DE4102426C2 - Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Siliciumcarbid- und Siliciumnitrid-Basiskörpers - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Siliciumcarbid- und Siliciumnitrid-BasiskörpersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten
Siliciumcarbid- und Siliciumnitrid-Basiskörpers oder Verbund- oder
Preßkörpers, der Verwendung findet als Material für mechanische Bauteile (wie für
Motorenteile in Automobilen), die eine hohe Festigkeit bei hoher Temperatur, eine
hohe Wärmebeständigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern.
Es wurden vielfältige Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Siliciumcarbid-(SiC)-
und eines Siliciumnitrid-(Si₃N₄)-Basiskörpers vorgeschlagen. Bei dem in der
vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-36 176 offenbarten Verfahren
enthält der gesinterte Körper 10 bis 72 Vol.-% SiC, 5 bis 65 Vol.-% Si₃N₄ und 5
bis 40 Vol.-% Si. Ein anderes Verfahren ist in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung
60-46 973 beschrieben, bei dem der gesinterte Körper SiC und Si₃N₄
als Hauptkomponenten enthält sowie 0,05 bis 50 Gew.-% Oxide der Seltenen Erden.
Gemäß einem weiteren, in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr.
58-91 070 beschriebenen Verfahren wird der gesinterte Körper erzeugt durch Mischung
und Sintern von Metallen der Gruppen II, III und IV des Periodensystems der
Elemente und deren Oxide und/oder deren Carbide mit einem Mischungspulver aus
SiC und Si₃N₄.
Zusätzlich werden die mechanischen Eigenschaften des gesinterten Siliciumcarbid-
und Siliciumnitrid-Basiskörpers in Journal of American Ceramic Society 56(9), 445
(1973) und in derselben Zeitschrift 64 (9-10), 597 (1980) abgehandelt.
Die vorläufige japanische Patentveröffentlichung Nr. 1-275470 offenbart einen gesinterten
Siliciumcarbid- und Siliciumnitrid-Basiskörper, der hergestellt wird durch
Heißpressen eines Mischungspulvers aus Siliciumcarbid und Siliciumnitrid, das aus
organischen Siliciumverbindungen bei einem Gasphasenprozeß gebildet wird. Die vorläufige
japanische Patentveröffentlichung Nr. 64-9872 (entsprechend C. A. 111:
44244x (1989)) offenbart einen gesinterten Siliciumcarbid- und Siliciumnitrid-Basiskörper,
hergestellt durch Sintern bei Normaldruck, wobei das Siliciumnitrid in Nadelform
und als β-Phase vorliegt, während das Siliciumcarbid in Einkristallform vorliegt
mit einer Partikelgröße von 2 bis 30 µm.
Jedoch ist es bei vielen solcher herkömmlicher Verfahren für die Herstellung gesinterter
Silciumcarbid- und Siliciumnitrid-Basiskörper notwendig, ein Heißpressen einzusetzen,
um die Bildung feiner und dichter Strukturen des gesinterten Körpers während
des Sinterns zu fördern. Demgemäß ist es schwierig, mechanische Bauteile
mit komplizierter
Form herzustellen. Zusätzlich wird bei dem zuletzt beschriebenen Verfahren gemäß
Veröffentlichungs-Nr. 64-9872 ein Sintern bei gewöhnlichem Druck angewandt,
und daher wird die Festigkeit des gesinterten Körpers nicht so verbessert, während er
eine hohe Zähigkeit aufweist, wodurch es ermöglicht wird, mechanische Bauteile komplizierter
Form herzustellen.
