DE69126615T2

DE69126615T2 - Cer enthaltende keramische phase in siliciumnitrid

Info

Publication number: DE69126615T2
Application number: DE69126615T
Authority: DE
Inventors: James Edler; Bohdan Lisowsky
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: EP0540643A4; JP3230055B2; JPH05508611A; US5079198A; EP0540643A1; ES2104715T3; DE69126615D1; WO1992001647A1; EP0540643B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine nicht glasartige Phase, die in gewissen gesinterten Siliziumnitrid-Zusammensetzungen zu finden ist, die Cer, Aluminium, und Eisen enthalten.
Siliziumnitrid mit seiner Hochtemperaturfestigkeit, den tribologischen Eigenschaften und der chemischen Beständigkeit findet gesteigertes Interesse und Anwendung bei kritischen Ingenieuranwendungen, wie beispielsweise Motorkomponenten, Industriepumpenkomponenten, bei Schneidwerkzeugen und bei Feuerfest- und Elektroanwendungen.
Reaktionsgebundenes Siliziumnitrid wird im allgemeinen vorbereitet durch reagieren und nitrieren von Silizium (entweder als Pulver oder als geformter Artikel auch bekannt als Grünkörper) mit Stickstoff, und zwar durch Aussetzen des Siliziums gegenüber einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre bei Temperaturen von 1000ºC bis ungefähr 1450ºC für ausreichende Zeiten, um das Siliziumnitrid zu erzeugen. Für Teile, die vergrößerte Festigkeiten erfordern, kann ein Sintern und/oder eine Verdichtung des reaktionsgebundenen Siliziumnitrids ausgeführt werden.
Zur Verbesserung des Sinterprozesses sind verschiedene Sinterhilfsmittel in der Vergangenheit verwendet worden. Sinterhilfsmittel werden im allgemeinen zum Siliziumpulver hinzugegeben, bevor es in einem Grünkörper zur Nitrierung verdichtet wird. Die folgenden Patente des Standes der Technik beschreiben Ansätze des Standes der Technik zur Verbesserung des Sinterns.
Das US-Patent 4 285 895 von Mangels und anderen lehrt, daß verdichtete reaktionsgenbundene Siliziumnitridartikel durch Vorsehen eines Verdichtungshilfsmittels in dem reaktionsgebundenen Siliziumnitridartikel hergestellt werden können, und zwar durch Umgeben des Artikels mit einem Packpulver aus Siliziumnitrid und Verdichtungshilfsmittel und durch Unterwerfen des Artikels und der Pulvermischung einer Temperatur über 1700ºC mit einer StickstoffatmospHäre mit ausreichendem Druck, um eine Verflüchtigung des Siliziumnitrids für eine ausreichende Zeit zu verhindern, um das Sintern der reaktionsgebundenen Siliziumnitridartikel zu gestatten.
Verschiedene Verfahren zum Einleiten des Verdichtungshilfsmittels in den reaktionsgebundenen Siliziumnitridartikel werden in dem oben erwähnten Patent von Mangels und anderen beschrieben. Diese weisen folgendes auf: die Imprägnierung bzw. das Einbringen des Verdichtungshilfsmittels in den reaktionsgebundenen Siliziumnitridartikel; das Einbringen des Verdichtungshilfsmittels in das Packpulver und dann das Verlassen bzw. die Annahme einer Diffusion dieses Verdichtungshilfsmittels in den Artikel bei der Sintertemperatur; und das Einbringen des Verdichtungshilfsmittels in die Siliziumpulvermischung vor dem Nitrieren. Die erwähnten Verdichtungshilfsmittel sind Magnesiumoxid, Yttriumoxid, Ceroxid und Zirkonoxid. Das Patent von Mangels und anderen lehrt auch, daß der Stickstoffdruck bei der Sintertempertur im Bereich von 1720 bis 10350 KPa (250 bis 1500 psi) ist.
Das US-Patent 4 235 857 von Mangels lehrt, das Silizium unter Verwendung eines Anforderungs- bzw. Nachfragenitrierzykluses nitriert werden kann, und zwar über den Temperaturbereich von 900ºC bis 1420ºC in einer Atmosphäre, die aus einer Mischung von Stickstoff, Wasserstoff, und Helium besteht. Die chemische Zusammensetzung des Nitriergases verändert sich konstant während des Nitrierens des Siliziumartikels, wobei die chemische Aktivität des Stickstoffes abnimmt, (der Parzialdruck des Stickstoffes im Ofen nimmt ab) wenn die Temperatur steigt. Die von Mangels erwähnten Beispiele besitzen Nitrierzeiten von 130 bis 175 Stunden.
Das US-Patent 4 351 787 von Martinengo und anderen lehrt, daß gesinterte Siliziumnitridartikel vorbereitet werden können durch Formen bzw. Ausbilden einer Siliziumpulvermischung, die ein oder mehrere Sinterzusatzmittel bzw. Sinteradditive in einem Kompaktkörper enthält, wobei die Additive in dem Pulver in einem Ausmaß vorhanden sind, um einen Additiv- bzw. Zusatzmittelgehalt von 0,5 bis 20 Gew.% im Siliziumnitridkompaktkörper sicherzustellen; das Aufheizen des Kompaktkörpers unter einer Stickstoffgasdecke bei einer Temperatur, die 1500ºC nicht überschreitet, um das Silizium in reaktionsgebundendes Siliziumnitrid umzuwandeln; und das Sintern des reaktionsgebundenen Siliziumnitridkompaktkörpers durch Aufheizen in einer Stickstoffgasatmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1500ºC. Darüber hinaus wird gelehrt, daß das Siliziumpulver zwischen 0,1 und 44 µm groß ist, und von hoher Reinheit, oder daß es nur sehr kleine Mengen von Nitrier-Katalysemitteln bzw. -Katalysatoren enthält. Das Patent von Martinengo und anderen lehrt, daß irgendwelche herkömmlichen Sinteradditive verwendet werden können. Die besten Ergebnisse sollen durch die Verwendung von MgO erreicht werden, und zwar insbesondere in Kombination mit Y&sub2;O&sub3;. Andere bevorzugte in dem Patent erwähnte Additive sind MgO, Y&sub2;O&sub3;, CeO&sub2;, ZrO&sub2;, BeO, Mg&sub3;N&sub2; und AlN. Andere Beispiele von Additiven sind beispielsweise Mg&sub2;Si, MgAl&sub2;O&sub4; und Zusatzmittel bzw. Zugaben von Seltenen Erden, wie beispielsweise La&sub2;O&sub3;. Auch Eisen kann vorteilhaft verwendet werden, und zwar gewöhnlicherweise in einer Mischung mit herkömmlichen Additiven, wie beispielsweise MgO, Y&sub2;O&sub3; und CeO&sub2;.
