Способ изготовления изделий из нитрида кремния

)5 С 04 В 35/5 БРЕТ инетик м инская эик ор вкер, И.П Кропачева,ак И.И основе о 1 и 1 со 1 э Зс(е ) о СССР 8, 1983 и п 1(гЫпсе", 14 ИЗДЕЛИЙ ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОУСТВО СССРГОСПАТЕНГ СССР) ПИСАНИЕПАТЕНТУ(71) Институт структурнойАН СССР(73) Институт структурнойРоссийской АН(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЗ 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.%(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 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 прочностиэна 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 /г,2 Этот продукт отличается от обычного нитрида кремния и по физическим свойствам - температура плавления его ниже 1550 С, Из порошка в таком метастабильном состоя 1806118нии иэготовигь качественное изделие не удается из-за низкой прессуемости порошка, 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 ф-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-ф, 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 высокихтемпературах). Сам продукт - добавка в присутствии обычного нитрида кремния кристаллизуется при спекании в нормальной для этих условий а -модификации ЯзК 4 (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 продукта- добавки. П р и м е р. Состав порошков, использованных для изготовления образцов, приведен в табл,1.В табл:2 перечислены смеси, из которых 5 изготавливали образцы (штабики 45 х 5 х 6)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 ф.Порошки всех составов подвергали сухому размолу - смешиванию в течение 24 ч в 15 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 20 их на 5-ном растворе каучука в бензинеи 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 срезде азота высокой чистоты при давлении 30 0,02 МПа, помещая прессовки в засыпку изнитрида кремния +5/, оксида магния,Спекание вели по режиму; выдержкапри температуре 600 С в течение 1 ч (выжигание синтетического каучука); выдержка 35 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 испытанийспеченных образцов. Все значения в табл.2являются средними по 5 образцам, разброс во всех случаях не превышал 5;4.Если считать существенным повышениепрочности 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 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 су1806118 Таблица 1 аблица 2 Составитель С, ШэривкерРедактор З.Ходакова Техред М,Моргентал Корректор В.Петраш Заказ 962 Тир ВНИИПИ Государственного 113035, ж Подписноеомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС осква, Ж. Раушская наб 4/5 оизводственно и. ллтельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 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 й с я тем,что, с целью повышения плотности и прочности изделий, при размоле в порошок вводят 5-20 мас. о мелкодисперсного нитрида кремния, полученного из оксида кремния в 5 присутствии магния в среде азота методомсамораспространяющегося высокотемпературного синтеза с восстановительной стадией.