Die DE-A-31 41 590 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von gesintertem Siliciumnitrid,
umfassend das Vorsintern eines Siliciumnitridpulvers bei Normaldruck und
1400-1800°C, sowie das Nachsintern bei 1500-2000°C und einem Stickstoffgas-Partialdruck
von wenigstens 500 Bar. J. Am. Ceram. Soc. 63 (1980), 9, Seiten 597-599, beschreibt
die Herstellung von Siliciumcarbid-Siliciumnitrid-Verbundkörpern, wobei eine
Mischung der pulverförmigen Ausgangskomponenten einmal gesintert bzw. heißgepreßt
wird. Die DE-A-32 22 784 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten
Siliciumcarbids durch vorläufiges Sintern einer Mischung aus Siliciumcarbidpulver
und einem Sinterungshilfsmittel und Durchführen einer isostatischen Warmpreßbehandlung
unter einer Hochdruck-N₂-Gasatmosphäre und einer Temperatur
im Bereich von 1400-2300°C. Gemäß dem einzigen Beispiel beträgt die Temperatur der
Vorsinterungsbehandlung 2000°C, während die nachfolgende Warmpreßbehandlung
bei Temperaturen zwischen 1700 und 1900°C durchgeführt wird. Die EP-A-0 276 334
beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Siliciumnitrid-Siliciumcarbid-Verbundkörpers,
bei dem ein amorphes Pulver der allgemeinen Formel SiCaNbHc
(0,1 < a < 2,0; 0,1 < b < 1,5; und 0 < c < 4,0) bei einer Temperatur zwischen 1000 und
1300°C unter der Atmosphäre eines nichtoxidierenden Gases wärmebehandelt und die
resultierende Mischung einer Sinterungsbehandlung unter einer nichtoxidierenden
Gasatmosphäre unterzogen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schaffung eines gesinterten
Siliciumcarbid- und Siliciumnitrid-Basiskörpers anzugeben, das es ermöglicht, keramische
mechanische Bauteile mit komplizierter Form und hoher mechanischer Festigkeit
zu erhalten.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltung dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Herstellungsverfahren für einen gesinterten Siliciumcarbid-
und Siliciumnitrid-Basiskörper, das dadurch gekennzeichnet ist, daß folgende
Schritte in folgender Reihe durchgeführt werden:
Sintern einer Mischung, die als Hauptkomponenten ein Siliciumcarbidpulver vom β-Typ
und ein Siliciumnitridpulver vom α-Typ enthält, bei Normaldruck und einer ersten
vorbestimmten Temperatur; und
Nachsintern der gesinterten Mischung bei einem Stickstoffdruck im Bereich von 10,1 bis 2026 Bar und einer zweiten vorbestimmten Temperatur im Bereich von 1850 bis 1950°C, die 100 bis 200°C höher ist als die erste vorbestimmte Temperatur.
Nachsintern der gesinterten Mischung bei einem Stickstoffdruck im Bereich von 10,1 bis 2026 Bar und einer zweiten vorbestimmten Temperatur im Bereich von 1850 bis 1950°C, die 100 bis 200°C höher ist als die erste vorbestimmte Temperatur.
Durch das auf das gewöhnliche Sintern folgende Nachsintern ist es möglich, keramische
mechanische Bauteile mit komplizierter Form herzustellen, da das Heißpressen
wegfallen kann, wobei diese Bauteile ausgezeichnete mechanische Festigkeit, insbesondere
in bezug auf die Schlagbiegefestigkeit, aufweisen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:
Fig. 1 eine schematische vergrößerte Darstellung der Struktur eines gesinterten Siliciumcarbid-
und Siliciumnitrid-Basiskörpers, der nach einem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellt wurde;
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Sinterns bei gewöhnlichem Druck und des
Nachsinterns in Abhängigkeit von der Sintertemperatur und dem Stickstoff-Partialdruck
gemäß den Beispielen der Erfindung; und
Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Bedingung zeigt, bei der die Schlagbiegefestigkeit
des gesinterten Körpers gemessen wurde.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Siliciumcarbid-
und Siliciumnitrid-Basiskörpers werden folgende Schritte nacheinander ausgeführt:
Sintern einer Mischung, enthaltend als Hauptkomponenten, ein Siliciumcarbidpulver
vom β-Typ und ein Siliciumnitridpulver vom α-Typ bei Normaldruck und einer
ersten vorbestimmten Temperatur. Nachsintern der gesinterten Mischung bei einem
Stickstoffgas-Druck im Bereich von 10,1 bis 2026 Bar und einer zweiten Temperatur
im Bereich von 1850 bis 1950°C, die 100 bis 200°C höher ist als die erste vorbestimmte
Temperatur.
Um die Zähigkeit oder Festigkeit des als Hauptkomponente Siliciumnitrid enthaltenden
gesinterten Körpers zu verbessern, wurde vorgeschlagen, daß ein Vermischen
weiterer Partikelkomponenten (wie Siliciumcarbidpartikel) mit größerer Partikelgröße
als Siliciumnitrid so durchgeführt wird, daß das Brechen des gesinterten Körpers
kompliziert wird, um dessen Festigkeit zu verbessern. Jedoch führt in diesem
Fall das Einmischen größerer Partikel zu einer Vergrößerung der Bruchquelle,
wodurch die Möglichkeit zur Herabsetzung der Festigkeit des gesinterten
Körpers geschaffen wird. Andererseits wird beim Mischen von Partikelkomponenten,
die eine kleinere Partikelgröße als die Siliciumnitridpartikel haben, eine
Entmischung der kleineren Komponentenpartikel an der Korngrenze erfolgen, so
daß eine Verbesserung der Bruchzähigkeit und der Bruchfestigkeit nur gering ist.
