SE414921B

SE414921B - SET TO MAKE A FORMULA OF SILICON NITRID OR OF A SILICON NITRID AS MAIN COMPONENT CONSTRUCTED MATERIAL

Info

Publication number: SE414921B
Application number: SE7813018A
Authority: SE
Inventors: J Adlerborn; H Larker; B Mattsson; J Nilsson
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1978-12-19
Filing date: 1978-12-19
Publication date: 1980-08-25
Also published as: JPS5589405A; SU1037832A3; JPH0114194B2; SE7813018L

Description

_: s7s1zo1s-4 10 15 20 25 30 35 steg före tillslutningen. Olika sätt är kända att utforma höljet. Einligt ett känt sätt användes som hölje en förformad kapsel av högsmältande glas. Enligt ett annat känt sätt framställes höljet på. platsen genom att den förformade pulverkroppen doppas i en uppslamning av partiklar av högsmältande glas eller på. annat sätt omges med ett skikt av partiklar av sådant glas och sedan vär- mes under vakuum vid sådan temperatur att partiklarna bildar ett tätt hölje omkring den. Ett tätt hölje uppnås först vid höga temperaturer då. ju glaset måste vara av högsmältande typ för att ej rinna bort då. kiselnitriden uppvär- mes för att sintras. För att undvika en dissociation av kiselnitriden under kväveavgång' vid dessa temperaturer har man föreslagit användning av ett po- röst skikt av ett glas av lågsmältande typ utanpå det porösa skiktet av glas av högsmältande typ. I detta kända fall överföres detyttre porösa skiktet i ett för tryckmediet ogenomträngligt skikt under det att pulverlmoppen av- gasas. När ett tätt skikt bildats appliceras tryck på. den inneslutna pulver- kroppen med argon eller helium för att motverka dissociation av kiselnitri- den vid fortsatt temperatur-höjning. Vid den fortsatta temperaturhöjningen reagerar glaset i det yttre skiktet med materialet i det inre porösa skiktet under 'bildning av ett alltmer högsmältende glas och under upprätthållande av ett för tryckmediet ogenomträngligt skikt samt bildas slutligen ett för tryck- mediet ogenomträngligt glasskikt av den innersta. delen av det inre porösa skiktet innan glaset i det yttre skiktet hinner rinna av. Detta sist bildade glasskikt bildar ett hölje omkring pulverkroppen, dåden isostatiska press- ningen av den genomföras vid sintringstemperaturen. _: s7s1zo1s-4 10 15 20 25 30 35 steps before closing. Various ways are known to design the casing. According to one known method, a preformed capsule of high-melting glass was used as a casing. According to in another known manner, the casing is made. the place by the preformed the powder body is immersed in a slurry of particles of high melting glass or on. otherwise surrounded by a layer of particles of such glass and then under vacuum at such a temperature that the particles form a tight envelope around it. A tight cover is only achieved at high temperatures then. the glass must be of the high-melting type in order not to run off then. silicon nitride heating mes to be sintered. To avoid a dissociation of the silicon nitride below nitrogen depletion 'at these temperatures, it has been suggested that a voice layer of a glass of low melting type on top of the porous layer of glass of the high-melting type. In this known case, the outer porous layer is transferred in a layer impermeable to the printing medium while the powder mop is gasas. When a dense layer has formed, apply pressure. the entrapped powder body with argon or helium to counteract the dissociation of silicon nitrite it with continued temperature rise. With the continued temperature rise the glass in the outer layer reacts with the material in the inner porous layer during the formation of an increasingly high-melting glass and during the maintenance of an impermeable layer for the printing medium and finally a printing the medium impermeable glass layer of the innermost. part of the inner porous the layer before the glass in the outer layer has time to drain. This last formed glass layer forms a shell around the powder body, the deed isostatic press it is carried out at the sintering temperature.

Det har i vissa fall visat sig vara förknippat med problem att åstadkomma en önskvärt stor reproducerbarhet vid tillverkning av föremål av kiselnitrid vid användning av de beskrivna. kända metoderna, speciellt då, det gäller före- mål med komplicerad form såsom föremål med skarpa hörn eller kanter eller med tunnväggiga partier såsom t ex turbinskivor med skovlar. Om man använder en förformad kapsel av högsmältande glas föreligger risk att glaset då. det mjuk- nar anssmlas i fickor och där på. grund av sin relativt höga viskositet kan förorsaka skador i tunnväggiga partier av den förformade pulverkzmppen i I samband med att ett högt tryck anbringas för den isostatiska pressningen av pulverkrcppen. Om man framställer höljet på. platsen genom att pulverkzroppen omges med skikt av partiklar av glas, föreligger risk, vilket för övrigt även gäller vid användning av en förforznad kapsel av glas, att pulverkroppen lokalt, speciellt vid skarpa hörn och kanter, blir utan höljematerial, då pressningen skall utföras, på. grund av att glaset inte stannar kvar där. 10 15 20 25 50 55 7813018-Å länligt den föreliggande uppfinningen har det visat sig möjligt att med större rsprodueerbarhet än med de tidigare nämde. metoderna framställa föremål av kiselnitrid med hög täthet.It has in some cases been shown to be associated with problems to achieve one desirable high reproducibility in the manufacture of silicon nitride articles when using the described. known methods, especially in the case of objects with complicated shape such as objects with sharp corners or edges or with thin-walled sections such as turbine discs with blades. If you use one preformed capsule of high-melting glass there is a risk that the glass then. the soft when glued in pockets and there on. due to its relatively high viscosity can cause damage to thin-walled portions of the preformed powder cuttings in I in connection with the application of a high pressure for the isostatic pressing of the powder body. If you make the cover on. place by powder powder surrounded by layers of glass particles, there is a risk, which, incidentally also applies when using a pre-reinforced glass capsule, that the powder body locally, especially at sharp corners and edges, becomes without casing material, then the pressing shall be performed, on. because the glass does not stay there. 10 15 20 25 50 55 7813018-Å According to the present invention, it has been found possible with greater producibility than with the previously mentioned. the methods of making objects of silicon nitride with high density.

