenbart und geschieht deswegen,
weil ein Sinterkörper mit einer ausreichenden Dichte
nicht erhalten werden kann, wenn eine große Menge an SiO2
in dem feinen Siliciumcarbid-Pulver enthalten ist. Aller
dings erhöht solch ein Verfahrensschritt die Kosten zur
Herstellung von Sinterprodukten und setzt der breiteren
Anwendung solcher Produkte im Vergleich zu anderen exis
tierenden Stoffen gewisse Grenzen.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Ziel, die oben
genannten Probleme zu lösen. Entsprechend der vorliegen
den Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Sin
terkörpern mit hoher Festigkeit und hoher Dichte aus
einem weniger teuren feinen Siliciumcarbid-Pulver bereit
gestellt, welches einen hohen Gehalt an SiO2 aufweist. In
diesem Verfahren ist eine Behandlung mit Fluorwasser
stoffsäure nicht eingeschlossen. Die Eigenschaften des
Sinterkörpers entsprechen denen eines Sinterkörpers, der
aus einem herkömmlichen feinen Siliciumcarbid-Pulver mit
einem niedrigen SiO2-Gehalt hergestellt worden ist. Er
findungsgemäß wird außerdem bereitgestellt ein Verfahren
zur Herstellung von Teilen, die hohem Verschleiß ausge
setzt sind und die aus Siliciumcarbid hergestellt werden,
indem die geringstmögliche Menge eines Bor enthaltenden
Zusatzes beigegeben wird, also eines Bor enthaltenden
Sinterhilfsmittels. Letzteres geschieht mit dem Ziel, den
Sinterkörpern auch ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
zu verleihen.
Die vorliegende Erfindung betrifft also ein Verfahren zur
Herstellung von Siliciumcarbid-Körpern durch Sintern, das
folgende Verfahrensschritte umfaßt:
- - gleichmäßiges Vermischen von 100 Gewichtsteilen eines feinen Siliciumcarbid-Pulvers, das mehr als 2 bis 6 Gew.-% SiO2 enthält, mit 0,05 bis 4,0 Gewichtsteilen Bor oder der auf Bor bezogenen Menge einer Borverbin dung, 1,0 bis 4,0 Gewichtsteilen Kohlenstoff oder der auf Kohlenstoff bezogenen Menge einer Kohlenstoffver bindung und einem Bindemittel,
- - Formen der Mischung zu kompakten Körpern mit einer Fülldichte von 1,7 bis 2,2 g/cm3,
- - Entfernen des Bindemittels aus den kompakten Körpern und
- - Sintern der kompakten Körper bei einer Temperatur von 1100 bis 1550°C unter einem verminderten Druck von 0,67 mbar (5×10-1 Torr) oder weniger und nach folgend in einer Inertgas-Atmosphäre unter Atmosphä rendruck oder unter erhöhtem Gasdruck bei einer Tem peratur von 1550 bis 2100°C.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung von Siliciumcarbid-Sinterkörpern mit ei
nem Borgehalt von vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gewichtstei
len, angegeben als Borgehalt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt der SiO2-Gehalt
des feinen Siliciumcarbid-Pulvers, das nicht mit Fluor
wasserstoffsäure behandelt wurde, über 2 bis 6 Gewichts
prozent. Dies beruht auf der Tatsache, daß gemäß der vor
liegenden Erfindung Siliciumcarbid-Sinterkörper mit hoher
Dichte und Festigkeit auch unter Verwendung von feinem
Siliciumcarbid-Pulver mit einem SiO2-Gehalt von mehr als
2 bis 6 Gewichtsprozent hergestellt werden können. Der
