DE3881777T2 - Gesinterte Siliziumcarbid-Verbundkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung. - Google Patents

Gesinterte Siliziumcarbid-Verbundkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft SiC-Komplex-Sinterkörper, die hervorragende Hochtemperatur-Eigenschaften, die SiC selbst eigen sind, sowie hohe Zähigkeit aufweisen und die durch druckloses Sintern erzeugt werden können, und auch ein Verfahren zur Erzeugung derartiger SiC-Komplex-Sinterk.rper.
  • Als SiC-Sinterkörper mit einer einzigen Phase gibt es Siliziumkarbid-Sinterkörper, die ein Sinterhilfsmittel auf B-C-Basis enthalten (in der Folge als "SiC auf B-C-Basis" bezeichnet) und Siliziumkarbid-Sinterkörper, die ein Sinterhilfsmittel auf Al-Basis enthalten (in der Folge als "SiC auf Al-Basis" bezeichnet). Obwohl das SiC auf B-C-Basis hervorragende Hochtemperatur-Eigenschaften aufweist, ist die Zähigkeit gering (KIC=2-3 MN/m2/3). Andererseits sind, obwohl das SiC auf Al-Basis hervorragende Zä.higkeit aufweist, die Hochtemperatur-Eigenschaften nicht so gut.
  • Was SiC auf Al-Basi-s betrifft, offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 60-186,468 Keramikstrukturkörper und ein Verfahren zu deren Herstellung, bei dem eine höhere Zähigkeit angestrebt wird. Die Keramikstrukturkörper enthalten zumindest eine Art von Körpern aus Elementen in Gruppe Vb oder VIb des Periodensystems in Siliziumkarbid. Die Sinterkörper werden erhalten, indem Elemente in einer angegebenen Zusammensetzung gemischt werden, die Mischung eingeformt wird und die Formkörper in einem Temperaturbereich von 1900ºC bis 2500ºC gebrannt werden.
  • Jedoch wird gemäß spezieller Beispiele fiir in der obigen offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 60-186,468 geoffenbarte Keramikstrukturkörper die Bruchzähigkeit verbessert, indem W&sub2;B oder MoB&sub2; und Al als ein Additiv bzw. ein Sinterhilfsmittel verwendet werden, und indem die Verdichtung durch Warmpressen gefördert wird. Der Grund dafür, weshalb das Brennen durch Warmpressen bewirkt wird, ist der, daß, da W&sub2;B schwer zu sintern ist, Verdichtung durch druckloses Sintern nicht erreicht werden kann. Was MoB&sub2; betrifft, kann, wenn MoB&sub2; zu SiC auf Al-Basis hinzugefUgt wird, Verdichtung durch druckloses Sintern ebenfalls nicht erreicht werden. Jedoch können Sinterkörper mit komplizierten Formen durch Warmpressen nicht erhalten werden, das vom Standpunkt der Massenproduktivität und Herstellungskosten geringe industrielle Anwendbarkeit hat.
  • Wenn ein Hilfsmittel auf Al-Basis verwendet wird, verbleibt eine intergranulare Phase mit einem niedrigen Schmelzpunkt im allgemeinen in einer intergranularen SiC-Phase, sodaß Festigkeit und 0xidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen sich verringern. Als Folge weisen die erhaltenen Sinterkörper als Materialien zur Verwendung bei hohen Temperaturen fatale Nachteile auf.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Probleme zu lösen und SiC-Komplex-Sinterkörper mit hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher SiC-Komplex-Sinterkörper mit hoher Zähigkeit durch druckloses Sintern zu schaffen, während die Hochtemperatur-Eigenschaften, die SiC eigen sind, beibehalten werden.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein SiC-Komplex-Sinterkörper wie in Anspruch 1 dargelegt geschaffen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von SiC-Komplex-Sinterkörpern, wie in den Ansprüchen 8 und 10 dargelegt, geschaffen.
