HU216136B

HU216136B - Kopásálló védőréteg SIC-testekre

Info

Publication number: HU216136B
Application number: HUP9503677A
Authority: HU
Inventors: Tobias Erny; Peter Greil; Wolfgang Heider
Original assignee: Cesiwid Elektrowärme GmbH.
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1999-04-28
Also published as: SK157795A3; HU9503677D0; PL311943A1; EP0718254A2; DE4445377A1; HUT73195A; HRP950604A2; EP0718254A3; CZ341595A3

Abstract

A találmány tárgya SiC-testekre való kőpásálló védőréteg, amelyvédőréteg pőrózűs szilíciűm-karbidból való szűbsztrátűmtesteket őxigénrévén történő őxidáció ellen védő, mátrixüveget, szil ciűm-karbidőt ésmőlibdén-diszilicidet tartalmazó felületi réteg, ahől a találmányszerint a réteg őlyan anyagból áll, amely pőliszilőxánból és ebbenfinőman elősztőtt mőlibdén-diszilicidből álló kev rékből 1700 řC-igterjedő hőmérsékleten elvégzett hőkezelés révén van előállítva, ésamely még a hőkezelés sőrán nem reagált mőlibdén-diszilicid összetevőttartalmaz. A találmány tárgya tővábbá eljárás kőpásálló védőrétegelőállítására, amely védőréteg pőrózűs szilíciűmkarbidból valószűbsztrátűmtesteket őxigén révén történő őxidáció ellen védő,legalább egy mátri üveget, szilíciűm-karbidőt és mőlibdén-diszilicidettartalmazó felületi réteg, ahől a találmány szerint úgy járnak el,hőgy pőliszilőxánból és mőlibdén-diszilicid-részecskékből szűszpenziótállítanak elő, amely szűszpenziót a szilíciűm-karbidból való testfelületének védendő részeire viszik fel, majd az így bevőnt testetlegfeljebb 400 řC-ig terjedő hőmérsékleten egy első hőkezelésnek vetikalá, z így hőkezelt testet őxidálóhatásők vőnatkőzásában semlegesatmőszférában 1000–1600 řC tartőmányban pirőlíziskezelésnek vetik alá,és ezen pirőlíziskezelés űtán a testet 800 řC fölötti hőmérsékletenőxidáló atmőszférában hőkezelésnek vetik alá. ŕ

Description

A találmány tárgya kopásálló védőréteg SiC-testekre, amely védőréteg porózus szilícium-karbidból való szubsztrátumtesteket oxigén révén történő oxidáció ellen védő, mátrixüveget, szilícium-karbidot és molibdén-diszilicidet tartalmazó felületi réteg. A találmány tárgya továbbá eljárás ezen kopásálló védőréteg előállítására, valamint a védőréteg alkalmazása.

A szilícium-karbidból (SiC) való elemeket, illetve testeket nagy szilárdságuk, oxidáció elleni ellenálló képességük és kúszási szilárdságuk miatt magas hőmérsékleteken működő berendezésekben fűtési, tartó, védő és szerkezeti célokra alkalmazzák. így például fűtőelemekként, szuszceptorokként, tégelyekként, védőcsövekként, sugárvédelmi pajzsokként, gázterelő lemezekként és ütközőlemezekként, tartóállványokként és tartógörgőkként alkalmazhatók a legkülönbözőbb ipari és laboratóriumi kemencékben. Az ilyen jellegű szerkezeti elemek tartós szilárdsága 1500 °C tartományba esik, amennyiben porózus, szinterezett, reakció révén lekötött vagy rekristályosított SiC-fajtákból állnak. Nagyobb hőmérsékleteknél az ellenálló képesség csökken, mivel a levegőben lévő oxigén hatására a SiC + 2O₂ —> SiO₂ + 2CO képlet szerint alakult, a gáz számára hozzáférhető teljes felületet oxidáció ellen védő szilíciumdioxid-réteg gáznemű szilícium-szuboxid-fázisok (SiO) állandó leadása miatt megsérül, és ezáltal védőfunkcióját már nem tudja teljes mértékben ellátni. A szilíciumkarbidból való testeknek még nagyobb hőmérséklet-tartományokban oxidáló atmoszférában való alkalmazása ezért stabilabb védőrétegeket igényel, amelyek a testek teljes, gáz számára hozzáférhető pórusrendszerét lefedik, vagy a teljes felszínt, beleértve a pórusnyílásokat is, megbízhatóan lezárják. Számos kísérletet végeztek ilyen jellegű védőrétegek létrehozása érdekében. Az ilyen rétegeknek egyik fontos alkotórészeként gyakran molibdén-diszilicidet (MoSi₂) alkalmaztak.

