NO165232B - Silicium-aluminium-oxynitridprodukt og fremgangsmaate ved fremstilling av dette. - Google Patents
Silicium-aluminium-oxynitridprodukt og fremgangsmaate ved fremstilling av dette. Download PDFInfo
- Publication number
- NO165232B NO165232B NO840718A NO840718A NO165232B NO 165232 B NO165232 B NO 165232B NO 840718 A NO840718 A NO 840718A NO 840718 A NO840718 A NO 840718A NO 165232 B NO165232 B NO 165232B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- silicon
- phase
- weight
- oxide
- aluminum
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 74
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 59
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 52
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 33
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 28
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 27
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 26
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 24
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 19
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- -1 aluminum compound Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000004031 devitrification Methods 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 8
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 4
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 2
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 claims description 2
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 37
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 10
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 8
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 3
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 3
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000000462 isostatic pressing Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000001272 pressureless sintering Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002795 Si–Al–O–N Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- 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
- C04B35/597—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 oxynitride, e.g. SIALONS
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Cosmetics (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
Description
De nitrogenholdige keramiske produkter tiltrekker seg
mye oppmerksomhet, særlig siliciumaluminiumoxynitrider eller SIALONS med en krystallgitterstruktur av betafase silicium-
nitrid Si^O N0Q som er blitt utvidet ved den delvise substitu-
sjon av noen av nitrogenatomene med oxygen under oppretthold-
else av valensbalansen. Disse materialer oppviser god styrke, krympning og hårdhet, mens de oppviser utmerket mot-standsdyktighet mot kjemiske angrep og oxydasjon. De er også
i stand til å opprettholde sine bedre egenskaper ved for-
høyet temperatur (i størrelsesorden 1200° til 1400°C) . Fordi disse materialer oppviser slike utmerkede egenskaper, har megen forskning vært utført av fabrikasjonsmetoder som unngår mekanisk bearbeidelse av materialene involvert i deres produksjon og i arbeidet på selve produktene. Behandling som ikke innbefatter anvendelsen av pressing under sintring, er attraktiv da den tillater oppnåelsen av komplekse former med lite arbeide på selve produktene. Sialons av &-siliciumnitrid-krystallgitterstrukturen har nådd dette stadium i sin produksjon, og tettheter som tidligere bare ble forbundet med varmpressingsmetoden som nu er normen.
Siliciumoxynitrid (Si9N00) har vært kjent i en rekke år
som et nyttig teknisk keramisk materiale, og mulige veier til dets produksjon er:
Veiene (1) til (3) kan ikke anvendes for å fremstille
tette, rene Si,,^0-keramiske materialer. Dessuten er reak-sjonene (2) og (3) meget langsomme.
Skjønt forskjellige fortettende tilsetninger har vært anvendt med siliciumoxynitrid, kreves vanligvis varmpressing for å oppnå lavporøse produkter.
Trykkløs sintring av siliciumoxynitrid under anvendelse
av aluminiumoxyd som den fortettende tilsetning, har fått begrenset suksess, likesom også reaksjonsbinding. I nærvær av reaksjonshjelpemidler har imidlertid, skjønt densiteter opptil størrelsesorden av 95% av det teoretiske har vært
rapportert i litteraturen, små resultater vært vist på at slike densiteter oppnåes i kulturgjenstander.
Det har vært vist, K. H. Jack, Trans og J. Brit. Ceram. Soc. 72, 376-84 (1974), at begrenset utbytning
kunne forekomme i 312^0 såvel som i. Ø-fase SigNg uten for-andring av krystallstruktur. Dessuten kunne andre kationer
1+ 2+
som lithium Li og/eller calcium Ca fylle ledige stillinger under opprettholdelsen av valensbalanse. Liten oppmerksomhet har imidlertid vært gitt til nytten av slike produkter som tekniske keramiske materialer, eller til frem-stillingsmetoder for å fremstille slike produkter som tillater unngåelsen av varmpressing..
I foreliggende patent skal uttrykket "siliciumaluminiumoxynitrid" forståes som å bety ikke bare keramiske materialer inneholdende silicium, aluminium, oxygen og nitrogen, men også slike materialer som dessuten inneholder andre kationer.
Foreliggende oppfinnelse angår tette keramiske produkter inneholdende siliciumaluminiumoxynitrid med krystallgitterstrukturen for siliciumoxynitrid, men med .ekspanderte celledimensjoner (herefter betegnet som 0'-fase-siliciumaluminiumoxynitrid) og fremgangsmåte for fremstilling av et slikt produkt ved spesielle veier som involverer trykkløs sintring.
Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes således et silicium-aluminium-oxynitridprodukt inneholdende fra 80 til 98 vekt% av 0'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid som en første fase og 20 til 2 vekti av minst én annen fase som inneholder silicium og minst ett metall forskjellig fra silicium eller aluminium, idet de angitte prosenter er basert på totalvekten av den nevnte første og annen fase, hvilket produkt er kjennetegnet ved at produktet har 85 % til 99 % teoretisk tetthet og har en mikrostruktur som er et krystallisert nettverk av det nevnte O'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid med den nevnte i det minste ene annen fase som en korngrensefase.
Fortrinnsvis utgjør den nevnte første og annen fase en vesentlig del av produktet. Helst består produktet i det vesentlige av den første og annen fase sammen med den even-tuelle innbefatning av en inert dispergert fase.
Den nevnte minst én annen fase kan bestå av eller inn-befatte en glassfase som vanligvis inneholder aluminium.
Den nevnte minst én annen fase kan bestå av eller inn-befatte en krystallinsk fase.
Fortrinnsvis velges det nevnte metall forskjellig fra silicium og aluminium slik at det reagerer med silicium og aluminiumoxyd under dannelse av en glassfase som er smeltet under sintringen av produktet og fra hvilken det nevnte 0'-fase-siliciumaluminiumoxynitrid felles. Eksempelvis velges metallet som er forskjellig fra silicium og aluminium, fra gruppen bestående av yttrium, lithium, magnesium, calcium,
scandium, cerium og andre sjeldne jordartselementer.