Mit Hinblick hierauf wird entsprechend der Erfindung ein Verbundkörper oder gesinterter
Körper mit einer Entmischung des Siliciumcarbids, gebildet in Korngröße,
zuerst durch Sintern bei gewöhnlichem Druck hergestellt. Der so hergestellte gesinterte
Verbundkörper wird nachgesintert, um die Siliciumnitridpartikel vom β-Typ
gleichmäßig wachsen zu lassen, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, die eine schematische
mikroskopische Veranschaulichung der Struktur des gesinterten Siliciumcarbid-
und Siliciumnitrid-Basisverbundkörpers wiedergibt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist,
wird in der Struktur des gesinterten Siliciumcarbid- und Siliciumnitrid-Basiskörpers
1 gemäß der Erfindung ein Siliciumcarbidkorn 3 vom β-Typ genommen und in
einem Siliciumnitridkorn 2 vom α-Typ angeordnet, wobei die Festigkeit und Zähigkeit
des gesinterten Körpers oder des Verbundkörpers in hohem Maße verbessert
wird. Das Bezugszeichen 4 in Fig. 1 bezeichnet eine Glasphase an der Korngrenze.
Das im Anschluß an das Sintern bei normalen Druck erfolgende Nachsintern wird
bei einer Temperatur durchgeführt, die 100 bis 200°C höher ist als beim gewöhnlichen
Sinterprozeß und bei einem Stickstoffdruck, der nicht niedriger als 10,1 Bar
ist, um eine Zersetzung des Siliciumnitrids zu vermeiden. Der Stickstoffdruck
beim Nachsintern liegt geeigneterweise in einem Bereich von 10,1 bis 2026 Bar,
was durch vielfältige Experimente bestätigt wurde.
Vorzugsweise enthält der gesinterte Siliciumcarbid- und Siliciumnitrid-Basiskörper
5 bis 15 Vol.-% an β-Siliciumcarbid mit einem Rest, der Siliciumnitrid vom β-Typ
einschließt, und einer Glasphase an der Korngrenze, wobei die Glasphase durch Zugabe
geeigneter Sinterhilfen erzeugt wurde. Zusätzlich ist es bevorzugt, daß das Siliciumcarbidpulver
vom β-Typ, das für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
verwendet wird, eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 0,2 bis 0,5 µm
besitzt.
Nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird durch das auf das Sintern
bei normalem Druck folgende Nachsintern das Wachsen des Siliciumnitridkorns als
Matrix verursacht, wobei eine Struktur geschaffen wird, daß der nach β-Siliciumcarbidkorns
in dem β-Siliciumnitrid angeordnet wird. Demgemäß besitzt ein gesinterter
Körper mit solch einer Struktur eine hohe Festigkeit sowie eine niedrige Härte und
tendiert daher zur Stoß- oder Schlagabsorption mit höherer Zähigkeit aus folgenden
Gründen: Eine von außen auf dem gesinterten Körper einwirkende Belastung wird durch das
Siliciumcarbidkorn innerhalb des Siliciumnitridkorns wirksam absorbiert und ein
Bruch wird um das Siliciumcarbidkorn herum verursacht unter der Wirkung eines
Unterschieds im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Siliciumcarbid
und dem Siliciumnitrid, was zu einer plastischen Deformation der Struktur
führt.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des gesinterten
Siliciumcarbid- und Siliciumnitrid-Basiskörpers anhand von Beispielen im Vergleich
mit Bezugsbeispielen und Vergleichsbeispielen gemäß Tabelle 1 näher erläutert.
Ein Basispulver wurde durch Vermischen von 85 Gew.-% α-Si₃N₄, 10 Gew.-% Y₂O₃
als Sinterhilfsmittel und 5 Gew.-% Al₂O₃ hergestellt. Dieses Basispulver wurde in
Mengen von 95, 90 und 85 Vol.-% mit 5, 10 und 15 Vol.-% β-SiC-Pulver mit einer
durchschnittlichen Teilchengröße von 0,3 µm in Ethanol unter Verwendung einer
Kugelmühle vermischt und ergab drei Arten Mischungspulver. Nach dem Trocknen
wurde jedes Mischungspulver durch ein sogenanntes kaltes isostatisches Pressen bei
einem Kompressionsdruck von 4 Tonnen verdichtet, wodurch drei Arten Preßkörper
erhalten wurden. Jeder der Preßkörper wurde bei einer Temperatur von 1750°C 3
Stunden bei Normaldruck in einer Stickstoffatmosphäre bei einem Druck von 1,01 Bar
gesintert. Anschließend wurde der gesinterte Preßkörper einem
Nachsintern bei einer Temperatur von 1850°C für 1 Stunde bei einem Stickstoffdruck
von 1013 Bar unterzogen, wobei sich drei Arten von gesinterten Siliciumcarbid-
und Siliciumnitrid-Basiskörper ergaben. Die Änderungen der Temperatur
und des Atmosphärendrucks beim vorstehend genannten Normaldrucksintern
und dem Nachsintern sind in der graphischen Darstellung gemäß Fig. 2 gezeigt.
Anschließend wurden vielfältige Test mit den gesinterten Verbundkörpern durchgeführt,
um von diesen charakteristische Werte zu erhalten. Zunächst wurde die Dichte
jedes gesinterten Verbundkörpers gemessen. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 aufgeführt,
wodurch bestätigt wird, daß die gesinterten Verbundkörper der Beispiele 1, 2 und 3 eine
hohe Dichte besitzen im Bereich von 3,29 bis 3,31 g/cm³. Zusätzlich wurde die
Kristallphase jedes gesinterten Verbundkörpers untersucht. Im Ergebnis wurde bestätigt,
daß jeder gesinterte Verbundkörper β-SiC und β-Si₃N₄ als Hauptkomponente
oder als Basis enthielt. Weiterhin wurde jeder gesinterte Verbundkörper Tests zur
Messung der Biegefestigkeit (σf), der Bruchfestigkeit (Kic), der Härte (Hv) und der
Schlagbiegefestigkeit (Vc) unterworfen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind
in Tabelle 1 aufgeführt.
Die Biegefestigkeit (σf) wurde mit einem sogenannten Vierpunkt-Biegetest gemäß
dem japanischen Industriestandard R1601 gemessen. Die Bruchfestigkeit (Kic) wurde
mit einem sogenannten Vertiefungsverfahren gemessen. Die Härte wurde mittels eines
Vickers-Härtetesters gemessen. Die Schlagzähigkeit wurde wie folgt gemessen:
Ein Zirkoniumkügelchen mit einem Durchmesser von 1,0 mm wurde in einer Probe
des gesinterten Verbundkörpers gefahren, wobei die Rate (Vc), bei der ein Absenken
der Festigkeit auftrat, wie in Fig. 3 gezeigt, bestimmt wurde. Die Schlagbiegefestigkeit
(Vc) beträgt vorzugsweise 300 m/s für das Material eines Strukturteils, der relativ
strenge Charakteristiken erfordert.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde bestätigt, daß die drei Arten von gesinterten Verbundkörpern
eine gute Biegefestigkeit (σf), Bruchfestigkeit (Kic), Härte (Hv) und Schlagbiegefestigkeit
(Vc) aufweisen. Daher wurden die gesinterten Verbundkörper der Beispiele
1 bis 3 bezüglich ihrer Festigkeit und Schlagbiegefestigkeit verbessert unter der
Wirkung eines hohen Bruchzähigkeitswerts und der Wirkung des Siliciumcarbidkorns
im Siliciumnitrid, das die ausgeübte Belastung adsorbiert.
Gesinterte Verbundkörper der Bezugsbeispiele 1 und 2 wurden auf ähnliche Weise wie
in den Beispielen 1, 2 und 3 hergestellt (einschließlich Sintern bei Normaldruck und
Nachsintern) mit der Ausnahme, daß das Basispulver in Mengen von 97 und 80 Vol.-%
mit 3 und 20 Vol.-% des β-SiC-Pulvers gemischt wurde, so daß die gesinterten Körper
die β-SiC-Phase und die β-Si₃N₄-Phase enthielten. Anschließend wurden dieselben
Tests wie in den Beispielen 1, 2 und 3 zum Erhalt der charakteristischen Werte
jedes gesinterten Körpers durchgeführt. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Wie sich aus Tabelle 1 ergibt, ist im Bezugsbeispiel 1, das weniger β-SiC enthält, der
vorteilhafte Effekt des β-SiC nicht sichtbar, so daß die Biegefestigkeit, die Bruchzähigkeit
und die Schlagzähigkeit jedes gesinterten Körpers im Vergleich zu jenen der
Beispiele 1, 2 und 3 alle niedriger waren. Im Fall des Bezugsbeispiels 2, das mehr β-SiC
enthält, war die Schlagbiegefestigkeit niedriger, während die Biegefestigkeit und
die Bruchfestigkeit gut waren. Im Ergebnis wurde bestätigt, daß es bevorzugt ist,
wenn die gesinterten Körper 5 bis 15 Vol.-% β-SiC enthielten.
Zuerst wurde ein Basispulver hergestellt durch Mischen von 85 Gew.-% Si₃N₄, 10
Gew.-% Y₂O₃ als Sinterhilfsmittel und 5 Gew.-% Al₂O₃. Das Basispulver wurde in einer
Menge von 90 Vol.-% mit 10 Vol.-% β-SiC-Pulver mit einer durchschnittlichen
Teilchengröße von 0,3 µm zur Bildung eines Mischungspulvers gemischt. Jedes der
Basispulver allein (in Vergleichsbeispiel 1) und das Mischungspulver (in Vergleichsbeispiel
2) wurden in Ethanol unter Verwendung einer Kugelmühle gemischt. Nach
Trocknen wurden die so hergestellten und gut gemischten Pulver durch kaltes isostatisches
Pressen verdichtet unter Ausbildung eines Verbund- oder Preßkörpers. Der
Körper wurde bei Normaldruck, einer Temperatur von 1750°C 3 Stunden in einer
Stickstoffatmosphäre bei einem Druck von 1,01 Bar unter Ausbildung eines
gesinterten Körpers gesintert.
Es wurden vielfältige Tests mit den gesinterten Körpern durchgeführt, um die charakteristischen
Werte jedes gesinterten Körpers der Vergleichsbeispiele 1 oder 2 auf
dieselbe Weise, wie in den Beispielen 1, 2 und 3, zu erhalten. Die Testergebnisse sind
in Tabelle 1 aufgeführt. Wie sich aus Tabelle 1 ergibt, wurde bestätigt, daß nur das gewöhnliche
Sintern zu gesinterten Körpern mit hoher Härte führt, die jedoch zerbrechlich
sind.
Zuerst wurde ein Basispulver durch Mischen von 85 Gew.-% α-Si₃N₄, 10 Gew.-%
Y₂O₃ als Sinterhilfsmittel und 5 Gew.-% Al₂O₃ hergestellt. Das Basispulver wurde in
einer Menge von 90 Vol.-% mit 10 Vol.-% β-SiC-Pulver mit einer durchschnittlichen
Teilchengröße von 0,3 µm zur Bildung eines Mischungspulvers gemischt. Jedes der
Basispulver allein (in Vergleichsbeispiel 3) und das Mischungspulver (Vergleichsbeispiel
4) wurden in Ethanol unter Verwendung einer Kugelmühle vermischt. Nach
Trocknen wurde das so hergestellte, gut gemischte Pulver durch kaltes isostatisches
Pressen unter Ausbildung eines Verbund- oder Preßkörpers verdichtet. Der Verbundkörper
wurde einem Heißpressen bei einer Temperatur von 1720 bis 1740°C für 30
Minuten in einer Stickstoffgasatmosphäre bei einem Druck von 1,01 Bar
zur Ausbildung eines gesinterten Körpers unterworfen.
Es wurden vielfältige Tests mit den gesinterten Körpern durchgeführt, um die charakteristischen
Werte jedes der gesinterten Körper der Vergleichsbeispiele 3 oder 4
auf dieselbe Weise wie in den Beispielen 1, 2 und 3 zu erhalten. Die Testergebnisse
sind in Tabelle 1 aufgeführt. Wie sich aus Tabelle 1 ergibt, wurde bestätigt, daß nur
das Heißpressen zu einem gesinterten Körper mit hoher Härte führt, der jedoch zerbrechlich
ist.
