Способ изготовления изделий из нитрида кремния

93 (11) 01104 их В ЗР 58 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АНИЕ ИЗ чА-г",(72) Ян Адлерборн, Ханс Ларкери Ян Нильссон (Швеция)(прототип). изделииполняюттемператгазонепроленин гадавлениюле чегонимают дого ячего(54) (57 ДЕЛИЙ ИЗ мования вого пор лочке иэ с последу чим прес газа в к среды, о что, с ц обеспече 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ"НИТРИДА КРЕМНИЯ путем фораготовки иэ нитридкремние"щка, размещения. ее в обостекла, дегаэации оболочкиющим изостатическим горяованием с использованиемчестве передающей давлениет л и ч а ю щ и й с я тем,лью упрощения процесса иия воэможности изготовления ложной формы,оболочку выазопроницаемой, поднимают РУ до перехода оболочки в ницаемое состояние при дава, по меньшей мере равном газа в порах заготовки, посемпературу и давление подзначений, необходимых для г, ессования. Р р2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что газопроницаемую, оболочку выполняют окунанием заготовки в суспензию стекол или напылением,или размещением вокруг заготовки нескольких элементов из стекла.3. Способ по пп, 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что оболочкуна заготовке выполняют двухслойной,.причем температура оплавленияфвнешйего слоя ниже, чем слоя, прилегающего к.;заготовке.Способ по и. 3, о т л и ч а ющ и й с я тем,что температура.оплавления внешнего слоя 600-1000, аслоя прилегающего к заготовке,120050" С,Изобретение относится к способам изготовления йзделий из нитрида кремния с. использованием изостатического прессования и может быть использовано в технологии получения .высокотемпературных плотных материалов.Известен способ изготовления высокоплотных изделий из нитрида кремния путем,изостатического горячего прессования предварительно отформованных заготовок, помещаемых в оболочку, которую выполняат из молибденовой фольги, дегазируют и эвакуируют, после чего осуществляют горячее прессование11.Однако при этом оболочка уплотняется во время дегазации, что приводит к возникновению в ней дефектов.Наиболее близким.к предлагаемому техническим решением является способ изготовления изделий из нитрида крем-. ния изостатическим горячим прессованием предварительно отформованных заготовок с использованием передающей давление газообразной среды.Согласно известному способу изготавливают заготовки из нитрида кремния с плотностью порядка 653 от теоретической, помещают их в ампулу, выполненную из викорового или кварцевого стекла, проводят дегазй 1 ию при Р = 0,1 Па, запаивают ампулу при температуре около 1251 С, делая ее непроницаемой для среды, передающей давление, в качестве которой используют азот, и проводят изостати" ческое горячее прессование при давлении 200-300 ИПа и температуре 16001900 С2. Однако этот способ достаточно трудоемок, требует предварительного изготовления ампул, их запаивания для изоляции заготовки от среды.Кроме того, при использовании ам- пулы из стекла, которое должно быть достаточно тугоплавким, чтобы не расплавиться при высокой температуре. спекания невозможно предотвратить при эатвердевании стекла его скопле-: ние в полостях или на выступающих частях заготовки, в результате чего при охлаждении вследствие разницы коэффициента термического расширения нитрида кремния и стекла на выступающих частях заготовки возникают трещины, поэтому известный метод применим только для изготовления изде" лий простой формы. Цель изобретения - упрощение процесса и обеспечение возможности изготовления изделий сложной формы.Поставленная цель достигается тем, 5 что согласно способу изготовленияизделий иэ нитрида кремния путем формования заготовки иэ нитридкремниевого порошка, размещения ее в оболочкеиэ стекла, дегазации оболочки с по следующим горячим прессованием с использованием газа в качестве передающей давление среды, оболочку выполняют газопроницаемой, поднимают температуру до перехода оболочки в га зонепроницаемое состояние при давлении газа, по меньшей мере равномдавлению газа в порах заготовки, после чего температуру и давление поднимают до значений, необходимых для 20 горячего прессования.При этом газопроницаемую оболочкувыполняют окунанием заготовки в суспензию стекол или напылением, или размещением вокруг заготовки нескольких 25 элементов из стеклаОболочка также может быть выполнена двухслойной, причем температураоплавления внешнего слоя ниже, чемслоя, прилегающего к заготовке.30 Температура оплавления составляетдля внешнего слоя 600-1000 С, а дляслоя, прилегающего к заготовке,12001650 ф СПредлагаемый способ вследствие З 5 того, что изделие, например, окунаютв суспенэию стеклапозволяет создавать оболочку очень небольшой толщины, в точности повторяющую все изгибы сформованной заготовки, что уст раняет скопление стекла в ее углублениях и растрескивание при охлаждении.Поскольку процесс спекания нитридаокремния идет при 1600- 1900 С и приэтом необходимо избежать диссоциации 45 нитрида кремния с выделением азота,поверх тугоплавкого пористого слоянаносят слой из .