NO146320B - Poroese, ildfaste silisiumoksynitridlegemer og fremgangsmaate for fremstilling derav - Google Patents
Poroese, ildfaste silisiumoksynitridlegemer og fremgangsmaate for fremstilling derav Download PDFInfo
- Publication number
- NO146320B NO146320B NO762302A NO762302A NO146320B NO 146320 B NO146320 B NO 146320B NO 762302 A NO762302 A NO 762302A NO 762302 A NO762302 A NO 762302A NO 146320 B NO146320 B NO 146320B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- grains
- silicon
- si2on2
- porous
- pores
- Prior art date
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 23
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims description 20
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 36
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 6
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229960001866 silicon dioxide Drugs 0.000 claims 3
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 claims 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000027455 binding Effects 0.000 description 6
- 238000009739 binding Methods 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 3
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940075614 colloidal silicon dioxide Drugs 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
- B22D1/002—Treatment with gases
- B22D1/005—Injection assemblies therefor
-
- 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
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
- C04B35/591—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by reaction sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B21/00—Obtaining aluminium
- C22B21/06—Obtaining aluminium refining
- C22B21/064—Obtaining aluminium refining using inert or reactive gases
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse angår porøse, ildfaste silisiumoksynitridlegemer med en volumvekt på mindre enn 1,8 g/cm 3. Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av slike legemer.
Porøse plater, rør og andre legemer brukes i aluminiumindu-strien for å føre gasser inn i smeltebad, uten å bli angre-pet av det smeltede materiale. Det er et spesielt behov for et porøst legeme som kan motstå klor og klorerte gasser ved forhøyede temperaturer av den type man finner i aluminium-elektrolysesysterner, f.eks. slik det er beskrevet i U.S. patent nr. 3.785.594. Materialet må også kunne motstå angrep av smeltede kloridsalter av smeltet aluminium.
Silisiumoksynitrid i en form med lav permeabilitet har vist seg å kunne motstå angrep fra det miljø man finner i den såkalte Alcoa-prosessen. Man har imidlertid funnet at ved å redusere tettheten for derved å øke porøsiteten, ikke gir tilstrekkelig permeabilitet og resulterer i et legeme med fine, diskrete partikler som er relativt løst sammenbundet mer enn å danne en tett matrise. Det er således et stort behov for et matrisemateraile med høy densitet som har sammenbindende porer eller kanaler som åpner for gassgjennomgang. Tidligere forsøk på å fremstille et sammenhengende porenettverk ved å bruke utbrent materiale ved nitridering, har resultert enten i karbonfylte porer eller porer som er fylt opp med et fibrøst materiale av a-silisiumnitrid. Slike legemer hadde sterkt redusert permeabilitet. Tilsvarende, tidligere forsøk på å fremstille et kontinuerlig porenettverk ved å presse sintrede korn av ferskt, komprimert silisiumoksynitrid, har også resultert i porer fylt med silisiumnitridfibre etter nitridering med en tilsvarende redusert permeabilitet.
Det er tidligere kjent en rekke fremgangsmåter for dannelse
av Si2ON2 (se f.eks. U.S. patentene 3.356.513, 3.639.101 og 3.679.444 såvel som U.S. patent 3.193.399 for dannelse av Si20N2 for binding av silisiumkarbidkorn), så er det ingen tidligere kjent fremgangsmåte som viser dannelsen av et til-
fredsstillende porøst Si2°N2~le9eme• Det finnes en rekke andre porøse, ildfaste legemer, f.eks. av den type som er angitt i U.S. patenter 2.806.772, 2.691.598 og 3.175.918, men ingen av disse angir et produkt med den porøsitet og korrosjonsresistens som man finner hos ildfaste legemer ifølge foreliggende oppfinnelse.
Man har nå oppdaget at det er mulig å fremstille et silisiumoksynitridlegeme som har et kontinuerlig porenettverk og følgelig høy permeabilitet der porestrukturen er åpen og ikke inneholder hverken karbonholdige residua eller avsetnin-ger av a-silisiumnitridfibre, men i det alt vesentlige består av silisiumoksynitrid.
