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DE2461741A1 - METHOD FOR MANUFACTURING A Sintered CERAMIC PRODUCT - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING A Sintered CERAMIC PRODUCT

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Publication number
DE2461741A1
DE2461741A1 DE19742461741 DE2461741A DE2461741A1 DE 2461741 A1 DE2461741 A1 DE 2461741A1 DE 19742461741 DE19742461741 DE 19742461741 DE 2461741 A DE2461741 A DE 2461741A DE 2461741 A1 DE2461741 A1 DE 2461741A1
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DE
Germany
Prior art keywords
oxide
mixture
metal oxides
temperature
silicon
Prior art date
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Application number
DE19742461741
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German (de)
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DE2461741C2 (en
Inventor
Roland John Lumby
Bernard North
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF International UK Ltd
Original Assignee
Joseph Lucas Ltd
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Publication date
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Application filed by Joseph Lucas Ltd filed Critical Joseph Lucas Ltd
Publication of DE2461741A1 publication Critical patent/DE2461741A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2461741C2 publication Critical patent/DE2461741C2/en
Expired legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped 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
    • C04B35/58Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/597Shaped 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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

COHAUSZ ft fLORACKCOHAUSZ ft FLORACK

D-4 DÜS S BLDORB1 . SCHUMANNSTB. Θ7D-4 DÜS S BLDORB 1 . SCHUMANNSTB. Θ7

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing.-W. COHAUSZ · Dipl.-lng. W. FLORACK · Dipl.-lng. R. KNAUF · Dr.-lng., Dipl.-Wirtsch.-lng. A. GERBER ■ Dipl.-lng. H. B. COHAUS2
PATENT LAWYERS:
Dipl.-Ing.-W. COHAUSZ Dipl.-Ing. W. FLORACK Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-lng., Dipl.-Wirtsch.-lng. A. GERBER ■ Dipl.-Ing. HB COHAUS2

Joseph. Lucas LimitedJoseph. Lucas Limited

Well StreetWell Street

GB-Birmingham 23. Dezember 1974GB-Birmingham 23rd December 1974

Verfahren zur Herstellung eines gegitterten Keramik- Method of making a gridded ceramic

produktsproduct

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Keramikprodukts.The invention relates to a method for producing a sintered one Ceramic product.

Ein Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumnitrid und Siliziumoxid bei einer Temperatur von zwischenA method according to the invention is characterized in that aluminum nitride and silicon oxide at a temperature of between

ο °
1200 C und 2000 O zur Heaktion gebracht wird, derart, daß ein Einphasen-Silizium-Aluminiumoxyntrid-Keramikmaterial entsteht, wobei das Eeaktionsgemisch bei der Temperatur nicht mehr als 60 Gew.-^ des Aluminiumnitrids enthält und außerdem erste und zweite Metalloxide enthält, bei denen es sich nicht um Siliziumoxid handelt, wobei die genannten Metalloxide so vorgesehen sind, daß sie in das Gemisch eine Kombination von Magnesiumoxid und Aluminiumoxid allein einführen, und weiter so vorgesehen sind, daß während der Reaktion sie sich mit einem Teil des Siliziumoxids zur Bildung eines Silikatglases kombinieren, das eine Liguidustemperatur unter derjenigen hat, die das Silikatglas hat, das aus Siliziumoxid mit dem einen oder dem anderen der Metalloxide allein entsteht, wobei das entstehende Silikatglas die Verdichtung des Keramikmaterials unterstützt.
ο °
1200 C and 2000 O is brought to Heaktion, in such a way that a single-phase silicon-aluminum oxyntride ceramic material is formed, the reaction mixture containing not more than 60 wt .- ^ of the aluminum nitride at the temperature and also containing first and second metal oxides, in which it is not silica, said metal oxides being designed to introduce a combination of magnesia and alumina alone into the mixture and further designed to react with a portion of the silica to form a silicate glass combine, which has a liguidus temperature below that which the silicate glass, which is formed from silicon oxide with one or the other of the metal oxides alone, the resulting silicate glass aids in the densification of the ceramic material.

Vorzugsweise enthält das Keramikmaterial einen Überschuß von mehr als 95 Gewichte-^ eineer Veribndung, die die folgende Eormel erfüllt:Preferably the ceramic material contains an excess of more than 95 weights - a combination which satisfies the following formula:

Si6-z A1z *8- °Z-Dabei ist ζ größer als Null und kleiner als oder gbich 5. Si 6-z A1 z * 8- ° Z - where ζ is greater than zero and less than or equal to 5.

28 465 · ■28 465 · ■

wa/τΓ - 509827/0725 _2_wa / τΓ - 509827/0725 _ 2 _

Ein Verfahren nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß lei einer Temperatur von zwischen 1200 C und 2000 0 ein Gemisch gesintert wird, das zwischen 15 und 45 Gew.-^a Siliziumoxid, zwischen 0,05 und 50 Gew.-% Aluminiumoxid und zwischen 40 und 60 Gew.-^ Aluminiumnitrid in solchen Anteilen enthält, daß bei der Temperatur ein Keramikmaterial entsteht, das mindestens 95 Gew.-f.- einer Verbindung enthält, die der FormelA method according to another feature of the invention is characterized in that at a temperature of between 1200 C and 2000 0 a mixture is sintered which contains between 15 and 45 wt .- ^ a silicon oxide, between 0.05 and 50% by weight of aluminum oxide and between 40 and 60% by weight Contains aluminum nitride in such proportions that at the temperature a ceramic material is produced that contains at least 95% by weight of a compound contains that of the formula

Si6-z A1z - N8-z 0Z Si 6-z A1 z - N 8-z 0 Z

genügt, wobei ζ größer als Full und kleiner als oder gleich 5 ist, wobei das Gepisch auch mindestens zwei Metalloxide enthält, die nicht Siliziumoxid sind und die so vorgesehen sind, daß während des Erhitzens diese mit einem Teil des Siliziumoxides reagieren, das in dem Gemisch vorhanden ist, derart, daß ein Silikatglas entsteht, das eine Liquidustemperatur unter der hat, die das Silkat hat, das aus Siliziumoxid mit dem einen oder dem anderen der Metalloxide allein entsteht, wobei das Glas eine Verdichtung des Eeramikmaterials unterstützt.is sufficient, where ζ is greater than Full and less than or equal to 5, where the gepisch also contains at least two metal oxides, other than silicon oxide, which are intended to be used during heating these react with part of the silicon oxide which is present in the mixture in such a way that a silicate glass is formed which has a liquidus temperature who has the silicate that is made from silicon oxide with one or the other of the metal oxides alone, the Glass supports compression of the ceramic material.

Vorzugsweeise enthält das Gemisch aus Siliziumnitri-d bei der Temperatur, und die relativen Anteile von Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliziumoxid im Gemisch sind derart, daß bei der Temperatur eine mkationsfähige Substanz entsteht, die mindestens 95 Gew.-Jo des Ge- «isches enthält und in der das Atomverhältnis von SiliziumtAluminium: Stickstoff:Sauerstoff 6-z:zt8-z:z beträgt, wobei ζ größer als Null und und kleiner als oder gleich 4 ist, wobei die Komponenten der reaktionsfähigen Substanz so miteinander reagieren, daß das Keramikmaterial entsteht. The mixture preferably contains silicon nitride at the temperature, and the relative proportions of silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride and silicon oxide in the mixture are such that a substance capable of cation is formed at the temperature which is at least 95% by weight of the mixture and in which the atomic ratio of silicon t aluminum: nitrogen: oxygen is 6-z: zt8-z: z, where ζ is greater than zero and and less than or equal to 4, the components of the reactive substance reacting with one another in such a way that the ceramic material is created.

Zweckmäßigerweise ist mindestens ein Teil des Siliziumoxids in dem Gemisch bei der Temperatur als eine Verunreinigung vorhanden, die das Siliziumnitrid enthält.Expediently, at least some of the silicon oxide is in the mixture present at the temperature as an impurity containing the silicon nitride.

Wenn alternativ das Gemisch kein Siliziumnitrid enthält, sind die relativen Anteile von Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliziumoxid im Gemisch derart, daß bei der Temperatur ein reaktionsfähiges Material entsteht, das mindestens 95 Gew.-$ des Gemisches bildet und in dem dasAlternatively, if the mixture does not contain silicon nitride, the relative ones are Proportions of aluminum oxide, aluminum nitride and silicon oxide in the mixture in such a way that a reactive material at the temperature which forms at least 95% by weight of the mixture and in which the

6 0 9 8 2 7 / 0'7 2 66 0 9 8 2 7 / 0'7 2 6

Atomverhältnis von Silizium:Aluminium:Stickstoff Sauerstoff 6-z:z:8-z:z beträgt, wobei ζ größer als 4 unä. kleiner als oder gleich 5 ist, woebei die Komponenten der reaktionsfähigen Substanz ezusammen reagieren, um das Keramikmaterial entstehen zu lassen.Atomic ratio of silicon: aluminum: nitrogen oxygen 6-z: z: 8-z: z is, where ζ is greater than 4 and the like. is less than or equal to 5, wherewith the components of the reactive substance react together to form the ceramic material.

Zweckmäßigerweise ist mindestens ein Teil des Aluminiumoxids in dem Gemisch bei der Temperatur als eine Verunreinigung vorhanden, die in dem Aluminiumnitrid enthalten" ist.Conveniently, at least some of the aluminum oxide is in the mixture present at the temperature as an impurity contained in the aluminum nitride.

Vorzugsweise liegt die Liquidustemperatür des aus Silizium mit den Metalloxiden zusammen gebildeten Silikats mindeestens um 100°C unter der des Silikats, das entsteht, wenn das Silizium mit jedem Metalloxid allein kombiniert wird.The liquidus temperature is preferably that of silicon with the metal oxides The silicate formed together is at least 100 ° C below that of the silicate that is formed when the silicon is alone with each metal oxide is combined.

Vorzugsweise geht der Erhitzungsschritt mit einem Druck einher. *Preferably the heating step is accompanied by pressure. *

Wenn die Metalloxide jeweils Preßhilfen für das Keramikmaterial sind, beträgt vorzugsweise deren Gesamtmenge in dem Gemisch weniger als die Menge, die benötigt wird, wenn jedes Metalloxid allein vorhanden ist.When the metal oxides are each pressing aids for the ceramic material, is preferably their total amount in the mixture is less than the amount needed when each metal oxide is present alone.

Alternativ wird das' Erhitzen ohne Druckausübung durchgeführt.Alternatively, the heating is carried out without applying pressure.

