DE4203269C2 - Verfahren zur Herstellung von Keramikformkörpern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Keramikformkörpern

Info

Publication number
DE4203269C2
DE4203269C2 DE19924203269 DE4203269A DE4203269C2 DE 4203269 C2 DE4203269 C2 DE 4203269C2 DE 19924203269 DE19924203269 DE 19924203269 DE 4203269 A DE4203269 A DE 4203269A DE 4203269 C2 DE4203269 C2 DE 4203269C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heated
borane
ceramic
powder
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19924203269
Other languages
English (en)
Other versions
DE4203269A1 (de
Inventor
Guenter Prof Dipl Ing D Petzow
Ralf Dipl Chem Dr Riedel
Joachim Dipl Chem Bill
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV filed Critical Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority to DE19924203269 priority Critical patent/DE4203269C2/de
Priority to PCT/EP1993/000256 priority patent/WO1993016014A1/de
Publication of DE4203269A1 publication Critical patent/DE4203269A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4203269C2 publication Critical patent/DE4203269C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/064Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel­ lung von Keramikformkörpern, die als Hauptbestandteile Bor und Stickstoff oder Bor, Stickstoff und Kohlenstoff enthal­ ten.
Gemäß dem Stand der Technik werden Keramikformkörper aus Bor­ carbidnitrid ("BCN") und Bornitrid bei hohen Temperaturen zwischen 1800 und 2000°C durch druckloses Sintern, Heißpres­ sen oder heißisostatisches Pressen von entsprechenden pulver­ förmigen keramischen Ausgangsmaterialien in Gegenwart von Additiven, die zur Dichteerhöhung des resultierenden Formkör­ pers erforderlich sind, hergestellt. In Gmelin, Handbook of Inorganic Chemistry, Springer Verlag Berlin-Heidelberg-New York (1981), B. Boron, Supplement Volume 2, S. 239, wird beispielsweise beschrieben, daß Borcarbidnitrid aus B4C-Pul­ ver durch Erhitzen auf 1800 bis 1900°C in einer N2-Atmosphäre unter Druck oder aus BN + B4C-Gemischen in Gegenwart von Gummi als Plastifizierer ebenfalls durch Erhitzen unter Druck hergestellt werden kann.
Diese konventionellen pulvermetallurgischen Herstellungsme­ thoden haben jedoch verschiedene Nachteile:
  • 1. Es ist schwierig, eine homogene Verteilung der Additive in der Pulvermatrix zu erreichen. Zur Verbesserung der Homogenität müssen komplizierte Mahlprozeduren oder naßchemische Methoden angewandt werden. Dennoch ist das Auftreten von Inhomogenitäten unvermeidbar und kann zu einer Rißbildung aufgrund eines nicht gleichförmigen Schrumpfens des Keramikkörpers während des Sinterprozes­ ses führen. Keramikwaren, die auf diese Weise herge­ stellt worden sind, weisen daher oft eine geringe Qualität auf.
  • 2. Die hohen Temperaturen, die zur Verdichtung der Keramik­ pulver angewandt werden müssen, verursachen hohe Ener­ giekosten.
  • 3. Nach dem Sintern erhält man polykristalline Materialien. Daher begrenzt in vielen Fällen die Zusammensetzung einer Korngrenzenphase in großem Ausmaß die mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Materials, insbe­ sondere bei hohen Temperaturen.
Es ist weiterhin bekannt, daß dünne Filme von Borcarbidnitrid und Bornitrid durch Abscheidung aus der Gasphase aus einem Gemisch von BCl3, CCl4, N2 und H2 hergestellt werden können. Auf diese Weise ist es jedoch nicht möglich, Keramikformkör­ per herzustellen.
Aus Advanced Materials 3 (1991), 551-552 ist bekannt, daß bei einem Erhitzen von Pyridin-Boran auf 1050°C schaumartige Produkte der Zusammensetzung BC4N bzw. BN entstehen können. Die Herstellung von Keramikkörpern ist jedoch nicht beschrieben.
