Startseite > Ausstellung > Inhalt

Verfahren zur Herstellung von Bornitrid-Keramik

Jan 13, 2017

Verfahren zur Herstellung von Bornitrid -Keramik

 

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Produkts, insbesondere eines Bornitrids (BN), und eines diese enthaltenden Produkts. Bornitrid-Produkte in der Elektronik-, Elektro-, Radio-, Metallurgie-, Atomenergie-und Raketen-Industrie verwendet, können strukturelle Komponenten als Hochtemperatur-Dielektrikum Dämmelement, Tiegel, Boot, Metall-Legierung, Kristallglas Schmelzen Synthese und Wachstum, Verdampfer-Topf, verschiedene verwendet werden Geräte, Schmelzen und Gießen von Metallen und Legierungen für feuerfeste Keramik- und Gasturbinentriebwerke.

 

Gegenwärtig sind die drei Hauptverfahren der praktischen Anwendung von Bornitridkeramik ein Pyrolyseverfahren, ein Heißpressverfahren und ein Reaktionssinterverfahren.

 

Das pyrolytische Bornitrid, das unter Verwendung eines Borhalogenid-Dampfabscheidungsverfahrens mit hoher Reinheit und hoher Dichte erhalten wurde und die höchste Qualität von 20 Grad bis zu 1400 ° C aufweist und tatsächlich seine Festigkeit erhöhen kann. Pyrolyse ist jedoch ein komplexer und energieintensiver Ansatz, einschließlich teueres Management, um schädliche Gase zu entfernen. Zusätzlich kann die maximale tatsächliche Dicke des pyrolytischen Bornitrids hergestellt werden, beträgt etwa 5 mm.

 

Heißpressen zum gleichzeitigen Formen und Sintern von 1800-2200 zur gleichen Zeit in einer Graphitform - ein Verfahren zur Herstellung von Bornitridprodukten. Diese Produkte haben eine hohe Dichte und hohe Festigkeit, aber 10-15% enthaltende Oxid eutektische Phase, die Temperatur über 1000 ° C sie verlieren tatsächlich alle strukturellen Festigkeit. Darüber hinaus hat das heißgepreßte Bornitrid-Material auch einen hohen Anisotropiegrad, ist aber schwächer als das Pyrolyse-Material.

 

Es ist offensichtlich, dass es notwendig ist, eine Art Bornitrid-Material zu erfinden, die nicht nur die Stärke des pyrolytischen Bornitrids bei hoher Temperatur haben kann, sondern auch die wirtschaftliche, geringe Verschmutzung und die Herstellung von dicker Probe beibehalten.

 

Das bekannte Sinterverfahren des kaltgepressten Rohlinges aus Bornitrid, dh als eigenständiger Betrieb, ist ein Schritt in diese Richtung. Das resultierende Material weist eine beträchtliche Porosität auf (bis zu 40%) und die Festigkeit ist nicht größer als 10-20 MPa, was für den gesamten Einsatzbereich eindeutig nicht ausreicht.

 

Zu diesem Zweck schlugen Rusanova und Gorchakova [Soviet Powder Metallurgy, 1989, 28 (2) 108], Bornitrid-Sintering direkt mit seiner Struktur zusammen. Die grundlegende Struktureinheit von Bornitrid hat die ebene Schicht aus N- und B-Atomen, die abwechselnd durch basische starke kovalente Bindungen des hexagonalen Rings gebildet sind; Zwischen Schicht und Schicht Bindungskraft ist vor allem die schwachen intermolekularen Interaktion Ergebnisse. Viele Schichten sind zusammengestapelt, um ein flaches Blatt zu bilden, bis zu 50nm dick, mit einem regelmäßigen Winkel. In solch einer Struktur ist es möglich, dass die Teilchen auf der Oberfläche des Kristalls nicht vollständig verbunden sind und dass das Sechseck nicht tatsächlich verbunden ist.