En annen side ved oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å danne et tett keramisk produkt, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at det dannes en pulverblanding inneholdende (a) 50 til 65 vekti siliciumnitrid, (b) 22 til 35 vekti siliciumoxyd, i hvilken molarforholdet av siliciumoxyd til siliciumnitrid er minst 1:1, (c) 1 til 20 vekti (på oxydbasis) av en oxygenholdig aluminiumforbindelse og (d) 1 til 15 vekti (på oxydbasis) av minst én forbindelse valgt fra
oxyder, hydroxyder, carbonater, oxynitrider, nitrater eller silikater av andre metaller enn silicium og aluminium, idet prosentene er basert på totalvekten av bestanddelene (a) til (d); sintring av den nevnte pulverblanding ved en temperatur fra 1600 °C til 1900 °C i en ikke-oxyderende atmosfære hvorved aluminiumforbindelsen, den nevnte i det minste ene forbindelse og endel av det nevnte siliciumoxyd i blandingen reagerer under dannelse av en flytende fase fra hvilken det felles O'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid; og det sintrede materiale avkjøles for å danne et produkt inneholdende det nevnte O'-fase-silicum-aluminium-oxynitrid og minst én korn-grensefase inneholdende silicium og det nevnte metall.
Uttrykket "oxygenholdig aluminiumforbindelse" innbefatter aluminiumoxyd eller en oxygenholdig aluminiumforbindelse som er i stand til å danne aluminiumoxyd ved den nevnte
sintringstemperatur.
Fortrinnsvis inneholder den nevnte blanding siliciumnitrid i en mengde på fra 50 til 60 vekt%, det nevnte siliciumoxyd i en mengde på fra 25 til 30 vekt%, den nevnte aluminiumforbindelse i en mengde på fra 1,0 til 15 vekt%
(på oxydbasis) og den nevnte minst én forbindelse i en mengde på fra 3 til 12 vekt% (på oxydbasis).
Fortrinnsvis utføres sintringstrinnet i fravær av påført trykk.
Bekvemt er den nevnte minst én forbindelse valgt slik at den vil reagere med en del av siliciumoxydet og oxydet av aluminium til, under reaksjon, å gi et aluminosilikat av det nevnte metall som er smeltet ved sintringstemperaturen.
Det nevnte smeltede aluminosilikat av det nevnte metall kan også inneholde bundet nitrogen, f .eks. ved oppløsning av siliciumnitrid ved sintringstemperaturen.
Blandingen kan sintres ved 1600°C til 1900°C og avkjøles naturlig til værelsetemperatur for å sikre at en annen fase omfattende et glass inneholdende silicium, aluminium og det nevnte metall, foreligger i produktet.
Bekvemt varmebehandles produktet efter naturlig avkjøling ved å gjenoppvarme produktet ved en temperatur av størrelses-orden 1000°C til 1400°C for å bringe glassfasen til å avglasses.
Alternativt kan avglasningen oppnåes ved å avkjøle produktet efter sintring ved 1600°C til 1900°C ved en tilstrekkelig lav hastighet til å bringe glasset til å avglasses.
Typisk er den nevnte avkjølinghastighet under 100°C/time.
Fortrinnsvis er det nevnte metall av den nevnte forbindelse yttrium, lithium, magnesium, calcium, scandium, serium eller et annet sjeldent jordartselement, ■ og forbindelsen er oxydet eller en forbindelse som spaltes til oxydet ved sintringstemperaturen .
Alternativt kan den nevnte metallforbindelse omsettes
med endel av siliciumdioxydet eller med siliciumdioxyd og aluminiumoxyd for å få en glassaktig eller krystallinsk forbindelse før reaksjonen med de gjenværende bestanddeler for å oppnå de ønskede produkter.
Når den nevnte metallforbindelse er yttriumoxyd, omsettes siliciumoxydet og yttriumoxydet fortrinnsvis i molarforholdet 2:1 for å danne yttriumsilikat (Y2Si207) og til-settes til den reagerende substans, og blandingen sintres for å oppnå det tette keramiske produkt.
I et første sett av eksempler i henhold til oppfinnelsen ble det fremstilt en blanding som inneholdt 59,6 g siliciumnitrid som levert av H. Starck i Vest-Tyskland og kjent som kvalitet LC10 som er meget rent og inneholder ca. 3 vekt% overflate-siliciumoxyd, 0,02 vekt% jern, 0,05 vekt% aluminium og 0,07 vekt% calcium, alle som oxyder, og med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 0,5^um; 27,5 g knust siliciumoxyd av mere enn 99,9% renhet inneholdende ca. 100 ppm aluminium og 20 ppm av andre metaller som alle er tilstede som oxyder og levert av Thermal Syndicate Limited i England, med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 2^um; 4,5 g aluminiumoxyd levert av The Aluminium Company of America og betegnet som Alcoå^Al6 av mere enn 99,9 vekt% renhet inneholdende som forurensninger ca, 0,08 vekt% soda, 0,05 vekt% siliciumoxyd, 0,03 vekt% kalk, 0,05 vekt% magnesiumoxyd og 0,01 vekt% jern-oxyder, og med partikkelstørrelse under l^um; 8,4 g yttriumoxyd av 99,9 vekt% renhet inneholdende ikke mere enn 100 ppm vanlige metalloxyder og med en partikkelstørrelse som ikke overstiger lOyUm levert av Rare Earth Products Limited, England.
Blandingen ble så malt under anvendelse av aluminium-oxydmedier i isopropylalkohol i 25 timer, og den dannede homo-gene blanding ble tørret ved 125°C, og det ble anslått at aluminiumoxydopptagelsen fra maleoperasjonen hadde øket aluminiumoxydinnholdet av utgangspulveret med 2,0 g. Således under hensyntagen til overflate-siliciumoxydet på siliciumnitridet og opptagelse av aluminiumoxyd under maling, var den prosentvise vektsammensetning av pulverblandingen, identifisert som (B) i tabell 1: 56,7% siliciumnitrid, Si-^N^;
28,7% siliciumoxyd, Si02; 6,4% aluminiumoxyd, A^O.^; og 8,2% yttriumoxyd, Y^O^, idet prosentene er beregnet på totalvekten av disse bestanddeler. Det vil sees at 56,7 vekt% av siliciumnitrid sammen med 24,3 vekt% siliciumoxyd gir et 1:1
molarforhold, mens de gjenværende 4,4 vekt% av siliciumoxyd er i stand til å reagere med aluminiumoxydet og yttriumoxydet ved sintringstemperaturen under dannelse av et smeltet yttrium-aluminiumoxyd-silikat hvor nitrogenet også kan være tilstede ved frigjørelse fra siliciumnitridet. Det er denne smeltede fase som gir det flytende medium fra hvilket 0'-fase-silicium-aluminium-oxynitridet felles.