A DE AS 1142 042 szerint SiC fűtővezetékek oxidáció elleni ellenálló képességét azzal növelik, hogy az SiC fűtővezetékek felületére egy molibdén-diszilicidréteget visznek fel, és ezt 1300 °C és 1500 °C közötti hőmérsékleten történő izzítással üvegszerű, molibdént, szilíciumot, oxigént és részben szént is tartalmazó, oxidáció ellen védő réteggé alakítják át.

A később nyilvánosságra hozott DE 14 96 660 lajstromszámú szabadalmi leírás viszont az így előállított védőrétegek hatékonyságát megkérdőjelezi. Azt állítja, hogy az ilyen rétegek még mindig rendelkeznek pórusokkal, amelyek az oxidálógázok behatolását lehetővé teszik. Ezen problémák megoldása érdekében a később nyilvánosságra hozott szabadalmi leírásban egy fémszilicidet tartalmazó, szilícium-dioxidból, alumíniumoxidból, alkálifold- és alkáli-oxidból képzett üvegből egy sűrű, oxidáció ellen védő réteg előállítását javasolják. A lekötött szilicid, például MoSi₂, ebben a rétegben getterként (gázmegkötő anyagként) hat, és az a feladata, hogy a diffúzió révén behatoló oxigént reakció útján kizárólagosan nem illő reakciótermékké, főleg SiO₂-dá kösse le.

A DE 4034001 Al lajstromszámú szabadalmi leírás lényegében szénből álló szubsztrátumok számára olyan védőréteget ismertet, amely molibdén-diszilicidet és egy alacsony olvadáspontú mátrixot mint üveget, illetve nagy hőmérsékleten mechanikai feszültségeket csökkentő összetevőként üvegkerámiát tartalmaz.

Az üvegmátrixokkal ellátott, molibdén-diszilicidet tartalmazó védőrétegek alkalmazása során felmerülő fő probléma a mindenkori műszaki megoldásban részt vevő anyagoknak a hőingadozással szembeni ellenálló képessége, illetve hőmérsékletváltozás-állandósága. Nagy hőmérsékleteknek - ez alatt a 1700-1750 °C hőmérséklet-tartományba eső hőmérsékleteket értjük szobahőmérsékletre történő állandó váltakozása esetén a szubsztrátum és a védőréteg közötti tapadást biztosító határfelületeknek olyan követelményeket kell kielégíteniük, amelyeket ezen határfelületek az eltérő anyagjellemzőjük, különösen az eltérő hőtágulási együtthatójuk miatt nem tudnak teljesíteni. Ennek következtében lehűlt állapotban rétegleválások és repedések alakulnak ki. Az ilyen sérülések különösen akkor következnek be, ha a tapadást biztosító határfelületek az elemek, testek mechanikai igénybevétele miatt például egy kemencében rájuk helyezett, hőkezelésnek alávetendő anyag miatt járulékos mechanikai feszültségeknek vannak kitéve. A munkahőmérsékletre való újbóli felmelegítés nem szünteti meg - ha ez egyáltalán lehetséges - kielégítő mértékben az ilyen sérüléseket és a szubsztrátumtest is károsodik.

A termikusán nagy igénybevételnek kitehető, oxidáció ellen védő bevonatokkal szemben egy további követelmény, hogy az eróziónak ellenálljanak. Az ilyen erózióval szembeni ellenálló képesség nem elegendő, ha a rétegek nagy hőmérsékleteknél viszonylag erősen lágyult, például alkáli- vagy/és alkáliföldfém-tartalmú üveget tartalmaznak, és nem tartalmaznak elegendő kopásállósággal jellemezhető anyagokat.

A találmány révén megoldandó feladat, hogy szilícium-karbidból való porózus testekhez olyan oxidáció ellen védő rétegeket hozzunk létre, amelyek a szubsztrátumhoz erősen tapadnak, 1700 °C-ig terjedő hőmérsékleten tartósan hőállóak és emellett eróziónak is ellenállóak. A feladat továbbá, hogy az ilyen jellegű védőrétegek előállítására szolgáló eljárást hozzunk létre.