 

Aufgrund der turbulenten Schichtstruktur (turbostratischer Struktur) ist der Forschungsfortschritt der Bornitrid-Syntheseverfahren, wie z. B. das US-Patentverfahren, eine selbstklebende Keramik (selbstgebundene Keramik) -Produktion möglich geworden. Das Bornitrid in der turbulenten Schicht hat eine halb amorphe Struktur, in der die nahezu parallelen Schichten der Gruppe zufällig relativ zum Normalen verschoben oder gedreht werden. Die Forscher bestätigten auch, dass die im Stapel vorhandenen Stapeldefekte auf das Vorhandensein von Sauerstoff in der Zwischenschicht zurückzuführen sind. Diese Tatsache ist von besonderer Bedeutung für den Prozess der explosiven Verdichtung von Pulverformprodukten, da Produkte durch Verdichtung nach der Explosion all ihren Sauerstoff behalten und somit alle ihre Sinterpotentiale beibehalten, wird es in der turbulenten Weise die folgende Art von Bornitridpulver erreichen Schicht und Bor-Chemie die Bindung von Sauerstoff verursacht Stickstoffverlust, wenn die Temperatur ausreicht, um die BO-Taste zu zerstören, wenn Sauerstoff die Struktur verlassen wird, so dass die hervorragende Taste, diese Taste mit Bor-und Bor-Bindung tritt sechs Schicht "". Für das Verständnis dieses Produkts durch den Sintermechanismus der turbulenten Schichtverdichtung entwickelten Rusanova und Gorchakova (ibid) eine Reaktionssintermethode, die der technischen Lösung am nächsten kommt wie folgt.

 

Die Bornitrid-Pulverschicht und vor turbulent nach der Qualität von 10-50% amorphem Bor gemischt; In 1-2 Tonnen / cm 2 unter Druckdruck. Das Presspulver bei 1400-1800 DEG C in der Stickstoffsinterzeit sollte das [USSRInventor's Zertifikat den gesamten Prozess der Nitrierreaktion (sowjetisches Erfinderzertifikat) Nr.6350741978 7. August] abgeschlossen haben. Diese Methode ist bei der Herstellung von feuerfesten Produkten wirksam.

 

Die Schwierigkeit des Problems dieses Verfahrens vollständig in dickwandigen Teilen einschließlich Nitrid-Bor; Entfernen von Schwierigkeiten von Boroxid, Boroxid ist in der Sinterung turbostractischen Bornitrid / Bor-Mischung, aufgrund der Bildung von Sauerstoff enthaltenden Bornitrid in; Und die innere Spannung aufgrund einer großen Anzahl von amorphen Bornitrid die ungleichmäßige Verteilung in der turbulenten Schicht aus Bornitrid-Matrix, das Volumen auf 2-3 mal erhöht. Daher ist die Anwendung dieses Verfahrens auf die Herstellung einer bestimmten Größe des Produkts beschränkt, es ist nicht geeignet für die Herstellung von Produkten, die B2O3 enthalten, weniger als 1% der Qualität des Produkts, sowie die Wanddicke von mehr Als 5-7mm.

 

Kaltpressen (Sauerstoff) turbostractisches Bornitrid, gesintert bei 1800-2000 DEG C, um Sauerstoff zu entfernen und so viel wie möglich ein sechsteiliges reines Bornitrid zu produzieren, hat es eine beträchtliche Festigkeit (etwa die Hälfte des pyrolytischen Bornitrids) von 0 bis 1400 DEG C. es halten die Stärke, Temperatur deutlich überlegen hpbn ist über 500 DEG C.

 

Um das Sinterverfahren von Bornitrid zu aktivieren, wird das feindisperse Metallpulver in die ungeordnete Struktur des BN-Pulvers gegeben.

