RU2028997C1 - Способ изготовления спеченных изделий из нитрида кремния - Google Patents
Способ изготовления спеченных изделий из нитрида кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2028997C1 RU2028997C1 SU4864123A RU2028997C1 RU 2028997 C1 RU2028997 C1 RU 2028997C1 SU 4864123 A SU4864123 A SU 4864123A RU 2028997 C1 RU2028997 C1 RU 2028997C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon nitride
- sintering
- impregnation
- caking
- pressing
- Prior art date
Links
Images
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
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- 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
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
- C04B41/5031—Alumina
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению изделий из тугоплавких соединений с использованием продуктов СВС-процесса. Сущность изобретения: способ включает прессование порошка нитрида кремния, пропитку прессовки активирующими спекание оксидами и спекание в среде азота. Причем заготовку размещают над слоем алюмосодержащей экзотермической смеси, смесь зажигают, а пропитку ведут за счет конденсации оксида алюминия (из образующихся при горении газообразных продуктов) в порах прессовки. Получают изделие из нитрита кремния с плотностью после спекания 2,47-2,49 г/см3 усадкой при спекании 22,5 - 22,9%. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения изделий из тугоплавких соединений методами порошковой металлургии, а также к способам использования продуктов СВС-металлургии.
Известен способ изготовления спеченных изделий из нитрида кремния путем активирования спекания, включающий введение в порошок нитрида кремния (смешиванием перед прессованием) порошкообразных оксидов магния, алюминия, иттрия [1] . Активация последующего спекания в среде азота происходит за счет образования эвтектик при взаимодействии этих оксидов с оксидом кремния, всегда присутствующим на границах частиц нитрида.
Недостатками этого способа являются необходимость проведения операции длительного смешивания - размола, а также введение некоторого избытка оксидов (5...10 мас.%) с целью обеспечения эффективной активации спекания. Наличие избытка оксидов приводит к утолщению прослоек стеклофазы на некоторых границах частиц и снижению высокотемпературной прочности. Возможно введение активирующих соединений при спекании пропиткой испаряющимся оксидом, домешанным в засыпку, в которую помещают спекаемое изделие. Этот способ, однако применим только для легкоиспаряющихся оксидов, например MgO. Интенсивность испарения оксида алюминия Al2O3 при температурах спекания невелика, в связи с чем технология его введения в нитрид кремния через засыпку смысла не имеет.
Лучшие результаты дает пропитка пористой неспеченной прессовки активирующими спекание оксидами. Так, в патенте США N 4038092, кл. C 04 B 35/38, 26.07.77 предложено пропитку производить взвесью дисперсного оксида алюминия в испаряющемся растворителе (толуоле), наносимом на поверхность прессовки.
Недостаток способа - глубина пропитки ≈0,25 мм, т.е. достигается только поверхностное упрочнение.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ пропитки прессовки или предварительно спеченного изделий из нитрида кремния в растворах или расплавах солей металлов, оксиды которых могут активировать окончательное спекание [3]. В этом случае достигается равномерное распределение оксида в брикете, а значит снижается его общее количество, необходимое для активирования спекания. Следствием является улучшение высокотемпературной прочности нитрида кремния.
Недостатком этого способа является его сложность, а следовательно - дороговизна. Для эффективной пропитки процесс нужно вести при кипении раствора или в вакууме, а затем сушить и прокаливать прессовку, чтобы добиться разложения соли на нужный оксид и удаляемый в виде газа оксид неметалла. При этом возможно загрязнение и растравливание прессовки.
Целью изобретения является удешевление процесса изготовления спеченных изделий из нитрида кремния.
Это достигается тем, что в способе, включающем прессование порошка, пропитку прессовки активирующими спекание оксидами и спекание в среде азота, прессовку размещают над слоем алюмосодержащей экзотермической смеси, зажигают последнюю и осуществляют пропитку конденсацией оксида алюминия в порах прессовки из образующихся при горении газообразных продуктов.
Таким образом, для пропитки в данном случае используются отходящие газы, возникающие в СВС-металлургии. Так, при синтезе по этому методу литого карбида хрома реализуется экзотермическая реакция
CrO3 + Cr2O3 + Al + C ->>
->> Cr3C2(ж) + Al2O3 (ж) + Al2O (г) + CO; CO2 (г)
Доля газов составляет 5-15% от массы исходной шихты. Термодинамический и газохроматографический анализы показали, что газовая фаза состоит в основном из субоксида алюминия и небольшого количества оксидов углерода.
CrO3 + Cr2O3 + Al + C ->>
->> Cr3C2(ж) + Al2O3 (ж) + Al2O (г) + CO; CO2 (г)
Доля газов составляет 5-15% от массы исходной шихты. Термодинамический и газохроматографический анализы показали, что газовая фаза состоит в основном из субоксида алюминия и небольшого количества оксидов углерода.