A feladat megoldására olyan kopásátló védőréteget hoztunk létre, amely védőréteg porózus szilícium-karbidból való szubsztrátumtesteket oxigén révén történő oxidáció ellen védő, mátrixüveget, szilícium-karbidot és molibdén-diszilicidet tartalmazó felületi réteg, ahol a találmány szerint a réteg olyan anyagból áll, amely polisziloxánból és ebben finoman elosztott molibdén-diszilicidből álló keverékből 1700 °C-ig teijedő hőmérsékleten elvégzett hőkezelés révén van előállítva, és amely még a hőkezelés során nem reagált molibdéndiszilicid összetevőt tartalmaz.

A feladat megoldására továbbá az ilyen védőréteg előállítására olyan eljárást hoztunk létre, amelynek során a találmány szerint úgy járunk el, hogy polisziloxánból és molibdén-diszilicid-részecskékből szuszpenziót állítunk elő, amely szuszpenziót a szilícium-karbidból való test felületének védendő részeire visszük fel, majd az így bevont testet legfeljebb 400 °C-ig terjedő

HU216 136 Β hőmérsékleten egy első hőkezelésnek vetjük alá, az így hőkezelt testet oxidálóhatások vonatkozásában semleges atmoszférában 1000-1600 °C tartományban pirolíziskezelésnek vetjük alá, és ezen pirolíziskezelés után a testet 800 °C fölötti hőmérsékleten oxidáló atmoszférában hőkezelésnek vetjük alá.

A találmány szerinti megoldás lényeges jellemzője a polisziloxánok féltermékekként történő alkalmazása egy többek közt szilícium-karbidot tartalmazó mátrixüveg előállítására. A szilícium-karbid-fázisok sziloxánból való keletkezése során ezen fázisokat a szintén szilícium-karibidból álló szubsztrátumra növesztjük, és ezáltal az üvegolvadék más rögzítési hatásaival együtt a porózus felülethez különösen jó hozzátapadást biztosítunk. A szubsztrátum tetszőleges alakú, például lemez, tömb, cső, tégely, rúd vagy meander alakú lehet.

A polimer szerves szilíciumvegyületeket, mint a sziloxánokat, eddig is sikeresen alkalmazták kerámiai szálak, porok és kopás elleni védőrétegek előállítására. Viszont a pirolitikus polimer-kerámia átalakulás során fellépő, 100%-ot meghaladó, rendkívül nagy sűrűségváltozás és az ezzel együtt bekövetkező 80%-ig teijedő térfogatcsökkenés miatt nem tudtak nagy sűrűségű testeket vagy rétegeket létrehozni. Reaktív töltőporoknak a polimer mátrixba való beépítésével elérhető, hogy a kerámiai állapotba való átalakulás során fellépő térfogatzsugorodás olyan mértékre csökkenjen, hogy nagyobb méretű elemeket, testeket tudjanak előállítani, lásd például az EP 0412428 Bl lajstromszámú szabadalmi leírást. Az ily módon előállított összetett anyagok ugyan kis zsugorodási értékekkel jellemezhetők, viszont nyitott pórusokkal rendelkeznek.

