DE4003809A1

DE4003809A1 - Verfahren zur herstellung eines formkoerpers aus polykristallinem, hexogonalem bornitrid

Info

Publication number: DE4003809A1
Application number: DE19904003809
Authority: DE
Inventors: Lothar Bruder; Wilhelm Menting; Beat Hofer
Original assignee: HTM AG
Current assignee: HTM AG
Priority date: 1989-02-14
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1990-08-16
Also published as: DE4003809C2; CH677488A5

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus polykristallinem, hexa gonalem Bornitrid mit einem homogenen, isotropen Mikroge füge und einer Dichte von mindestens 97% der theoretisch möglichen Dichte von Bornitrid. Das Verfahren erlaubt ei nerseits die Verwendung eines billigeren Ausgangsmaterials und andererseits führt es zu Formkörpern besserer Quali tät.

Hexagonales Bornitrid zeichnet sich durch eine Reihe wertvoller technischer Eigenschaften aus, wie ausgezeich netes elektrisches Isolationsvermögen, welches auch bei hohen Temperaturen erhalten bleibt, relativ niedriger Wär meausdehnungskoeffizient und hohe Wärmeleitfähigkeit sowie die hieraus resultierende gute Temperaturwechselbeständig keit, die schlechte Benetzbarkeit durch geschmolzene Me talle wie Zink, Aluminium und Kupfer, Nicht-Metalle wie Silizium und Bor und nichtmetallische Verbindungen wie Glas und Kryolith. Diese Eigenschaften verleihen Formkör pern aus Bornitrid große Bedeutung im Einsatz in der Elektronik, der Stahlindustrie und dem Einsatz als Tie gelmaterial.

Das hexagonale Bornitrid ist das nächste strukturelle Analogon von Graphit. Das Gitter ist graphitartig, liegt jedoch genau aufeinander und ist durch die Aufeinanderfol ge von Atomen des Bors und Stickstoffes längs der Z-Achse gekennzeichnet. Während beim Graphit ein großer Anteil der Bindungen metallischer Natur ist, liegt beim Bornitrid eine überwiegend kovalente Bindung vor. Aus der kovalenten Bindung resultiert ein sehr unbewegliches Kristallgitter, was durch den geringen Diffusionskoeffizient des Borni trids ausgedrückt wird.

Der geringe Diffusionskoeffizient und die Tatsache, daß Bornitrid bei hohen Temperaturen instabil ist und in Bor und Stickstoff dissoziiert, führen dazu, daß sich reines Bornitridpulver ohne Zusatz von Sinterhilfsmitteln nicht verdichten läßt. Die Herstellung von Formkörpern mit oben aufgeführten Eigenschaften ist demnach nur mit hohem Aufwand durchzuführen.

Durch Heißpressen von Bornitrid enthaltenden Borni tridpulvern wurden relativ hohe Dichten erzielt. Da diese Erzeugnisse aber durch Boroxid und durch den beim Herstel lungsverfahren anfallenden Kohlenstoff aus den Graphit formen verunreinigt sind, werden deren dielektrischen Elektroisoliereigenschaften und allgemein die Hochtempe ratureigenschaften verschlechtert.

Nach der DE-AS-20 21 952 führt ein Auswaschen des Bor oxids und ein anschließendes Nachsintern der Bornitrid formkörper zu einer Verbesserung der Hochtemperatureigen schaften. Der hohe Energie- und Zeitaufwand verurteilen dieses Verfahren aber zur Unwirtschaftlichkeit.

Formkörper, die durch Heißpressen hergestellt wurden, zeigen außerdem ein irreversibles Quellen beim Erwärmen und eine starke Anisotropie in ihren Eigenschaften, welche durch ein gerichtetes Kornwachstum beim Preßvorgang her vorgerufen wird.

Nach der DE 26 43 930 B2 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, bei dem die erwähnten negativen Eigenschaften von heißgepreßten Bornitridformkörpern durch geringeren Preßdruck weitgehend sublimiert werden, wobei die Dichte dieser Erzeugnisse jedoch nur ca. 70% der theoretischen Dichte von Bornitrid beträgt.