суспензии легкоплавкого стекла, который становясь непроницаемым для передающей давление 50 среды, не препятствует дегазации порошковой заготовки. Далее в процессеподъема температуры стекло внешнегослоя реагирует со стеклом внутреннего слоя, становясь более тугоплавким, при дальнейшем нагреве внутренний слой создает также оболочку, не"проницаемую для среды, причем до того, как внешний слой начинает стекать с заготовки.10110 3В качестве газа, используемогодля создания давления, применяетсяаргон, гелий, а также азот, При этомв качестве газа, используемого в процессе перехода оболочки в газонепроницаемое состояние предпбчтительнымявляется азот.Пористый слой из суспензии стеклаили при напылении желательно наноситьслоем 0,05-1 мм, причем частицы материала, из которого создается слой,имеют размер 0,1-100 мкм,Возможно также выполнение слоя изотдельных элементов стекла, размещенных вокруг оболочки, которые при 15повышении температуры соединяютсядруг с другом и в конце концов сплавляются,Материалом тугоплавкой оболочкиможет быть стекло "Викор", содержащее 96,7 мас.Ф 510, 2,9 82 О иО,МЯО, а также кварцевое стекло,возможным также является использование тугоплавких металловМ,И(.Материалом оболочки внешнего слоя .может быть стекло "Апрекс", содержащее мас.Ф: 51080,3; 820 12,2;АЗ 03 2,8; йа О 4,0; К О 0,4; СаО0,3, а также силикат алюминия (58 Ж. 510 Ь 20 АВО, 9 Ж В О, 5 Ж СаО и 308 МдО) или другие смеси 510 с оксидами.Давление при спекании нитрида кремния зависит от того, добавлены ли всостав добавки, промотирующие процесс спекания (М 90), и может составлять Ъ 100 МПа (200-300 МПа) без добавок или20 МПа при наличии добаовок, Температура спекания 1600-190 С.фиг. 1-6 поясняют предлагаемый спощсоб.1П р и м е р 1. Порошок нитридакремния с размером частиц С 7 мкм,содержащий около 0,53 свободного кремния и около 0,1 оксида магния, уп".лотняют в эластичной капсуле при давлении порядка 600 МПа.Заготовку 1, имеющую, например,форму цилиндра с дискообразными торцами (фиг. 1), погружают в суспензиюЮвикорового стекла, сушат до образования слоя 2 и помещают в высокотемпературную печь, снабженную трубкойдля отвода газа, Заготовку дегазируют 2 ч, после чего печь заполняютазотом и повышают температуру до1200 С, сохраняя давление, через 2 чтемпературу постепенно (в течение 45 43-х ч) поднимают с 1200 до 1650 С,доводя . при этом давление азота до0,7 МПа, причем давление вне оболочки поддерживают, по крайней иереравным давлению в порах заготовки.При 1650 С оболочка становится непроницаемой для азота и в печь допол-.нительно вводят азотили гелий доР = 200-300 МПа, после чего повышаюттемпературу до 1800 С и поддерживаютоее 2 ч, Изделие после .охлажденияизвлекают, разбивая стекло,П р и м е р 2. Брикетированнуюзаготовку 1 цилиндрической формы размещают между двумя элементами изстекла 2 (фиг, 2) того же состава,что и в примере 1. Далее процесс ведут по примеру 1, причем в ходе повышения температуры с 1200 до 1650 фС содновременным увеличением давленияпластина из стекла размягчается иизменяет форму (фиг, 3), становясьгазонепроницаемой.П р и м,е р 3. Брикетированнуюзаготовку той же формы, что и в примере 1 (фиг. 4) покрывают пористымслоем 2 из тугоплавкого стекла ислоем 3 стекла с более низкой температурой плавления последовательнымее погружением в суспензию викоровогостекла и стекла "Пирекс" и сушкойпосле каждого погружения. Заготовкудегазируют как в примере 1, наполняютпечь азотом до атмосферного давленияои поднимают температуру до 600 С втечение 2-х ч. Затем за 3 ч поднимаютотемпературу с 600 до 1000 С при одновременном введении азота в количестве, необходимом для создания давления 0,7 МПа, причем давление вне оболочки все время поддерживают, поменьшей мере равным давлению остаточных газов в порах заготовхиа При 1000 С внешний слой становится непроницаемым для азота и в печь вводят дополнительное количество азотао или гелия до Р = 100 МПа при 1200 С. После чего температуру медленно поднимают до образования второго газо" непроницаемого слоя до того, как первый (внешний) начнет плавиться. Затем проводят. спекание, как в примере 1. П р и м е р 4. Заготовку 1 покрывают слоем 2 тугоплавкого стекла и помещают между двумя элементами 343 а. 7 оставитель н. Соболеваехред А,Бабинец Корректор: дактор Н. Гришанов ко Тираж 620ИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 5, Москва, Ж, Раушска Заказ 2512/44 Подписнотета ССрытий д, 4/ 113 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,3 1011из более легкоплавкого стекла (фиг.5)помещают в печь и проводят процесс.аналогично примеру 3, причем в ходепроцесса .пластина 3 изменяет формуи соединяется с нижней пластиной %(фиг.,б) . 045 аЕсли при формовании заготовки используют временное связующее (метил" целлюлозу, нитрат целлюлозы и др.), то оно удаляется до или после нанесения пористого слоя обычайно нагреванием заготовки до 400-70 б С,