DE2937740C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Keramikkörper aus Siliciumnitrid (Si₃N₄), Siliciumdioxid (SiO₂) und Yttriumoxid (Y₂O₃) mit einer verbesserten Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.The invention relates to ceramic bodies made of silicon nitride (Si₃N₄), silicon dioxide (SiO₂) and yttrium oxide (Y₂O₃) with improved oxidation resistance at high Temperatures.

Aus der US-PS 40 73 845 ist bekannt, daß Si₃N₄-Pulver, das Kationenverunreinigungen in einer Menge von höchstens 0,1 Gew.-% enthält, in überwiegend kristalliner α-Phase und/oder amorpher Phase vorliegt und eine durchschnittliche Teilchengröße von 3 µm (gemessen nach dem BET-Verfahren) aufweist, durch Zugabe von MgO oder Y₂O₃ verfestigt und gesintert werden kann zu einem polykristallinen Keramikkörper mit einer Dichte, die nahe bei der theoretischen Dichte liegt. Solche Pulver können durch Warmpressen bei weniger strengen Temperatur- und Druckbedingungen als sie zum Verpressen von Pulvern mit einer geringeren Reinheit und geringeren Reaktionsfähigkeit angewendet werden müssen, oder durch Kaltpressen und Sintern, was bei Pulvern mit einer geringeren Reinheit und einer geringeren Reaktionsfähigkeit überhaupt nicht möglich ist, verfestigt werden. Zur Herstellung solcher polykristalliner Keramikkörper werden in der Regel bis zu 25 Gew.-% Yttriumoxid (Y₂O₃) oder ein Oxid der Seltenen Erden wie CeO₂ als Sinter- oder Verdichtungshilfe zugegeben.From US-PS 40 73 845 it is known that Si₃N₄ powder, which contains cation impurities in an amount of at most 0.1 wt .-%, is in predominantly crystalline α- phase and / or amorphous phase and an average particle size of 3 µm (measured by the BET method), can be solidified by adding MgO or Y₂O₃ and sintered to a polycrystalline ceramic body with a density that is close to the theoretical density. Such powders can be hot-pressed at less stringent temperature and pressure conditions than they have to be used to press powders of lower purity and reactivity, or cold-pressing and sintering, which is not possible with powders of lower purity and responsiveness , are solidified. To produce such polycrystalline ceramic bodies, up to 25% by weight of yttrium oxide (Y₂O₃) or a rare earth oxide such as CeO₂ are generally added as a sintering or compacting aid.

Obgleich bekannt ist, daß diese modifizierenden Zusätze einen schädlichen Einfluß auf die maximal erreichbare Hochtemperaturfestigkeit und den maximalen Widerstand gegen Kriechen ausüben, werden diese Zusätze bisher für die Erzielung höchster Dichten, die auch entscheidend für die Erreichung einer hohen Temperaturbeständigkeit sind, als unerläßlich angesehen. Although it is known that these modifying additives a harmful influence on the maximum achievable High temperature strength and maximum resistance to Exercise creep, these additives have so far been for achieving the highest densities, which are also crucial for achieving high temperature resistance, considered indispensable.  

Eine andere Eigenschaft, die bei solchen Keramikkörpern mit hoher Festigkeit bei hohen Temperaturen höchst erwünscht ist, ist eine hohe Oxidationsbeständigkeit, insbesondere unter Berücksichtigung des Umstandes, daß auf bestimmten Anwendungsgebieten, beispielsweise in Kraftfahrzeugmotoren, die bei Temperaturen oberhalb solcher arbeiten, die für Superlegierungsmaterialien verträglich sind, der oxidative Angriff in korrodierender Umgebung besonders ausgeprägt ist. Die Oxidationsbeständigkeit der Keramikkörper unter diesen Bedingungen sollte ausreichen, um eine signifikante Verschlechterung der mechanischen Festigkeit über lange Zeiträume hinweg auch bei solchen Betriebsbedingungen zu verhindern.Another characteristic of such ceramic bodies highly desirable with high strength at high temperatures is high oxidation resistance, in particular taking into account the fact that on certain areas of application, for example in motor vehicle engines, those at temperatures above such work that are compatible with superalloy materials are the oxidative attack in a corrosive environment is particularly pronounced. The oxidation resistance of the Ceramic body under these conditions should be enough to a significant deterioration in mechanical Strength over long periods of time even with such To prevent operating conditions.