Foreliggende oppfinnelse angår således porøse, ildfaste silisiumoksynitridlegemer med en volumvekt på mindre enn 1,8 g/cm 3, og disse legemer karakteriseres ved at minst 14 volum-% av det totale volum består av kontinuerlige kanaler av porer med porediametre mellom 20 og 2000 ym, idet hovedandelen av Si20N2 foreligger i form av Si20N2_korn som er bundet sammen av et kompakt Si20N2~sjikt som omgir hvert korn og strekker seg mellom kornene ved berøringspunktene.
Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av
porøse oksynitridlegemer som nevnt ovenfor og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at Si2ON,,-korn med partikkelstørrelse 4 til 90 mesh(US Standard) blandes med fint oppdelt silisiummetallpulver og silisiumdioksyd eller et silisiumdioksydhol-dig materiale i en våtblanding inneholdende et bindemiddel, omgjøring av den resulterende masse til ønsket form, tørking av massen og deretter nitridere den resulterende masse for å omdanne silisium og silisiumdioksyd til Si^ON^.
Permeabiliteten kan justeres til det ønskede nivå ved å jus-tere størrelse og form på kornene.
Ved å bruke siktede silisiumoksynitridkorn er det mulig å danne et kontinuerlig porenettverk, uten et påfølgende karbon-holdig residum som tetter porene, noe som f.eks. ofte finnes når man bruker et organisk poredannende middel. Sliktede korn fremstilles ved å knuse forkastet silisiumoksynitridmateriale av ildfast type som hadde for lav permeabilitet, og deretter sikte ut de forønskede størrelser. Porestørrelsen på silisiumoksynitrid med lav permeabilitet fremstilt som f.eks. beskrevet i U.S. patent 3.679.444, er typisk fra 1 til 2 ym, men varierer helt fra 0,2 ym til 20 ym. Densiteten på et slik materiale vil vanligvis variere fra 2,0 til 2,2 g/cm 3. Slike korn kan også fremstilles ved å komprimere et råmate-riale av oksynitrid og deretter knuse og sikte de ferske komprimerte stykkene til en forønsket størrelse, hvoretter man nitriderer kornene. De ferske kornene fremstilt på denne måte kan også brukes direkte for dannelsen av et porøst legeme, forutsatt at man bruker en behandling som gjør at de ikke brytes ned under blandingen med den spesielle våtbehandling som brukes for å binde kornene sammen. En slik behandling kunne f.eks. være en varmebehandling i luft til en temperatur på 500°C.
De spesielle bindeingredienser som brukes for de siktede
korn består av finfordelt silisiummetallpulver, fortrinns-vis blandet med ortoammoniumsilikatoppløsning. Denne blanding kan også tilsettes mindre mengder enten av kalsiumfluo-rid eller magnesiumfluorid. Man har funnet at tilsetninger av disse materialer i en størrelsesorden på fra 2 til 5% av bindeingrediensene, sterkt reduserer dannelsen av a-silisiumnitridfibre. Oksyder eller andre kilder for kalsium og magne-sium kan også brukes for å gi den samme effekt. Bruken av ortoammoniumsilikat tilveiebringer den nødvendige mengde silisiumoksyd til at man kan få en oksynitriddannelse, og kalsium og magnesiumfluorid virker fremmende på forbindelse for oksynitriddannelsen. Ortoammoniumsilikatet resulterer også i en sterk bindeblanding som dekker Si20N2 kornene og binder dem sammen under relativt lavt trykk, slik at man får åpne kanaler mellom kornene. Skjønt ortoammoniumsilikat er det foretrukne bindemiddel, så kan man også bruke andre bin-demidler som en vandig suspensjon av kolloidal silisiumdiok-
syd, f.eks. "Ludox" 130M (fremstilles av DuPont) eller etyl-silikat.
For å fremstille et permeabelt legeme tar man vanligvis en viss mengde av siktede silisiumoksynitridkorn, f.eks. de som faller gjennom mellom 10 og 24 mesh(US Standard) og blander kornene med ca. 25% av bindeblandingen. Nevnte bindeblanding inneholder typisk 32% finfordelt silisium som har en midlere partikkelstørrelse på 2 ym; 65% ortoammoniumsilikat (OAS)
som inneholder ca. 34% silisiumdioksyd i vandig oppløsning; og 3% av et finfordelt magnesiumfluoridpulver. Den resulterende blanding er våt og klebrig og kan stampes eller presses til en ønsket form. Håndstamping med en treblokk har vist seg å være en tilfredsstillende fremstillingsteknikk. Ved å bruke vokspapir kan man lett frigjøre legemet fra formen.
