Способ получения изделий из нитрида кремния

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК ПАоЕНТУ Союз Советских Социалистических Республик) Приоритет осударственный комитеСовета Министров СССРпо делан изобретенийи открытий 1) 12818/ 33) Великобритани(43) Опубликовано 25,05.77. Бюллетень 1 (45) Дата опубликования описания 16,11,77(53) УДК 661.55 (088.8) ИностранцыГеральд Рицер Филипс, и Адриан Кристофер Бреин (Великобритания) 2) Авторы изобретени Иностранная фирмаДжозеф Лукас Индастриз Лимитед"(71) Заявител 54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ НИТ ЕМН Изобретение относится к получению иэделий из нитрида кремния, используемого как высоко- прочный и твердый материал.Известен способ получения изделий из нитрнда кремния путем предварительного смешивания порошка кремния и полимера со связующим, вывода связующего из смеси, формирования изде. лия требуемой формы, удаления полимера и нагревания изделия в азотсодержащей атмосфере при высокой температуре 1 ,Для получения достаточно прочного изделия предлагается способ, покоторому кремниевый порошок смешивать с дисперсией полимерного материала в жидкости, инертной по отношению к кремнию. Использование в качестве связующего диспер сии полимерного материала обеспечивает содер. жанне в образующейся смеси гомогенно диспергированных, дискретных частиц полимера и кремния. В изделии из данной смеси образуется сетка или решетка пустот, так что при нагревании воздух может быль вытеснен из него. Удаление полимера не приводит к деформации изделия и в процессе азотирования пустоты улучшают доступ азота в изделие, способствуя переходу значительного процента кремния в нитрнд кремния.П р и м е р 1. Тонкоднсперсный порошоккремния размером частиц 3 мкм в количестве 1 кг 5 помещают в смеситель с лопастной мешалкойвместе с дисперсией акрнлового латекса в 150 мл воды. Для предотвращения ценообразования во время перемешивания к смеси добавляюТ 5 мл про тивовспеннвателя (торговое наименование 10 ОИН фирмы Нопсо Гесс). Всю смесь тщательноперемешивают в течение 6 час, а затем сушат в воздушной сушилке с получением порошка, Порошок прессуют в плоскую ленту под давлением 700 атм, прокаливают в восстановительной ат.15 мосфере крекированного аммиака в течение 2 часовпри 450 С, а затем при 1150 С для удаления акрилового полимера с получением кремниевой ленты. Затем ленту азотнруют при нагревании в атмосфере формующего газа, состоящего из 10% 20 водорода и 90% азота, в течение 16 час прн 1350 С нв течение 7 час при 1450 С, В результате получают иэделие в виде листового нитрнда кремния с модулем разрушения 2450 кг/смз.П р и м е р 2. Тонкодисперсный порошок И креьщня перемешивают аналогично примеру в3лопастной мешалке с водной дисперсией 416 млакрилового латекса, В течение первых 4 час перемешивания смесь нагревают для удаления дисперсанта с получением порошка, который затем пропускают через обыкновенные вальцы и получают5плоскую ленту со скоростью 3 м/мин при давлениивалков 140 кгсм. Полученную ленту затем прокаливают для удаления акрилового полимера сполучением кремниевого бисквита в двухэоннойпечи в атмосфере крекированного аммиака; тем.пература в зонах составляет 450 Си 900 С, причемленту выдерживают в зоне при 450 С в течение1 часа, а затем в зоне 900 С в течение 1 часа. Затемкремниевый бисквит азотируют в отдельной печи ватмосфере формуюшего газа, состоящего из 90%азота и 10% водорода в течение 16 час при 1350 С и7 час нри 1450 С.В данном примере порошок можно формоватьв гофрированный лист, пропуская его через формующие вальцы. Можно применять плоские вальцыи получать прокатанную плоскую ленту до лрокаливания ее для удаления полимера,П р и м е р 3. Тонксиэмельченный кремниевыйпорошок размером частиц 3 мкм в колгестве 1 кгсмешивают с 250 мл акрилового латекса (торговое25наименование Т,Д. 1083 фирмы Скотт-Бедер) и167 мл акрилового лате:са (торговое наименование Акронал 4 Ы в смесителе типа Гобарт втечение 15 мин с получением пасты. Эту пастувручную формуют на листе полиэтилена и про.пускают под формующим ножом с получениемплоского листа, который сушат воздухом при 80 Св течение 3 час для удаления воды. Затем листпрокаливают и печи при 450 С в течение 30 мин иопри 900 С в течение еще 30 мин в атмосферекрекированного аммиака для удаления полимераиз листа и формования кремниевого бисквита,После этой стадии бисквит азотируют обычнымспособом прокаливания. Например, аэотированиеведут при нагревании кремниевого бисквита в 40течение 16 час при 1350 С и в течение 7 час прио1450 С. В результате получают готовое изделие изингрида кремния в вице механически прочноголиста. Изделие имеет модуль разрушения 2700+350 кг/см . Смесь кремния и полимера можноформовать из пасты в изделие до удаления дисперсанта из смеси.