Ein allgemein bekanntes Verfahren ist neben dem übli chen Heißpressen das isostatische Heißpressen, bei dem durch ein inertes Gas als Druckübertragungsmedium ein all seitiger Druck auf den Formkörper ausgeübt wird. Damit ei ne Verdichtung auf diese Art stattfinden kann, muß die Oberfläche der Formkörper dicht, d.h. ohne offene Porosi tät sein. Formkörper mit offener Porosität müssen mit ei ner gasdichten Hülle umschlossen werden, um die Verdich tung zu gewährleisten. Als Hüllen eignen sich nach DE-PS 26 01 294 auch Glashüllen, in die vorgeformte Körper einge setzt werden.

Die Verwendung von Tantalbehältern als Hüllenmaterial ermöglicht eine heißisostatische Verdichtung bei Tempera turen von 1650°C bis 2480°C und Drucken von 103 MPa bzw. 207 MPa bei einer Haltezeit von 1 bis 3 Stunden (nach "Development and Evaluation of Hot Isostatically Compacted Boron Nitride" von M.C. Brockway et al, AD-7 09 620 v. Juli 1970, Battelle Memorial Institute, Columbus Laboratories). Die Ergebnisse der Versuche an derart hergestellten Form körpern wichen jedoch kaum ab von den Ergebnissen der an heißgepreßten Bornitridformkörpern durchgeführten Ver suche. Die Ursache hierfür liegt vermutlich in dem bei hohen Temperaturen stattfindenden Kornwachstum.

Aus der EP-00 84 369 B1 sind Formkörper aus Bornitrid mit einer Dichte von mindestens 95% der theoretisch mög lichen Dichte, bestehend aus polykristallinem, hexagonalem Bornitrid in Form eines homogenen, isotropen Mikrogefüges, bekannt. Diese werden im Hochdruckautoklaven bei Tempera turen von 1200°C bis 1500°C und Drucken von 50-300 MPa aus reinem Bornitridpulver, welches einen Boroxid-Gehalt von höchstens 1% aufweist, hergestellt. Nach dieser Er findung werden die porösen Formkörper oder auch granulier tes Bornitridpulver zur Verdichtung in Stahlhüllen einge bracht, wie es seit vielen Jahren zur Herstellung von pul vermetallurgischen Stählen praktiziert wird (siehe NTIS National Technical Information Service U.S. Department of Commerce, March 1975; PM Superalloys, Aerospace Materials for the 1980′s Vol. 2; Patent DE 30 05 474).

Das Entkapseln derart hergestellter Teile bietet Schwierigkeiten und bedingt einen beachtlichen finanziel len Aufwand, außerdem gestattet dieses Verfahren keine Herstellung von dünnwandigen Bornitrid-Teilen, da diese aufgrund der geringen Festigkeit von Bornitrid beim Ent kapseln zerbrechen. Dünnwandige Teile müssen nach diesem Verfahren aus größeren Blöcken herausgearbeitet werden, was ein Anfallen von großen Mengen an Bornitridabfall bedingt. Im weiteren bildet sich zwischen Kapsel und Bor nitrid eine Übergangsschicht, die das Entkapseln er schwert und die Eigenschaften des Bornitrids negativ be einflußt. Aus der Literatur und praktischen Versuchen ist bekannt, daß Boroxidgehalte über 1% im Bornitrid zu ei ner entscheidenden Verschlechterung der typischen Eigen schaften von Bornitrid im Hochtemperatureinsatz führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, diese gravierenden Nachteile zu beheben und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, in welchem keine Entkapselung erforderlich ist und worin die Diffusionszone zwischen Stahl und Bornitridkörper verhindert wird und gleichzeitig Formkörper mit höheren Dichten und besseren Eigenschaften erhalten werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demzufolge das im Patentanspruch 1 definierte Verfahren. Die erfin dungsgemäß hergestellten Bornitridkörper weisen ein ho mogenes, isotropes Mikrogefüge und eine höhere Dichte als die bisherigen Bornitrid-Formkörper auf. Das erfindungsge mäße Verfahren stellt weiter eine geeignete Trennschicht zwischen Hülle und Bornitrid zur Verfügung, wodurch die frühere aufwendige Entkapselung entfällt und gleichzeitig verbesserte Eigenschaften des Produktes erzielt werden. Das Verfahren erlaubt die Verwendung eines billigeren Bor nitridpulvers als Ausgangsmaterial, da dieses einen Bor oxidgehalt bis zu 4% aufweisen darf. Durch die im erfin dungsgemäßen Verfahren entstehenden Trennschichten wird das Boroxid reduziert und wandelt sich mit dem in der Trennschicht freiwerdenden Stickstoff zu Bornitrid um. Da durch kann erreicht werden, daß der Bornitridgehalt des Endproduktes 99 Gew.-% und mehr beträgt.