Den föreliggande uppfinningen avser ett sätt att framställa ett föremål av kiselnitrid eller av ett med kiselnitrid som huvudbeetândsdel uppbyggt mete- rial genom isostatisk pressning av en av ett pulver av kieelnitrid eller det angivna materialet förformad kropp med ett gasfomigt tryck-medium, varvid den förformade kroppen förses med en omslutning av glas eller av vid upp- värmning glaebildande material, som göres gasogenomsläpplig, innan den isosta- tiska pressningen under sintring av den förformade kroppen genomföras, känne- tecknat därav, att den förformsde kroppen och anslutningen placeras i ett lärl som är formbeständigt vid den temperatur, vid vilken sintringen av kiselnitriden _' eller av det pangivna. materialet utföres, att omslutningen överföras i en smälta med en av kärlets väggar begränsad yta, under vilken den förformade kroppen är be- lägen och att ett för den isostatiska pressningen erforderligt tryck anbringßß på smältan med det gasformiga tryckmediet.The present invention relates to a method of making an article of silicon nitride or of a meteorite constructed with silicon nitride as the main component by isostatic pressing of one of a powder of ciel nitride or it specified material preformed body with a gaseous pressure medium, wherein the preformed body is provided with an enclosure of glass or of at heating glaze-forming material, which is made gas permeable before the isostatic the pressing during sintering of the preformed body is carried out, drawn from the fact that the preformed body and the connection are placed in an apprentice which is dimensionally stable at the temperature at which the sintering of the silicon nitride or of the specified. the material is made, that the enclosure is transferred into a melt with a limited area of the walls of the vessel, below which the preformed body is positions and that a pressure required for the isostatic pressing is appliedßß on the melt with the gaseous pressure medium.

Med smälta avses i beskrivning och patentlaav en gasogenomsläpplig masse. som åtminstone till huvudsaklig del består av smält fas. Det är således inte nödvändigt att alla omslutningens beståndsdelar i sin helhet smält för att en fungerande gasogenomsläpplig massa, här inkluderad i begreppet smälta, skall ha. bildats. ' Det är väsentligt att smältan utsättas för tryck med ett gasformigt tryck- medium, vilket sker i en uppvärmbar högtryckskamnare, och inte med en kolv i ett for-mmm, i vilket smältan är innesluten med anliggxiing mot formrunmets väggar. I det sistnämda fallet är det nämligen inte möjligt eller uppstår i varje fall synnerligen stora svårigheter att undvika skador på. ömtâliga delar av pulverkroppen, på, grund av att det inte går att hålla tillräckligt låg viskositet på glassmältan, eftersom den då vill tränga ut mellan kolv och formrxzm.By melt is meant in the description and patent law a gas-permeable mass. which at least mainly consists of molten phase. It is thus not necessary that all the constituents of the enclosure in its entirety be melted for that a functioning gas-permeable mass, here included in the concept of melt, shall have. formed. ' It is essential that the melt be subjected to pressure with a gaseous pressure. medium, which is done in a heatable high pressure chamber, and not with a piston in a mold, in which the melt is enclosed with abutment against the mold rim walls. In the latter case, it is not possible or arises in any case extremely great difficulties to avoid damage to. delicate parts of the powder body, due to insufficient holding low viscosity of the glass melt, because it then wants to penetrate between flasks and formrxzm.

Som tryckmedium vid utövands av den föreliggande uppfinningen föredrsges ädelgaser såsom argon och helium samt kvävgas. Trycket vid sintringen av den förformade kiselnitridkroppen är beroende av om kiselnitriden försatts med sintringsbefrämjande tillsats, såsom malgnesiumoxid eller yttriumoxid, eller ej. Om ingen sådan tillsats användes bör trycket uppgå. till minst 100 MPa, företrädesvis till 200-300 MPa. Vid användning av sintringsbefräm- jande tillsats kan ett lägre tryck användas, dock lämpligen minst 20 MPa. 10 15 20 25 50 55 7813013-t 4 sina-inget av att författade kroppen utföres iämpligen via 16oo-19oo°c, företrädesvis vid 17oo-1eoo°c. i Som material i det vid sintringstemperaturen för kiselnitrid fombeständiga kärlet föredrages grafit, men även andra material såsom bornitrid eller molyb- den är användbara .As the pressure medium in the practice of the present invention, it is preferred noble gases such as argon and helium as well as nitrogen gas. The pressure at the sintering of the preformed silicon nitride body depends on whether the silicon nitride has been added with a sintering-promoting additive, such as malgiene oxide or yttrium oxide, or not. If no such additive is used, the pressure should rise. to at least 100 MPa, preferably to 200-300 MPa. When using sintering promoters a lower pressure can be used, but preferably at least 20 MPa. 10 15 20 25 50 55 7813013-t 4 its- none of that authored body is properly performed via 16oo-19oo ° c, preferably at 1700-100 ° C. in As a material in it at the sintering temperature of silicon nitride resistant graphite, but other materials such as boron nitride or molybdenum are also preferred. it is useful.