DE-OS 28 03 658 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidkörpern aus Polycarbosilan, wobei zunächst Orga­ nosiliciumverbindungen polymerisiert werden, um ein unlösliches und unschmelzbares Polycarbosilan zu erhalten, das (nach Mah­ len) thermisch zu Siliciumcarbid zersetzt wird. Das entstandene Siliciumcarbid wird erneut vermahlen, in einen Formkörper verpreßt und gesintert. Ein von der Verfahrensführung her einfacherer Prozeß, bei dem direkt das Zwischenprodukt Polycar­ bosilan zu Formkörpern verpreßt und anschließend thermisch zersetzt wird, wird als nachteilig beschrieben, da die resul­ tierenden Formkörper Gaseinschlüsse bzw. Gashöhlungen an der Oberfläche aufweisen und eine nicht zufriedenstellende Biegefe­ stigkeit haben.
In US-5,015,607 ist ein Verfahren zur Herstellung von B/N bzw. B/N/Si Keramikpolymeren offenbart, wobei zunächst ein Keramik- Vorpolymer aus Halogen-Amin-Boranen und Amin-Verbindungen gebildet wird, das Vorpolymer gegebenenfalls thermisch behan­ delt wird, um den Quervernetzungsgrad zu erhöhen, und anschlie­ ßend durch Pyrolyse in Bornitrid überführt wird. Dieses Ver­ fahren ist geeignet zur Herstellung von Bornitridfasern, wobei das Extrudieren vor dem Pyrolyseschritt durchgeführt wird. Die Herstellung hochfester Keramikformkörper ist jedoch nicht offenbart.
Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfah­ ren zur Herstellung dichter und rißfreier Monolithe aus Bor­ nitrid und Borcarbidnitrid mit guten Isolier- oder Halblei­ tereigenschaften auch bei hohen Temperaturen bereitzustel­ len, bei dem die Nachteile des Standes der Technik mindestens teilweise beseitigt sind.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Keramikformkörpern, die als Hauptbestand­ teile Bor und Stickstoff oder Bor, Stickstoff und Kohlenstoff enthalten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man
  • a) ein Amin-Boran von aromatischen oder/und nicht-aromati­ schen N-heterocyclischen Verbindungen durch chemische oder thermische Quervernetzung oder/und Erhitzen unter einer nicht-oxidierenden Atmosphäre in ein unschmelzba­ res Produkt überführt,
  • b) das Produkt aus (a) durch Zerkleinern in ein Pulver überführt und
  • c) das Pulver aus (b) oder einen aus dem Pulver herge­ stellten Preßling bei einer Temperatur von mindestens 700°C unter einer nicht-oxidierenden Atmosphäre erhitzt, wobei ein Keramikkörper gebildet wird.
Es werden Keramikformkörper hergestellt, die als Hauptbe­ standteile, d. h. zu mindestens 95%, vorzugsweise mindestens 99%, die Elemente Bor und Stickstoff oder Bor, Stickstoff und Kohlenstoff enthalten. Die Keramikformkörper können Ver­ bundstoffe aus mehreren Phasen enthalten. Vorzugsweise han­ delt es sich jedoch um Körper aus einer einheitlichen Phase.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden unschmelzbare Polyme­ risations- bzw. Zersetzungsprodukte metallorganischer Polyme­ re, die B, N und C enthalten, als keramische Vorstufen ver­ wendet. Überraschenderweise können auf diese Weise keramische Formkörper aus Bornitrid oder Borcarbidnitrid (als eine ein­ heitliche Phase oder als ein Verbundstoff aus mehreren Pha­ sen) hergestellt werden. Das Verhältnis von B : N : C im resultierenden Keramikformkörper und die Bandlücke des resul­ tierenden Keramikmaterials können durch die Auswahl der als Ausgangsmaterial verwendeten Amin-Borane beeinflußt werden. Die erfindungsgemäßen Formkörper zeichnen sich durch verbes­ serte physikalische und chemische Eigenschaften gegenüber bekannten BN- bzw. BNC-Formkörpern aus.
Als Ausgangsmaterial werden Borane von aromatischen oder/und nicht-aromatischen N-heterocyclischen Verbindungen verwendet. Der Begriff "N-heterocyclische Verbindung" im Sinne der vor­ liegenden Erfindung umfaßt organische Verbindungen, die Koh­ lenstoff, Wasserstoff und Stickstoff und im wesentlichen kein Halogen enthalten und die mindestens ein Stickstoffatom als Bestandteil einer Ringstruktur aufweisen. Die Borane von aliphatischen acyclischen N-Verbin­ dungen wie etwa Trimethylamin, Triethylamin, Triisopropylamin oder Dimethylamin sind hingegen als Ausgangsmaterialien nicht geeignet.
