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DE2751769A1 - Siliciumcarbid-pulver und verfahren zur herstellung eines sinterkoerpers aus dem pulver - Google Patents

Siliciumcarbid-pulver und verfahren zur herstellung eines sinterkoerpers aus dem pulver

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DE2751769A1
DE2751769A1 DE19772751769 DE2751769A DE2751769A1 DE 2751769 A1 DE2751769 A1 DE 2751769A1 DE 19772751769 DE19772751769 DE 19772751769 DE 2751769 A DE2751769 A DE 2751769A DE 2751769 A1 DE2751769 A1 DE 2751769A1
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DE
Germany
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silicon carbide
powder
powder according
carbide powder
dipl
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19772751769
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English (en)
Inventor
John Allan Coppola
Harry Alan Lawler
Carl Hewes Mcmurtry
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Unifrax I LLC
Original Assignee
Carborundum Co
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Filing date
Publication date
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Publication of DE2751769A1 publication Critical patent/DE2751769A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—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
    • 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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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
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  • Ceramic Products (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Description

COHAOSZ & FLORACK
PATENTANWALTSBÜRO Z / O \ / O vJ
SCHUMANNSTR Θ7 · D-4OOO DÜSSELDORF Telefon: (0211) 68334« f\ Telex: 08586513 cop d
PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-lna. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ
THE CARBORUNDUM COMPANY
Niagara Falls, New York 14302 (USA)
SiI iciumcarbid-Pulver und Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus dem Pulver
Die Erfindung betrifft ein Siliciumcarbid-Pulver und ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus dem Pulver.
Siliciumcarbid, eine kristalline Verbindung des Siliciums mit Kohlenstoff, wird seit langem wegen seiner Härte, Festigkeit sowie ausgezeichneten Beständigkeit gegen Oxydation und Korrosion geschätzt. Siliciumcarbid hat eine niedrige Wärmeausdehnungszahl, gute Wärmeübertragungseigenschaften und eine hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen. In den letzten Jahren sind Verfahren zur Herstellung hochdichter Siliciumcarbid-Körper aus Siliciumcarbid-Pulvern entwickelt worden, zu denen das Binden mit Reaktionsbindemitteln, Aufdampfen chemischer Bindemittel, Heißpressen und druckloses Sintern (Formen des Körpers und nachfolgendes Sintern) gehören. Beispiele dieser. Verfahren sind in den USA-Patentschriften 3 853 566, 3 852 099, 3 954 483 und 3 960 577 beschrieben. Die auf diese Weise erhaltenen Siliciumcarbid-Körper sind ein ausgezeichnetes technisches Halbzeug und finden zur Herstellung von Bauteilen für Turbinen, Wärmeaustauscher, Pumpen und andere Ausrüstungen sowie von Werkzeugen Anwendung, die einer starken Verschleißbeanspruchung und/oder hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
809826/0539
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Siliciumcarbid-Pulver zur Verfugung zu stellen, das für die Herstellung hochdichter Sinterkörper geeignet ist und dabei die Nutzung der a-Kristallform des Siliciumcarbids ermöglicht. Ferner soll ein Verfahren zur Herstllung hochdichter Sinterkörper aus diesem SiC-Pulver angegeben werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Pulver 5 bis 100 Gew.-% a-Siliciumcarbid sowie maximal folgende Bestandteile
SiO2 2,00 Gew.-%
freies Silicium 0,25 " "
Eisen 0,50 " "
Alkali- und Erdalkalimetalle 0,50 " "
Metalloxide insgesamt 3,75 " "
enthält und die Teilchen eine mittlere Korngröße von 0,10 bis 2,50 μπι haben.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sowie das Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus dem Pulver sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das Siliciumcarbid-Pulver kann mit verschiedenen anderen Stoffen, die als Sinterhilfsmittel wirken, gemischt werden, beispielsweise mit Stoffen, die Kohlenstoff, Beryllium oder Bor enthalten, so daß man ein sinterfähiges Gemisch mit den gewünschten Eigenschaften erhält. Solche Pulvergemische können heißgepreßt (gleichzeitig gepreßt und gesintert) oder kalt verdichtet und nachfolgend gesintert werden, um hochfeste, hochdichte Produkte zu erhalten. Diese Produkte sind im wesentlichen nichtporös und für die verschiedensten technischen Zwecke ausgezeichnet brauchbar. Falls gewünscht, können die hochfesten, hochdichten Siliciumcarbid-Produkte auch noch weiter bearbeitet werden, in der Regel durch Diamantschleifen, aber auch durch elektrochemisches Ätzen, Ultraschallbearbeiten und Elektroerosionsbearbeiten, wodurch man Werkzeuge oder Maschinenteile mit engen Toleranzen erhält.
