Способ изготовления изделий из нитрида кремния

 

Назначение: изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения изделий из тугоплавких соединений методами порошковой металлургии , а также к способам использования продуктов, получаемых методом СВС с восстановительной стадией. Сущность изобретения: размол порошка нитрида кремния перед его гранулированием и прессованием совмещают со смешиванием с активатором спекания, в качестве которого используют мелкодисперсный рентгеноаморфный нитрид кремния, получаемый из оксида кремния в присутствии магния в среде азота методом СВС с восстановительной стадией, При спекании эта добавка плавится, обеспечивая присутствие жидкой фазы, а затем кристаллизуется в форме /3-фазы. Прирост плотности при введении описанной добавки составил 250 кг/м , а прирост прочности на изгиб 142 МПа. 2 табл. СЛ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 04 В 35/58

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕН Г СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 4915137/33 (22) 28,02.91 (46) 30,03.93. Бюл, ¹.12 (71) Институт структурной макрокинетики

АН СССР (72) С. Ю. Шаривкер, И. П. Боровинская, С.С.Мамян, М, В,Кропачева, А.М.Княэик и М.А.Гаглоев (73) Институт структурной макрокинетики

Российской АН (56) Андриевский P.À, и Спивак И.И. Нитрид кремния и материалы на его основе. M.: Металлургия, 1984, с. 57-62.

А.Giachello а,а. Sintering of silicon nitride

in powder bed. "J, of Materials Science", 14, 1979, р. 2825-2830 (прототип).

Авторское свидетельство СССР

¹ 1185796, кл. С 01 В 21/068, 1983. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ НИТРИДА КРЕМНИЯ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения изделий из тугоплавких соединений методами порошковой металлургии, а также к способам использования продуктов, получаемых методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) с восстановительной стадией.

Цель изобретения — повышение плотности и прочности спекаемых изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления изделий из нитрида кремния, включа.ощем размол и гранулирование порошка, его прессование и спекание в среде азота в порошок вводят 5-20 мас.%

SU 1806118 АЗ (57) Назначение: изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения изделий иэ тугоплавких соединений методами порошковой металлургии, а также к способам использования продуктов, получаемых методом СВС с восстановительной стадией. Сущность изобретения; размол порошка нитрида кремния перед его гранулированием и прессованием совмещают со смешиванием с активатором спекания, в качестве которого используют мелкодисперсный рентгеноаморфный нитрид кремния, получаемый из оксида кремния в присутствии магния в среде азота методом CBC с восстановительной стадией, При спекании эта добавка плавится, обеспечивая присутствие жидкой фазы, а затем кристаллизуется в форме P фазы, Прирост плотности при введении описанной добавки составил 250 кг/м, а прирост прочности э на изгиб 142 МПа. 2 табл. мелкодисперсного нитрида кремния, полученного из оксида кремния в присутствии магния в среде азота методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с восстановительной стадией. При его использовании получают порош кообразный материал, по химическому составу близкий к нитриду кремния, но рентгеноаморфный. Частицы этого порошка ультрамелкодисперсны, имеют разветвленную форму и удельную поверхность = 50 м /r, 2

Этот продукт отличается от обычного нитрида кремния и по физическим свойствам— температура плавления его ниже 1550 С. Из порошка в таком метастабильном состоя1806118 нии иэготовигь качественное изделие не удается из-за низкой прессуемости ROрошка, а также деформации прессовок при спекании вследствие подплавления, Рентгеновский анализ спеченного продукта показывает наличие в нем посторонних фаэ, а микротвердость составляет 8 ГПа, что значительно ниже, чем у а — или Р-нитрида кремния.

Экспериментально установлено, что добавка описанного продукта к обычному порошку нитрида кремния существенно улучшает спекаемость, П роисходит это благодаря плавлению метастабильной добавки (т,е. спекание происходит в присутствии исчезающей жидкой фазы), интенсификации в ее присутствии процессов массопереноса и перекристаллизации нитрида кремния (а Р, Результатом является повышение плотности и прочности после спекания. При этом повышение плотности достигается без введения в нитрид кремния значительного количества оксидов, прослойки которых разупрочняют спеченный материал (особенно при высоких температурах). Сам продукт — добавка в присутствии обычного нитрида кремния кристаллизуется при спекании в нормальной для этих условий а -модификации Я!зК4 (установлено рентгенографически).