Die nach der Erfindung hergestellten Formkörper zeichnen sich durch ein homogenes, isotropes Mikrogefüge, bestehend aus polykristallinem, hexagonalem Bornitrid, aus. Die Dichte der Formkörper beträgt mindestens 97% der theoretisch möglichen Dichte von Bornitrid. Die Körper können aus reinem Bornitridpulver hergestellt werden. Der Boroxid-Gehalt des Pulvers beträgt beispielsweise 0,5 Ge wichtsprozent oder weniger. Die Parameter für den heiß isostatischen Preßvorgang liegen je nach verwendeter Trennschicht zwischen Hülle und Bornitrid z.B. einmal bei 1500°C bis 1600°C und zum anderenmal zwischen 1100°C und 1600°C, der Druck liegt jeweils zwischen 30-200 MPa. Die Herstellung wird normalerweise im Hochdruckautoklaven durchgeführt, als Druckübertragungsmedium dient ein iner tes Gas. Das Pulver wird kaltisostatisch zu Körpern vorge formt, diese werden mit einer Hülle aus Stahl vakuumdicht verschlossen.

Das zur Herstellung erfindungsgemäßer Formkörper ver wendete hexagonale Bornitridpulver zeichnet sich vorzugs weise durch eine Reinheit von 99 Gewichtsprozent aus. Im Normalfall beträgt der Gehalt an freiem Boroxid nicht mehr als 0,5 Gewichtsprozent, der Anteil an metallischen Verun reinigungen nicht mehr als 0,15 Gewichtsprozent. Der noch fehlende Anteil zu 100 Gewichtsprozent besteht überwiegend aus Sauerstoff in Form von anhaftenden Boroxinitriden. Die spezifische Oberfläche des Bornitridpulvers liegt in einem Bereich von 10-25 m²/g (nach der BET-Methode gemessen).

Um die Beständigkeit des heißgepreßten Körpers gegen Feuchtigkeit zu gewährleisten, muß das vorhandene Boroxid durch geeignete Zusätze in stabile Verbindungen überführt werden. Dies gelingt vorzugsweise durch die Zugabe von Al bzw. AlN in einer Menge von bis 3 Gewichtsprozent, oder durch die Zugabe von Kalzium in einer Menge bis zu 1 Ge wichtsprozent, bezogen auf das Bornitridpulver. Ferner können die je nach Einsatzbereich geforderten technischen Eigenschaften des Bornitrids durch die Zugabe von ZrO₂, Si₃N₄, SiC, B₄C, SiO₂, Al₂O₃, Y₂O₃, MgO oder metallischen Stoffen in Mengen bis 50 Gewichtsprozent optimiert werden.

Je nach Art und Menge der Zusätze können Festigkeit, Ab rieb, Leitfähigkeit und chemische Beständigkeit beein flußt werden.

Das mit den aufgeführten Zusätzen naßvermischte Bor nitridpulver wird nach der Trocknung durch bekannte Form gebungsverfahren wie axiales Stempelpressen oder kaltiso statisches Pressen zu Körpern mit offener Porosität vorge formt. Um eine gute Handhabung der Grünkörper zu gewähr leisten und eine möglichst hohe Verdichtung zu erzielen, werden dem Pulver vorzugsweise 0,5 bis 6% eines tempo rären Binde- bzw. Gleitmittels auf der Basis von Polysa ccharid oder Polyvinylalkohol zugesetzt. Um eine Verfär bung des Endproduktes auszuschließen, ist darauf zu ach ten, daß der nach der Zersetzung des Binde- bzw. Gleit mittels vorliegende freie Kohlenstoff 0,05 Gew.-%, bezogen auf das Bornitrid, nicht überschreitet.

