Шихта для получения нитрида кремния в режиме горения в атмосфере азота

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) Я. 1836287 01 В 21 06 САКИЕ ИЗОБРЕТЕКИ К ПАТЕ Н ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Институт структурной макрокинетики АН СССР(72) В.М,Бунин, В,В.Карпов, Э.В.Чемагин, А.А,Максимов, А,М.Миронов и В.Н.Аникин (73) Институт структурной макрокинетики Российской АН(56) Заявка Великобритании М 2173438, кл. С 01 В 21/068, 1986.КозЫ Нгао, озЬпагу Муатото, Мтзое Коготе, Яупйезз о 1 Ясоп ЮтгЫе 1 у а СотЬвз 1 оп Веастоп цМег Ндп Мсгоцеп Ргеззиге, . Аа. Сегоа, Яос 1986, ч.69, 4, р,60 - 61.(54) ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА КРЕМНИЯ В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ АЗОТА Изобретение относится к получению тугоплавких неорганических нитридов, в частности, получения нитрида кремния - модификация с формой частиц, близкой к сферической, пригодного для спекания при изготовлении конструкционной керамики и режущего инструмента.Целью изобретения является увеличение выхода Р -Язй 4 со сферичной формой частиц, пригодного к спеканию и получению высококомпактных изделий с высокими физико-механическими характеристиками в режиме горения.Поставленная цель достигается тем, что шихта включает кремний в количестве 45 - 52 мас,;, нитрид кремния в количестве 40-45(57) Использование: получение конструкционной керамики и режущего инструмента.Сущность изобретения: готовят шихту из следующих порошков, мас, : кремний -45- 52, нитрид кремния - 40 - 45, цинк или соединение цинка из группы, включающей хлорид, карбонат или оксид цинка - 3 - 15.Порошок 5 ЗМ 4 содержит 70 а -фазы, остальное - Р - фаза. Смесь перемешивают 60-90 мин и помещают на графитовую подложку в реактор самовоспламеняющегося высокотемпературного синтеза, В реактор подают газообразный азот под давлением 100 атм, смесь воспламеняют. Температура синтеза 1450 - 1550 С, Затем продукт реакции охлаждают, понижают давление азота до атмосферного. Содержание р -Яэй 4 в продукте реакции 94,5 - 100, выход частиц со сферической формой 85,5-97%. 1 табл, (С мас, о и 3 - 15 масс.% цинка или соединения цинка из группы, включающих хлорид, карбонат или оксид цинка.. Шихту готовят следующим образом: берут порошки исходных компонентов - элементарного кремния КРО ГОСТ 2169-69 с размером частиц менее 10 мкм, порошок Я 3 ч 4 с содержанием а фазы 70 О, остальное ф - фаза в количестве 30-60 мас,% и добавляют от 3 - 15 масс.о порошкообразного металлического цинка или его соединений ЕПО, ЕПС 2, 7 пСОз, подвергают интенсивному перемешиванию в шаровой мельнице в течение 60-90 минут, а затем приготовленную шихту загружают на графитовую подложку и помещают в реактор СВС.Синтез нитрида кремния ведут таким образом: подают в реактор азот под давлением 100 атм, Затем проводят локальное воспламенение шихты с помощью вольфрамовой спирали. За счет тепловыделения зкзотермической реакции фронт горения самопроизвольно распространяется по всей длине загрузки, Температура синтеза не превышает 1600 С и находится в интервале 1450- 1550 С в зависимости от состава шихты. После окончания процесса реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, давление азота сбрасывают до атмосферного, Конечный продукт извлекают и анализируют,Разбавление шихты порошков Рзйд необходимо для предотвращения спекания частиц образующегося нитрида кремния и хорошей газопроницэемостью азота в объем шихты, а также для понижения температуры синтеза,Цинк и его соединения играют роль катализатора и способствуют:- формированию частиц 3 - Язй 4 сферической формы;- формированию Д-фазы 5 зй 4.В отсутствие цинка или его соединений продукт синтеза представляет собой смесь а и 3 фаз 3 зй 4, а форма частиц ф -Язй 4 представляет удлиненные кристаллы в виде призм.Присутствие цинка или его соединений в шихте в количестве менее 3 масс. приводит к появлению в продукте реакции а -фазы. Содержание свыше 15; не оказывает влияния на форму частиц и содержание количества о -ЯЗМ 4.Основную роль в формировании формы частиц и фазового состояния оказывает цинк и его соединения. Механизм действия цинка, как катализатора в настоящее время изучается.В таблице представлены характеристики, полученного из шихты по изобретению.40-45 Таким образом, предложенный способиз представленных в таблице данных следует, что изобретение позволяет получить ф - Язй 4 со 100-ным выходом со сферической формой частицы; пригодный для получения методом горячего прессования изделий с высокими физико-механическими характеристиками.Методом горячего прессования готовятна основе ф - 5 ЭИ 4(полученному по любому из приведенных примеров) штабики для измерения оиг. и плотности.Прессование проводят при двух режимах.1. Тспек.=1650 С. Время нагружения - 20мин, Давление прессования - 30 МПа. Плотность изделий - 3,5 г/см, цниаг,= 65 кг/мм .3 22 Тслек.=1850 С, время нагружения - 20миндавление прессования - 30 МПа. Плотность изделий - 3,6 г/см, оизг.= 85 кг/мм;3 2Для известного в тех же условиях порошка Яэча, оиг, составляло 30-40 кг/мм .Таким образом изобретение позволяетполучить высококомпактные керамические изделия с высокими физико-механическими характеристиками.Формула изобретения Шихта для получения нитрида кремнияв режиме горения в атмосфере азота, включающая порошок кремния и нитрида кремния, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения выхода ф - модификации нитрида кремния со сферической формсй частиц, 35 она дополнительно содержит цинк или сое-динение цинка из группы, включающий хлорид, карбонат или оксид цинка при следующем содержании компонентов, мас. ;40 Кремний 45-52НитридкремнияЦинк или соединениецинка 3 - 15 45Химичесхид аиааих. тд масс Состав шихы тЪ ее ха и/и 5151 ре форма части д и выхо Содерхт. Ф - БэМЯ.0.06 36.6 1,0 0,9 0.1 0,06 94,5 0,02 Э 8.6 ЗО 38,6 0,1 100 38,6 0,1 10. 0,1 38,6 0,1 Редактор Заказ. 3001 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 1130313, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 385/50385/4695385/44,25385/51,67Э 65/535365/50385/45.45385/46.95 80/40,0 Е 1/40,0 Э 35/4 Э,Б 335/40.85 ЗЭБ/38.51 Э 35/45. 14 Э 35/4 Б,5 335/4 Э.5 335/39,55 335/40.85 ЭоСОэ ЗО/50 2 иО 20/10 2 и 50/65 2 и 100/12,2 Ео 150/17 24 2 о 22,2/2,99 Ъ 0 2 о 50/6,5 Еда 127/15,0 2 о СОэ 100/12,2