EP1284942A2 - Poroese formkoerper aus polykristallinem siliciumnitrid und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Poroese formkoerper aus polykristallinem siliciumnitrid und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number
EP1284942A2
EP1284942A2 EP01953154A EP01953154A EP1284942A2 EP 1284942 A2 EP1284942 A2 EP 1284942A2 EP 01953154 A EP01953154 A EP 01953154A EP 01953154 A EP01953154 A EP 01953154A EP 1284942 A2 EP1284942 A2 EP 1284942A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
silicon nitride
porous molded
polycrystalline silicon
particle
particles
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.)
Withdrawn
Application number
EP01953154A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Kriegesmann
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.)
Drache Umwelttechnik & Co KG GmbH
Original Assignee
Drache Umwelttechnik & Co KG GmbH
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 Drache Umwelttechnik & Co KG GmbH filed Critical Drache Umwelttechnik & Co KG GmbH
Publication of EP1284942A2 publication Critical patent/EP1284942A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00241—Physical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00405—Materials with a gradually increasing or decreasing concentration of ingredients or property from one layer to another

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of porous molded articles from polycrystalline silicon nitride and to a porous molded article produced in particular by such a process.
  • Shaped bodies made of ceramic materials are usually molded at room temperature and usually get their typical material properties through a sintering process at high temperatures.
  • Non-oxide ceramics which include in particular compounds of silicon with nitrogen or carbon, have a high proportion of covalent bonds, which in principle give them very good mechanical properties even at high operating temperatures.
  • an essential criterion is that during the consolidation of these materials, none or at most only a very small one Shrinkage occurs.
  • a silicon carbide powder in bimodal particle form is generally used as the starting material for the essentially shrinkage-free production.
  • a green body is molded using a molding process such as slip casting. After the green body has been removed from the mold, it is subsequently subjected to a sintering process for further solidification, a relatively coarse structure being formed by grain growth of the silicon carbide particles (recrystallized silicone carbide, “RSC”).
  • the bulk of the bimodal particle spectrum is conventionally around 100 ⁇ m.
  • the temperatures required for the shrinkage-free consolidation of moldings based on silicon carbide for the production of commercial products are in the range of approximately 2200 ° C., which is the highest firing temperature of all silicon carbide materials.
  • silicon nitride and, consequently, a molded body made therefrom has an unprecedented combination of excellent material properties. These properties relate in particular to extremely high strength, very low thermal expansion or excellent resistance to temperature changes.
  • silicon nitride is frequently used by experts in this field for the production of molded articles from ceramic materials.
  • reaction-sintered reaction-bonded silicone nitride
  • the principle here is that elemental silicon as the starting powder in the green body reacts chemically with nitrogen from the atmosphere during firing and forms silicon nitride (Si 3 N 4 ), whereby "the silicon nitride crystallites that form form a solid grain-grain contact (
  • the disadvantage here is that the starting materials have to be empirically optimized for the formation of the reaction-bound silicon nitride in order to ensure sufficient quality, the atmosphere for nitriding the silicon, for example, also having to be set in a targeted manner Silicon takes place at about 1200 ° C to 1450 ° C, but the silicon itself has a melting point of approx. 1410 ° C, reaction-bound silicon nitride has a relatively high susceptibility to oxidation due to the resulting particle sizes of maximum 2 ⁇ m during consolidation.
  • reaction times for reaction-bound silicon nitride generally have to be very long for complete nitriding and, based on experience, can take up to a week. It is therefore an object of the invention to provide a new and improved process for producing porous molded articles with a polycrystalline structure which is new and improved over the prior art and which meets the high quality requirements of those based on silicon nitride
  • the advantage here is that due to the modal particle distribution in the silicon nitride powder, a shrinking sintering mechanism is suppressed. Furthermore, different structures can be set at the same time via the selected particle distribution depending on the application or area of use, and certain qualities required by the later molded body can be brought about accordingly.
  • the method according to the invention reduces the production time, in particular compared to the ' ⁇ ; Manufacturing time of porous shaped bodies based on reaction-bonded silicon nitride is essential. Compared to silicon carbide-based porous moldings, a significantly lower sintering temperature is necessary in the process according to the invention.
  • the porous molded articles produced by the process according to the invention are furthermore distinguished by an improved resistance to temperature changes, a lower thermal conductivity and a lower coefficient of thermal expansion than the corresponding porous silicon carbide materials.