Die Dichte der kaltisostatisch vorgepreßten Formkör per sollte für den anschließenden heißisostatischen Preßvorgang mindestens 50% der theoretisch möglichen Dichte betragen. Anschließend werden die Probekörper in die Stahlhülle eingebracht, welche durch das Evakuierrohr aber offen bleibt. Ein Ausheizen der Hülle einschließlich des Probekörpers bei 500-1100°C unter Vakuum gewährlei stet die Abspaltung von gasförmigen Zersetzungsprodukten aus Gleit- und Bindemitteln, sowie das Austreiben von noch eventuell anhaftender Feuchtigkeit, so daß ein Aufbersten der Hülle während des isostatischen Heißpressens ausge schlossen ist.

Als Material für die gasdicht verschließbaren Hüllen wird Stahl mit einem Schmelzpunkt von 1536°C verwendet.

Damit eine Reaktion des Stahls mit dem Bornitridformkörper und die Erniedrigung des Schmelzpunktes von Stahl in Anwe senheit von freiem Bor oder Stickstoff ausgeschlossen wird, wird zwischen Hülle und Bornitrid eine Trennschicht aus ZrO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, AlN, TiN, Cr₂O₃, SiC oder Mischun gen aus diesen in Verhältnissen von 1:1 bis 1:5 einge bracht. Die Aufbringung der Trennschicht erfolgt auf die Hülleninnenfläche oder auf den vorgepreßten Formkörper durch Spritzen oder Aufstreichen einer Suspension, in welcher die genannten Verbindungen in feindispergierter Form vorliegen, oder durch das Einbetten in ein Pulverbett der oben aufgeführten Verbindungen oder deren Mischungen.

Durch das Einbringen der Trennschicht wurde überra schenderweise gefunden, daß ein Boroxidgehalt von 0,5-4 Gew.-% im Normalfall 1,5 Gew.-%, die Verdichtung positiv beeinflußt, und durch die Zugabe der Trennmittel bei hö heren Temperaturen in der Kapsel während des HIP-Prozesses der Boroxidgehalt von größer als 1 Gew.-% im Bornitrid unter 1 Gew.-% reduziert wird. Das bei der Reduktion frei werdende Bor reagiert wiederum mit dem in der Trennschicht freiwerdenden Stickstoff zu BN, so daß der BN-Gehalt nicht unter 99 Gew.-% fällt.

Nach dem gasdichten Verschließen im Anschluß an das Eva kuieren der Kapseln werden diese in den Hochdruckautokla ven eingebracht und auf eine Verdichtungstemperatur von vorzugsweise 1500°C bis 1520°C erhitzt. Der Druck, der durch inerte Gase wie Argon oder Stickstoff übertragen wird, liegt vorzugsweise zwischen 30-200 MPa. Nach Ab lauf der Haltezeit wird die Temperatur über den Schmelz punkt des Stahls von 1536°C erhöht, damit die Stahlhülle vom BN-Formkörper abschmilzt.

Nach der Temperatur- und Druckerniedrigung können die Formkörper aus dem Hochdruckautoklaven entnommen werden. Die Formkörper haben eine theoretische Dichte von minde stens 97%, vorzugsweise von über 99%. Die angewendeten Parameter führen zu einem homogenen, isotropen Mikroge füge, welches auch bei diesem hohen Verdichtungsgrad er halten bleibt. Eine Anisotropie der Eigenschaften durch ein mögliches Kornwachstum ist an den Proben nicht fest stellbar, da die Meßdaten von Proben, die in verschiede nen Richtungen aus dem heißisostatisch verdichteten Form körper genommen wurden, nahezu identisch sind. Die Werte für die Biegebruchfestigkeit betragen mehr als 60 N/mm².

Die erfindungsgemäßen Formkörper aus polykristalli nem, hexagonalem Bornitrid weisen, auch ohne die o.a. mög lichen Zusätze zur Beeinflußung bestimmter Eigenschaften, bessere Eigenschaften auf als solche, die unter Mitverwen dung von Sinterhilfsmitteln nach dem üblichen Heißpreß verfahren hergestellt worden sind, und auch bessere Eigen schaften als die Bornitridkörper, die ohne Mitverwendung von Sinterhilfsmitteln durch isostatisches Heißpressen und ein anschließendes, mit großen Schwierigkeiten und großem Aufwand verbundenem Entkapseln hergestellt worden sind.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht nur möglich, großvolumige Bornitridformkörper, aus denen nachher kleinere Körper beliebiger Form mechanisch heraus gearbeitet werden, herzustellen, sondern es ermöglicht auch die Herstellung von Formkörpern, die nur geringe Wandstärken aufweisen, ohne daß durch das Bearbeiten von großen Teilen Unmengen an Abfall anfallen.

