Способ изготовления изделий из нитрида кремния Советский патент 1983 года по МПК C04B35/584 C04B35/593 

. /

Uf

0l/f.f 11 Изобретение относится к способам изготовления изделий из нитрида крем ния 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 выполняет из молибденовой фольги, дегазируют и эвакуируют, после чего осуществляют горячее прессованиеt 1J. 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 прессование ; предварительно отформованных заготовок с использованием передающей давление газообразной среды. Согласно известному способу изготавливают заготовки из нитрида кремния с плотностью порядка 6S% от теоретической, помещают их в ампулу, выполненную из викорового или кварцевого стекла, проводят дегазсй ию при Р 0,1 Па, .запаивают ампулу при температуре около 125СГС, делая ее непроницаемой для среды, передающей давление, в качестве которой используют азот, и проводят изостати ческое горячее прессование при давле нии 200-300 МПа и температуре 16001900°С 2. Однако этот способ достаточно тру доемок, требует предварительного изготовления ампул, их запаивания для изоляции заготовки от- среды. Кроме того, при использовании ампулы из стекла, которое должно быть достаточно тугоплавким, чтобы не рас плавиться при высокой температуре. спекания невозможно предотвратить при затвердевании стекла.его скопление 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 при меним только для изготовления изде лий простой формы. jS2 Цель изобретения - упрощение процесса и обесп.ечение возможности изготовления изделий сложной формы. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления изделий из нитрида кремния путем формования заготовки из нитридкремниевого порошка, размещения ее в. оболочке из стекла, дегазации оболочки с последующим горячим прессованием с использованием газа в качестве передающей давление среды, оболочку выполняют газопроницаемой, поднимают температуру до перехода оболочки в газонепроницаемое состояние при давлении газа, по меньшей мере равном , давлению газа в порах заготовки, после чего температуру и давление поднимают до значений, необходимых для горячего прессования. При этом газопроницаемую оболочку выполняют окунанием заготовки в суспензию стекол или напылением, или размещением вокруг заготовки нескольких элементов из стекла. Оболочка также может быть выполнена двухслойной, причем температура оплавления внешнего слоя ниже, чем слоя, прилегающего к заготовке. Температура оплавления составляет для внешнего слоя 600-1000°С, а для слоя, прилегающего к заготовке,1200ТбБО С. .. Предлагаемый способ вследствие того, что изделие, например, окунают в суспензию стекла,позволяет создавать оболочку очень небольшой толщины, в точности повторяющую все изгибы сформованной заготовки, что устраняет скопление стекла в ее углублениях и растрескивание при охлаждении. Поскольку процесс спекания нитрида кремния идет при 1бОО-1900°С и при этом необходимо избежать диссоциации нитрида кремния с выделением азота, повер тугоплавкого пористого слоя наносят слой из суспензии легкоплавкого стекла, который становясь непроницаемым для передающей давление среда, не препятствует дегазации порошковой заготовки. Далее в процессе подъема температуры стекло внешнего с;1оя реагирует со стеклом внутреннего слоя, становясь более тугоплавким, при дальнейшем нагреве внутренНИИ слой создает также оболочку, непроницаемую для среды, причем до того, как внешний слой начинает стекать с заготовки. 3 в качестве газа, используемого для создания давления, применяется аргон, гелий, а также азот. При этом в качестве газа, используемого в про цессе перехода оболочки в газонепроницаемре состояние предпбчтительным является азот.. Пористый слой из суспензии стекла или при напылении желательно наносит слоем 0,05-1 мм, причем частицы мате риала, из которого создается слой, имеют размер 0,1-100 мкм. Возможно также выполнение слоя из отдельных элементов стекла, размещенных вокруг оболочки, которые при повышении температуры соединяются друг с другом и в конце концов сплав ляются . Материалом тугоплавкой оболочки может быть стекло Викор, содержащее 96,7 мас. SiO, 2,9 и 0,AB.O-j. а также кварцевое стекло возможным также является использование тугоплавких металлов / М W/. Материалом оболочки внешнего слоя может быть стекло Апрекс, содер-. жащее мас.1: SiOi80,3; 12,2; Ag2.03 2,8; A,); К,0 Q,k, CaO 0,3, a также силикат алюминия (58% SiDi, 20 Ае2.0з, 9 ,, 5 CaO и 8 HgO) или другие смеси StO. с оксидами . Давление при спекании нитрида кре ния зависит от того, добавлены ли в состав добавки, промотирующие процесс спекания (МдО), и может составлять / 100 МПа (200-300 МПа) без добавок или у/ 20 МПа при наличии добавок. Температура спекания 1600-1990 Фиг. 1-6 поясняют предлагаемый сп соб. . Пример 1. Пороиюк нитрида кремния с размером частиц 7 мкм, содержащий около 0,5 свободного Крю ния и около 0,1 оксида магния, уп/ютняют в эластичной капсуле при дав лении порядка 600 МПа. Заготовку 1, имеющую, например, форму цилиндра с дискообразными торцами (фиг. 1), погружают в суспензию викорового стекла, сушат до образования слоя 2 и помещают в высокотемпературную печь, снабженную трубкой для отвода газа. Заготовку дегазируют 2 ч, после чего печь заполняют азотом и повышают температуру до , сохраняя давление , через 2 ч температуру постепенно (в течение . 3-х ч) поднимают с 1200 до , доводя . при этом давление азота до 0,7 МПа, причем давление вне оболочки поддерживают, по крайней мере равным давлению в порах заготовки. При оболочка становится непроницаемой для азота и в печь.дополнительно вводят азот или гелий до Р 200-300 МПа, после чего повышают температуру до и поддерживают ее 2 ч. Изделие после охлаждения извлекают, разбивая стекло. Пример 2. Брикетированную заготовку 1 цилиндрической формы размещают между двумя элементами из стекла 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 с одновременным увеличением давления пластина из стекла размягчается и изменяет форму (фиг. 3) становясь газонепроницаемой. П р и м.е р 3. Брикетированную заготовку той же формы, что и в Примере 1 (фиг. ) покрывают пористым слоем 2 из тугоплавкого стекла и слоем 3 стекла с более низкой температурой плавления последовательным ее погружением в суспензию викорового стёкла и стекла Пирекс и сушкой после каждого погружения. Заготовку дегазируют как в примере 1/ наполняют печь азотом до атмосферного давления и поднимают температуру до в течение 2-х ч. Затем за 3 ч поднимают температуру с 600 до 1000 С nfjH одновременном введении азота в количестве, необходимом для создания давления 0,7 МПа, причем давление вне оболочки все время поддерживают, по меньшей мере равным давлению остаточных газов в порах заготовки . При 10. внешний слой становится непроницаемым для азота и в печь вводят дополнительное количество азота или гелия до Р 100 МПа при . После чего температуру медленно поднимают до образования второго газонепроницаемого слоя до того, как первый (внешний) начнет плавиться. Затем проводят спекание, как в примере 1 . Пример 4. Заготовку 1 покры-бают слоем 2 тугоплавкого стекла и помещают между двумя элементами 3 5 из более легкоплавкого стекла (фиг.5 помещают в печь и проводят процесс аналогично примеру 3 причем в ходе процесса пластина 3 изменяет форму и соединяется с нижней пластиной (фиг. 6).

v

2

г

JSftof.J

J г

/ /

ФУГ. 10110 5« ) Если при формовании заготовки используют временное свя9УЮЦее(метилцеллюлозу, нитрат целлюлозы и др.), то оно удаляется до или после нанеS сения пористого слоя обычно нагреванием заготовки до 00-70б С.

фуг. 4

фfff.f