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Ein häufig auftretendes Problem bei der Verwendung von Siliciumcarbid-Gemisehen besteht darin, daß bei den gebräuchlichen Sintertemperaturen von 1950 bis 2200 0C das ß-Siliciumcarbid sich in die α-Form umwandelt. Dies führt zur Bildung großer Kristalle aus a-Siliciumcarbid und zu einer wesentlichen Verminderung der Festigkeit des Produktes.
Verschiedene Versuche sind unternommen worden, diese Phasenumwandlung zu verhindern oder zu verringern, so die Entfernung des α—Silicium— carbids aus dem Ausgangsmaterial, Sintern in einer Stickstoff-Atmosphäre und Sintern bei niedrigeren Temperaturen. Bei Verwendung des Siliciumcarbid-Pulvers gemäß der Erfindung sind Vorkehrungen gegen eine Phasenumwandlung nicht erforderlich, da bereits als Ausgangsmaterial a-Siliciumcarbid verwendet wird, so daß Sintertemperaturen bis 2500 °C angewendet werden können.
Bisher bestand das Siliciumcarbid in Sinterpulvern weitgehend oder fast ganz aus ß-Siliciumcarbid. ß-Siliciumcarbid hat ein kubisches Kristallgefüge und ist die Niedertemperatur-Modifikation des SiIiciumcarbids. Es ist schwieriger herzustellen und infolgedessen teurer als (nichtkubisches) a-Siliciumcarbid.
Es wurde nun festgestellt, daß sich ein Pulver herstellen läßt, das erhebliche Mengen a-Siliciumcarbid enthält und bei Sinterprozessen verwendet werden kann, die hochdichte, hochfeste Siliciumcarbid-Produkte ergeben, zu deren Herstellung bisher ß-Siliciumcarbid als Ausgangsmaterial verwendet werden mußte.
Das Pulver gemäß der Erfindung kann im wesentlichen ganz aus a-Siliciumcarbid oder aus einem Gemisch von α- und ß-Siliciumcarbid bestehen. Die Eigenschaften eines typischen Pulvers werden nachstehend beschrieben.
Es wurde festgestellt, daß ein Siliciumcarbid-Pulver, das 5 bis 100 Gew.-% a-Siliciumcarbid enthält, gewissen Anforderungen entsprechen muß, um für Sinterprozesse außerordentlich brauchbar zu sein. Erst die Erfüllung dieser Anforderungen ergibt ein sinterfähiges
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Pulver und macht die Verwendung von α-Siliciumcarbid möglich. Das Pulver muß eine spezifische Oberfläche zwischen 2 und 50 m2/g haben, deren Zusammenhang mit der Korngröße nachstehend eingehend beschrieben wird. Ferner muß das Pulver eine bestimmte Reinheit haben, und folgende Stoffe sollen höchstens in den nachstehend angegebenen Mengen zugegen sein:
SiO2 2,00 Gew.-% max.
freies Silicium 0,25 " " "
Eisen 0,50 " " "
Alkal- und Erdalkalimetalle 0,50 " " "
Metalloxide insgesamt 3,75 " " "
Zur Herstellung hochdichter, hochfester Produkte kann das Pulver nach bekannten Verfahren gesintert werden. Gebräuchlich ist der Zusatz von Sinterhilfsmitteln, wie Beryllium oder Bor, und von überschüssigem Kohlenstoff in einer Menge von 0,5 bis 5,0 Gew.-% sowie die Ausführung des Sinterprozesses in einer Inertgas-Atmosphäre aus beispielsweise Stickstoff, Helium oder Argon.
Die Sinterprodukte eignen sich als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Werkzeugen sowie von Maschinen- und Apparateteilen, die einer starken Verschleiß- oder Korrosionsbeanspruchung ausgesetzt sind.