Gesinterte Körper der Vergleichsbeispiele 5, 6 und 7 wurden auf ähnliche Weise wie in
Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, daß der N₂-Gasdruck beim Nachsintern 10,1 Bar
in Vergleichsbeispiel 5 und 101,3 Bar in Vergleichsbeispiel 6
betrug, wobei die Temperatur bei den Vergleichsbeispielen 5, 6 und 7 beim Nachsintern
1750°C betrug (dies war dieselbe Temperatur wie beim Normaldrucksintern in
Beispiel 2).
Dann wurden dieselben Tests wie in Beispiel 2 mit den so erhaltenen gesinterten Körpern
durchgeführt, um deren charakteristische Werte zu erhalten. Die Testergebnisse
sind in Tabelle 1 aufgeführt und zeigen, daß die gesinterten Körper niedrigere Schlagzähigkeitseigenschaften
aufweisen, während sie eine relativ hohe Härte besitzen, für
den Fall, daß die Temperatur beim Nachsintern dieselbe ist wie beim Normaldrucksintern.
Gesinterte Körper der Beispiele 4 und 5 wurden auf ähnliche Weise wie in Beispiel 2
hergestellt, mit der Ausnahme, daß Stickstoffgasdruck beim Nachsintern auf 10,1 Bar
bzw. 101,3 Bar abgesenkt wurde. Ein gesinterter Körper gemäß Beispiel 6
wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die
Temperatur beim Nachsintern auf 1950°C erhöht wurde. Ein gesinterter Körper gemäß
Beispiel 7 wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme,
daß der Stickstoffgasdruck beim Nachsintern auf 2026 Bar erhöht
wurde und daß die Temperatur beim Nachsintern auf 1950°C erhöht wurde.
Dann wurden ähnliche Tests wie in Beispiel 2 durchgeführt, um die charakteristischen
Werte der sich ergebenden gesinterten Körper zu erhalten. Die Testergebnisse
sind in Tabelle 1 aufgeführt und zeigen, daß die gesinterten Körper alle gute Werte der
verschiedenen Charakteristiken besaßen.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Siliciumcarbid- und Siliciumnitrid-Basiskörpers,
dadurch gekennzeichnet, daß folgende
Schritte in folgender Reihe durchgeführt werden:
Sintern einer Mischung, die als Hauptkomponenten ein Siliciumcarbidpulver vom β-Typ und ein Siliciumnitridpulver vom α-Typ enthält, bei Normaldruck und einer ersten vorbestimmten Temperatur; und
Nachsintern der gesinterten Mischung bei einem Stickstoffdruck im Bereich von 10,1 bis 2026 Bar und einer zweiten vorbestimmten Temperatur, im Bereich von 1850 bis 1950°C, die 100 bis 200°C höher ist als die erste vorbestimmte Temperatur.
Sintern einer Mischung, die als Hauptkomponenten ein Siliciumcarbidpulver vom β-Typ und ein Siliciumnitridpulver vom α-Typ enthält, bei Normaldruck und einer ersten vorbestimmten Temperatur; und
Nachsintern der gesinterten Mischung bei einem Stickstoffdruck im Bereich von 10,1 bis 2026 Bar und einer zweiten vorbestimmten Temperatur, im Bereich von 1850 bis 1950°C, die 100 bis 200°C höher ist als die erste vorbestimmte Temperatur.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung
vor dem Sintern unter Ausbildung eines Verbund- oder Preßkörpers
verdichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
vorbestimmte Temperatur etwa 1750°C beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern
in einer Stickstoffgasatmosphäre bei einem Druck von 1,01 Bar
durchgeführt wird.
