WO2002018297A2 - Method for producing a high-impedance silicon carbide sintered body - Google Patents

Method for producing a high-impedance silicon carbide sintered body Download PDF

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WO2002018297A2
WO2002018297A2 PCT/DE2001/003209 DE0103209W WO0218297A2 WO 2002018297 A2 WO2002018297 A2 WO 2002018297A2 DE 0103209 W DE0103209 W DE 0103209W WO 0218297 A2 WO0218297 A2 WO 0218297A2
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    • 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
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    • C04B35/56—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 carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—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 carbides or oxycarbides based on silicon carbide
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    • H05B3/148—Silicon, e.g. silicon carbide, magnesium silicide, heating transistors or diodes

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a high-resistance silicon carbide (SiC) sintered body.
  • a doped SiC powder which is obtained by the reaction of pure silicon, carbon and dopants at 2000 ° C, serves as the starting material. This starting material is then pressed into a shaped body and sintered at about 2000 ° C. or hot isostatically pressed.
  • US 5,611,955 discloses a single-crystalline material for semiconductor applications which contains vanadium-doped silicon carbide.
  • the vanadium is used during e.g. built into the crystal lattice by means of CVD production of the SiC crystals.
  • a single-crystal SiC layer is deposited on an SiC substrate by means of epitaxy. Vanadium is introduced into the single-crystal SiC layer as a dopant using a CVD process.
  • AI describes a method for producing a high-resistance silicon carbide sintered body.
  • SiC powder produced by means of vapor phase pyrolysis is mixed with a boron compound as a sintering aid and a green body is produced. The green body is then sintered under a nitrogenous atmosphere.
  • a silicon carbide sintered body with high electrical resistance is known from EP 0 219 933.
  • a silicon carbide essentially formed from the ⁇ phase is mixed with an over-stoichiometric amount of a carbon-containing material. Boron carbide is added as a sintering aid.
  • a ceramic produced from this starting powder contains unbound carbon as well as boron and nitrogen at the grain boundaries.
  • the high resistance of the silicon carbide sintered body is achieved here by insulating grain boundaries.
  • the grains themselves are conductive. Such a material can only be used at low voltages and low frequencies. At high voltages, the potential barriers at the grain boundaries are overcome and the material loses its high resistance.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
  • a method for producing a high-resistance silicon carbide sintered body is to be specified which can be carried out simply and inexpensively.
  • This object is solved by the features of claim 1. Appropriate configurations result from the features of claims 2 to 13.
  • a method for producing a high-resistance silicon carbide (SiC) sintered body is provided with the following steps:
  • Dopant diffuses into the SiC grains and the molded body is compacted.
  • the proposed method can be carried out simply and inexpensively. Surprisingly, it has been shown that the dopant can also be introduced into the SiC grains only during the sintering. The costly step of producing a doped SiC powder formed from doped SiC grains is eliminated.
  • the term “compression” is understood to mean a process step in which the density of the shaped body increases due to diffusion-related material rearrangements.
  • the compression can be carried out by solid or liquid phase sintering, recrystallization, silicon infiltration, hot pressing or hot isostatic pressing.
  • the term “dopant” is understood to mean a substance which is incorporated into the lattice of the SiC grains during diffusion heating and thereby changes their electrical properties, in particular the electrical resistance is increased.
  • the silicon carbide (SiC) sintered bodies produced by the method according to the invention can of course also be polytypes of SiC, preferably the polytype 6H or the polytype 4H.
  • a powder mixture can be produced from the SiC powder and the dopant and the molded body can be formed by compressing the powder mixture.
  • the powder mixture can e.g. can be produced by grinding the SiC powder together with the dopant.
  • the molded body can be produced from the SiC powder and then sintered in a powder bed containing the dopant.
  • the dopant diffuses from the powder bed into the SiC grains during sintering.
  • the dopant can contain a metal of the II. Main group or a transition metal.