П р и м е р 4, 20 г усов из нитрида кремния и1 л воды добавляют к смеси кремния и акриловоголатекса, как и в примере 3. Образовавшуюся дисперсиюсмешивают в высокоскоростной дисковой мешалкедля равномерного распределения усов в смеси безих повреждения. Затем смесь фильтруют и компаундируют с получением пасты, консистенциякоторой позволяет формовать; эту пасту прокаливают для удаления воды (дисперганта) и поли.мера, а затем азотируют, как и в примере 3.Вместо усов из ингрида кремния могут бытьвзяты алюмосиликатные волокна (торговое наиме.нование Фибрефракс фирмы Карборунл Лимитед 6 О 1или Каовул фирмы Мо 1 нани Лимитед), В случае о ъемного волокна Каавул смешивание ведут в баибрационной мешалке,П р и м е р 5. 1 кг кремниевого порошка :мешивают с 3 л 2% ной смеси алюмосиликатных аолокон 1 Фибрефракс) в воде с помощью скоростной дисковой мешалки. Смесь фильтруют и переносят в лопастную мешалку вместе с водной дисперсией 416 мл акрилового латекса Акронал 40, чатем вещество нагревают при перемешивании для удаления воды и образования порошка. Этот порошок прокатывают, прокаливают в двухзонной печи для удаления полимера и обрабатывают азотом в отдельной печи,П р и м е. р 6. Полученную как и в примере 5 пастообразную смесь кремния и дисперсии акрилового латекса вместе с усами из ингрида кремния или алюмосиликатными волокнами после формования в изделие сушат для удаления дисперсанта. Затем до прокаливания для удаления полимера изделие прессуют в матрице при давлении дог780 кг/см . После удаления полимера изделие обра. батывают азотом как и в предыдущих примерах.П р и м е р 7. Пастообразную смесь кремния и дисперсию акрилов ого латекса, полученную согласно примерам 3 и 4, формуют и прессуют между филыровальной бумагой для удаления воды, Сформованное изделие прокаливают для удаления полимера и затем обрабатывают азотом как и в примерах 1 - 6.Добавление волокнистого огнеупорного материала, например усов из нитрида кремния или алюмосиликатных волокон, к смеси кремния и дисперсии акрилового латекса улучшает физико-механические свойства полученного изделия из нитрида кремния по сравнению с изделиями, Й которые не включены такие волокна или усы.Аналогично при прессовании кремнийсодержашеф пасты в форме после сушки удается предотвратить структурную слабость готового изделия из нитрида кремния, поскольку при этом удаляются все воздушные пустоты иэ пасты.После формования кремнийсодержащей пасты в требуемую форму можно точно регулировать допуска для изделий из нитрида кремния, так как при прокаливании пасты для удаления полимера усадка составляет только 0,1%, причем при аэотировании кремния в дальнейшем размеры не изменяются. Если пастообразную смесь формуют в изделие, то можно после удаления дисперсантгпридавать изделию и другую формуВо всех примерах прокаливание для удаления акрилового полимера и аэотирование можно вести в азотирующей атмосфере в одной и той же печи, В одном иэ примеров смесь кремниевого порошка и акрилового латекса, сформованную в иэделие, загружают прямо в азотирующую печь и нагревают в атмосфере формующего газа при повышении температуры 400 С в час до 1250 С, при этой температуре выдерживают 3 часа для удаления559636 акрилового полимера. Затем температуру речи повышают до .150 Сн выдержнвают 6 час, а затем до 450 С н выдержнвают 7 чае для завершения азотнровання. Способ получения изделий нэ ннтрнда кремння путем предварнтельного смешнв ения порошка кремния н полимера со свяэующнм, вывода связуннцего нэ смеси, формирования нзделня тре. Составитель В. БезбородоваТехрея Н. Бабурка Корректор, С. В 1 екмар Редактор Н. данилович Заказ 1338/115 Тнраях б 55 Пщищсное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР ло делам изобретения н открытий 113035, Москва, Ж, Раушскаа наб., д, 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектам, 4 Формула нзобретення буемой формы, удаления полимера н нагреванняиэделия в аэотсодержащей атмосфере прн высокойтемпературе, отлн чающий ся пм, что, сцелью получентпа более прочного нзделнл, рем.нневый порошок смешнвают с днсперсней полнмерного материала в жидкости,инертной по отно.шенню к кремнию,Источннкн ннформацнн, принятые во вннманнепрн экспертнэе:1, Патент Японня Иф 3262, кл.5 М 1 (СО В),6.03.66