A találmány lényege abban van, hogy folyékony polisziloxángyantát finom por alakú, reaktív töltőanyagot képező molibdén-disziliciddel addig keverünk össze, amíg egy szuszpenziót kapunk. Ezzel a szuszpenzióval a szilícium-karbidból való porózus szubsztrátumtestet vonjuk be, és ezen bevonatot egy ezután következő hőkezelés révén egy összefüggő, gyakorlatilag gázzáró és ezáltal oxidáció ellen védő réteggé alakítsunk át egy összetett anyagból. Ez úgy valósul meg, hogy a rétegből kismértékű hőmérséklet-emelés és/vagy vákuum alkalmazása révén elpárologtatható anyagokat, mint vizet vagy oldószert, vonjunk el. Ezután a polisziloxánfázist legfeljebb 400 °C-ig terjedő hőmérséklettartományban termikusán térhálósítjuk. Ezt követően a testet egy nem oxidálóan ható atmoszférában, például argon- vagy nítrogénatmoszférában, 1000-1500 °C hőmérsékleten pirolíziskezelésnek vetjük alá, ahol pirolízistermékekként hidrogén, rövid láncú szénhidrogének és kis mennyiségben CO távozik el. Ezen pirolíziskezelés során lényegében egy Si-O-C mátrixüveg keletkezik, amelybe MoSi₂ van beágyazva, és amely bizonyos mértékben karbidfázisokat és amennyiben a reakcióval járó pirolízis során körülvevő atmoszféraként hidrogént alkalmaztunk, nitritfázisokat is tartalmazhat. Mivel a nitritfázisoknak a nagy hőmérséklettel szembeni ellenálló képessége rosszabb, mint a többi említett összetevőké, célszerű, ha a reakcióval járó pirolízist, amennyiben ezt nitrogénatmoszférában hajtjuk végre, a nagyobb mennyiségű nitritfázisok képzésének megakadályozása érdekében 1250 °C hőmérsékletet nem meghaladó hőmérsékleten végezzük. A molibdénszilicid és a karbidfázisok az Si-O-C mátrixüveggel együtt a polimer nagy hőmérséklet elleni ellenálló képességét, korrózióállóságát, valamint oxidációval szembeni ellenálló képességét biztosítják. Amennyiben a molibdén-disziliciden kívül a felvitt rétegben még más kerámiai szilíciumvegyületek vagy fázisok, vagy alumíniumot tartalmazó vegyületek vagy fázisok találhatók, úgy ezek a reakciókban szintén részt vehetnek, amelyek a nagy hőmérsékleteken végzett eljárási lépések során zajlanak le. Az ily módon előállított üveges réteg így csak olyan pórusokkal és repedésekkel rendelkezik, amelyeknek mérete kisebb, mint 10 pm. Ezen maradékporozitás egy ezután levegőn legalább 800 °C, előnyösen 1500-1700 °C hőmérsékleten elvégzett hőkezelés során lezárható. A reakcióval járó pirolízis és az üvegesítést megvalósító lépés során uralkodó nagy hőmérsékletek esetén a MoSi₂-nek egy része a mátrixüvegben lévő szénnel reakcióba léphet és Mo₂C és SiC vegyületet képezhet. A töltőanyagfázis maradéka az így előállított összetett anyagban mint reakcióba nem lépett MoSi₂-ként vagy Mo₅Si₃-ként van jelen. Ezen anyagok, különösen a molibdén-diszilicid, a szilícium-karbid, valamint a sziloxánból keletkezett Si-O-C fázis az így előállított réteg kiváló tulajdonságait eredményezik, éspedig az oxidációval szembeni ellenálló képességét, a réteg stabilitását és az abvázióval szembeni ellenálló képességet.

Az oxidáló feltételek mellett lezajló utolsó hőkezelést nem kell közvetlenül a kerámiaképződési folyamat után végrehajtani, lehetőség van arra is, hogy ezt a hőkezelést az üvegesített réteggel bevont test üzemi hőmérsékletre történő, első rendeltetésszerű felmelegítése során oxidáló atmoszférában hajtsuk végre.

A sziloxánokat tartalmazó termékek szilícium-karbidot képző pirolíziskezelése ismert. Ezzel kapcsolatos példák például a White et. al.: Preparation of Silicon Carbide from Organosilicon Gels, Parts I and II, Advanced Ceramic Materials, Vol. 2, No. 1 (1987) 45-59. oldalain találhatók. Ez a publikáció továbbá alkalmas polisziloxángélek előállítását is ismerteti. Alkalmazható polisziloxánkészítmények szerves szilíciumvegyületeket előállító gyártó cégektől is beszerezhetők. A találmány szerinti védőréteg előállításához kiindulási anyagként mind kondenzáció, mind addíció révén térhálósodé sziloxángyanták alkalmazhatók. Az alkalmazott sziloxánok számos szerves ligandokat, mint például alkil-, aril-, különösen fenil- vagy alkoxivegyületeket tartalmazhatnak.