Grund, warum die Siliciumcarbid-Sinterkörper mit hoher
Dichte und hoher Festigkeit trotz der Verwendung eines
feinen Siliciumcarbid-Pulvers mit einem SiO2-Gehalt von
mehr als 2 bis 6 Gewichtsprozent erhalten werden können,
wurde theoretisch noch nicht belegt. Der folgende Mecha
nismus kann jedoch angenommen werden:
SiO2 im feinen Siliciumcarbid-Pulver bedeckt die Oberflä
che der Siliciumcarbid-Körner. Die SiO2-Schicht, die die
Kornoberfläche bedeckt, wird durch die Reaktion mit einem
aktiven kohlehaltigen Material wie beispielsweise Ruß,
Holzkohle, Koks, carbonisierter Spreu, Aktivkohle oder
eines carbonisierten Phenolharzes eliminiert. Auf diesem
Wege aktivierte Kornoberflächen des feinen Siliciumcar
bid-Pulvers beschleunigen sehr wirkungsvoll den Sinter
vorgang. Der Grund, warum die optimale Menge SiO2 in dem
feinen Siliciumcarbid-Pulver im Bereich von mehr als 2
bis 6 Gewichtsprozent liegt, ist der, daß eine Menge von
mehr als 2 Gewichtsprozent SiO2 üblicherweise ausreicht,
um die gesamte Oberfläche des feinen Siliciumcarbid-Pul
vers zu bedecken. Außerdem führt ein zu hoher SiO2-Ge
halt, beispielsweise von mehr als 6 Gewichtsprozent, zur
Bildung eines SiO2-Films mit einer unerwünscht hohen
Dicke. Die Dicke dieses Films muß durch die Umsetzung mit
Kohlenstoff reduziert, bzw. dieser Film muß beseitigt
werden. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß der
Siliciumdioxid-Gehalt während der Lagerung und des
Transports selbst dann schnell wieder auf einen Wert von
2 Gewichtsprozent oder höher ansteigt, wenn eine Behand
lung des Pulvers mit Fluorwasserstoffsäure zur Erniedri
gung des SiO2-Gehalts auf einen Wert unter 2 Gewichtspro
zent durchgeführt wurde. Auch bei anderen Verfahrens
schritten, beispielsweise dem Mischen und Formen des
Pulvers vor dem Sintern steigt der SiO2-Gehalt an. Hin
sichtlich der Beziehung zwischen der Menge Kohlenstoff
als dem nacherwähnten Sinterhilfsmittel und der Menge von
SiO2 gibt es einen bevorzugten, relativ kleinen Bereich
des Kohlenstoff-Gehaltes, der die Herstellung eines
stabilen Produktes erlaubt.
Die Gesamtreaktion zwischen dem SiO2-Film und dem Kohlen
stoff wird durch die nachfolgende Gleichung (1) wiederge
geben. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, daß die
Reaktion in Wirklichkeit über eine Kettenreaktion in zwei
Schritten abläuft, wie sie durch die nachfolgenden Glei
chungen (2) und (3) wiedergegeben wird:
SiO₂ (s) + 3 C (s) = SiC (s) + 2 CO (g) (1)
SiO₂ (s) + C (s) = SiO (g) + CO (g) (2)
SiO (g) + 2 C (s) = SiC (s) + CO (g) (3)
Wie sich deutlich aus den Gleichungen (2) und (3) ergibt,
wird durch eine Gas-Feststoff-Reaktion zwischen SiO als
Gas und C SiC gebildet, wie dies in (3) gezeigt ist.
Dadurch hat die Verbindung SiC eine feine Struktur. Dies
trägt zur Bildung von dichten und festen Sinterkörpern
bei. Insgesamt beträgt die Änderung der freien Energie
Δ G der Reaktion in (1) 20 kcal/mol bei 1200°C und
-20 kcal/mol bei einem CO-Partialdruck von 0,001 atm
(0,76 Torr). Entsprechend ist der Ablauf von Reaktion (1)
thermodynamisch möglich.