Zweckmäßigerweise sind mindestens einer der Bestandteile, die in dem Gemisch bei der genannten Temperatur vorhanden sind, in die Ausgangswerkstoffe, die zur Herstellung des Gemisches verwendet werden, als eine Substanz eingeführt, die für den erforderlichen Bestandteil oder für ' die erforderlichen Bestandteile bei der Temperatur sorgen.Appropriately, at least one of the ingredients in the Mixture at the stated temperature are present in the starting materials that are used to produce the mixture, as a Substance introduced for the required component or for ' provide the necessary ingredients at the temperature.

Zweckmäßigerweise wird mindestens eines der Metalloxide in das Gemisch als eine Metallverbindung eingeführt, die sich auf das benötigte Oxid während des Erhitzens zersetzen kann.Appropriately, at least one of the metal oxides is in the mixture Introduced as a metal compound, referring to the required oxide may decompose during heating.

Alternativ ist vor der Reaktion zur Erzeugung des Silikatglases mindestens eines der Metalloxide in dem Gemisch in Kombination mit einem Teil des Siliziumoxids als ein Metallsilikat vorhanden.Alternatively, before the reaction to produce the silicate glass, at least one of the metal oxides in the mixture in combination with a portion of the silicon oxide is present as a metal silicate.

Vorzi^sweise sind die Metalloxide aus der Gruppe ausgewählt, die ausThe metal oxides are preferably selected from the group consisting of

B09827/072S - 4.-.B09827 / 072S - 4.-.

Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, einem Manganoxid, Lithiumoxid, Tfeitandioxid, einem Boroxid und Ferrioxid besteht.Magnesium oxide, aluminum oxide, a manganese oxide, lithium oxide, tfeitandioxid, a boron oxide and ferric oxide.

Zu Vergleichszwecken wurde zunächst ein Kontrollexperiment durchgeführt, bei dem Siliziutnnitrid, Aluminiumnitrid uriL Siliziumoxid in Pulverform in den erforderlichen Anteilen gemischt wurden, um ein Keramikmaterial entstehen zu lassen, das im wesentlichen ganz aus einer Verbindung bestand, die der folgenden allgemeinen Formel genügte:For comparison purposes, a control experiment was first carried out, in the case of silicon nitride, aluminum nitride and silicon oxide in powder form were mixed in the required proportions to produce a ceramic material which was essentially entirely composed of one compound, which satisfied the following general formula:

Si6-z A1z *8-z °z Si 6-z A1 z * 8-z ° z

Dabei war ζ gleich 1.Here ζ was equal to 1.

Das eingesetzte Siliziumnitridpulver bestand aus 89$ des Alpha-Phasen-Materials und hatte eine mittlere Partikelgröße von 3 Mikron. Bas Aluminiumnitridpulver war das, das von der Firma Koch-Light unter der Typenbezeichnung '8006H' geliefert wird und das im gelieferten Zustand eine mittlere Partikelgröße von 11,5 Mikron hatete, jedoch vor Verwendung in einer Kolloidmühle auf eine mittlere Partikelgröße von -7 Mikron verkleinert wurde. Ferner war das eingesetzte Silizitunpulver das, das von der Firma Hopkin and Wilfeliame Limited als reines gefälltes Siliziumoxid geliefert wird. Es war jedoch bekannt, daß das Siliziumnitridpulver in sich Siliziumoxid als eine Beschichtung über den Partikeln des Siliziumnitrids enthielt und daß weiter das Aluminiumnitrid in sich als Verunreinigung Aluminiumoxid tnthielt. Wie sich ohne weiteres versteht, bewirkten beide Verunreinigungen die anschließende Reaktion zur Erzeugung des Silizium-Aluminitra-Oxyixftrid-Keramlkamaterials, weil sie der Reaktion Silizium, Aluminium und Sauerstoff zuführen. Vor dem Mischen der Ausgangswerkstoffe, die vorstehend beschrieben worden sind, wurden deshalb die Verunreinigungswerte in dem Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid durch aohnelle Heutreonenaktivierungsanalyse bestimmt, und diese Verunreinigungen wurden anschließend berücksichtigt, um zur erforderlichen Zusammensetzung für das Gemisch zu kommen. Unter Verwendung der betreffenden Ausgangswer*kstoffe, die vorstehend angegeben sind, wade festgestellt, <kß der Siliziumoxidgehalt des Siliziumnitridpulvers 4 Gew.-^ betrug und daß der Aluminiumoxidgehalt des Aluminiumnitrids 5 Gew.-Jf betrug. Aus diesen Ergebnissen wurde errechnet, daß, um das erforderlicheThe silicon nitride powder used consisted of $ 89 of the alpha phase material and had an average particle size of 3 microns. Bas aluminum nitride powder was the one that by the Koch-Light of the Ty penbezeichnung '8006h' is supplied and in the delivered state, a mean particle size of 11.5 microns hatete, however, prior to use in a colloid mill to an average particle size of -7 microns has been reduced in size. Furthermore, the silicon powder used was that supplied by Hopkin and Wilfeliame Limited as pure precipitated silicon oxide. It was known, however, that the silicon nitride powder contained silicon oxide as a coating over the particles of silicon nitride and that the aluminum nitride further contained aluminum oxide as an impurity. As can be readily understood, both impurities caused the subsequent reaction to produce the silicon-aluminitra-oxyixftride ceramic material because they add silicon, aluminum and oxygen to the reaction. Therefore, prior to mixing the starting materials described above, the impurity levels in the silicon nitride and aluminum nitride were determined by non-heutreon activation analysis, and these impurities were then taken into account to arrive at the required composition for the mixture. Using the respective starting materials given above, it was found that the silicon oxide content of the silicon nitride powder was 4% by weight and that the aluminum oxide content of the aluminum nitride was 5% by weight. From these results, it was calculated that in order to obtain the required

509827/0725 "5"509827/0725 " 5 "

Keramikmaterial zu erhalten, die benötigte Zusammensetzung für das Ausgangsgemisch 78,48 Gew.-$ des Siliziumnitridpulvers, 14»?6 Gew.-$ des AIuminiumnitridpulvers und 6,76 Gew.-^ des Siliziumoxidpulvers allein betrug, weil unter Berückeichtung der Verunreinigungen in dem Siliziumnitrid und in dem Aluminiumnitrid dieses Gemisch Silizium, Aluminium, Stickstoff und Sauerstoff in den erforderlichen Anteilen lieferte, nä»- liehTo obtain ceramic material, the required composition for the starting mixture was 78.48% by weight of the silicon nitride powder, 14 »6 % by weight of the aluminum nitride powder and 6.76% by weight of the silicon oxide powder alone, because taking into account the impurities in the Silicon nitride and, in the aluminum nitride, this mixture provided silicon, aluminum, nitrogen and oxygen in the required proportions, next

6-z : Z ; 8-z t ζ6-z: Z; 8-z t ζ

Dabei war ζ gleich 1.Here ζ was equal to 1.

Dem vorstehenden gemisch wurde ein erstes Metalloxid in der Form von Magnesiumoxidpulver zugesetzt, das natürlich eine bekannte Heißpreßhilfe für Siliziumnitrid-Keramikmaterialien ist. Das Magnesiumoxidpulver war · jenes, das von der Firma Hopkins and Williams Limited unterder Bezeichnung "light" geliefert wird, und die Menge an zugesetztem ^Magnesiumoxid war derart, daß es 1 Gew.-^ des Gesamtgemlsohes ausmachte. Die Gesamtzusammensetzung des Ausgangsgemisches betraug damit 74»6 Gew.-$ Siliziumnitrid, 13,72 Gew.-# Aluminiumnitrid, 9,8 Gew.-$£ Siliziumoxid, 0,88 Gew- fo Aluminiumoxid und 1 Gew.-$ Magnesiumoxid. To the above mixture was added a first metal oxide in the form of magnesium oxide powder, which of course is a known hot-pressing aid for silicon nitride ceramic materials. The magnesia powder was that supplied by Hopkins and Williams Limited under the designation "light" and the amount of magnesia added was such that it constituted 1 % by weight of the total mix. The Gesamtzu composition of the starting mixture so betraug 74 »6 wt -. $ Silicon nitride, 13.72 wt .- # aluminum nitride, 9.8 wt .- $ £ silica, 0.88 wt fo alumina and 1 wt -. $ Magnesium oxide.

Nach Einführung des Magnesiumoxidpulvers wurde das Ausgangsgemisch in eine Kolloidmühle eingeführt und in Isopropylalkohol gemischt, bis die mittlere Partikelgröße des Gemisches 3 MAron betrug. Danach wurde das Gemisch getrocknet, und dann wurde es gesiebt, um eventuelle Pulveragglometate zu entfernen. Eine Verunreinigungsbestimmung wurde dann am Gemisoh durchgeführt, die zeigte, daß das Mahlen, Trocknen und Sieben die Verunreinigungswerte der Ausgangsmaterialien nicht geändert hatten. Anschließend wurde das Gemisoh in den Formraum einir Graphitform auf einen Graph!tstempel gegeben, der ein offenes Ende des Formraume verschloß. Bin Grahitstempel wurde dann auf die Pulveroharge gesetzt, wobei alle Graphitfläohen, die mit dem Pulver in Kontakt standen, zuvor mit Bornitrid auf eine Tiefe in der Größenordnung von 0,25 mm sprühbeschiohtet worden waren. Das Werkzeug wurde dann in eine Presse gesetzt, wo die Temperatur und der Druck gleichseitig erhöht wurden, und zwar während einer Dauer von 30 Mi- After the magnesium oxide powder had been introduced, the starting mixture was introduced into a colloid mill and mixed in isopropyl alcohol until the mean particle size of the mixture was 3 mArons. The mixture was then dried and then it was sieved to remove any powder agglometates. A contamination determination was then made on the Gemisoh which showed that milling, drying and sieving had not changed the contamination levels of the starting materials. The Gemisoh was then placed in the mold space of a graphite mold on a graphite stamp, which closed one open end of the mold space. A graphite stamp was then placed on the powder batch, all graphite surfaces that were in contact with the powder had previously been spray-coated with boron nitride to a depth of the order of 0.25 mm. The tool was then placed in a press, where the temperature and pressure were increased at the same time, for a period of 30 minutes.

