Способ получения изделий из нитрида кремния

 

ОП ИСАНИЕ изоь етения

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 559636 (б1), дополнительный к патенту (22) Заявлено 16.03.71 (21) 1631987/26 (23) Приоритет — (32) 1703 70 (31) 12818/70 (33) Великобритания (43) Опубликовано 25.05.77. Бюллетень №19 (45) Дата опубликования описания 16.11.77

2 (51) М. Кл.

С01 В 21/06

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делан изобретений и открытий (53) УДК

661.55 (088.8) Иностранцы

Джон Геральд Рицер Филипс,и Адриан Кристофер Бреинан (Великобритания) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Джозеф Лукас Индастриз Лимитед" (Великобритания) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИТРИДА КРЕМНИЯ

Изобретение относится к получению иэделий из ннтрида кремния, используемого как высокопрочный и твердый материал.

Известен способ получения изделий из нитрнда кремния путем предварительного смешивания порошка кремния и полимера со связующим, вывода связующего из смеси, формирования изделия требуемой формы, удаления полимера и нагревания изделия в азотсодержащей атмосфере при высокой температуре 11) .

Для получения достаточно прочного изделия предлагается способ, по ° которому кремниевый порошок смешивать с дисперсией полимерного материала в жидкости, инертной по отношению к кремнию.

Использование в качестве связующего диспер. сии полимерного материала обеспечивает содержание 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 быть 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.

Пример 1. Тонкодисперсный порошок кремния размером частиц 3 мкм в количестве 1 кг

5 помещают в смеситель с лопастной мешалкой вместе с дисперсией акрилового латекса в 150 мл воды. Для предотвращения ценообразования во время неремешивания к смеси добавляюТ 5 мл противовспеннвателя (торговое наименование

10 ONH1 фирмы Нопсо Гесс). Всю смесь тщательно перемешивают 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 ат15 мосфере крекированного аммиака в течение 2 часов при 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 и в течение 7 час при 1450 С. В результате получают иэделие в виде листового нитрнда кремния с модулем разрушения 2450 кг/см .

Пример 2. Тонкодисперсный порошок

И креьптня перемешивают аналогично приМеру 1 в

5-9636

3 лопастной мешалке с водной дисперсией 416 MJl акрилового латекса. В течение первых 4 час перемешивания смесь нагревают для удаления дисперсанта с получением порошка, который затем пропускают через обыкновенные вальцы и получают

5 плоскую ленту со скоростью 3 м/мин при давлении валков 140 кг/см . Полученную ленту затем прог каливают для удаления акрилового полимера с получением кремниевого бисквита в двухэонной печи в атмосфере крекированного аммиака; температура в зонах составляет 450 Си 900 С, причем ленту выдерживают в зоне при 450 С в течение

? часа, а затем в зоне 900 С в течение 1 часа. Затем кремниевый бисквит азотируют в отдельной печи в атмосфере формуюшего газа, состоящего из 90% азота и 10% водорода в течение 16 час при 1350 С и

7 час при 1450 С.

В данном примере порошок можно формовать в гофрированный лист, пропуская его через формующие вальцы. Можно применять плоские вальцы и получать прокатанную плоскую ленту до лрокаливания ее для удаления полимера.

Пример 3. Тонксиэмельченный кремниевый порошок размером частиц 3 мкм в количестве 1 кг смешивают с 250 мл акрилового латекса (торговое

25 наименование Т.Д. 1083 фирмы Скотт-Бедер) и

167 мл акрилов ого лате .са (торговое наименование Акронал 4Ь) в смесителе типа Гобарт в течение 15 мин с получением пасты. Эту пасту вручную формуют на листе полиэтилена и пропускают под формующим ножом с получением плоского листа, который сушат воздухом при 80 С в течение 3 час для удаления воды. Затем лист прокаливают и печи при 450 С в течение 30 мин и о при 900 С в течение еще 30 мин в атмосфере крекированного аммиака для удаления полимера из листа и формования кремниевого бисквита, После этой стадии бисквит азотируют обычным способом прокаливания. Например, аэотирование ведут при нагревании кремниевого бисквита в 40 течение 16 час при 1350 С и в течение 7 час при о

1450 С. В результате получают готовое изделие из ингрида кремния в вице механически прочного листа. Изделие имеет модуль разрушения 2700+

350 кг/см . Смесь кремния и полимера можно формовать из пасты в изделие до удаления дисперсанта из смеси.

Пример 4. 20 г усов из нитрида кремния и

1 л воды добавляют к смеси кремния и акриловог0 латекса, как и в примере 3. Образовавшуюся дисперсию смешивают в высокоскоростной дисковой мешалке для равномерного распределения усов в смеси без их повреждения. Затем смесь фильтруют и компаундируют с получением пасты, консистенция которой позволяет формовать; зту пасту прокаливают для удаления воды (дисперганта) и полимера, а затем азотируют, как и в примере 3.

Вместо усов из ингрида кремния могут быть взяты алюмосиликатные волокна (торговое наименование Фибрефракс фирмы Карборунл Лимитед 6О

1 или Каовул фирмы Мо1лани Лимитед). В случае о ъемного волокна Каавул смешивание ведут в б аибрационной мешалке, Пример S. 1 кг кремниевого порошка

:мешивают с 3 л 2%-ной смеси алюмосиликатных аолокон (Фибрефракс) в воде с помощью скоростной дисковой мешалки. Смесь филыруют и переносят в лопастную мешалку вместе с водной дисперсией 416 мл акрилового латекса Акронал

40, затем вещество нагревают при перемешивании для удаления воды и образования порошка. Этот порошок прокатывают, прокаливают в двухзонной печи для удаления полимера и обрабать вают азотом в отдельной печи.

Пример 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 до г

780 кг/см . После удаления полимера изделие обрабатывают азотом как и в предыдущих примерах.

Пример 7. Пастообразную смесь кремния и дисперсию акрилового 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, ?? 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 из 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 азотировании кремния в дальнейшем размеры не изменяются. Если пастообразную смесь формуют в изделие, то можно после удаления дисперсантг придавать изделию и другую форму.

Во 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 1 час до 1250 С, при этой температуре выдерживают 3 часа для удаления

559636 акрилового полнмера. Затем температуру Печн повышают до I 350 С н выдержнвают 16 час, а затем до 1450 С н выдерживают 7 чае для завершения

I азотнровання.

Способ получения изделий нэ ннтрнда кремння путем предварнтельного смешивания порошка кремния н полимера со свяэующнм, вывода связуннцего нэ смеси, формирования нзделня треСоставитель В. Безбородова

Техрея Н. Бабурка . Корректор, С. В1екмар

Редактор H. 11анияович

Заказ 1338/115

Тираах 655 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретения x oncpamN

113035, Москва, Ж-35, Раушскаа иаб., д. 4/S

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, уи. Проектная, 1

Формула изобретения буемой формы, удаления полимера н нагревання иэделия в аэотсодержащей атмосфере прн высокой температуре, отлн чающий ся и м, что, с целью получентпа более прочного изделия, «ремнневый порошок смешнвают с днсперсней полн. мерного материала в жидкости, инертной по отношенню к кремнию.

Источннкн ннформацнн, принятые во внимание прн экспертнэе:

1, Патент Японня И 3262, кл. 15 М 1 (COI 8), 18.03.66