SK287118B6 - Method for production of robust ceramics on the basis of silicon carbide - Google Patents

Abstract

Ceramics of silicon carbide, characterized in high robustness and good mechanical properties, is prepared by granulation of silicon beta-carbide powder. Consequently, the granulate is calcinated and sintering at pressure. The method of production solves the problems of silicon carbide compacting to high degree of robustness without presence of sintering additives and in a case of pressurized sintering also at reduced pressure. The resulting robust ceramics with density above 99,8 % of theoretical value of silicon carbide prepared by this method has got high hardness and fracture sturdiness.

Description

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka spôsobu úpravy karbidu kremíka a jeho použitia ako suroviny na výrobu čistých a vysoko čistých spekaných produktov hutnej keramiky.The invention relates to a process for the treatment of silicon carbide and to its use as a raw material for the production of pure and high purity sintered dense ceramic products.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Karbid kremíka je pre jeho výnimočné vlastnosti, ako je vysoká odolnosť proti oxidácii, dobré mechanické vlastnosti aj pri vysokých teplotách, vysoká odolnosť proti opotrebovávaniu, odolnosť proti tepelným šokom vďaka vysokej tepelnej vodivosti atď., považovaný za dôležitý keramický materiál na konštrukčné a inžinierske aplikácie. Všetky tieto výnimočné vlastnosti sú spojené s vysokou kovalentnosťou väzby karbidu kremíka, ktorá na druhej strane spôsobuje problémy pri spekaní keramiky na báze karbidu kremíka na vysoký stupeň zhutnenia dosahujúci teoretickú hustotu 3,21 g cm⁵. Z tohto dôvodu sa mnoho prác zaoberalo vyriešením problému zhutňovania karbidu kremíka a boli navrhnuté mnohé postupy zhutňovania bez prítomnosti, ako aj s prítomnosťou kvapalnej (sklenej) fázy.Silicon carbide is considered an important ceramic material for structural and engineering applications due to its exceptional properties such as high oxidation resistance, good mechanical properties even at high temperatures, high wear resistance, thermal shock resistance due to high thermal conductivity, etc. All these exceptional properties are associated with the high covalency of the silicon carbide bond which, on the other hand, causes problems in the sintering of the silicon carbide ceramic to a high degree of compaction reaching a theoretical density of 3.21 g cm &^lt; ^{5 &gt};. For this reason, much work has been done to solve the problem of silicon carbide compaction, and many compaction processes have been proposed in the absence and presence of a liquid (glass) phase.

Prvý proces zhutnenia karbidu kremíka [Alliegro R. A., Coffin L. B., Tinklepaugh J. R., J. Am. Ceram. Soc., Vol. 39, 1956, 386 - 389] spočíval vo využití žiarového lisovania pomocou spekacích prísad hliníka a jedného z kovových prvkov (železo, zirkónium alebo bór). Výsledná keramika však bola porézna a dosahovala hustotu 2,7 g cm'³, ekvivalentnú s hustotou karbidu kremíka spekaného bez prítomnosti prídavkov alebo nečistôt. Prochazka [Prochazka S., Canadian Pat. No. 1030562, 1978] vyvinul tlakové spekanie karbidu kremíka bez prítomnosti kvapalnej fázy, použitím prídavku malého množstva boru a uhlíka. Pri použití vysokých teplôt v intervale 1900 až 2000 °C a tlaku 35 a 70 MPa dosiahol zhutnenia karbidu kremíka na úroveň 99,6 % teoretickej hustoty, t. j. 3,2 g cm'³. Enomoto vyvinul metódu prípravy hutnej SiC keramiky beztlakovým spekaním pri teplote 2100 °C s prídavkom karbidu boru a uhlíka (vo forme fenolickej živice alebo sadzí). Vymrazovaním vstupných zmesí a ich následným lisovaním sa podarilo pripraviť výlisky s vysokou počiatočnou hustotou, ktorá umožnila prípravu hutnej keramiky beztlakovým spekaním (R. Enomoto, US. Patent č. 4526734).The First Silicon Carbide Compaction Process [Alliegro RA, Coffin LB, Tinklepaugh JR, J. Am. Ceram. Soc., Vol. 39, 1956, 386-389] consisted in the use of hot pressing with the sintering agents of aluminum and one of the metal elements (iron, zirconium or boron). However, the resulting ceramic was porous and reached a density of 2.7 g cm @ ³ , equivalent to the density of silicon carbide sintered in the absence of additives or impurities. Prochazka [Prochazka S., Canadian Pat. No. 1030562, 1978] developed a pressure sintering of silicon carbide in the absence of a liquid phase, using the addition of small amounts of boron and carbon. Using high temperatures in the range of 1900-2000 ° C and pressures of 35 and 70 MPa, the compaction of silicon carbide reached 99.6% of the theoretical density, ie 3.2 g cm ³ . Enomoto developed a method of preparing dense SiC ceramics by sintering without pressure at 2100 ° C with the addition of boron carbide and carbon (in the form of phenolic resin or carbon black). By freeze-drying the feed mixtures and then pressing them, moldings with a high initial density were prepared which allowed the preparation of dense ceramic by non-pressure sintering (R. Enomoto, US. Patent No. 4526734).