60 9 8 27/0.7 2660 9 8 27 / 0.7 26

nuten, auf 1800 C und einen Dru »k von 1,5 Tonnen/sq.in. Das Gemisch wurde dann auf dieser Tempera»tür und auf diesem Druck für die Dauer einer Stunde gehalten, und unter diesen Bedingungen bestand es ganz aus Magnesiumoxid zusammen mit einer reaktionsfähigen Zusammensetzung, in.der das Atomverhältnis von Silizium{Aluminium:Stickstoff:Sauerstoff in den vorstehend angegebenen Verhältnissen lagen, die natürlich die Verhältnisse waren, die in dem herzustellenden Keramikmaterial benötigt wurden."Die Komponenten der reaktionsfähigen Zusammensetzung reagierten also zusammen, um das benötigte Keramikmaterial entstehen zu lassen, wobei das Heißpressen durch das Magnesiumoxid-Additiv unterstützt wurde. Beim Abkühlen wurde das heißverpreßte Produkt aus der Form entnommen und einer Röntgenstrahlenanyalyse unterzogen, die zeigte, daß die Keramikphase des Produkts ganz aus einer Verbindung bestand, die einen z-Vert von 1 in der vorstehenden Formel hatte. Ferner £wurde festgestellt, daß das Produkt eine Dichte von 3,16 g/om^ hatte, wobei zu beachten ist, daß während des Heißpressens das Gemisch 90$ dieser Enddichte erreicht hatte, wenn die Temperatur etwa 1ö5o°C erreicht hatte. Ferner wurde festgestellt, daß das Endprodukt einen Bruchmodul bei Raumtemperatur von 60.000 psi und einen Weibull-Modul von 8,ο hatte.grooves, to 1800 C and a pressure of 1.5 tons / sq.in. The mixture was then held at this temperature and pressure for one hour, and under these conditions it consisted entirely of magnesium oxide together with a reactive composition in which the atomic ratio of silicon {aluminum: nitrogen: oxygen in the The ratios given above were, of course, the ratios required in the ceramic material being manufactured. "The components of the reactive composition thus reacted together to form the required ceramic material, the hot pressing being assisted by the magnesium oxide additive. During cooling the hot-pressed product was taken out of the mold and subjected to X-ray analysis, which showed that the ceramic phase of the product consisted entirely of a compound having a z-vert of 1 in the above formula, and the product was found to have a density of 3.16 g / om ^ , whereby it should be noted that that during hot pressing the mixture had reached 90% of this final density when the temperature had reached about 150 ° C. The final product was also found to have a room temperature modulus of rupture of 60,000 psi and a W e ibull modulus of 8.0.

In einem ersten Beispiel nach der Erfindung wurde das Ausgansgemisch des Kontrollexperiments wiederum eingesetzt, außer daß in diesem Beispiel der Magnesiumoxidgehalt avon 1 Gew.-^ auf 0,5 Gew.-$ reduziert wurde und aß darüber hinaus ein zweites Metalloxid in der Form von 0,5 Gew.-& Manganoxid (Μη,Ο,) in das Gemisch eingeführt wurde. Das eingesetzte'Manganoxid wjrde von der Firma Hopkin und Williams Limited geliefert, und in diesem Beispiel wurde das Verfahren nach dem Kontrollexperiment wiederholt. Nach der Entnahme aus der Form wurde festgestellt, daß das ftidprodukt einen mittleren Bruchmodul bei Raumtemperatur von 82.000 psi, einen Weibull-Modul von 10 und eine Dichte von 3» 23 g/cnr hatte. Indem die Bewegung des Graphitstempeis während des Heißpreßvorgangs verfolgt wurde, wurde ferner festgestellt, daß die Probe 90$ ihrer Bnddichte erreicht hatte, wenn die Temperatur etwa 145O°C erreicht hat-, te, und das war natürlich eine niedrigere Temperatur als bei dem Kontrollexperiment .In a first example according to the invention, the starting mixture of the control experiment was used again, except that in this example the magnesium oxide content was reduced from 1% by weight to 0.5% by weight and also ate a second metal oxide in the form of 0 , 5 wt .- & manganese oxide (Μη, Ο,) was introduced into the mixture. The manganese oxide used was supplied by Hopkin and Williams Limited, and in this example the procedure was repeated after the control experiment. Upon removal from the mold, the solid product was found to have an average rupture modulus at room temperature of 82,000 psi, a Weibull modulus of 10, and a density of 3 »23 g / cm3. Further, by following the movement of the graphite die during the hot pressing process, it was found that the sample had reached 90% of its bond density by the time the temperature reached about 1450 ° C, which was of course a lower temperature than the control experiment.

609827/0725609827/0725

In dem Verfahren nach dem ersten Beispiel ragierten das Manganoxid und das Magnesiumoxid miteinander, wobei ein T il des Siliziumoxids im Aus-In the method according to the first example, the manganese oxide and the magnesium oxide with each other, with a part of the silicon oxide in the

gangsgemisch vorhanden war, um e.in Magnesium-Mangan-Silikatglas entstehen zu lassen, dessen Liquidustemperatür unter der des Silikats lag, das entsteht, wenn Magnesiumoxid allein verwendet wird. Während des Heißpressens lieferte das Magnesiums-Mangansilikat also ein weniger viskoses flüssiges Glas als das, das von dem Magnesiumsilikat des Kontrollexperiments bei der gleichen Temperatur geliefert wurde. Folglich sorgte das Magnesium-Mangansilikatglas für eine leichtere Verdichtung des Materials, das heißverpreßt wird, und damit entstand ein Badprodukt mit einer verbesserten Konsistenz, Stärke und Sichte.mixture was present to produce e.g. in magnesium-manganese-silicate glass to let whose liquidus temperature was below that of the silicate, this occurs when magnesium oxide is used alone. So during the hot pressing, the magnesium manganese silicate provided one less viscous liquid glass than that from the magnesium silicate of the control experiment was delivered at the same temperature. Consequently the magnesium manganese silicate glass made it easier to compress of the material being hot-pressed, resulting in a bath product with improved consistency, strength and clarity.

In einem zweiten Beispiel der Erfindung wurde das Verfahren des ersten-Beispiels wiederholt, jedoch wurden in diesem Falle das Magnesiumoxid und das Magnganoxid in ihrem Gehalt im Ausgangsgemisch jeweils auf 1 Gew.-^ des Gesamtgemisohes erhöht, während der Siliziumnitridgehalt um 1 Gew.-^ verringert wurde. Wobei die Verunreinigungen an den Siliziumund. Aluminiumnitriden berücksichtigt wurden, bestand das Ausgangsgemisoh aus 73,6 Gew.-# Siliziumnitrid, 13,7t Gew.-# Aluminiumnitrid, 9,8 Gew.-# Silizium, 0,68 Gew.-# Aluminiumoxid, 1 Gew.-$ Magnesiumoxid und 1 Gew.-^ Manganoxid. Das Endprodukt hatte einen mittleren Bruchmodul bei Baumtemperatur von 95*000 psi, einen Weibull-Modul von 8,4 und eine Baddichte von 3,24« Wiederum wurde festgestellt, daß während des Heißpressens das Material 90$ seiner Bnddichte bei einer Temperatur von etwa 145O0C erreichte.In a second example of the invention, the process of the first example was repeated, but in this case the magnesium oxide and the magngan oxide were increased in their content in the starting mixture to 1 wt .- ^ of the total mixture, while the silicon nitride content was increased by 1 wt .- ^ was reduced. The impurities on the silicon and. Aluminum nitrides were taken into account, the starting mixture consisted of 73.6 wt .- # silicon nitride, 13.7 wt .- # aluminum nitride, 9.8 wt .- # silicon, 0.68 wt .- # aluminum oxide, 1 wt .- $ magnesium oxide and 1 wt% manganese oxide. The final product had an average rupture modulus at tree temperature of 95,000 psi, Weibull modulus of 8.4, and bath density of 3.24 « 0 C reached.

In einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde das Verfahren des ersten Beispiels erneut wiedentholt, in diesem Falle wurde der Manganoxidgehalt jedoch auf 1 Gew.-5ε des Gesamtgemisehee erhöht, ohne daß der Magnesiumoxidgehalt erhöht wurde'. Ferner wurde der Siliziunnitridgehalt um 0,5 Gew.-^ verringert, um einen Ausgleich für die Erhöhung des Magnesiumoxidgehalts zu schaffen, so daß die Gesamtzusammeneetzung des Ausgangsgemisches nun 74» 1 Gew.-^ Siliziumnitrid, 13,72 Gew.-^ Aluminiumnitrid, 9,8 Gew.-$ Siliziumoxid, 0,88 Gew.-# Aluminiumoxid, 0,5 Gew.-# Magnesiumoxid und 1 Gew.-$ Manganoxid betrug. Bas Endprodukt hatte einen mittleren Bruchmodul bei Raumtemperatur von 100.000 psiIn a third embodiment of the invention, the method of the first example repeated again, in this case the manganese oxide content was but increased to 1% by weight of the total mixture without the magnesium oxide content has been increased '. Furthermore, the silicon nitride content reduced by 0.5 wt .- ^ to compensate for the increase of the magnesia content to create so that the overall composition of the starting mixture now 74 »1 wt .- ^ silicon nitride, 13.72 wt .- ^ Aluminum nitride, 9.8 wt .- $ silicon oxide, 0.88 wt .- # aluminum oxide, 0.5 wt% magnesium oxide and 1 wt% manganese oxide. Bas end product had an average modulus of rupture at room temperature of 100,000 psi

£00827/0725£ 00827/0725

und einen Weibull-Modul von 9>0 sowie eine Dichte von 3,20 g/cm . Erneut wurde festgestellt, daß während des Heißpressens das Material 90$ seiner Enddiohte bei einer Temperatur von etwa 1450 C erreichte.and a Weibull modulus of 9> 0 and a density of 3.20 g / cm. Again it was found that during hot pressing, the material reached 90% of its end thickness at a temperature of about 1450 ° C.

In einem vierten Beispiel der Erfindung wurde das Magnesiumoxid des dritten Beispiels um 0,25 Gew.-$ verringert, und der Siliziumnitridgehalt wurde um einen gleichen Wert erhöht. Das Verfahren des Kontrollexperiments wurde wiederholt, und es entsteht aein Endprodukt mit einem mittleren Bruchmodul von 105.000 psi bei Raumtemperatur, einem Weibull-Modul von 12 und einer Dichte von 5,21 g/cm . Wiederum.wurde festgestellt, daß während des Heißpressens das Material 90$ seiner Enddichte bei etwa 145O°G erreichte.In a fourth example of the invention, the magnesium oxide was des third example decreased by 0.25 wt .- $, and the silicon nitride content was increased by an equal amount. The procedure of the control experiment was repeated to give a final product with an average modulus of rupture of 105,000 psi at room temperature, a Weibull modulus of 12 and a density of 5.21 g / cm. Again it was found that during hot pressing the material was 90 $ of its final density reached at about 1450 ° G.

Besseres Ergebnisse dürften im Verfahren nach dem vierten Beispiel deshalb erreicht worden sein, well die relativen Anteile des Magnesiumoxids und des Manganoxids derart waren, daß ein Magnesium-Mangansilikat mit einer sehr niedrigen Liquidustemperatur entstand, möglicherweise in der Größenordnung von 1200 C. Etwas Magnesium und/oder Mangan dürfte auch in das Silizium-Aluminiumoxynitrid-Gitter gelangt sein.Better results should therefore be achieved in the method according to the fourth example have been reached, well the relative proportions of magnesium oxide and the manganese oxide were such that a magnesium manganese silicate with a very low liquidus temperature, possibly in the Magnitude of 1200 C. Some magnesium and / or manganese should also be in the silicon-aluminum oxynitride lattice.