Aus der US-PS 41 02 698 sind Keramikkörper aus den Komponenten Si₃N₄, SiO₂ und Y₂O₃ bekannt, die eine oder mehrere instabile Phasen aufweisen und somit einer deutlichen Oxidation bei hohen Temperaturen unterliegen, was nach den Angaben in dieser Patentschrift insbesondere auf ihren Gehalt an Oxiden Seltener Erden zurückzuführen ist.From US-PS 41 02 698 ceramic bodies are made of the components Si₃N₄, SiO₂ and Y₂O₃ known, the one or more have unstable phases and thus a significant oxidation subject to high temperatures, which according to the Information in this patent specification in particular on its content of rare earth oxides.

Aufgabe der Erfindung war es daher, polykristalline Keramikkörper aus Si₃N₄, SiO₂ und Y₂O₃ zu schaffen, die nicht nur eine außerordentlich hohe Dichte aufweisen, die nahe bei der theoretischen Dichte liegt, sondern gleichzeitig auch gegen Oxidation bei hohen Temperaturen beständig sind.The object of the invention was therefore to provide polycrystalline ceramic bodies to create from Si₃N₄, SiO₂ and Y₂O₃ that are not only have an extraordinarily high density that is close lies at the theoretical density, but at the same time are also resistant to oxidation at high temperatures.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann durch einen polykristallinen Keramikkörper, der eine spezifische Zusammensetzung in bezug auf die Komponenten Si₃N₄, SiO₂ und Y₂O₃ hat und außerdem SiO₂ und Y₂O₃ in kritischen Konzentrationen enthält.It has now been found that this object is achieved according to the invention can be solved by a polycrystalline ceramic body, which is related to a specific composition has the components Si₃N₄, SiO₂ and Y₂O₃ and also SiO₂ and contains Y₂O₃ in critical concentrations.

Gegenstand der Erfindung ist ein polykristalliner Keramikkörper aus Si₃N₄, SiO₂ und Y₂O₃, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine Zusammensetzung in bezug auf die Komponenten Si₃N₄, SiO₂ und Y₂O₃ hat, die innerhalb des dreieckigen Bereiches von II des ternären Si₃N₄-SiO₂-Y₂O₃-Zusammensetzungsdiagramms liegt, der durch die Linien begrenzt ist, welche die Punkte Si₃N₄; Y₂O₃ · 2 SiO₂ und 10 Y₂O₃ · 9 SiO₂ · Si₃N₄ miteinander verbindet, und 3 bis 4 Gew.-% SiO₂ und 3 bis 13 Gew.-% Y₂O₃ enthält.The invention relates to a polycrystalline ceramic body made of Si₃N₄, SiO₂ and Y₂O₃, characterized in that is that he  a composition with respect to the components Si₃N₄, SiO₂ and Y₂O₃ has that within the triangular area of II of the ternary Si₃N₄-SiO₂-Y₂O₃ composition diagram which is bounded by the lines which the points Si₃N₄; Y₂O₃ · 2 SiO₂ and 10 Y₂O₃ · 9 SiO₂ · Si₃N₄ connects with each other, and 3 to 4 wt .-% SiO₂ and 3 to 13 wt .-% Y₂O₃ contains.