Die theoretische Dichte des Siliciumcarbids beträgt 3,21 g/cm3. Siliciumcarbid selbst läßt sich nicht leicht zu Dichten sintern, die der theoretischen Dichte nahekommen. Mit Hilfe von Verfahren, die in einer anderen Anmeldung beschrieben sind, lassen sich aus dem Pulver gemäß der Erfindung jedoch Siliciumcarbid-Produkte herstellen, die eine Dichte von mindestens 75% der theoretischen Dichte und vielfach von über 90% der theoretischen Dichte haben. Selbst Dichten von nahezu 99% der theoretischen Dichte sind erreichbar. Für die meisten Anwendungen ist eine Dichte von etwa 95% der theoretischen Dichte wünschenswert; diese und höhere Dichten sind mit dem Pulver gemäß der Erfindung leicht erreichbar.
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Die α-Form des Siliciumcarbids ist die häufigste Modifikation, die bei der Herstellung nach dem Acheson-Verfahren erhalten wird. Die beim Acheson-Verfahren in der Regel verwendeten Rohstoffe sind hochreiner Quarzsand oder Quarz und ein hochwertiger Koks, meist Petrol- oder Fechkoks mit niedrigem Aschegehalt. Das bei dem Prozeß erhaltene Siliciumcarbid bildet verhältnismäßig große Kristalle, die gemahlen werden müssen, um ein Siliciumcarbid-Produkt herzustellen, das als Schleifmittel geeignet ist. Das nach dem Acheson-Verfahren erhaltene Siliciumcarbid besteht fast ganz aus der α-Form des Siliciumcarbids und eignet sich ausgezeichnet zur Herstellung des Pulvers gemäß der Erf indung.
Obwohl das Siliciumcarbid-Pulver fst ganz oder weitgehend aus a-Siliciumcarbid besteht, können zur Herstellung von Sinterprodukten auch Gemische von α- und ß-Siliciumcarbid verwendet werden. Bisher mußten Sinterpulver aus ß-Siliciumcarbid von hoher Reinheit bestehen, und nur Spuren von a-Siliciumcarbid konnten toleriert werden. Im Gegensatz zu bekannten Pulvern, bei denen a-Siliciumcarbid als Verunreinigung angesehen wurde, die zu beseitigen war, wird bei dem Pulver gemäß der Erfindung a-Siliciumcarbid als Hauptbestandteil verwendet, und eine Trennung oder Reinigung des Siliciumcarbid-Ausgangsmaterials ist nicht erforderlich. Aus dem Pulver gemäß der Erfindung kann ein Gemisch hergestellt werden, in dem das Siliciumcarbid überwiegend (zu mehr als 505t) in Form von α-Siliciumcarbid zugegen ist. Zur Herstellung von Sinterpulvern können Mischungen von α- und ß-Siliciumcarbid verwendet werden, die 5% oder mehr α-Siliciumcarbid enthalten. Unterschiedliche Mengen von amorphem Siliciumcarbid können ohne nachteiligen Einfluß darin enthalten sein. Das Pulver gemäß der Erfindung erleidet keine Phasenumwandlung in wesentlichem Ausmaß, so daß die kristalline Phase des Siliciumcarbids im Ausgangsmaterial wie im Endprodukt im gleichen Mengenverhältnis vorkommt. Eine Ausnahme bildet ein Ausgangsmaterial, in dem eine große Menge ß-Siliciumcarbid (50Z oder mehr) enthalten ist. Bei diesem ist eine Phasenumwandlung von der ß- in die α-Phase zu beobachten, insbesondere bei der Anwendung hoher Sintertemperaturen. Das Produkt wird dadurch jedoch nicht beeinträchtigt, und früher erforderliche Maßnahmen zur Verhinderung einer solchen Phasenumwandlung brauchen nicht ergriffen zu werden.
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Das feinkörnige Siliciumcarbid-Pulver gemäß der Erfindung kann durch Mahlen größerer Siliciumcarbid-Körner in der Kugel- oder Strahlmühle und nachfolgendes Klassieren und Abtrennen einer Fraktion mit einer mittleren Korngröße von 0,10 bis 2,50 pm und einer maximalen Korngröße von etwa 5 um erhalten werden.