Etter lufttørking eller ovnstørking i luft, så kan vokspapi-ret dras av overflatene. Det ferske stykke har god styrke etter tørking og kan lett behandles. Stykkene kan deretter nitrideres i en typisk silisiumoksynitrid-brennsyklus, slik det er beskrevet i U.S. patentene 3.356.513 og U.S. 3.639.101. Det er ikke nødvendig å bruke noen organisk avbrenningssyklus, ettersom de ferske stykkene er totalt uorganiske av natur. Det resulterende stykke er meget permeabelt og har en sterk, åpen struktur.
Porøse plater på 150 mm x 150 mm x 15 mm ble fremstilt på følgende måte:
Eksemplene I- V
Fem forskjellige blandinger ble fremstilt i en rustfri stål-bolle ved hånd og håndstampet med et trestykke i bokser som var belagt med vokset papir og hvis størrelse var 15 x 15 cm. Platene ble lufttørket og deretter fjernet fra boksene. Platene ble lagt på en aluminiumoksydhylle i et nitrideringskam-mer og brent i en serie trinn under eksoterm kontroll til en temperatur på 1420°C. De resulterende plater var harde og godt sammenbundet og gav fra seg en "klingende" lyd når de ble slått.
Trykkfallet ble målt ved forskjellige strømningshastigheter av nitrogen ved romtemperatur, idet man brukte et rundt kam-mer med diameter 10 cm og som var forbundet med et kalibrert strømningsmåleinstrument og et gassmålingsinstrument. Man fant følgende trykkfall over 15 mm tykkelsen.
x)
<x>) Trykkfall etter substraksjon av basistrykket.
Disse data viser at trykkfallet over platene ble redusert både når man tilsatte CaF2 eller MgF^ til bindeingrediensene. Platene med 4 deler av et av fluoridene viste lavere trykk enn de med 2 deler, og begge tilsetninger resulterte i be-tydelige lavere trykk enn i en plate uten slike tilsetninger. Dette indikerer klart at de sammenbindende kanaler er mer åpne når fluoridene tilsettes.
Eksempel VI
En plate som målte 30 cm x 27,5 cm x 18 mm ble håndstampet fra følgende blanding:
Platen ble tørket og brent sorS> i de tidligere eksempler. Platen var hard og med god sammenbinding og med en åpen struktur og det var ingen a-silisiumnitridfibre i porene. Bruddmodulen på en stav på 22,5 cm x 5,3 cm som var skåret ut fra platen, var 108 kg/cm 2 mens densiteten var 1,56 g/cm 3.
Eksempel VII
En plate som målte 30 cm x 27,5 cm x 1,8 cm ble presset fra følgende blanding:
Platen ble lufttørket over natten og så tørket i en ovn ved 80°C. Den ble brent som i de tidligere eksempler og under-søkt .
Permeabiliteten i platen målt ved en standard prøve for porø-se plater (for plater med en tykkelse på 2,5 cm) idet man brukte et vanntrykk på 5 cm, var 2,001 l/min./cm . Et rønt-gendiffraksjonsdiagram av en prøve fra platen viste i alt vesentlig bare Si2ON2 og ingen topper som viste at a-Si^N^, Ø-Si-jN^, krystobalitt eller silisium. Man fant en mindre topp for SiC som ble beregnet til en mengde på fra 2 til 5%. En spektrografisk analyse av metallfasene viste i alt vesentlig bare Si med 1,2% Al, 0,2% Ca, 0,3% Fe og 0,3% Mg.