  • the dopant preferably contains one of the following metals: V, Ti, Mg, Cr, Mo, Sc, Co, Mn, Ca, Ba.
  • At least 1.0% by weight of VSi 2 or VC is preferably added as the dopant.
  • the addition of vanadium as a dopant leads to a particularly high-resistance silicon carbide sintered body. It has proven to be expedient to use an SiC powder with a specific surface area of more than 10 m 2 / g.
  • the SiC powder preferably has an average grain diameter of less than 1.0 ⁇ .
  • An SiC powder with the aforementioned features is particularly sinter-active. It may not be necessary to add sintering aids.
  • a sintering aid to the SiC powder which contains at least one of the following elements: C, B, Al, Y.
  • the sintering aid is advantageously used in an amount of 0.2 to 30.0% by weight. , preferably 2.0% by weight.
  • a particularly dense silicon carbide sintered body can be produced by adding sintering aids.
  • a lower sintering temperature can also be selected.
  • the molded body is expediently thermally compressed at a temperature of 1400 to 2500 ° C., preferably at 1800 to 2000 ° C.
  • the thermal compression of the molded body can take place under an inert gas atmosphere, preferably under an argon atmosphere.
  • SiC silicon carbide
  • Fig. 1 shows the process steps for the production of the molded body and 2 shows the specific electrical resistance of a silicon carbide sintered body as a function of the sintering temperature.
  • FIG. 1 The steps for producing a shaped body are shown in FIG. 1.
  • a commercially available (HC Starck GmbH & Co. KG, Goslar) SiC powder serves as the starting material, the SiC grains of which are not doped.
  • the SiC powder is mixed with 3.0 wt.% Al 2 0 3 and 7.0 wt.% Y 2 0 3 , which serve as sintering aids. 1.0% by weight VSi 2 is added as dopant.
  • the powder mixture is ground in an attritor mill using SiC grinding balls for 4 hours.
  • the slurry is then separated from the grinding balls.
  • the solvent is removed by rotary evaporation.
  • the dried starting powder is pressed through a sieve to destroy the aggregates.
  • the green compact or the shaped body is then produced therefrom by pressing.
  • the molded body is made from a powder bed in the graphite crucible
  • Doped silicon carbide sintered bodies each show a higher specific resistance than silicon carbide sintered bodies without dopant at the sintering temperatures examined.
  • the addition of the dopant causes a particularly strong increase in the specific resistance to values> 10 10 ⁇ cm.
  • the specific resistance is advantageously not generated here by grain boundary effects.
  • the SiC grains of the manufactured Ceramic is consistently high-resistance. They are also characterized by a low dielectric loss.
  • the silicon carbide sintered bodies produced by the process according to the invention are not toxic. They have a high thermal conductivity. The coefficient of thermal expansion corresponds approximately to that of silicon.
  • a shaped body is produced as described above, the dopant not being added to the powder.
  • the molded body is sintered under the aforementioned sintering conditions, it being in a powder bed which contains 99% by weight SiC powder and 1% by weight VSi 2 . In this way too, a doped silicon carbide sintered body can be obtained which has excellent high-resistance properties.
  • the shaped body without the addition of sintering aids and dopant.
  • the molded body is in one
  • Sintered powder bed which contains SiC powder, sintering aids and the dopant.
  • the powder bed may consist solely of the dopant and / or the sintering aid.
  • Carbon in the form of phenolic resin can also be added as a sintering aid.
  • Mixtures of A1 2 0 3 -Y 2 0 3 or Al 2 0 3 -AlN are also suitable as sintering aids.
  • SiC powders are used, as are commercially available for other purposes, for example as abrasives.

Abstract

The invention relates to a method for producing a high-impedance silicon carbide (SiC) sintered body involving the following steps: providing an SiC powder, which is formed from undoped SiC grains, and providing a dopant; producing a shaped body primarily containing the SiC powder, and; heating the shaped body and the dopant to a sintering temperature so that the dopant is not introduced into the SiC grains until sintering.