Das Ausgangsmaterial für die Herstellung des feinkörnigen Siliciumcarbid-Pulvers kann aus einem klassierten Ofenprodukt gewonnen werden. Damit das Pulver den angegebenen Reinheitsanforderungen entspricht, kann eine Behandlung zur Entfernung der Verunreinigungen erforderlich sein. Dies kann durch die Behandlung mit Flußsäure und Salpetersäure oder mit Mischungen von Flußsäure und Salpetersäure geschehen, durch die überschüssiger Sauerstoff entfernt und der Gehalt an Verunreinigungen unter die maximal zulässige Konzentration gesenkt wird.
Das Pulver gemäß der Erfindung soll eine Korngröße von höchstens 5 um und eine mittlere Korngröße von 0,10 bis 2,50 pm haben. Bei Siliciumcarbid-Pulvern mit einer Korngröße unter 1 um ist es schwierig, die genaue Korngrößenverteilung zu bestimmen; daher kann auch die spezifische Oberfläche als Beurteilungsgröße bei der Auswahl eines geeigneten Materials herangezogen werden. Das Siliciumcarbid-Pulver gemäß der Erfindung hat eine spezifische Oberfläche von 1 bis 100 m2/g. Ein günstigerer Bereich der spezifischen Oberfläche liegt zwischen 2 und 50 m2/g, und ein Pulver mit einer spezifischen Oberfläche zwischen 2 und 20 m2/g hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Das Pulver gemäß der Erfindung darf nur geringe Mengen Verunreinigungen enthalten, nämlich in 100 Gewichtsteilen nicht mehr als 2,0 Gewichtsteile SiO2, 0,25 Gewichtsteile freies Silicium, 0,50 Gewichtsteile Eisen, 0,50 Gewichtsteile Alkali- und Erdalkalimetalle sowie 3,75 Gewichtsteile Metalloxide insgesamt.
Das Siliciumcarbid-Pulver gemäß der Erfindung kann auch reaktionsfähigen Kohlenstoff in einer Menge zwischen 0,05 bis 5,0 Gew.-% des Pulvers enthalten. Kleine Mengen Kohlenstoff können vorteilhaft sein, weil sie beim Sintern Oxide reduzieren, die sonst in dem fertigen Sinterprodukt zurückbleiben würden. In einer vorteilhaften Zusammen-
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setzung enthält das Rohpulver jedoch höchstens etwa 0,50 Gew.-Z reaktionsfähigen Kohlenstoff, und weiterer reaktionsfähiger Kohlenstoff zur Einstellung eines gewünschten oder erforderlichen Kohlenstoffgehaltes im fertigen Sinterpulver kann später zugesetzt werden.
Zwar ist hochreines Siliciumcarbid als Ausgangsmaterial am besten, doch sind derart reine Pulver nicht leicht erhältlich, und eine maximale Reinigung ist aus wirtschaftlichen Gründen nicht zweckmäßig. Zwar kann das Pulver die angeführten kritischen Verunreinigungen sämtlich in den angegebenen Höchstmengen enthalten und stellt dennoch ein sinterfähiges Pulver dar, doch versteht es sich, daß eine völlige Entfernung der genannten Verunreinigungen wünschenswert ist.
Der SiO2-Gehalt darf höchstens 2,00 Gewichtsteile je 100 Gewichtsteile Pulver betragen. Ein geringerer Gehalt ist jedoch wünschenswert und vorteilhaft, und eine günstigere Höchstgrenze liegt bei etwa 0,5 Gewichtsteilen.
Der Gehalt an Eisen darf höchstens 0,5 Gewichtsteile je 100 Gewichtsteile Pulver betragen. Ein geringerer Gehalt ist vorteilhafter und ergibt ein dichteres Produkt. Eine günstigere Höchstgrenze liegt bei etwa 0,2 Gewichtsteilen, und beste Ergebnisse werden erhalten, wenn der Eisengehalt geringer als 0,02 Gewichtsteile ist.
Sinterfähige Pulver werden durch Mischen des Pulvers gemäß der Erfindung mit Sinter- oder Verdichtungshilfsmitteln erhalten. Besonders geeignet sind Stoffe, die Bor oder Beryllium enthalten. Das Verdichtungshilfsmittel kann in elementarer Form oder in Form eines Verbindung, die das Hilfsmittel enthält, zugesetzt werden. Bor- oder Beryllium-Zusätze werden in der Regel in Mengen von 0,03 bis 3,0 Gew.-Z des Elementes in bezug auf das Pulver neigemischt. Eine Menge im Bereich von 0,1 bis 1,0 Gew.-Z ist für eine Verdichtung des Pulvers besonders gut geeignet. Auch Mischungen der Verdichtungshilfsmittel jönnen verwendet werden.