Fra blandingen (B) ble det fremstilt en rekke for-former for å undersøke effekten av sintringstemperaturen på sluttproduktet. Forforming besto i å innføre pulverne i hul-rommet av en stålform og presse mellom stålstempler uniaksialt ved værelsetemperatur ved 90 MPa fulgt av isostatisk pressing ved 200 MPa. De således fremstilte prøver ble gravet ned i en siliciumoxyd/siliciumnitridpulverblanding i molarforholdet 1:1 og derpå oppvarmet uten påføring av trykk over temperaturområdet 1600°C til 1850°C i meget rent nitrogen under anvendelse av en carbon-motstandsovn, hvor hver prøve ble holdt i et tidsrom varierende fra 30 minutter til 5 timer ved den nød-vendige temperatur. Vekttapet for alle prøver var mindre enn 1.0 vekt%.
Undersøkelse av de dannede produkter under anvendelse
av røntgendiffraksjon viste at de krystallinske faser besto hovedsakelig av siliciumaluminiumoxynitrid med ekspandert siliciumoxynitrid-gitterstruktur (0'-fase) som inntok minst 80 vekt%. Prøver fremstilt ved de lavere temperaturer på 1600°C til 1700°C, oppviste mindre mengder av størrelsesorden
5 vekt% av a-fase-siliciumnitrid, identifisert ved røntgen-dif f raks jon, idet mengden av det nevnte siliciumnitrid avtok eftersom temperaturen økte. Prøver fremstilt ved de høyere temperaturer, oppviste mindre mengder av (3-fase siliciumnitrid og |3'-fase sialon sammen i en mengde på 5 vekt%. fasen viste seg imidlertid å være overveiende på overflaten av prøvene, hvilket tydet på at denne annen fase antagelig skyldtes tap av siliciummonoxyd fra prøvene. Det vil innsees at dette kan reguleres ved å forandre den beskyttende om-givelse fra siliciumoxyd/siliciumnitrid (som gir et kontrollert siliciummonoxyd-partialtrykk rundt prøvene for å sikre korrekt reaksjon og nedsette vekttap) til f.eks. bornitrid/silicium-oxydblandinger og/eller å regulere ovnsatmosfæren.
Skjønt det ble funnet at det beskyttende medium kunne anvendes for å nedsette dissosiasjonsproblemer som inntrådte ved sintring innen temperaturområdet på 1850°C til 1900°C, ble det funnet å foretrekke å sintre opptil en maksimaltemperatur på 18 50°C.
Foruten de krystallinske faser som var tilstede, ble det antatt at før noen avglasning forelå det en mengde glassfase som ikke oversteg 15% ved korngrensene når glasset inneholdt elementene yttrium, aluminium og silicium. Skjønt aluminiumoxyd i utgangsblandingen følgelig hadde reagert med andre bestanddeler av blandingen for å danne væskefasen fra hvilken det ekspanderte oxynitrid var utfelt, hadde bare endel av det vært ansvarlig for utvidelsen av siliciumoxynitridet.
En høy spesifikk vekt av størrelsesorden 2,88 g cm _ 3 målt ved neddykning i kvikksølv, dvs. 99% av den teoretiske spesi-fikke vekt på 2,90 g cm for preparatet (B) ble oppnådd ved oppvarmning i 1 time ved 1700°C. Vekttapet var mindre enn 1,0%. Bøyningshastigheten ved værelsetemperatur under anvendelse av en trepunkts bøyning med et spenn på 19 mm og en krysshode-hastighet på 0,1 mm pr. minutt ga en verdi for dette materiale på over 400 MPa med utmerket oxydasjonsbestandighet opptil 1300°C. Lignende resultater ble erholdt ved oppvarmning av det samme preparat (B) ved en lignende metode i lengre tid ved en lavere temperatur, dvs. 5 timer ved 1600°C; den målte volum--3
tetthet var 2,75 g cm , dvs. 94,5% av den teoretiske verdi.
Et annet sett av eksempler i henhold til oppfinnelsen ble så fremstilt i hvilken virkningen av variasjon av aluminium-oxydinnhold i utgangsblandingen ble undersøkt mens mengdene av de andre reaktanter ble opprettholdt i det vesentlige som dem i det første sett av eksempler og sintring i fravær av trykk ved en temperatur i området på 1600-1850°C med holdetider i området 30 minutter til 5 timer. Sammensetningene av typiske blandede og malte pulvere er gitt som (A), (C), (D), (E) og
(F) i tabell 1 for sammenligning med preparatet (B) av de første eksempler. Alle prøver ga værelsetemperatur-bøyningshastighets-
verdier på over 400 MPa og utmerket oxydasjonsbestandighet opptil 1300°C.
Eftersom aluminiumoxydinnholdet sank under ca. 8 vekti ned til ca. 1 vekti, ble fortetningen stadig mere vanskelig, men høye volumtettheter ble oppnådd ved å oppvarme ved temperaturer på 1700-1850°C i den øvre del av hele området 1600°C-1850°C, eller ved å øke holdetiden, eller begge deler. Materialet (A) inneholdende 4,7 vekti aluminiumoxyd ga når det ble oppvarmet i 60 minutter ved 1700°C en volumtetthet på størrelsesorden 2,83 g cm dvs. 98% av den teoretiske tetthet på 2,90 g cm -3. Eftersom aluminiumoxydinnholdet økte over 13% til 20%, ble sintringen meget lettere. Det viste seg imidlertid at oxydasjonsmotstandsdyktigheten ikke kunne opp-rettholdes eftersom temperaturen steg over ca. 1300°C. Volum--3
tettheter var over 2,83 g cm , dvs. 98% av den teoretiske tetthet.