Der Kohlenstoff, der als Sinterhilfsmittel verwendet
wird, sollte aktiv sein, da er mit den SiO2-Filmen auf
der Kornoberfläche des feinen Siliciumcarbid-Pulvers
während des Sintervorgangs reagiert. Bei den Untersuchun
gen hinsichtlich der Kohlenstoff-Quellen wurde gefunden,
daß die bevorzugten Kohlenstoff-Quellen Ruß, Holzkohle,
Koks, carbonisierte (verkohlte) Spreu und Aktivkohle
sind. Außerdem kann auch ein carbonisiertes Phenolharz in
dem Fall als Kohlenstoff-Quelle verwendet werden, daß der
Sinterkörper in anderen Bereichen Anwendung finden sollte
als in Gleit-Teilen und Teilen, die hohem Verschleiß aus
gesetzt sind. Diese Kohlenstoff-Quellen sind bevorzugt,
da die spezifische Oberfläche jeder Kohlenstoff-Quelle
groß ist und ihr Kristallisationsgrad niedrig ist. Die
Menge an Kohlenstoff, die der Mischung zugesetzt wird,
liegt vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 4,0 Gewichts
teilen, angegeben als Kohlenstoff, wobei diese Menge
bezogen ist auf 100 Gewichtsteile des feinen Siliciumcar
bid-Pulvers. Die Menge ist darüberhinaus abhängig vom
SiO2-Gehalt im feinen Siliciumcarbid-Pulver. Der Kohlen
stoff-Gehalt, der mit dem Ausdruck "angegeben als Kohlen
stoff" gemeint ist, bezieht sich auf reinen Kohlenstoff,
wobei die durch die Verkohlung während des Sinterprozes
ses bedingte Menge mit in Betracht gezogen ist. Bei
spielsweise liegt die optimale Menge an Kohlenstoff bei 1
bis 2 Gewichtsteilen, angegeben als Kohlenstoff, wenn das
feine Siliciumcarbid-Pulver 1 Gewichtsprozent SiO2 ent
hält. Andererseits liegt die optimale Menge an Kohlen
stoff bei 1 bis 3 Gewichtsteilen, angegeben als Kohlen
stoff, wenn der SiO2-Gehalt des Ausgangsmaterials bei 2
bis 3 Gewichtsprozent liegt. Darüberhinaus ist eine Menge
an Kohlenstoff von 3 bis 4 Gewichtsteilen optimal, wenn
der Gehalt an SiO2 bei 3 bis 6 Gewichtsprozent liegt.
Die Menge an Bor oder einer Bor-Verbindung liegt vorzugs
weise bei 0,05 bis 4 Gewichtsteilen, angegeben als Bor
und bezogen auf 100 Gewichtsteile des feinen Siliciumcar
bid-Pulvers. Es wird davon ausgegangen, daß die Funktion
des Bors im Sinterprozeß die folgende ist: Bor verteilt
sich über die Oberflächen der Körner des feinen Silicium
carbid-Pulvers, wodurch im Frühstadium des Sinterprozes
ses die Oberflächen-Diffusion unterdrückt wird, die das
Wachstum grober Kristallkörner verursacht. Im späteren
Stadium des Sinterprozesses wird das Bor im feinen Sili
ciumcarbid-Pulver gelöst. Dadurch wird die Volumen-Diffu
sion beschleunigt und die Dichte des Sinterkörpers er
höht.
Aufgrund der Forschungen der mit der vorliegenden Anmel
dung befaßten Erfinder beträgt die Untergrenze der Bor
menge 0,05 Gewichtsteile. Wenn die Bormenge oberhalb von
4,0 Gewichtsteilen liegt, kann der Borüberschuß nicht in
dem feinen Siliciumcarbid-Pulver gelöst werden, so daß
eine zweite Phase an den Korngrenzen des Siliciumcarbids
gebildet wird. Diese zweite Phase behindert die Diffusion
und verhindert damit einen Anstieg der Dichte des Sinter
körpers und verschlechtert auf diesem Wege dessen Eigen
schaften, beispielsweise die mechanische Festigkeit und
die Beständigkeit gegen Korrosion.
Wenn durch den Sintervorgang Teile hergestellt werden,
die starkem Verschleiß unterliegen, beispielsweise mecha
nische Dichtungen, für die gute Reibungswerte und eine
gute chemische Beständigkeit erforderlich sind, liegt die
Menge an Bor bzw. an einer Borverbindung vorzugsweise bei
0,05 bis 0,15 Gewichtsteilen, angegeben als Bor. Wenn der
Borgehalt über 0,15 Gewichtsteilen liegt, sind die Eigen
schaften der Korrosionsbeständigkeit der Siliciumcarbid-
Sinterkörper beeinträchtigt.
Beispiele für das Bor und die Bor enthaltende Verbindung,
die erfindungsgemäß als Sinter-(Hilfs-)Mittel eingesetzt
werden, umfassen Bor, Borcarbid (typische Zusammensetzung
B4C) und Siliciumboride (SiB4 und SiB6).
Um eine gute Formgebung und gute Eigenschaften bei der
Verarbeitung sicherzustellen, wird das feine Siliciumcar
bid-Pulver zu einem Granulat verarbeitet. Dazu wird ein
Bindemittel, vorzugsweise ein formgebender Binder, d. h.
ein zeitweiliger Binder, wie z. B. Polyvinylalkohlol ein
gesetzt. Die Menge an Binder liegt vorzugsweise bei 1 bis
4 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Teile des feinen Sili
ciumcarbid-Pulvers. Wenn der Bindergehalt geringer ist
als 1 Gewichtsteil, wird die Dichte des ungesinterten
Kompakt-Körpers (Grünlings) nicht ausreichend erhöht. In
entsprechender Weise kann die Dichte des Sinterkörpers
ebenfalls nicht ausreichend erhöht werden. Wenn anderer
seits die Menge an Binder höher ist als 4 Gewichtsteile,
verursacht die übergroße Dampfmenge der während des Er
hitzens austretenden Binderphase einen Bruch des Kompakt-
Körpers.