 

Gemß der Erfindung wird ein Gemisch aus Bornitridpulver durch das Verfahren des dielektrischen Graphits und des reaktiven Sinterns mit Ausnahme des elementaren Borpulvermittels zur Herstellung von Bornitridkeramikprodukten, einschließlich der Mischung zur Bildung der Form des Produkts, verdichtete Mischung unter Druck, gewesen sein Gebildet und das Reaktionsgemisch, das in einem Vakuum- oder Inert- oder Stickstoffatmosphäre-Sintern verdichtet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Bornitrid-Dielektrikum Graphit, der chemisch gebundenen Sauerstoff, bezogen auf das Gewicht von 5-10%, enthält, das Reaktions-Sintermittel gemäß dem stöchiometrischen Verhältnis von Zumindest gleichbedeutend mit der chemischen Bindung von Sauerstoff und dem Reaktions-Sintermittel mit der bestehenden chemischen Reaktion von B, N und / oder O in den Sinterbedingungen, um einen kleinen Teil der flüchtigen Produkte zu bilden, geeignete feuerfeste Verbindungen zu bilden und zuzulassen. Sie können verstehen, "Chiang Tinte" ("mesographitisch") ist eine Beschreibung der Übergangszone zwischen der vollständig geordneten Graphitstruktur in BN vollständig ungeordneten turbulenten Schichtstruktur und BN. Sollte dieses Metall wählen, dh wenn es und Sintergasmedium und BN-Matrix-Wechselwirkung, können feuerfeste Oxide und Nitride, Boride, diese Produkte, die dem Gemisch in der Gruppe hinzugefügt werden, haben ein höheres Molvolumen, ist das Metall auch so, seine Reaktion mit Exotherme Wirkung bemerken Durch Verwendung der Volumenerhöhung und der thermischen Wirkung der Reaktion kann das Material mit zufriedenstellender Strukturfestigkeit unter der Bedingung eines relativ milden Sinterns erhalten werden, dh die Temperatur beträgt bis zu 1800 ° C und der Stickstoffdruck beträgt nicht mehr als 0,06 MPa . Die Menge an Metallpulver, die der Mischung zugesetzt wird, kann 5-50% betragen. Ihre spezifische Oberfläche beträgt vorzugsweise nicht weniger als 10 m2 / g. Die Metallpulver können Aluminium-, Titan- oder Siliciumpulver oder ein Gemisch davon sein, gegebenenfalls einschließlich Bor oder Verbindungen, die während des Sinterns gebildet werden können. Das Reaktions-Sinterverfahren kann angewendet werden, um eine breite Vielfalt von Materialien zu erhalten, aus hochreinem Bornitrid, wenn Bor dem Metall zugesetzt wird, zu einer komplexen Struktur, die bis zu fünf verschiedene Verbindungen enthält. Zusätzlich wird gemß der Erfindung ein Herstellungsverfahren für Bornitrid-Keramiken durch dielektrische Mischung aus Graphit-Bornitrid-Pulver und Bor-Pulver, einschließlich der Mischung zur Bildung der Form des Produkts, verdichtete Mischung unter Druck gebildet und das Reaktionsgemisch, das ist Verdichtet in der Vakuum- oder Stickstoffatmosphäre das gesinterte Bornitrid, wobei die Tinte, die seinen chemischen Bindungssauerstoff enthält, von 5% bis 10% beträgt, wobei das stöchiometrische Bor-Verhältnis von mindestens gleichbedeutend mit der chemischen Bindung von Sauerstoff ferner mit Organosiliciumverbindungen imprägniert ist Teile der Stufen ist die Organosiliciumverbindung selbst flüssig oder lösungsform (vorzugsweise anaerob), ihr Molekulargewicht beträgt weniger als 1000 und enthält Teile, die bei 600-1700 DEG C im Vakuum oder inerter Atmosphäre im Wärmebehandlungsverfahren imprägniert sind. Die Verdichtungsmethode kann flüssigkeitsdynamisch sein. Zur Herstellung von Produkten, wie z. B. der komplexen Form des Tiegels, ist die beste Verwendung einer fluiddynamischen Verdichtung, wie z.B. Hydraulikflüssigkeit um die Mischung, durch Ausbilden der Explosionsstoßwelle, wie z. B. vollständig unter dem Druck von 50-300 MPa, aber für die Die Herstellung von flachen Produkten mit statischer Verdichtung ist besser geeignet. Gemß der Erfindung wurde das Herstellungsverfahren für Bornitrid-Keramiken durch dielektrische Mischung Graphit-Bornitrid-Pulver und Bor-Pulver, einschließlich der Mischung zur Bildung der Form von Produkten, die auf der hydrodynamischen Gemischverdichtung gebildet wurden, und die Reaktionsmischung im Vakuum oder Stickstoff verdichtet worden Atom-Sinterung, das Bornitrid Chiang die Tinte, die Sauerstoff enthält, durch chemische Bindungsqualität von 5% bis 10%, und das elementare Bor im stöchiometrischen Verhältnis ist mindestens gleichbedeutend mit der chemischen Bindung von Sauerstoff.