Bezug wird in dem Patent von Martinengo und anderen genommen auf die Anwendung eines herkömmlichen zweistufigen Nitrierverfahrens bei individuellen Heizeinstellungen von 1350ºC und 1450ºC, wobei die zwei Nitrierzeiten im allgemeinen 16 bis 32 Stunden bei 1350ºC und 4 Stunden bei 1450ºC in einer Stickstoffatmosphäre sind. Die angegebe nen Beispiele verwenden eine Atmosphäre von fließendem Stickstoff für eine Periode von 100 Stunden, wobei die Temperatur allmählich von 1100ºC auf 1390ºC gebracht wird, und zwar mit Halteperioden bei Zwischentemperaturen. Darüberhinaus werden Proben bei 1700ºC bis 1800ºC für Zeiten von 1 bis 3 Stunden gesintert, und zwar unter Verwendung eines Schutzpulvers, welches aus einer Kombination von Si&sub3;N&sub4;, BN und verschiedenen Sinterhilfsmitteln besteht.
Als letztes Beispiel einer praktischen Anwendung von gesintertem reaktionsgebundenem Siliziumnitrid sei Bezug genommen auf das US-Patent 4 443 394 von Ezis, welches ein Verfahren zur Herstellung eines vollständig verdichteten Siliziumnitridkörpers lehrt. Das gelehrte grundlegende Prinzip ist, daß Siliziumnitrid sich nicht von selber sintert, sondern eine Flüssigphase bei der Sintertemperatur erfordert. Ezis hat herausgefunden, daß durch Vorsehen einer Yttriumoxynitrid- und Alumino-Silikat- Flüssigphase bzw. Flüssigkeit bei Sintertemperaturen von 1650-1750ºC die Notwendigkeit für einen Überdruck des Stickstoffes und ein Abdeck- oder Packpulver während des Sinterns eliminiert werden könnte, um das Siliziumnitrid zu verdichten.
Das Patent von Ezis lehrt, daß durch (1) Bilden einer nitrierbaren Mischung aus Siliziumpulver, SiO&sub2; (mit dem Si- Metall getragen oder gebracht), Y&sub2;O&sub3; und Al&sub2;O&sub3;; (2) durch Nitrieren der Mischung, um ein reaktionsgebundenes Sih ziumnitrid zu bilden, und zwar mit der darauffolgenden Bildung einer Y&sub1;&sub0;Si&sub6;O&sub2;&sub4;N&sub2;-Phase und einem Alumino- Silikat, welches auf den Siliziumnitridkörnern liegt; und dann (3) durch Sintern im Temperaturbereich von 1650 bis 1750ºC für 5-12 Stunden, ein im wesentlichen vollständig verdichtetes Siliziumnitrid erzeugt wird, welches eine 4- Punkt-Biegefestigkeit von 690 MPa (100 000 psi) zeigt.
Das Patent von Ezis lehrt weiter die Notwendigkeit einer langen Zeit von 48 Stunden in der Kugelmühle, vorzugs weise trocken, einer Nitrierzykluszeit von 200 Stunden und von Sinterzeiten von 5-12 Stunden. Die Gesamtverarbeitungszeit einschließlich des Mahlens kann für das bevorzugte Ausführungsbeispiel als ungefähr 260 Stunden eingeschätzt werden. Diese Verarbeitungszeit ist ziehmlich groß und schränkt die Durchführung auf dem Markt ein.
Viele der oben erwähnten Verdichtungshilfsmittel oder andere, die in der Vergangenheit verwendet wurden, sind relativ teuer, sind nicht immer leicht verfügbar und erfordem relativ hohe Sintertemperaturen um wirksam zu sein.
Im Prozeß des Hinwegs zu einem verbesserten Verfahren und zur Herstellung eines Körpers aus gesintertem Siliziumnitrid welches (1) kommerziell lebensfähiger ist als Verfahren des Standes der Technik, (2) Materialen verwendet, die leicht verfügbar sind, und (3) bei niedrigeren Temperaturen sintert als typische Verfahren des Standes der Technik, ist eine neue nicht glasartige Phase bei gewissen gesinterten Siliziumnitridzusammensetzungen gefunden worden.
Gemäß der Erfindung ist nun ein Körper aus gesintertem Siliziumnitrid vorgesehen, der dadurch gekennzeichnet wird, daß er eine nicht glasartige Phase aufweist, die signifikante Röntgen-Diffraktionsspitzen bei 2-Theta- Diffraktionswinkeln erzeugt, die d-Beabstandungen von ungefähr 0,286 nm (2,86 Angstrom) und 0,359 nm (3,59 Angstrom) entsprechen, wobei der Körper durch das Verfahren vorbereitet wird, welches die folgenden Schritte aufweist:
(a) Zerkleinern bzw. Mahlen eines Silizium enthaltenden Pulvers, welches ausgewählt wird aus Silizium von Handelsqualität, im wesentlichen reinem Silizium, Alphaphasen-Siliziumnitrid und Mischungen davon, und zwar in Form einer Aufschlämmung des Silizium enthaltenden Pulvers und von Wasser, und zwar in solchen Mengen, daß die Aufschlämmung 10 bis 60 Volumenprozent Festkörper und 90 bis 40 Volumenprozent Wasser enthält, wobei die Zerkleinerung ausgeführt wird, um frische nicht oxidierte Oberflächen auf dem Silizium zu bilden, und um eine wesentliche bzw. vollständige chemische Reaktion zwischen dem Silizium und dem Wasser zu gestatten, und wobei in der Aufschlämmung folgendes zugegeben wird:
(i) 0,5 bis 5 Volumenprozent basierend auf dem daraus resultierenden Siliziumnitrid von Fe&sub2;O&sub3; als Nitrierhilfsmittel;
(ii) 0,1 bis 5 Volumenprozent basierend auf dem daraus resultierenden Siliziumnitrid von Al&sub2;O&sub3; als Verdichtungshilfsmittel; und
(iii) 0,5 bis 10 Volumenprozent basierend auf dem daraus resultierenden Siliziumnitrid von CeO&sub2; als Verdichtungshilfsmittel;
wobei das Fe&sub2;O&sub3;, Al&sub2;O&sub3; und das CeO&sub2; in Mengen eingesetzt werden, um zusammen einen Gesamtgehalt von 4 bis 12 Volumenprozent der Nitrier- und Verdichtungshilfsmittel zu erreichen, und zwar basierend auf dem daraus resultierenden Siliziumnitrid;
(b) falls erwünscht Altern der erhaltenenen Aufschlämmung für eine Periode von weniger als 24 Stunden, um zu gestatten, daß die Reaktion des Siliziums mit dem Wasser im wesentlichen Vollendung erreicht;