A találmánynak egy előnyös kiviteli alakja szerint olyan sziloxángyantákat alkalmazunk, amelyeknek kerámiai maradék hozama a termikus lebontás után legalább 70 tömeg%. Ezen vegyületekhez tartoznak a szilszeszkvioxánok, például (RSiO_1>5) olyan ligandokkal (R mint vinil-, allil- vagy fenilmaradék), amelyek vagy erősen reakcióképesek, nagy széntartalmúak, vagy mindkét jellemzővel rendelkeznek. Alacsony viszkozitású sziloxánvegyületek közvetlenül a finom por alak3

HU216 136Β bán rendelkezésre álló töltőanyagokkal keverhetők össze, és ezt követően a szubsztrátum felületére vihetők fel. A nagyobb viszkozitású géleket alkalmas oldószer segítségével a kívánt viszkozitásértékre állíthatjuk be. Szintén oldószerekkel hígítunk, ha a polisziloxánból és szilárd anyagból álló keverékek viszkozitása túl nagy. A szubsztrátumnak a felvitt szuszpenzióval való megnedvesítésének javítása és a rétegnek a szubsztrátumhoz való hozzátapadásának javítása céljából a bevonandó részek felületét előnyösen tapadást elősegítő, szilán alapú anyaggal vonjuk be.

A bevonandó szubsztrátumok a sziloxánfázisra vonatkoztatva - amelyet 100 térfogat% mennyiségben veszünk figyelembe - 10 és 60, előnyösen 20 és 50 térfogat% mennyiségben finoman porított molibdéndiszilicidet tartalmaznak.

Az abrázió elleni ellenálló képesség javítása és a kerámiai réteg hőtágulásának további beállítása céljából a szuszpenzióhoz finom por alakban további összetevőket is hozzáadhatunk. Erre a célra előnyösen szilíciumot tartalmazó anyagokat, mint SiC, CrSi₂, TaSi₂, NbSi₂vagy WSi₂, alkalmazhatunk, amelyeket járulékosan 60 térfogat%-ig terjedő mennyiségben a szuszpenzióhoz adunk hozzá, ahol a szuszpenzió mennyiségét ezen anyagok hozzáadása előtt 100 térfogat%-kal egyenlőnek tekintjük. Ilyen jellegű adalékanyagok általában a rétegnek a szubsztrátumhoz való hozzátapadását is előnyösen befolyásolják. A védőréteg oxidációgátló hatása szempontjából különösen előnyös, ha alumínium-oxidot vagy alumínium-szilikátüveget képező adalékanyagokat, mint aluminidokat, például AISi-, AlZr-ötvözeteket, vagy alumínium-szilicidet (Al₄Si₃) vagy mullitet vagy hidroxidokat, például böhmitet, vagy hidrargilittet adunk hozzá, amelyek a szilicid töltőanyagokkal oxidáló atmoszférában lezajló reakció révén kombinálva nagy hőmérsékleteknek ellenálló, részben kristályos fedőréteget képeznek.

A szuszpenziónak a szubsztrátumra való felvitele bármilyen ismert eljárás szerint például merítéses eljárással, ecsettel vagy hengerrel történő felhordással, szórással vagy amennyiben a szuszpenziónak a test pórusaiba való mélyebb behatolását kívánjuk biztosítani, a szuszpenzióba bemerített szubsztrátumtest vákuumnyomást alkalmazó kezelés segítségével valósítható meg. A szuszpenziónak a mindenkor alkalmazott felhordási eljáráshoz igazított konzisztenciája úgy állítható be, hogy alkalmas oldószerekkel, mint például toluol, aceton vagy triklór-metán, hígítunk. Ezen oldószereket a réteg felvitele után és a vegyi térhálósodási reakció megkezdése előtt szakember számára ismert módszerek segítségével - gáznemű állapotban - el kell távolítani.

A találmány szerinti felületi védőrétegek kopásálló, nagy hőmérsékleteknek ellenálló oxidációs védőrétegekként szilícium-karbidból való porózus szubsztrátumtesteken 1700 °C hőmérsékletig alkalmazhatók. Ilyen jellegű porózus szubsztrátumokként különösen szinterezett, reakció révén megkötött vagy újrakristályosított szilícium-karbidból való alakos testek szolgálnak.

A találmányt az alábbiakban előnyös kiviteli példák kapcsán részletesebben is ismertetjük.