Die Mischung der Ausgangsmaterialien, in der die ver
schiedenen oben erwähnten Sinter-Hilfsmittel einheitlich
mit dem feinen Siliciumcarbid-Pulver vermischt sind, wird
üblicherweise granuliert, in eine Form gefüllt und unter
Ausbildung eines Kompakt-Körpers verpreßt, der vorzugs
weise eine Dichte von 1,7 bis 2,2 g/cm3 aufweist. Wenn
die Dichte des Kompakt-Körpers innerhalb dieses Bereichs
liegt, erhöht sich die Zahl benachbarter Siliciumcarbid-
Pulverkörner. Außerdem ist deren Kontakt-Fläche ebenfalls
erhöht, sodaß der Stoffübergang während des Sinterprozes
ses verbessert ist.
Der auf diesem Wege erhaltene Kompakt-Körper wird er
hitzt, um daraus den Binder zu entfernen. Der Sinter
schritt wird durchgeführt bei einer Temperatur von 1100
bis 1550°C unter einem verminderten Druck von 0,67 mbar
(5×10-1 Torr) oder weniger und danach bei einer Tempe
ratur von 1550 bis 2100°C in einer inerten Gasatmosphäre
unter Atmosphärendruck oder einem relativ erhöhten Druck.
Der Grund, warum bei einer Temperatur von 1100 bis
1550°C die oben erwähnten reduzierten Drücke eingestellt
werden, besteht darin, daß die SiO 2-Schicht auf der Ober
fläche des feinen Siliciumcarbid-Pulvers durch den Koh
lenstoff in diesem Temperaturbereich reduziert wird, wie
dies durch die oben genannte chemische Gleichung (1) ge
zeigt wird. Ein weiterer Grund besteht darin, daß der
Druck im Ofen erniedrigt werden muß, um in wirkungsvoller
Weise das CO-Gas aus dem Rekationssystem zu entfernen. In
diesem Temperaturbereich muß nämlich der Druck in dem
Ofen erniedrigt werden und müssen die bei der Reaktion
entstehenden Gase wirkungsvoll aus dem Reaktionssystem
entfernt werden.
Der Grund, warum der Druck der Inertgas-Atmosphäre auf
Atmosphärendruck oder einen relativ erhöhten Druck bei
einer Temperatur von 1550 bis 2100°C eingestellt wird,
liegt darin, daß der Zerfall des Siliciumcarbids unter
drückt werden muß. Das Ausmaß der Druckerhöhung in diesem
Temperaturbereich ist so, daß das Eintreten von Luft in
den Sinter-Brennofen von außerhalb verhindert wird. Der
Druck liegt vorzugsweise im Bereich von 0,88 bis 1,21 bar
(0,8 bis 1,2 atm) über Atmosphärendruck.
Die Endtemperatur des Sintervorgangs liegt vorzugsweise
bei 1900 bis 2100°C. Wenn die Endtemperatur des Sinter
vorgangs höher als 2100°C liegt, dissoziiert das Silici
umcarbid, und es bilden sich grobe Körner, die die mecha
nische Festigkeit des Materials erniedrigen. Wenn ande
rerseits diese Temperatur geringer als 1900°C ist, kann
eine ausreichende Sintergeschwindigkeit nicht erreicht
werden. Im Ergebnis ist dann die Dichte des Sinterkörpers
unzureichend.
Die Erfindung wird nachfolgend im einzelnen unter Bezug
nahme auf die Beispiele näher erläutert.