En undersøkelse av en polert del av en prøve fra platen viste et nettverk av sammenbundne kanaler hvis størrelse varierte fra 0,2 til 2 mm med et middel på ca. 1 mm. Skjønt kanalene var uregelmessige av form, så var veggene glatte og viste intet tegn på fiberdannelse. Ved kontaktpunktene mellom kornene var bindingene godt etablert med glatte runde overganger fra korn til korn. Kanalene viste mange avbøyningsvinkler, hvorved man unngikk direkte åpninger fra en overflate av platen til en annen. En forstørrelse på 56 x av bindingen mellom kornene viste en avrunding av porene og dannelsen av et tett lag på poreveggene. Huller og defekter i selve korn-strukturen var lukket ved hjelp av belegget, som hadde en tykkelse på fra 20 til 100 ym. Porestørrelsen på belegget var typisk ca. 2 ym. Det synes imidlertid som om belegget hadde større tetthet enn selve utgangskornene, dvs. at det relative porevolum på belegget er mindre enn det man fant i utgangskornene.
I disse eksempler ble det bare brukt en størrelse på silisiumoksynitrid-kornene og det ble fremstilt plater. For filtrering eller for strømningskontroll er det ofte ønskelig å ha forskjellige porestørrelser, og andre former, slik som rør. Det er et viktig karakteristikum ved porene at det bør være kanalpassasje mer enn runde isolerte porer. Et kontinuerlig porenettverk gir lavt trykkfall for en gitt strøm-ningshastighet. Bruken av siktede partikler gir slike kanaler, forutsatt at kanalene ikke blir tettet ved sammenbindin-gen enten ved dannelse av fibre eller ved at man må bruke store volumer av bindemiddel.
Porestrukturen i foreliggende produkter er bimodal. Det er relativt store kanalporer og det er meget små porer i matrisen og bindingene. Matrise og bindemiddelporer er i alt vesentlig mindre enn 10 ym med en middelverdi på 2 ym eller mindre. Kanalporene er de som ligger mellom kornene og vil være mindre enn korndiameteren, men kontinuerlige. Produkter fremstilt med 10/24 korn tilsvarer en partikkeldiameter på 1000 til 3500 ym. Man kunne observere porestørrelser under mikroskopet på polerte stykker i størrelsesområdet fra 200 til 2000 ym. En 2000 ym pore er sannsynligvis en kanal. Diameteren på en kanal vil være fra 1/4 til 1/10 i forhold til selve kornstør-relsen.
I eksempel VI var volumtettheten på produktet 1,56 g/cm^. Ettersom matrisen og bindemidlet har en densitet på ca. 2,1 g/cm 3, så er 56 volum-% av legemet silisiumoksynitrid, 18 volum-% er fine porer i matrisen, mens 26 volum-% er kanalporer .
Man kan selvsagt fremstille produktet med variabel kornstørrel-se, porestørrelse og kanalvolumer. De prinsipielle begrens-ninger er (a) for lav styrke ved høyeste porøsitet eller (b) for liten binding eller (c) for lav permeabilitet for de fi-neste kornstørrelser eller (d) for stort volum på bindingene. Erfaring med porøse keramiske legemer i andre materialer indikerer at 4 mesh er så stort som vanligvis ønskelig, og 90 mesh vil være en nedre grense for det foreliggende produkt. Kanal-diameteren vil variere fra 1000 ym til 20 ym, henholdsvis. Den tetteste pakking med tilfredsstillende permeabilitet er et produkt med en volumtetthet på 1,8 g/cm 3 som tilsvarer 64,3 volum-% fast stoff, 21,4 volum-% porer i Si2ON2~kornene og 14,3 volum-% porer i form av kanaler.
I de ovennevnte eksempler ble Si2ON2~kornene fremstilt fra knuste Si2ON2-plater som var fremstilt som beskrevet i U.S. patent nr. 3.356.513. Silisiumet ble oppnådd fra Union Car-bide Corporation under betegnelsen teknisk kvalitet. Det hadde en nominell analyse på 98,5% Si, 0,9% Fe, og 0,5%
Al og 0,1% Ca, mens MgF2 var finfordelt renset pulver og
CaF2 var et 200 mesh og finere pulver. Ortoammoniumsilikatet (OAS) er fremstilt av Philadelphia Quartz Company med betegnelsen OAS 7^3, som inneholder 34% Si02 og et molforhold på 4,5 mellom SiO/kationer.