 

Ist dies nach den Eigenschaften der Bornitridreaktions-Sinterung der Erfindung die ungeordnete Struktur der BN-Matrix aktiv und die Wechselwirkung zwischen den erhaltenen Keramiken in geringerem Maße auf das Metallzusatz- und Sintergasmedium zurückzuführen, so kann sie durch definiert werden Reaktionsgesinter, um sich aber in großem Maße in der Matrix von BN vorzustellen, bei der Entfernung von Sauerstoff treten strukturelle Veränderungen auf und treten unweigerlich aufgrund der chemischen Reaktion von BN mit Metalladditiven, Bildung von Oxiden, Boriden, Oxynitrid auf Und andere Verbindungen als Ergebnis. Daher wird die fertige Keramik entscheidend durch die Zusammensetzung und die Eigenschaften des BN-Pulvers und die Strukturart der Anfangseffekte der Sauerstoffmenge, die durch die Menge beeinflusst wird, Zugabe von Metallpulver und Sintertemperatur des Gasmediums.

 

Gemß der Erfindung des allgemeinsten Ausdrucks hat das Verfahren zur Herstellung von Bornitrid-Keramiken durch dielektrische Mischung Graphit-Bornitrid-Pulver und Bor-Pulver, einschließlich der Mischung zur Bildung der Form von Produkten, das verdichtete Gemisch unter Druck gebildet und das Reaktionsgemisch hat Im Vakuum- oder Stickstoffatmosphären-Sintern verdichtet worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bornitrid-Dielektrikum Graphit, der chemisch gebundenen Sauerstoff enthält, von 5% bis 10% und das elementare Bor im stöchiometrischen Verhältnis mindestens gleich der chemischen Bindung von Sauerstoff ist. Das elementare Bor kann amorph oder kristallin sein, vorzugsweise Pulver, seine Oberfläche beträgt mindestens 10m2 / g und kann nach dem Qualitätsplan die Mischung von 5-8% berücksichtigen.

 

In allen Fällen ist die beste anfängliche Bornitridschicht vor dem Mischen mit Bor oder einem anderen Reaktions-Sintermittel das Bornitrid vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum turbulent, die Temperatur von 1300 ° C bis 1500 ° C unter der Bedingung von Wärmebehandlung zur Erzielung eines Gleichgewichts (z. B. 1 Stunde oder länger), reduzieren den Sauerstoffgehalt der besten von 15% auf 5-10%, und ein Teil der Bornitridschicht wird aus der turbulenten Medium Graphitstruktur umgewandelt. Seine spezifische Oberfläche beträgt vorzugsweise mindestens 100m2 / g. Das Bornitrid und das Bor, das nach dem Waschen nach dem Waschen (wie Wasser oder Alkohol oder anderen geeigneten Lösungsmitteln zur Entfernung von Boroxid), B2O3 gemischt wurde, um das beste 1% oder unter dem Niveau entsprechend der Qualität zu erzielen.

 

Die vorliegende Erfindung basiert im Allgemeinen auf dem Prinzip des reaktiven Sinterns in einer aktiven Matrix, dh der chemischen Reaktion zwischen dem Substrat und dem Reaktions-Sintermittel, wie dem Sintern des BN-B-Systems (wie oben beschrieben).