Typiske oppvarmningsbetingelser for høytette produkter med volumtettheter ikke under 95% av den teoretiske tetthet for materialene (A), (B), (C), (D), (E) og (F) inneholdende økende mengder av aluminiumoxyd fra 2,2 til 14, 1 vekt% er gitt nederst i tabell 1.
Skjønt det derfor kan sluttes at nyttige produkter ble erholdt over aluminiumoxydområdet fra 1 til 20 vekt%, er det å foretrekke å anvende mengder i området 1 til 15 vekti hvis både sintringsletthet og gode oxydasjonsegenskaper er ønske-lige .
Fra tabell 1
Eftersom Si^N^-innholdet av utgangsmaterialet ble
redusert under 50 vekt%, begynte Si02-mengden nødvendig for å
få et 1:1 molarforhold å nærme seg 20 vekt% (i virkeligheten 21,4 vekt%). Dette betyr at de gjenværende bestanddeler av reaksjonen utgjorde 28,6 vekt%. Det ble funnet ønskelig at Al20^-innholdet ikke. burde overstige 20 vekt% av totalbland-
ingen og fortrinnsvis ikke overstige 15 vekt% under bibehold-
else av overskudd av Si02 og Y2°3 1 det vesentlige 1 hhv. molarmengder på hhv. 2:1. Det ble funnet at fremstilte materialer inneholdende høye mengder av Al20.j (20 vekt%) var utsatt for oppsvulmning, og skjønt materialer i hvilke Al-jO^-inn-
holdene var i området 15 til 20 vekt% også ble utsatt for oppsvulmningsproblemer, var slike problemer ikke så fremtred-
ende og kunne lettes ved omhyggelig regulering av sintringssyklusen. Eksempelvis ble det funnet at å holde den sintrede
prøve ved en mellomliggende temperatur (1500-1600°C) i en halv til en time fulgt av hevning til en sluttemperatur på 1700 til 1800°C og holding i en halv til en time, viste seg å overvinne
dette problem... Temperaturstigningshastigheter var av størr-elsesorden 60°C pr. minutt, men det vil innsees at andre sintringsskjemaer også kunne være egnet for å overvinne oppsvulmningsproblemet, f.eks. en langsommere hevningshastighet uten den mellomliggende opprettholdelse skulle også være brukbar. Vellykketheten av slik modifisert termisk skjema-tisering tilskrives begynnelsen av høy tetthetsdannelse tidlig i sintringssyklusen fulgt av feining av 0<1->fasen i væsken ved de høyere temperaturer. Regulert sintring. (f.eks. 2-trinn) førte.til forbedrede tetthetsverdier for alle prøver. Den maksimale oppvarmede volumtetthet erholdt for materiale E
med en enkelttrinns oppvarmning ved 1700°C i 1 time var 2,80 g/cm 3 sammenlignet med 2,84 g/cm 3 for en to-trinns oppvarmning i 1 time ved 1600°C, 1 time ved 1800°C. Det vil merkes at prøvene C og D ble utsatt for en to-trinns sintring i tabell 1, mens resten ble sintret i et enkelt trinn.
Eftersom SigN^-innholdet av utgangsblandingen ble , redusert under ca. 4 5 vekt% av utgangsblandingen, viste det seg at oppsvulmningsproblemet ble vanskeligere å overvinne, selv med det modifiserte sintringsprogram, og det ble således sluttet at et minimum på 50 vekt% av Si3N4 i utgangsblandingen var i stand til å gi tilfredsstillende fremstilling av produktet ifølge oppfinnelsen.
Videre prøver ble så fremstilt som i det første sett
av eksempler, men nu ble Y202_innholdet av blandingene redusert til ca. 5 til 6 vekt%, og overskuddet av siliciumoxyd avpasset til å gi et i det vesentlige 2:1 molarforhold av Si02:Y202* Utgangsmaterialene og formningsbetingelsene var som i de foregående eksempler. Typiske preparater er vist for eksempel G til K i tabell 2 med oppvarmningsbetingelsene som gitt nederst i tabell 2.
Fra tabell 2
Igjen, når A1203 varierer fra 2 til 15 vekt%, iakttaes det forbedret tetthet med økende Al-jO^; men oppsvulmning blir et problem, som i tabell 1, over 15 vekt% A^O^» men ble funnet å være regulerbar ved å regulere sintringsskjemaet som i tabell 1.
Det ble merket at eftersom SiC^-innholdet ble redusert til størrelsesorden 25,0 vekt%, ble fortetningen av materialet vanskeligere, slik at ved det tidspunkt da siliciumoxyd-innholdet var redusert til 22,0 vekt%, var det ikke bare vanskelig å få et materiale hvis tetthet var større enn 85% av den teoretiske tetthet, mens selv når bestanddelene ble endret, ble materialet ikke i stand til å inneholde over 80% av 0'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid. Det ble sluttet at mens 2 2 vekt% siliciumoxyd er i stand til å gi nyttige materialer, foretrekkes det å ha dette på minimum 25 vekt%.
Forsøk utført for å bestemme den øvre grense av Si^N^
i utgangsblandingen viste at eftersom Si-^N^ steg til over 65 vekt%, betød dette at det siliciumoxyd som var nødvendig for å balansere Si3N4 og gi et 1:1 molart forhold, at det totale Si3N4 og Si02 som trengtes, var av størrelsesorden 93 vekt%. De gjenværende bestanddeler av Y2°3' A<l>o°3 °9
ekstra Si02 ble funnet å være av relativ størrelsesorden 3 vekt%, 2,5 vekt% og 1,5 vekt%, dvs. opprettholdende et praktisk talt 2:1 molart forhold av Si02:Y203. Sintring av blandingen i to trinn, dvs. 1600°C i 1 time fulgt av 1800°C i 1 time, ga et produkt med over 80% 0'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid med en tetthet på 2,44 g/cm 3 og hvis beregnede teoretiske tetthet er 2,87 g/cm <3>, dvs. over 85% av den teoretiske tetthet. Det ble antatt at ca. 3 vekt% Y203 var omtrent minimum Y20.j-innhold for å sikre at produktene ifølge oppfinnelsen kunne fåes under unngåelse av anvendelsen av trykksintring. Imidlertid viste forsøk utført på produkter med Y203~innhold så lave som 1 vekt% seg å gi tilfredsstillende produkter i henhold til oppfinnelsen, forutsatt at slike produkter ble dannet ved trykksintring. Det ble også funnet at fortetning med blandinger inneholdende så lave mengder av Y2^3' vi^ere ble hjulpet eftersom aluminiumoxydinnholdet ble øket.