Claims (3)
1. Et porøst, ildfast silisiumoksynitridlegeme med en volumvekt på mindre enn 1,8 g/cm 3,karakterisert ved at minst 14 volum-% av det totale volum består av kontinuerlige kanaler av porer med porediametre mellom 200 ym og 2000 ym, idet hovedandelen av Si2ON2 foreligger i form av Si2ON2-korn som er bundet sammen av et kompakt Si2ON2-sjikt som omgir hvert korn og strekker seg mellom kornene ved berøringspunktene.
2. Porøst legeme ifølge krav 1, karakterisert ved at hovedfraksjonen av Si2ON2 foreligger i form av korn med relativt grov partikkelstørrelse innen området 10 til 30 mesh(US Standard), idet det mere kompakte Si2ON2 dekker kornene til en tykkelse innen størrelsesorden 20 ym til 100 ym.
3. Fremgangsmåte for fremstilling av et porøst oksynitrid-legeme ifølge et hvilket som helst av kravene 1-2, karakterisert ved at Si2ON2~korn med partikkel-størrelse 4 til 20 mesh(US Standard) blandes med fint oppdelt silisiummetallpulver og silisiumdioksyd eller et silisium-dioksydholdig materiale i en våtblanding inneholdende et bindemiddel, omgjøring av den resulterende masse til ønsket form, tørking av massen og deretter nitrideres den resulterende masse for å omdanne silisium og silisiumdioksyd til Si2ON2.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US59938775A | 1975-07-28 | 1975-07-28 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO762302L NO762302L (no) | 1977-01-31 |
| NO146320B true NO146320B (no) | 1982-06-01 |
| NO146320C NO146320C (no) | 1982-09-08 |
Family
ID=24399409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO762302A NO146320C (no) | 1975-07-28 | 1976-07-01 | Poroese, ildfaste silisiumoksynitridlegemer og fremgangsmaate for fremstilling derav |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4069058A (no) |
| JP (1) | JPS5215507A (no) |
| BE (1) | BE844374A (no) |
| CA (1) | CA1075437A (no) |
| DE (1) | DE2633537A1 (no) |
| ES (1) | ES450030A1 (no) |
| FR (1) | FR2319598A1 (no) |
| GB (1) | GB1560528A (no) |
| NO (1) | NO146320C (no) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4331771A (en) * | 1980-05-12 | 1982-05-25 | Norton Company | High density silicon oxynitride |
| US4517037A (en) * | 1981-11-02 | 1985-05-14 | Aluminum Company Of America | Refractory composition comprising nitride filler and colloidal sol binder |
| US4711860A (en) * | 1986-03-12 | 1987-12-08 | Corning Glass Works | Modified cordierite glass ceramic composite |
| AU597664B2 (en) * | 1986-05-28 | 1990-06-07 | Cookson Group Plc | An improved ceramic material |
| US6066414A (en) * | 1997-07-29 | 2000-05-23 | Sony Corporation | Material of negative electrode and nonaqueous-electrolyte secondary battery using the same |
| US7067176B2 (en) * | 2000-10-03 | 2006-06-27 | Cree, Inc. | Method of fabricating an oxide layer on a silicon carbide layer utilizing an anneal in a hydrogen environment |
| US7727904B2 (en) * | 2005-09-16 | 2010-06-01 | Cree, Inc. | Methods of forming SiC MOSFETs with high inversion layer mobility |
| DE102006040269B4 (de) * | 2006-08-28 | 2009-09-24 | Refractory Intellectual Property Gmbh & Co. Kg | Gebranntes feuerfestes keramisches Produkt |
| CN103339300A (zh) | 2010-12-30 | 2013-10-02 | 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 | 坩埚主体及其形成方法 |
| US9984894B2 (en) | 2011-08-03 | 2018-05-29 | Cree, Inc. | Forming SiC MOSFETs with high channel mobility by treating the oxide interface with cesium ions |
| CN116041068B (zh) * | 2023-03-07 | 2023-12-08 | 宜兴金君耐火炉料有限公司 | 一种低氧铜杆冶炼熔炉用的抗氧化氧氮化硅结合碳化硅砖 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3356513A (en) * | 1966-12-20 | 1967-12-05 | Norton Co | Production of silicon oxynitride |