In einem fünften Beispiel der Erfindung wurde das Verfahren des ersten Beispiels wiederholt, jedoch wurden in diesem Fall der Magnesiumoxidgehalt auf 0,05 Gew.-$ und der .Manganoxidgehalt auf 0,2 Gew.-$ verringert, während der Siliziumnitridgehalt im Anteil der Verringerung in den Mengen der Oxidadditive erhöht wurde. Die Gesamtzusammensetzung des Ausgangsmaterials des fünften Beispiels betrug also 75,6 Gew.-^ Siliziumrrffcrid, 15,72 Gew.-$ Aluminiumnitrid, 9,8 Gew.-$ Silizium, 0,88 Gew.-$ Aluminiumoxid, 0,05 Gew.-$ Magnesiumoxid und 0,2 Gew.-&$ Manganoxid. Das Endprodukt, das aus diesem Gemisch entstand, hatte einen mittleren Bruohmodul bei Raumtemperatur von 55·ΟΟΟ psi, einen Weibull-Mddul von 7,0 und eine Dichte Von 2,78. Ferner wurde festgestellt, daß während des Heißpressen das Material 90$ seiner Enddichte bei einer Temperatur von etwa 15000O erreichte. Wenn das Produkt ferner einem Eriechtest bei 1225 C bei einer ausgeübten Last von 5 t.s.i. unterzuogen wurde, wurde festgestellt, daß es einem Kriechen von 0,105$ in 100 Stunden unterlag .In a fifth example of the invention, the procedure of the first example was repeated, but in this case the magnesium oxide content was reduced to 0.05% by weight and the manganese oxide content to 0.2% by weight, while the silicon nitride content was reduced in proportion has been increased in the amounts of oxide additives. The total composition of the starting material of the fifth example was thus 75.6 wt .- $ silicon oxide, 15.72 wt .- $ aluminum nitride, 9.8 wt .- $ silicon, 0.88 wt .- $ aluminum oxide, 0.05 wt .- $. - $ Magnesium Oxide and 0.2 wt .- & $ Manganese Oxide. The end product resulting from this mixture had an average Bruoh modulus at room temperature of 55 psi, a Weibull modulus of 7.0 and a density of 2.78. It was also found that $ 90 to its final density achieved at a temperature of about 1500 0 O during the hot-pressing the material. Further, when the product was subjected to a smell test at 1225 C with an applied load of 5 tsi, it was found to undergo a creep of $ 0.105 in 100 hours.

509827/0725509827/0725

In einem sechsten Beispiel der Erfindung enthielt das Gemisch, das heißgepreßt wurde, erneut das erste und das zweite Metalloxid, die im ersten Beispiel verwendet wurden, und zwar in den gleichen Mengen in Gew.-^. In diesem Beispiel wurde jedoch mit unterschiedlichen CJargen des Siliziumnitrids und des Aluminiumnitrids als Pulver gefearbeitet, und die relativen Anteile der Ausgangsmaterialien wurden geändert. Das Gemisch "bestand nun aus 85 Gew.-^ Siliziumnitrid, 10 Gew.-^ Aluminiumnitrid, 6 Gew.-fo Siliziumoxid und 0,5 Gew.-$ jeweils aus Magnesium- und Manganoxid. Das Misch- und Heißpreßverfahren des Kontrollexperiments wurde jeweils wiederholt, und bei Entnahme aus der Form wurde festgestellt, daß das Endprodukt einen mittleren Bttruchmodul "bei Raumtemperatur von 102.000 ρ si, einen Weibull -Modul von 10 und eine Dichte von 3,2J gm/cnr hatte. Ehrend des Heißpressens wurde festgestellt, daß die Probe außerdem 905ε ihrer Bnddichte erreicht hatte, . als die Temperatur etwa 145O0C erreicht hatte.In a sixth example of the invention, the mixture that was hot-pressed again contained the first and second metal oxides used in the first example in the same amounts by weight. In this example, however, different batches of silicon nitride and aluminum nitride were worked as powders, and the relative proportions of the raw materials were changed. The "mixture now consisted of 85 wt .- ^ silicon nitride, 10 wt .- ^ aluminum nitride, 6 wt. -Fo silicon oxide and 0.5 wt .- $ each of magnesium and manganese oxide. The mixing and hot-pressing process of the control experiment were each repeated, and on removal from the mold it was found that the end product had an average viscosity modulus at room temperature of 102,000 ρ si, a Weibull modulus of 10 and a density of 3.2 J gm / cm. In honor of the hot pressing, it was found that the sample had also reached 905ε of its bond density,. reached as the temperature is about 145 ° C 0.

Im Falle des Ausgangsgemisohes des sechsten Beispiels zeigte die Analyse, daß der Siliziumgehalt des Siliziumnitridpulvers 2,6 Gew.-^ betrug und daß der Aluminiumoxidgehalt des Aluminiumnitridpulvers 4,25 Gew.-$ betrug. Bei Verwendung dieser Zahlen kann leicht berechnet werden, daß bei der Heißpreßtemperatur dieses Ausgangsgemisch eine reaktionsfähige Zusammensetzung ergibt, die aus Silizium, Aluminium, Stickstoff und Sauerstoff im Ataomverhältnis von 6-zxz*8-ziz bestand, wobei ζ in der Größenordnung von 0,8 lag, die jedoch nur etwa 90 Vol.-56 des Gesamtgemisches ausmachte. Wie erwartet, enthielt deshalb das gesinterte Produkt des sechsten Beispiels etwa» 5 Gew.-^ eineer galassigen Phase zusätzlich zu einem Silizium-Aluminiumoxyntrid-Keramikmaterial, das der Formel SIc2 A0 3 N7 2 0O 8 gehorchte, wobei einige Ge- . wichtsverluste ebenfalls beobachtet wurden.In the case of the starting mixture of the sixth example, the analysis showed that the silicon content of the silicon nitride powder was 2.6% by weight and that the aluminum oxide content of the aluminum nitride powder was 4.25% by weight. Using these numbers, it can easily be calculated that at the hot pressing temperature this starting mixture gives a reactive composition consisting of silicon, aluminum, nitrogen and oxygen in the atomic ratio of 6-zxz * 8-ziz, where ζ is on the order of 0.8 which, however, only made up about 90 vol. 56 of the total mixture. As expected, therefore, the sintered product of the sixth example contained about 5% by weight of a galase phase in addition to a silicon-aluminum oxyntride ceramic material which obeyed the formula SIc 2 A 0 3 N 7 2 0 O 8, with some proportions . Weight losses were also observed.

In einer Abwandlung des sechsten Beispiels wurde das gleiche Verfahren mit drei getrennten Ausgangsgemischen wiederholt, die unterschiedliche Mengen des Magnesium- und Manganoxidpulvers enthielten, wobei der Siliziumnitridgehalt der Gemische wo erforderlich so eingestellt wurde, daß ein Ausgleich für die Änderungen in den Mengen der vorhandenen Metalloxide geschaffen wurde. Die Ergebnisse dieser Inderung sind in der folgenden Tabelle angegeben:In a modification of the sixth example, the same procedure was used repeated with three separate starting mixtures containing different amounts of the magnesium and manganese oxide powder, wherein the silicon nitride content of the mixtures is adjusted where necessary that was to compensate for the changes in the quantities of the existing Metal oxide was created. The results of this change are given in the following table:

509827/0 7 25 - 10 -509827/0 7 25 - 10 -

Zusammensetzung Gew.-fo des AusgangsgemischesComposition by weight of the starting mixture

Eigenschaften des Heißpreßprodukts Properties of the hot-pressed product

SiSi »» AiiiAiii SiO2 SiO 2 MgOMgO MnOMnO Mittler Bruch-Medium Fractional Weibull-Weibull Dichtedensity ,5, 5 mdoulmdoul Modulmodule 5,245.24 8282 ,75, 75 1010 66th 11 11 110.000 psi110,000 psi 8,48.4 5.205.20 8282 1010 66th 0,50.5 11 110.000 psi110,000 psi 7,27.2 5,215.21 8282 1010 66th 0,250.25 ii 114.000 psi114,000 psi 20,820.8

Aus de»vorstehenden Tabelle ist zu ersehen, daß wie im vierten Beispiel die besten Ergebnisse dannn erzielt werden, wenn das Gemisch 0,25 Gew.-% Magnesiumoxid und 1 Gew.-$.Manganoxid enthält.From the table above it can be seen that, as in the fourth example the best results are obtained when the mixture contains 0.25% by weight of magnesium oxide and 1% by weight of manganese oxide.

In einem siebten Beispiel der Erfindung wurden die Ausgangsmaterialien des Kontrollexperiments wiederum eingesetzt, aber es wurde Lithiumoxid als das zweite Metalloxid anstelle von Manganoxid verwendet, das in den vorhergehenden Beispielen eingesetzt wurde. Das Lithiumoxid wurde in das Ausgangsgemisch als Lithiumsilikat eingeführt, das von der Firma Koch-Light Laboratories Limited als Lithiumsilikat 99,5$ 525 mesh geliefert wurde. Die Behandlung erfolgte wie in dem vorhergehenden Beispielen, und die relativen Anteile der Ausgangsmaterialien waren derart, daß bei der Heißpreßtemperatür die Gesamtzusammensetzung des Gemisches 71,6 Gew.-$ 'Siliziumnitrid, 15,72 Gew.-fo Aluminiumnitrid, 0,88 Gew.-^ Aluminiumoxid, 0,125 Gew.-fo Magnesiumoxid, 0,125 Gew.-^ Lithiumoxid und 9,8 Gew.-^ Siliziumoxid betrug, wobei ein Teil des letzteren natürlich vom Lithiumsilikat sowie durch das Siliziumiitrid beigetragen wurde. Die relativen Anteile des Lithiumoxids und Magnesiumoxids in diesem Gemisch wurden aus dem Lithiumoxid/Magnesiumoxid/Siliziumoxid/Temärdiagramm gewählt, deas zeigte, daß bei einer Reaktion von Siliziumoxid mit diesen Anteilen von Lithiumoxid und Magnesiumoxid ein Silikat entstand, das eine niedrigere Liquidusetemperatur als das Magnesiumsilikat des Kontrollexperiments hatte. Eine anschließende Behandlung des Gemisches folgete dem Verfahren des Kontrollexperiments, und das entstehende Produkt hatte eine Dichte von 5,21 g/cm , einen mittleren Bruch-Modul bei Raumtem- In a seventh example of the invention, the starting materials of the control experiment were used again, but lithium oxide was used as the second metal oxide in place of the manganese oxide used in the previous examples. The lithium oxide was introduced into the starting mixture as lithium silicate which was supplied by Koch-Light Laboratories Limited as lithium silicate 99.5 $ 525 mesh. The treatment was conducted as in the previous examples, and the relative proportions of the starting materials such that when the Heißpreßtemperatür the total composition of the mixture 71.6 wt .- $ 'silicon, 15.72 wt. -Fo aluminum nitride, 0.88 wt. -. ^ aluminum oxide, 0.125 wt -fo magnesium oxide, 0.125 wt .- ^ lithium oxide and 9.8 wt .- ^ silicon oxide wherein a part of the latter was obviously contributed by the lithium silicate as well as by the Siliziumiitrid, was. The relative proportions of lithium oxide and magnesium oxide in this mixture were selected from the lithium oxide / magnesium oxide / silicon oxide / temperature diagram, which showed that when silicon oxide reacted with these proportions of lithium oxide and magnesium oxide, a silicate was formed which had a lower liquidus temperature than the magnesium silicate of the Control experiment. Subsequent treatment of the mixture followed the procedure of the control experiment, and the resulting product had a density of 5.21 g / cm, an average modulus of rupture at room temperature.