Et videre sett av eksempler ble fremstilt i henhold til oppfinnelsen på samme måte som dem i det første sett av eksempler og i hvilke Y203~innholdet av blandingen, ble.ytterligere øket opptil ca. 11 vekt% av blandingen. Blandingene er vist i tabell 3 med oppvarmningsbetingelsen vist under tabell 3.
Fra tabell 3
Disse forsøk sammen med dem i tabell 1 fastla at den foretrukne maksimale mengde av Si02 i utgangsblandingen var ca. 30 vekt%, mens Al.,03 varieres over sitt foretrukne om-råde på 1 til 15 vekt%. Eftersom aluminiumoxydinnholdet steg over den foretrukne øvre grense på 15 vekt% til et maksimum på 20 vekt%, viste det seg igjen at oppsvulmning bare kunne unngåes hvis et regulert sintringsskjerna ble fulgt som eks-emplifisert med prøvene i tabell 1. Det ble funnet at eftersom Si02-innholdet i utgangsblandingen ble øket over ca. 30 vekt%, ble det gradvis vanskeligere å balansere overskuddet av Si02 med <V>2°3' ^ m°larrorholdet hhv. 2:1 på grunn av at det var et overskudd av Si02. Når Si02-innholdet oversteg en verdi på ca. 35 vekt% av totalblandingen, var ikke bare oppsvulmning av sluttmaterialet iakttatt, men røntgendiffrak-sjon av materialet viste at den nødvendige grense på 80% 0<1->fase-silicium-aluminium-oxynitrid var nådd.
Det sluttes derfor at 35 vekt% Si02 ville være grensen for Si02 i utgangsblandingen for å sikre fremstillingen av tilfredsstillende materialer, men det ville være å foretrekke å senke denne grense til 30 vekt% i produksjonen.
Forsøk utført under anvendelse av høyere mengder av Y-jO^ enn de 10,7 vekt% viste at tilfredsstillende materialer kunne fremstilles opptil 15 vekt% Y2°3 1 utgangsblandingen, men da ble det vanskelig å oppnå mere enn 80% 0'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid i det sintrede materiale. Det ble anslått at 12 vekt% ^ 2°3 representerte en foretrukken øvre grense for fremstilte materialer og som oppviste ved-varende gode egenskaper.
Videre forsøk utført for å klarlegge betydningen av variasjonen av de relative forhold av Si02 til Si-^N^ i blandingen viste at (forutsatt at det var et minimums-Si02: Si3N4-molarforhold på 1:1) mengden av overskudd av siliciumoxyd nødvendig for å sikre at, med Y2°3' er en flYtende fase tilstede under sintring, bør være slik at totalmengden av siliciumoxyd til totalmengden av Si3N4 i blandingen ikke overstiger et molarforhold på 1,5:1. Når således den mini-
male mengde på 50 vekt% Si3N4 skal anvendes i blandingen,
vil den maksimale mengde Si02 som vil være i stand til å gi det ønskede materiale, være 32 vekt%.
Videre forsøk ble så utført for å undersøke virkningen av å redusere overskuddet av siliciumoxyd i blandingen til null, dvs. det var bare tilstrekkelig Si02 til å balansere med Si3N4 i et 1:1 molarforhold. Det ble imidlertid funnet at tilfredsstillende materialer kunne bare fåes hvis Al203~inn-holdet av blandingen var høyt, fortrinnsvis over ca. 15 vekt% av utgangsblandingen. Således fremstilte materialer viste seg ikke å oppvise så høy oxydasjonsmotstandsdyktighet som dem hvori noe overskudd av Si02, over den for å balansere med Si3N4 i et 1:1 molarforhold, var tilstede i blandingen.
Alle eksemplene på oppfinnelsen ble så underkastet en efterfølgende varmebehandling for å avglasse den tilstede-værende glassfase. Dette ble oppnådd ved å anbringe de sintrede prøver i en atmosfære med lavt oxygenpotensiale og oppvarme prøvene til 1300°C, holde dem der i 2 5 timer og la dem naturlig avkjøles til værelsetemperatur under opprettholdelse av en atmosfære med lavt oxygenpotensiale.
Den krystallinske fase som var utfelt fra glasset, viste seg å være et yttriumsilikat. Når aluminiumoxydinnholdet av utgangsblandingen var høyt, høyere enn 15 vekt%, ble også mulitt påvist i sluttmaterialet.
Skjønt det i eksemplene på avglasning ble anvendt en temperatur på 1300°C, vil avglasning inntre ved temperaturer så lave som 1000°C og opptil ca. 1400°C. Lang oppvarmning ved lavere temperaturer vil imidlertid være nødvendig hvis fullstendig avglasning kreves. Skjønt det i eksemplene ble anvendt eftervarmebehandling for å bevirke avglasning, ville en kontrollert avkjøling av de som-sintrede prøver ha vært like effektiv når regulert avkjøling vanligvis ville ha vært ved en hastighet lavere enn 100°C/time.
I et ytterligere sett av eksempler i henhold til oppfinnelsen ble siliciumoxyd og yttriumoxyd som anvendt i det første sett av eksempler, blandet i pulverform i molarforholdet 2:1 og oppvarmet ved 1800°C for å danne et yttriumsilikat, Y2Si20^. Produktet ble malt under anvendelse av aluminiumoxydmedium til en partikkelstørrelse på ca. 2 til 5yum.