In diesen Beispielen wurden feine alpha-SiC-Pulver ver
wendet, die nach der Acheson-Methode hergestellt wurden
und einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 0,5 µm
aufwiesen. Jedes der Pulver enthielt 2,2 Gewichtsprozent
oder 6 Gewichtsprozent SiO2. Wie aus Tabelle 1 hervor
geht, wurden B4C und Ruß mit den feinen SiC-Pulvern ge
mischt, und 0,8 Gewichtsteile Polyvinylalkohol als form
gebender Binder, 1,5 Gewichtsteile Polyethylenglykol und
80 Gewichtsteile Wasser wurden jeder Mischung zugesetzt.
Jede Mischung wurde dann 20 Stunden in einer Kugelmühle
gerührt und unter Bildung von Granulat-Kügelchen sprühge
trocknet. Die Granulat-Kügelchen wurden dann unter Bil
dung von ungesinterten Kompaktkörpern (Grünlingen) ver
preßt, von denen jeder einen Durchmesser von 50 mm, eine
Dicke von 6 mm und eine Dichte von 1,9 bis 2,1 g/cm
aufwies. Die Kompaktkörper wurden dann erhitzt, um den
Binder zu entfernen. Der Sintervorgang wurde unter Erhit
zen auf eine Temperatur von 1100 bis 1550°C unter
vermindertem Druck von 0,67 mbar (5×10-1 Torr) oder
weniger durchgeführt. Danach wurde die Behandlung bei
einer Temperatur von 1550 bis 2070°C unter Atmosphären
druck in einer Argongas-Atmosphäre und danach 5 Stunden
bei 2070°C fortgesetzt. Tabelle 1 zeigt die Dichten der
Sinterkörper, die in Übereinstimmung mit der oben be
schriebenen Arbeitsweise erhalten wurden.
Feine Siliciumcarbid-Pulver (alpha-SiC) mit einem Gehalt
von 2 Gewichtsprozent oder weniger bzw. 6 Gewichtsprozent
SiO2 oder mehr wurden eingesetzt. Das erstgenannte feine
Siliciumcarbid-Pulver war mit Fluorwasserstoffsäure be
handelt worden, um den SiO2-Gehalt zu senken. Die Schrit
te des Vermischens, Granulierens, Verpressens und Sin
terns wurden nacheinander in der gleichen Weise wie in
den Beispielen 1 bis 5 durchgeführt. Die Eigenschaften
der resultierenden Sinterkörper sind in Tabelle 1 ge
zeigt.
Ein Siliciumcarbid-Sinterkörper wurde in der gleichen
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Abwandlung,
daß während des Aufheiz-Schrittes auf 1100 bis 1550°C
Argongas mit einer Fließgeschwindigkeit von 7,5 m3/h bei
Atmosphärendruck zugeführt wurde. Dies bedeutet, daß
dieser Schritt nicht unter der Bedingung reduzierten
Drucks durchgeführt wurde. Die Eigenschaften des resul
tierenden Sinterkörpers sind in Tabelle 1 gezeigt.
Wie sich aus Tabelle 1 ergibt, weisen die Siliciumcarbid-
Sinterkörper der Beispiele 1 bis 5 der vorliegenden Er
findung eine Dichte des Sinterkörpers auf, die der der
Sinterkörper der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 gleich ist,
die aus einem feinen SiC-Pulver hergestellt wurden, das
einen niedrigen SiO2-Gehalt aufwies. Diese Werte konnten
erhalten werden, obwohl das feine SiC-Pulver der Beispie
le 1 bis 5 nicht mit Fluorwasserstoffsäure zur Erniedri
gung des SiO2-Gehaltes behandelt worden war.
Entsprechend der nachfolgenden Liste wurden andere Koh
lenstoff-Quellen als Ruß eingesetzt. Die Schritte des
Vermischens, Granulierens, Verpressens und Sinterns wur
den nacheinander in der gleichen Weise wie in den oben
beschriebenen Beispielen durchgeführt. Die Eigenschaften
der resultierenden Sinterkörper sind in Tabelle 2 ge
zeigt.
Die Korrosionsbeständigkeit und Verschleiß-Eigenschaften
der Sinterkörper der Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele
1 bis 9 bei Kontakt mit einem Kohlenstoff-Material
sind in Tabelle 3 gezeigt.
Die Korrosionsbeständigkeit wurde wie folgt bewertet: Zuerst
wurden Probekörper der Sinterkörper in den Dimensionen
10 mm × 10 mm × 10 mm in der gleichen Weise wie oben
beschrieben hergestellt. Zehn solcher Probekörper wurden
in eine 1:1 Mischung von 20%iger Salpetersäure und
5%iger Fluorwasserstoffsäure bei 70°C 800 Stunden lang
eingetaucht. Danach wurde der Gewichtsverlust jedes Probekörpers
gemessen.
Die Verschleißfestigkeit wurde wie folgt bewertet: Probe
körper ringartiger Sinterkörper, von denen jeder einen
äußeren Durchmesser von 114 mm, einen inneren Durchmesser
von 94 mm und eine Dicke von 20 mm aufwies, wurden in der
gleichen Weise wie oben beschrieben hergestellt. Jeder
Probekörper wurde bei 50°C in Wasser in Kontakt mit ei
ner Kohlescheibe gebracht und mit einer Umfangs-Geschwin
digkeit von 15 m/s zur Rotation gebracht. Der Gewichts
verlust (Verschleiß durch Gleitschleifen (sliding abra
sive wear)) der Kohlescheibe wurde danach gemessen, und
die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Wie sich aus Tabelle 3 ergibt, war die Korrosionsbestän
digkeit und der Verschleiß der Probekörper der Beispiele
1 bis 5 gleich denjenigen Werten, die sich für die Probe
körper der Vergleichsbeispiele 1 bis 9 ergaben, die unter
Verwendung feiner SiC-Pulver mit einem erniedrigten SiO2-
Gehalt hergestellt worden waren, obwohl der SiO2-Gehalt
der feinen SiC-Pulver der Beispiele 1 bis 5 nicht durch
eine Behandlung mit Fluorwasserstoffsäure erniedrigt wor
den war.
Aus Tabelle 3 ergibt sich auch, daß die Probekörper in
den Beispielen 1 und 2, in denen die Menge zugesetzten
Bors im Bereich von 0,05 bis 0,15 Gewichtsteilen, angege
ben als Bor, lag, eine ausgezeichnete Korrosionsbestän
digkeit und einen geringen Verschleiß aufwiesen. Es ist
daher klar, daß diese Probekörper ausgezeichnet geeignet
für Teile sind, die hohem Verschleiß ausgesetzt sind.
Wie sich aus den Ergebnissen der jeweiligen Beispiele
ergibt, haben die Siliciumcarbid-Sinterkörper, die aus
einem feinen SiC-Pulver mit einem SiO2-Gehalt von mehr
als 6 Gewichtsprozent hergestellt wurden, eine niedrige
Dichte und eine niedrige Verschleißfestigkeit.
Erfindungsgemäß können qualitativ hochwertige Sinterkör
per erhalten werden, wenn man feine Siliciumcarbid-Pulver
verwendet, ohne den SiO2-Gehalt zu erniedrigen. Sinter
körper aus Siliciumcarbid mit einer ausreichenden Korro
sionsbeständigkeit und einer guten Verschleißfestigkeit
können dadurch erhalten werden, daß man die Menge an Bor
enthaltendem Zusatz in dem Siliciumcarbid entsprechend
einstellt.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Sinter
körpern, das folgende Schritte umfaßt:
- - gleichmäßiges Vermischen von 100 Gewichtsteilen eines feinen Siliciumcarbid-Pulvers, das mehr als 2 bis 6 Gew.-% SiO2 enthält, mit 0,05 bis 4,0 Gewichtsteilen Bor oder der auf Bor bezogenen Menge einer Borverbin dung, 1,0 bis 4,0 Gewichtsteilen Kohlenstoff oder der auf Kohlenstoff bezogenen Menge einer Kohlenstoffver bindung und einem Bindemittel,
- - Formen der Mischung zu kompakten Körpern mit einer Fülldichte von 1,7 bis 2,2 g/cm3,
- - Entfernen des Bindemittels aus den kompakten Körpern und
- - Sintern der kompakten Körper bei einer Temperatur von 1100 bis 1550°C unter einem verminderten Druck von 0,67 mbar (5×10-1 Torr) oder weniger und nach folgend in einer Inertgas-Atmosphäre unter Atmosphä rendruck oder unter erhöhtem Gasdruck bei einer Tem peratur von 1550 bis 2100°C.
2. Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Sinter
körpern nach Anspruch 1, worin der Kohlenstoff einer der
nachfolgenden Stoffe ist: Ruß, Holzkohle, Koks, verkohlte
Spreu und Aktivkohle.
3. Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Sinter
körpern nach Anspruch 1, worin ein Phenol-Harz als Koh
lenstoff-Verbindung und Bindemittel verwendet
wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Sinter
körpern nach Anspruch 1, worin die Menge an eingesetztem
Bor oder eingesetzter Borverbindung 0,05 bis 0,15 Ge
wichtsteile, bezogen auf Bor, beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, worin der Sinterkörper als
verschleißfestes Gleit-Teil verwendet wird.
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