Description

Verfahren zur Herstellung eines hochohmigen Siliziu carbid SinterkörpersProcess for producing a high-resistance silicon carbide sintered body
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochohmigen Siliziumcarbid (SiC) Sinterkörpers.The invention relates to a method for producing a high-resistance silicon carbide (SiC) sintered body.
Aus der DE 198 42 078 AI ist ein Verfahren zur Herstellung eines hochohmigen' Substratmaterials bekannt. Als Ausgangsmaterial dient ein dotiertes SiC-Pulver, welches durch Reaktion von reinem Silizium, Kohlenstoff und Dotierstoffen bei 2000°C gewonnen wird. Dieses Ausgangsmaterial wird anschließend zu einem Formkörper gepreßt und bei etwa 2000°C gesintert oder heiß isostatisch gepreßt.From DE 198 42 078 AI a method for producing a high-resistance 'substrate material is known. A doped SiC powder, which is obtained by the reaction of pure silicon, carbon and dopants at 2000 ° C, serves as the starting material. This starting material is then pressed into a shaped body and sintered at about 2000 ° C. or hot isostatically pressed.
Die US 5,611,955 offenbart ein einkristallines Material für Halbleiteranwendungen, welches mit Vanadium dotiertes Siliziumcarbid enthält. Das Vanadium wird während der z.B. mittels CVD erfolgenden Herstellung der SiC-Kristalle in das Kristallgitter eingebaut.US 5,611,955 discloses a single-crystalline material for semiconductor applications which contains vanadium-doped silicon carbide. The vanadium is used during e.g. built into the crystal lattice by means of CVD production of the SiC crystals.
Aus der DE 43 25 804 AI ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von hochohmigem Siliziumcarbid bekannt. Dabei wird auf ein SiC-Substrat mittels Epitaxie eine einkristalline SiC-Schicht abgeschieden. Als Dotierstoff wird mittels eines CVD-Verfahrens Vanadium in die einkristalline SiC-Schicht eingebrächt .Another method for producing high-resistance silicon carbide is known from DE 43 25 804 A1. A single-crystal SiC layer is deposited on an SiC substrate by means of epitaxy. Vanadium is introduced into the single-crystal SiC layer as a dopant using a CVD process.
Die DE 37 16 002. AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines hochohmigen Siliziumcarbid Sinterkörpers. Dabei wird mittels Dampfphasen-Pyrolyse hergestelltes SiC-Pulver mit einer Borverbindung als Sinterhilfsmittel versetzt und ein Grünling hergestellt. Der Grünling wird anschließend unter stickstoffhaltiger Atmosphäre gesintert. Aus der EP 0 219 933 ist ein Siliziumcarbid Sinterkörper mit hohem elektrischen Widerstand bekannt. Dabei wird zur Herstellung des Ausgangspulvers ein im wesentlichen aus der α- Phase gebildetes Siliziumcarbid mit einer überstöchometri- sehen Menge eines kohlenstoff altigen Materials gemischt. Als Sinterhilfsmittel wird Borcarbid zugesetzt. Eine aus diesem Ausgangspulver hergestellte Keramik enthält an den Korngrenzen ungebundenen Kohlenstoff sowie Bor und Stickstoff. Die Hochohmigkeit des Siliziumcarbid Sinterkörpers wird hier durch isolierende Korngrenzen erreicht. Die Körner selbst sind leitend. Ein solches Material ist nur bei geringen Spannungen und geringen Frequenzen verwendbar. Bei hohen Spannungen werden die Potentialbarrieren an den Korngrenzen überwunden und das Material verliert seine Hochohmigkeit.DE 37 16 002 . AI describes a method for producing a high-resistance silicon carbide sintered body. SiC powder produced by means of vapor phase pyrolysis is mixed with a boron compound as a sintering aid and a green body is produced. The green body is then sintered under a nitrogenous atmosphere. A silicon carbide sintered body with high electrical resistance is known from EP 0 219 933. To produce the starting powder, a silicon carbide essentially formed from the α phase is mixed with an over-stoichiometric amount of a carbon-containing material. Boron carbide is added as a sintering aid. A ceramic produced from this starting powder contains unbound carbon as well as boron and nitrogen at the grain boundaries. The high resistance of the silicon carbide sintered body is achieved here by insulating grain boundaries. The grains themselves are conductive. Such a material can only be used at low voltages and low frequencies. At high voltages, the potential barriers at the grain boundaries are overcome and the material loses its high resistance.