(c) Reduzieren des Wassergehaltes der Aufschlämmung auf einem Grad der ausreicht, um eine Trockenmasse zu bilden;
(d)Nitrieren der Trockenmasse durch Aussetzen gegenüber einem Nitriergas, welches mindestens Stickstoff aufweist, und zwar bei einer ausreichenden Temperatur, um eine Masse von Siliziumnitrid im wesentlichen in der Alpha-Phase zu bilden; und
(e) Unterwerfen der Siliziumnitridmasse mit im wesentlichen einer Alphaphase einer Temperatur von 1450ºC bis 2100ºC für eine ausreichende Zeitdauer, um zu gestatten, daß das Siliziumnitrid mit der vorherrschenden bzw. im wesentlichen enthaltenen Alphaphase sich in ein Siliziumnitrid mit vorherrschender Beta-Phase umwandelt.
Das Mahlen bzw. Zerkleinern der operativen chemischen Bestandteile mit Wasser wird in geeigneter Weise für eine Periode für 1 bis 5 Stunden ausgeführt, um eine Silizium basierte Aufschlämmung zu erzeugen. Das Nitrierhilfsmittel und die Verdichtungshilfsmittel können in der Silizium-Wasser-Aufschlämmung vor oder nach dem Zerkleinerungsschritt vorgesehen bzw. in sie eingeleitet werden. Organische Additive bzw. Zusätze wie beispielsweise Binder, Plastizierer, Viskositätsmodifizierer und Dispersionsmittel können zur Aufschlämmung zum Ende der Zerkleinerung oder danach zugefügt werden. Die Aufschlämmung kann dann für eine Periode von weniger als 24 Stunden gealtert werden, um zu gestatten, daß die Reaktion des Siliziums mit dem Wasser im wesentlichen vollendet wird, wovon angenommen wird, daß dies eine Siliziumoxhydridbeschichtung auf dem Silizium vorsieht. Die gealterte Aufschlämmung wird dann durch Sprühtrocknen oder andere Techniken getrocknet und wird falls erwünscht in einen Grünkörper geformt wie beispielsweise durch Verdichtung der sprühgetrockneten Körner bzw. granulatartigen Körper, durch Schlamm- bzw. Slipgießen des Schlamms (slip), durch Extrusion, durch Spritzgießen oder ein anderes Verfahren. Das Nitrierhilfsmittel und die Verdichtungshilfsmittel können zur Aufschlämmung nach dem Alterungsschritt zugefügt werden, falls dies wünschenswert ist, da es vorteilhaft sein kann, das Silizium zuerst mit dem Wasser zu zerkleinern, bevor man entscheidet, welche Hilfsmittel erwünscht sind.
Der Grünkörper wird dann nitriert, um Siliziumnitrid zu bilden, und zwar unter Verwendung eines Nitrierzykluses, der ein Nitriergas von konstanter chemischer Aktivität einsetzt, welches aus Stickstoff, Helium und Wasserstoffgas zusammengesetzt wird, und der eine termische Wärmebehandlung verwendet, die die Nitrierung bei einer Temperatur von 1000ºC startet und die Temperatur auf einer konstanten Rate von 5ºC bis 50ºC pro Stunde steigert, und zwar zu einer oberen Temperatur von 1450ºC. Der Grünkörper kann entweder in Form eines Pulvers sein oder kann in einen Artikel vor dem Nitrieren verdichtet werden.
Schließlich wird das Siliziumnitrid mit einer Temperatur von zwischen 1450ºC und 2100ºC für eine Periode von 0,5 bis 5 Stunden gesintert, und zwar in einer Atmosphäre, die mindestens Stickstoff enthält, die auf einem Druck von Umgebungsdruck bis ungefähr 44ºKPa (50 psig) ist. Andere Sinterumstände bzw. -zustände werden auch in Betracht gezogen und zwar unter Variierung der Aufheizung, der Atmosphäre, der Kühlung und der Druckzustände und der Materialien, die in der Heiz- bzw. Heizungskammer vorgesehen sind.
Vorzugsweise ist das Verfahren der Vorbereitung der Artikel zum Sintern jenes, welches im US-Patent 5 187 129 beschrieben wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine neue nicht glasartige Phase, die in gesinterten Siliziumnitridzusammensetzungen zu finden ist, die erzeugt werden, wenn man Sinterhilfsmittel verwendet, die Cer und Aluminiumoxyde und Eisenoxydnitrierhilfsmittel aufweisen. Dieses neue Material wird dadurch gekennzeichnet, daß es signifikante Röntgen- Diffraktionsspitzen bei 2-Theta-Diffraktionswinkeln erzeugt, die d-Beabstandungen von ungefähr 0,286 nm (2,86 Angstrom) und 0,359 nm (3,59 Angstrom) entsprechen. Das Verfahren zur Herstellung des neuen Siliziumnitridkörpers, der die nicht glasartige Phase dieser Erfindung enthält, beginnt im allgemeinen mit der Zerkleinerung eines Silizium enthaltenden Pulvers mit den zuvor erwähnten Verdichtungshilfsmitteln und Nitrierhilfsmitteln in Anwesenheit einer großen Wassermenge, um eine Aufschlämmung zu bilden. Die Aufschlämmungskomponenten werden im allgemeinen in solchen Mengen eingesetzt, daß die Mischung aus 10 bis 60 Volumenprozent Festkörpern und 90 bis 40 Volumenprozent Wasser besteht, wobei die Festkörper im wesentlichen aus dem Silizium enthaltenden Pulver, Fe&sub2;O&sub3;, und Verdichtungshilfsmitteln bestehen. Das Silizium enthaltende Pulver kann Silizium oder Alpha-Phasen-Silizium von Handelsqualität sein, oder eine Mischung aus beiden und besitzt vorzugsweise eine Partikelgröße von weniger als 20 Mikrometern.
Die Verdichtungshilfsmittel des vorliegenden Prozesses weisen Alurniniumoxyd (Al&sub2;O&sub3;) und Ceroxyd (CeO&sub2;) auf. Das Aluminiumoxyd wird vorzugsweise in Mengen von ungefähr 0,1 bis 5,0 Volumenprozent eingesetzt, das CeO&sub2; wird vorzugsweise in Mengen von ungefähr 0,5 bis 10 Volumenprozent eingesetzt, und das Fe&sub2;O&sub3; wird in einer Menge von unefähr 0,1 bis 5 Volumenprozent verwendet, wobei alle Volumenprozente auf dem Siliziumnitrid basieren, welches als eine Folge der Umwandlung des Siliziummetalls in Siliziumnitridpulver erzeugt wird. In ähnlicher Weise kann Alpha-Phasen-Siliziumnitrid vollständig oder teilweise für das Siliziummetall ohne nachteiligen Effekt ersetzt werden. Das Silizium entahltende Pulver, welches mit dem Wasser zerkleinert wird, kann im wesentlichen reines Siliziumpulver sein, Alpha-Phasen-Siliziumnitridpulver oder eine Mischung aus beidem.