Der Gehalt an reaktionsfähigem Kohlenstoff des Sinterprodukts beträgt vorzugsweise weniger als etwa 1,0 Gew.-Z. Bei der Verarbeitung des
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Pulvers durch Zumischen von Sinter- und Verdichtungshilfsmitteln kann ein Kohlenstoff lieferndes Material zur Förderung der Verdichtung zugesetzt werden. Dies kann zweckmäßigerweise durch Zugabe eines verkohlbaren organischen Materials geschehen, das in dem Pulver gründlich dispergiert wird. Die Menge des zugesetzten Kohlenstoffs kann zwischen 0,5 und 4,0 Gew.-% betragen und hängt von dem Kohlenstoffgehalt des Ausgangspulvers ab.
Nach dem Zusatz von Verdichtungshilfsmitteln und reaktionsfähigem Kohlenstoff kann das Pulver nach bekannten Verfahren zu einem hochdichten, hochfesten Sinterprodukt gesintert werden.
An Hand der folgenden Beispiele wird die Erfindung veranschaulicht. Sofern nicht anders angegeben, sind alle Teile und Prozentangaben Gewichtsteile und Gewichtsprozente.
BEISPIEL 1
Ein nach dem Acheson-Verfahren erhaltenes Siliciumcarbid-Produkt,
wurde das fast ganz aus a-Siliciumcarbid bestand,/in einer Kugelmühle mit Stahlkugeln gemahlen und dann klassiert. Es wurde ein Produkt mit einer mittleren Korngröße von 0,10 bis 2,50 um und einer maximalen Korngröße von 5 um erhalten. Das gemahlene Produkt wurde mit einem Gemisch aus Fluß- und Salpetersäure behandelt, um Eisenrückstände vom Abrieb der Stahlkugeln zu entfernen und den Gehalt an Verunreinigungen unter die nachstehend angegeben Grenzen herabzusetzen. Das Produkt wurde anschließend gewaschen, getrocknet und bildete dann ein grünbraunes Pulver mit folgenden Eigenschaften:
SiO2 1,0% max.
Sauerstoff 0,5% max.
freies Silicium 0,05% max.
Eisen 0,02% max. Alkali- und Erdalkalimetalle 0,05% max.
Metallorxide insgesamt 2,0% max.
freier Kohlenstoff 0,5% max.
SiC Rest
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BEISPIEL 2
97,6 Teile des nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellten Pulvers wurden mit gepulvertem Borcarbid (B:C = 4,08:1) als Verdichtungshilfsmittel, reaktionsfähigem Kohlenstoff in Form eines Phenolharz-Resols in der Beta-Stufe (Resin 8121 der Varcum Chemical Company) und einer Lösung von Polyvinylalkohol in Wasser gemischt. Das Siliciumcarbid hatte eine spezifische Oberfläche von 7 bis 15 m2/g, das gepulverte Borcarbid eine Korngröße von weniger als 10 pm. Zugesetzt wurden 0,5 Teile Borcarbid, 5 Teile Phenolharz und 10 Teile einer 10%igen Lösung des Polyvinylalkohole in Wasser. Ferner wurden 200 Teile Aceton als Lösungsmittel für das Phenolharz zugesetzt; dann wurde das Gemisch 15 Minuten gerührt. Ein schwacher Stickstoffstrom wurde durch das Gefäß geleitet, um das Aceton und das Wasser aus dem Gemisch zu verdampfen. Das Gemisch nahm schließlich eine kittartige Konsistenz an und zerfiel bei weiterem Rühren in feine Teilchen. Als nur noch ein sehr schwacher Geruch nach Aceton wahrzunehmen war und das Material sich trocken anfühlte, wurde ein Teil des Pulvers herausgenommen und in einem Formwerkzeug mit einem Druck von 1120 bar verdichtet. Nach dem Pressen wurde der verdichtete Körper zum Aushärten des temporären Bindemittels 2 Stunden auf 100 0C erhitzt. Danach betrug seine Dichte 1,87 g/cm3. Der gehärtete Rohling wurde sodann auf eine Unterlage gesetzt und in einen Graphittiegel gegeben, der danach verschlossen wurde. Der Tiegel wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 7 cm/min durch einen Röhrenofen geschoben, dessen 137 cm lange Heizzone auf 2080 0C gehalten wurde, so daß für die Durchquerung der Heizzone etwa 20 Minuten erforderlich waren. Während dieser Zeit wurde Argon unter einem Druck von etwa 1 bar durch das Heizrohr des Ofens geleitet. Der ausgehärtete Körper wurde etwa 45 Minuten in der Heizzone auf 2080 0C und dann etwa 20 Minuten in einer Abkühkammer gehalten, um eine Temperaturwechselbeanspruchung zu vermeiden. Nach dem Abkühlen betrug die Dichte des Körpers 3,08 g/cm3, das sind etwa 96% der theoretischen Dichte.