Der erfindungsgemäße Keramikkörper besitzt überraschenderweise eine besonders gute Oxidationsbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen, obgleich in der US-PS 41 02 698 der hier beanspruchte Zusammensetzungsbereich als instabil bezeichnet wird, innerhalb dessen bei hohen Temperaturen eine deutliche Oxidation auftritt. Mit der vorliegenden Erfindung wurde nachgewiesen, daß diese bisher vertretene Auffassung nicht zutrifft, insbesondere wenn der polykristalline Keramikkörper die hier beanspruchte spezifische Zusammensetzung in bezug auf die Komponenten Si₃N₄, SiO₂ und Y₂O₃ hat und SiO₂ sowie Y₂O₃ in kritischen Konzentrationen von 3 bis 4 Gew.-% bzw. 3 bis 13 Gew.-% enthält.The ceramic body according to the invention surprisingly has a particularly good resistance to oxidation at high temperatures, although in U.S. Patent No. 41 02 698 the compositional range claimed here as unstable is referred to within which at high temperatures significant oxidation occurs. With the present Invention has been demonstrated to date is not correct, especially if the polycrystalline ceramic body claimed here specific composition in relation to the components Si₃N₄, SiO₂ and Y₂O₃ has and SiO₂ and Y₂O₃ in critical Concentrations of 3 to 4% by weight or 3 to 13% by weight contains.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Gehalt an Y₂O₃ des erfindungsgemäßen Keramikkörpers 11 bis 13 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht an Si₃N₄, SiO₂ und Y₂O₃.According to a preferred embodiment of the invention, the Y₂O₃ content of the ceramic body according to the invention is 11 to 13% by weight, based on the total weight of Si₃N₄, SiO₂ and Y₂O₃.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält der Keramikkörper weniger als 0,1 Gew.-% Kationenverunreinigungen.According to a further preferred embodiment of the invention the ceramic body contains less than 0.1% by weight of cation impurities.

Die erfindungsgemäßen Keramikkörper sind besonders vorteilhaft auf solchen Anwendungsgebieten, die eine gute bis ausgezeichnete mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen und über hinreichend lange Betriebszeiten erfordern. Dies ist beispielsweise der Fall bei Fahrzeug- und Flugzeugmotoren und verwandten Bauteilen, wie Regeneratoren und Rekuperatoren für die Wiedergewinnung von Abwärme.The ceramic bodies according to the invention are particularly advantageous in those application areas that are good to excellent mechanical strength at high temperatures and require over long operating times. This is the case for example with vehicle and aircraft engines and related components such as regenerators  and recuperators for recovery of waste heat.

Unter dem hier verwendeten Ausdruck "reaktionsfähiges Pulver" ist ein Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von unter 3 µm, gemessen nach dem BET-Verfahren, zu verstehen, das eine im wesentlichen kristalline α-Phase und amorphe Phase aufweist. Dabei bezieht sich der Ausdruck "amorph" auf einen Nahordnungs-Feststoff, der durch fehlende Röntgenstrahlen-Beugungsintensitätspeaks und breite IR-Absorptionspeaks gekennzeichnet ist.The term "reactive powder" used here means a powder with an average particle size of less than 3 μm, measured by the BET method, which has an essentially crystalline α phase and amorphous phase. The term "amorphous" refers to a short-range solid which is characterized by a lack of X-ray diffraction intensity peaks and broad IR absorption peaks.

Der hier verwendete Ausdruck "Si₃N₄-Körper" bezeichnet einen polykristallinen Körper aus Si₃N₄-Körnern und einer zweiten intergranulären Phase, die SiO₂ sowie gewollte und ungewollte Verunreinigungen enthält.The term "Si₃N₄ body" used here denotes a polycrystalline body made of Si₃N₄ grains and one second intergranular phase, the SiO₂ as well as wanted and contains unwanted contaminants.

Die hier verwendeten Ausdrücke "kristallin" und "polykristallin" beschreiben einen Keramikkörper, der aus Atomen, Ionen oder Molekülen aufgebaut ist, die in einem bestimmten Muster angeordnet sind, das sich in drei Dimensionen wiederholt und das deutliche Röntgenstrahlen- Beugungsintensitätspeaks der Kristallstruktur aufweist.The terms "crystalline" and "polycrystalline" used here describe a ceramic body made up of Atoms, ions or molecules that are built into one certain patterns are arranged, which can be divided into three Dimensions repeated and the clear x-ray Diffraction intensity peaks of the crystal structure.