Durch die Verwendung von Tantal als Trennschicht zwi schen Hülle und Bornitridformkörper bietet sich ein weite res Verfahren zur Steigerung des Verdichtungsgrades bei gleichem homogenen, isotropen Mikrogefüge. Der so gehüll te, kaltisostatisch vorgeformte Körper wird in den Hoch druckautoklaven eingebracht und auf 1180°C erhitzt. Nach einer bestimmten Haltezeit wird das Tantalpulver gasdicht, so daß die Temperatur auf 1600°C erhöht werden kann. Durch die Ausbildung eines Eutektikums bei ca. 1400°C zwischen 7,5 Gew.-% Tantal und 92,5% Eisen (Zweistoffdia gramm Fe-Ta) wird das Abschmelzen der Stahlhülle besonders begünstigt. Die Funktion der Stahlhülle übernimmt die gas dichte Tantalschicht. Der angewendete Druck liegt vorzugs weise im Bereich von 30-200 MPa. Als Übertragungsmedium werden die inerten Gase Argon oder Stickstoff verwendet. Nach Erniedrigung von Druck und Temperatur werden die nun von Tantal gehüllten Körper entnommen und von den dünnen Tantalschichten befreit. Die so hergestellten Formkörper weisen die gleiche Gefügestruktur auf wie die nach vorher erwähnten Verfahren hergestellten Formkörper, haben aber eine Dichte von mindestens 99% der theoretisch möglichen Dichte und weisen Biegebruchfestigkeiten < 65 N/mm² auf.

Zum besseren Verständnis des Wesens der Erfindung wer den nachstehende konkrete Ausführungsbeispiele der erfin dungsgemäßen Verfahren angeführt:

Beispiel 1

Ein Bornitridpulver mit folgender Analyse


Gew.-%
B
43,3
N₂	55,7
B₂O₃	0,3
O₂ ges	0,5
C	<0,05
metallische Verunreinigungen	<0,15

und einer spezifischen Oberfläche von 18,5 m²/g wurde mit 0,3 Gew.-% eines Gleit- und Bindemittels auf der Basis von Polyvinylalkohol und 0,3 Gew.-% Ca versetzt und in einer Gummihülle bei 150 MPa Flüssigkeitsdruck kaltisostatisch zu einem Zylinder von 50 mm Durchmesser und 100 mm Höhe verpreßt. Nach dem Preßvorgang wies der Grünkörper eine Dichte von 1,54 g/cm³ (entspricht 68% der theoretisch möglichen Dichte) auf. Der Formkörper wurde in eine Stahl kapsel, deren Innenfläche mit ZrO₂ beschichtet war, einge füllt und mit einem Deckel, in dem sich das Evakuierrohr befindet, verschweißt. Anschließend wurde die so gefüll te Stahlkapsel bei 1100°C unter Vakuum und 1 h Haltezeit ausgeheizt. Nach dem Abkühlen der Kapsel wurde diese über das Evakuierrohr evakuiert und vakuumdicht durch Zuque tschen und Verschweißen verschlossen. Die verschlossene Kapsel wurde in die heißisostatische Presse eingebracht und bei 1520°C unter einem Argondruck von 100 MPa und ei ner Haltezeit von 150 min verdichtet. Anschließend wurde die Temperatur auf 1600 C erhöht und 10 min gehalten. Nach dem Abkühlen konnte der Bornitridzylinder, der mit einer dünnen, aufgerissenen ZrO₂-Schicht umgeben war, aus dem Hochdruckautoklaven entnommen werden. Die ZrO₂-Schicht war von Hand leicht zu entfernen.

Der Formkörper wies bei feinkristallinem Gefüge eine Dichte von 2,21 g/cm³ auf, dies entspricht 99,2% der theoretisch möglichen Dichte.