Beispiele für bevorzugte Ausgangsmaterialien sind etwa Pyri­ din-Boran (C5H5N · BH3) oder Piperazin-Boran (C4H10N2 · BH3) oder auch Lutidin-Borane. Geht man von Pyridin-Boran aus und arbeitet man bei Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens unter einer Edelgasatmosphäre, so erhält man einen Keramik­ formkörper mit etwa dem stöchiometrischen Verhältnis BNC4. Bei Verwendung von Piperazin-Boran erhält man in diesem Fall einen Keramikformkörper mit dem stöchiometrischen Verhältnis BNC2.
In Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das unschmelzbare Produkt zerkleinert, vorzugsweise durch Mahlen in einer Kugelmühle, die ZrO2-Kugeln oder WC-Kugeln enthält. Das auf diese Weise gebildete Pulver weist vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 100 µm auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in mehreren Ausführungs­ formen durchgeführt werden. Gemäß der ersten und weniger bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt (a) das Amin- Boran bereits durch ein Erhitzen auf 700 bis 1050°C in ein Pyrolyseprodukt überführt und in Schritt (c) auf eine Tempe­ ratur von 1800 bis 2200°C, vorzugsweise 1900 bis 2100°C er­ hitzt. Vorzugsweise wird dabei das in Schritt (b) durch Mahlen zu einem Pulver zerkleinerte Pyrolyseprodukt in Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Anwendung von äußerem Druck (vorzugsweise 20 bis 100 MPa) in einer Edelgasatmosphäre zu einem von Rissen freien und sehr bestän­ digen Werkstoff verpreßt, der entweder die Phasen BNC4 oder C, BN und B4C enthält.
Gemäß einer weiteren und besonders bevorzugten Ausführungs­ form wird das erfindungsgemäße Verfahren derart durchgeführt, daß man in Schritt (a) das Amin-Boran durch chemische oder/und thermische Quervernetzung bei einer Temperatur bis zu 400°C in ein unschmelzbares Polymer überführt. Bei dieser Methode findet im Gegensatz zur oben genannten Ausfüh­ rungsform in Schritt (a) keine nennenswerte Pyrolyse des Amin-Borans statt. In Schritt (c) wird auf eine Temperatur von 700 bis 1100°C, vorzugsweise 720 bis 1050°C erhitzt. Vorzugsweise wird dabei in Schritt (c) zunächst das Pulver durch Anwendung von Druck zu einem Grünkörper verpreßt und anschließend der resultierende Grünkörper drucklos erhitzt. Auf diese Weise wird ein homogener Keramikformkörper erzeugt, der im wesentlichen aus einer einheitlichen, die Elemente B und N bzw. B, N und C enthaltenden Phase besteht.
Die chemische oder/und thermische Quervernetzung des Amin- Borans in Schritt (a) erfolgt vorzugsweise durch Erhitzen auf 100 bis 400°C unter Argon für eine Dauer von 1 bis 3 Stunden. In diesem Schritt wird eine unschmelzbare polymere Keramik­ vorstufe erhalten. Die Polymerisation und Quervernetzung kann über B-H- und N-H-Gruppen erreicht werden. Im Falle von Pyri­ din-Boran wird ein dreidimensionales Netzwerk durch eine Hydroborierungsreaktion des Pyridinrings aufgebaut.
Nach dem Mahlen wird das auf diese Weise erzeugte, stark quervernetzte Polymerpulver zu einem Grünkörper verpreßt. Dies kann beispielsweise durch kaltisostatisches oder uni­ axiales Pressen erfolgen. Dabei ist es wichtig, darauf zu achten, daß der Keramikformkörper nach dem Herstellungsprozeß eine offene Porosität aufweist.
Die Pyrolyse des resultierenden Grünkörpers erfolgt bei einer Temperatur von 700 bis 1100°C, vorzugsweise 720 bis 1050°C. Oberhalb 1800°C wird zunehmend eine Phasenentmischung, d. h. die Bildung eines BN-, C- und B4C-Phasen enthaltenden Ver­ bundstoffs beobachtet. Wird die Herstellung eines derartigen Verbundstoffes gewünscht, so kann die Pyrolysetemperatur natürlich auch auf einen Wert bis zu 2200°C erhöht werden.
