SE414922B - Sett att framstella ett foremal av kiselnitrid genom isostatisk pressning av en av kiselnitridpulver forformad kropp med ett gasformigt tryckmedium - Google Patents

Description

~ 10 15 20 25 30 35 7804990-5 eller viskositet för att inte själv tränga in i pulverkroppens porer. Om man som hölje väljer en förfomad kapsel av glas, som då måste vara av högsmältande typ för att ej rinna bort eller tränga in i pulverkroppen vid den höga sintringstempe- raturen, kan man inte förhindra att glaset då det mjulmar anssmles i fickor ooh andra inskjutsnde partier på den förformade pulverkroppen. Detta leder ofta till brott vid utskjutande partier i det färdigsintrade föremålet vid dess evsvalning på grund av olilchet i värmeutvidgxiingskoefficient hos kiselnitrid och glas. Metoden lämpar sig därför endast för framställning av föremål med mycket enkel form.

Man kan, i synnerhet om det gäller framställning av föremål med komplicerad form, låta. höljet bildas på platsen genom att doppa den förformade pulverkroppen i en uppslamning av partiklar av högsmältande glas eller på annat sätt omge kroppen med ett skikt av partiklar av sådant glas ooh sedan värma pulverkroppen under vakuum vid sådan temperatur att partiklarna bildar ett tätt hölje omkring den.

Den sistnämda metoden medger applioering av ett hölje som kan göras tunt och som ansluter sig till pulverkroppene form så. ett man kan undviks. ansamlingar av glu på. det färdigeintrsde föremålet ooh därmed de nackdelar som är förknippade med detta. Ett tätt hölje uppnås först vid höga temperaturer då ju glaset måste vara av högsmältande typ för att ej rinna bort eller tränga in i pulvericroppen vid sintringen av kiselnitriden. För att undvika en dissociation av kiselnitri- den under kväveavgång vid dessa temperaturer har man föreslagit användning av ett psröst skikt av ett glas av lågsmältande typ utanpå det porösa skiktet av glas av högsmältande typ. I detta. kända fall överföras det yttre porösa skiktet i ett för tryokmediet ogenomträngligt skikt under det att pulverkroppen avgssas.

När ett tätt skikt bildats appliceras tryck på. den inneslutna pulverkroppen med argon eller helium för att motverka. dissociation av kiselnitriden vid fortsatt temperaturhöjning. Vid den fortsatta temperaturhöjningen reagerar glaset i det yttre ekiktet med materialet i det inre porösa skiktet under bildning av ett alltmer högsmältande glas ooh under upprätthållande av ett för tryokmediet ogenom- träxzgligt skikt samt bildas slutligen ett för tryokmediet ogenomträngligt glas- skikt av den innersta. delen av det inre porösa skiktet innan glaset i det yttre skiktet hinner rinna av. Detta sist bildade glasskikt bildar ett tätt hölje om- kring' pulverkroppen, då den isostatisks. pressningen av den förformade produkten genomföras vid sintringetemperatur.

Enligt den föreliggande uppfinningen har det visat sig möjligt att med större reproducerbarhet än med de tidigare kända metoderna framställa föremål av kisel- nitrid med hög täthet.

Den föreliggande uppfinningen avser ett sätt att framställa ett föremål av kiselnitrid genom isostatisk pressning av en av kiselnitridpulver förformad 10 15 20 30 35 7804990-5 kropp med ett gasformigt tryckmedium, varvid den förformexie lcroppen omges med ett gasgenomträngligt hölje, som överföras i ett för tryckmediet ogenomträngligt och den för-formade kroppen imieelutande nölje, och varvid den isostatiska press- ningen under sintring av den förformade kroppen därefter genomföras, kännetecknat därav, att det gasgenomträngliga höljet överföras till det för tryclnnediet ogenom- trängliga höljet under det att det gasgenomträngliga höljet är i kontakt med en tryokgas och under det att i tryokgasen upprätthåller: ett tryck som är minst lika stort som samtidigt rådande tryck i den förformade produktens porer befintlig gas. Den förformade kroppen avgasea, lämpligen först sedan det gasgencmträxngliga höljet applicerats på. den.

En trolig förklaring till de gynnsamma. resultat som uppnås med sättet enligt den föreliggande uppfinningen är att sättet effektivare än i tidigare kände me- toder säkerställer bildning av ett tätt bölje omkring den för-formade kroppen.