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Publications (2)
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DE4102426A1 DE4102426A1 (de) | 1991-08-01 |
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Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0450174A (ja) * | 1990-06-19 | 1992-02-19 | Nissan Motor Co Ltd | 炭化珪素―サイアロン質複合焼結体の製造方法 |
JP2746761B2 (ja) * | 1990-12-28 | 1998-05-06 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体の製造方法 |
US5250278A (en) * | 1991-06-19 | 1993-10-05 | Phillips Petroleum Company | Method for producing a ceramic product |
US5511959A (en) * | 1991-08-06 | 1996-04-30 | Hitachi, Ltd. | Scroll type fluid machine with parts of sintered ceramics |
WO1993004012A1 (en) * | 1991-08-13 | 1993-03-04 | Sumitomo Electric Industries Ltd. | Composite silicon nitride sinter and production thereof |
US5401450A (en) * | 1991-12-20 | 1995-03-28 | Nissan Motor Co., Ltd | β-silicon nitride sintered body and method of producing same |
JP2723170B2 (ja) * | 1994-06-30 | 1998-03-09 | 科学技術庁無機材質研究所長 | 超塑性窒化ケイ素焼結体 |
JP3317421B2 (ja) * | 1994-08-30 | 2002-08-26 | 日産自動車株式会社 | 炭化ケイ素/窒化ケイ素複合材料およびその製造方法 |
US5739554A (en) * | 1995-05-08 | 1998-04-14 | Cree Research, Inc. | Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer |
DE19730770C2 (de) * | 1996-08-06 | 2001-05-10 | Wacker Chemie Gmbh | Porenfreie Sinterkörper auf Basis von Siliciumcarbid, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Substrate für Festplattenspeicher |
US6610113B1 (en) * | 1999-09-09 | 2003-08-26 | Kennametal Pc Inc. | Process for heat treating ceramics and articles of manufacture made thereby |
CN114988879B (zh) * | 2022-06-30 | 2023-03-21 | 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 | 一种大型复相反应烧结碳化硅制品及制备方法 |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4184882A (en) * | 1976-03-25 | 1980-01-22 | Westinghouse Electric Corp. | Silicon nitride-silicon carbide composite material |
DE3141590C2 (de) * | 1980-10-20 | 1985-01-03 | Kobe Steel, Ltd., Kobe, Hyogo | Verfahren zur Herstellung von hochdichtem gesintertem Siliziumnitrid |
JPS57209884A (en) * | 1981-06-17 | 1982-12-23 | Kobe Steel Ltd | Manufacture of high strength silicon carbide sintered body |
DE3142058A1 (de) * | 1981-10-23 | 1983-05-05 | Elektroschmelzwerk Kempten GmbH, 8000 München | Praktisch porenfreie formkoerper aus polykristallinem siliciumnitrid und siliciumcarbid und verfahren zu ihrer herstellung durch isostatisches heisspressen |
JPS5891070A (ja) * | 1981-11-27 | 1983-05-30 | 旭硝子株式会社 | 炭化珪素と窒化珪素の複合焼結体の製法 |
JPS6046973A (ja) * | 1983-08-25 | 1985-03-14 | 大森 守 | 炭化珪素一窒化珪素焼結複合材料とその製造方法 |
JPS60171282A (ja) * | 1984-02-10 | 1985-09-04 | 黒崎窯業株式会社 | Si↓3Ν↓4−SiC系セラミツクス焼結体の製造方法 |
JPS6136176A (ja) * | 1984-07-26 | 1986-02-20 | 三菱マテリアル株式会社 | SiC−Si↓3N↓4−Si系焼結体及びその製造方法 |
DE3662872D1 (en) * | 1986-11-25 | 1989-05-24 | Battelle Memorial Institute | Pulverulent silicon nitride composition reinforced with silicon carbide whiskers and its use for the manufacturing of sintered parts |
JPH0672055B2 (ja) * | 1986-12-05 | 1994-09-14 | 日産自動車株式会社 | β−SiCウイスカ/β−Si▲下3▼N▲下4▼複合体の製造方法 |
US4800182A (en) * | 1987-01-22 | 1989-01-24 | Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. | Silicon nitride-silicon carbide composite material and process for production thereof |
DE3708689A1 (de) * | 1987-03-17 | 1988-10-20 | Max Planck Gesellschaft | Verfahren zum heissisostatischen pressen von carbidfaser- und carbidwhisker verstaerkten siliziumnitridkoerpern |
US4920085A (en) * | 1987-04-02 | 1990-04-24 | Kyocera Corporation | Silicon nitride sintered body and process for preparation thereof |
US4826791A (en) * | 1987-05-29 | 1989-05-02 | Kennametal Inc. | Silicon carbide-alpha prime sialon beta prime sialon |
JP2566580B2 (ja) * | 1987-07-01 | 1996-12-25 | 日産自動車株式会社 | 炭化珪素・窒化珪素質複合焼結体 |
US4820663A (en) * | 1987-09-02 | 1989-04-11 | Kennametal Inc. | Whisker reinforced ceramic and a method of clad/hot isostatic pressing same |
JPH0672056B2 (ja) * | 1987-09-17 | 1994-09-14 | 日本特殊陶業株式会社 | 繊維強化セラミックスの製造方法 |
JPH01275470A (ja) * | 1988-04-28 | 1989-11-06 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体の製造法 |
-
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