Organische Materialen, wie beispielsweise Binder, Schmiermittel und Viskositätsmodifizierer können zu der Siliziumpulver-Aufschlämmung beigemischt werden, die danach in eine Form vor dem Nitrieren verdichtet werden kann. Binder sind in der Siliziumpulvermischung vorgesehen, um eine ausreichende Integrität für einen verdichteten Grünkörper vorzusehen, und um eine Bearbeitung des Grünkörpers vor dem nitrieren zu gestatten. Eine Bearbeitung vor dem Nitrieren oder Sintern hat den beträchtlichen Vorteil einer Bearbeitung, während das Teil in einem weicheren Zustand ist, während wenn die Bearbeitung nach dem Nitrieren oder Sintern vollendet wird, die Bearbeitung schwieriger gemacht wird, da das Siliziumnitridteil extrem hart ist. Zuvor mußten Siliziumkompaktkörper teilweise gesintert werden oder teilweise nitriert, um sie mit ausreichender Festigkeit zu versehen, um eine Bearbeitung ohne Gefahr des Zerbrechens des Stückes zu gestatten. Wenn ordnungsgemäße Mengen und Arten von Bindern verwendet werden, ist das Vorsintern oder Vornitrieren nicht notwendig, wodurch ein Schritt beim Prozeß eingespart wird.
Schmiermittel können zugefügt werden, um (a) die Plastikbinder "weicher" zu machen, sodaß wenn ein Silizium enthaltender Kompaktkörper gebildet wird der Plastikbinder effizienter bzw. wirkungsvoller zusammenbindet, um einen festen Kompaktkörper zu bilden, um (b) die Kompaktkörperoberfläche während der Bearbeitungsvorgänge zu schmieren, sodaß die Maschinenteile auf dem verdichteten bzw. kompaktierten Teil keine Spuren hinterlassen, und um (c) Formlösecharakteristiken für ein verdichtetes Teil vorzusehen, sodaß das verdichtete Teil einfach aus den Formen entfernt bzw. herausgenommen werden kann. Viskositätsmodifizierer werden beigefügt, um beim Pumpen der Siliziumaufschlämmung beizuhelfen.
Zur Zerkleinerung kann irgendeine geeignete Zerkleinerungs- bzw. Mahlvorrichtung verwendet werden, wie beispielsweise eine Kugelmühle, eine Stangenmühle, eine Vibrationsschleif- bzw. -mahlvorrichtung, eine Schleifbzw. Mahlvorrichtung gemäß dem Union Process -Verfahren, eine Strahlmühle, eine Kegelschleif- bzw. -mahlvorrichtung, ein Quetsch- bzw. Zahnbrecher und eine Hammermühle Die Aufschlämmung wird vorzugsweise in einer Kugelmühlenrnischvorrichtung vorbereitet, die zu 25-50 Vol.% mit Mahlmedium gefüllt ist, und zwischen 75-50 Vol.% mit der Aufschlämmung gefüllt ist.
Die Zerkleinerung des Silizium enthaltenden Pulvers in Anwesenheit von Wasser ist ein wichtiger Schritt, da die Zerkleinerung frische unoxidierte Oberflächen von Siliziumpulverpartikeln zur kräftigen Reaktion mit dem Wasser erzeugt. Allein das Mischen von Silizium enthaltendem Pulver, ob vorgemahlen oder nicht mit dem Wasser scheint nicht die schnelle kräftige Reaktion zu erzeugen, die ein Mahlen vorsieht. Vorgernahlenes Siliziumpulver ist nicht so reaktiv bzw. reaktionsfreudig gegenüber Wasser, da Silizium, welches ein stark reaktionsfreudiges Metall ist, an der Luft während der Lagerung leicht oxidiert. Somit wird eine passivierende Lage von Siliziumoxid auf der Außenseite der Siliziumpartikel gebildet, wodurch das Silizium nicht nahezu so reaktiv bzw. reaktionsfreudig wird wie unoxidiertes Silizium, wie es beispielsweise während des Zerkleinerungsschrittes erzeugt wird.
Es wird angenommen, daß das Silizium chemisch mit dem Wasser während des Alterungsschrittes reagiert, um minimal eine Siliziumoxyhydratbeschichtung auf den Siliziumpartikeln zu bilden, und auch um Wasserstoffgas als Produkt der Reaktion abzulassen bzw. zu lösen.
Nach dem Zerkleinerungsschritt wird zugelassen, daß die Aufschlämmung weiter reagiert, und zwar durch Altern der Aufschlämmung. Während des Alterns erscheint der Schlamm bzw. Slip an Volumen um mindestens 50% zuzunehmen, wobei er typischerweise sein Volumen durch Schaumbildung verdoppelt, und darauffolgend klingt die Schaumbildung nach ungefähr 12 Stunden ab, wenn sich die Reaktion der Vollendung bzw. dem Ende nähert, und der Schlamm entwickelt thixotrope Eigenschaften.
Nach dem Alterungsschritt wird die reagierte Aufschlämmung getrocknet und falls erwünscht, geformt, und zwar in Vorbereitung eines darauffolgenden Nitrierschrittes. Obwohl die Aufschlämmung an diesem Punkt gegossen, insbesondere slip- bzw. schlammgegossen werden kann, um einen Grünkörper zu bilden, oder getrocknetum eine Extrusion oder Spritzguß bzw. der Spritzformung von Formen zu gestatten, wird bevorzugt, den Schlamm trocken zu sprühen, um ein homogenes freifließendes Pulver für ein Isopressen bzw. isostatisches Pressen oder eine Trockendruckformgebung zu erhalten, und zwar unter Verwendung von herkömmlichen Pulvermetallpressen. Wenn Binder verwendet werden, wird der Kompaktkörper ausreichende Festigkeit haben, um eine Bearbeitung ohne die Notwendigkeit für Spezialwärrnebehandlungen durch teilweises Nitrieren oder Sintern des Siliziumkompaktkörpers zu ge statten. Vorzugsweise wird die Verdichtung vor dem Nitrieren vollendet, sodaß die Bearbeitung am Siliziumteil vollendet wird anstatt am härteren Siliziumnitridteil a.