Vid de tidigare kända metoderna, där det täta höljet bildas på kroppen, sker bildningen under avgasning av kroppen. Den kontinuerliga avgång av gaser, som förekommer i pulverkroppen eller som bildas i. pulver-kroppen av föroreningar eller pulvermaterialet självt, kan därvid först förorsaka. bildning av bubblor och senare sår eller sprickor i. det hölje som avsäga innesluta pulverkzroppen tätt så att en sådan tät inneslutnmg inte uppnås. Enligt den föreliggande upp- firmixxgen däremot förhindras en avgång av gaser från pnlverkroppen under bild- nizigen av höljet för inneslutning av pulverkroppen. Detta sker genom att man 'upprätthåller ett tryck i trïfllflßßflfln:somär-gginst-.likwphöglå“sen:trycket i den: i pulverlccoppens porer befintliga eller bildade gasen. Detta skulle leda till att ett hölje utan defekter bildas.

Som tryckmedim föredrages ädelgaser såsom argon och helium samt kvëvgae. Som tryckgas vid över-förande av det gasgenomträngliga höljet i det för tryckmediet ogenomträngliga höliet föredreges kvävgas. Det är även möjligt att som tryckgas använda andra gaser som inte skadar punlverkroppen genom att bilda icke önskvärda reaktionsprodukter eller ge icke acceptabel pcrositet i pulverkroppen.

Enligt en lämplig utföringsform av uppfinningen utgöres det gasgenomträngliga höljet av ett den förformade kroppen åtminstone tillnäamelsevis helt omgivande poröst skikt, som alltså överföras i ett gastätt skikt omkring den förformade kroppen. Det porösa skiktet, som lämpligen har en tjocklek inom omrâdet 0,05-1 mm, kan bl a appliceras genom att den för-formade kroppen doppas i en uppslaming av ett partikelmaterial, som skall bilda höljet, eller genom flamsprutning eller aaman temisk sprutning. Partiklarne kan lämpligen ha en storlek inom intervallet Ûfl-'ÛÛO/U-No _ ; . 7804990-5 010 15 20 25 30 35 Enligt en annan lämplig utföringsfom av uppfinningen utgöres det gasgenom- trängliga höljet av ett eller flera på. den förformade kroppen anordnade element i form av plattor eller dylikt som mjuknsr och formändras vid upp- _ värmning, och som överföras i ett för tryckmediet ogenomträngligt hölje genom att elementdelar som vid formändringen kommer i kontakt med varandra sintrar ihop.

.Materialet i höljet, dvs materialet i partiklarna respektive elementen i ovan nämnda utföringsfomer, kan med fördel bestå. av ett högsmältande glas såsom Vycor-glas innehållande 96,7 viktsprocent S102, 2,9 viktsprocent 3203 och 0,4 viktsprocent 111203, vidare kvartsglas och blandningar av partiklar (den först- nämnda utföringsfomen) t e: S102 och 3205 som vid upphettning bildar ett gas- tätt glasskikt. Det är också. möjligt att använda ett högsmältande metalliskt material med förmåga att bilda ett för tryckmediet ogenomträngligt skikt, t e: molybden, volfram och andra refraktära metaller. i vid användning av högsmältande glas i höljet användes lämpligen en temperatur av 12oo-165o°c aa hane: göres ogenomträngiig: för trycmeaiet.

Materialet i höljet, dvs i materialet i partiklarna respektive elementen i ovan nämnda utföringsfomer kan under vissa förutsättningar också. bestå. av ett låg- smältande glas, nämligen om ett poröst skikt av ett högsmältande material, så.- som ett högsmältande glas eller högsmältande metalliskt material anordnas innan- för höljet och överföras i ett för tryckinediet ogenomträxzgligt skikt efter det höljet gjorts ogenomträngligt för tryokmediet. Även vid användning av mer än ett poröst skikt, kan varje poröst skikt appliceras på tidigare beskrivet sätt genom doppning i en uppslamning av partikelmaterialet, flamsprutning eller azman 'ter-msk spmtning. Varje poröst skikt kan lämpligen ha en tjocklek inom området 0,05-1 mm och partiklarna en kornstorlek inom intervallet 0,1-100/mn.

Som exempel på. användbara material för höljen av lågsmältande glas kan nämnas Fyren-glas innehållande 00,5 viktsprooent 85.02, 12,2 viktsprocent 3205, 2,8 viktsprocent A120? 4,0 viktsprocent Na20, 0,4 viktsprocent E20 och 0,5 vikts- procent CaO, vidare ett aluminiumsilikat innehållande 58 viktsprocent S102, 9 viktsprocent 3205, 20 viktsprocent A120? 5 viktsprocent CaD och 8 viktspro- oent MgO, samt blandningar av partiklar av ämnen, t ex S102, 3205, A120, samt alkali- ooh jordalkalimetalloxider, som vid upphettnixxg bildar ett gasogenom- trängligt glasskikt. ' Vid användning av lågsmältande glas i höljet användes lämpligen en temperatur av 600-1000°C för att göra höljet ogenomträngligt för tryokmediet och en tem- peratur av 1200-1650°C för att göra det innanför höljet belägna porösa skiktet 10 15 20 25 30 7804990-5 ogenomtràmgligt för tryckmsdiet. Om det inre skiktet förtätas under isostetiskt tryck, vilket kan åstadkommas sedan det yttre skiktet blivit gastätt, kan dock även temperaturer av 1000-1200°C komna ifråga. För en sådan förtätning lcrävs ett tryck av storleksordningen 20-300 PIPa.

Trycket vid sintringen av den för-formade kiselnítridla-oppen är beroende av om kiselnitriden försatts med sintringsbefrämjande tillsats, såsom magnesiumoxid, eller ej. Om ingen sådan tillsats användes bör trycket uppgå. till minst 100 IiPe., företrädesvis till 200-300 MPa. Vid användning av sintringsbefrëmjande tillsats kan ett lägre tryck användas, dock lämpligen minst 20 MPa.. Sintringen av den för-femme kroppen utföres via mina: 16oo°c, företräaeavis via 16oo-19oo°c.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade schematiska ritning, i vilken fig 1 visar en förformad kropp av kiselnitrid, vars hölje före värznebehandlizzg utgöres av ett poröst skikt av högemältande glas, fig 2 en förformad kropp av kiselnitrid, vare hölje före värmebehandling utgöres av element i for-m av plattor av högsmältande glas, fig 5 samme. kropp efter värnzebehandling, fig 4 en förformad kropp av kiselnitrid, vars hölje före värmebehandling utgöres ev ett poröst skikt av lågsmältande glas, fig 5 en förformad kropp av kiselnitrid, vara hölje utgöres av element i form av plattor av lågsmältande glas och fig 6 samma kropp efter värmebehandling.

Kiselnitridpulver med en pulverkornstorlek under-stigande 7 /um och innehållande omkring 0,5 viktsprocent fri kisel och omkring o,1 viktsprocent magnesiumoxid placeras i en kapsel av plast, t ex mjukgjord polyvirzylklorid, eller av gumi, med ungefär sanzma. form som den förformade pulverkroppen som skall framställas, varefter kapseln tillslutes och placeras i en pressanordnizzg, t e: i den i fig 1 och 2 i det svenska petentet 7414102-9 visade anordningen. Pulvret underkas- tas en kompaktering vid 600 MPa under en tid av 5 minuter. Efter avslutad kom- paktering avlägsnas kapseln och maskinbearbetas den så. framställda förformade pulverkroppen till önskad form.

Exempgl 1 Den i fig 1 visade förformade kroppen 10, som är cylindrisk med skivformade flänsar, förses med ett gasgenomträngligt hölje i form av ett poröst skikt 11 genom att den doppas i en vattenuppslamning av pulver av ett glas bestående av 96,1 viktsprocent Si02, 2,9 viktsprooent 13205 och 0,4 viktsprocent A1205 samt torkas. p_,_ 7804990-5 1op 15 20 25 30 35 Den så behandlade förformade pulverkroppen placeras därefter i en högtrycksugn som är försedd med en ledning genom vilken gas kan avledas för avgasning av pulverkroppen samt gas kan tilledas för alstring av erforderligt tryck för den isostatiska pressningen och som är försedd med uppvarznningsanordningar. En så.- dan högtryoksugzi är beskriven t er i det tidigare nämnda svenska patentet 7414102-9, och visad i dess fig 4.

Den förformade pulverkroppen med snbringat hölje avgasas först i högtryokszigrxen vid rumstemperatur under xmgefär 2 timar. Därefter fyllas ugnen med kvävgae av atmosfärstryok samt höjes ugnens temperatur till 1200°C med bibehâllet tryck, vilket kan taga ungefär 2 timmar. Temperaturen höjas därefter successivt under loppet av 3 timar från 1200°C till 1650°C under samtidig successiv inledning av kvävgas till ett tryck av 0,7 MPa, varvid trycket utanför den förformade kroppens hölje hela tiden hållas vid minst det tryck som råder i kvarvarande gas i den förformade kroppens porer. När temperaturen nått 1650°C har ett för kvävgasen ogenomträngligt hölje bildats av skiktet 11. Därefter tillföres ytter- ligare kvävgas, eller argon eller helium till en trycknivå. som ger ett tryck av 200-500 'MPa i tryckmediet vid den slutliga sintringstemperaturen. Temperaturen nöjes sedan till 1700-1800°C, dvs till lämplig sintringstemperatur för kisel- nitriden. lämplig tid för sintringen vid de angivna betingelserna är minst 2 timar. Efter avslutad cykel får ugnen svalna till lämplig dechargeringstempe- ratur och det sintrade föremålet blästras ren från glas.

Ihzemgl 2 Den i fig 2 visade förfomade kroppen 12, som är oylindrisk, omges med ett gas- genomträngligt hölje bestående av två. längs ändytonza 13 och 14 placerade ele- ment i form av plattor 15 och 16 av samma glas som det som användes i pulvret _ i Exempel 1. Sedan kroppen med hölje placerats i en högtrycksugn mzderkastas den samma behandling som kroppen i .Exempel 1, dvs avgasas, värmebehandlas och pressas isostatiskt vid där angivna betingelser. Under temperaturhöjningen från 12oo°c nu 165o°c och aan samtidiga trycknögningen mynnar och romanerna plattan 15 såsom framgår av fig 3 samt sintrar änddelarna 15a och 16a samman så. att höljet blir tätt.

Ereml Den i fig 4 visade förformade kroppen 10, som är av samma slag som kroppen en- ligt fig 1, omges med ett gasgenomträngligt hölje i form av ett poröst skikt 17 av ett lågsmältande glas och med ett därinnsnför beläget poröst skikt 18 av ett högsmältande glas. Detta åstadkommas genom att kroppen först doppas i en 10 20 25 50 55 '7804990-5 vattenuppslamning av pulver av ett högsmšlltsnde glas bestående av 96,7 vikte- procent 31.02, 2,9 viktsprooent B20; och 0,4 viktsprcoent Al205 och sedan efter torkning av detta skikt i en vattenuppslanming av ett pulver av ett lågsmältande glas bestående av 80,5 viktsprocent S102, 12,2 viktsprocent 3205, 2,8 viktspro- cent 111205, 4,0 viktsprocent Na20, 0,4 viktsprocent E20 och 0,3 viktsprocent CsO följt av ny torkning.

Den förfomade kroppen med de porösa skikten placeras i högtrycksugnen och av- gasas såsom i Exempel 1 vid rumstemperatur. Efter påfyllning av kvävgas av atmosfärstryck höjas ugnens temperatur med bibehållet tryck till 60000, vilket tar omkring 2 timar. Temperaturen höjas därefter successivt under loppet av 3 timmar från 600°C till 1000°C under samtidig successiv inledning av kvävgas till ett tryck av 0,7 MPa, varvid trycket utanför den förformade kroppens höljen hela tiden hålles vid minst det tryck som råder i kvarvarande gas i den förfor- made kroppens porer. När temperaturen nått 1000°C har ett för' kvävgaezrogenom- trängligt hölje bildats av skiktet-fl. Därefter tillföras ytterligare kvävgas, eller argon eller helium till en tryclmivå, som ger ett tryck av 100 MPa. vid 12oo°c. Temperaturen nöjes sedan iångsamt sin 12oo°c. drycker suger aa sam- tidigt. Denna tsmperaturhöjning åstadkommas tillräckligt långsamt för att gla- set i det inre skiktet 18 skall bilda ett gssogenomträngligt skikt innan glaset i höljet 17 hinner rinna av. Trycket och temperaturen höjas sedan till i Exempel 1 angivna värden för sintring av den förformade kroppen.

Ebzem 1 Den i fig 5 visade förformade kroppen 12, som är cylindrisk, omges med ett gas- genomtrëkzgligt hölje bestående av två. längs ändytorrza 13 och 14 placerade ele- ment i form av plattor 19 och 20 av samma glas som det som användes i skiktet 17 i Exempel 5 och med ett därinnanför beläget poröst skikt 21 av samma slag som skiktet 18 i Exempel 3. Sedan kroppen med hölje placerats i en högtrycks- ny: underkastas den samma behandling som kroppen i Exempel 5, dvs avgasas, värmebehëndlas och pressas isostatiskt vid där angivna betingelser. Under tem- peraturhöjningen från 600°C till 1000°C och den samtidiga tryékhöjningen mjuknar och formändras plattan 19 såsom framgår av Sig 6 samt sintrar änddelarna 19a. och 20a samman så att höljet blir tätt. ' Elementen 15, 16, 19 och 20 i fig 2 och 5 kan givetvis ha annan form än plattor, t ex bestå av mer eller mindre böjda element, eller av en med öppning försedd behållare eller flaska. De bör givetvis lämpligen utformas med hänsyn till den förformade happens form.