Sämtliche vorgenannten Verfahren sind aufwendig: Sie erfordern einen ersten Hochtemperaturschritt zur Herstellung z.T. hochohmigen des Ausgangspulvers und einen zweiten Hochtemperaturschritt beim Sintern des Ausgangspulvers zur Keramik.All of the above-mentioned processes are complex: They require a first high-temperature step for the production, in some cases. high resistance of the starting powder and a second high temperature step when sintering the starting powder to the ceramic.
Aus Maeda, K. et al . , Advances in Ceramics, Vol. 7, Additives and Interface in Electronic Ceramics (1983) sowie der US 4,561,010 ist ein Siliziumcarbid Sinterkörper bekannt, der unter Verwendung von BeO als Sinterhilfsmittel über Heißpres- sen hergestellt worden ist. BeO-Stäube sind in hohem Maße toxisch. Derartige Sinterkörper haben sich wegen ihres hohen Herstellungsaufwands am Markt nicht durchsetzen können.From Maeda, K. et al. , Advances in Ceramics, Vol. 7, Additives and Interface in Electronic Ceramics (1983) and US Pat. No. 4,561,010, a silicon carbide sintered body is known which has been produced using BeO as a sintering aid via hot presses. BeO dusts are highly toxic. Such sintered bodies have not been able to establish themselves on the market because of their high manufacturing costs.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines hochohmigen Siliziumcarbid Sinterkörpers angegeben werden, welches einfach und kostengünstig durchführbar ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13.The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art. In particular, a method for producing a high-resistance silicon carbide sintered body is to be specified which can be carried out simply and inexpensively. This object is solved by the features of claim 1. Appropriate configurations result from the features of claims 2 to 13.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines hochohmigen Siliziumcarbid (SiC) Sinterkörpers mit folgenden Schritten vorgesehen:According to the invention, a method for producing a high-resistance silicon carbide (SiC) sintered body is provided with the following steps:
Bereitstellen eines aus undotierten SiC-Körnern gebildeten SiC-Pulvers und eines Dotierstoffs,Providing an SiC powder formed from undoped SiC grains and a dopant,
Herstellen eines im wesentlichen das SiC-Pulver enthaltenden Formkörpers undManufacture of a shaped body essentially containing the SiC powder and
Aufheizen des Formkorpers und des Dotierstoffs, so daß derHeating the molded body and the dopant so that the
Dotierstoff in die SiC-Körner diffundiert und der Formkörper verdichtet wird.Dopant diffuses into the SiC grains and the molded body is compacted.
Das vorgeschlagene Verfahren ist einfach und kostengünstig durchführbar. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß der Dotierstoff auch erst während des Sinters in die SiC- Körner eingebracht werden kann. Der kostenaufwendige Schritt des Herstellens eines aus dotierten SiC-Körner gebildeten dotierten SiC-Pulvers entfällt.The proposed method can be carried out simply and inexpensively. Surprisingly, it has been shown that the dopant can also be introduced into the SiC grains only during the sintering. The costly step of producing a doped SiC powder formed from doped SiC grains is eliminated.