Insbesondere wurde gefunden, daß der Gehalt an Y₂O₃ unterhalb eines Wertes gehalten werden sollte, bei dem sich die Zusammensetzung Si₃N₄ · Y₂O₃ (1 : 1) bildet, da eine solche Zusammensetzung, wie sich gezeigt hat, einen zerstörerischen Einfluß auf die Oxidationsbeständigkeit des Keramikkörpers hat.In particular, it was found that the Y₂O₃ content below of a value at which the composition Si₃N₄ · Y₂O₃ (1: 1) forms because one such composition, as has been shown, one destructive influence on oxidation resistance of the ceramic body.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the Drawings explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein pseudoternäres Si₃N₄-SiO₂-Y₂O₃-Diagramm, das die Phasenbeziehungen und bestimmte binäre und ternäre Zusammensetzungsbereiche innerhalb des Phasendiagramms anzeigt; und Fig. 1 is a pseudoternary Si₃N₄-SiO₂-Y₂O₃ diagram showing the phase relationships and certain binary and ternary composition ranges within the phase diagram; and

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Oxidationsprozesses, der sich in einer Gewichtszunahme pro Oberflächenbereich auf der Vertikalachse in g/m² ergibt, aufgetragen gegen den auf der Horizontalachse angegebenen Gehalt an Y₂O₃ in Gew.-% für eine Oxidationszeit von 6 Stunden bei einer Temperatur von 1200°C. Fig. 2 is a graphical representation of the oxidation process, which results in a weight increase per surface area on the vertical axis in g / m², plotted against the Y₂O₃ content in% by weight indicated on the horizontal axis for an oxidation time of 6 hours at a temperature of 1200 ° C.

Das Ausgangsmaterial Si₃N₄ kann ein amorphes Material sein, welches durch Wärmebehandlung teilweise kristallisiert worden ist, oder es kann eine Mischung aus im wesentlichen vollständig amorphem Material und im wesentlichen vollständig kristallinem Material sein. Ein Verfahren zur Herstellung des Si₃N₄-Pulvers mit der erforderlichen Reinheit, Morphologie und Partikelgröße ist im einzelnen in der US-Patentanmeldung Ser. No. 6 25 330 beschrieben.The starting material Si₃N₄ can be an amorphous material, which partially crystallizes through heat treatment has been, or it can be a mixture of essentially completely amorphous material and essentially completely crystalline material. A manufacturing process of Si₃N₄ powder with the required purity, morphology and particle size is detailed in the US patent application Ser. No. 6 25 330.

Bei den folgenden Beispielen wurden die Zusammensetzungen durch Heißpressen präpariert. Während ein allgemeines Verfahren für Heißpressen weiter unten beschrieben wird, versteht es sich, daß alternative Verfahren zur Herstellung von Si₃N₄-Körpern sich ebenfalls zum Nacharbeiten der Erfindung eignen, z. B. heißes isostatisches Pressen oder ein druckloses Sintern, nach einem geeigneten Verfestigen wie Trockenpressen, isostatisches Pressen Extrudieren, Schlickergießen, Druckspritzen oder dgl. Ein allgemeines Verfahren zum drucklosen Sintern von Körpern aus Siliziumnitrid ist in der US-PS 40 73 845 beschrieben.In the following examples, the compositions were: Prepared hot presses. During a general procedure for hot pressing described below it turns out that alternative methods of manufacture of Si₃N₄ bodies also for reworking Suitable invention, z. B. hot isostatic pressing or a pressureless sintering after a suitable solidification such as dry pressing, isostatic pressing Extruding, slip casting, pressure spraying or the like A general process for unpressurized sintering of  Silicon nitride bodies are described in US Pat. No. 4,073,845 described.