Wenn der Grünkörper organische Materialen enthält, wie beispielsweise Binder, wird der Grünkörper dann in einem Ofen angeordnet, um die organischen Stoffe aus bzw. abzubrennen und zu verflüchtigen. Der Ofen wird zuerst mit einem brennbaren Gas gespült, wie beispielsweise Wasserstoff und wird dann aufgeheizt. Vorzugsweise wird dieser Abbrennschritt durchgeführt durch Aufheizen der Grünkörper in einer Wasserstoffatmosphäre, während die Ofentemperatur von der Raumtemperatur auf 600ºC bis 1000ºC über eine Zeitperiode von 2 Stunden oder für eine ausreichende Zeitlänge zur Verflüchtigung von im wesentlichen allen organischen Stoffen gesteigert wird. Die Aufheizrate während dieses Teils des Zykluses wird gesteuert mit einer Rate von ungefähr 500ºC pro Stunde um keinen Schaden an der Trockenmasse zu bewirken. Das brennbare Gas, welches durch den Ofen fließt, wird verbrannt, wenn es aus dem Ofen austritt, während es auch dahingehend wirkt, irgendwelche organischen Binder aus dem Ofen zu entfernen, wenn sie aus den Siliziumkompaktkörpern herauskommen. Sobald die Ofentemperatur den Bereich von 600ºC bis 1000ºC erreicht hat, wird das brennbare Gas dann abgeschaltet und der Ofen wird mit Stickstoff weggespült, bis eine unbrennbare Gasmischung im Ofen gelassen wird, woraufhin die Ofenatmosphäre mit der Nitrieratmosphäre ersetzt wird. Die flüchtigen Emissionen und Verbrennungsprodukte sind meistens ungiftig, da Kohlendioxid und Wasser die Produkte sind, die abgegeben werden, wenn Wasserstoff als das brennbare Gas verwendet wird.
Die Nitrierung des Siliziums besteht aus dem Aussetzen des Teils oder Pulvers gegenüber einem Stickstoff enthaltenden Nitriergas bei ausreichender Temperatur für eine ausreichende Zeitlänge, um das Silizium zu nitrieren. Obwohl molekulares Stickstoffgas zur Nitrierung des Siliziums verwendet werden kann, wird bevorzugt, daß das Gas eine Mischung von 40 bis 60 Molprozent Helium aufweist, von 60 bis 40 Molprozent Stickstoff und von 1 bis 4 Molprozent Wasserstoff, wobei die gesamten Molprozentsätze des Heliums, Stickstoffs und Wasserstoffes gleich 100% sind.
Helium verstärkt stark die thermische Leitfähigkeit des Gases, und dieser Wasserstoff sowohl zum Spülen als auch als ein Glied bzw. Bestandteil des Nitriergases, verbessert die Reaktion, die Silizium in Siliziumnitrid umwandelt, was als eine Dampfphasenreaktion angesehen wird.
Der Druck des Nitriergases wird vorzugsweise derart gesteuert, daß es den Artikel unter einem geringfügig positiven Druck abdeckt, wie beispielsweise einem Meßvorrichtungsdruck von ungefähr 20 KPa, und reines Stickstoffgas wird in den Ofen zugegeben, um Stickstoff auszugleichen, welches während des Nitrierverfahrens verbraucht wurde, wodurch versucht wird, die anfänglichen Parzialdrücke des Stickstoffs, des Heliums und des Wasserstoffes beizubehalten.
Sobald die Nitrieratmosphäre im Ofen ist, wird eine steigende Temperaturrampe, vorzugsweise linear, von 5ºC bis 50ºC pro Stunde, vorzugsweise 15ºC bis 25ºC, eingeleitet, um den Ofen auf eine Temperatur von ungefähr 1400ºC bis 1450º laufen zu lassen, vorzugsweise auf 1420ºC.
Das Verfahren dieser Erfindung besitzt den Vorteil, daß es eine relativ schnelle, im wesentlichen lineare Aufheizung während des Nitrierens (5ºC bis 50ºC pro Stunde) gestattet. Es wird angnommen, daß zwei Merkmale der Erfindung dabei helfen, zu verhindern, daß eine Überhitzungsreaktion auftritt. Das erste Merkmal ist die bleibende Anwesenheit bzw. das Übrigbleiben eines gewissen Reaktionsproduktes aus der chemischen Silizium-Wasserreaktion, die aus der Zerkleinerung resultiert, welches im Silizium-Grünkörper oder im Pulver während des Nitrierens bleibt, wovon angenommen wird, daß es die Reaktivität des Siliziums gegenüber einer Nitrierung verringert. Das zweite Merkmal ist die Anwendung von Helium im Nitriergas. Helium besitzt eine relative hohe thermische Leitfähigkeit, wovon angnommen wird, daß es sehr beim Entfernen bzw. Ableiten der Wärme vom Reaktionsort hilft, wodurch das Auftreten einer lokalisierten Siliziumschmelze an heißen Punkten der Reaktion verringert wird. Eine Einweichperiode von einer Stunde bei ungefähr 1420ºC wird vor dem Abkühlen auf Raumtemperatur zugelassen, wenn eine Kühlung erwünscht ist. Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, daß der Prozeß leicht an einen kontinuierlichen bzw. Durchlauf-Prozeß anpaßbar ist, und zwar beispielsweise unter Verwendung eines Ofens, der einem Tunnelofen ähnlich ist, der anstelle eines Stapel- bzw. Chargen-Ofens verwendet werden kann, der normalerweise bei der Herstellung von reaktionsgebundenem Siliziumnitrid verwendet wird.
Das Siliziumnitridteil wird dann gesintert, in dem es einer Temperatur von 1450ºC bis 2100ºC und vorzugsweise von 1600ºC bis 1900ºC ausgesetzt wird, welche für eine ausreichende Zeitlänge gehalten wird, um das Siliziumnitrid zu sintern. Die Ofentemperatur wird vorzugsweise auf ungefähr 1750 ºC gesteigert, wird dann ungefähr bei 1750ºC für bis zu 5 Stunden gehalten, und kann auf Raumtemperatur abkühlen. Die Atmosphäre während dem Sintern ist vorzugsweise Stickstoff bei einem Druck von atmosphärischem Druck bis ungefähr 440 KPa (50 psig)
Das gesinterte Siliziumnitrid, welches durch das oben beschriebene Verfahren gebildet wird enthält eine nicht glasartige Phase, die gekennzeichnet wird, durch signifi kante Röntgen-Diffraktionsspitzen bei 2-Theta- Diffraktionswinkeln, die d-Beabstandungen von ungefähr 0,286 nm (2,86 Angstrom) und 0,359 nm (3,59 Angstrom) entsprechen. Die Diffraktionsanalyse kann durchgeführt werden durch ein Röntgendiffraktometer nach Industriestandard.
Die folgenden Beispiele sind veranschaulichend.