Unter dem Begriff "Verdichten" wird vorliegend ein Verfahrensschritt verstanden, bei dem die Dichte des Formkorpers durch diffusionsbedingte Stoffumlagerungen zunimmt . Das Verdichten kann erfolgen durch Fest- oder Flüssigphasensintern, Rekristallation, Siliziuminfiltration, Heißpressen oder heiß- isostatisches Pressen. Unter dem Begriff "Dotierstoff" wird in Abgrenzung zum Begriff "Sinterhilfsmittel" ein Stoff verstanden, der während des Aufheizens durch Diffusion in das Gitter der SiC-Körner eingebaut und dadurch deren elektrische Eigenschaften geän- dert werden, insbesondere der elektrische Widerstand erhöht wird.In the present case, the term "compression" is understood to mean a process step in which the density of the shaped body increases due to diffusion-related material rearrangements. The compression can be carried out by solid or liquid phase sintering, recrystallization, silicon infiltration, hot pressing or hot isostatic pressing. In contrast to the term "sintering aid", the term "dopant" is understood to mean a substance which is incorporated into the lattice of the SiC grains during diffusion heating and thereby changes their electrical properties, in particular the electrical resistance is increased.
Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Siliziumcarbid (SiC) Sinterkörpern kann es sich selbstver- ständlich auch um Polytypen des SiC, vorzugsweise den Polytyp 6H oder den Polytyp 4H, handeln.The silicon carbide (SiC) sintered bodies produced by the method according to the invention can of course also be polytypes of SiC, preferably the polytype 6H or the polytype 4H.
Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Pulvermischung aus dem SiC-Pulver und dem Dotierstoff hergestellt und der Formkörper durch Verdichten der Pulvermischung gebildet werden. Die Pulvermischung kann z.B. durch gemeinsames Mahlen der SiC-Pulvers mit dem Dotierstoff hergestellt werden.According to one embodiment of the method, a powder mixture can be produced from the SiC powder and the dopant and the molded body can be formed by compressing the powder mixture. The powder mixture can e.g. can be produced by grinding the SiC powder together with the dopant.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann der Formkörper aus dem SiC-Pulver hergestellt und anschließend in einem den Dotierstoff enthaltenden Pulverbett gesintert werden. In diesem Fall diffundiert der Dotierstoff während des Sinters aus dem Pulverbett in die SiC-Körner.According to a further embodiment of the method, the molded body can be produced from the SiC powder and then sintered in a powder bed containing the dopant. In this case, the dopant diffuses from the powder bed into the SiC grains during sintering.
Der Dotierstoff kann ein Metall der II. Hauptgruppe oder ein Übergangsmetall enthalten. Vorzugsweise enthält der Dotierstoff eines der folgenden Metalle: V, Ti, Mg, Cr, Mo, Sc, Co, Mn, Ca, Ba. Vorzugsweise wird als Dotierstoff mindestens 1,0 Gew.% an VSi2 oder VC zugesetzt. Der Zusatz von Vanadium als Dotierstoff führt zu einem besonders hochohmigen Siliziumcarbid Sinterkörper. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, ein SiC-Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 10 m2/g zu verwenden. Das SiC-Pulver weist vorzugsweise einen mittleren Korndurchmesser von weniger als 1,0 μ auf. Ein SiC-Pulver mit den vorgenannten Merkmalen ist besonders sinteraktiv. Es kann u.U. auf einen Zusatz von Sinterhilfsmitteln verzichtet werden.The dopant can contain a metal of the II. Main group or a transition metal. The dopant preferably contains one of the following metals: V, Ti, Mg, Cr, Mo, Sc, Co, Mn, Ca, Ba. At least 1.0% by weight of VSi 2 or VC is preferably added as the dopant. The addition of vanadium as a dopant leads to a particularly high-resistance silicon carbide sintered body. It has proven to be expedient to use an SiC powder with a specific surface area of more than 10 m 2 / g. The SiC powder preferably has an average grain diameter of less than 1.0 μ. An SiC powder with the aforementioned features is particularly sinter-active. It may not be necessary to add sintering aids.