Nachstehend wird ein allgemeines Verfahren zum Warmpressen beschrieben. Siliziumnitridpulver, bestehend aus 30 bis 40 Gewichtsprozent amorphem Siliziumnitrid und im übrigen aus kristallinem Siliziumnitrid, wobei 95% des kristallinen Siliziumnitrids in der α-Phase vorliegen, 100 ppm Kationenverunreinigungen und 2 bis 4 Gew.-% SiO₂ werden mit zwischen 2 bis 25 Gewichtsprozent Y₂O₃ gemischt, wobei Methanol oder eine Lösung aus Toluol und ungefähr 3 Volumen-Prozent Methanol verwendet werden, um eine Aufschlämmung zu erzielen, und diese Aufschlämmung wird mit Si₃N₄-Mahlmitteln etwa 1 Stunde lang gemahlen, wobei man eine gleichmäßig kugelgemahlene Mischung des Ausgangspulvers erhält. Die Aufschlämmung wird dann getrocknet und durch ein grobes Maschensieb mit 0,3 bis 0,15 mm Sieböffnung gesiebt. Das getrocknete Material kann 3 bis 50 Stunden vor dem Durchsieben trockengemahlen worden sein. Das getrocknete Pulver wird dann in ein Warmpreßwerkzeug aus Graphit eingeführt, dessen innere Oberflächen zuvor mit einem Borstickstoffpulver überzogen worden sind. Das Pulver wird dann bei einem Druck von 138 bar vorgepreßt und dann in eine Kammer gebracht, welche Argon enthält, und ein Druck von etwa 34,5 bar wird bis zu etwa 1200°C angewendet, und dann werden Druck und Temperatur gleichzeitig erhöht, so daß der endgültige Druck und die endgültige Temperatur etwa zur selben Zeit erzielt werden. Dieser Verdichtungsprozeß wird unter Verwendung einer Meßuhr überwacht, welche die Wanderung des Kolbens innerhalb der Preßform anzeigt. Eine Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung des Kolbenkreuzkopfes unterhalb etwa 0,010 cm/h zeigt die Beendigung des Verdichtungsvorganges an. An diesem Punkt wird die Anordnung langsam während einer Zeitdauer von etwa 1 bis 2 Stunden gekühlt. Der endgültige Druck von 207 bis 345 bar und die endgültige Temperatur von 1675°C bis 1800°C während einer Zeitdauer von 2 bis 3 Stunden sind hinreichende Bedingungen für die Erzielung einer im wesentlichen vollständigen Verdichtung des Siliziumnitridkörpers.A general method for hot pressing is described below. Silicon nitride powder, consisting of 30 to 40 percent by weight amorphous silicon nitride and otherwise crystalline silicon nitride, with 95% of the crystalline silicon nitride in the α phase, 100 ppm cation impurities and 2 to 4% by weight SiO₂ with between 2 to 25% by weight Y₂O₃ mixed using methanol or a solution of toluene and approximately 3 percent by volume methanol to obtain a slurry, and this slurry is milled with Si₃N₄ milling media for about 1 hour to give a uniform ball-milled mixture of the starting powder. The slurry is then dried and sieved through a coarse mesh sieve with a 0.3-0.15 mm sieve opening. The dried material may have been dry milled 3 to 50 hours before sieving. The dried powder is then introduced into a graphite hot press tool, the inner surfaces of which have previously been coated with a boron nitrogen powder. The powder is then pressed at a pressure of 138 bar and then placed in a chamber containing argon, and a pressure of about 34.5 bar is applied up to about 1200 ° C, and then pressure and temperature are increased simultaneously, so that the final pressure and temperature are achieved at about the same time. This compression process is monitored using a dial gauge which indicates the piston travel within the die. A speed of the downward movement of the piston crosshead below approximately 0.010 cm / h indicates the completion of the compression process. At this point the assembly is cooled slowly over a period of about 1 to 2 hours. The final pressure of 207 to 345 bar and the final temperature of 1675 ° C to 1800 ° C for a period of 2 to 3 hours are sufficient conditions to achieve substantially complete densification of the silicon nitride body.

In der Tabelle I sind 5 Körper dargestellt, welche Y₂O₃ enthalten und nach diesem Verfahren hergestellt worden sind, mit 5 verschiedenen Verhältnissen von Alpha- Phase zu amorpher Phase in dem Ausgangspulver aus Siliziumnitrid. Die mechanische Festigkeit ist für einige dieser Körper in Tabelle I bzw. in Tabelle II angegeben.Table I shows 5 bodies, which Y₂O₃ contain and produced by this process with 5 different ratios of alpha Phase to amorphous phase in the starting silicon nitride powder. The mechanical strength is for some this body is given in Table I and Table II.