Beispiel 1

Beispiel 1 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung einer neuen Keramikphase dieser Erfindung.

Beispiel I

1000 g Silizium, 30 g Eisenoxyd (Fe&sub2;O&sub3;), 40 g Aluminiumoxyd (Al&sub2;O&sub3;), 200 g von 96% Cer (Molycorp-Qualität 5310 CeO&sub2;) und 1000 ml destilliertes Wasser wurden in einer Porzellan-Topfmühle mit 11,3 l zerkleinert, bzw. gemahlen, und zwar unter Verwendung von 7 kg Aluminumoxyd- Kugeln von 19 mm (3/4 inoh) Durchmesser, und zwar für 3 Stunden. Organische Binder und Viskositätsmodifizierer, die zusammengesetzt waren aus 15 g Polyvinylalkohol, 5 g Polyethylenglykol, 10 g Glycerol und 2,5 g Xhantan-Gummi und 270 ml destilliertes Wasser wurden dann zur Mühle hinzugegeben und die Zerkleinerung wurde für eine zusätzliche Stunde fortgesetzt, bevor die Aufschlämmung von den Kugeln getrennt wurde. Die Gesamtzerkleinerungs- bzw. Mahlzeit des Siliziums mit dem Wasser war 4 Stunden. Zwei zusätzliche Chargen der Silizium-Cer-Eisenoxyd- Aluminumoxyd-Wasser-Aufschlämmung wurden in identischer Weise vorbereitet und die Aufschlämmungen wurden kombiniert bzw. zusammengeschüttet und durften für ungefähr 16 Stunden altern. Die kombinierten Aufschlämmungen wurden dann Sprühgetrocknet, um ein frei fließendes granulatartiges bzw. körniges Pulver zu erhalten, und zwar unter Verwendung eines Pentronix-Trockners, der bei einer Rotordrehzahl von 8200 bis 8300 U/min betrieben wurde, bei einer Einlaßtemperatur von 295ºC und bei einer Auslaßtemperatur von 90ºC. Beim Nitrieren wurde erwartet, daß dieses Pulver ungefähr 717 Volumenprozent flüssigkeitsbildende Mittel besitzt und 92,3 Volumenprozent Siliziumnitrid, wie in den folgenden Beispielrechnungen berechnet: Volumen von Si&sub3;N&sub4;
Volumen der flüssigkeitsbildenden Mittel: Volumen von Fe&sub2;O&sub3;

Volumen von CeO&sub2;

Es sei bemerkt, daß bei der Sintertemperatur die aktive Phase von CeO&sub2; folgendes ist:
Ce&sub2;O&sub3; und 2 CeO&sub2; Ce&sub2;O&sub3; + 1/2 O&sub2;
Daher gilt: Volumen von Al&sub2;O&sub3;

Gesamtvolumen der flüssigkeitsbildenden Mittel:

17,2ccm Fe&sub2;O&sub3; + 83,4ccm Ce&sub2;O&sub3; + 30,3ccm Al&sub2;O&sub3; = 130,9ccm flüssigkeitsbildende Mittel

Gesamtvolumen des Si&sub3;N&sub4; und der flüssigkeitsbildenden Mittel:

1562,5ccm Si&sub3;N&sub4; + 130,9ccm flüssigkeitsbildende Mittel = 1693, 4ccm

Volumenprozent der flüssigkeitsbildenden Mittel

130,9 ccm flüssigkeitsbildende Mittel x 100% = 7,73% 1693,4 ccm Gesamtvolumen

Volumenprozent jedes Bestandteils:

Eisenoxyd (Fe&sub2;O&sub3;)

17.2ccmFe&sub2;O&sub3;/1693.4ºccm total x 100% = 1.0%

Cer (Ce&sub2;O&sub3;)

83.4ccm Ce&sub2;O&sub3;/1693.4 ccm total X 100% = 4.9%

Aluminumoxyd (Al&sub2;O&sub3;)