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B09827/0r25B09827 / 0r25

peratur von 80.000 psi und einen Weibull-Modul von 12.temperature of 80,000 psi and a Weibull module of 12.

In einer Abwandlung des siebten Beispiels wurde das gleiche Verfahren wiederholt, in diesem !Falle betrug die Gesamtzusammensetzung des Ausgangsgemisches 75,1 Gew.-^ Siliziumnitrid, 13,72 Gew.-^ Aluminiumnitrid, 9,8 Gew.-JA Siliziumoxid, 0,88 Gew.-$ Aluminiumoxid, 0,25 Gew.- <fi Magnesiumoxid und 0,25 Gew.-^ Lithiumoxid. Das Endprodukt hatte dne Dichte von 3,17, einen mittleren Bruch-Modul von 100.400 psi bei Eaumtemperatur und einen Weibull-Modul von 14»6· Ferner wurde festgestellt, daß während des Heißpressens das Produkt 90$ seine«? Enddichte bei einer Temperatur von etwa 135O0C erreichte.In a modification of the seventh example, the same procedure was repeated, in this case the total composition of the starting mixture was 75.1% by weight silicon nitride, 13.72% by weight aluminum nitride, 9.8% by weight silicon oxide, 0, 88 wt .- $ alumina, 0.25 wt <fi magnesium oxide and 0.25 wt .- ^ lithium oxide. The final product had a density of 3.17, an average modulus of rupture of 100,400 psi at room temperature, and a Weibull modulus of 14 "6. The product was also found to be $ 90" during hot pressing. Final density reached at a temperature of about 135O 0 C.

In einer weiteren Abwandlung des siebten Beispiels wurde das zuvor ge-· brauchte Lithiumsilikat den Ausgangsmaterialien des sechsten Beispiels anstelle von Manganoxid zugesetzt, so daß die Gesamtzusammensetzjing des Gemisches 83,5 Gew.-^ Siliziumnitrid, 10 Gew.*-# Aluminiumnitrid, 0,125 Gew.-<$> Magnesiumoxid, 0,125 Gew.-$ Lithiumoxid und 6 Gew.-&$ Siliziumoxid betrug, wobei ein Teil des letzteren natürlich vom Lithiumsilikat beigetragen wurde* Eine ansdöLießende Behandlung des Gemisches folgte dem Verfahren des Zontrollexperiments, und das entstehende Produkt hatte eine Dichte von 3»2^ g/om , einen mittleren Bruch-Modul von 99*000 psi bei Raumtemperatur und einen Weibull-Modul von I3.In a further modification of the seventh example, the previously used lithium silicate was added to the starting materials of the sixth example instead of manganese oxide, so that the total composition of the mixture was 83.5% by weight silicon nitride, 10% by weight aluminum nitride, 0.125% by weight . - <$> magnesium oxide, 0.125 wt. Lithium oxide and 6 wt. & $ Silicon oxide, part of the latter being naturally contributed by the lithium silicate a density of 3 » 2 ^ g / om, an average modulus of rupture of 99 * 000 psi at room temperature and a Weibull modulus of I3.

In einem achten Beispiel gemäß der Erfindung wurde das Ausgangsgemisch des Eontrollexperiments erneut eingesetzt, außer daß in diesem Beipiel der Magnesiumoxidgehalt von 1 Gew.-jS auf 0,5 Gew.-$ reduziert wurde und daß darüber hinaus 0,5 Gew.-56 Titandioxid in das Gemisch eingeführt wurde. Das Verfahren des Kontrollexperiments wurde dann wiederholt, und bei Entnahme aus der Form wurde festgestellt, daß das Endprodukt einen mittleren Brueh-modul bei Raumtemperatur von 90.000 psi, einen Weibull-Modul von 12,6 und eine Dichte von 3,19 g/cm hatte. Durch Verfolgung der Bewegung des Graphitstempels während des Heißpreßvorgangs wurde ferner festgestellt, daß die Probe 905ε ihrer Enddichte erreichte, nachdem die Temperatur etwa 135O0C erreicht hatte, und das war natürlich eine niedrigere Temperatur als bei dem Kontrollexperiment. Wenn dasP rodukt ferner einem Kriechtest bei 1225° C bei einer aus-In an eighth example according to the invention, the starting mixture of the control experiment was used again, except that in this example the magnesium oxide content was reduced from 1% by weight to 0.5% by weight and that, in addition, 0.5% by weight of titanium dioxide was introduced into the mixture. The control experiment procedure was then repeated and, upon removal from the mold, the final product was found to have an average room temperature brew modulus of 90,000 psi, a Weibull modulus of 12.6 and a density of 3.19 g / cm . By following the movement of the graphite stamp during the hot pressing process, it was also found that the sample reached 905ε of its final density after the temperature had reached about 135O 0 C, which was of course a lower temperature than in the control experiment. Further, when the product is subjected to a creep test at 1225 ° C at an

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geübten Last von 5 t.si. unterzogen wurde, wurde festgestellt, daß das Produkt einem Kriechen von 0,10$ in 20 Stunden unterlag.practiced load of 5 t.si. was subjected to, it was found that the product underwent a $ 0.10 creep in 20 hours.

In der gleichen Weise, wie die in dem Verfahren nach dem ersten Beispiel eingesetzten Metalloxide, reakgierten das Magnesiumoxid und das Titandioxid des siebten Beispiels mit einem Teil des in dem Ausgangsgemisch vorhandenen Siliziumoxide, um ein Magnesium-Titaneiliklatglas entstehen zu lassen, dessen Liquidustemperatur unter der des Silikats lag, das entsteht, wenn Magnesiumoxid allein in dem Eontrollexperiment eingesetzt wird. Während dee Heißpressens lieferte das Magnesium-Titansilikat also eine weniger viskose Flüssigkeit als die, die das Magneeiumsilikat des Eontrollexperimente bei der gleichen Temperatur lieferte. Das Magnesium-Titansilikat ermöglichte also eine einfachere Yerdichtung des Materials, das heißgepreßt wurde, und damit entstand ein Endprodukt verbesserter Konsistenz, Fetigkeit und Dichte.In the same way as that in the method according to the first example metal oxides used, the magnesium oxide and titanium dioxide of the seventh example reacted with part of the in the starting mixture existing silicon oxide to a magnesium-titanium particlate glass to be formed, the liquidus temperature of which was below that of the silicate that is formed when magnesium oxide is used alone in the control experiment is used. During the hot pressing, the magnesium-titanium silicate was produced thus a less viscous liquid than that which the magnesium silicate of the control experiments at the same temperature. The magnesium titanium silicate thus made a simpler sealing possible of the material that has been hot-pressed, resulting in an end product of improved consistency, strength and density.

In einem neuten Beispiel der Erfindung wurde das Torgehen nach dem vorhergehenden Beispiel wiederholt, aber in diesem Fall wurden die Mengen an Magnesiumoxid und Titandioxid im Ausgangsmaterial beide auf -1 Gew.-$ des Gesamtgemisches erhöht, während der Siliziumnitridgehalt um 1 Gew.-^ verringert wurde. Bas Ausgangsgemisoh enthielt also 75»6 Gew ~# Siliciumnitrid, 15,72 Gew.-% Aluminiumnitrid, 9,8 Gew.-^ Siliziumoxid, 0,88 Gewichts-56 Aluminiumoxid, 1 Gew.-fi Magnesiumoxid und 1 Gew.-^ Titandioxid. Bas Endprodukt hatte einen mittleren Bruchmodul bei Raumtemperatur von 7^.000 psi, einen Weibull-Modul von 8 und eine Enddichte von 3t Ferner wurde festgestellt, daß während des Heißpressens das Material 90$ seiner Siddichte bei einer Temperatur von etwa 155O°C erreichte.In a new example of the invention, the goal of the previous example was repeated, but in this case the amounts of magnesium oxide and titanium dioxide in the starting material were both increased to -1% by weight of the total mixture, while the silicon nitride content was decreased by 1% by weight became. Thus Bas Ausgangsgemisoh contained 75 "6 wt ~ # silicon nitride, 15.72 wt -.% Aluminum nitride, 9.8 wt .- ^ silica, 0.88 weight-56 alumina, 1 wt -fi magnesium oxide and 1 wt .- ^. Titanium dioxide. The final product had an average rupture modulus at room temperature of 7,000 psi, a Weibull modulus of 8, and a final density of 3t. Further, it was found that during hot pressing the material reached 90% of its side density at a temperature of about 1550 ° C.