Das Erhitzen beim Pyrolyseschritt wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10°C pro Minute, besonders bevor­ zugt mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 1°C pro Minute durchgeführt. Der Zusammenhang zwischen Pyrolysetemperatur und der Dauer der Pyrolyse ist dadurch gegeben, daß eine möglichst quantitative Beseitigung von B-H-Bindungen erreicht werden soll und dies bei einer höheren Temperatur schneller erfolgt. Im allgemeinen beträgt die Pyrolysedauer 1 bis 3 Stunden.
Bei Durchführung der Pyrolyse unter einer Edelgasatmosphäre erhält man ein Bornitridcarbid, in dem das stöchiometrische Verhältnis der Bestandteile B, N und C im wesentlichen durch die Art des verwendeten Ausgangsmaterials bestimmt wird (sie­ he oben). Erfolgt die Pyrolyse hingegen unter einer Atmosphä­ re, die Stickstoff (in Form von Ammoniak) enthält, so findet man in Abhängigkeit des Ammoniakgehalts und der Pyrolysedauer eine Abnahme des C-Anteils im resultierenden Keramikformkör­ per. Führt man beispielsweise die Pyrolyse unter Ammoniak bei 1050°C mit einer zweistündigen Verweildauer bei dieser Tempe­ ratur durch, so erhält man einen Keramikformkörper aus Borni­ trid mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,75 Gew.-%.
Während der Pyrolyse entwickeln sich gasförmige Reaktionspro­ dukte aufgrund einer thermischen Umwandlung der metallorgani­ schen Vorstufe in das Keramikmaterial. Der Grünkörper wird in ein Keramikmaterial überführt, das im Vergleich zu konventio­ nell hergestellten Keramikteilen eine hervorragende Abnut­ zungsbeständigkeit aufweist. Die dichten Borcarbidnitridpro­ ben zeigen Werte der Bruchfestigkeit bis zu 50 MPa, die den Werten von graphitähnlichen Materialien entsprechen. Es wird angenommen, daß während der Pyrolyse neue kovalente Bindungen zwischen den Polymerpulverteilchen erzeugt werden. Im Falle eines aus Pyridin-Boran erhaltenen Borcarbidnitridkörpers wurde eine offene Porosität von 20 bis 25% durch Quecksil­ berdruckporosimetrie bestimmt. Das Porenvolumen enthält über­ wiegend Poren mit einem Radius <400 nm. Porengrößen von mehr als 900 nm können nicht durch Hg-Druckporosimetrie gefunden werden. Der Porenradius am Maximum der Porenvolumenverteilung ist etwa 400 nm. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Keramikformkörper ist die geringe Massendichte von ca. 1230 kg/m3. Unter Berücksichtigung der Festphasen­ dichte von 1590 kg/m3 eines pyrolisierten Polymerpulvers wird die relative Dichte mit 75 bis 80% bestimmt.
Die homogene Verteilung der Elemente B, N und C wird durch Mikroanalyse bei der SEM (Scanning Elektronen-Mikroskopie) gezeigt. Durch quantitative Punktanalyse (EELS) wurde gefun­ den, daß der erfindungsgemäß hergestellte Keramikformkörper aus Borcarbidnitrid in einer einheitlichen Phase besteht und nicht ein Gemisch von BN und Kohlenstoff ist.
Die elektrische Leitfähigkeit des aus Pyridin-Boran herge­ stellten Borcarbidnitrids kann z. B. von 16 S/m [1,6 · 10-1 (Ωcm)-1] bis 82 S/m [8,2·10-1 (Ωcm)-1] im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 500°C variieren. Der Logarithmus der Leitfähigkeit zeigt eine lineare Beziehung zum reziproken Wert der absoluten Tempera­ tur, was einer Bandlücke von 0,14 eV entspricht.
Die aus einer einheitlichen Phase bestehenden keramischen Monolithen können in mehrphasige Verbundstoffe überführt werden, die BN, C und B4C enthalten, wenn sie einem weiteren Erhitzen bei 1800 bis 2200°C unter einer inerten Atmosphäre ausgesetzt werden. Im Vergleich zum Ausgangsmaterial wird eine weitere lineare Schrumpfung von etwa 10% beobachtet. Es wird eine Enddichte von 1650 kg/m3 erreicht, was einer rela­ tiven Dichte von 91% bezüglich der Festphasendichte von 1820 kg/m3 eines auf dieselbe Weise hergestellten Pulvers ent­ spricht. Erhitzen bei 1800 bis 2200°C unter einer N2-Atmos­ phäre ergibt einen BN- und C-haltigen Verbundwerkstoff.