30.3 ccm Al&sub2;O&sub3;/1693.4ccm total X 100% = 1.8%
Das verwendete Cer war ungefähr 96% reines Cer und ungefähr 4% andere Oxyde von Seltenen Erden, prinzipiell Lanthanoxyd (typischerweise ungefähr 3%) und Neodymoxyd (typischerweise ungefähr 1,5%). Da diese Oxyde auch geeignete flüßigkeitsbildende Mittel bilden würden und Dichten ähnlich dem Cer haben, ist der geringfügige Fehler, der durch das Ignorieren ihres Vorhandenseins auftritt als vernachlässigbar angesehen.
Das sprühgetrocknete Pulver wurde dann in Biege- bzw. Zugfestigkeitsstangen (MOR-Teststangen); (MOR = modulus of rupture) einer Abmessung von 915 x 4,3 x 89 mm (0,375 inch x 0,170 inch x 3,5 inch) gepreßt, und zwar unter Verwendung einer Pulvermetallpresse nach Industriestandard&sub5; Die Stangen wurden darauffolgend auf ungefähr 63 mm (2,5 inch) vor dem Nitrieren geschnitten.
Die Festigkeitsversuchsstangen wurden in einem Nitrierofen angeordnet, der evakuiert wurde, um die Umgebungsatmosphäre zu entfernen. Der Ofen wurde dann erneut mit Wasserstoffgas gefüllt, welches auch kontinuierlich durch den Ofen floß. Die Temperatur des Ofens wurde linear von Raumtemperatur auf 1000ºC über eine Periode von 2 Stunden angehoben. Bei ungefähr 960ºC wurde der Ofen mit Helium gespült, um den Wasserstoff zu entfernen, und dann wurde der Ofen evakuiert. Die Ofentemperatur wurde bei 1000ºC für ungefähr eine Stunde gehalten, damit die Evakuierung vollendet wird und während dieser Zeit wurde die Nitrieratmosphäre, die aus ungefähr 50 Molprozent Helium, 2 Molprozent Wasserstoff und 48 Molprozent Stickstoff besteht, in den Ofen eingelassen. Der Ofendruck wurde auf ungefähr 128 bis 135 KPa (4-5 psig) gebracht und die Nitrierung des Siliziums wurde begonnen. Die Temperatur des Ofens wurde angehoben von 1000ºC auf 1430ºC, und zwar über eine Periode von 32 Stunden mit einem Halt von einer Stunde bei 1430ºC vor dem Abkühlen des Ofens herunter auf Raumtemperatur. Das Stickstoffgas wurde automatisch zum Ofen zugegeben, wenn es während der Bildung des Siliziumnitrides verbraucht wurde, sodaß die chemische Zusammensetzung des Nitriergases während des Nitrierprozesses konstant gehalten wurde.
Vierundzwanzig der nitrierten MOR- bzw. Festigkeitsversuchsstangen wurden in reaktionsgebundenen Siliziumnitrid-Setzkästen bzw. Setzkästen aus reaktionsgebundenem Siliziumnitrid gelegt. Die Festigkeitsversuchsstangen wurden auf den reaktionsgebundenen Siliziumnitridträgern bzw. RBSN-Trägern angeordnet um sie während des sinterns zu halten. Kein Abdeckpulver wurde eingesetzt. Die Setzkästen, die die Festigkeitsversuchsstangen enthielten wurden in einen Graphitofen geladen. Der Ofen wurde evakuiert und mehrere Male mit Stickstoff gespült, um irgendeine Umgebungsatmosphäre zu enfernen, dann wurde der Ofen von Raumtemperatur auf 1725ºC linear über eine Periode von 3 Stunden aufgeheizt, der Ofen wurde für 4 Stunden bei ungefähr 1725ºC gehalten und wurde dann auf Raum temperatur abgekühlt. Stickstoffgas mit einem geringfügig größeren Druck als Atmosphärendruck wurde durch den Ofen während des Sinterzykluses geleitet. Die Festigkeitsversuchsstangen wurden leicht aus den Setzkästen entfernt und keine Anhaftung der Stangen an den RBSN-Trägern war zu erkennen. Die 24 gesinterten Festigkeitsversuchs- Stangen wurden an Bomas Machine Specialties, Inc. Sommerville, MA, für eine Endschleifbearbeitung in die Teststangen gesandt, und wurden darauffolgend in 4-Punkt- Biegeversuchen bei Coors Analytical Laboratories, Golden, CO. getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Zwei der Versuchsstangen, Proben 7 und 8, des gesinterten Siliziumnitrides des Beispiels 1 wurden einer Röntgen Diffraktionsanalyse direkt auf der Oberfläche der geschliffenen Stangen unterworfen. Röntgen Diffraktionsabtastungen wurden aus der Probe erhalten unter Verwendung eines Scintag-Pad-X-Theta-Theta-Diffraktometers unter folgenden analytischen Bedingungen: Kupferrohr betrieben bei 45 KV, 40 MA; Goniometer-Radius 250 mm; Strahldivergenz 1/2º; Scatter- bzw. Brechungsschlitz 0,5 mm, Aufnahme- bzw. Empfangsschlitz 0,2 mm; Germanium-Solid-Statebzw. Germanium-Festkörper-Detektorvorspannung 1000 V; PHA-Einstellung, nur zum Empfang von K-Alpha-Strahlung; Abtastgeschwindigkeit 2º 2-Theta pro Minute; Chopperbzw. Unterbrecherinkrement 0,050 2-Theta; Abtastbereich 5 bis 90º 2-Theta; Probe direkt mit Ton befestigt auf der Mehrfach-Probenwechselspindel; keine Probendrehung. Bei der Röntgendiffraktionsanalyse zeigten beide Proben, daß signifikantes Beta-Phasen-Siliziumnitrid zusammen mit zusätzlichen unidentifizierbaren Phasen vorhanden war. Eine unidentifizierbare hauptsächlich vorkommende nicht glasartige Keramikphase wurde in jeder der zwei Teststangen entdeckt bzw. nachgewiesen durch Röntgendiffraktionsspitzen bei 2-Theta-Diffraktionswinkeln, die d-Beabstandungen von ungefähr 0,286 nm (2,86 Angstrom) und 0,359 nm (3,59 Angstrom) entsprechen.
Tabelle 2 zeigt die Mengen der verschiedenen Phasen in den Proben 7 und 8. Jede Probe enthält einen Hauptanteil von Beta-Siliziumnitrid zusammen mit zusätzlichen Phasen. Die zusätzlichen Phasen, die in diesen Proben zu finden sind, konnten nicht durch Standardtabellen identifiziert werden, wie beispielsweise durch die JCPDS-Standarddatei bzw. Standardliste. Beide Proben enthalten eine ähnliche Serie von Spitzen, die mindestens eine zusätzliche Phase anzeigen, die in beiden Proben vorhanden ist. Probe 7 enthält eine Serie von schwachen Spitzen, die in Probe 8 nicht zu finden sind, was anzeigt, das es eine kleine Menge einer weiteren Phase oder von Phasen in der Probe 7 gibt die nicht in Probe 8 zu finden sind. Tabelle 2
Die Tabellen 3 und 4 listen die hauptsächlichen nicht standardmäßig vorkommenden Spitzen für die Proben 7 bzw. 8. Die Spitzen, die zu dem Beta-Siliziumnitrid-Muster gehörten waren nicht in den Tabellen vorgesehen. Alle aufgelisteten Spitzen gehören zu den unidentifizierten Phasen. Wie in den Tabellen 2 und 3 gezeigt, sind signifikante Diffraktionsspitzen bei d-Beabstandungen von ungefähr 0,286 nm (2,86 Angstrom), 49,2% maximale Spitzenin tensität in Probe 7 und 23,8% maximale Spitzenintensität in Probe 8 und bei einer d-Beabstandung von ungefähr 0,359 nm (3,59 Angstrom), 9,4% maximale Spitzenintensität in Probe 7 und 5,1% der maximalen Spitzenintensität in Probe 8, bei den beiden Proben 7 und 8 gemeinsam. Dies zeigt die Anwesenheit einer neuen keramischen Phase an, und zwar anders als die traditionellen Beta-Siliziumnitridspitzen und zusätzlich dazu. Tabelle 3 Hauptsächliche Nicht-Beta-Siliziumnitridspitzen für Probe 7
a2TH-OBS = 2-Theta-Observationsposition (Grad)
bd-Beabstandung-obs. = Berechnete d-Beabstandung basierend auf dem beobachteten 2-Theta-Winkel
c% der Spitzenintensität wurde bestimmt durch die Gleichung:
% der Spitzenintensität = Spitzenintensität/33660* x 100%
*33660 Zählungen pro Minute war die Spitzenintensität der höchsten Spitze in der Diffraktion (Spitzennummer 18 der Stadardspitzen, 2TH-OBS: 33950) Tabelle 4 Hauptsächliche Nicht-Beta-Siliziumnitridspitzen für Probe 8
a2TH-OBS = 2-Theta-Observationsposition (Angstrom)
bBeobachtete d-Beabstandung = berechnete d-Beabstandung basierend auf den beobachteten 2-Theta-Winkeln
c% der Spitzenintensität wurde bestimmt durch die Gleichung:
% der Spitzenintensität = Spitzenintensität/46620* x 100%
*46620 Zählungen pro Minute war die Spitzenintensität der höchsten Spitze in der Diffraktion (Spitzenummer 8 der Standardspitzen, 2TH-OBS: 27400)
Graphische Ergebnisse der Röntgendiffraktionsanalyse sind in den Figuren 1 und 2 vorgesehen.
Die nitrierten Produkte der vorliegenden Erfindung finden Anwendung als Turbinenschaufeln, Motorkomponenten, Ventile, Schäfte, und andere traditionelle Anwendungen für Siliziumnitrid-Keramikkomponenten.