Alle Festigkeitsmessungen wurden in Einheiten des Bruchmoduls (Modulus of Rupture; MOR in N/m²) angegeben und wurden zwischen Raumtemperatur und 1400°C durchgeführt, wobei ein Vierpunktbelastungshalter mit einer äußeren Spannweite von 2,3 cm und einer inneren Spannweite von 1,0 cm verwendet wurde, welcher die Probe durch Kreuzbiegen beanspruchte. Die Proben lagen in der Größe von 0,127 cm×0,254 cm ×2,54 cm vor. Alle warmgepreßten Proben wurden auf einer Instron-Maschine in der starken Richtung getestet mit einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 0,05 cm pro Minute. Die Festigkeit wurde bestimmt mit Hilfe der Formel für elastische Biegungen, der Dimensionen der Testprobe und der Testhalterung. Die theoretische Dichte wurde aufgrund der einfachen Mischungsregel für Si₃N₄ und Y₂O₃ bestimmt. All strength measurements were in units of the breaking modulus (Modulus of Rupture; MOR in N / m²) and were carried out between room temperature and 1400 ° C, being a four point load holder with a outer wingspan of 2.3 cm and an inner Wingspan of 1.0 cm was used, which the sample was subjected to cross bending. The samples were there in the size of 0.127 cm × 0.254 cm × 2.54 cm in front. All hot pressed samples were on an Instron machine in the strong Direction tested at a crosshead speed of 0.05 cm per minute. The firmness was determined using the formula for elastic Bends, the dimensions of the test sample and the test holder. The theoretical density was due to the simple Mixing rule for Si₃N₄ and Y₂O₃ determined.  

Tabelle I Table I

Warmpreßbedingungen für Si₃N₄+Y₂O₃ Hot pressing conditions for Si₃N₄ + Y₂O₃

Tabelle II Table II

Festigkeit von warmgepreßtem Si₃N₄+Y₂O₃ Strength of hot pressed Si₃N₄ + Y₂O₃

Aus der Fig. 1, die ein pseudoternäres Phasendiagramm für Si₃N₄, SiO₂ und Y₂O₃ nach R. R. Wills et al., J. Materials Science, 11 (1976), S. 1305, darstellt, ist zu ersehen, daß es 3 Kompatibilitätsbereiche I, II und III gibt. Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß Zusammensetzungen innerhalb des Kompatibilitätsbereiches II, die 3-4 Gew.-% SiO₂ und 3 bis 13 Gew.-% Y₂O₃ enthalten, eine optimale Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen. Zusammensetzungen, die 3 Gew.-% SiO₂ und mehr als 13 Gew.-% Y₂O₃ enthalten, fallen in den Kompatibilitätsbereich III und zeigen eine mäßige bis schwache Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen.From Fig. 1, which is a pseudoternary phase diagram for Si₃N₄, SiO₂ and Y₂O₃ according to RR Wills et al., J. Materials Science, 11 (1976), p. 1305, it can be seen that there are 3 compatibility areas I, II and III there. According to the invention it was found that compositions within the compatibility range II, which contain 3-4 wt .-% SiO₂ and 3 to 13 wt .-% Y₂O₃, have an optimal oxidation resistance at elevated temperatures. Compositions containing 3 wt .-% SiO₂ and more than 13 wt .-% Y₂O₃ fall in the compatibility range III and show a moderate to weak oxidation resistance at elevated temperatures.

Dies ist graphisch in der Fig. 2 dargestellt, in der die Gewichtszunahme pro Einheit der Oberfläche in g/m² auf der vertikalen Achse über dem Gehalt an Y₂O₃ in Gew.-% auf der horizontalen Achse dargestellt ist. Die Gewichtszunahme steigt zwischen 3,3 und 8 Gew.-% Y₂O₃ leicht an, steigt zwischen 8 und 10 Gew.-% Y₂O₃ stärker an und fällt zwischen 10 und 13 Gew.-% Y₂O₃ ab. Oberhalb 13 Gew.-% Y₂O₃ steigt die Gewichtszunahme bis zu 15 Gew.-% Y₂O₃ drastisch an und danach fällt sie mit mäßiger Rate bis 20 Gew.-% Y₂O₃ ab, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Aber selbst bei 20 Gew.-% Y₂O₃ ist die Gewichtszunahme ungefähr sieben mal so groß wie zwischen 3,3 und 10 Gew.-% Y₂O₃. Basierend auf dieser Beobachtung sind Zusammensetzungen bevorzugt, die 11 bis 13 Gew.-% Y₂O₃ enthalten. Unterhalb 3 Gew.-% Y₂O₃ ist der begünstigte Effekt als Verdichtungs- und/oder Sinterungshilfe vermutlich reduziert.This is shown graphically in Fig. 2, in which the weight increase per unit of the surface in g / m² is shown on the vertical axis over the content of Y₂O₃ in wt .-% on the horizontal axis. The weight increase increases slightly between 3.3 and 8 wt .-% Y₂O₃, increases between 8 and 10 wt .-% Y₂O₃ and falls between 10 and 13 wt .-% Y₂O₃. Above 13% by weight of Y₂O₃, the weight increase increases drastically up to 15% by weight of Y₂O₃ and then it drops at a moderate rate of up to 20% by weight of Y₂O₃, as can be seen from FIG. 2. But even with 20 wt .-% Y₂O₃, the weight gain is about seven times as large as between 3.3 and 10 wt .-% Y₂O₃. Based on this observation, compositions are preferred which contain 11 to 13 wt .-% Y₂O₃. Below 3 wt .-% Y₂O₃ the favored effect as a compression and / or sintering aid is probably reduced.