Der erfindungsgemäß bei 1050°C erhaltene BNC4-Keramikformkör­ per liegt mit seinen halbleitenden Eigenschaften zwischen BN (Isolator) und Graphit (elektrischer Leiter). Je nach der verwendeten Stöchiometrie des Borcarbidnitridformkörpers läßt sich diese Halbleitereigenschaft nach Wunsch einstellen.
Die erfindungsgemäß hergestellten Keramikformkörper, insbe­ sondere die einphasigen Keramikformkörper können als hochtem­ peraturbeständige Halbleiter oder/und Isolatormaterialien, z. B. in der Elektronikindustrie, verwendet werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiterhin in Verbindung mit der Zeichnung erläutern. Es zeigt:
Fig. 1 die Temperaturbeständigkeit von BN-, BNC2-, BNC4- und C-Pulvern an Luft.
Beispiel 1
3 g Pyridin-Boran wurden unter Argon mit 5°C/Minute auf 120°C erhitzt und bei dieser Temperatur für 3 Stunden gehalten. Das resultierende unschmelzbare, geschäumte Polymer wurde mit ZrO2-Kugeln in einer Kugelmühle gemahlen und zu einem zylindrischen Grünkörper kaltisostatisch ver­ preßt. Der Grünkörper wurde unter Argon bei 0,5°C/Minute bis 1050°C erhitzt und dort für 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Der Masseverlust war etwa 40 Gew.-%. Der resul­ tierende, monolithische, von Rissen freie und widerstandsfä­ hige Körper zeigte eine relative Enddichte von 77%, d. h. eine Massendichte von 1230 kg/m3 bezüglich einer maximalen Festphasendichte von 1590 kg/m3, wie durch pyknometrische Messungen bestimmt wurde. Die Mikrostruktur zeigte ein konti­ nuierliches Netzwerk von einphasigem, amorphem Borcarbidni­ trid mit einer offenen Porosität von 24%, wie durch Quecksilberdruckporosimetrie bestimmt wurde. Der Monolith zeigte Halbleitereigenschaften mit einer Bandlücke von 0,14 eV. Von Raumtemperatur bis 500°C variiert die elektrische Leitfähigkeit von 16 S/m [1,6·10-1 (Ωcm)-1] bis 82 S/m [8,2·10-1 (Ωcm)-1]. Die Bruchfestigkeit zeigt Werte bis zu 50 MPa, wie durch 3-Punkt- Biegetests bestimmt wurde.
Beispiel 2
Eine Pyrolyse des aus Pyridin-Boran erhaltenen Grünkörper­ preßlings von Beispiel 1 unter Ammoniak anstelle von Argon ergibt bei den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hell­ gelbe Monolithen aus Bornitrid mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,75 Gew.-%. Der Masseverlust ist etwa 75 Gew.-%.
Beispiel 3
Eine Pyrolyse eines aus Pyridin-Boran erhaltenen Grünkörpers gemäß Beispiel 1, aber bei einer Pyrolysetemperatur von 700°C anstelle von 1050°C ergab einen Keramikformkörper, der in seinen Eigenschaften dem Formkörper gemäß Beispiel 1 ähnlich war. Er zeigte jedoch eine etwas höhere Hydrolyseempfindlich­ keit.
Beispiel 4
Gemäß der Prozedur von Beispiel 1 wurde ein Keramikformkörper der Formel BNC2 aus Piperazin-Boran hergestellt. Das un­ schmelzbare Piperazin-Boranpolymer wurde durch 30-minütiges Tempern bei 400°C hergestellt. Die weitere Arbeitsweise er­ folgte entsprechend Beispiel 1.
Beispiel 5
8,5 g Pyridin-Boran wurden unter Argon bei 5°C/Minute bis auf 1050°C erhitzt und dort für 80 Minuten belassen. Der resul­ tierende schwarze Borcarbidnitridrückstand wurde mit WC-Ku­ geln gemahlen. Anschließend erfolgte ein Heißpressen des Pulvers bei 2100°C und einem Druck von 60 MPa für 10 Minuten. Es wurde ein von Rissen freier und widerstandsfähiger zylin­ drischer Keramikformkörper (Durchmesser 3,5 cm, Höhe 0,2 cm) und einer Porosität von 9,8% erhalten.
