Шихта для получения нитрида кремния в режиме горения в атмосфере азота

 

Использование: получение конструкционной керамики и режущего инструмента. Сущность изобретения: готовят шихту из следующих порошков, мае. %: кремний - 45- 52, нитрид кремния - 40-45, цинк или соединение цинка из группы, включающей хлорид, карбонат или оксид цинка - 3-15. Порошок SJ3N4 содержит 70% а-фазы, остальное - (3 - 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 /3 -Si3N i в продукте реакции 94,5-100%, выход частиц со сферической формой 85,5-97%. 1 табл. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))5 С 01 В 21/068

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 1с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ н (21) 4908237/26 (22) 11.01.91 (46) 23.08.93. Бюл. N 31 (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 N 2173438, кл.

С 01 В 21/068, 1986.

Kioshi Hlrao, Joshinary Miyamoto, Mitsue

Koizume, Synthesis of Silicon Nitride fy a

Combustion Reaction under High Nitrogen

Pressure, J. Am. Cегоm. 5oc., 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 -SiaN4 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

„„Я „„1836287 А3 (57) Использование: получение конструкционной керамики и режущего инструмента.

Сущность изобретения: готовят шихту из следующих порошков, мас.%: кремний -4552, нитрид кремния — 40 — 45, цинк или соединение цинка из группы, включающей хлорид, карбонат или оксид цинка — 3 — 15. порошок 5!эм4 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 j3 -SisN4 в продукте реакции 94,5 — 100%, выход частиц со сферической формой 85,5-97%. 1 табл.

Mac.% и 3 — 15 масс.% цинка или соединения () цинка из группы, включающих хлорид, кар- О. бонат или оксид цинка. Э . Шихту готовят следующим образом: берут порошки исходных компонентов — элементарного кремния KPO ГОСТ 2169-69 с размером частиц менее 10 мкм, порошок

StzN< с содержанием а фазы 70%, остаааное j3 — фаза в количестве 30-60 мас.% и (Д добавляют от 3 — 15 масс.% порошкообразного металлического цинка или его соединений Zn0, ZnClz, Еп СОЗ, подвергают интенсивному перемешиванию в шаровой мельнице в течение 60-90 минут, а затем приготовленную шихту загружают на графитовую подложку и помещают в реактор СВС.

1836287

Синтез нитрида кремния ведут таким образом: подают в реактор азот под давлением

100 атм, Затем проводят локальное воспламенение шихты с помощью вольфрамовой спирали. 3а счет тепловыделения зкзотермической реакции фронт горения самопроизвольно распространяется по всей длине загрузки, Температура синтеза не превышает 1600 С и находится в интервале 14501550 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 SigN4 необходимо для и редотвращения спекания ча.стиц 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 p — SizN4 сферической формы; — формированию Р-фазы Я!зй4.

В отсутствие цинка или его соединений продукт синтеза представляет собой смесь

a vlP фаз 3!ЗК4, а форма частиц P — Я!зй4 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 g, не оказывает влияния на форму частиц и содержание количества Р -Я!зЛ!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 способ из представленных в таблице данных следует, что изобретение позволяет получить

p — Sl3N4 со 100 -ным выходом со сферической формой частицы, пригодный для получения методом горячего прессования изделий с высокими физико-механическими характеристиками.

Методом горячего прессования готовят на основе p — 5!зй4(полученному по любому из приведенных примеров) штабики для измерения cl »r. и плотности.

Прессование проводят при двух режимах.

1. Тспек.=1650 С. Время нагружения — 20 мин. Давление прессования — 30 МПа. Плотность изделий — 3,5 г/см, (7+3r, 65 кгlмм .

3 2

2 Тспек.=1850 С, время нагружения — 20 мин„давление прессования — 30 МПа. Плотность изделий — 3,6 г/см, о g3r ° 85 кг/мм;

3 2

Для известного в тех же условиях порошка SI3N4, (7mr. составляло 30-40 кг/мм .

Таким образом изобретение позволяет получить высококомпактные керамические изделия с высокими физико-механическими характеристиками.

Формула изобретения

Шихта для получения нитрида кремния в режиме горения в атмосфере азота, включающая порошок кремния и нитрида кремния, отличающаяся тем, что, с целью увеличения выхода P — модификации нитрида кремния со сферической формсй частиц, 35 она дополнительно содержит цинк или соединение цинка из группы, включающий хлорид, карбонат или оксид цинка при следующем содержании компонентов, мас.%;

40 Кремний 45-52

Нитрид кремния

Цинк или соединение цинка 3 — 15

1836287

Хврахтеристиха иохгха

Химичесхих анааих. » масс

Состав ших ы г» хо ха

n/n

$1га

Fe

Форма п и выхо

Содерхг.

/1 — о 4144

О Zn

St4N4

11иих содерхг, аотгаес то

0.06

94,6

0.9

38. 6

0,1

Zn 6/30

90/45.0

104/52 0

90/45.0

0.04

0.02

0.3

38.7

0,03

0,1

38.7

100 !50

0.06

0,04

1.О

38.5

О,!

0,04

38.8

1.0

0,1

0.08

36.8

0.2

1,О

0.9

0.1

0,06

94.5

0.02

Э8.6

ЗО

0.9

38.6

0,1

100

0.9

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-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

385/50

385/46,95

385/44,25

385/51.67

Э 65/53.5

365/50

385/45. 45

365/46.95

80/40,О

80/40.0

ЭЭ5/43.5

335/40.85

335/38.51

335/45.14

Э35/46.5

335/4Э.5

335/39.55

335 40.85

24СОэ 30/т50

3иО 20/10

Zn 50/6 5

Zn 100/12,2

Zn 150/17,24

Zn 22,2/2,99

Zn «О

Zn 50/6,5

2оС11 127/15.0

Zn СОэ 100/12.2

Составитель В.Будин

Техред ММоргентал Корректор Е. Пап п сферич.

° ы ход

85.5» сферич. выход 97» сферич.

saxon 96» сферич. выход 95» сфе рич, амход 96» сферич. выход 95» сфераи 1. выход85» ориэмвтич. формы сферич. выход95» сферич. выход 97»

Сферич. выхо 96