  • a bimodal particle distribution of coarse and fine particles, in particular with regard to the adjustability of framework-forming structural regions and of structural regions that support particle-particle binding, has been used to optimize the production method according to the invention.
  • coarse particles that is to say in particular framework-forming support particles with particle sizes between 5 ⁇ m and 150 ⁇ m, have proven successful in practice for carrying out the method according to the invention.
  • moldings with specific pore sizes can be produced in a homogeneous distribution.
  • This variation in the structure leads to a range of variation, which is required in particular in the case of moldings which are used for filtration purposes. Such a variation is not possible with the reaction-bound silicon nitride.
  • Foil casting molding can be used, for example, to produce foils with different structures using the so-called "doctor blade process". These foils with their different structures are connected and interlocked by a lamination process even in the green, ie unburned state Shrinkage occurs, there is no distortion, so that monolithic ceramics with structures that vary in cross-section, in particular pore sizes, are obtained. Even structures that change continuously in cross-section can be produced, for example using a electrophoretic molding process.
  • a mass percentage distribution of at least 50% of coarse particles and at least 30% of fine particles has proven to be expedient.
  • temperatures between 1550 and 1800 ° C. have proven to be expedient in order to ensure a shaped body with a uniform structure and homogeneous distribution.
  • the method according to the invention is described in detail below using exemplary embodiments.
  • An offset of silicon nitride powder of different particle sizes is used as the starting material for carrying out the method according to the invention. It has been shown that a modal, that is to say essentially non-continuous and / or also incomplete, particle distribution that sets in after the mixing of the different particle proportions can suppress a shrinking sintering mechanism and solidification of the shaped body during the
  • the support particles used to form the framework had particle sizes between 5 ⁇ m and 150 ⁇ m. There is practically no limit to the size of the finer particle fractions and can reach into the submicron range, since the vapor pressure above the fine particles, which significantly increases the sublimation separation mechanism that occurs during consolidation, the higher, the finer the particles are.
  • the slip casting process was primarily used as the shaping process for precompressing the silicon nitride powder offset.
  • the shaping can also be carried out essentially using any other method known to the person skilled in the art, such as, for example, a pressing method, an injection molding method or a film molding method. After the green bodies have been removed from the mold and essentially completely dried the green bodies were subjected to a temperature-based sintering process.
  • a temperature range between 1550 ° C and a maximum of 1800 ° C has proven itself to achieve the desired qualities of the set structure. This temperature range also prevents, in particular, that
  • silicon nitride-based porous moldings are particularly the infiltration or known to those skilled in the art
  • silicon carbide stands out after the Porous moldings produced according to the method, inter alia, by a better resistance to temperature changes, lower thermal conductivity and a very low coefficient of thermal expansion of approximately 3.2 ⁇ 10 6 per Kelvin. Furthermore, a molded article produced by the process according to the invention is distinguished by a substantially improved resistance to oxidation in comparison to silicon nitride bonded to reactions. Because of this combination of excellent material properties, the porous molded articles produced by the process according to the invention, which are essentially non-shrinking, are particularly suitable as firing aids, burner nozzles, rollers for roller furnaces and for filters in the fields of hot gas filtration and / or in dedusting, but also for grinding wheels, including for hard metal processing.
  • Silicon nitride is also ideally suited for the function of base plates and / or carrier boards, for example for electrical circuits. " ,

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumnitrid-basierten porösen Formkörper. Vorgesehen ist hierzu, den Versatz eines Siliciumnitridpulvers mit modaler Partikelverteilung von Grob- und Feinpartikeln zunächst zur Bilding eines Grünkörpers vorzuverdichten und anschließend unter Einsatz eines Temperatur-basierten Sinterprozesses zu brennen.

Description

Verfahren zur Herstellung von porösen Formkörpern aus polykristallinem Siliciumnitrid
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von porösen Formkörpern aus polykristallinem Siliciumnitrid sowie einen insbesondere nach einem solchen Verfahren hergestellten porösen Formkörper.
Formkörper aus keramischen Werkstoffen werden in der Regel bei Raumtemperatur geformt und erhalten ihre typischen Werkstoffeigenschaften meist durch einen Sintervorgang bei hohen Temperaturen.
Nichtoxid-Keramiken, zu denen insbesondere Verbindungen von Silicium mit Stickstoff oder Kohlenstoff zählen, weisen hierbei einen hohen Anteil an kovalenten Bindungen auf, die ihnen grundsätzlich auch bei hohen Einsatztemperaturen sehr gute mechanische Eigenschaften verleihen.
Um hieraus auch großformatigere Formkörper, beispielsweise in Form von Brennhilfsmitteln, Brennerdüsen, Rollen für Rollenöfen, Heizelemente oder Zündstäbe präzise herstellen bzw. fertigen zu können, ist ein wesentliches Kriterium darin zu sehen, dass während der Konsolidierung dieser Werkstoffe keinerlei oder maximal nur eine sehr geringe Schwindung eintritt.
Einzelne Verfahren zur im wesentlichen schwindungsfreien Herstellung von Formkörper aus bestimmten keramischen
Werkstoffen sind bekannt, wobei sich in der Regel je nach Herstellungs- und/oder Bindungsart eine gewisse Porosität einstellt. Bei auf Siliciumcarbid basierenden porösen Formkörpern wird für die im wesentlichen schwindungsfreie Herstellung in der Regel ein in bimodaler Partikelform vorliegendes Siliciumcarbid-Pulver als Ausgangsmaterial verwendet. Unter Anwendung eines Formgebungsverfahrens, wie zum Beispiel ein Schlickerguß erfahren wird ein Grünkörper geformt. Nach der Entformung des Grünkörpers wird dieser anschließend zur weiteren Verfestigung einem Sinterprozess unterzogen, wobei durch Kornwachstum der Siliciumcarbid-Partikel ein relativ grobes Gefüge gebildet wird (Recrystallized-Silicon-Carbide, „RSC") .
Bei kommerziell genutzten rekristallisierten Siliciumcarbid liegt der Grobanteil des bimodalen Partikelspektrums herkömmlicherweise bei etwa 100 μm. Die für die schwindungsfreie Konsolidierung von auf Siliciumcarbid- basierenden Formkörpern zur Herstellung kommerzieller Produkte benötigten Temperaturen liegen hierbei im Bereich von ca. 2200 °C, welches die höchste Brenntemperatur aller Siliciumcarbid-Werkstoffe darstellt . In Bezug auf die mit den keramischen Werkstoffen verbundenen Eigenschaften verfügt jedoch Siliciumnitrid und folglich ein daraus hergestellter Formkörper über eine bislang unerreichte Kombination hervorragender Werkstoffeigenschaften. Diese Eigenschaften beziehen sich insbesondere auf eine extrem hohe Festigkeit, eine sehr niedrige Wärmeausdehnung oder auch auf eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit .
Folglich wird zur Herstellung von Formkörpern aus keramischen Werkstoffen von Fachleuten auf diesem Gebiet häufig auf Siliciumnitrid zurückgegriffen.
Das seit Jahren bislang einzige Verfahren zur präzisen Herstellung großformatiger, Siliciumnitrid umfassender Bauteile bzw. Formkörper basiert auf einer Gasphasenreaktion, bei der reaktionsgesintertes bzw. reaktionsgebundenes (Reaction-Bonded-Silicon-Nitride, „RBSN" ) Siliciumnitrid im wesentlichen schwindungsfrei konsolidiert wird.
Das Prinzip besteht hierbei darin, dass elementares Silicium als Ausgangspulver im Grünkörper mit Stickstoff aus der Atmosphäre beim Brennen chemisch reagiert und Siliciumnitrid (Si3N4) bildet, wobei "die sich bildenden Siliciumnitrid-Kristallite miteinander in einen festen Korn- Korn-Kontakt (Reaktionsbindung) treten. Von Nachteil ist jedoch hierbei, dass für die Bildung des reaktionsgebundenen Siliciumnitrids die Ausgangsmaterialien empirisch zu optimieren sind, um eine ausreichende Qualität zu gewährleisten, wobei beispielsweise auch die Atmosphäre zur Nitrierung des Siliciums gezielt eingestellt werden muss. Da ferner die Nitrierung des Siliciums bei etwa 1200°C bis 1450°C stattfindet, das Silicium selbst jedoch einen Schmelzpunkt von ca. 1410 °C besitzt, weist reaktionsgebundenes Siliciumnitrid aufgrund resultierender Partikelgrößen von maximal 2 μm bei der Konsolidierung eine verhältnismäßig hohe Oxidationsanfälligkeit auf.
Darüber hinaus kommt erschwerend hinzu, dass die Reaktionszeiten beim reaktionsgebundenen Siliciumnitrid für eine vollständige Durchnitrierung in der Regel sehr lang sein müssen und erfahrungsgemäß bis zu einer Woche dauern können. Eine Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein gegenüber dem Stand der Technik neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung poröser Formkörper mit polykristallinem Aufbau bereitzustellen, welches die hohen Qualitätsanforderungen der bei Siliciumnitrid-basierten
Formkörper gewohnten hervorragenden Werkstoffeigenschaften erfüllt und gleichzeitig die vorstehend aufgeführten Nachteile des Standes der Technik wesentlich verringert. i In höchst überraschender Weise ist die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe bereits durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
Vorteilhafte und/oder zweckmäßige Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, unter Ausschluss von Sinteradditiven zur Herstellung poröser Formkörper einen Versatz eines Siliciumnitrid-Pulvers mit modaler Partikelverteilung zu verwenden, welches zunächst zur Bildung von Grünkörpern vorverdichtet und nachfolgend durch Anwendung eines Temperatur-basierten Sinterprozesses zum Fertigen von Formkörpern gebrannt wird.
Von Vorteil hierbei ist, dass aufgrund der modalen Partikelverteilung im Siliciumnitridpulver ein schwindungsbehafteter Sintermechanismus unterdrückt wird. Ferner können gleichzeitig bereits über die gewählte Partikelverteilung je nach Anwendungszweck bzw. -gebiet unterschiedliche Gefüge eingestellt und bestimmte von dem späteren Formkörper geforderte Qualitäten entsprechend herbeigeführt werden.
Darüber hinaus reduziert das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellungszeit insbesondere gegenüber der ' ~ ; Herstellungszeit von porösen Formkörpern basierend auf reaktionsgebundenem Siliciumnitrid wesentlich. Gegenüber Siliciumcarbid-basierten porösen Formkörpern ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine deutlich niedrigere Sintertemperatur notwendig. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten porösen Formkörper zeichnen sich ferner durch eine verbesserte Temperaturwechselbeständigkeit, eine geringere Wärmeleitfähigkeit sowie einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die entsprechenden porösen Siliciumcarbidwerkstoffe aus. Für eine Optimierung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens hat sich eine bimodale Partikelverteilung von Grob- und Feinpartikeln, insbesondere hinsichtlich der Einstellbarkeit von gerüstbildenden Gefügebereichen und von Gefügebereichen, die eine Partikel- Partikelbindung unterstützen.
Um ferner die Qualitäten der Werkstoffeigenschaften, insbesondere in Bezug auf die Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit wesentlich zu verbessern, haben sich in der Praxis für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Grobpartikel, also insbesondere gerüstbildende Stützpartikel mit Partikelgrößen zwischen 5 μm und 150 μm bewährt .
Durch die Variation insbesondere der Stützpartikelgrößen können Formkörper Gefüge mit gezielten Porengrößen in homogener Verteilung erzeugt werden. Diese Variation der Gefügeausbildung führt zu einer Variationsbreite, die insbesondere bei Formkörpern gefordert wird, die für Filtrationszwecke verwendet werden. Ein solche Variation ist beim reaktionsgebundenem Siliciumnitrid nicht möglich.
Es sind sogar gradierte Strukturen mit im Querschnitt variierenden Gefügen herstellbar, die ebenfalls bei Membranen oder Filtern erwünscht sind. So lassen sich über eine Foliengießformgebung beispielsweise nach dem sogenannten „Doctor-Blade-Prozess" Folien mit unterschiedlichen Gefügen herstellen. Diese Folien mit ihren unterschiedlichen Gefügen werden durch einen Laminierprozess schon im grünen, also ungebrannten Zustand verbunden und verzahnt. Da der Brand dieser Formkörper ohne Schwindung abläuft, kommt es nicht zu Verzugserscheinungen, so dass monolithische Keramiken mit im Querschnitt variierenden Gefügen, insbesondere Porengrößen erhalten werden. Sogar kontinuierlich im Querschnitt sich ändernde Gefüge sind herstellbar, beispielsweise über ein elektrophoretisches Formgebungsverfahren.
Darüber hinaus haben sich eine massenprozentuale Verteilung von wenigstens 50% an Grobpartikeln und wenigstens 30% an Feinpartikeln als zweckmäßig erwiesen. Insbesondere, um einen beim erfindungsgemäßen Verfahren stattfindenden Sublimations-Abscheidungsmechanismus wesentlich verbessert zu unterstützen, ist ferner vorgesehen, ß-Siliciumnitridkristalle einzusetzen, da diese gegenüber α- Siliciu nitridkristallen mehr rundliche Partikelformen ausbilden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens haben sich Temperaturen zwischen 1550 bis 1800°C als zweckmäßig erwiesen, um einen Formkörper mit gleichmäßigem Gefüge bei homogener Verteilung zu gewährleisten. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben. Als Ausgangsmaterial für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Versatz von Siliciumnitrid-Pulver unterschiedlicher Partikelgrößen verwendet. Es hat sich gezeigt, dass bereits eine sich nach dem Vermischen der unterschiedlichen Partikelanteile einstellende modale, also im Wesentlichen nicht kontinuierliche und/oder auch lückenhafte Partikelverteilung einen schwindungsbehafteten Sintermechanismus unterdrücken kann und eine Verfestigung des Formkörpers während des
Konsolidierungsprozesses gewährleistet, wobei der Aufbau eines Gerüstes durch gröbere Partikelkörner unterstützt wird und die feineren Partikelkörner die Bindung und Vernetzung des Gerüstes bewirken. Es hat sich jedoch auch gezeigt, dass sich zur Einstellung eines gleichmäßiges Gefüge mit homogener Verteilung in praktischer Weise eine bimodale Partikelverteilung von Grobpartikeln und Feinpartikeln bewährt .
Zur Bildung eines ausreichenden Stützgerüstes wurden Mischungen mit einem Anteil von Grobpartikeln von nicht weniger als 50%, gemessen am Gesamtgewicht der jeweiligen Mischungen, sowie Anteile von feinen Partikeln von wenigstens 30% verwendet. Bei einem Siliciumnitrid-Pulver-Versatz mit einem Anteil von Feinpartikeln von weniger als 30% des Gesamtgewichts stellte sich dagegen eine nur mangelhafte Vernetzung ein. Bemisst sich der Anteil von Grobpartikeln auf weniger als 50% können Schwindungsreaktionen auftreten.
Ferner hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung von Siliciumnitridpulver in seiner sich bei niedrigem Sauerstoffpartialdruck und hoher Temperatur bildenden ß-Form, insbesondere für die Bereitstellung der Grobpartikel, aufgrund der mehr rundlichen Partikelform gegenüber Partikeln aus α-Siliciumnitrid der Konsolidierungsprozess wesentlich begünstigt wird.
Die zur Bildung der Gerüsts verwendeten Stützpartikel hatten Partikelgrößen zwischen 5 μm und 150 μm. Der Größe der feineren Partikelanteile ist nach unten praktisch keine Grenze gesetzt und kann bis in den submikronen Bereich reichen, da der den während der Konsolidierung auftretende Sublimations-Abscheidungsmechanismus wesentlich fördernde Dampfdruck über den Feinpartikeln um so höher ist, desto feiner die Partikel sind.
Als Formgebungsverfahren zum Vorverdichten des Siliciumnitrid-Pulver-Versatezs wurde in erster Linie das Schlickergußverfahren angewendet. Die Formgebung kann jedoch auch im wesentlichen mit jedem anderen, dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannten Verfahren, wie beispielsweise einem Pressverfahren, einem Spritzgussverfahren oder einem Foliengussverfahren durchgeführt werden. Nach Entformung der Grünkörper und deren im Wesentlichen vollständiger Trocknung wurden die Grünkörper einem temperaturbasierten Sinterprozess unterzogen.
Zur Erzielung der gewünschten Qualitäten des jeweils eingestellten Gefüges hat sich ein Temperaturbereich zwischen 1550 °C bis maximal 1800 °C bewährt. Dieser Temperaturbereich verhindert darüber hinaus zum Einen insbesondere, dass eine
Zersetzung des Siliciumnitrids in seine Elemente nicht einsetzt, andererseits wird eine ß-α-Umwandlung im wesentlichen ausgeschlossen. Es wurde festgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren der Sinterprozess, und somit die Konsolidierung bereits nach wenigen Stunden als abgeschlossen angesehen werden konnte. Bei einigen eingestellten Gefüge waren die feinen Bindepartikel bereits nach ca. β Stunden verschwunden. Die maximalen Schwindungen bewegten sich hierbei unterhalb einem Prozent gegenüber dem Grünkörper.
Es sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße
Verfahren, bei welchem somit auf Sinteradditive verzichtet wird und lediglich der in dem Siliciumnitrid-Pulver oberflächlich enthaltene Sauerstoffgehalt tolerierbar ist, ferner auch die Fertigung von Formkörper mit zusätzlich eingelagerten Fasern gewährleistet.
Zur Weiterverdichtung des nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Siliciumnitrid-basierten porösen Formkörpers bieten sich insbesondere die dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannten Verfahren der Infiltration oder des
Beschichtens an.
Bei Einsätzen bis 1400°C wurden auch bei steigenden
Temperaturen nicht abnehmende Biegefestigkeiten des jeweiligen rekristallisierten Siliciumnitrid-Gefüges von 80 bis 200 Megapascal festgestellt.
Insbesondere gegenüber den keramischen Werkstoffen auf
Basis von Siliciumcarbid zeichnet sich der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte poröse Formkörper unter anderem durch eine bessere Temperaturwechselbeständigkeit, geringere Wärmeleitfähigkeit und einen sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 3,2xl0~6 pro Kelvin aus. Ferner zeichnet sich ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Formkörper im Vergleich zu Reaktionsgebundenem Siliciumnitrid durch eine wesentlich verbesserte Oxidationsbeständigkeit aus. Aufgrund dieser Kombination hervorragender Werkstoffeigenschaften sind die durch das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen schwindungsfrei hergestellten porösen Formkörper insbesondere als Brennhilfsmittel, Brennerdüsen, Rollen für Rollenöfen sowie für Filter auf Gebieten der Heißgasfiltration und/oder in Entstaubung aber auch für Schleifscheiben einschließlich für die Hartmetallbearbeitung geeignet.
Darüber hinaus sind auch bei zunehmender Temperatur die Nichtleitereigenschaften insbesondere gegenüber auf Siliciumcarbid basierenden technischen Werkstoffen wesentlich verbessert, so dass sich Formkörper aus rekristallisiertem
Siliciumnitrid auch in der Funktion von Grundplatten und/oder Trägerplatinen beispielsweise für elektrische Schaltungen hervorragend eignen. ",

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von porösen Formkörpern aus polykristallinem Siliciumnitrid, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Bereitstellen eines Siliciumnitridpulvers mit modaler Partikelverteilung von Grob- und Feinpartikeln,
Vorverdichten des Siliciumnitridpulvers zur Bildung von Grünkörpern, und - Temperatur-Sintern des vorverdichteten Grünkörpers.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine im wesentlichen bimodale Partikelverteilung verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Grobpartikel Partikelgrößen zwischen 5μm und 150μm verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefügestruktur des Formkörpers in Abhängigkeit der Verteilung und/oder der Größe der Partikel ■ definiert werden kann. '
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Partikelverteilung eine Massenprozentuale Verteilung von wenigstens 50% an Grobpartikel und wenigstens 30% an Feinpartikel verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Formkörpers ß- Siliciumnitridkristalle verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern bei einer Temperatur im Bereich von 1550°C bis maximal 1800°C durchgeführt wird.
8. Poröser Formkörper aus polykristalinem Siliciumnitrid, insbesondere nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt, gekennzeichnet durch eine Gefügestruktur mit einer Partikelgröße von wenigstens 5μm.
9. Poröser Formkörper aus polykristalinem Siliciumnitrid, nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine sich im Querschnitt ändernde Gefügestruktur.
10. Poröser Formkörper aus polykristalinem Siliciumnitrid nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich um 3,2 * 10"6 pro Kelvin.
EP01953154A 2000-05-20 2001-05-21 Poroese formkoerper aus polykristallinem siliciumnitrid und verfahren zu deren herstellung Withdrawn EP1284942A2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10025198A DE10025198A1 (de) 2000-05-20 2000-05-20 Verfahren zur Herstellung von porösen Formkörper aus polykristallinem Siliciumnitrid
DE10025198 2000-05-20
PCT/EP2001/005774 WO2001090029A2 (de) 2000-05-20 2001-05-21 Poroese formkoerper aus polykristallinem siliciumnitrid und verfahren zu derenherstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1284942A2 true EP1284942A2 (de) 2003-02-26

Family

ID=7643058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP01953154A Withdrawn EP1284942A2 (de) 2000-05-20 2001-05-21 Poroese formkoerper aus polykristallinem siliciumnitrid und verfahren zu deren herstellung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20030176271A1 (de)
EP (1) EP1284942A2 (de)
JP (1) JP2003535006A (de)
DE (1) DE10025198A1 (de)
WO (1) WO2001090029A2 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO317080B1 (no) * 2002-08-15 2004-08-02 Crusin As Silisiumnitriddigler som er bestandige mot silisiumsmelter og fremgangsmate for fremstilling av slike digler

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5049530A (en) * 1989-12-28 1991-09-17 Gte Laboratories Incorporated Power mixture and green body for producing silicon nitride base & articles of high fracture toughness and strength
JP3279128B2 (ja) * 1994-08-12 2002-04-30 宇部興産株式会社 窒化珪素粉末
JPH08133857A (ja) * 1994-11-08 1996-05-28 Sumitomo Electric Ind Ltd セラミックス多孔体及びその製造方法
JPH09249457A (ja) * 1996-01-09 1997-09-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 高強度窒化ケイ素多孔体及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0190029A3 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001090029A2 (de) 2001-11-29
US20030176271A1 (en) 2003-09-18
JP2003535006A (ja) 2003-11-25
WO2001090029A3 (de) 2002-05-16
DE10025198A1 (de) 2001-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1741685B1 (de) Poröser beta-SiC-haltiger keramischer Formkörper und Verfahren zu dessen Herstellung.
DE2734425C2 (de) Polykristalliner Sinterkörper auf der Basis von Siliziumcarbid und Borcarbid und Verfahren zum Herstellen
DE19736560C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines porösen Körpers, Körper aus SiC, sowie Verwendung des porösen Körpers
DE112011101296B4 (de) Filter zum Filtrieren von geschmolzenem Metall und Herstellungsverfahren dafür
EP2597075B1 (de) Poröser alpha-sic-haltiger formkörper mit durchgehend offener porenstruktur
EP1741687B1 (de) Poröser beta-SIC-haltiger keramischer Formkörper und Verfahren zu dessen Herstellung aus einem Kohlenstoff-haltigen Formkörper
DE3141982A1 (de) Bienenwabenfoermiger kohlenstofformkoerper und verfahren zu dessen herstellung
DE2813666A1 (de) Dichter, temperaturwechselbestaendiger koerper aus siliciumcarbid und verfahren zu seiner herstellung
EP1493723B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Keramik
CH623018A5 (en) Process for producing a sintered silicon carbide object
DE102010008089A1 (de) Tiegel für die Photovoltaik
EP2462080B1 (de) Alpha-al2o3-sintermaterial und verfahren zur herstellung eines hochdichten und feinstkristallinen formkörpers aus diesem material sowie dessen verwendung
DE2923729A1 (de) Sinterkeramisches produkt und verfahren zu seiner herstellung
DE3403917C1 (de) Verfahren zum Verdichten poroeser keramischer Bauteile fuer das heissisostatische Pressen
DE2330595C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Siliciumnitrid-Formkörpern
EP0064606B2 (de) Verfahren zur Herstellung eines homogenen Siliciumcarbid-Formkörpers
EP1284942A2 (de) Poroese formkoerper aus polykristallinem siliciumnitrid und verfahren zu deren herstellung
EP1776323B1 (de) Versatz zur erstellung eines feuerfesten keramischen förmkörpers, verfahren zu seiner herstellung sowie seine verwendung als dieselpartikelfilter
DE4405331C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Keramikbauteils
DE102015210831B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs bei dem in eine Siliciumnitrid-Matrix Diamant- oder cBN-Partikel ais Hartstoff eingebettet sind
DE102008062155A1 (de) Keramische Masse
EP0810982B1 (de) Verfahren zur herstellung von keramischen, metallischen oder keramometallischen formkörpern
EP0528416B1 (de) Siliziumcarbid-Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung
DE3149796A1 (de) Verfahren zur herstellung von poroesen formkoerpern aus polykristallinem borcarbid mit eigenbindung durch drucklose sinterung
DE102021107865A1 (de) Bauteile aus einem keramischen Werkstoffverbund und Verfahren zu seiner Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20021030

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO SI

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20050528