In Tabelle 1 sind Mittelwerte von verschiedenen Meß ergebnissen zu verschiedenen Eigenschaften aufgeführt. Die Meßwerte wurden an 6 Probekörpern ermittelt, von denen 3 in axialer und 3 in radialer Richtung aus dem Bornitrid zylinder herausgeschnitten worden waren. Da die Meßwerte in radialer wie in axialer Richtung gleich waren, wurden die Mittelwerte aus den 6 verschiedenen Meßwerten gebil det.

Tabelle 1
Eigenschaften
Mittelwert
Biegefestigkeit [N/mm²]\|75,3
E-modul [N/mm²]	62 100
Knoop-Härte [HK 100]	54
Thermische Ausdehnung [K^-1 (25-1000°C)]	2,96 · 10^-6
Wärmeleitfähigkeit [W/mk] @	300 k	74
600 k	50
1000 k	40

Die Bindefestigkeit wurde nach der 4-Pkt-Methode an Proben der Abmessungen 2×4×34 mm bestimmt.

Die Knoop-Härte wurde unter einer Last von 0,98 N bestimmt und der Wert auf daN/mm² bezogen.

Beispiel 2

Das Bornitridpulver aus Beispiel 1 wurde mit den glei chen Zusätzen versehen und unter den gleichen Bedingungen wie unter Beispiel 1 kaltisostatisch zu einem Zylinder von 50 mm Durchmesser und 100 mm Höhe verpreßt. Als Trenn schicht zwischen Stahl-Hülle und BN-Formkörper wurde Ta- Pulver auf die Innenfläche der Hülle gegeben. Ausheizen und Verschließen der Kapsel entsprachen der Durchführung nach Beispiel 1. Die gehüllte Probe wurde auf 1180°C er hitzt und bei einem Argondruck von 120 MPa für 90 min ge halten, bis das Tantal gasdicht war. Anschließend wurden die Temperatur auf 1580°C und der Druck auf 150 MPa er höht. Unter diesen Bedingungen und einer Haltzeit von 120 min wurde die Probe verdichtet. Nach dem Verdichten wurde die dünne Tantalschicht durch Abdrehen vom BN-Körper ent fernt. Bei feinkristallinem Gefüge betrug die Dichte des Formkörpers 2,27 g/cm³, welche 100% der theoretisch mög lichen Dichte entspricht.

Beispiel 3

Ein Bornitridpulver mit folgender Analyse


Gew.-%
BN
<98,3
B₂O₃	1,5
C	<0,05
metallische Verunreinigungen	<0,15

und einer spezifischen Oberfläche von 18,5 m²/g wurde mit 0,3 Gew.-% eines Gleit- und Bindemittels auf der Basis von Polyvinylalkohol versetzt und in einer Gummihülle bei 150 MPa kaltisostatisch zu einem Zylinder von 50 mm Durchmes ser und 100 mm Höhe verpreßt. Nach dem Preßvorgang wies der Körper eine Gründichte von 1,54 g/cm³ auf. Der Form körper wurde in eine Stahlkapsel, deren Innenfläche mit einer 2 mm starken Trennschicht aus 50 Gew.-% AlN + 50 Gew.-% Al₂O₃ ausgekleidet war, gelegt. Anschließend wurde die so gefüllte Stahlkapsel bei 1100°C unter Vakuum 1 h lang aus geheizt und anschließend verschweißt. Die verschlossene Kapsel wurde in die heißisostatische Presse gebracht und bei 1420°C unter einem Argondruck von 100 MPa und einer Haltezeit von 3 h verdichtet. Anschließend wurde die Tem peratur auf 1600°C erhöht und 10 min gehalten.

Nach dem Abkühlen konnte der Bornitridkörper, der mit einer AlN-Al₂O₃-Schicht umgeben war, aus dem Hochdruck autoklaven entnommen werden. Die Stahlschicht war abge schmolzen und die AlN-Al₂O₃-Schicht konnte mit leichten Hammerschlägen entfernt werden.