1. példa

Egy polimetil-szilszezkvioxán (NH2100, Chemiewerke Nünchritz) keverékből, amely 40 térfogat% mennyiségben közepes szemcseméretű - d₅₀=3 pm (H. C. Starck goslari cég Grade C típusú terméke) - MoSi₂port tartalmaz, intenzív keveréssel oldószerként alkalmazott aceton hozzáadása mellett homogén szuszpenziót hoztunk létre, amelynek viszkozitása 20 °C hőmérsékleten a víz viszkozitásával hozzávetőlegesen azonos volt. Ebbe a szuszpenzióba 5 χ 5 χ 1 cm méretű, reakció révén szinterezett szilícium-karbidból álló lemezt - amely 16%-os pórustérfogattal, körülbelül 30 pm-es közepes pórusátmérővel rendelkezett - normál nyomás alatt többször merítettünk be, aminek eredményeként egy körülbelül 100 pm vastag szuszpenzióréteget kaptunk. Ennek során a hozzátapadó oldószert minden egyes bemerítési lépés után kismértékű felmelegítéssel eltávolítottuk. Ezt követően a lemezt egy szárítószekrényben levegőatmoszférában 3 órán belül 180 °C-ra felmelegítettük, és a sziloxán térhálósodásának teljessététele céljából még további 4 órán keresztül ezen hőmérsékleten tartottuk. Ezt követően a lemezt egy védőgázt tartalmazó kemencébe helyeztük, ott argonatmoszférában 10 órán belül 1200 °C hőmérsékletre felmelegítettük, és a reakcióval járó pirolízis teljessé tétele céljából még egy további órán keresztül ezen végső hőmérsékleten tartottuk. Az összetett kerámiai réteg egy amorf Si-O-C mátrixfázisból állt, amelybe MoSi₂- és SiC-részecskék voltak beágyazva. Ez a réteg szilárdan kapcsolódott a szubsztráttesthez, és már nagymértékben gázzáró volt. Ezután az így létrehozott terméket 1600 °C hőmérsékleten 10 órán keresztül levegőatmoszférában tároltuk, ennek során nem állapítottunk meg oxidációra visszavezethető súlyváltozást.

2. példa

100 térfogatrész polimetil-szilszezkvioxánból (azonos típusú, mint az 1. példánál), 25 térfogatrész MoSi₂ból (azonos típusú, mint az 1. példánál) és 25 térfogatrész CrSi₂-ból, amelynek közepes szemcsemérete 1,8 pm (FSSS szerint, gyártó: H. C. Starck, Goslar), 90 tömeg% aceton hozzáadása mellett - a 100 tömeg%ot képviselő polisziloxánból, MoSi₂-ból és CrSi₂-ból álló keverékhez viszonyítva - nagy sebességű keverő segítségével a vízéhez hasonló viszkozitású szuszpenziót hoztunk létre. Egy reakció révén szinterezett szilíciumkarbidból álló, 15 mm-es külső átmérővel, 11 mm-es belső átmérővel, 150 mm-es hosszal jellemezhető méretű csodarabot, amely 16%-os pórustérfogattal és 30 pmes közepes pórusátmérővel rendelkezett, kívántunk bevonni. A cső felületének a szuszpenzióval történő bevonása előtt a csövet egy szilánból való, tapadást elősegítő anyaggal (típus: VTMO, gyártó: Chemiewerke Hüls) vontuk be. Ezen intézkedés révén a polisziloxán funkcionális csoportjainak a szubsztrátum SiC-felületéhez való rögzítését, hozzátapadását kívántuk fokozni. A tagadóréteg felvitele a cső bemerítésével és ezt követő, levegőn 50 °C hőmérsékleten történő félórás szárítással történt. Ezután ismételt bemerítéssel felvittük az előkészített szuszpenziót, amíg 150 pm-es rétegvastagságot el nem

HU 216 136 Β értünk. Az oldószer eltávolítása után a réteg polisziloxán összetevőjét lassú, 180 °C hőmérsékletre történő felmelegítés (körülbelül 1 K/perc) után 3 órán keresztül 180-220 °C hőmérséklet-tartományban térhálósodásnak vetjük alá. A reakcióval járó pirolízist ezt követően 1500 °C hőmérsékleten végeztük, ahol a terméket 4 órán keresztül nitrogénatmoszférában tartottuk. Az így képzett kerámiai védőréteg Si₃N₄, Mo₂C, MoSi₂, Cr₃C₂ és SiC keverékéből állt. Az így előállított test 1500 °C hőmérsékleten levegőatmoszférában történő 10 órás kezelés után nem mutatott ki oxidációra visszavezethető súlyveszteséget.