Beispiel 6
Keramische Monolithen, die wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt worden waren, wurden unter Argon auf 2200°C er­ hitzt und dort für 2 Stunden belassen. Elektronenspektrosko­ pie- und Röntgendiffraktionsmessungen zeigten an, daß eine Phasentrennung des einphasigen Borcarbidnitrids in die ther­ modynamisch stabilen Phasen C, BN und B4C stattgefunden hat­ te. Die resultierenden monolithischen, von Rissen freien und widerstandsfähigen Formkörper zeigen eine lineare Schrumpfung von etwa 10% und eine relative Enddichte von 91%, d. h. eine Massendichte von 1650 kg/m3 unter Annahme einer theoretischen Dichte von 1820 kg/m3, wie durch pyknometrische Messungen bestimmt wurde.
Beispiel 7
Es wurde der Beginn der Oxidation von BN-, BNC2-, BNC4- und C-Pulvern an Luft in Abhängigkeit von der Temperatur gemes­ sen. Diese Temperatur, mit der der Beginn der Sauerstoffauf­ nahme stattfindet, stellt die Beständigkeitsgrenze eines Keramikformkörpers dar.
Der Beginn der Sauerstoffabnahme entspricht einer Gewichtsab­ nahme bei der thermogravimetrischen Analyse (TGA). Das BN- Pulver wurde durch Pyrolyse von Borazan, das BNC4-Pulver durch Pyrolyse von Pyridin-Boran und das BNC2-Pulver durch Pyrolyse von Piperazin-Boran hergestellt.
Fig. 1 zeigt, daß eine direkte Korrelation der Beständigkeit mit dem Kohlenstoffgehalt besteht. Die Zersetzungstemperatur liegt um so niedriger, je höher der Kohlenstoffgehalt ist.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung von Keramikformkörpern, die als Hauptbestandteile Bor und Stickstoff oder Bor, Stickstoff und Kohlenstoff enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man
  • a) ein Amin-Boran von aromatischen oder/und nicht- aromatischen N-heterocyclischen Verbindungen durch chemische oder thermische Quervernetzung oder/und Erhitzen unter einer nicht oxidierenden Atmosphäre in ein unschmelzbares Produkt überführt,
  • b) das Produkt aus (a) durch Zerkleinern in ein Pulver überführt und
  • c) das Pulver aus (b) oder einen aus dem Pulver herge­ stellten Preßling bei einer Temperatur von minde­ stens 700°C unter einer nicht-oxidierenden Atmosphäre erhitzt, wobei ein Keramikkörper gebil­ det wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial Pyridin-Boran, Piperazin- Boran oder ein Lutidin-Boran verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Zerkleinern in Schritt (b) durch Mahlen auf eine Größe von 1 bis 100 µm durchführt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in Schritt (a) das Amin-Boran durch Erhitzen auf 700 bis 1050°C in ein keramisches Produkt überführt und in Schritt (c) auf eine Temperatur von 1800 bis 2200°C erhitzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man in Schritt (c) das Pulver unter Anwendung von äußerem Druck erhitzt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in Schritt (a) das Amin-Boran durch chemische oder/und thermische Quervernetzung bei einer Temperatur bis zu 400°C in ein unschmelzbares Polymer überführt und in Schritt (c) auf eine Temperatur von 700 bis 1100°C erhitzt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man in Schritt (c) zunächst das Pulver durch Anwen­ dung von Druck zu einem Grünkörper verpreßt und an­ schließend den resultierenden Grünkörper drucklos erhitzt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in Schritt (c) den Grünkörper auf 720 bis 1050°C erhitzt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Erhitzen in Schritt (c) mit einer Geschwin­ digkeit von bis zu 10°C pro Minute durchführt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man das Erhitzen mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 1°C pro Minute durchführt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man in Schritt (c) das Erhitzen unter einer edelgas­ haltigen Atmosphäre durchführt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man in Schritt (c) das Erhitzen in einer Ammoniak oder Stickstoff enthaltenden Atmosphäre durchführt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man den Keramikformkörper einem weiteren Erhitzen bei 1800 bis 2200°C unter einer inerten Atmosphäre un­ terzieht.
14. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 13 her­ gestellten Keramikformkörpers als hochtemperaturbestän­ diges Halbleiter- oder/und Isolatormaterial.
DE19924203269 1992-02-05 1992-02-05 Verfahren zur Herstellung von Keramikformkörpern Expired - Fee Related DE4203269C2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19924203269 DE4203269C2 (de) 1992-02-05 1992-02-05 Verfahren zur Herstellung von Keramikformkörpern
PCT/EP1993/000256 WO1993016014A1 (de) 1992-02-05 1993-02-04 Verfahren zur herstellung von keramikformkörpern und verwendung davon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19924203269 DE4203269C2 (de) 1992-02-05 1992-02-05 Verfahren zur Herstellung von Keramikformkörpern

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4203269A1 DE4203269A1 (de) 1993-08-12
DE4203269C2 true DE4203269C2 (de) 1995-01-19

Family

ID=6451000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19924203269 Expired - Fee Related DE4203269C2 (de) 1992-02-05 1992-02-05 Verfahren zur Herstellung von Keramikformkörpern

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE4203269C2 (de)
WO (1) WO1993016014A1 (de)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2803658A1 (de) * 1977-01-27 1978-08-10 Kyoto Ceramic Verfahren zur herstellung von dichten, gesinterten siliciumcarbidkoerpern aus polycarbosilan
FR2629463B1 (fr) * 1988-04-01 1990-12-14 Rhone Poulenc Chimie Procede de preparation de polymeres a base de bore et d'azote precurseurs de nitrure de bore

Also Published As

Publication number Publication date
WO1993016014A1 (de) 1993-08-19
DE4203269A1 (de) 1993-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2463206C2 (de)
EP0004031B1 (de) Dichte polykristalline Formkörper aus alpha-Siliciumcarbid und Verfahren zu ihrer Herstellung durch drucklose Sinterung
EP0002067B1 (de) Verfahren zur Herstellung von polykristallinen dichten Formkörpern aus Borcarbid durch drucklose Sinterung
DE3123974C2 (de)
EP0412428B1 (de) Keramische Verbundkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE69211801T2 (de) Präkeramische Bor-enthaltende Polymere
DE3127649A1 (de) Dichtgesinterter siliciumcarbid-keramikkoerper
DE2628342B2 (de) Siliciumcarbidsinterkörper und Verfahren zu deren Herstellung
EP0629594B1 (de) Verfahren zur Herstellung von polykristallinen dichten Formkörpern auf der Basis von Borcarbid durch drucklose Sinterung
DE102005051489A1 (de) Mehrphasen-Keramiknanoverbundstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE68904877T2 (de) Koerper hoher dichte aus mit siliciumcarbidpulvern gefuellten vorkeramischen polysilazanen.
CH623018A5 (en) Process for producing a sintered silicon carbide object
EP0071241B1 (de) Praktisch porenfreie Formkörper aus polykristallinem Siliciumcarbid, die durch isostatisches Heisspressen hergestellt worden sind
DE69503644T2 (de) Verfahren zur herstellung von keramischen gegenständen aus bornitrid
DE68906928T2 (de) Leitfaehiges material und verfahren zu seiner herstellung.
DE3500962C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus Siliciumcarbid
DE4241288A1 (de) Polymere Borosilazane und Alumosilazane, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung
DE69211059T2 (de) Borsilazane als Binder zur Herstellung gesinterter Siliciumcarbidmonolithe
DE4203269C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Keramikformkörpern
EP0372382A2 (de) Sinterfähiges Keramikpulver, Verfahren zu seiner Herstellung, daraus hergestellte Siliziumnitridkeramik, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung
DE69508001T2 (de) Herstellung von Titandiboridkeramik hoher Dichte mit vorkeramischen Polymerbindern
DE69508861T2 (de) Herstellung von Zirkoncarbidkeramik hoher Dichte mit vorkeramischen Polymerbindern
EP0383164B1 (de) Hochfeste Verbundkeramik, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung
DE2744636A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von hochreinem siliciumcarbidpulver und seine verwendung
DE4038003C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Sinterwerkstoffen auf Si¶3¶N¶4¶-Basis

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee