SE454691B - Sett att framstella tetsintrade kroppar av kiselkarbid genom isostatisk pressning - Google Patents

Description

20 25 30 35 454 691 2 ? 100-400 MPa och en temperatur av 1900-2300 °C. Därvid användes ett pul- ver med en partikelstorlek av Hfmn och finare (uppmätt enligt BET-meto- den, en mätmetod för genomsnittlig partikelstorlek).

Enligt den föreliggande uppfinningen har det visat sig möjligt att fram- ställa tätsintrade kroppar av kiselkarbid genom isostatisk pressning vid temperaturer, som väsentligt understiger 1900 °C, även utan användning av sintringshjälpmedel. Möjligheten att använda lägre temperaturer är av olika skäl en fördel. Ett skäl är att korntillväxten under sintringen undertryckes, vilket medför en ökad mekanisk hållfasthet hos den sint- rade kroppen, ett annat skäl är att möjligheterna att kontrollera reak- tioner mellan kapslingsmaterial och kiselkarbid underlättas och ett ytterligare skäl är att påfrestningarna på använd utrustning blir mindre.

Uppfinningen underlättar också åstadkommandet av en tätsintrad kropp vid temperaturer såväl över som under 1900 OC. Att uppnå nära teoretisk den- sitet är av stor betydelse för undvikande av degraderingsförlopp såsom långsam spricktillväxt och krypning. Det är också ett villkor för hög håll- fasthet. Enligt uppfinningen uppnås de gynnsamma resultaten genom använd- ning av ett pulver med mycket liten medelkornstorlek ur vilket större korn avlägsnas innan pulvret användes vid framställningen av tätsintrade kroppar av pulvret.

Den föreliggande uppfinningen avser närmare bestämt ett sätt att fram- ställa tätsinstrade kroppar av ett pulver av kiselkarbid eller av en av pulvret förformad kropp vid en temperatur av minst 1700 OC och ett tryck av minst 50 MPa, som kännetecknas av att ur ett pulver av kiselkarbid med en medelkornstorlek av under 1 pm avlägsnas korn med en större storlek än 2,5 pm, så att kvarvarande halt korn med en storlek av över 2,5 pm uppgår till högst 1 viktprocent, företrädesvis till högst 0,5 viktprocent. Stor- leken hos största korn i det ursprungliga pulvret är lämpligen mindre än 8 Pm och företrädesvis högst 6 pm.

Den troliga förklaringen till de gynnsamma resultat som uppnås enligt uppfinningen är att lokala ansamlingar av förhållandevis stora korn und- vikes och därmed lokala områden som är svåra att tätsintra. Dessutom und- vikes korngränser mellan förhållandevis stora korn och därmed i sådana korngränser uppträdande högre spänningskoncentrationer. Om inga korn alls med en storlek av över 2,5/um finns i pulvret, finns givetvis inga ansam- lingar alls av nämnt slag, och om halten korn med en kornstorlek av över 2,5/um är högst 1 viktprocent, företrädesvis högst 0,5 viktprocent, har det visat sig att sannolikheten är försumbar att ansamlingar av förhållande- m. 10 20 25 30 35 454 691 vis stora korn skall bildas vilka försvårar sintringen eller ger upphov till korngränser, som försvagar den sintrade kroppens mekaniska hållfast- het, dvs att sannolikheten för uppkomsten av en lokalt ojämn mikrostruk- tur hos den sintrade kroppen är försumbar.

Pulvret för användning enligt den föreliggande uppfinningen kan fram- ställas ur kommersiellt tillgängliga kvaliteter genom avlägsnande av korn med en storlek av över 2,5fmn såsom genom malning, sedimentation eller malning och sedimentation.

Kiselkarbiden kan bestå av a-kiselkarbid eller B-kiselkarbíd eller bland- ningar av dessa. Förutom SiC kan i materialet i pulvret ingå från fram- ställningen av kiselkarbiden härrörande kol, kisel och syre i konven- tionella halter. Företrädesvis tillsättes inget sintringshjälpmedel men det är i och för sig möjligt att använda sintringshjälpmedel, såsom alu- minium eller bor.

Pulvret förformas företrädesvis till en förformad kropp. Detta kan ske genom lössintring, dvs genom att 1 ett formrum ifyllt pulver sintras i vakuum eller skyddsgas så att en sammanhängande kropp bildas men utan att nämnvärd förtätning äger rum. Det kan också ske genom att pulvret underkastas en isostatisk kompaktering, t ex anordnad i en tillsluten kapsel av eftergivligt material, såsom en plastkapsel. Kompakteringen kan med fördel utföras utan användning av bindemedel vid rumstemperatur eller annan temperatur som väsentligt understiger temperaturen vid sam- manpressningen i samband med sintringen. Produkten kan därefter ges öns- kad form medelst maskinbearbetning. Man kan för förformningen bland annat också använda konventionell teknik för framställning av keramiskt gods.

Härvid blandas vanligen pulvret före formningen med ett temporärt binde- medel, t ex metylcellulosa, cellulosanitrat, ett akrylatbindemedel, ett vax eller en blandning av vaxer. Bindemedlet drives av efter förform- ningen genom upphettning så att den förformade pulverkroppen i allt väsentligt blir fri från bindemedel.

Pulvret eller den av pulvret förformade kroppen inneslutes, innan den underkastas isostatisk pressning vid sintringstemperatur, i en kapsel företrädesvis av ett glas, såsom ett glas med hög smälttemperatur, t ex Vycor-glas eller kvartsglas. I stället för glas kan annat kapselmaterial, som är eftergivligt vid sintringstemperaturen,-såsom molybden eller tan- tal, användas. 10 15 20 25 30 454 691 " :_ -Den isostatiska pressningen utföres av skäl som tidigare angivits före- trädesvis vid en temperatur understigande 1900 °C. Trycket uppgår före- trädesvis till minst 100 MPa, lämpligen till 100-H00 MPa.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexem- pel.

Exempel 1 Ett finkornigt kommersiellt pulver av u-SiC-pulver med en specifik yta av 1ü,8 m2/5 (mätt enligt BET-metoden) har en medelkornstorlek av under Ifmloch 2,5 viktprocent korn med kornstorlekar överstigande 2,5/um men understigande Slum. Det innehåller som föroreningar från dess fram- ställning 0,39 % c, 0,12 % si, 0,81 % 0, < 0,10 76 A1, Fe, Ti totalt och < 0,01 % Na, Mg, Ca totalt. Med % avses här och i fortsättningen av ansök- ningen viktprocent.

Detta pulver dispergeras i en ammoniaklösning som efter pulvertillsatsen har pH 10 till en suspension med ett volyminnehåll av kiselkarbid av 3 volymprocent. Efter sedimentation i två dygn erhålles ett sediment inne- hållande huvuddelen av de grövre kornen i det använda kärlets botten och en mjölkíg suspension däröver. Suspensionen avskiljes och överföres i ett annat kärl där den surgöres med salpetersyra. Därvid flockuleras kiselkarbidkornen och sjunker till kärlets botten. Efter avskiljning av vattenfraktionen indunstas den sedimenterade kiselkarbiden. Denna inne- håller enbart kiselkarbidkorn med en kornstorlek understigande 1/um och således inga korn med en kornstorlek överstigande 1fmL Specifika ytan är 18,5 m2/g.

Pulvret placeras i en kapsel av polyvinylklorid med en form som är lik- formig med och större än den form som det färdiga, sintrade föremålet skall ha och underkastas isostatisk kompaktering vid 300 MPa vid rums- temperatur. Den därvid erhållna förformade kroppen har en densitet av 52,5-SH procent av teoretisk densitet.

Den förformade kroppen underkastas, inkapslad i en evakuerad glaskapsel, en isostatisk pressning vid 1875 OC och 200 MPa under 1 timma. Densite- ten hos den därvid erhållna produkten är 3,19 g/cm3. Vid tillverkning av av motsvarande produkt av samma u-SiC-pulver, från vilket inga grövre korn avskiljts, är densiteten 3,07 g/cmß. Hållfastheten (böjhållfasthet) 10 20 25 30 454 691 bestämd på utskurna provstavar (3 x 3 x NO mm) ur produkter framställda av pulvret från vilket större korn avskiljts är 50 procent högre än hos likadana provstavar utskurna ur produkter framställda ur pulvret från vilket inga korn avskiljts.