3. példa

100térfogat%polifenil-metil-sziloxánt (típus: H62C, gyártó: Wacker Chemie) és 30 térfogat% MoSi₂-port (azonos típusú, mint az 1. példánál), valamint 10 térfogat% Al₄Si₃-ot (maximális szemcseméret: 150 pm, gyártó : Goodfellow, Bad Nauheim) tartalmazó keverékből és triklór-metánból szuszpenziót készítettünk, amelynek állaga a vízéhez hasonló volt. Ezen szuszpenziót egy szórópisztoly segítségével egy 10x12x1 cm-es, reakció révén szinterezett szilícium-karbidból álló lemezre szórtuk, majd az így felvitt réteget szárítottuk. Ezt a folyamatot addig ismételtük, amíg körülbelül 50 pm-es rétegvastagságot nem értünk el. A polimer termikus térhálósodása azonos módon történt, mint ahogy ezt az 1. és 2. példánál leírtuk, 200 °C hőmérsékleten. Ezután szintén elvben már ismertetett módon a reakcióval járó pirolízis következett, amelyet ennél a példánál 1250 °C hőmérsékleten argonatmoszférában hajtottuk végre. Az így bevont lemezt ezután 2 K/perc értékkel jellemezhető felmelegítéssel 1200 °C-tól 1600 °C-ig terjedő hőmérsékleten temperáltuk. Az ily módon képzett felületlezáró védőréteg a mátrixfázison kívül alumínium-szilikát üvegből és kristályos mullitból (Al₂O₃xSiO₂) állt, és 1600 °C-ig teijedő hőmérsékleteken oxidációval szemben ellenálló volt, azaz állandó súllyal rendelkezett.

4. példa

A 2. példánál leírt SiC-csövet evakuálható edénybe merítettük be, amely polisziloxánból és MoSi₂-ból, szintetikus mullitból (gyártó cég: VAW Alumínium AG, Schwandorf) 0-0,1 mm-es szemcseméretekkel, valamint alumínium-szilicidből (azonos típusú, mint a 3. példánál) álló, folyékony (a vízéhez hasonló viszkozitással rendelkező) szuszpenzióval volt megtöltve. Ezt követően az edényben uralkodó nyomást 10² Pa-nál kisebb értékűre csökkentettük és körülbelül 5 percen keresztül ezen nyomáson tartottuk. Ezután az edényt szellőztettük, ezáltal a szuszpenzió a cső pórusaiba az alakos test felületétől hozzávetőlegesen 2 mm-nyire hatolt be. Ezután a csövet a szuszpenzióból kivettük, és a felvitt réteg térhálósodása és pirolíziskezelése céljából azonos feltételeknek tettük ki, mint ahogy ezt a 3. példánál ezen folyamatok vonatkozásában leírtuk. A szuszpenzió előállításához polimetil-fenil-sziloxánt (típus: H62C, gyártó: Wacker Chemie) alkalmaztunk, amelyhez a 100 térfogat%-ot kitevő xiloxánfázishoz viszonyítva 25 térfogat% MoSi₂-port (azonos típusú, mint az 1. példánál), valamint 5 térfogat⁰/) mullitot és 5 térfogat% Al₄Si₃-et adtunk hozzá. A hígfolyós konzisztenciát ebben az esetben toluol segítségével hoztuk létre. Az így bevont csövet 1500 °C hőmérsékleten levegőatmoszférában tároltuk, ami után megállapítottuk, hogy az oxidációval szemben ellenálló réteg a cső felületéhez még jobban hozzátapad. Az így előállított bevonatok javított hosszú távú oxidációval szembeni ellenállást mutattak 1600 °C hőmérsékleteken.

5. példa

100 térfogat%-nak megfelelő polifenil-sziloxánhoz (a

3. példánál leírttal azonos típusú) 20 térfogat% MoSi₂-et (azonos típusú, mint az 1. példánál) és 30 tértogat% mennyiségben nagy finomságú SiC-port (FEPA-féle szemcseeloszlás: F1200, gyártó: Lonza Werke Landshut) adtunk hozzá, és ebből keverés alatt aceton hozzáadása mellett kenhető szuszpenziót készítettünk. Ezzel a szuszpenzióval egy 10x12x1 cm-es újrakristályosított SiC-ból álló lemezt ecsettel történő kenés útján addig vontuk be, amíg 300 pm-es rétegvastagságot el nem értünk. Az így felhordott rétegnek a kész kerámiai védőréteggé való átalakítása azonos módon történt, mint a 3. példánál. A végrehajtott eljárási lépések során a nagy finomságú SiC-részecskék a szubsztrátumtest felületének pórusaiba, repedéseibe, egyenetlenségeibe hatoltak be. Ezáltal 1500 °C hőmérsékletig oxidációval szemben ellenálló, a szubsztrátumtest felületéhez jól rögzített és különösen sima felület keletkezett, amely ezenkívül kiváló kopásállósággal is rendelkezett.