Omslutningen kan med särskild fördel bestå. ev partiklar av glas eller av vid uppvärmning glasbildsnde material. Därvid bäddas den förformade kisel- nitridluoppen in i partiklarna i det formbeständiga kärlet och partiklarna överföras i en smälta i kär-let, dvs anslutningen göres gasogenomsläpplig i kärlet. Man kan även använda. större stycken av glaset eller det glssbildande materialet, såsom förformade stycken som åtminstone i huvudsak ansluter sig till den för-formade happens form. Man kan t e: använda ett förfomat stycke på den förformade kroppens undersida och ett annat förfomatfstycke på kroppens översida, varvid styckena lämpligen har mot varandra anliggande kanter. Det är också beroende på. försmålets form i princip möjligt att an- vända en i ett stycke förfomad kapsel av glas med en öppning som är anpas- sad så. att den förformade kroppen kan föras in i kapseln. Då anslutningen göres av ett eller ett fåtal glasstycken är det möjligt att göra anslutningen gasogenomsläpplig antingen före eller efter det den placerats i kärlet. I det förstnämnda fallet kan detta med fördel ske i en separat process i en härför lämplig ngt och i det sistnämda fallet med fördel i anslutning till att anslutningen överföras i en smälta i den högtryckstzgzt som den isostatiska pressníngen utföres i.The enclosure can with special advantage last. any particles of glass or of when heating glass-forming material. The preformed silicon is then embedded. the nitride loop into the particles of the shape-retaining vessel and the particles transferred in a melt in the vessel, ie the connection is made gas permeable in the vessel. You can also use. larger pieces of glass or glass the material, such as preformed pieces which at least substantially adhere to the pre-formed happens form. You can use a pre-formed piece on the underside of the preformed body and another preform piece on the upper side of the body, the pieces suitably abutting each other edges. It also depends. the form of the case is in principle possible to turn a one-piece glass capsule with an opening adapted to sat then. that the preformed body can be inserted into the capsule. Then the connection made of one or a few pieces of glass, it is possible to make the connection gas permeable either before or after it is placed in the vessel. IN In the former case, this can advantageously be done in a separate process in one suitable for this and in the latter case with advantage in connection with that the connection is transferred in a melt in the high pressure stzgzt as the isostatic the pressing is performed in.

Omslutningen kan med fördel göras gasogenomsläpplig under det att vakmm upp- rätthålles omkring den. För att undvika en dissociaticn av kiselnitriden bör man i detta fall använda ett glas eller ett glasbildande material som gör att anslutningen blir gasogenomsläpplig vid relativt låg temperat . Om om- slutningen sålunda består av' partiklar av glas eller glasbildands material som göres gasogenomsläpplig genom att den överföras i en smälta i det form- 'ueständiga kär-let under det vakuum upprätthålles över den bör man använda ett glas som ger en smälta, med låg viskositet, lämpligen högst 10 Ptises via en temperatur av omkring 115o°c, så ett ett högt tryck kan läggas pa vid denna. temperatur utan att risk för skador på. den förformade kroppen upp- träder s Omslutningen kan med fördel också. göras gasogenomsläpplig under det att den hållas i kontakt med en gas, som åtminstone till huvudsaklig del består av kvävgas, och i vilken ett tryck upprätthålles som är minst lika stort som 10 15 20 25 30 35 7813018-4 5 hos kvävgasen i den förformade kroppens porer vid ifrågavarande temperatur.The enclosure can advantageously be made gas permeable while the vacuum is raised. maintained around it. To avoid a dissociativen of the silicon nitride should one in this case use a glass or a glass-forming material that makes that the connection becomes gas permeable at a relatively low temperature. If if- the closure thus consists of particles of glass or glass-forming material which is made gas permeable by transferring it into a melt in the The unstable vessel under the vacuum maintained over it should be used a glass which gives a melt, with a low viscosity, suitably not more than 10 Ptises via a temperature of about 115o ° C, so a high pressure can be applied at this. temperature without risk of injury. the preformed body enters p The enclosure can with advantage also. made gas permeable while it kept in contact with a gas, which at least mainly consists of nitrogen gas, and in which a pressure is maintained which is at least equal to 10 15 20 25 30 35 7813018-4 5 of the nitrogen gas in the pores of the preformed body at the temperature in question.