Obgleich in jedem der vorstehenden Beispiele nur zwei Metalloxide dem Ausgangsmaterial zugesetzt wurden, um das erforderliche Silizium-AIuminiumoxynitrid entstehen zu lassen, versteht es sich, das mehr als zwei Metalloxide eingesetzt werden können. In einem zehnten Beipiel der Erfindung wurde das Vorgehen nach den vorhergehenden Beispielen wiederholt, und zwar mit einem Ausgangsgemisch, das aus 10 Gew.-^ Aluminiumnitrid, 6 Gew.-^ Siliziumoxid, 85,7 Gew.-# Siliziumnitrid, 0,1 Gew-$ Magnesiumoxid, 0,1 Gew.-$ Lithiumoxid und 0,1 Gew.-^ Boroxid (B2O,) be-Although only two metal oxides were added to the starting material in each of the preceding examples in order to produce the required silicon-aluminum oxynitride, it is understood that more than two metal oxides can be used. In a tenth example of the invention, the procedure according to the preceding examples was repeated, with a starting mixture consisting of 10 wt .- ^ aluminum nitride, 6 wt .- ^ silicon oxide, 85.7 wt .- # silicon nitride, 0.1 wt - $ magnesium oxide, 0.1 wt .- $ lithium oxide and 0.1 wt .- ^ boron oxide (B 2 O,)

B09827/0725 - U -B09827 / 0725 - U -

stand. In diesem Gemisch bildeten das Magnesiumoxid und das Lithiumoxid, ein erstes "bzw. ein zweites Metalloxid, und diese wurden wie im siebten Beispiel in gleichen Gewiohtsanteilen eingeführt, weil sie dann mit einem Teil des Siliziumoxids reagierten, das vorhanden war, um ein niedrigschmelzendes Glas entstehen zu lassen. Der Effekt des Zusetzens des dritten Metalloxids, das heißt des Boroxids, bestand darin, das der Schmelzpunkt des Glases gesenkt wurde. Das in diesem Beispiel eingesetz-' te Boroxid wurde durch OaIo!nieren von Orthoborsäure bei 8000G erzeugt, wobei das entstehende Oxid dann zermahlen und mit den anderen Ausgangsmaterialien in einer Kolloidmühle gemischt wurde. Unter Verwendung dieses Gemisches wurde festgestellt, daß die Eeramikphase des heißgepreßten Produkts im wesentlichen ganz aus einer Verbindung bestand, die einen Wert von größenordnungsmäßig 0,8 in der vorstehenden lOrmel hatte. Ferner wurde festgestellt, daß das Produkt einen mittleren Bruohmodul bei Baumtemperatur von 90.000 psi, einen Wiebull-Modul von 10 hatte. Wenn das ■ gesinterte Produkt ferner einem Krieohtest bei 1227°0 und bei ausgeübter Last von 5 t.s.i. unterzogen wurde, wurde festgestellt, daß es einem Kriechen von 0,05$ in 100 Stunden unterlag. ,was standing. In this mixture, the magnesium oxide and lithium oxide formed a first and a second metal oxide, respectively, and these were introduced in equal proportions by weight as in the seventh example, because they then reacted with part of the silicon oxide which was present to form a low-melting glass to let. the effect of adding the third metal oxide, that is the boron oxide, was that which was lowered the melting point of the glass. the eingesetz- in this example, 'te boron oxide was OaIo! ne of Orthoborsäure at 800 0 G generated, the resulting oxide was then ground and mixed with the other starting materials in a colloid mill, using this mixture it was found that the ceramic phase of the hot-pressed product consisted essentially entirely of a compound having a value of the order of 0.8 in the preceding 1-order The product was also found to have an average Bruoh modulus at tree tempera ture of 90,000 psi, a Wiebull module of 10. Further, when the sintered product was subjected to a creep test at 1227 ° 0 and with an applied load of 5 tsi, it was found to undergo creep of $ 0.05 in 100 hours. ,

In einer Abwandlung des zehnten Beispiels wurde das Vorgehen wiederholt, jedoch mit 0,1 Gew.r$ eines vierten Metalloxids in der Form von Aluminiumoxid, das dem Ausgangsgemisch zugesetzt wurde, wobei der Siliziumnitridgehalt des Gemisches um 0,1 Gew.-% verringert wurde, um einen Ausgleich für die Aluminiumoxidzugabe zu schaffen. Es wurde festgestellt, daß die Zugabe des Aluminiumoxids ferner die Verdichtung des Keramikmaterials während des Sinterns unterstützte.In a modification of the tenth example, the procedure was repeated, but with 0.1 Gew.r $ a fourth metal oxide in the form of aluminum oxide, which was added to the starting mixture, the Siliziumnitridgehalt of the mixture to 0.1 wt -.% Was reduced to compensate for the alumina addition. It was found that the addition of the alumina also aided in densification of the ceramic material during sintering.

jaYes

In einem elften eispiel wurden drei Metalloxide erneut in das Ausgangsgemisch eingeführt, das in diesem Falle aus 11 Gew.-^ Aluminiumnitrid, 6 Gew.-$ Siliziumoxid, 80,75 Gew.-$ Siliziumnitrid, 0*25 Gew.-$ Magnesiumoxid, 1 Gew.-$ Manganoxid (Mn,Q4) und 1 Gew.-$ Ferrioxid bestand. Das Heißpressen des Kontrollexperiments wurde erneut durchgeführt, und wie im vorhergehenden Beispiel bestand die Keramikphase des entstehenden Produkte im wesentlichen ganz aus einer Verbindung mit einem ζ-Wert von ' etwa 0,8 in der vorstehenden Formel. Ferner wurde festgestellt, daß das Produkt einen mittleren Bruchmodul von 10V5O00 psi bei Raumtemperatur und einen Weibull-Modul von 20 hatte.In an eleventh EXAMPLE three metal oxides were re i n the initial mixture introduced, which in this case consists of 11 wt .- ^ aluminum nitride, 6 wt .- $ silicon oxide, 80.75 wt .- $ silicon nitride, 0 * 25 wt .- $ of magnesium oxide , 1 wt .- $ manganese oxide (Mn, Q 4 ) and 1 wt .- $ ferric oxide consisted. The hot pressing of the control experiment was repeated and, as in the previous example, the ceramic phase of the resulting product consisted essentially entirely of a compound having a ζ value of about 0.8 in the formula above. The product was also found to have a mean rupture modulus of 1105000 psi at room temperature and a Weibull modulus of 20.

£09827/0725 . -14-£ 09827/0725. -14-

Es versteht sich, daß jedes der vorstehenden Beispiele ohne Druckausübung während des Sinterns hätte durchgeführt werden können. In einem zwölften Beispiel der Erfindung wurde folglich eine Probe des Ausgangsgemischas aus dem vorhergehenden Beispiel in einen Gummisack gegeben und isostatisch bei Ba»umtemperatur und bei einem Druck von 20.000 t.s.i unter Verwendung einer hydraulischen Umschließung gepreßt, ttm eine Vorform entstehen zu lassen, die eine Dichte von 1,5 g/cnr hatte. Diese Vorform wurde dann mit einem Gemisch beschichtet, die aus gleichen Gewichtsteilen Bornitrid und Siliziumoxid bestand, und eie wurde in ein Bornitridpulverbett vergraben, das in einem Graphittopf enthalten war. Das Ganze wurde dann eine Stunde lang bei 1700°0 erhitzt, und daraufhin wurde die Temperatur auf 1800 0 erhöht und auf diesen Wert eine weitere Stunde lang gehalten. Das gesinterte Produkt hatte einen mittleren Bruchmodul bei Eaumtemperatu<r von 45.000 ps.i., einen Weibull-Modul von 12 und eine Dichte von 2,55 g/cm*.It is to be understood that each of the foregoing examples is excerpted from pressure could have been done during sintering. In a twelfth example of the invention, a sample of the starting mixture was thus used from the previous example placed in a rubber bag and isostatic at tree temperature and at a pressure of 20,000 t.s.i pressed using a hydraulic enclosure, ttm to create a preform which had a density of 1.5 g / cm3. This preform was then coated with a mixture consisting of equal parts by weight of boron nitride and silicon oxide, and it became buried in a boron nitride powder bed contained in a graphite pot was. The whole was then heated for one hour at 1700 ° 0, and the temperature was then increased to 1800 0 and held at this value for a further hour. The sintered product had one mean breaking modulus at room temperature of 45,000 ps.i., a Weibull modulus of 12 and a density of 2.55 g / cm *.

In jedem der vorstehenden Beispiele bestand die Keramikphase des gesinterten Produkts ganz oder vorherrschend aus einer Verbindung, die die vorstehende Formel erfüllte und einen z-Wert hatte, 'der gleich oder kleiner als 1 war. Es versteht sich jedooh, daß das beschriebene Verfahren auch dazu benutzt werden kann, Keramikmaterialien »herzustellen, die Werte bis zu 5 in d.er vorstehenden Formel haben. In einem dreizehnten Beispiel wurde folglich ein Keramikmaterial mit einem z-Wert gleich 4 in der vorstehenden Formel dadurch hergestellt, daß ein Ausgangsgemisch gesintert wurde, das aus 38 Gew.-^ Aluminiumnitrid, 22,5 Gew.-$ Siliziumoxid, 22,5 Gew.-$ Aluminiumoxid, 16 Gew.-&$ Siliziumnitrid und 1 Gew.-^ Lithiumoxid bestand. In diesem Gemisch bildete ein Teil des Aluminiumoxids eines der glasbildenden Metalloxide, während der Best bei der erhöhten Temperatur des Sintervorgangs zur Herstellung des benötigten Keramikmaterials reagierte. Ferner wurde das Lithiumoxid den Ausgangsmaterialien in der Form von Lithiumsilikat wie im siebten Beispiel zugesetet, so daß» ein Teil des Siliziumoxids im Ausgangsgemisch vom Lithiumsilikat aufgebracht wurde» wenn das Ausgangsgemisch nach dem Verfahren des Kontrollexperiments heißgepreßt wurde, hattte das entstehende gesinterte Produkt einen mittleren Bruchmodul bei Raumtemperatur von 45«000 psi, während dann, wenn das Gemisch ohne die Ausübung von Druck nach .In each of the above examples, the ceramic phase of the sintered product consisted entirely or predominantly of a compound which satisfied the above formula and had a z value equal to or less than one. It is understood jedooh that the method described can also be used to ceramic materials »manufacture, the values up to 5 have i n d.er above formula. In a thirteenth example, a ceramic material with a z-value equal to 4 in the above formula was thus produced by sintering a starting mixture consisting of 38 wt .- ^ aluminum nitride, 22.5 wt .- $ silicon oxide, 22.5 wt .-% - aluminum oxide, 16% by weight & $ silicon nitride and 1% by weight lithium oxide. In this mixture, some of the aluminum oxide formed one of the glass-forming metal oxides, while the best reacted at the elevated temperature of the sintering process to produce the required ceramic material. Furthermore, the lithium oxide was added to the starting materials in the form of lithium silicate as in the seventh example, so that "part of the silicon oxide in the starting mixture was applied by the lithium silicate" If the starting mixture was hot-pressed according to the method of the control experiment, the resulting sintered product had an average modulus of rupture at room temperature of 45 «000 psi, while when the mixture without the application of pressure after.

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der Methode des zwölften Beispiele* gesintert .wurde, das gesinterte Produkt einen mittleren Bruchmodul bei Haaum tempera tor von 55*000 psi und einen Weibull-Modul von 8 hatte.was sintered using the method of the twelfth example *, the sintered Product has an average modulus of rupture at skin temperature of 55 * 000 psi and had a Weibull modulus of 8.