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BEISPIEL 3
97,5 Teile des in Beispiel 1 beschriebenen a-Siliciumcarbid-Pulvers wurden mit 0,5 Teilen Borcarbid mit einer Teilchengröße von weniger als 10 um , 5 Teilen eines Phenolharz-Resols in der Beta-Stufe (Resin 8121 der Varcum Chemical Company) und 2 Teilen einer wäßrigen Lösung von Polyvinylalkohol gemischt. Ferner wurden zu abgetrennten Teilen des Gemisches die in der nachstehenden Tabelle 1 als Zusätze aufgeführten Elemente oder Verbindungen zugesetzt. Die erhaltenen Gemische wurden 1 Stunde in einer Mischung aus 80% Äthanol und 20% Wasser aufgeschlämmt, dann getrocknet und zu einem freifließenden Pulver granuliert. Die Pulvergemische wurden mit einem Druck von 700 bar zu Pellets von etwa 29 mm Durchmesser gepreßt, und diese Pellets wurden 25 Minuten bei 2050 °C gesintert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1 Sintern Dichte nach
g/cm3 % der		 Dichte von gesin
Einfluß von Metall- und Metalloxid-Zusätzen auf die 2,33
tertem a-Siliciumcarbid 1,60 dem Sintern
theor. Dichte
Zusatz Dichte vor dem
g/cm3 		2,60 72,7
1% SiO2 1,48 2,62 49,7
3% SiO2 .1,44 2,65 81,0
0,5% Fe 1,43 3,08 81,6
0,1% Ca 1,57 82,5
0,1% Na
0,1% K		 1,46 96,0
Kein Zusatz 1,71
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß der Zusatz von 1% SiO„ zu dem in Beispiel 1 beschriebenen Pulver den SiO2-Gesamtgehalt des Pulverpreßlings auf den zulässigen Höchstgehalt bringt und die Dichte des Sinterkörpers 2,33 g/cm3 oder etwa 72,7% der theoretischen Dichte von 3,21 g/cm3 ist. Bei einem Zusatz von 3% SiO2 wird der höchstzulässige SiO2-Gehalt für ein sinterfähiges Pulver überschritten, und die Dich-
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te des aus diesem Pulvergemisch hergestellten Sinterkörpers betrug nur 1,60 g/cm3, ein Zeichen, daß nur eine sehr begrenzte Verdichtung erreicht worden war.
Ein Zusatz von 0,5% Eisen brachte den Eisengehalt des Pulvergemisches an die Grenze des maximalen Eisengehaltes für ein sinterfähiges SiIiciumcarbid-Pulver. Die Dichte des aus diesem Pulvergemisch hergestellten Sinterkörpers betrug 2,60 g/cm3, etwa 81% der theoretischen Dichte von 3,21 g/cm3.
Die Gegenwart von Calcium, Natrium und Kalium — einzeln oder zusammen — kann die Erzielung einer hohen Dichte ebenfalls beeinträchtigen, wie Tabelle 1 zeigt. Das aus dem Siliciumcarbid-Pulver des Beispiels 1 hergestellte Pulvergemisch allein und ohne Zusätze sinterte zu einer Dichte von 3,08 g/cm3, etwa 96,0% der theoretischen Dichte von 3,21 g/cm3.