Субоксид алюминия существует только при высоких температурах (более 2000оС). Пpи охлаждении он распадается на оксид алюминия и алюминий: Al2Oг - Al2O3 к + Alк.
Если на пути выхода газов установить пористые прессовки, то конденсация оксида алюминия произойдет в порах прессовки. Поскольку плотность неспеченной прессовки из нитрида кремния составляет 40-45%, и поры практически все сквозные, следует ожидать сквозной пропитки прессовки оксидом алюминия с равномерным отложением его на стенках пор.
При последующем спекании в среде азота сконденсировавшийся в порах оксид алюминия образует эвтектику с оксидами кремния и магния (последний обычно также присутствует в порошке нитрида кремния и вводится смешиванием или испарением из засыпки, используемой при спекании). Температура плавления эвтектик в системах SiO2 - Al2O3, SiO2 - Al2O3-MgO составляет 1350-1500оС. Пpи обычных для нитрида кремния температурах спекания (1550-1700оС) обеспечивается наличие жидкой фазы на границах частиц, а значит активирование спекания. Кроме того, достигается более полное использование продуктов СВС-металлургии - утилизируются газообразные продукты.
Для реализации предлагаемого способа возможно использование стандартных СВС-реакторов и шихт, применяемых для синтеза карбида хрома и розового корунда. Для проведения процесса пропитки прессовки из нитрида кремния оксидом алюминия следует модифицировать графитовую крышку стакана, в который помещается реакционная шихта. Модификация крышки должна предусматривать выход газообразных продуктов через "фильтр" - установленную в крышке прессовку из нитрида кремния. Критериями, определяющими эффективность пропитки, могут служить содержание алюминия в прессовке, усадка при спекании и плотность спеченного изделия.
П р и м е р. Порошок СВС-нитрида кремния, (ТУ 88-1-143-90) содержание азота 38,6% , кремния свободного 0,12%; кислорода связанного 0,8%; железа 0,07% ; удельная поверхность 3,9 мг/г) подвергали сухому размолу в течение 24 ч в шаровой мельнице с твердосплавными шарами. После размола удельная поверхность увеличилась до 5,7 мг/г, а содержание железа до 0,25%. Этот порошок прессовали гидростатически в резиновой оболочке при давлении 500 МПа. Плотность прессовки, определенная гидростатическим взвешиванием, составила 1,91 г/см3, открытая пористость 38%, закрытая пористость 2%. Прессовку - цилиндр диаметром 28 мм и высотой 20 мм помещали в отверстие крышки графитового стакана. В стакан помещали 5 кг шихты Al + +CrO3 + Cr2O3 + C, в горловине стакана устанавливали крышку с вмонтированными в нее спиралью для поджига шихты и прессовкой. Всю сборку помещали в реактор СВС - 20, герметизировали его, создавали избыточное давление азота 4 МПа.
Затем нагревом спирали инициировали горение смеси в стакане, в результате чего в шихте проходила реакция образования литых карбида хрома и легированного корунда, а также газообразных продуктов. Основной компонент газа - субоксид алюминия, проходя через прессовку из нитрида кремния, охлаждается и распадается на Al2O3 и Al, конденсирующиеся в ее порах. Отмечено резкое уменьшение белого налета на стенках реактора в этом случае по сравнению с горением аналогичной шихты без наличия в крышке стакана прессовки из нитрида кремния. Это качественно свидетельствует о поглощении оксида алюминия прессовкой.
Количественные данные, подтверждающие прохождение этого процесса, приведены в таблице. Анализ на содержание алюминия и магния проводили после размола спеченного образца. При этом до спекания прессовку - цилиндр, пропитанную оксидом алюминия по предлагаемому способу, разрезали на два образца по высоте, обозначив "А", образец, расположенный ближе к шихте и "В" - образец, расположенный сверху - дальше от шихты.
Параллельно часть образцов подвергали пропитке в соответствии со способами - прототипом. Для этого прессовки из нитрида кремния кипятили в течение 0,5 ч в растворе, полученном нагревом Al (NO3)3 ˙9H2O до растворения в собственной кристаллизационной воде. Затем образцы сушили (70оС; 0,5 ч) и прокаливали на воздухе (850оС; 0,5 ч).
Пропитка оксидом алюминия образца при использовании способа - прототипа включала три технологических операции и продолжалась около 2 ч. При использовании предлагаемого способа пропитка продолжалась 10 мин (сюда включены и подготовительные действия) и включала одну операцию.
Спекание всех образцов (в том числе и без пропитки алюминием) проводили, помещая их в засыпку Si3N4 + 5%MgO, т.е. обеспечивали введение в спекаемый нитрид кремния оксида магния за счет испарения при спекании. Спекание проводили в среде азота марки ОСЧ по режиму: нагрев до 1500оС, выдержка 20 мин, нагрев до 1700оС, выдержка 20 мин.
В таблице приведены полученные при спекании результаты.
Предлагаемый способ позволяет получить спеченные изделия из нитрида кремния такого же высокого качества, но по более дешевой технологии. Удешевление является следствием упрощения производственных операций и уменьшения их трудоемкости.
Claims (1)
- СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИТРИДА КРЕМНИЯ, включающий прессование порошка, пропитку прессования активирующими спекание оксидами и спекание в среде азота, отличающийся тем, что, с целью удешевления процесса, прессовку размещают над слоем алюмосодержащей экзотермической смеси, зажигают последнюю и осуществляют пропитку конденсацией оксида алюминия в порах прессовки из образующихся при горении газообразных продуктов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4864123 RU2028997C1 (ru) | 1991-02-25 | 1991-02-25 | Способ изготовления спеченных изделий из нитрида кремния |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4864123 RU2028997C1 (ru) | 1991-02-25 | 1991-02-25 | Способ изготовления спеченных изделий из нитрида кремния |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2028997C1 true RU2028997C1 (ru) | 1995-02-20 |
Family
ID=21534896
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4864123 RU2028997C1 (ru) | 1991-02-25 | 1991-02-25 | Способ изготовления спеченных изделий из нитрида кремния |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2028997C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458023C1 (ru) * | 2011-03-11 | 2012-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Способ получения спеченных изделий на основе нитрида кремния |
RU2584427C2 (ru) * | 2012-02-22 | 2016-05-20 | Мбда Италия С.П.А. | Керамический материал для антенного обтекателя, антенный обтекатель и способ его изготовления |
-
1991
- 1991-02-25 RU SU4864123 patent/RU2028997C1/ru active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Андриевский Р.А. и Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе. М.:Металлургия, 1984, с.57-62. * |
2. Metal Finish Practice, 1984, 35, N 12, 538-546. * |
3. Патент Великобритании N 1536290, кл. B 22F 3/26, опубл. 1977. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458023C1 (ru) * | 2011-03-11 | 2012-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Способ получения спеченных изделий на основе нитрида кремния |
RU2584427C2 (ru) * | 2012-02-22 | 2016-05-20 | Мбда Италия С.П.А. | Керамический материал для антенного обтекателя, антенный обтекатель и способ его изготовления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4105455A (en) | Method of producing dense sintered silicon carbide body from polycarbosilanes | |
US4354990A (en) | Process for sintering silicon nitride compacts | |
Uematsu et al. | Transparent hydroxyapatite prepared by hot isostatic pressing of filter cake | |
US2929126A (en) | Process of making molded aluminum nitride articles | |
US5164130A (en) | Method of sintering ceramic materials | |
HU202167B (en) | Self-carrying ceramic body of composite structure and process for producing same | |
RU2031176C1 (ru) | Способ получения керамического композиционного материала | |
US4746638A (en) | Alumina-titania composite powder and process for preparing the same | |
NO147240B (no) | Sintret, polykrystallinsk siliciumnitridprodukt og fremgangsmaate ved fremstilling derav | |
KR20000071110A (ko) | 세라믹-금속 복합체, 그 제조방법 및 용도 | |
RU96105404A (ru) | Деталь для отливки, содержащая наружный слой, способный образовать газонепроницаемый слой, и способ ее применения | |
ATLAS | Effect of some lithium compounds on sintering of MgO | |
US4416840A (en) | Al2 O3 Ceramic composite | |
JPS62241811A (ja) | 熱炭素還元による金属炭化物及び窒化物のセラミツクス製造用粉末及びその製造方法 | |
Gadalla et al. | High temperature reactions within SiC–Al2O3 composites | |
RU2028997C1 (ru) | Способ изготовления спеченных изделий из нитрида кремния | |
US4172109A (en) | Pressureless sintering beryllium containing silicon carbide powder composition | |
FI88911C (fi) | Metod foer framstaellning av en keramisk sjaelvbaerande sammansatt struktur | |
US4376652A (en) | High density high strength Si3 N4 ceramics prepared by pressureless sintering of amorphous Si3 N4 powder and Ti | |
JPH0362643B2 (ru) | ||
RU2610482C1 (ru) | Способ получения пористой алюмооксидной керамики | |
NO781522L (no) | Fremgangsmaate for fremstilling av ildfaste gjenstander av metalldiborider | |
Sawhill et al. | Crystallization of ultrafine amorphous Si3N4 during sintering | |
IE59544B1 (en) | Silicon nitride powders for ceramics by carbothermic reduction and the process for the manufacture thereof | |
US4059391A (en) | Process for producing refractory material |