Der Formkörper wies bei feinkristallinem Gefüge eine Dichte von 2,18 g/cm³ auf; dies entspricht einer Dichte von 97,8% der theoretisch möglichen Dichte. Der B₂O₃-Ge halt im BN wurde mit einem O₂-Bestimmungsgerät Typ O-Mat 353 von der Firma Ströhlein bestimmt und wies nach dem heißisostatischen Pressen einen Gehalt von ca. 0,5 Gew.-% auf. Dies beweist, daß während dem HIP-Prozeß eine Re duktion des B₂O₃-Gehaltes durch die Randschicht stattge funden hat. Das freigewordene Bor reagierte mit dem Stickstoff des AlN zu BN, so daß der totale BN-Gehalt im Formkörper < 99,4% beträgt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus po lykristallinem, hexagonalem Bornitrid mit einem homogenen, isotropen Mikrogefüge und einer Dichte von mindestens 97% der theoretisch möglichen Dichte von Bornitrid, dadurch gekennzeichnet, daß Bornitridpulver mit einem Gehalt von bis zu 4 Gew.-% Boroxid durch ein Formgebungsverfahren zu einem Grünkörper vorgeformt wird, und dieser vorgeformte grüne Bornitrid-Körper mit einer Dichte von mindestens 50% der theoretischen möglichen Dichte des Bornitrides in eine vorgefertigte Stahlhülle gebracht wird, wobei der Bornitrid-Körper und die Stahlhülle durch eine Trenn schicht abgetrennt sind, der mit der Stahlhülle versehene Bornitrid-Körper bei einer Temperatur von 500 bis 1100°C mit einer Haltezeit von 0,5 bis 2 h unter Vakuum ausge heizt und anschließend abgekühlt wird, wonach die Kapsel evakuiert und verschlossen wird und der in die Kapsel ein geschlossene Körper auf eine Temperatur von 1500 bis 1600°C gebracht wird, wobei der Gasdruck auf 30 bis 200 MPa erhöht wird, wobei der dichte Bornitrid-Formkörper ge bildet wird und die Stahlkapsel durch Erhöhen der Tempera tur über den Schmelzpunkt des Stahles abgeschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Formgebungsverfahren für die Bildung des Grünkörpers kaltisostatisches Pressen oder axiales Stempelpressen um faßt und daß das verwendete Bornitridpulver vorzugswei se mit einem Binde- und/oder Gleitmittel versehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Trennschicht zwischen Kapsel und Bor nitrid aus einem Element der dritten, vierten oder fünften Nebengruppe des periodischen Systems aus Oxiden und/oder Nitriden dieser Elemente oder Mischungen davon besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht aus Si₃N₄, ZrO₂, Al₂O₃, AlN, TiN, Cr₂O₃, SiC oder aus beliebigen Mischungen dieser Kompo nenten oder aus Tantal besteht.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß der Boroxid-Gehalt des verwen deten Bornitrid-Pulvers 0,5 bis 4 Gew.-% und beispielswei se 1,5 Gew.-% beträgt und dieser Boroxid-Gehalt während des Verdichtungsprozesses durch Reaktionen mit den jewei ligen Trennschichten durch Reduktion aus dem Formkörper entfernt wird, wobei das freiwerdende Bor mit dem in der Trennschicht freiwerdenden Stickstoff zu Bornitrid rea giert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur zur Herstellung des Bornitrid-Körpers 1500 bis 1600°C beträgt und unter einem inerten Gasdruck von 30 bis 200 MPa gepreßt wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennschicht Ta in die Stahlhülle eingebracht wird, die gehüllten Körper bei 1150 bis 1190°C und einem Druck von 30 bis 150 MPa solange gehalten werden, bis das Ta gasdicht ist, die Temperatur dann auf 1520 bis 1600°C angehoben und der Druck langsam von 150 bis 200 MPa erhöht wird, wobei ein dichter Formkörper entsteht und im An schluß die dünne Tantalschicht vom Formkörper entfernt wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß dem Bornitrid bis zu 3 Gew.-% Aluminium oder Aluminiumnitrid zugesetzt werden oder dem Bornitridpulver bis zu 1 Gew.-% Kalcium zugesetzt werden.

9. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das hexagonale Bornitridpulver 1 bis 50 Gew.-% ZrO₂, Si₃N₄, SiC, B₄C, Al₂O₃, Y₂O₃, MgO, SiO₂, metallische Stoffe oder Mischungen davon enthält.

10. Formkörper aus polykristallinem Bornitrid mit einem homogenen, isotropen Mikrogefüge und einer Dichte von min destens 97% der theoretisch möglichen Dichte von Borni trid, erhalten nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.