En blanding omfattende 61,1 g siliciumnitrid, 23,7 g silicumoxyd og 2,2 g aluminiumoxyd ble delt i to satser, og til en sats ble det tilsatt 8,5 g yttriumsilikat, mens det til den annen sats ble tilsatt 16,9 g av yttriumsilikatet. Hver sats ble malt under anvendelse av aluminiumoxydmedium i 25 timer med et opptak på 4,5 g aluminiumoxyd. Sluttbland-ingen av den første sats inneholdt 59,3 vekt% siliciumnitrid, 25.5 vekt% siliciumoxyd, 6,7 vekt% aluminiumoxyd og 8,5 vekt% yttriumsilikat. Det vil innsees at 59,3 vekt% siliciumnitrid og 2 5,5 vekt% siliciumoxyd er i molarforholdet 1:1. Slutt-blandingen av den annen sats inneholdt 54,7 vekt% siliciumnitrid, 23,5 vekt% siliciumoxyd, 6,2 vekt% aluminiumoxyd og 15.6 vekt% yttriumsilikat, hvor siliciumnitridet og siliciumoxydet igjen er i molarforholdet 1:1.
Kold-kompaktering og isostatisk trykking ble utført som i det første sett av eksempler, og sintringen i nitrogen ble gjort ved 1750°C i 2 timer. Røntgen-diffraksjonsanalyse av produktene viste at den hovedkrystållinske fase var 0'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid sammen med et spor av siliciumnitrid. Skjønt bedømmelse av disse materialer som tekniske keramikker ennå ikke har vært utført, ventes det at deres nyttighet vil økes ved avglasningsbehandling.
Skjønt i de nevnte eksempler yttriumoxyd og yttriumsilikat har vært nevnt som metallforbindelsene, kunne hydroxydet, carbonatet, oxynitridet eller nitratet anvendes. Skjønt yttrium ovenfor er blitt anvendt som metallet forskjellig fra silicium og aluminium, kunne metallet være ett eller flere av gruppen omfattende yttrium, lithium, magnesium, calcium, scandium, cerium og de andre sjeldne jordartsmetaller. I noen tilfelle vil det innsees at det således valgte metall-element kan fylle ledige stillinger i siliciumaluminiumoxy-nitridet som har gitterstrukturen for siliciumoxynitrid.
Inerte tilsetninger som wolframcarbid, siliciumcarbid
og metaller som molybden, etc, kan innbefattes i produktene
ifølge oppfinnelsen, om nødvendig for å fremme sluttproduktets egenskaper.
Produktene ifølge oppfinnelsen var rike på 0'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid og hadde en Y-Si-Al-O-N-glass-
fase ved korngrensene. Avglasning tillot imidlertid enten delvis eller fullstendig overføring av glasset til en krystallinsk fase. Oxydasjonsforsøk på alle produkter var ut-
merket og var av en størrelsesorden under 0,1 g.m —<2> .h-<1>i statisk luft ved 1300°C mellom 12,5 og 20 timer, idet det var liten forskjell mellom prøvene før og efter avglasning.
Claims (24)
1. Silicium-aluminium-oxynitridprodukt inneholdende fra
80 til 98 vekt% av 0'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid som
en første fase og 20 til 2 vekt% av minst én annen fase som
inneholder silicium og minst ett metall forskjellig fra
silicium eller aluminium, idet de angitte prosenter er basert
på totalvekten av den nevnte første og annen fase,
karakterisert ved at produktet har 85% til
99% teoretisk tetthet og har en mikrostruktur som er et
krystallisert nettverk av det nevnte 0<1->fase-silicium-
aluminium-oxynitrid med den nevnte i det minste én annen fase
som en korngrensefase.
2. Produkt ifølge krav 1,
karakterisert ved at de nevnte første og
annen faser utgjør en hoveddel av produktet.
3. Produkt ifølge krav 1,
karakterisert ved at det består av i det
vesentlige de nevnte første og annen faser sammen med en even-tuell innbefatning av en inert dispergert fase.
4. Produkt ifølge krav 1,
karakterisert ved at nevnte minst ene annerj
fase består av eller innbefatter en glassfase.
5. Produkt ifølge krav 1,
karakterisert ved at nevnte minst ene annen fase består av eller innbefatter en krystallinsk fase.
6. Produkt ifølge krav 1,
karakterisert ved at det nevnte metall forskjellig fra silicium og aluminium er valgt slik at det reagerer med siliciumoxyd og aluminiumoxyd under dannelse av en glassfase som smeltes under sintringen av produktet og fra hvilken det nevnte 0'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid felles.
7. Produkt ifølge krav 6,
karakterisert ved at det nevnte metall forskjellig fra silicium og aluminium er valgt fra gruppen bestående av yttrium, lithium, magnesium, calcium, scandium, cerium og de andre sjeldne jordartelementer.
8. Fremgangsmåte for å danne et tett keramisk produkt, karakterisert ved at det dannes en pulverblanding inneholdende (a) 50 til 65 vekt% siliciumnitrid, (b) 22 til 35 vekt% siliciumoxyd, i hvilken molarforholddet av siliciumoxyd til siliciumnitrid er minst 1:1, (c) 1 til 20 vekt% (på oxydbasis) av en oxygenholdig aluminiumforbindelse og (d) 1 til 15 vekt% (på oxydbasis) av minst én forbindelse valgt fra oxyder, hydroxyder, carbonater, oxynitrider, nitrater eller silikater av andre metaller enn silicium og aluminium, idet prosentene er basert på totalvekten av bestanddelene (a) til (d); sintring av den nevnte pulverblanding ved en temperatur fra 1600°C til 1900°C i en ikke-oxyderende atmosfære hvorved aluminiumforbindelsen, den nevnte i det minste ene forbindelse og endel av det nevnte siliciumoxyd i blandingen reagerer under dannelse av en flytende fase fra hvilken det felles 0'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid; og det sintrede materiale avkjøles for å danne et produkt inneholdende det nevnte 0'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid og minst én korn-grensefase inneholdende silicium og det nevnte metall.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at det molare forhold av siliciumoxyd til siliciumnitrid i pulverblandingen ikke overstiger 1,5:1.
10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at pulverblandingen inneholder siliciumnitrid i en mengde på fra 50 til 60 vekt%, det nevnte siliciumoxyd i en mengde på fra 25 til 30 vekt%, den nevnte aluminiumforbindelse i en mengde på fra 1,0 til 15 vekt% (på oxydbasis) og den nevnte minst ene forbindelse i en mengde fra 3 til 12 vekt% (på oxydbasis).
11. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at sintringstrinnet ut-føres i fravær av påført trykk.
12. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte minst ene forbindelse velges slik at den reagerer med endel av siliciumoxydet og oxydet av aluminium for, under reaksjonen å gi et aluminiumsilikat av det nevnte metall som smeltes ved sintringstemperaturen .
13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at det smeltede aluminiumsilikat av det nevnte metall eller metaller også inneholder bundet nitrogen.
14. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at avkjølingstrinnet ut-føres naturlig til værelsetemperatur for å sikre at en annen fase omfattende et glass inneholdende silicium, aluminium og det eller de nevnte metaller foreligger i produktet.
15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at produktet, efter av-kjølingstrinnet, varmebehandles ved oppvarmning til en temperatur av størrelsesorden 1000°C til 1400°C for å bevirke avglasning av glassfasen.
16. Fremgangsmåte ifølge krav 8,
karakterisert ved at avkjølingstrinnet ut-føres ved en tilstrekkelig langsom hastighet for å bevirke at glasset avglasses.
17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at det anvendes en avkjøl-ingshastighet på under 100°C pr. time.
18. Fremgangsmåte ifølge krav 8,
karakterisert ved at det nevnte metall av den nevnte minst én forbindelse er yttrium, lithium, magnesium, calcium, scandium, cerium eller et annet sjeldent jordartselement, og at forbindelsen er oxydet eller en forbindelse som spaltes til oxydet ved sintringstemperaturen.
19. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte minst ene forbindelse omsettes med endel av siliciumoxydet for å danne en glassaktig eller krystallinsk forbindelse før omsetning med de gjenværende komponenter for å få de ønskede produkter.
20. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte minst ene forbindelse omsettes med siliciumoxyd eller aluminiumoxyd for å danne en glassaktig eller krystallinsk forbindelse før reaksjonen med de gjenværende bestanddeler for å få de ønskede produkter.
21. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte minst ene for
bindelse er yttriumoxyd og siliciumoxydet og yttriumoxydet omsettes sammen i et molarforhold på 2:1 for å danne yttri
umsilikat som inkluderes i blandingen før sintringstrinnet.
22. Fremgangsmåte ifølge krav 8,
karakterisert ved at bestanddelene av pulverblandingen blandes sammen i mengder slik at produktet inneholder fra 80 til 98 vekt% av den nevnte O'-fase-silicium-aluminium-oxynitrid som en første fase og 20 til 2 vekt% av minst én korngrensefase, idet prosentene er basert på totalvekten av fasene, og hvor produktet har en tetthet på fra 85 til 99 % av den teoretiske tetthet.
23. Fremgangsmåte ifølge krav 22,
karakterisert ved at bestanddelene i pulverblandingen er blandet sammen i mengder slik at de nevnte faser utgjør en hoveddel av det nevnte produkt.
24. Fremgangsmåte ifølge krav 22, karakterisert ved at et inert materiale innbefattes i pulverblandingen slik at produktet består i det vesentligste av de nevnte faser sammen med en inert dispergert fase.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8305412 | 1983-02-26 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO840718L NO840718L (no) | 1984-08-27 |
| NO165232B true NO165232B (no) | 1990-10-08 |
| NO165232C NO165232C (no) | 1991-01-16 |
Family
ID=10538691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO840718A NO165232C (no) | 1983-02-26 | 1984-02-24 | Silicium-aluminium-oxynitridprodukt og fremgangsmaate ved fremstilling av dette. |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4506021A (no) |
| EP (1) | EP0124199B1 (no) |
| JP (1) | JPS59169981A (no) |
| AT (1) | ATE21096T1 (no) |
| AU (1) | AU565639B2 (no) |
| CA (1) | CA1201453A (no) |
| DE (1) | DE3460366D1 (no) |
| NO (1) | NO165232C (no) |
| ZA (1) | ZA84996B (no) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4628039A (en) * | 1984-03-06 | 1986-12-09 | Kyocera Corporation | Sintered silicon nitride body |
| JPS62207765A (ja) * | 1986-03-06 | 1987-09-12 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体 |
| WO1987005597A1 (en) * | 1986-03-14 | 1987-09-24 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Or | Method of forming a ceramic product |
| GB8609067D0 (en) * | 1986-04-14 | 1986-05-21 | Atomic Energy Authority Uk | Silicon nitride materials |
| US4804644A (en) * | 1986-05-28 | 1989-02-14 | Cookson Group Plc | Ceramic material |
| JPS6355166A (ja) * | 1986-08-26 | 1988-03-09 | 三菱マテリアル株式会社 | 水平式連続鋳造用セラミツクス製鋳造ノズル |
| GB8712683D0 (en) * | 1987-05-29 | 1987-07-01 | Cookson Group Plc | Ceramic material |
| JPH0745350B2 (ja) * | 1987-12-01 | 1995-05-17 | 日本特殊陶業株式会社 | 繊維強化セラミックス |
| US5128285A (en) * | 1988-04-14 | 1992-07-07 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon oxynitride sintered body |
| JPH01301565A (ja) * | 1988-05-30 | 1989-12-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 高強度高耐酸化性サイアロン焼結体 |
| DE3991655T (no) * | 1989-04-28 | 1992-06-25 | ||
| JP2927919B2 (ja) * | 1990-09-14 | 1999-07-28 | 本田技研工業株式会社 | 窒化珪素質焼結体の結晶化熱処理方法 |
| US5118646A (en) * | 1990-11-21 | 1992-06-02 | Norton Company | Process for improving the strength of sialon |
| US5352395A (en) * | 1992-07-17 | 1994-10-04 | Phillips Petroleum Company | Carbon and ceramic-containing layers for use in sintering of silicon nitride article |
