DE4435866C2 - Verfahren zur Herstellung von SiC/MoSi¶2¶- und SiC/TiSi¶2¶-Formkörpern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von SiC/MoSi¶2¶- und SiC/TiSi¶2¶-Formkörpern

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes auf TiSi2- oder MoSi2-Basis, der mit SiC modifiziert ist.
Bei modernen heißbetriebenen Bauteilen von thermischen Maschinen und Apparaten besteht zunehmendes Interesse, die momentan üblichen im Einsatz befindlichen Werkstoffe, z. B. auf Nickelbasis etc. durch andere Werkstoffe zu ersetzen, die temperaturbeständiger, kostengünstiger bzw. einfacher zu bearbeiten sind.
Unter diesen Werkstoffen hat MoSi2 wegen seiner guten Korrosionsbeständigkeit große Bedeutung (z. B.: Verwendung als Heizleiter, als Legierungselement in Turbinenschaufeln). Um die mechanischen Eigenschaften von MoSi2 zu verbessern, werden diese Werkstoffe mit SiC modifiziert. Je nach Anwendung und Einsatzgebiet kann der Zusatz von SiC zwischen bis zu 15 Gew.-% und 80-90 Gew.-% variiert werden.
Aus der WO 94/21 407 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen durch reaktive Infiltration bekannt, die eine feuerfeste Verbindung, zum Beispiel ein Silizid, auch MoSi2 enthalten. Dabei wird eine Vorform, ein aus einer Ausgangsmischung geformter Körper, hergestellt, die eine reaktive Komponente, zum Beispiel Ti, und gegebenenfalls eine verstärkende Komponente, zum Beispiel SiC, enthält. In diese Vorform wird eine reaktive Schmelze, zum Beispiel Silizium, aber auch Germanium, infiltriert.
Aus den Patent Abstracts of Japan C-746, August 7, 1990, Vol. 14/No. 363 zu JP 2-133376 A sind Mischungen aus Silizium, einem hochschmelzenden Metall und einem ebenfalls hochschmelzenden Disilizid zur Herstellung von Formkörpern auf Disilizid-Basis durch Sintern bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines reaktionsgebundenen oder infiltrierten Werkstoffes auf MoSi2- oder TiSi2-Basis bei relativ niedrigen Temperaturen anzugeben, der die Herstellung von Bauelementen mit ausreichenden thermischen und mechanischen Eigenschaften ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
In einer Ausführungsform wird ein Pulvergemisch aus MoSi2-Pulver der Korngröße kleiner 20 µm und elementares Mo der Korngröße kleiner 5 µm gemischt.
Beispiele für die Ausgangsmischung sind Anteile von 70 Gew.-% MoSi2 und je 15 Gew.-% Mo und SiC oder 10 Gew.-% MoSi2, 5 Gew.-% Mo und 85 Gew.-% SiC oder 85 Gew.-% MoSi2 und 15 Gew.-% Mo und SiC.
Die Homogenisierung erfolgt zum Zweck intensiver Mischung in einer Achatmühle. Andere Möglichkeiten der Homogenisierung, z. B. Planetenmühle, sind denkbar.
Die Formgebung erfolgt durch uniaxiales oder kaltisostatisches Pressen bis zu einem Druck von ca. 600 MPa. Um eine bessere Handhabung der Grünlinge zu erzielen, kann in die Ausgangsmischung ein temporäres Bindemittel, z. B. Polysaccharid oder Polyvinylalkohol, zugegeben werden. Zur Herstellung komplizierter Bauteile kann die Formgebung durch ein Extruderverfahren erfolgen, das ähnlich den Verfahren ist, die z. B. in der Kunststofftechnik angewandt werden. Bei dieser Art der Formgebung muß der Pulvermischung ein geeignetes Gleitmittel, z. B. Paraffin zugegeben werden.
Der Formgebung schließt sich eine Temperaturbehandlung an, bei der dem Formkörper Silizium zugeführt wird. Das Silizium reagiert mit dem im Körper vorhandenen Mo zu MoSi2. Das Silizium kann in dampfförmiger bzw. flüssiger Form zugegeben werden.
In einer anderen Verfahrensvariante wird die Silizierung der Grünlinge bei Drücken bis zu 2000 bar mit Hilfe der bekannten Technologie des heißisostatischen Pressens durchgeführt. Dabei wird bei der Schmelztemperatur von Silizium (ca. 1420°C) der erforderliche Druck ausgeübt. Das Silizium wird dem Reaktionspartner von außerhalb zur Verfügung gestellt (Fremdsilizierung).
Diese Technologie ist auch für die Herstellung von TiSi2 bzw. TiSi2-SiC- Formkörper anwendbar. Der Herstellungsprozeß ist für beide Varianten der gleiche.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, bei dem eine homogene Mischung, enthaltend entweder Molybdän, Molybdändisilizid und Siliziumkarbid, oder Titan, Titandisilizid und Siliziumkarbid, unter Druck geformt, von außen mit Silizium infiltriert und anschließend einer Temperaturbehandlung von 1500 bis 1700°C unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung zusätzlich Silizium enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung durch uniaixiales oder kaltisostatisches Pressen erfolgt, wobei die Mischung ein temporäres Bindemittel, z. B. Polysaccharid oder Polyvinylalkohol, enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung durch Extrudieren erfolgt, wobei die Mischung ein Gleitmittel, z. B. Paraffin, enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung bei gleichzeitiger Silizierung durch heißisostatisches Pressen bei Drücken bis 2000 bar erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Molybdändisilizid und Siliziumkarbid mit einer Korngröße von weniger als 20 µm eingesetzt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung 2 bis 4 Masse-% Germanium enthält.
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JP 2-133376 A in Pat.Abstr. JP *

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