  • Gemäß der Erfindung kann durch Einbau einer spezifischen Menge an W&sub2;B&sub5; oder MoB&sub2; in Sic auf B-C-Basis die Zähigkeit, die bei SiC auf B-C-Basis gering ist, verbessert werden, und SiC-Komplex-Sinterkörper mit hoher Hochtemperatur-Festigkeit und hoher Zähigkeit können durch druckloses Brennen erhalten werden. W&sub2;B&sub5; und MoB&sub2; weisen nämlich, da sie hohe Wärmestabilität besitzen, bei hohen Temperaturen hervorragende Eigenschaften auf. Des weiteren zeigt sich, da W&sub2;B&sub5; im Vergleich zu SiC einen höheren Elastizitätsmodul aufweist, wirksam ein Rißablenkungsphänomen, indem in einer SiC-Matrix fortschreitende Risse durch W&sub2;B&sub5;-Körner abgefangen werden, so daß die Zähigkeit verbessert wird. Andererseits zeigt sich, da die Härte zwischen MoB&sub2; und SiC sehr stark verschieden ist, wirksam das Rißablenkungsphänomen, indem in einem Sinterkörper fortschreitende Risse an den Grenzflächen zwischen MoB&sub2;-Körnern und SiC-Körnern abgefangen werden, sodaß ebenfalls die Zähigkeit verbessert wird. Des weiteren hat W&sub2;B&sub5; selbst auch eine Wirkung dahingehend, daß es die Verdichtung während des Sinterns fördert, und so kann durch druckloses Sintern hohe Dichte erzielt werden, die bei herkömmlichen SiC-Sinterkörpern nicht erreicht worden ist.
  • Außerdem ist beim SiC auf B-C-Basis bekannt, daß SiC-Körner während eines Endstadiums des Sinterns, d.h. bei Sintertemperaturen von nicht weniger als 2100ºC, anormal bis zu mehreren hundert um wachsen, was die Verdichtung behindert und die Eigenschaften von Sinterkörpern wesentlich verschlechtert. Daher war es notwendig, die Sintertemperatur auf im wesentlichen nicht mehr als 2100ºC festzulegen. Da MoB&sub2; das obige anormale Körnerwachstum wirksam hemmen kann, kann Sintern bei Sintertemperaturen über 2100ºC durchgeführt werden. Daher kann durch druckloses Sintern hohe Dichte erreicht werden, die bei herkömmlichen SiC-Sinterkörpern nicht erreicht worden ist, und es können Sinterkörper mit gewünschten Formen erzeugt werden.
  • Für besseres Verständnis der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, worin:
  • Figur 1 ein Fließschema ist, das ein Beispiel für die Produktionsschritte des Herstellungsverfahrens gemäß vorliegender Erfindung veranschaulicht;
  • Figur 2 ein Beugungsbild in einer Röntgenstrahlen-Beugungsprüfung unter Verwendung einer CuKα-Linie bezogen auf einen Sinterkörper in Beispiel 4 ist, der gemäß vorliegender Erfindung erhalten wurde; und
  • Figur 3 ein Beugungsbild in einer Röntgenstrahlen-Beugungsprüfung unter Verwendung einer CuKα-Linie bezogen auf einen Sinterkörper in Beispiel 103 ist, der gemäß vorliegender Erfindung erhalten wurde.
  • Zuerst werden der Elastizitätsmodul, die Härten und die Schmelzpunkte von verschiedenen Körpern und SiC gemeinsam in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Diese Daten sind entnommen aus Samsonoff: "High Melting Point Compounds Manual" und El Be Caterinicoff: "Super High Melting Point Materials Manual". Tabelle 1 Elastizitätsmodul (kg/mm²)* Härte (kg/mm²)* Schmelzpunkt (ºC) *1 kg/mm² = 9,8 MPa
  • Die oben erwähnten Wirkungen werden zuerst in Komplex-Sinterkörpern auf B-C-Basis aus SiC-W&sub2;B&sub5; und/oder -MoB&sub2; er halten, sind zuvor jedoch völlig unbekannt gewesen.
  • Nun werden Einschränkungen, die gemäß vorliegender Erfindung gemacht werden, im speziellen erklärt.
  • Der Grund, weshalb der durchschnittliche Teilchendurchmesser von SiC-Pulver als Ausgangsmaterial auf nicht mehr als 5 um beschränkt ist, besteht darin, daß, wenn er 5 um übersteigt, Verdichtung nicht durch druckloses Sintern bewirkt werden kann.
  • Der Grund, weshalb der Mischungsanteil von SiC auf einen Bereich von 20 bis 99 Gew.-% beschränkt ist, besteht darin, daß, wenn die Gesamtmenge der anderen Ingredienzien 80 Gew.-% übersteigt, die Eigenschaften von SiC als Basis nicht voll zum Tragen kommen können, während, wenn sie geringer als 1 Gew.-% ist, die Wirkungen der Verbesserungseigenschaften aufgrund des Hinzufügens der Additive nicht erzielt werden können. Der Mischungsanteil von SiC liegt vorzugsweise im Bereich von 30 bis 99 Gew.-%, mehr vorzuziehen von 40 bis 99 Gew.-%.
  • Der Grund, weshalb der Gesamtmischunganteil von W&sub2;B&sub5; oder MoB&sub2; auf einen Bereich von 80 bis 0,5 Gew.-% beschränkt ist, besteht darin, daß die Eigenschaften bei hohen Temperaturen verschlechtert werden, wenn er 80 Gew.-% übersteigt, während, wenn er geringer als 0,5 Gew.-% ist, die Zähigkeit nicht verbessert wird und die Wirkung des Hemmens des anormalen Körnerwachstums nicht erzielt werden kann. Was W&sub2;B&sub5; allein betrifft, beträgt der Mischungsanteil vorzugsweise von 70 bis 5 Gew.-%, mehr vorzuziehen von 60 bis 10 Gew.-%. Was MoB&sub2; allein betrifft, beträgt der Mischungsanteil vorzugsweise von 70 bis 0,5 Gew.-% und mehr vorzuziehen von 60 bis 0,5 Gew.-%.
  • Der Grund, weshalb die Gesamtmenge von zumindest einer Art von Bor, Kohlenstoff oder Borkarbid im Sinterkörper auf einen Bereich von 0,5 bis 5 Gew.-% beschränkt ist, besteht darin, daß, wenn sie außerhalb dieses Bereichs liegt, die Verdichtung nicht vollständig bewirkt wird, sodaß keine SiC-Komplex-Sinterkörper mit hoher Festigkeit erhalten werden können.
  • Der Grund, weshalb die Menge an B oder der B-bildenden Verbindung auf 0,1 bis 5 Gew.-% beschränkt ist, besteht darin, daß, wenn sie weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, eine auf ihre Zugabe zurückzuführende Wirkung nicht festgestellt werden kann und keine Verdichtung bewirkt wird, während, wenn sie 5 Gew. -% übersteigt, die Verdichtung behindert wird und eine große Menge an B in der intergranularen Phase verbleibt, wodurch die Hochtemperatur-Eigenschaften verschlechtert werden.
  • Des weiteren besteht der Grund dafür, weshalb die Menge an C oder C-bildender Verbindung auf 0,1 bis 5 Gew.-% beschränkt ist, darin, daß, wenn sie weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, ein Si0&sub2;-Film auf der Oberfläche von SiC nicht vollständig entfernt werden kann, während, wenn sie 5 Gew.-% üibersteigt, eine große Menge an freiem Kohlenstoff im Sinterkörper verbleibt, wodurch die Eigenschaften verschlechtert werden.
  • Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung von SiC-Komplex-Sinterkörpern gemäß vorliegender Erfindung anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben.
  • Zuerst wird ein Ausgangspulver aus SiC auf einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 5 um eingestellt, und W&sub2;B&sub5; oder eine W&sub2;B&sub5;-bildende Verbindung oder MoB&sub2;- oder eine MoB&sub2;-bildende Verbindung, B oder B-bildende Verbindung und C oder eine C-bildende Verbindung werden als Additive vorbereitet. Das SiC-Ausgangspulver und die Additive werden in angegebenen Anteilen gemeinsam mit einem geeigneten Bindemittel wie Isopropylalkohol gemischt und unter Verwendung einer Naß-Kugelmühle gemahlen. Nachdem sie getrocknet wurde, wird die gemahlene Mischung granuliert und vorgeformt.
  • Der vorgeformte Formkörper wird durch eine hydrostatische Presse in eine gewünschte Form gebracht. Der Formkörper wird schließlich in einem Temperaturbereich von 1900ºC bis 2500ºC im Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre gebrannt, um ein gesintertes Produkt zu erhalten. Der Temperaturbereich beträgt vorzugsweise von 1900 bis 2300ºC, wenn W&sub2;B&sub5; alleine verwendet wird.
  • Der Grund, weshalb die Brenntemperatur auf den Bereich von 1900 bis 2500ºC beschränkt ist, besteht darin, daß, wenn sie weniger als 1900ºC beträgt, Verdichtung nicht vollständig erzielt werden kann, während, wenn sie mehr als 2500ºC beträgt, Siliziumkarbid stark zersetzt wird, wodurch die Oberfläche des Sinterkörpers aufgerauht wird, sodaß keine ausreichend glatte Oberfläche erzielt werden kann.
  • Beispielsweise besteht das SiC-Ausgangspulver zur Verwendung im erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren aus 93 Gew.-% β-SiC, wobei der Rest α-SiC ist, und hat einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,42 um und eine spezifische Oberfläche von 20,0 m²/g mit folgender Zusammensetzung. Tabelle 2 Gesamt-Si freies
  • Beim obigen Herstellungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung kann es sein, daß anstelle des Hinzufügens von W&sub2;B&sub5; oder MoB&sub2;, W oder Mo oder ein anderes Borid oder ein Oxid davon getrennt von einem borhältigen Additiv hinzugefügt wird, und daß W&sub2;B&sub5; oder MoB&sub2; während eines Anfangstadiums des Brennens oder durch andere Wärmebehandlung vor dem Brennen in einem Formkörper oder einem Mischpulver gebildet wird. In diesem Fall ist es notwendig, eine Oberschußmenge an B hinzuzufügen, die ausreicht, um W&sub2;B&sub5; oder MoB&sub2; gänzlich zu synthetisieren. Außerdem ist es auch möglich, die Eigenschaften von Sinterkörpern zu verbessern, indem sie nach dem Brennen weiter durch HIP mit Umhüllung oder HIP ohne Umhüllung verdichtet werden (HIP bedeutet isostatisches Hochdruckpressen).
  • Als das W&sub2;B&sub5;-bildende Material kannW verwendet werden- Als das MoB&sub2;-bildende Material kann Mo verwendet werden. Als die B-hältige Verbindung kann B&sub4;C verwendet werden. Als die C-bildende organische Verbindung kann Phenolharz verwendet werden.
  • Als nächstes wird die vorliegende Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf spezielle Versuche erklärt.
    • Versuch 1
  • Zuerst wurde ein Ausgangspulver aus SiC so hergestellt, daß es einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 5 um aufwies, und es wurde mit W&sub2;B&sub5; als Additiv und B (metallisches Bor) und C (Ruß) als Sinterhilfsmittel in einer Naß-Kugelmühle mit einer in Tabelle 3 gezeigten Zubereitungsrezeptur unter Verwendung von Isopropylalkohol gemischt. Die Mischung wurde getrocknet und granuliert, dann vorgeformt und anschließend bei 300 MPa (3 Tonnen/cm²) hydrostatisch gepreßt, um eine quadratische Platte mit 60x60x6 mm zu erhalten. Die so erhaltene Platte wurde im Vakuum auf 1500ºC erwärmt und dann bei 2100ºC in Argonatmosphäre eine Stunde lang gebrannt. Auf diese Art wurden Sinterkörper in Beispielen gemäß vorliegender Erfindung und Vergleichsbeispielen erhalten. Beispiel 5-2 ist ein Beispiel, das durch HIP-Behandlung eines Sinterkörpers in Beispiel 5 bei 2000ºC unter 200 MPa (2000 atm.) erhalten wird.
  • Die so erhaltenen Sinterkörper wurden hochglanzpoliert, und ihre Dichten wurden durch Messen der relativen Dichten auf Basis einer Porenverteilung bewertet. Des weiteren wurden die Festigkeiten bei Raumtemperatur und bei hohen Temperaturen durch einen Vier-Punkt-Biegetest gemäß JIS R-1601 (Feinkeramik-Biegefestigkeitstestverfahren) bei Raumtemperatur und 1400ºC gemessen. Darüber hinaus wurde die Zähigkeit durch Bestimmen von KIC bei Raumtemperatur nach dem Chevron Notch-Verfahren bewertet, und durch Röntgenstrahlen-Beugungsprüfung unter Verwendung einer CuKα-Linie wurden W-Verbindungen in den Sinterkörpern identifiziert. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3(a) Sinterhilfsmittel (Gew.-%) Vierpunktbiegefestigkeit (MPa) Additiv (Gew.-%) W&sub2;B&sub5; Relative Dichte des Sinterkörpers (%) W-Verbindung in Sinterkörper Raumtemperatur Beispiel nicht weniger als 99 Tabelle 3(b) Sinterhilfsmittel (Gew.-%) Vierpunktbiegefestigkeit (MPa) Additiv (Gew.-%) W&sub2;B&sub5; Relative Dichte des Sinterkörpers (%) W-Verbindung in Sinterkörper Raumtemperatur Vergleichsbeispiel nicht enthalten
  • Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, wiesen die Beispiele 1-10, die dem Zusammensetzungsbereich gemäß vorliegender Erfindung entsprachen, im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 1-6 eine höhere Dichte und bessere Festigkeit bei hohen Temperaturen auf. Des weiteren wiesen die Beispiele 1-10 im Vergleich mit KIC (2-3) in herkömmlichem SiC, das kein W&sub2;B&sub5; enthielt, höhere KIC-Werte auf und ihre Zähigkeit nimmt zu. Beispiel 5-2, das nach dem Brennen HIP-Behandlung unterzogen worden war, wies in jeder Hinsicht hervorragende Eigenschaften auf.
  • Es wurde bestätigt, daß die Verbindung von W im Sinterkörper W&sub2;B&sub5; war, das auf der JCPDS Karte Nr. 30-1358 gezeigt wurde.
  • Ein Beugungsbild von Beispiel 4 in einer Röntgenstrahlen-Beugungsprüfung unter Verwendung einer CuKα-Linie wird in Figur 2 gezeigt.
  • Durch chemische Analyse der Sinterkörper wurden 0,01 bis 0,06 Gew.-% unvermeidlicher metallischer Verunreinigungen (Al, Fe, Ca, Mg, Ti, Mn usw.) nachgewiesen, die im SiC-Ausgangsmaterial und den Additiven enthalten waren.
    • Versuch 2
  • Ein Borid mit Ausnahme von W&sub2;B&sub5;, ein Karbid oder ein 0xid von W oder W alleine wurde anstelle von W&sub2;B&sub5; als das unverzichtbare Ingrediens gemäß vorliegender Erfindung zu einem SiC-Ausgangspulver hinzugeftigt, das dann gemahlen und geknetet wurde, und es wurden nach dem gleichen Verfahren wie in Versuch 1 Sinterkörper erhalten.
  • Dann wurde die relative Dichte der Sinterkörper und einer Verbindung von W nach den gleichen Verfahren wie in Versuch 1 bestimmt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4 Sinterhilfsmittel (Gew.-%) Additiv (Gew.-%) Relative Dichte des Sinterkörpers (%) W-Verbindung im Sinterkörper Beispiel Vergleichsbeispiel
  • Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 4 ersichtlich ist, konnte in den Vergleichsbeispielen 7-12, die ein anderes Additiv als W&sub2;B&sub5; aufwiesen, hohe relative Dichte, d.h. Verdichtung von Sinterkörpern, die eine herkömmlich bekannte Menge an B aufwiesen (1 Gew.-% hinzugefügt), nicht erreicht werden. Des weiteren konnte, wie aus den Vergleichsbeispielen 13 und 14 hervorgeht, auch wenn die Menge an B erhöht wurde, es aber nicht in einem Sinterkörper in W&sub2;B&sub5; umgewandelt wurde, ebenfalls keine hohe relative Dichte erzielt werden.
  • Wie aus den Beispielen 11 und 12 hervorgeht, wurde, wenn die Menge an B weiter erhöht wurde und B mit mehr als dem 2,5-fachen in Mol W (W: 50 Gew.-%, B: 7,3 Gew.-%) hinzugefügt wurde, W&sub2;B&sub5; im Sinterkörper während des Anfangsstadiums des Brennens gebildet, sodaß die Verdichtung wie in dem Fall bewirkt wurde, daß W&sub2;B&sup5; wie in Beispiel 1 der vorliegenden Anmeldung hinzugefügt wurde.
  • Wie aus obigen Ausführungen klar wird, kann gemäß den SiC-Komplex-Sinterkörpern und deren Herstellungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung Zähigkeit, die bei SiC auf B-C-Basis schlecht ist, durch Einbringen einer angegebenen Menge an W&sub2;B&sub5; in das SiC auf B-C-Basis erhöht werden, während Hochtemperatureigenschaften beibehalten werden. Des weiteren können SiC-Komplex-Sinterkörper erhalten werden, die hohe Hochtemperatur-Festigkeit und hohe Zähigkeit aufweisen.
  • In Tabelle 5 werden im Vergleich die Eigenschaften von SiC-Komplex-Sinterkörpern gemäß vorliegender Erfindung und nach einem Verfahren nach dem Stand der Technik gezeigt. Tabelle 5 SiC-W&sub2;B&sub5; gemäß vorliegender Erfindung Sinterhilfsmittel auf Al-Basis + SiC-W&sub2;B&sub5; Sinterhilfsmittel auf B-C-Basis + SiC Sinterhilfsmittel auf Al-Basis + SiC Eigenschaften bei hoher Temperatur Zähigkeit Massenproduktivität und Produktionskosten gut gut (druckloses Sintern) schlecht schlecht (Warmpressen)
    • Versuch 3
  • SiC-Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 5um, MoB&sub2; als Additiv und B (metallisches Bor) und C (Ruß) als Sinterhilfsmittel wurden gemeinsam mit Isopropylalkohol nach einer in Tabelle 6 gezeigten Mischrezeptur mit einer Naß-Kugelmühle gemischt. Die Mischung wurde getrocknet und granuliert, und dann vorgeformt und anschließend bei 300 MPa (3 Tonnen/cm²) hydrostatisch gepreßt, um eine quadratische Platte mit 60x60x6 mm zu erzeugen. Die Platte wurde im Vakuum auf 1500ºC erwärmt und dann unter 1 atm in Argonatmosphäre 1 Stunde lang bei 2200ºC gebrannt. Auf solche Art wurden Sinterkörper gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispielen erhalten. Beispiel 104-2 ist ein durch HIP-Behandlung eines Sinterkörpers in Beispiel 104 bei 2000ºC unter 200 MPa (2000 atm) erhaltenes Produkt.
  • Bezogen auf die so erhaltenen Sinterkörper wurden Dichten, Festigkeiten bei Raumtemperatur und hohen Temperaturer (1500ºC) und Zähigkeit nach den gleichen Verfahren wie in Versuch 1 bewertet. Des weiteren wurde eine Mo-Verbindung in den Sinterkörpern nach einem Röntgenstrahlenbeugungsverfahren unter Verwendung von CuKα identifiziert. Die Ergebnisse werden in Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6(a) Sinterhilfsmittel (Gew.-%) Vierpunktbiegefestigkeit (MPa) Additiv (Gew.-%) MoB&sub2; Relative Dichte des Sinterkörpers (%) Mo-Verbindung in Sinterkörper Gegenwart oder Abwesenheit von anormalem Körnchenwachstum in Sinterkörper Raumtemperatur Vergleichsbeispiel Beispiel nicht weniger als 99 nicht enthalten vorhanden keines Tabelle 6(b) Sinterhilfsmittel (Gew.-%) Vierpunktbiegefestigkeit (MPa) Additiv (Gew.-%) MoB&sub2; Relative Dichte des Sinterkörpers (%) Mo-Verbindung in Sinterkörper Gegenwart oder Abwesenheit von anormalem Körnchenwachstum in Sinterkörper Raumtemperatur Vergleichsbeispiel Beispiel keines
  • Wie aus Tabelle 6 hervorgeht, entsprechen die Beispiele 101 bis 110 dem erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereich, wiesen im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 101 bis 106 eine höhere Dichte und bessere Festigkeit bei hohen Temperaturen auf und hatten im Vergleich zu KIC (2-3) im herkömmlichen Fall von SiC, das kein MoB&sub2; enthält, höhere KIC-Werte sowie höhere Zähigkeit. In Vergleichsbeispiel 101, bei dem kein MoB&sub2; hinzugefügt wurde, war anormales Körnchenwachstum von SiC zu erkennen, aber in den anderen Beispielen war kein derartiges anormales Körnchenwachstum zu erkennen. Außerdem wies Beispiel 104, das nach dem Brennen der HIP-Behandlung unterzogen worden war, in jeder Hinsicht bessere Eigenschaften auf.
  • Des weiteren wurde bestätigt, daß die Mo-Verbindung in den Sinterkörpern das in der JCPDS-Karte Nr. 6-682 angegebene MoB&sub2; war.
  • Figur 3 zeigt ein Röntgenstrahlenbeugungsbild von Beispiel 3 in Tabelle 3 unter Verwendung von CuKα.
  • Als Ergebnis der chemischen Analyse der erfindungsgemäßen Sinterkörper wurden 0,01 bis 0,08 Gew.-% unvermeidlicher metallischer Verunreinigungen (Al, Fe, Ca, Mg, Ti, Mn usw.), die im SiC-Ausgangsmaterial und in den Additiven enthalten waren, nachgewiesen.
    • Versuch 4
  • Anstelle von MoB&sub2; als das unverzichtbare Ingrediens gemäß vorliegender Erfindung wurde ein Borid mit Ausnahme von MoB&sub2;, ein Karbid oder ein 0xid von Mo oder Mo hinzugefügt, gefolgt von Mahlen und Mischen, und es wurden nach dem gleichen Verfahren wie in Versuch 3 Sinterkörper erhalten.
  • Dann wurden nach den gleichen Verfahren wie in Versuch 3 bezogen auf die so erhaltenen Sinterkörper die relative Dichte und eine Mo-Verbindung bestimmt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 7 gezeigt. Tabelle 7 Sinterhilfsmittel (Gew.-%) Additiv (Gew.-%) Relative Dichte des Sinterkörpers (%) Mo-Verbindung im Sinterkörper Vergleichsbeispiel Beispiel
  • Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 7 hervorgeht, konnte im Fall der Vergleichsbeispiele 107 bis 112 unter Verwendung eines anderen Additivs als MoB&sub2; keine hohe relative Dichte, d.h. keine Verdichtung der Sinterkörper erreicht werden, wenn B in einer herkömmlich bekannten Menge enthalten war. Des weiteren konnte in den Vergleichsbeispielen 13 und 14, die eine erhöhte Menge an B aufwiesen,wenn B im Sinterkörper nicht in MoB&sub2; umgewandelt wurde, keine hohe relative Dichte erzielt werden.
  • Im Fall der Beispiele 111 und 112, bei denen die Menge an B weiter erhöht wurde, bis eine Hinzufügungsmenge von mehr als dem Doppelten in Mol derjenigen von Mo (Mo: 30 Gew. -%, B: 6,8 Gew.-%) erreicht wurde, wurde MoB&sub2; im Formkörper während des Anfangsstadiums des Brennens gebildet, sodaß Verdichtung wie im Fall von Beispiel 101 erreicht werden konnte, bei dem Mo in der Form von MoB&sub2; hinzugefügt wurde.
  • Wie aus der obigen detaillierten Erklärung hervorgeht, kann nach den SiC-Komplex-Sinterkörpern und deren Herstellungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung durch Einbringen einer angegebenen Menge an MoB&sub2; in das SiC auf B-C-Basis Sintern bei hohen Temperaturen durchgeführt werden, und die Zähigkeit, die beim SiC auf B-C-Basis gering ist, kann verbessert werden, während die Festigkeit bei hohen Temperaturen beibehalten wird. Des weiteren können durch druckloses Sintern SiC-Komplex-Sinterkörper mit hoher Festigkeit bei hohen Temperaturen und hoher Zähigkeit erhalten werden.
  • In Tabelle 8 werden Eigenschaften der SiC-Komplex-Sinterkörper gemäß vorliegender Erfindung im Vergleich mit denjenigen eines Verfahrens nach dem Stand der Technik gezeigt. Tabelle 8 erfindungsgemäßes SiC-MoB&sub2; Sinterhilfsmittel auf Al-Basis + SiC-MoB&sub2; Sinterhilfsmittel auf B-C-Basis + SiC Sinterhilfsmittel auf Al-Basis + SiC Eigenschaften bei hoher Temperatur Zähigkeit Massenproduktivität und Produktionskosten gut gut (druckloses Sintern) schlecht schlecht (Warmpressen)

Claims (11)

1. Drucklos gesinterter SiC-Komplex-Sinterkörper, bestehend aus 20 bis 99 Gew.-% SiC, 80 bis 0,5 Gew.-% W&sub2;B&sub5; oder MoB&sub2; und 0,5 bis 5 Gew.-% zumindest eines Materials, das aus Bor, Kohlenstoff oder Borkarbid ausgewählt ist.
2. Sinterkörper nach Anspruch 1, bestehend aus 20 bis 94,5 Gew.-% SiC, 70 bis 5 Gew.-% W&sub2;B&sub5; und 0,5 bis 5 Gew.-% zumindest eines Materials, das aus B, C und B&sub4;C ausgewählt ist.
3. Sinterkörper nach Anspruch 2, worin SiC in einer Menge von 30 bis 94,5 Gew.-% vorhanden ist.
4. Sinterkörper nach Anspruch 3, worin SiC in einer Menge von 40 bis 90 Gew.-% vorhanden ist.
5. Sinterkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4, worin W&sub2;B&sub5; in einer Menge von 60 bis 10 Gew.-% vorhanden ist.
6. Sinterkörper nach Anspruch 1, bestehend aus 20 bis 99 Gew.-% SiC, 70 bis 0,5 Gew.-% MoB&sub2; und 0,5 bis 5 Gew.-% aus zumindest einem Material, das aus B, C und B&sub4;C ausgewählt ist.
7. Sinterkörper nach Anspruch 6, worin MoB&sub2; in einer Menge von 60 bis 0,5 Gew.-% vorhanden ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines drucklos gesinterten SiC-Komplex-Sinterkörpers, umfassend die Schritte des Herstellens eines gemischten Pulvers, das aus
(a) 20 bis 99 Gew.-% SiC, 80 bis 0,5 Gew.-%, berechnet als W&sub2;B&sub5;, an zumindest einem Bestandteil der Gruppe enthaltend W&sub2;B&sub5;, W und eine W&sub2;B&sub5;-bildende Verbindung, wobei der durchschnittliche Teilchendurchmesser des als ein Ausgangsmaterial verwendeten SiC-Pulvers nicht mehr als 5um beträgt;
(b) 0,1 bis 5 Gew.-%, berechnet als Bor, an zumindest einem Bestandteil der Gruppe enthaltend Bor und eine borhältige Verbindung, oder, im Falle W oder eine W&sub2;B&sub5;-bildende Verbindung vorhanden ist, einer ausreichenden Menge an Bor oder borhältiger Verbindung, sodaß alles W im Sinterkörper in der Form von W&sub2;B&sub5; vorliegt, und
(c) 0,1 bis 5 Gew.-%, berechnet als Kohlenstoff, an Kohlenstoff oder einer Kohlenstoff erzeugenden organischen Verbindung
besteht,
des Formens der Mischung und
des Brennens des Formkörpers in einem Temperaturbereich von 1 900 bis 2 500ºC im Vakuum oder in einer Inertatmosphäre, um einen Sinterkörper zu bilden, bei dem das gesamte W in der Form von W&sub2;B&sub5; vorhanden ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, welches weiters den Schritt umfaßt, daß der SiC-Komplex-Sinterkörper einem HIP mit Umhüllung oder einem HIP ohne Umhüllung unterworfen wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines drucklos gesinterten SiC-Komplex-Sinterkörpers, umfassend die Schritte des Herstellens eines gemischten Pulvers, das aus
(a) 20 bis 99 Gew.-% SiC, 80 bis 0,5 Gew.-%, berechnet als MoB&sub2;, an zumindest einem Bestandteil der Gruppe enthaltend MoB&sub2;, Mo und eine MoB&sub2;-bildende Verbindung, wobei der durchschnittliche Teilchendurchmesser des als ein Ausgangsmaterial verwendeten SiC-Pulvers nicht größer als 5 um ist,
(b) 0,1 bis 5 Gew.-%, berechnet als Bor, an zumindest einem Bestandteil der Gruppe enthaltend Bor und eine borhältige Verbindung oder, im Falle Mo oder eine MoB&sub2;-bildende Verbindung vorhanden ist, einer ausreichenden Menge an Bor oder borhältiger Verbindung, sodaß das gesamte Mo im Sinterkörper in der Form von MoB&sub2; vorliegt, und
(c) 0,1 bis 5 Gew.-%, berechnet als Kohlenstoff, an Kohlenstoff oder einer Kohlenstoff erzeugenden organischen Verbindung,
besteht,
des Formens der Mischung und
des Brennens des Formkörpers in einem Temperaturbereich von 1900 bis 2500ºC im Vakuum oder in einer Inertatmosphäre, um einen Sinterkörper zu bilden, bei dem das gesamte Mo in der Form von MoB&sub2; vorhanden ist.
11. Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, das weiters den Schritt umfaßt, daß der SiC-Komplex-Sinterkörper einem HIP mit Umhüllung oder einem HIP ohne Umhüllung unterworfen wird.
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