Vid utförande av STSR-test (Stepped Temperature Stress Rupture) på ut- skurna provstavar ur produkter framställda med ovan angivna betingelser, dels av pulver från vilket större korn avskiljts, dels av pulver från vilket korn ej avskiljts, klarar de förstnämnda provstavarna mekanisk be- lastning vid väsentligt högre temperatur. Vid provet belastas (U-punkts- belastning) provstavarna med 150 MPa med start vid 1000 OC under 24 timmar, varefter temperaturen i steg höjs 100 °C, dvs till 1100 °C, 1200 °C, 1300 OC och 1H00 OC och belastningen hålles kvar under ZH timmar vid varje temperatur. Provstavar av det förstnämnda materialet klarar den högsta temperaturen, dvs 1000 OC, under mer än 24 timmar utan urskiljbar nedböj- ning, medan provstavar av det sistnämnda materialet går till brott redan efter 18 timmar vid 1300 °c.

Exempel 2 B-SiC-pulver med en specifik yta av 17,3 ma/g har en medelkornstorlek av under 1 Pm, och mer än 2 % korn med kornstorlekar överstigande 2,5/um- Det innehåller som föroreningar från framställningen 0,H6 % C, 0,2U % S10 300 ppm Fe och 0,0U % Al. 21 Pulvret behandlas på i Exempel 1 angivet sätt. Av det behandlade pulvret framställes sintrade kroppar på i Exempel 1 angivet sätt. De sintrade kropparna har en densitet av 3,15 g/cm”.

Exempel 3 u-SiC-pulver med en specifik yta av 2H,O m2/g har en medelkornstorlek av under 1/um och 2 % korn med kornstorlekar överstigande 2,5/um men under- stigande 8/mn Föroreningarna är av samma slag som i pulvret enligt Exem- pel 1.

Pulvret behandlas på i Exempel 1 angivet sätt för att avlägsna grövre korn.

Av det behandlade pulvret, som har en specifik yta av 25,U m2/g, fram: ställes sintrade kroppar på i Exempel 1 angivet sätt med den skillnaden

Claims (7)

4 ö, att den isostatiska pressningen utföres vid 1825 OC och 250 MPa. De sint- rade kropparna har en densitet av 3,18 g/cm3. Utan avskiljning av grövre korn är densiteten 3,11 g/m3. PATENTKRAV

1. Sätt att framställa tätsintrade kroppar av kiselkarbid genom isosta- tisk pressning av ett pulver av kiselkarbid eller av en av pulvret för- formad kropp vid en temperatur av minst 1700 OC och ett tryck av minst 50 MPa, k ä n n e t e c k n a t därav, att ur ett pulver av kiselkarbid med en medelkornstorlek av under 1 pm avlägsnas korn med en större stor- lek än 2,5 pm så att kvarvarande halt korn med en storlek av över 2,5 pm uppgår till högst 1 viktprocent och att det så behandlade pulvret använ- des vid framställningen av tätsintrade kroppar av pulvret.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den kvarvarande halten korn med en kornstorlek av över 2,5 pm i det behandla- de pulvret uppgår till högst 0,5 viktprocent.

3. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att alla korn med en storlek av över 1 pm avlägsnas ur pulvret, innan det användes vid framställningen av tätsintrade kroppar. Ä.

4. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att största korn i pulvret före behandlingen har en storlek av under 8 Pm.

5. Sätt enligt patentkrav 1 eller 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att avlägsnandet av större korn utföres genom att pulvret suspenderas i en vätska, i vilken de större kornen bringas att sedimentera.

6. Sätt enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t därav, att den isostatiska pressningen utföres vid en temperatur under- stigande 1900 OC.

7. Sätt enligt något av patentkraven 1-6, k ä n n e t e c k n a t därav, att den isostatiska pressningen utföres vid ett tryck av minst 100 MPa.