Es ist aber auch möglich, dem SiC-Pulver ein Sinterhilfsmit- tel zuzusetzen, welches mindestens eines der folgenden Elemente enthält: C, B, AI, Y. Das Sinterhilfsmittel wird zweckmäßigerweise in einer Menge von 0,2 bis 30,0 Gew.%, vorzugsweise 2,0 Gew.%, zugesetzt. Durch den Zusatz von Sinterhilfsmittel kann ein besonders dichter Siliziumcarbid Sinterkörper hergestellt werden. Ferner kann eine niedrigere Sintertemperatur gewählt werden.However, it is also possible to add a sintering aid to the SiC powder which contains at least one of the following elements: C, B, Al, Y. The sintering aid is advantageously used in an amount of 0.2 to 30.0% by weight. , preferably 2.0% by weight. A particularly dense silicon carbide sintered body can be produced by adding sintering aids. A lower sintering temperature can also be selected.
Der Formkörper wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 1400 bis 2500°C, vorzugsweise bei 1800 bis 2000°C, ther- misch verdichtet. Das thermiscche Verdichten des Formkörpers kann unter Inertgasatmosphäre, vorzugsweise unter Argonatmosphäre, stattfinden.The molded body is expediently thermally compressed at a temperature of 1400 to 2500 ° C., preferably at 1800 to 2000 ° C. The thermal compression of the molded body can take place under an inert gas atmosphere, preferably under an argon atmosphere.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein hochohmiger Sili- ziumcarbid (SiC) Sinterkδrper hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen.According to a further requirement of the invention, a high-resistance silicon carbide (SiC) sintered body produced by the method according to the invention is provided.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbei- spiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 die Verfahrensschritte zur Herstellung des Formkörpers und Fig. 2 den spezifischen elektrischen Widerstand eines Siliziumcarbid Sinterkörpers in Abhängigkeit der Sintertemperatur.Fig. 1 shows the process steps for the production of the molded body and 2 shows the specific electrical resistance of a silicon carbide sintered body as a function of the sintering temperature.
I In Fig. 1 sind die Schritte zur Herstellung eines Formkörpers gezeigt. Als Ausgangsmaterial dient ein kommerziell erhältliches (HC Starck GmbH & Co. KG, Goslar) SiC-Pulver, dessen SiC-Körner nicht dotiert sind. Das SiC-Pulver wird versetzt mit 3,0 Gew.% Al203 und 7,0 Gew.% Y203, welche als Sinter- hilfsmittel dienen. Als Dotierstoff wird 1,0 Gew.% VSi2 zugesetzt. Die Pulvermischung wird unter Verwendung von SiC- Mahlkugeln für 4 Stunden in einer Attritormühle gemahlen. Anschließend wird der Schlicker von den Mahlkugeln getrennt. Das Lösungsmittel wird mittels Rotationsverdampfen abge- trennt. Das getrocknete Ausgangspulver wird zur Zerstörung der Aggregate durch ein Sieb gedrückt. Anschließend wird daraus durch Pressen der Grünling bzw. der Formkörper hergestellt.1 The steps for producing a shaped body are shown in FIG. 1. A commercially available (HC Starck GmbH & Co. KG, Goslar) SiC powder serves as the starting material, the SiC grains of which are not doped. The SiC powder is mixed with 3.0 wt.% Al 2 0 3 and 7.0 wt.% Y 2 0 3 , which serve as sintering aids. 1.0% by weight VSi 2 is added as dopant. The powder mixture is ground in an attritor mill using SiC grinding balls for 4 hours. The slurry is then separated from the grinding balls. The solvent is removed by rotary evaporation. The dried starting powder is pressed through a sieve to destroy the aggregates. The green compact or the shaped body is then produced therefrom by pressing.
Der Formkörper wird im Graphittiegel auf einem Pulverbett ausThe molded body is made from a powder bed in the graphite crucible
SiC-Pulver bei 1800°C unter Argonatmosphäre für 0,5 Stunden gesintert .SiC powder sintered at 1800 ° C under an argon atmosphere for 0.5 hours.