Obgleich· in den vorstehenden Beispielen daie Gemische, die erhitzt worden sind» um das gewünschte Keramikaprodukt entstehen zu lassen, Siliziumnitrid enthalten haben, kann das beschriebene Yefrfahren auch mit Gemischen durchgeführt werden, die allein aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und zwei oder mehr Metalloxiden bestehen. Wenn jedoch Siliziumnitrid im Ausgangsgemisch nicht vorhanden ist, ist festgestellt worden, daß in der reaktionsfähigen Substanz, die bei Erhitzen entsteht, das Atomverhältnis von Silizium:Aluminium»Siliziumt Sauerstoff gleich 6-ztzi8-z:z sein kann, der ζ-Wert aber immer mehr als 4 beträgt» Das aus einem solchen Material anfallende Keramikmaterial hat also immer einen z-Wert, der mehr als 4 in 4er vorstehenden Formel beträgt« . , ■Although · in the preceding examples, the mixtures that heated have been »to create the desired ceramic product, Have contained silicon nitride, the described Yefrfahren can also be carried out with mixtures consisting solely of silicon oxide, aluminum oxide, aluminum nitride and two or more metal oxides. However, if silicon nitride is not present in the starting mixture, it is been found to be in the reactive substance when heated arises, the atomic ratio of silicon: aluminum »silicont Oxygen can be equal to 6-ztzi8-z: z, but the ζ value always increases as 4 is »The ceramic material obtained from such a material so always has a z-value that is more than 4 in the 4's above Formula is «. , ■

Es versteht sich, daß in den beschriebenen Beispielen eines oder mehrere der Metalloxide in die Ausgangsgemische als Metallverbindungen eingeführt werden können, die sich auf die benötigten Oxide bei anschließender Erhitzung zersetzen können. Wie im siebten Beispiel können die Metalloxide also in Kombination mit einem Teil des Siliziumoxids als Metallsilikate eingeführt werden. Ferner kann das in dem Gemisch benötigte Aluminiumoxid bei der Heißpreßtemperatur in Ausgangsmaterialien als Aluminiumhydroxid eingeführt werden, während das Siliziumoxid als Xthylsilikat eingeführt werden kann. Entsprechend können als Ausgangsmaterialien Siiiziumoxynitrid (zur Lieferung von Siliziumoxid und Siliziumnitrid bei der Heißpreßtemperätur) und Aluminiumoxynitrid (zur Lieferung von Aluminiumnitrid und Siliziumoxid bei der Heißpreßtemperätur) verwendet werden.It is understood that in the examples described, one or more the metal oxides can be introduced into the starting mixtures as metal compounds that relate to the required oxides when subsequent Can decompose when heated. As in the seventh example, the metal oxides can be used in combination with part of the silicon oxide be introduced as metal silicates. Furthermore, this can be in the mixture required alumina at hot press temperature in raw materials can be introduced as aluminum hydroxide, while the silicon oxide can be introduced as ethyl silicate. Accordingly, as Raw materials silicon oxynitride (for supplying silicon oxide and silicon nitride at the hot pressing temperature) and aluminum oxynitride (for the delivery of aluminum nitride and silicon oxide at the hot pressing temperature) be used.

Bei der Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist vorzugsweise mindestens eines der Metalloxide, die reagieren, um das Siilikatglas mit niedrigem Schmelzpunkt zu erzeugen, in der Lage, in das Kristallgitter des entstehenden Silizium-Aluminiumoxynitod-Keramikmaterials einzudringen. Auf diese Weise schmilzt das Glas nicht nur wäh-When carrying out the method described above, it is preferred at least one of the metal oxides that react to form the silicate glass with low melting point, able to produce in the Crystal lattice of the resulting silicon-aluminum oxynitod ceramic material to penetrate. In this way, the glass not only melts

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rend des Brhitzens, tun die Verdichtung der Ausgangsmaterialien und damit die Herstellung des benötigten verdichteten Keramikprodukts zu unterstützen, sodern auch dann, wenn die Temperatur auf den für die Herstellung des Keramikmaterialsgefceforderten Wert steigt, wird die Zusammensetzung des Glases auf Grund der Tatsache geändert, daß ein Teil mindestens eines der Metalloxide in das Keramikgitter gelangt. Diese Änderung in der Glaszusammensetzung dürfte mit einer Erhöhung im Schmelzpunkt des Glases einhergehen, so daß die Hochtemperatureigenschaften des verdichteten Keramikprodukts verbessert werden. In dieser Hinsicht versteht es sich, daß alle vorstehend offenbarten Metalloxide in der Lage sind, in das Gitter der entstehenden Keramikmaterialien zu gelangen.rend of boiling, the compaction of the raw materials and do to support the production of the required compacted ceramic product, but also when the temperature is on the for the production of the ceramic material required increases the composition of the glass changed due to the fact that a part of at least one of the metal oxides gets into the ceramic lattice. This change in the glass composition is believed to be accompanied by an increase in the melting point of the glass, so that the high temperature properties of the densified ceramic product can be improved. In this regard, it is to be understood that all are disclosed above Metal oxides are able to get into the lattice of the resulting ceramic materials.

In jedem der Ausgangsgemische der vorstehenden Beispiele ist deie Gesamtmenge an Metalloxiden, die reagieren, um das Silikatglas mit niedrigem Schmelzpunkt entstehen zu lassen, in der Größenordnung von 2 Gew.-fo des Gemisches und darunter gelegen. Es versteht sich jedoch, daß größere Mengen der Metalloxide mit Nutzen eingesetzt werden, können, besondern dann, wenn ein Sintern ohne Ausübung von Druck erfolgt, um die Verdichtung zu unterstützen. In dieser Hinsicht wird der Metalloxidgehalt normalerweise so eingerichtet, daß unter Brücksichtung von Gewichtsverlusten während des Sinterns die Menge an Silikatglas in dem gesinterten Produkt 5 Gew.-^ des Produkts nicht überschreitet. Das ist natürlich keine absolute Grenze, weil größere Glasgehalte tolerierbar sind, besonders dann, wenn das Produkt bei niedrigen Temperaturen und in Situationen verwendet werden soll, bei denen dessen Kriechfestigkeit nicht wichtig ist (z.B. als korrosionsbeständiges Material) .In each of the starting mixtures of the preceding examples, the total amount of metal oxides that react to form the low melting point silicate glass is on the order of 2 parts by weight of the mixture and less. It will be understood, however, that larger amounts of the metal oxides can be used with benefit, especially when sintering is done without the application of pressure to aid densification. In this regard, the metal oxide content is normally adjusted so that, taking into account weight loss during sintering, the amount of silicate glass in the sintered product does not exceed 5% by weight of the product. This is of course not an absolute limit, because higher glass contents can be tolerated, especially if the product is to be used at low temperatures and in situations where its creep resistance is not important (e.g. as a corrosion-resistant material).

Bei der Durchführung der vorstehend beschriebenen Verfahren ist es natürlich möglich, daß eines oder mehrere der Ausgangsmaterialien als Verunreinigungen Metalloxide enthalten, die mit Siliziumoxid raeagieren können, um ein Silikatglas mit niedrigem Schmelzpunkt entstehen zu lassen. Es ist deshalb nötig, solche Verunreinigungen bei der Berechnung der Mengen an Metalloxid zu berücksichtigen, die den Ausgangsmaterialien zugesetzt werden.It is natural in performing the methods described above possible that one or more of the starting materials contain as impurities metal oxides which react with silicon oxide to create a silicate glass with a low melting point. It is therefore necessary to include such impurities in the calculation the amounts of metal oxide added to the starting materials.

509827/0725 " n "509827/0725 " n "

Ferner versteht es sich, daß bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Sintern der Ausgangsmaterialien "bei oder über 12000G durchgeführt werden muß, weil unter dieser Temperatur keine oder kaum eine Reaktion entsteht, um das benötigte Keramikmaterial entstehen zu lassen. Die Sintertemperatür adarf jedoch 2DOO0C nicht überschreiten, weil über dieser Temperatur mindestens einige Stoffe eine ausgeprägte Tendenz zur Trennung zeigen. Die optimale Temperatur beträgt deshalb
zwischen 1500°0 und 18000O, weil das zu einer vernünftigen Reaktionsrate führt, ohne zu großen Gewichtsverlusten zu führen. Bs versteht
sich jedoch, daß selbst dann, wenn die Sintertemperatur innerhalb des optimalen Bereichs liegt, einige Gewichtsverluste unvermeidlich sind, beispielsweise des Lithiumoxids in dem siebten, zehnten und dreizehnten Seispiel, und diese müssen bei der Berechnung der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials in Rechnung gestellt werden.
It is further understood that a sintering of the starting materials "at or above 1,200 0 G must be carried out in the implementation of the method, because below this temperature little or no reaction occurs to give rise to the required ceramic material. However, the sintering temperature door adarf not exceed 2DOO 0 C because above this temperature for at least some substances show a marked tendency to separate. The optimal temperature is therefore
between 1500 ° 0 and 1800 0 O, because this leads to a reasonable reaction rate without leading to large weight losses. Bs understands
however, even if the sintering temperature is within the optimum range, some weight loss is inevitable, such as lithium oxide in the seventh, tenth and thirteenth examples, and these must be taken into account when calculating the composition of the raw material.

AnsprücheExpectations

509827/0725509827/0725

Claims (24)