Vid anvàndrling av denna metod kan man använda ett glas eller glasbildande material som gör att omslutningen blir gasogenomsläpplig vid avsevärt högre temperatur än med vakuunmetoden. Om omslutníngen består av partiklar av glas eller ett glasbildande material som göres gasogenomsläpplig genom att den överföras i en smälta i det formbeständiga kärlet under det att lcvävgas- tryck upprätthålles kan man använda ett glas som ger en smälta med låg visko- sitet, lämpligen högst 106 poises, vid betydligt högre temperaturer än de glas som är användbara vid valnunnmetoden. Det för den isostatiska pressningen erforderliga höga trycket appliceras därvid, liksom i det föregående fallet, när: smältan bibringats en låg viskositet, vilket beroende av glastyp kan göras i ett intervall av från omkring 1150°C till omkring 1700°C.When using this method, one can use a glass or glass-forming material which makes the enclosure gas permeable at considerably higher temperature than with the vacuum method. If the enclosure consists of particles of glass or a glass-forming material which is made gas-permeable by it is transferred into a melt in the form-retaining vessel while the nitrogen gas pressure is maintained, a glass with a low viscosity melt can be used. site, preferably not more than 106 poises, at significantly higher temperatures than those glasses useful in the walnut method. That for the isostatic pressing required high pressure is then applied, as in the previous case, when: the melt is imparted a low viscosity, which depending on the type of glass can made in a range of from about 1150 ° C to about 1700 ° C.

Tätheten hos det glas som användes bör vara högst 2,4 g/cmš för att man inte skall riskera att pulverkroppsn lyftes upp så mycket ur smältan att den får delar som inte blir täckta av smält glas.The density of the glass used should not exceed 2.4 g / cmš in order not to shall risk that the powder body is lifted so much out of the melt that it gets parts which are not covered by molten glass.

Om man tillåter en begränsad ytlig inträngiing av glas i pulverkroppens porer är det möjligt att använda ett flertal olika glastyper, som ger smälter med så låg viskositet, eventuelltmnder applicering av kvävgastryok vid smältans 'bildrling, att den förformade lcroppen av kiselnitrid inte ska- das, då det för den isostatislca preseningen erforderliga höga trycket app- liceras. Man kan bl a. använda olika. typer av blysilikatglas ooh aluminium- silikatglas, liksom kvarts och blandningar av olika glasbildande oxider. I vissa fall kan det därvid vara erforderligt att avlägsna ytskiktet på. den pressade kiselzxitridkroppen, t ex genom blästring.If a limited superficial penetration of glass into the powder body is allowed pores, it is possible to use a number of different types of glass, which provide melts with such a low viscosity, possibly during the application of nitrogen gas in the formation of the melt, that the preformed body of silicon nitride does not when the high pressure required for the isostatic tarpaulin is applied. liceras. You can, among other things, use different. types of lead silicate glass ooh aluminum silicate glass, as well as quartz and mixtures of various glass-forming oxides. IN in some cases it may be necessary to remove the surface layer. the pressed the silicon xitride body, for example by blasting.

Det har dock enligt den föreliggande uppfinningen visat sig möjligt att und- vika en inträngnizzg av glassmälta i den förformade kiselnitridlcroppen genom att använda ett glas innehållande 13203 i anslutningen omkring kiselnitrid- kroppen och en tillräckligt liten partikelstorlek hos kiselnitriden, före- trädesvis en partikelstorlek av < 5 um. En trolig förklaring till att ett borhaltigt glas inte tränger in i kiselnitriälccoppen är att det bildas en borkväveförening, sannolikt bornitrid, i gränsytan mellan glaset och kieelnitriden innan glaset bildar en lågviskös smälta och att denna bor- kVä-Veförening motverkar glasets inträngning i pulverkroppens porer. Halten 3205 i glaset kan med fördel uppgå till mellan 2 vilctprocent och 70 vikt- procent. Som exempel på användbara. borhaltiga glas kan nämnas ett glas innehållande 80,3 viktprocent SiOz, 12,2 viktprocent 3203, 2,8 viktprocent A120? 4,0 viktprocent Na2O, 0,4 viktprocent E20 och 0,3 viktprocent CaO (Pyrex®) , ett glas innehållande 58 viktprocent S102, 9 Viktprocent 3203, 10 15 20 25 30 35 78130184! 20 viktprocent A120? 5 viktprocent CaO och B viktprocent I-IgO, ett glas inne- hållande 96,7 viktprocent S102, 2,9 viktprocent 13203 och 0,4 viktprocent A120; (Vycor ) samt ett glas innehållande 58 viktprocent S102, 60 vikt- procent 3203 och 2 viktprocent Al205. Man kan också använda. blandningar av partiklar av ämnen, t ex S102, A120? 3205 samt alkali- och jordalkalioxider, som vid uppvärmning bildar glas.However, according to the present invention, it has been found possible to avoid fold a penetration of glass melt into the preformed silicon nitride body by to use a glass containing 13203 in the connection around the silicon nitride body and a sufficiently small particle size of the silicon nitride, typically a particle size of <5 μm. One more likely explanation that a boron-containing glass does not penetrate into the silicon nitrile cup is that a boron nitrogen compound, probably boron nitride, is formed at the interface between the glass and the ciel nitride before the glass forms a low viscosity melt and that this boron kVä-Veförening counteracts the penetration of the glass into the pores of the powder body. Stop 3205 in the glass can advantageously amount to between 2% by weight and 70% by weight. percent. As examples of useful. boron-containing glass can be called a glass containing 80.3% by weight of SiO 2, 12.2% by weight of 3203, 2.8% by weight A120? 4.0 weight percent Na 2 O, 0.4 weight percent E 2 O and 0.3 weight percent CaO (Pyrex®), a glass containing 58% by weight S102, 9% by weight 3203, 10 15 20 25 30 35 78130184! 20% by weight of A120? 5% by weight of CaO and B% by weight of I-IgO, a glass containing holding 96.7% by weight of S102, 2.9% by weight of 13203 and 0.4% by weight A120; (Vycor) and a glass containing 58% by weight of S102, 60% by weight 3203 percent and 2% by weight Al 2 O 5. You can also use. mixtures of particles of substances, eg S102, A120? 3205 and alkali and alkaline earth oxides, which when heated forms glass.