Die signifikant verringerte Oxidationsbeständigkeit innerhalb des Kompatibilitätsbereiches III wird durch die Anwesenheit der 1 : 1 Verbindung von Si₃N₄ · Y₂O₃ hervorgerufen. Diese Zusammensetzung ist die einzige Phase, die den Kompatibilitätsbereichen I, II und III nicht gemeinsam ist. The significantly reduced resistance to oxidation within the compatibility area III is due to the presence the 1: 1 compound of Si₃N₄ · Y₂O₃ caused. This composition is the only phase that the Compatibility areas I, II and III is not common.  

Deshalb ist dann, wenn der SiO₂-Gehalt unter 3 Gew.-% liegt, zu erwarten, daß der gleichzeitige Gehalt an Y₂O₃, welcher bewirkt, daß die Zusammensetzung in den Kompatibilitätsbereich III bewegt wird, zu einer wesentlich geringeren Oxidationsbeständigkeit des Si₃N₄-Keramikkörpers führt.Therefore, if the SiO₂ content is below 3% by weight, to be expected that the simultaneous content of Y₂O₃, which causes the composition to fall within the compatibility range III is moved to a much lower resistance to oxidation the Si₃N₄ ceramic body leads.

Claims (3)

1. Polykristalliner Keramikkörper aus Si₃N₄, SiO₂ und Y₂O₃, dadurch gekennzeichnet,
daß er eine Zusammensetzung in bezug auf die Komponenten Si₃N₄, SiO₂ und Y₂O₃ hat, die innerhalb des dreieckigen Bereiches II des ternären Si₃N₄-SiO₂-Y₂O₃-Zusammensetzungsdiagramms liegt, der durch Linien begrenzt ist, welche die Punkte Si₃N₄, Y₂O₃ · 2 SiO₂ und 10 Y₂O₃ · 9 SiO₂ · Si₃N₄ miteinander verbinden, und
daß sie 3 bis 4 Gew.-% SiO₂ und 3 bis 13 Gew.-% Y₂O₃ enthält.1. Polycrystalline ceramic body made of Si₃N₄, SiO₂ and Y₂O₃, characterized in
that it has a composition with respect to the components Si₃N₄, SiO₂ and Y₂O₃, which is within the triangular region II of the ternary Si₃N₄-SiO₂-Y₂O₃ composition diagram, which is limited by lines which the points Si₃N₄, Y₂O₃ · 2 SiO₂ and 10th Y₂O₃ · 9 SiO₂ · Si₃N₄ connect with each other, and
that it contains 3 to 4 wt .-% SiO₂ and 3 to 13 wt .-% Y₂O₃. 2. Keramikkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Gehalt an Y₂O₃ 11 bis 13 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht an Si₃N₄, SiO₂ und Y₂O₃, beträgt. 2. Ceramic body according to claim 1, characterized in that its content of Y₂O₃ 11 to 13 wt .-%, based on the total weight of Si₃N₄, SiO₂ and Y₂O₃.   3. Keramikkörper nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er weniger als 0,1 Gew.-% Kationenverunreinigungen enthält.3. Ceramic body according to one of claims 1 and 2, characterized characterized as having less than 0.1% by weight of cation impurities contains.