J2 f in sprächeJ2 f in languages 1. Yerfaiiren zur Herstellung eines gesinterten Keramikprodukts, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumnitrid und Siliziumoxid bei einer Temperatur von zwischen 1200°C und 2000°C zur Reaktion gebracht werden, derart, daß ein Einphasen-Silizium-Aluminiumoxynitrid-Keramikmaterial entsteht, wobei das Reaktionsgemisch bei der Temperatur nicht mehr als 60 Gew.-^ des Aluminiumnitrids enthält und außerdem erste und zweite Metalloxide-enthält, bei denen es sich nicht um Siliziumoxid handelt, wobei die genannten Metalloxide so vorgesehen sind, daß sie in das Gemisch eine Kombination von Magnesiumoxid und Aluminiumoxid allein einführen, und weiter so vorgesehen sind, daß während der Reaktion sie sich mit einem Teil des .Siliziumoxids zur Bildung eines Silikatglases kombinieren, das eine Liquidustemperatur unter derjenigen hat, die das Silikatglas hat, das aus Siliziumoxid mit dem einen oder dem anderen der Metalloxide allein entsteht, wobei das entstehende Silikatglas die Verdichtung des Keramikmaterials unterstützt.1. Yerfaiiren for the manufacture of a sintered ceramic product, characterized in that aluminum nitride and silicon oxide are reacted at a temperature of between 1200 ° C and 2000 ° C, such that a single-phase silicon-aluminum oxynitride ceramic material arises, the reaction mixture at the temperature containing no more than 60 wt .- ^ of the aluminum nitride and also contains first and second metal oxides, which are not is silicon oxide, the metal oxides mentioned are provided in such a way that they contain a combination of magnesium oxide and aluminum oxide in the mixture introduce alone, and are further provided so that during the reaction they are with a portion of the .Silikumids to form a Combine silicate glasses that have a liquidus temperature below that which has the silicate glass made from silicon oxide with one or the other of the metal oxides alone, the resulting silicate glass supports the compaction of the ceramic material. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial mehr als 95 Gew.-^ einer Verbindung enthält, die die Formel2. The method according to claim 1, characterized in that that the ceramic material has more than 95 wt .- ^ of a compound that contains the formula Si6-z A1z N8-z °z erfüllt, in der ζ größer als Null und kleiner als oder gleich 5 ist. Si 6-z A1 z N 8-z ° z fulfilled, in which ζ is greater than zero and less than or equal to 5. 3. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Keramikprodukts, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur zwischen 12000C und 2000 C ein Gemisch gesintert wird, daas zwischen 15 und 45 Gew.-'fo Siliziumoxid, zwischen 0,05 und 50 Gew.-^ Aluminiumoxid, und zwisohen 40 und 60 Gew. -$& Aluminiumnitrid in solchen relativen Anteilen enthält, daß bei der Temperatur ein Keramikmaterial entsteht, . das mindestens 95 Gew.-$ einer Verbindung enthält, die die lOrmel3. A method for producing a sintered ceramic product, characterized in that a mixture is sintered at a temperature between 1200 0 C and 2000 C, daas between 15 and 45 wt. -'Fo silicon oxide, between 0.05 and 50 wt .- ^ Aluminum oxide, and between 40 and 60% by weight of aluminum nitride in such relative proportions that a ceramic material is formed at the temperature,. which contains at least 95% by weight of a compound which the lOrmel Si6-z A1z N8-z °z Si 6-z A1 z N 8-z ° z erfüllt, in der ζ größer als Hull oder kleiner als oder gleich 5 ist, wobei das Gemisch außerdem mindestens zwei Metalloxide enthält, bei de-fulfilled, in which ζ is greater than Hull or less than or equal to 5, wherein the mixture also contains at least two metal oxides, in which ' 28 465 28 465 5098 2 7/07255098 2 7/0725 nen es sich nicht um Siliziumoxid handelt und edie so vorgesehen sind, daß während des Erhitzens sie mit einem Teil des in dem Gemisch vorhandenen Siliziumoxids zur Bildung eines Silikatglases reagieren, das eine Liquidustemperatur unter der hat, die das Silikat hat, das aus Siliziumoxid mit dem einen oder dem anderen der Metalloxide allein entsteht, wobei das Glas die Verdichtung des Keramikmaterials unterstützt.if it is not silicon oxide and is intended to that during the heating they are mixed with some of that present in the mixture Silica react to form a silicate glass, which has a liquidus temperature below that of the silicate, that of silicon oxide with one or the other of the metal oxides alone is formed, with the glass supports the compaction of the ceramic material. 4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch außerdem Siliziumnitrid bei der Temperatur enthält und die relativen Anteile von Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliziumbxid in dem Gemisch derart sind, daß bei der Temperatur eine reaktionsfähige Substanz entsteht, die mindestens 95 Gew.-fo des Gemisches bildet und in der das Atomverhältnis von Silizium: Alumimium:Stickstoff:Sauerstoff 6-z:z:8-z:z beträgt, in dem ζ größer als Null nnd kleiner oder gleich-4 ist, wobei die Komponenten der reaktionsfähigen Substanz zur Bildung des Keramikmaterials miteinander reagieren. ·4. The method according to claim 3 »characterized in that the mixture also contains silicon nitride at the temperature and the relative proportions of silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride and silicon oxide in the mixture are such that a reactive substance is formed at the temperature, which is at least 95 wt . -fo of the mixture and in which the atomic ratio of silicon: aluminum: nitrogen: oxygen is 6-z: z: 8-z: z, in which ζ is greater than zero and less than or equal to -4, the components of reactive substance react with each other to form the ceramic material. · 5· Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Siliziumoxids in dem Gemisch bei der TemjB?atur als eine Verunreinigung vorhanden ist, die das Siliziumnitrid enthält.5 · The method according to claim 4 »characterized in that that at least a portion of the silicon oxide in the mixture is present at the temperature as an impurity, which is the silicon nitride contains. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch Siliziumnitrid nicht enthält und daß die relativen Anteile von Alumainiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliziumoxid in dem Gemisch derart sind, daß bei der Temperatur einereaktionsfähigee-Substanz entsteht, die mindestens 95 Gew.-% des Gemisches bildet, wobei dasAßtomverhältnis von Silizium:Aluminium/Stickstoff»Sauerstoff 6-z:z:8-z:z beträgt, wobei ζ größer als 4 und kleiner als oder gleich 5 ist, wobei die Komponenten der reaktionsfähigen Substanz zur Bildung des Keramikmaterials miteinander reagieren.6. The method according to claim 3, characterized in that that the mixture does not contain silicon nitride and that the relative proportions of aluminum oxide, aluminum nitride and silicon oxide in the mixture are such that at the temperature a reactive substance forms which constitutes at least 95% by weight of the mixture, wherein the atomic ratio of silicon: aluminum / nitrogen »oxygen 6-z: z: 8-z: z, where ζ is greater than 4 and less than or equal to 5, the components of the reactive substance forming of the ceramic material react with each other. 7· Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Aluminiumoxids ■ in dem Gemisch bei der Temperatur als eine Verunreinigung vorhanden ist,7. Method according to one of Claims 3 to 6, characterized in that that at least a portion of the alumina ■ is present in the mixture at the temperature as an impurity, 509827/0725 -3. -509827/0725 -3. - XOXO die das Aluminiumnitrid enthält.which contains the aluminum nitride. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 71 dadurch gekennzeichnet, daß die Liquidustemperatur des aus Siliziumoxid mit den Metalloxiden zusammen gebildeten Silikats mindestens um 1OQ0G unter der des Silikats liegt, das aus Siliziumoxid mit jedem Metalloxid allein entsteht.8. The method according to any one of claims 1 "to 71, characterized in that the liquidus temperature of the silicate formed from silicon oxide with the metal oxides together is at least 10Q 0 G below that of the silicate formed from silicon oxide with each metal oxide alone. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen mit einer Druckbeaufschlagung einhergeht.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that that the heating is accompanied by pressurization. 10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide jeweils Preßhilfen für das Keramikmaterial sind und deren Gesamtmenge in dem Gemisch weniger als die Menge beträgt, die benötigt wird, wenn jedes Metalloxid allein vorhanden ist.10. The method according to claim 9 »characterized in that that the metal oxides are each pressing aids for the ceramic material and their total amount in the mixture is less than the amount, which is needed when each metal oxide is present alone. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch, gekennzeichnet , daß das Erhitzen ohne Druck durchgeführt wird,11. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized that the heating is carried out without pressure, 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Bestandteile, die in dem Gemisch bei der Temperatur vorhanden sind, in die Ausgangsmaterialien zur Herstellung des Gemisohes als eine Verbindung eingeführt wird, die für den benötigten Bestandteil oder die benötigten Bestandteile bei der Temperatur sorgt.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that that at least one of the ingredients present in the mixture at the temperature is included in the starting materials for the preparation of the Gemisohes is introduced as a compound appropriate for the required ingredient or ingredients at the temperature. 1J. Verfahren naoh einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Metalloxide in das Gemisch als Metallverib»indungen eingeführt wird, die auf die benötigten Oxide während des Erhitzens zersetzbar sind.1Y. Method according to one of Claims 1 to 12, characterized in that that at least one of the metal oxides is introduced into the mixture as metal compounds which are based on the required Oxides are decomposable during heating. 14· Verfahren naoh einem der Ansprüche 1bis12, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Eeaktion zur Herstellung des Silikatglases mindestens eines der Metalloxide in dem Gemisch in Kombination mit einem Teil des Siliziumoxids als ein Metallsilikat vorhanden ist..14. Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that that before the reaction to produce the silicate glass, at least one of the metal oxides in the mixture in combination with part of the silica present as a metal silicate .. 509827/0725 _4.509827/0725 _ 4 . 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis I4» dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Magnesiumoxid, Aluminiumoxid', einem Manganoxid, Lithiumoxid, Titandioxid, einem Boroxid und Ferrioxid besteht.15. The method according to any one of claims 1 to I4 »characterized in that that the metal oxides are selected from the group consisting of magnesium oxide, aluminum oxide ', a manganese oxide, lithium oxide, There is titanium dioxide, a boron oxide and ferric oxide. 16. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide Magnesiumoxid und Trimangantetraoxid enthalten. 16. The method according to claim 15 »characterized in that that the metal oxides contain magnesium oxide and trimanganese tetraoxide. 17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumoxid und das Manganoxid in dem Gemisch in einem Gewichtsverhältnis yin der Größenordnung von jeweils 1:4 vorhanden sind.17. The method according to claim 16, characterized in that that the magnesium oxide and the manganese oxide are present in the mixture in a weight ratio y of the order of 1: 4 each. 18. Verfahren nach Anspruch .16 oder I7» dadurch gekennzeichnet , daß die Metalloxide ferner Ferrioxid aufweisen.18. The method according to claim .16 or I7 »characterized that the metal oxides also contain ferric oxide. 19. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide Magnesiumoxid und Lithiumoxid aufweisen, die in dem Gemisch in im wesentlichen gleichen Gewichtsanteilen vorhanden sind.19. The method according to claim 15 »characterized in that that the metal oxides comprise magnesium oxide and lithium oxide which are present in the mixture in substantially equal proportions by weight are. 20. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide auch ein Oxid von Bor aufweisen.20. The method according to claim 19 »characterized in that that the metal oxides also include an oxide of boron. 21. Verfahren nach Anspruch 20, da durch gekennzeichnet, daß die Metalloxide weiter Aluminiumoxid aufweisen.21. The method according to claim 20, characterized in that that the metal oxides further comprise aluminum oxide. 22. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich:-· net, daß die Metalloxide Magnesiumoxid und Titandioxid sind und in dem Gemisch in im wesentlichen gleichen Gewichtsanteilen vorhanden sind.22. The method according to claim 15, characterized in: - net that the metal oxides are magnesium oxide and titanium dioxide and in are present in the mixture in substantially equal parts by weight. 25. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxide Lithiumoxid und Aluminiumoxid sind.25. The method according to claim 15 »characterized in that that the metal oxides are lithium oxide and aluminum oxide. 24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an den Metalloxiden, die in dem Gemisch bei der Temperatur vorhanden sind, derart ist, daß das Silikat-24. The method according to any one of claims 1 "to 23, characterized in that that the amount of the metal oxides present in the mixture at the temperature is such that the silicate 509827/0725 _ 5 _509827/0725 _ 5 _ glas bis zu 5 Gew.-$ des gesinterten Produkts bildet.glass forms up to 5% by weight of the sintered product. 509827/0725509827/0725
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