Claims

1. Kopásálló védőréteg SiC-testekre, amely védőréteg porózus szilícium-karbidból való szubsztrátumtesteket oxigén révén történő oxidáció ellen védő, mátrixüveget, szilícium-karbidot és molibdén-diszilicidet tartalmazó felületi réteg, azzal jellemezve, hogy a réteg olyan anyagból áll, amely polisziloxánból és ebben finoman elosztott molibdén-diszilicidből álló keverékből 1700 °C-ig terjedő hőmérsékleten elvégzett hőkezelés révén van előállítva, és amely még a hőkezelés során nem reagált molibdén-diszilicid összetevőt tartalmaz.

2. Az 1. igénypont szerinti védőréteg, azzal jellemezve, hogy a felületi védőréteg vastagsága 5-500 pm.

3. Az 1. igénypont szerinti védőréteg, azzal jellemezve, hogy a felületi védőréteg vastagsága 30-300 pm.

4. Eljárás kopásálló védőréteg előállítására, amely védőréteg porózus szilícium-karbidból való szubsztrátumtesteket oxigén révén történő oxidáció ellen védő, legalább egy mátrixüveget, szilícium-karbidot és molibdén-diszilicidet tartalmazó felületi réteg, azzal jellemezve, hogy polisziloxánból és molibdén-diszilicid-részecskékből szuszpenziót állítunk elő, amely szuszpenziót a szilícium-karbidból való test felületének védendő részeire visszük fel, majd az így bevont testet legfeljebb 400 °C-ig terjedő hőmérsékleten egy első hőkezelésnek vetjük alá, az így hőkezelt testet oxidálóhatások vonat5

HU 216 136 Β kozásában semleges atmoszférában 1000-1600 °C tartományban pirolíziskezelésnek vetjük alá, és ezen pirolíziskezelés után a testet 800 °C fölötti hőmérsékleten oxidáló atmoszférában hőkezelésnek vetjük alá.

5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan szuszpenziót alkalmazunk, amely 100 térfogat% polisziloxán első összetevőt és legalább egy második - a polisziloxánhoz 10-60 térfogat% mennyiségben hozzáadott molibdén-diszilicidből álló - összetevőt tartalmaz.

6. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan szuszpenziót alkalmazunk, amely 100 térfogat% polisziloxán összetevőt és legalább egy második - a polisziloxánhoz 20-50 térfogat% mennyiségben hozzáadott molibdén-diszilicidből álló - összetevőt tartalmaz.

7. A 4-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a védőréteghez olyan szuszpenzíót alkalmazunk, amely járulékosan 0-60 térfogat% mennyiségben olyan anyagokat tartalmaz, amelyek a hőkezelési fokozatok legalább egyike során alumíniumoxidot vagy alumínium-szilikát-fázist képeznek.

8. A 4-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a védőréteghez olyan szuszpenziót alkalmazunk, amely a polisziloxán és molibdéndiszilicid mellett még 0-60 térfogat% mennyiségben szilícium-karbidot vagy egy fém-szilicidet tartalmaz, amely niob-, tantál-, króm-, volfrám- és alumíniumszilicid finomra porított alakban.

9. A 4-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárás szerinti termikus lebontás után legalább 70 tömeg% kerámiai maradék hozamot eredményező sziloxángyantát alkalmazunk.

10. Az előző eljárási igénypontok szerint előállított felületi védőrétegek alkalmazása kopásálló, hőmérsékletálló, oxidációs védőrétegként szilícium-karbidból való porózus szubsztrátumtestekre.

11. Az előző eljárási igénypontok szerint előállított felületi védőrétegeknek a 10. igénypont szerinti alkalmazása 1700 °C-ig teijedő hőmérsékletig.