Fig. 2 zeigt den spezifischen Widerstand von dotierten und undotierten Siliziumcarbid Sinterkδrpern in Abhängigkeit der Sintertemperatur. Dotierte Siliziumcarbid Sinterkörper zeigen bei den untersuchten Sintertemperaturen jeweils einen höheren spezifischen Widerstand als Siliziumcarbid Sinterkörper ohne Dotierstoff. Bei einer Sintertemperatur von 1800°C bewirkt der Zusatz des Dotierstoffs eine besonders starke Erhöhung des spezifischen Widerstands auf Werte > 1010Ωcm. Der spezifische Widerstand wird hier vorteilhafterweise nicht durch Korngrenzeneffekte erzeugt. Die SiC-Körner der hergestellten Keramik sind durchgängig hochohmig. Sie zeichnen sich ferner durch einen geringen dielektrischen Verlust aus.2 shows the specific resistance of doped and undoped silicon carbide sintered bodies as a function of the sintering temperature. Doped silicon carbide sintered bodies each show a higher specific resistance than silicon carbide sintered bodies without dopant at the sintering temperatures examined. At a sintering temperature of 1800 ° C, the addition of the dopant causes a particularly strong increase in the specific resistance to values> 10 10 Ωcm. The specific resistance is advantageously not generated here by grain boundary effects. The SiC grains of the manufactured Ceramic is consistently high-resistance. They are also characterized by a low dielectric loss.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sili- ziumcarbid Sinterkörper sind nicht toxisch. Sie weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Der Wärmeausdehnungskoeffizient entspricht etwa dem von Silizium.The silicon carbide sintered bodies produced by the process according to the invention are not toxic. They have a high thermal conductivity. The coefficient of thermal expansion corresponds approximately to that of silicon.
Nach einer weiteren Verfahrensvariante wird ein Formkδrper wie oben beschrieben hergestellt, wobei der Dotierstoff nicht dem Pulver zugesetzt wird. Der Formkörper wird unter den vorerwähnten Sinterbedingungen gesintert, wobei er sich in einem Pulverbett befindet, welches 99 Gew.% SiC-Pulver und 1 Gew.% VSi2 enthält. Auch auf diesem Weg kann ein dotierter Silizi- umcarbid Sinterkδrper erhalten werden, welcher hervorragende hochohmige Eigenschaften aufweist.According to a further process variant, a shaped body is produced as described above, the dopant not being added to the powder. The molded body is sintered under the aforementioned sintering conditions, it being in a powder bed which contains 99% by weight SiC powder and 1% by weight VSi 2 . In this way too, a doped silicon carbide sintered body can be obtained which has excellent high-resistance properties.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist es auch möglich, den Formkörper ohne Zusatz von Sinterhilfsmittel und Dotierstoff herzustellen. In diesem Fall wird der Formkörper in einemAccording to a further embodiment, it is also possible to produce the shaped body without the addition of sintering aids and dopant. In this case, the molded body is in one
Pulverbett gesintert, welches SiC-Pulver, Sinterhilfsmittel und den Dotierstoff enthält.Sintered powder bed, which contains SiC powder, sintering aids and the dopant.
Es ist auch möglich, daß das Pulverbett allein aus dem Do- tierstoff und/oder dem Sinterhilfsmittel besteht.It is also possible for the powder bed to consist solely of the dopant and / or the sintering aid.