Claims

1. Körper aus gesintertem Siliziumnitrid, dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes aufweist:

eine nicht-glasige Phase, die signifikante Röntgenstrahlenbeugungsspitzen bzw. Röntgen- Diffraktionsspitzen bei 2-Theta-Brechungswinkeln (Diffraktionswinkeln) erzeugt, und zwar entsprechend d-Beabstandungen von ungefähr 0,286 nm (2,86 Å) und 0,359 nm (3,59 Å), wobei der Körper durch das die folgenden Schritte aufweisende Verfahren hergestellt ist:

(a) Zerkleinern eines Silizium enthaltenden Pulvers ausgewählt aus im Handel verfügbarem Silizium, im wesentlichen reinem Silizium, Alpha-Phase- Siliziumnitrid und Mischungen davon, und zwar in der Form einer Aufschlämmung des Silizium enthaltenden Pulvers und Wasser in Mengen derart, daß die Aufschlämmung 10 bis 60 Volumenprozent Feststoffe und 90 bis 40 Volumenprozent Wasser enthält, wobei die Zerkleinerung ausgeführt wird, um frische nichtoxidierte Oberflächen auf dem Silizium zu bilden, und um zu gestatten, daß eine substantielle bzw. wesentlichechemische Reaktion zwischen dem Silizium und dem Wasser auftritt, und wobei der Aufschlämmung folgendes zugefügt wird:

(i) 0,5 bis 5 Volumenprozent basierend auf dem sich ergebenden Siliziumnitrid an Fe&sub2;O&sub3; als Nitrierhilfe;

(ii) 0,1 bis 5 Volumenprozent basierend auf dem sich ergebenden Siliziumnitrid an Al&sub2;O&sub3; als Verdichtungshilfe; und

(iii) 0,5 bis 10 Volumenprozent basierend auf dem sich ergebenden Siliziumnitrid an CeO&sub2; als Verdichtungshilfe, wobei das Fe&sub2;O&sub3;, Al&sub2;O&sub3; und CeO&sub2; in Mengen verwendet wird, um zusammen insgesamt 4 bis 12 Volumenprozent Nitrier- und Verdichtungs- Hilfen zu erhalten, und zwar basierend auf dem sich ergebenden Siliziumnitrid;

(b) wenn gewünscht, Alterung der erhaltenen Aufschlämmung für eine Zeitperiode von weniger als 24 Stunden, um zu gestatten, daß die Reaktion des Siliziums mit dem Wasser im wesentlichen vollendet wird;

(c) Reduzieren des Wassergehalts der Aufschlämmung auf ein Ausmaß ausreichend zur Bildung einer Trockenmasse;

(d) Nitrieren der Trockenmasse durch Aussetzen gegenüber einem Nitriergas, welches mindestens Stickstoff bei einer Temperatur aufweist, ausreichend zur Bildung einer Masse aus im wesentlichen Alpha-Phase aufweisendem Siliziumnitrid; und

(e) Aussetzen der im wesentlichen Alpha-Phase aufweisenden Siliziumnitrid-Masse einer Temperatur von 1450 bis 2100ºC für eine hinreichende Zeitspanne, um zu gestatten, daß das im wesentlichen Alpha- Phase aufweisende Siliziumnitrid sich in ein vorherrschend Beta-Phase aufweisendes Siliziumnitrid umwandelt.

2. Körper nach Anspruch 1, wobei die Nitrier- und Verdichtungshilfen der Aufschlämmung vor dem Zerkleinerungsschritt zugegeben werden.

3. Körper nach Anspruch 1, wobei die Nitrier- und Verdichtungshilfen der Aufschlämmung nach dem Zerkleinerungsschritt zugegeben werden.

4. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Silizium enthaltende Pulver eine Mischung aus im wesentlichen reinem Silizium und Alpha-Phasen-Siliziumnitrid enthält.