BEISPIEL 4
Zwei überwiegend aus a-Siliciumcarbid mit der im Beispiel 1 beschriebenen chemischen Zusammensetzung wurden zur Veranschaulichung des Einflusses der Teilchengröße auf die Sinterbarkeit^ kalt gepreßter und gesinterter Pulverpreßlinge verwendet. Das Pulver 1 bestand aus kugelförmigen Teilchen mit einer aus Messungen der spezifischen Oberfläche bestimmten mittleren Korngröße von etwa 2,7 um. Das Pulver 2 war das bei dem Verfahrens des Beispiels 3 verwendete Siliciumcarbid-Pulver und bestand aus kugelförmigen Teilchen mit einer durchschnittlichen Korngröße von etwa 0,16 ym. Die Pulver wurden nach dem Verfahren des Beispiels 3 hergestellt. Ferner wurde nach diesem Verfahren auch ein Gemisch aus diesen beiden Pulvern hergestellt, das 70 Teile des Pulvers 1 und 30 Teile des Pulvers 2 enthielt. Nach dem Sintern bei 2080 0C hatten die Pulverpreßlinge die in Tabelle 2 aufgeführten Eigenschaften.
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Tabelle 2 nach 45 Minuten Sintern
Eigenschaften von Pulverpreßlingen vor und
bei 2080 0C Sinterkörper
Rohpreßling % der theoret.
% der theor. g/cm3 Dichte
% Pulver 1 % Pulver 2 g/cm3 Dichte 2,26 70,4
100 0 1,56 48,6 2,56 79,8
70 30 1,71 53,3 3,10 96,6
0 100 1,52 47,4
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Claims (7)

  1. COHAOSZ & FLORACK
    PATENTANWALTS BÜRO L I O I /WV
    SCHUMANNSTR 97 · D-4OOO DÜSSELDORF
    Telefon: |0211) 683346 IMm: 08586513 cop d
    PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ - DipL-Ino, R. KNAUF Dr-Ing.. Dipl.-WiriKh.-lng. A. GERBER ■ Dipl-Ing. H. B. COHAUSZ
    Patentansprüche
    ,·' Siliciumcarbid-Pulver, dadurch gekennzeich- ^^ net, daß es 5 bis 100 Gew.-X a-Siliciumcarbid sowie maximal folgende Bestandteile
    SiO2 2,00 Gew.-Z
    freies Silicium 0,25 " "
    Eisen 0,50 " "
    Alkali- und Erdalkalimetalle 0,50 " "
    Metalloxide insgesamt 3,75 " "
    enthält und die Teilchen eine mittlere Korngröße von 0,10 bis 2,50 um haben.
  2. 2. Siliciumcarbid-Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Gehalt an a-Siliciumcarbid mehr als 50% des gesamten Siliciumcarbid-Gehaltes beträgt.
  3. 3. Siliciumcarbid-Pulver nach Anspruch 1 oder 2, daß die spezifische Oberfläche des Pulvers zwischen 2 und 50 m2/g beträgt.
  4. 4. Siliciumcarbid-Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen 0,05 und 4,0 Gew.-Z reaktionsfähigen Kohlenstoff enthält.
  5. 5. Siliciumcarbid-Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,03 bis 3,0 Gew.-% eines Verdichtungshilfsmittels enthält.
    31 446
    U/-
    ft Π 9 S 7 6 / 0 5 3 S
    ORIGINAL INSPECTED
  6. 6. Siliciumcarbid-Pulver nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Verdichtungshilfsmittel Bor, Beryllium, eine Verbindung dieser Elemente oder eine Mischung davon ist.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus dem Siliciumcarbid-Pulver nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß aus den Komponenten des Pulvers ein homogenes Gemisch hergestellt, das Gemisch zu einem Rohling geformt, dieser bei einer Temperatur zwischen 1950 und 2500 0C gesintert und diese Temperatur beibehalten wird, bis sich ein keramisches Siliciumcarbid-Produkt mit einer Dichte von über 75% der theoretischen Dichte gebildet hat.
    809826/0539
DE19772751769 1976-12-27 1977-11-19 Siliciumcarbid-pulver und verfahren zur herstellung eines sinterkoerpers aus dem pulver Withdrawn DE2751769A1 (de)

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US05/754,648 US4123286A (en) 1976-12-27 1976-12-27 Silicon carbide powder compositions

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DE2751769A1 true DE2751769A1 (de) 1978-06-29

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19772751769 Withdrawn DE2751769A1 (de) 1976-12-27 1977-11-19 Siliciumcarbid-pulver und verfahren zur herstellung eines sinterkoerpers aus dem pulver

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