| US5316988A (en) * | 1993-08-02 | 1994-05-31 | Eg&G Idaho, Inc. | Sialon ceramic compositions and methods of fabrication |
| WO1995033700A1 (en) * | 1994-06-03 | 1995-12-14 | Industrial Research Limited | Ceramic production process |
| US5521129A (en) * | 1994-09-14 | 1996-05-28 | The Carborundum Company | Sialon-bonded silicon carbide refractory |
| US5459112A (en) * | 1994-09-14 | 1995-10-17 | The Carborundum Company | Reaction-bonded silicon carbide refractory product |
| US5827472A (en) * | 1994-10-19 | 1998-10-27 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Process for the production of silicon nitride sintered body |
| NZ280375A (en) * | 1996-05-01 | 1998-09-24 | Ind Res Ltd | A silicon oxynitride ceramic material characterised by its x-ray powder diffraction trace |
| US9925295B2 (en) * | 2012-05-09 | 2018-03-27 | Amedica Corporation | Ceramic and/or glass materials and related methods |
| US9951952B2 (en) | 2014-10-15 | 2018-04-24 | Specialized Component Parts Limited, Inc. | Hot surface igniters and methods of making same |
| CN108863399A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-11-23 | 深圳市东川技术研究有限公司 | 赛隆电加热新材料的烧结工艺 |
| CN115504791A (zh) * | 2022-08-12 | 2022-12-23 | 河南好运祥耐材有限公司 | 一种高抗氧化性能的O’-SiAlON-SiC预制件及其制备方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS566392B2 (no) * | 1974-04-01 | 1981-02-10 | ||
| US4143107A (en) * | 1974-06-28 | 1979-03-06 | Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. | Silicon nitride-based sintered material and method for manufacturing the same |
| JPS5852949B2 (ja) * | 1975-07-24 | 1983-11-26 | ル−カス インダストリ−ズ リミテツド | セラミック部品の製造方法 |
| GB1573299A (en) * | 1976-06-03 | 1980-08-20 | Lucas Industries Ltd | Method of forming a ceramic product |
| US4127416A (en) * | 1976-07-24 | 1978-11-28 | Lucas Industries Limited | Method of producing a ceramic product |
| US4331771A (en) * | 1980-05-12 | 1982-05-25 | Norton Company | High density silicon oxynitride |
| US4365022A (en) * | 1980-12-06 | 1982-12-21 | Agency Of Industrial Science & Technology | Method for manufacture of high-strength sintered article of substances having β-silicon nitride type crystal structure |
| EP0087888B1 (en) * | 1982-02-26 | 1986-06-11 | LUCAS INDUSTRIES public limited company | Method of forming ceramic materials and ceramic products, and ceramic materials and ceramic products formed thereby |
-
1984
- 1984-02-06 AT AT84300712T patent/ATE21096T1/de active
- 1984-02-06 EP EP84300712A patent/EP0124199B1/en not_active Expired
- 1984-02-06 DE DE8484300712T patent/DE3460366D1/de not_active Expired
- 1984-02-10 AU AU24472/84A patent/AU565639B2/en not_active Ceased
- 1984-02-10 ZA ZA84996A patent/ZA84996B/xx unknown
- 1984-02-10 US US06/579,172 patent/US4506021A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-02-16 CA CA000447584A patent/CA1201453A/en not_active Expired
- 1984-02-24 NO NO840718A patent/NO165232C/no unknown
- 1984-02-27 JP JP59035865A patent/JPS59169981A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU565639B2 (en) | 1987-09-24 |
| US4506021A (en) | 1985-03-19 |
| JPS59169981A (ja) | 1984-09-26 |
| NO840718L (no) | 1984-08-27 |
| ATE21096T1 (de) | 1986-08-15 |
| CA1201453A (en) | 1986-03-04 |
| EP0124199B1 (en) | 1986-07-30 |
| AU2447284A (en) | 1984-08-30 |
| NO165232C (no) | 1991-01-16 |
| DE3460366D1 (en) | 1986-09-04 |
| EP0124199A1 (en) | 1984-11-07 |
| ZA84996B (en) | 1984-09-26 |
| JPH0545554B2 (no) | 1993-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO165232B (no) | Silicium-aluminium-oxynitridprodukt og fremgangsmaate ved fremstilling av dette. | |
| CA1200257A (en) | Methods of forming ceramic materials and ceramic products, and ceramic materials and ceramic products formed thereby | |
| Mandal et al. | Reversible α⇌ sialon transformation in heat-treated sialon ceramics | |
| Lange | Silicon nitride polyphase systems: fabrication, microstructure, and properties | |
| US4127416A (en) | Method of producing a ceramic product | |
| US4719187A (en) | Dense sintered bodies of nitride materials | |
| Lewis et al. | Nitrogen ceramics: liquid phase sintering | |
| NO872251L (no) | Forbedret keramisk materiale. | |
| JPH0812440A (ja) | 窒化ホウ素含有材料およびその製造方法 | |
| Kumar et al. | Crystallization of various compositions in the Y2O3–SiO2 system | |
| US4071371A (en) | High temperature ceramic material suitable for gas turbine applications and a process for producing same | |
| JPS627150B2 (no) | ||
| US5094677A (en) | Preparation of pollucite ceramics | |
| AU560369B2 (en) | Method of making yttrium silicon oxynitrides | |
| JPH0324429B2 (no) | ||
| EP0150180B1 (en) | Method of making densified si 3?n 4?/oxynitride composite with premixed silicon and oxygen carrying agents | |
| Ding et al. | FORMATION AND PROPERTIES OF Y-AI-Si-ON GLASSES IN THE GRAIN BOUNDARIES OF Si3N 4 CERAMICS | |
| Yuquan et al. | Formation and properties of Y Al Si O N glasses in the grain boundaries of Si3N4 ceramics | |
| JP3834930B2 (ja) | 珪窒化マグネシウム焼結体及びその製造方法 | |
| EP0227324B1 (en) | Method of making ultrapure silicon nitride/oxynitride powder | |
| JPH0559073B2 (no) | ||
| JP2002154842A (ja) | ガラス質セラミックスおよびその製造方法ならびにガラス質セラミックス用組成物 | |
| CA1247335A (en) | Method of making densified si.sub.3n.sub.4/oxynitride composite with premixed silicon and oxygen carrying agents | |
| JPH0559074B2 (no) | ||
| WO1996001236A1 (en) | Sintered reaction-bonded silicon nitride components |