Efter pressningen och sintringen är det färdiga föremålet av kiselnitrid inbäddat i glaset. Enligt en fördelaktig utföringsform av uppfizmingen använ- des ett glas med ungefär samma värmeutvidgiingskcefficient som kiselnitrid inom en väsentlig del av området mellan glasets stelningstemperatur och rums- temperatur, företrädesvis en värmeutvidgrxingskoefficient av 5,0-5,8 - 10 per °C inom temperaturområdet 500°C - 20°C. Därigenom undviker man att före- målet skadas genom uppkomst av sprickor eller brott under nedkylningen. Ett lämpligt glas är det tidigare nämnda. glaset innehållande 80,5' vilctprccent S102, 12,2 viktprocent 13205, 2,8 viktprocent A120? 4,0 viktprocent Na20, 0,4 viktprocent K20 ooh-gß viktprocent CaO, som har en värmeutvidgnings- keeffieient ev 5,2 - 1o per °c mellan 5oo°c een 2o°c. För kieemitiie är mevevereeee vavee 3,2 - 1o per °c. I een för sig är det möjligt, även em det komplicerar framställningen av föremålet i hög grad, att klara frilägg- andet av det färdiga föremålet vid användning av glas vars värmeutvidgrlings- koefficient skiljer sig betydligt från kiselnitridens. Ett exempel på. ett sådant glas är det tidigare nämnda innehållande 97,2 viktprocent S102, 2,9 viktprocent 3205 och 0,4 viktprocent A120? Ett sådant glas kan avlägsnas tillnärmelsev-is helt från kiselnitridföremålet t ex genom att det yttre trycket sänkas imder kiselnitridens dissociationstryck t ex vid 1600°C, var- vid glaset lyfter från kiselnitridkroppen och föremålet kan svalna utan att skadas av glaset. I vissa fall kan det vara lämpligt att avlägsna glaset genom att höja temperaturen över den vid sintringen använda temperaturen för att glaset skall bli tillräckligt lättflytande för att endast länma. kvar en tinräekligt tunn hinna sem inte ken skede. kreppen een sem via behev kan ev! lägsnas genom blästring.After pressing and sintering, the finished object is silicon nitride embedded in the glass. According to an advantageous embodiment of the invention, a glass with approximately the same coefficient of thermal expansion as silicon nitride within a substantial part of the range between the solidification temperature of the glass and the temperature, preferably a coefficient of thermal expansion of 5.0-5.8 - 10 per ° C within the temperature range 500 ° C - 20 ° C. This avoids pre- the target is damaged by the appearance of cracks or fractures during cooling. One suitable glass is the previously mentioned. the glass containing 80.5 'vilctprccent S102, 12.2% by weight 13205, 2.8% by weight of Al2 O3? 4.0% by weight of Na 2 O, 0.4% by weight of K2 O ooh-gß% by weight of CaO, which has a thermal expansion eeffieient ev 5.2 - 1o per ° c between 5oo ° c an 2o ° c. For kieemitiie is mevevereeee vavee 3.2 - 1o per ° c. In itself it is possible, even em it complicates the manufacture of the object to a great extent, to be able to of the finished article when using glass whose thermal expansion coefficient differs significantly from that of silicon nitride. An example of. one such glass is the former containing 97.2% by weight of S102, 2.9 weight percent 3205 and 0.4 weight percent Al 2 O? Such a glass can be removed approximation completely from the silicon nitride object, for example by the outer the pressure is lowered under the dissociation pressure of the silicon nitride, for example at 1600 ° C, where at the glass lifts from the silicon nitride body and the object can cool without damaged by the glass. In some cases, it may be appropriate to remove the glass by raising the temperature above the temperature used for sintering that the glass should be sufficiently fluid to lure only. left one tin-thinly thin membrane that does not know stage. create a sem via need can ev! removed by blasting.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom 'beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade schematiska ritning, i vilken fig 1 visar en av kiselnitridpulver förformad kropp i form av ett turbixxhjul för en gas- turbinmotor sedd ovanifrån, fig 2 samma. kropp i axiellt tvärsnitt, fig 3 lcroppen placerad i ett formbeständigt kärl och inbäddad i en massa av glas- partiklar samt fig 4 en högtryckswigri, i vilken den isostatiska pressningen och sintringen av den förfcrmede pulverkz-oppen utföres. 10 15 20 25 50 55 '7813018-4 7 Kiselnitridpulver med en pulverkornstorlek understigande 5 um och innehåll- ande omkring 0,5 viktprocent fri kisel och omkring 0,1 viktprocent magnesium- oxid placeras i en kapsel av plast, t ex mjukgjord polyvinylklorid, eller av gunmi, med ungefär sannna form som den förformade pulverkroppen som skall framställas, varefter kapseln tillslutes och placeras i en pressanordning, t ex i den i fig 1 och 2 i det svenska patentet 7414102-9 .visade anordningen.The invention will be explained in more detail by describing exemplary embodiments with reference to the accompanying schematic drawing, in which Fig. 1 shows a of silicon nitride powder preformed body in the form of a turbixx wheel for a gas turbine engine seen from above, fig 2 the same. body in axial cross section, fig. 3 The body is placed in a form-retaining vessel and embedded in a mass of glass. particles and Fig. 4 a high pressure wig, in which the isostatic pressing and the sintering of the preformed powder is carried out. 10 15 20 25 50 55 '7813018-4 7 Silicon nitride powder with a powder grain size of less than 5 μm and containing about 0.5% by weight of free silicon and about 0.1% by weight of magnesium oxide is placed in a plastic capsule, such as plasticized polyvinyl chloride, or of gunmi, having approximately the same shape as the preformed powder body to be produced, after which the capsule is closed and placed in a pressing device, for example in the device shown in Figs. 1 and 2 of Swedish patent 7414102-9.