Claims (9)

7804990-5 8 Om ett bindemedel, såsom de tidigare exemplifierade metyloellulosa., cellulosa- nitrat, ett akryletbindemedel, ett vax eller en blandning av varor, med olika smältpunkter använts vid framställningen av den förfomade pulverkroppen av- lägsnasebindemedlet före eller efter påläggningen av de porösa skikten lämpli- gen genom upphettning av pulverkzroppen till 400-700°C i vakuum. Därefter kan avgasning och vidare behandling ske såsom beskrivits för en förformad pulver- kropp utan bindemedel. PATENTKRAV

1. Sätt att framställa ett föremål av kiselnitrid genom isostatisk press- ning av en avökiselnitridpulver förfomad kropp med ett gasfomigt tryck- medium, varvid den förformade kroppen omges med ett gasgenomträngligt hölje, som överföras i ett för tryckmediet ogenomträngligt och den förfomade kroppen :Inneslutande hölje, och varvid den isostatiska pressningen under sintring av den för-formade kroppen därefter genomföras, k ä n n e t e c k - n e t därav, att ae: gaegenomtz-änglige nar-yet (11, 15-16, 17, 19-20) över- föres till det för tryckmediet ogenomträngliga höljet under det att det gas- genomträngliga höljet är i kontakt med en tryokgas och under det att i tryck- gasen upprätthâlles ett tryck som är minst lika stort som samtidigt rådande tryck i den förformade produktens (10, 12) porer befintlig gas.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e o k n a t därav, att trycket i tryckgasen vid överförandet av det gasgenomträzxgliga höljet i det för tryckmediet ogenomträngliga höljet är avsevärt lägre än trycket i tryck- msdiet vid den efterföljande isostatiska. pressningen under sintring av den för-formade kroppen.

3. Sätt enligt patentkrav1 eller 2, k än n e t e c kn a t därav, att som tryckgas till dess det för tryckmediet ogenomträngliga. höljet bildats användes en gas som åtminstone till hnvudsaklig del utgöres av kvävgas.

4. Sätt enligt något av patentlaaven 1-5, k ä. n n e t e c k n a t därav, att det gasgenomtränglige höljet (11, 17) utgöres av ett den förformade kroppen (10) åtminstone tillnämelsevis helt omgivande poröst skikt, som överföras i ett för tryclonediet ogenomträngligt och den förformade kroppen inneslutande skikt. '7804990-5

5. - Sätt enligt något av patentkraven 1-5, k ä. n n e t e c k n e. t därav, att det gasgenomträngliga. höljet utgöres av ett eller flera utanför den för- formade kroppen (12) anordnade element (15, 16, 19, 20) i form av plattor eller dylikt som mjuknar och formändras vid uppvärmning, och som överföras i ett för tryckmediet ogenomträngligt hölje genom att elementdeler (1 Sa, 16a, 19a, 20a) som vid formändringen komer i kontakt med varandra sintrar ihop.

6. Sätt enligt något av patentkraven 1-5, k ä. n n e t e c k n a. t därav, att materialet i höljet utgöres av ett högsmältande glas.

7. Sätt enligt patentlcrav 6, k ä. n n e t e c k n a t därav, att den förfar- made kroppen (10, 12) uppvärmes till en temperatur av.1200-1650°0 för bildningen av det för tryclsnediet ogenomträngliga höljet.

8. B. Sätt enligt något av patentkraven 1-5, k 'a'. n n e t e o k n a t därav, att materialet i höljet (17, 19-20) utgöres av ett lågsmältande glas samt att ett poröst skikt (18, 21) av högsmältande material anordnas innanför höljet och överföres i ett för tryclonediet ogenomträngligt skikt efter det höljet gjorts ogenomträngligt för tryokmediet.

9. Sätt enligt patentkrav B, k ä. n n e t e c k n a t därav, att den förfar- made kroppen (10, 12) uppvärmes till en temperatur av 600-1000°C för bildningen av det för tryckmediet ogenomträzigliga höljet och därefter till en temperatur av 1200-1650°C, eller till en temperatur av 1000-1200°C under samtidig isostatisk kompalctering, för bildningen av det för tryclnnediet ogenomträngliga skiktet av det mama: höiget (17, 19-2o) awrdnade porösa axiktet (18, 21). ÅNFÖRDÅ PUBLIKATIONER: Sverige 396 371 (C048 35/58)