| US3679444A (en) * | 1970-06-29 | 1972-07-25 | Norton Co | Control of shrinkage and growth of silicon oxynitride bodies |
| US3639101A (en) * | 1970-06-29 | 1972-02-01 | Norton Co | Process for producing silicon oxynitride |
| US3785941A (en) * | 1971-09-09 | 1974-01-15 | Aluminum Co Of America | Refractory for production of aluminum by electrolysis of aluminum chloride |
-
1976
- 1976-06-22 CA CA255,454A patent/CA1075437A/en not_active Expired
- 1976-07-01 NO NO762302A patent/NO146320C/no unknown
- 1976-07-16 FR FR7621757A patent/FR2319598A1/fr active Granted
- 1976-07-22 BE BE1007518A patent/BE844374A/xx unknown
- 1976-07-22 ES ES450030A patent/ES450030A1/es not_active Expired
- 1976-07-22 GB GB30538/76A patent/GB1560528A/en not_active Expired
- 1976-07-22 JP JP51087717A patent/JPS5215507A/ja active Pending
- 1976-07-26 DE DE19762633537 patent/DE2633537A1/de not_active Withdrawn
- 1976-11-10 US US05/740,357 patent/US4069058A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2319598B1 (no) | 1980-04-25 |
| JPS5215507A (en) | 1977-02-05 |
| CA1075437A (en) | 1980-04-15 |
| US4069058A (en) | 1978-01-17 |
| DE2633537A1 (de) | 1977-02-24 |
| NO146320C (no) | 1982-09-08 |
| GB1560528A (en) | 1980-02-06 |
| BE844374A (fr) | 1977-01-24 |
| NO762302L (no) | 1977-01-31 |
| ES450030A1 (es) | 1977-07-16 |
| FR2319598A1 (fr) | 1977-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4943544A (en) | High strength, abrasion resistant refractory castable | |
| Mohanta et al. | Processing and properties of low cost macroporous alumina ceramics with tailored porosity and pore size fabricated using rice husk and sucrose | |
| Innocentini et al. | Permeability of high‐alumina refractory castables based on various hydraulic binders | |
| NO146320B (no) | Poroese, ildfaste silisiumoksynitridlegemer og fremgangsmaate for fremstilling derav | |
| NO832071L (no) | Filter for filtrering av smeltet metall | |
| NO155350B (no) | Keramisk filter med skumlignende struktur for filtrering av metallsmelter. | |
| US3939079A (en) | Filter medium which permits increased amount of filtration | |
| US4104075A (en) | Refractories, batch for making the same and method for making the same | |
| CN108947540B (zh) | 一种疏水性多孔陶瓷制品及其制备工艺 | |
| Whittemore | Mercury porosimetry of ceramics | |
| NO823309L (no) | Filtermedium i form av et stabilt poroest legeme. | |
| EP2139825B1 (fr) | Bloc de beton refractaire tempere a deformation controlee | |
| AU701442B2 (en) | Reaction-bonded silicon carbide refractory product | |
| TW482747B (en) | Improved refractory compositions suitable for use in fluid bed chlorinators | |
| CN109251047B (zh) | 一种耐火粘土砖的制备方法 | |
| NO820442L (no) | Fremgangsmaate ved fremstilling av plastiske lettmasser | |
| WO2000030999A1 (en) | Insulating raw material for high temperature applications | |
| Khomenko et al. | Impact of kaolin addition on properties of quartz ceramics | |
| NO773788L (no) | Ildfaste former av poroese silisiumoksynitrid | |
| CA1092169A (en) | Porous silicon oxynitride refractory shapes | |
| KR940010097B1 (ko) | 질화 규소가 결합된 탄화 규소 내화물질 | |
| RU2638599C2 (ru) | Шихта и способ получения муллитокремнеземистых огнеупорных изделий | |
| Dobrodon et al. | Fabrication and properties of binders for high-alumina suspensions. 1. HCBS based on bauxite | |
| Odewale et al. | Comparative analysis of insulating brick produced from locally sourced clays and combustible materials | |
| KR100328048B1 (ko) | 염기성 댐블록 내화조성물 |