Шихта для получения нитрида кремния в азотсодержащем газе

(5)5 С ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР,-,.т 1; Иг:Ггд ИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИНИЯ В АЗОТСОДЕРЖАпользование; получение керамики и режущего исть изобретения: смешпорошка кремния и 18-4хлоридз цинка 15-30 миннутом объеме при 1200- ф-Я 284 100%, из нихормой частиц - 98,7-98,9(54) Ш КРЕМ (57) Ис анной Сущно мас.% ка или в замк Выход ской ф Я НИТРИДА ЩЕМ ГАЗЕконструкцинструмента.ивают 60-82 0 мас.% цини азотируют 400 С 2 - 4 ч.со сфериче- %. 1 табл,крокинетик Э.В.Чемагинакрокинетики уааото, Мтзие оп Мтгбе Ьу а го 9 еп Ргеззоге.Э,9, 4, р. 60-61. т смешиванию в тече(21) 4901696/26(71) Институт структурнойАН СССР(56) Заявка Японии Ь 62-95л. С 01 В 21/068, 1987.КузЫ Нгао Уозйпагу МКо 1 ацее, Зуптпезз о 1 ИсСогпЬизтоп цпбег Н 9 п ВтАтпег, Сегап 1, Зос., 1986, ч, 6 Изобретение относится к области получения тугоплавких неорганических нитридов, в частности. получения нитрида кремния ф -модификации с формой частиц близкой к сферической, пригодного для спекания при изготовлении конструкционной керамики и режущего инструмента,Цель изобретения - увеличение выхода Ззг 44 ф-модификации со сферической формой частицПоставленная цель достигается тем, что шихта в качестве неорганической добавки содержит 60-82 мас,% кремния и 18-40 мас,% цинка или хлорида цинка, имеющих низкую температуру кипения,Шихту готовят следующим образом, Берут порошок элементарного кремния КРО ГОСТ 2106-69 с размером частиц менее , 10 мкм и порошок металлического цинка или хлорида цинка, имеющие низкие температуры кипения, в количестве 18-40% от массы кремния и подвергаюние 15-30 мин;В том случае, когда цинка или хлорида цинка вносят в количестве 18-25%, процесс синтеза 3-Язй 4 предпочтительнее проводить путем нагревания шихты в замкнутом объеме при температуре 1200-1400 ОС и дав- СО лении азотсодержащего газа (М 2: МНз) при0-10 атм в течение 2-4 ч, ССПри введении в шихту 25-40% Еп или ЕпС 2 процесс термообработки предпочтительнее вести в режиме горения. В первомЫ случае синтез ведут следующим образом, Приготовленную шихту помещают в реакционный сосуд, заполняют азотом или аммиа- ,Р" ком до давления 4-10 атм и помещают в (,А) печь, разогревают ее до температуры синтеза 1200-1400 С и выдерживают при этой температуре 4 ч, После проведения азотирования реакционную массу охлаждают, давление в реакционном сосуде сбрасывают доатмосферного, Продукт реакции анализируют и подвергают рентгенофазвому анализу.Во втором случае приготовленную шихту загружают на графитовую подложку и помещают в реактор СВС, заполняют азотомили аммиаком до давления 100 атм. Шихтувоспламеняют локально с помощью спирали, Благодаря большой экзотермичностифронт реакции распространяется по всейзагрузке самопроизвольно. После окончания процесса реакционная масса охлаждается, давление сбрасывают доатмосферного. Продукт подвергают рентгенофазному и химическому анализам.Добавление цинка или хлорида цинкаобеспечивает: разрыхление загрузки, способствующее доступу азота в объем загрузки и полному азотированию кремния;повышение выхода Р-фазы Язй 4 и формирование частиц 5 зй 4 в сферическую форму(Ксфер, = 0,95-0,98),Сферичность частиц определяют отношением длины к их ширине К = 1/б припросмотре порошка под микроскопом в количестве не менее 1000,П р и м е р 1. Берут порошок кремния,смешивают его с цинком в количестве 18%от массы кремния в течение 30 мии 20 гшихты загружают в реакционный сосуд, заполняют азотом до добавления 4 атм, помещают в трубчатую печь ивысокотемпературное азотирование проводят при температуре 1200 С в течение 4 ч, азатем охлаждают. После охлаждения реакционной массы давление азота сбрасываютдо атмосферного. Продукт подвергают отмывке соляной кислоты для удаления цинка,сушат при 100 ОС и анализируют с помощьюрентгенофазного, химического и микроскопического анализов.Порошок нитрида кремния представляет собой фазовочистый нитрид кремния,Химический анализ: Всвоб 0,1, 0 =-0,8%, й - 38,7 о , Ге = 0,01, Еп = 0,055мас,7 о.Выход частиц сферической формы98,9 о . Коэффициент сферичности К,ф =0,98.П р и м е р 2. Берут порошок кремния,смешивают с хлоридом цинка в количестве40 мас, от массы кремния в течение 30 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 мии, загружают иа графитовую подложку и помещают в реактор, Заполняют реактор азотом до давления 100 атм и воспламеняют шихту с помощью вольфрамовой спирали, реакция протекает самопроизвольно, После окончания процесса реакционную массу охлаждают и анализируют химически, рентгенографически и микроскопически.Порошок представляет собой Фазовочистый нитрид кремния Р -модификации.Химический анализ: Ясвоб = 0,08%, 0-0,08% й = 38 8% Ре = 0,01 оЕп " 0,04 мас.%.Выход частиц сферической формы 98,9%, Коэффициент сферичности Ксф=0,97.В таблице представлены данные химического и рентгенофаз 05 ого анализа порошка нитрида кремния, полученного из шихты по изобретению.Таким образом, как видно из приводимых примеров, изобретение позволяет получать ЯЗК 4 в Р -модификации с выходом сферических частиц, равным 98,6-98,7% в одну стадию.Предложенный способ позволяет получать Рзй 4 3-модификации в одну стадию.Из порошка нитрида кремния Р-модификации, полученному по любому из приведенных примеров методом горячего прессования, были приготовлены изделия для получения физико-механических свойств.Режим спекаиия 1850 С. Время нагружения 20 мии, Рдав = 30 МПа. Изделие имеет плотность б.= 3,6 г/см, стизг = 90 кг/мм,гСледовательно, шихта по изобретению пригодна для получения высокоплотных изделий с высокими физико-механическими характеристиками,Формула изобретения Шихта для получения нитрида кремния в азотсодержащем газе, включающая порошок кремния и неорганической добавки, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения выхода иитрида кремния Р-модификации со сферической формой частиц, оиа содержит в качестве неорганической добавки цинк или хлорид цинка при следующем содержании компонентов, мас.%;Кремний 60-82Цинк или хлорид цинка 18-401838233 Составитель .В.БунинРедактор Техред М.Моргентал оррект апп роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 2896 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 1