Pulvret underkastas en kompaktering vid 600 MPa under en tid av 5 minuter.The powder is subjected to a compaction at 600 MPa for a period of 5 minutes.

Efter avslutad kompaktering avlägsnas kapseln och maskinbearbetas den så framställda förformade pulverkroppen till önskad form. Pulverkroppen har en täthet av 60 73 av den teoretiska.After compaction, the capsule is removed and machined prepared preformed powder body to desired shape. The powder body has one density of 60 73 of the theoretical.

Den förformade pulverkroppen 10, som visas i fig 1 och 2, består av ett tur- binhjul med nav 11, liv 12, kant 13 och skovlar 14. 4 Pulverkroppen 10 placeras såsom framgår av fig 5 i ett upptill öppet kärl 15, som är formbeständigt vid den använda sintringstemperaturen, och inbäddas i glaspulver 16. Kärlet består i det exemplifierade fallet av grafit och är invändigt försett med ett släppskikt 17 av bornitrid. Glaspulvret består av partiklar av ett glas innehållande 80,5 viktprocent S102, 12,2 viktprocent 3203, 2,8 viktprocent Al205, 4,0 viktprocent Na20, 0,4 viktprocent H20 och 0,5 viktprooent CaO. Omslutningen består i detta fall således av partiklar av glas.The preformed powder body 10, shown in Figures 1 and 2, consists of a bee wheels with hub 11, body 12, rim 13 and blades 14. 4 The powder body 10 is placed as shown in Fig. 5 in an open vessel at the top 15, which is dimensionally stable at the sintering temperature used, and is embedded in glass powder 16. The vessel consists in the exemplified case of graphite and is internally provided with a release layer 17 of boron nitride. The glass powder consists of particles of a glass containing 80.5% by weight of S102, 12.2% by weight 3203, 2.8% by weight of Al2 O5, 4.0% by weight of Na2 O, 0.4% by weight of H2 O and 0.5 weight percentage CaO. The enclosure in this case thus consists of particles of glass.

Ett eller flera kärl 15 placeras därefter i en högtryoksxzgm enligt fig 4.One or more vessels 15 are then placed in a high pressure unit according to Fig. 4.

För åskådlighetens skull visas endast ett kärl i denna figur. I fig 4 be- tecknar 22 ett presstativ, som uppbäres av hjulen 25 och är förskjutbart på skenor 24 i golvet 25 mellan det i figuren visade läget och ett läge där etativet omger högtryckekammaren 42. Presstativet är av den typ som består av ett övre ok 26, ett undre ok 27 och ett par distansstycken 28, som sam- manhålles av en förspänd bandmantel 29. Högtryckskanmaren 42 uppbäres av en pelare 49 och :Lrmehåller en högtryckscylinder, som är uppbyggd av ett inre rör 50, en omgivande för-spänd bandmantel 51 och gavelringar som axiellt håller sannnan bandmanteln och utgör upphängrzingsdon med vilka högtryokslcamma- ren är fästad vid pelaren 49. Kaxmnaren 42 har en undre ändförslutning 55 som skjuter in i högtryckscylinderns rör 50. I ändförslutningen finnes ett spår, i vilket är inlagd en tätningsring 54, en kanal 55 för avgasning av de produkter som skall pressas och för tillförsel av tryckmedium, lämpligen argon, helium eller kvävgas, och en kanal 56 för kablar för matning av värme- element 57 för ugxens uppvärmning. Elementen 57 uppbäres av en cylinder 58, som vilar på. en isolerande botten 59, vilken skjuter in i en isolerande man- tel 60. Övre ändförslutningen innehåller en ringfomad del 61 med en tät- 10 15 20 25 30 55 78130184; ningsrizxg 62 som tätar mot röret 50. Hanteln 60 är upphängd i delen 61 och gastätt ansluten till denna. Ändförslutningen innehåller också. ett lock 63 för tillslutning av öppningen i delen 61, som vanligen är permanent anbragt i högtryckscylindern. Locket är försett med en tätningsring 64 som tätar mot delens 61 inre yta och med ett isolerande lock 65 som vid sluten hög- tryckskazmnare skjuter in i cylindern 60 och utgör en del av det isolerande skal som omger själva ugnsrummet 66. locket 63 är fäst vid en konsol 67, som uppbäres av en höj-, sänk- och vridbar manöverstång 68. På. samma sätt som beskrivits för anordningen enligt fig 1 och 2 tar oken 26 och 27 upp de mot ändförslutningen 53 och locket 63 verkande tryckkrafterna då. tryck an- bringas i ugnsrummet.For the sake of clarity, only one vessel is shown in this figure. In Fig. 4 22 shows a press frame which is supported by the wheels 25 and is displaceable on rails 24 in the floor 25 between the position shown in the figure and a position there the rack surrounds the high pressure chamber 42. The press rack is of the type that exists of an upper yoke 26, a lower yoke 27 and a pair of spacers 28, which together is held by a prestressed belt jacket 29. The high pressure chamber 42 is supported by a pillar 49 and: Holds a high-pressure cylinder, which is made up of an inner tube 50, a surrounding biased band sheath 51 and end rings as axial holds the strap jacket and is a suspension device with which high pressure the reindeer is attached to the pillar 49. The jaw 42 has a lower end closure 55 which projects into the tube 50 of the high-pressure cylinder. In the end closure there is one groove, in which a sealing ring 54 is inserted, a channel 55 for degassing of the products to be pressed and for the supply of pressure medium, suitably argon, helium or nitrogen, and a duct 56 for cables for supplying heat element 57 for heating the ugx. The elements 57 are supported by a cylinder 58, resting on. an insulating bottom 59, which projects into an insulating member tel 60. The upper end closure contains a ring-shaped part 61 with a sealing 10 15 20 25 30 55 78130184; ningrizxg 62 which seals against the tube 50. The dumbbell 60 is suspended in the part 61 and gas tight connected to this. The end closure also contains. a lid 63 for closing the opening in the part 61, which is usually permanently arranged in the high pressure cylinder. The lid is provided with a sealing ring 64 which seals against the inner surface of the part 61 and with an insulating cover 65 which at closed height pressure gauges project into the cylinder 60 and form part of the insulator shell surrounding the oven compartment 66 itself. the lid 63 is attached to a bracket 67, which is supported by a raising, lowering and rotating control rod 68. On. same way as described for the device according to Figs. 1 and 2, the yokes 26 and 27 pick up the against the end closure 53 and the lid 63 acting compressive forces then. press brought into the oven room.

Sedan kärlet 15 med izmehåll placerats i ugnsrunnnet 66 avgasas pulverkroppen 10 med omgivande glaspulver 16 vid rumstemperatur under ungefär 2 timar.After the receptacle 15 has been placed in the oven round 66, the powder body is degassed With ambient glass powder 16 at room temperature for about 2 hours.

Under fortsatt evakuerixxg höjs temperaturen till ungefär 115000. Temperatur- höjningen görs så. långsamt att trycket ej överstiger 0,1 torr under någon del av tiden. Vid ungefär 1150°0 hållas temperaturen konstant under ungefär 1 timma, varvid den slutliga avfgasningen sker och glaspulvret bildar en smälta med låg viskositet, som helt omger pulverlcroppen 10. Därefter till- föres vid samma temperatur argon eller helium till en tryclcxivå. som ger ett tryck av 200-500 I-lPa vid den slutliga sintringstemperaturen. Temperaturen höjes sedan till 1700-180000, dvs till lämplig sintringstemperatur för kisel- nitriden under en tid av 1 timma. Trycket stiger då. samtidigt. Lämplig tid för sintring vid de angivna betingelserna. är minst 2 timmar. Efter avslutad cykel får ugnen svalna till lämplig dechargeringstemperatur. ICárlet 15 inne- håller då. en blank kaka, i vilken pulverkroppen är synlig genom det stelnade och klara glaset. Pulverkroppen är helt inbäddad i glaset och har således vid pressningen i sin helhet befmmit sig under smältans yta. På grund av att det för pressningen erforderliga höga trycket kunnat appliceras då glaset varit lågvisköst och glaset i stelnad form har samme. vämeutvidgzxingekoefficient som kiselzzitriden kan felfria föremål framställas med god reproducerbarhet. Kakan släpper lätt från karlet på grund av närvaron av släppskiktet 17. Glaset kan sedan blästras bort från föremålet. Tätheten hos det färdiga föremålet över- stiger 99,5 'íå av den teoretiska.During continued evacuation, the temperature rises to about 115,000. the increase is made as follows. slowly that the pressure does not exceed 0.1 torr below any part of the time. At about 1150 ° 0 the temperature is kept constant for about 1 hour, during which the final degassing takes place and the glass powder forms one melt with low viscosity, which completely surrounds the powder body 10. Then add argon or helium is brought to a pressure level at the same temperature. which gives a pressure of 200-500 I-1Pa at the final sintering temperature. The temperature then raised to 1700-180000, i.e. to a suitable sintering temperature for silicon nitride for a period of 1 hour. The pressure then rises. at the same time. Suitable time for sintering under the specified conditions. is at least 2 hours. After completed cycle, allow the oven to cool to the appropriate discharge temperature. ICárlet 15 inne- then agree. a glossy cake, in which the powder body is visible through the solidified and clear the glass. The powder body is completely embedded in the glass and thus has a wide the pressing in its entirety is located below the surface of the melt. Due to that the high pressure required for the pressing could be applied when the glass was low viscosity and the glass in solidified form has the same. heat expansion coefficient as silica zitride can be produced flawless objects with good reproducibility. Kakan releases easily from the vessel due to the presence of the release layer 17. The glass can then blasted away from the object. The density of the finished article exceeds rises 99.5 'íå of the theoretical.

I ett alternativt utförande användes ett glas innehållande 96,7 viktprocent S102, 2,9 Viktprocent 13205 och 0,4 viktprocent A12O5. Med detta glas kan en tillräckligt låsviskös smälta åstadkommas först vid 1600°C. För att motverka den dissociation av kiselnitrid som förekommer vid denna temperatur åstad- kommes överförandet av glasmassan 16 i en smälta under det att ett tryck upprätthålles med kvävgas i ugnsrummot 66,In an alternative embodiment, a glass containing 96.7% by weight was used S102, 2.9% by weight 13205 and 0.4% by weight of Al2 O5. With this glass one can sufficient lock viscous melt is first achieved at 1600 ° C. To counteract the dissociation of silicon nitride present at this temperature the transfer of the glass mass 16 into a melt during a pressure maintained with nitrogen in the oven compartment 66,

Claims

10 15 20 9 7813018-lf After the vessel 15 with powder body 10 and surrounding glass powder has been degassed in the oven room 66 at room temperature for about 2 hours, the oven is filled with nitrogen gas at atmospheric pressure and the ice temperature is raised to 160006 during successive introduction of nitrogen gas to a pressure of 0 , 1 MPa. When the temperature has reached 1600 ° C, the glass powder forms a low viscosity melt which completely surrounds the powder body 10. Thereafter, at the same temperature, argon or helium is added and the pressing and sintering are carried out under the conditions specified in the previously described example. Since the glass in this case has a coefficient of thermal expansion which differs considerably from that of silicon nitride, only a limited cooling of the furnace can be allowed before the vessel 15 with contents is removed. The pressed finished article is then heated to a temperature of about 1800 ° C so that the glass drains from the article and leaves only a thin film. the. The derxna is removed after cooling to room temperature, preferably by blasting. The invention has been described in detail above for silicon nitride as a material in the article of manufacture. However, the invention can also be used. for the production of articles of silicon nitride as a main constituent material such as silicon aluminum oxinitride and said oxinitride in which aluminum has been at least partially replaced by yttrium, as well as other silicon metal oxinitrides and further mixtures of silicon nitride and a silicon metal oxinitride. PATENTKBAV

Method of making an object of silicon nitride or of one with silicon. nitride as the main constituent material by iostatic pressing of a silicon nitride or IU-'OPP preformed by a powder of silicon nitride with a gaseous pressure medium, the preformed body being provided with an enclosure of glass or of glass-forming material on heating, which is made gas permeable before the isostatic pressing during sintering of the preformed body is carried out, characterized in that the preformed body (10) and the connection (16) are placed in a vessel (15) which is dimensionally stable at the temperature at which the sintering of the cone .. the nitride or of the specified material is carried out, that the enclosure is transferred into a melt. with one surface limited by the walls of the vessel, below which it fell. the body is located and that a pressure required for the isostatic pressing is applied to the melt with the gaseous pressure medium. 781301844 10

~ 2. A method according to claim 1, characterized in that the enclosure (16) consists of particles or pieces of glass or of glass-forming material when heated.

5. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the connection (-16) is made gas permeable while the powder cup (10) and the connection are kept under vacuum.

4. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the connection (16) is made permeable while the powder body (10) and the connection are kept in contact with a gas which at least to a large extent consists of nitrogen gas, and in which a pressure is maintained which is at least equal to the pressure of the nitrogen gas in the pores of the powder barrel at the temperature in question.

5. A method according to any one of claims 1-4, characterized in that the melt has a viscosity of at most 105 poises, then. for the isostatic pressing the required pressure is applied to the melt.

6. A method according to any one of patents 1 to 5, characterized in that the glass in the enclosure or the glass formed during the exhalation consists of a glass: containing 3205.

7. A method according to claim 6, characterized in that the content of 13205 in the glass amounts to 2-70% by weight.

8. A method according to any one of claims 1-7, characterized in that the glass in the connection or the glass formed during the heating has a coefficient of thermal expansion of 2.0-4.5 ° 10'6 per ° C within the temperature range about -500 ° C.

9. A method according to any one of claims 1-8, characterized in that the glass in the enclosure or the glass formed during the heating has a growth expansion coefficient of 5.0-5.8 - 10'6 per ° G within the temperature range 2o-5oo ° c. *