Для реализации предлагаемого способа возможно использование обычной технологии изготовления спеченных изделий из нитрида кремния, включающей размол в шаровой мельнице, гранулирование размолотого порошка на растворе синтетического каучука в бензине, прессование заготовок в стальной пресс-форме с последующим гидростатическим их обжатием, а затем — спекание в среде азота с помещением изделий в порошковую засыпку, содержащую нитрид кремния и 5/ оксида магния, Смешивание порошка обычного нитрида кремния с мелкодисперсным нитридом кремния, получаемым из оксида кремния в присутствии магния в среде азота методом СВС с восстановительной стадией, вполне возможно совместить с размолом порошка.

Оптимальное содержание добавляемого мелкодисперсного нитрида кремния лежит в пределах 5-20 мас./, При меньших количествах добавки ее действие недостаточно эффективно, а при больших — при спекании имеет место деформация .изделия, налипание засыпки и снижение прочности, т.е. порошок по технологическим параметрам приближается к свойствам продуктадобавки.

Пример. Состав порошков, использованных для изготовления образцов, приведен в табл,1.

В табл.2 перечислены смеси, из которых изготавливали образцы (штабики 45х5х6) для прочностных испытаний (трехточечный изгиб), эти же образцы использовали для контроля плотности методами взвешивания с замером линейных параметров образцов, а также гидростатическим взвешиванием, Разность в величине плотности, получаемой этими двумя методами, не превышала 5 .

Порошки всех составов подвергали сухому размолу — смешиванию в течение 24 ч в шаровой мельнице с твердосплавными шарами. После размола удельная поверхность нитрида кремния увеличилась до 5,7-7 м /г, а содержание железа — до 0,5%.

Все смеси гранулировали, замешивая их на 5/-ном растворе каучука в бензине и протирая через сито с размером ячеек

0,2 мм. Гранулированные порошки прессовали в стальной пресс-форме под давлением 140 МПа в форме прямоугольного штабика, а затем допрессовывали гидростатически в резиновой оболочке при давлении

500 МЛа, Плотность прессованных образцов 1920-2000 кг/м . Спеканис вели в срез де азота высокой чистоты при давлении

30 0,02 МПа, помещая прессовки в засыпку из нитрида кремния +5 оксида магния.

Спекание вели по режиму: выдержка при температуре 600 С в течение 1 ч (выжигание синтетического каучука); выдержка при температуре 1550 С в течение 0,3 ч (пропитка прессовок оксидом магния); выдержка при температуре 1750 С в течение 0,3 ч (обеспечение перекристаллизации нитрида кремния).

40 В табл,2 сведены результаты испытаний спеченных образцов. Все значения в табл.2 являются средними по 5 образцам, разброс во всех случаях не превышал 5/.

Если считать существенным повышение прочности не менее. чем на 40/ по сравнению с прототипом, то добавки указанного, мелкодисперсного нитрида кремния в коли- . честве менее чем 5% технического смысла не. имеют. При количестве добавки больше

50 20, несмотря на уплотнение изделия, его прочность снижается, т,е. полезность такой добавки также невелика.

Если выдерживать обозначенные в формуле настоящей заявки пределы по содержанию добавки (мелкодисперсного нитрида кремния, полученного в присутствии магния в среде азота методом СВС с восстановительной стадией), то предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет суl 806118

Таблица 1

Таблица 2

Составитель С. Шэривкер

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор B.Ïåòðàø

Редактор З.Ходакова

Заказ 962 Тираж Подписное

BÍÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно и. ллтельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 щественно повысить прочность и плотность изделий из нитрида кремния, Формула изобретения

Способ изготовления изделий из нитридэ кремния, включающий размол и гранулирование порошка, его прессование и спекание в среде азота в засыпке, содержащей оксид магния, от л и ч э ю щи и с я тем, что, с целью повышения плотности и прочности изделий, при размоле в порошок вводят 5-20 мас. мелкодисперсного нитрида кремния, полученного из оксида кремния в

5 присутствии магния в среде азота методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с восстановительной стадией.