Als Sinterhilfsmittel kann auch Kohlenstoff in Form von Phenolharz zugesetzt werden. Ferner kommen als Sinterhilfsmittel Mischungen von A1203-Y203 oder Al203-AlN in Betracht.Carbon in the form of phenolic resin can also be added as a sintering aid. Mixtures of A1 2 0 3 -Y 2 0 3 or Al 2 0 3 -AlN are also suitable as sintering aids.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können auf einfache und billige Weise hochohmige Siliziumcarbid Sinterkörper hergestellt werden. Dabei können als Ausgangspulver herkömmliche SiC-Pulver verwendet werden, wie sie für andere Zwecke, z.B. als Schleifmittel, im Handel angeboten werden. With the proposed method, high-resistance silicon carbide sintered bodies can be produced in a simple and inexpensive manner. Conventional powder can be used as the starting powder SiC powders are used, as are commercially available for other purposes, for example as abrasives.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines hochohmigen Siliziumcarbid (SiC) Sinterkörpers mit folgenden Schritten:1. A method for producing a high-resistance silicon carbide (SiC) sintered body with the following steps:
Bereitstellen eines aus undotierten SiC-Körnern gebildeten SiC-Pulvers und eines Dotierstoffs,Providing an SiC powder formed from undoped SiC grains and a dopant,
Herstellen eines im wesentlichen das SiC-Pulver enthaltenden Formkörpers undManufacture of a shaped body essentially containing the SiC powder and
Aufheizen des Formkörpers und des Dotierstoffs, so daß der Dotierstoff in die SiC-Körner diffundiert und der Formkörper verdichtet wird.Heating the molded body and the dopant so that the dopant diffuses into the SiC grains and the molded body is compressed.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Pulvermischung aus dem SiC-Pulver und dem Dotierstoff hergestellt und der Formkörper durch Verdichten der Pulvermischung gebildet wird.2. The method according to claim 1, wherein a powder mixture is produced from the SiC powder and the dopant and the shaped body is formed by compressing the powder mixture.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Formkörper aus dem SiC-Pulver hergestellt und anschließend in einem den Dotierstoff enthaltenden Pulverbett gesintert wird.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the molded body made of the SiC powder and then sintered in a powder bed containing the dopant.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dotierstoff ein Metall der II. Hauptgruppe oder ein Übergangsmetall enthält.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the dopant contains a metal of the II. Main group or a transition metal.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dotierstoff eines der folgenden Metalle enthält: V, Ti, Mg, Cr, Mo, Sc, Co, Mn, Ca, Ba. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the dopant contains one of the following metals: V, Ti, Mg, Cr, Mo, Sc, Co, Mn, Ca, Ba.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Dotierstoff mindestens 1 Gew.% an VSi2 oder Vca4 zugesetzt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least 1% by weight of VSi 2 or Vca 4 is added as dopant.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das SiC-Pulver eine spezifische Oberfläche von mehr als 10m2/g aufweist.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the SiC powder has a specific surface area of more than 10m 2 / g.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das SiC-Pulver einen mittleren Korndurchmesser von weniger als 1 μm aufweist.8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the SiC powder has an average grain diameter of less than 1 micron.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem SiC-Pulver ein Sinterhilfsmittel zugesetzt wird, welches mindestens eines der folgenden Elemente enthält: C, B, Al, Y.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein a sintering aid is added to the SiC powder, which contains at least one of the following elements: C, B, Al, Y.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sinterhilfsmittel in einer Menge von 0,2 bis 30,0 Gew.%, vorzugsweise 2,0 Gew.%, zugesetzt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the sintering aid is added in an amount of 0.2 to 30.0% by weight, preferably 2.0% by weight.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formkörper auf eine Temperatur von 1400 bis 2500°C/ vorzugsweise bei 1800 bis 2000°C, aufgeheizt wird.11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the molded body is heated to a temperature of 1400 to 2500 ° C / preferably at 1800 to 2000 ° C.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formkörper unter Inertgasatmosphäre, vorzugsweise unter Argonatmosphäre, thermisch verdichtet wird.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the molded body is thermally compressed under an inert gas atmosphere, preferably under an argon atmosphere.
13. Hochohmiger Siliziumcarbid (SiC) Sinterkδrper herge- stellt nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche . 13. High-resistance silicon carbide (SiC) sintered body produced by the method according to one of the preceding claims.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4561010A (en) * 1981-12-07 1985-12-24 Hitachi, Ltd. Electrically insulating silicon carbide sintered body
DE19842078A1 (en) * 1998-09-15 2000-03-16 Sicrystal Ag High ohmic substrate material, especially for highly integrated electronic components, comprises silicon carbide containing a transition metal dopant for compensating excess acceptor material content

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