Zhutňovanie 0-karbidu kremíka s prídavkom bóru a kremíka skúmal aj Hausner [Hausner H., Mater. Sci. Monographs, Vol. 6, 1980, p. 582], ktorý dosiahol pri teplote spekania 2150 °C v atmosfére argónu hustotu výslednej keramiky približne 3,1 g cm'³. Nevýhodou uvedených metód sú veľmi vysoké teploty a veľké tlaky pri spekaní.The compaction of O-silicon carbide with the addition of boron and silicon was also investigated by Hausner [Hausner H., Mater. Sci. Monographs, Vol. 6, 1980, p. 582], which at a sintering temperature of 2150 ° C in an argon atmosphere reached a density of the resulting ceramic of approximately 3.1 g cm ³ . The disadvantages of these methods are very high temperatures and high sintering pressures.

Ďalším možným spôsobom zhutnenia je použitie žiarového lisovania karbidu kremíka použitím a-oxidu hlinitého ako spekacej prísady [Lange F. F., J. Mater. Sci., Vol. 10, 1975, 314 - 320]. V dôsledku interakcie prísady s matricou však dochádzalo k tvorbe pórov a tiež k poklesu odolnosti materiálu proti vysokotcplotnému tečeniu.Another possible densification method is the use of hot-pressing silicon carbide using α-alumina as a sintering additive [Lange F. F., J. Mater. Sci., Vol. 10, 1975, 314-320]. However, due to the interaction of the additive with the matrix, pores were formed and the material's resistance to high temperature creep also decreased.

Negita [Negita K., J. Am. Ceram. Soc., Vol. 69, 1986, C308-310] uskutočnil na základe termodynamických výpočtov výber vhodných spekacích prísad pre zhutnenie karbidu kremíka, konkrétne bór, hliník, železo, nikel a kobalt, pri použití teploty spekania nad 2100 °C. Na základe tohto prístupu boli navrhnuté aj iné prísady, ako je oxid berylnatý, oxid ytritý, oxid hafničitý a oxidy vzácnych zemín, ktoré počas zhutňovania nerozkladajú karbid kremíka. Všetky uvedené prísady s prídavkom uhlíka mali reagovať v procese zhutnenia na príslušné karbidy kovu a kremík, čo však v ďalších prácach [Trigg M. B., Oh Ch. H., U.S. Pat. No. 5855842, 1999] nebolo potvrdené a navyše bolo považované za nežiaduce z dôvodu zhoršovania zhutnenia.Negita [Negita K., J. Am. Ceram. Soc., Vol. 69, 1986, C308-310] made a selection of suitable sintering additives for silicon carbide compaction based on thermodynamic calculations, namely boron, aluminum, iron, nickel and cobalt, using a sintering temperature above 2100 ° C. Other additives, such as beryllium oxide, yttrium oxide, hafnium oxide and rare earth oxides, which do not decompose silicon carbide during compaction, have also been proposed based on this approach. All of the above-mentioned carbon-containing additives were to be reacted in the densification process to the respective metal carbides and silicon, but in further work [Trigg M. B., Oh Ch. H., U.S. Pat. Pat. No. 5855842, 1999] was not confirmed and, moreover, was considered undesirable due to compaction deterioration.

V práci Cuttlera a Millera [Cutler I. B., Miller P. D., U.S. Pat. No. 4141740, 1979] bol opísaný proces výroby žiaruvzdorného materiálu na báze karbidu kremíka obsahujúceho najmenej 1 % hmotn. nitridu hlinitého a najmenej 1 % hmotn. oxykarbidu hlinitého. Prítomnosť kovových nečistôt (iných ako hliník a kremík) sa ukázal ako škodlivý na samotný proces a ich prítomnosť bola limitovaná obsahom do 0,1 % hmotn. Využitie týchto prísad bolo opísané aj v práci Virkara a kol. [Virkar A. V., Cutler R. A., Lessing P. A., Huang J.-L., Int. Pat. No. WO 87/01693, 1987], ktorí pri beztlakovom spekaní karbidu kremíka pri teplotách nad 1925 °C zistili výrazný vplyv rýchlosti ohrevu na proces zhutňovania. Pri použití vysokých rýchlostí ohrevu minimalizovali prchanie spekacích prísad a tým zabránili deformáciám a vzniku mikrotrhlín vznikajúcich v dôsledku tepelných gradientov a napätí v telese spekaného výrobku. Nevýhodou procesu však zostáva pomerne vysoká teplota spekania.In Cuttler and Miller [Cutler I. B., Miller P. D., U.S. Pat. Pat. No. 4141740, 1979], a process for producing a silicon carbide refractory material containing at least 1 wt. % aluminum nitride and at least 1 wt. aluminum oxycarbide. The presence of metallic impurities (other than aluminum and silicon) has been shown to be harmful to the process itself, and their presence has been limited to a content of up to 0.1% by weight. The use of these additives has also been described in Virkar et al. [Virkar A.V., Cutler R.A., Lessing P.A., Huang J.-L., Int. Pat. No. WO 87/01693, 1987], which, when pressurized silicon carbide sintering at temperatures above 1925 ° C, found a significant effect of the heating rate on the compaction process. By using high heating rates, they minimized sintering volatilization and thereby avoided deformations and micro-cracks due to thermal gradients and stresses in the body of the sintered product. A disadvantage of the process, however, remains the relatively high sintering temperature.

Všetky doteraz známe postupy prípravy vysoko hutnej keramiky z karbidu kremíka vyžadujú napriek použitiu spekacích prísad teploty spekania vyššie ako 1800 °C, zvyčajne však v intervale 1950 až 2100 °C a pri použití tlakového spekania vyžadujú tlaky vyššie ako 30 MPa. Pri takýchto vysokých teplotách dochádza v dôsledku difúznych procesov k rastu častíc (zŕn) karbidu kremika a teda k vzniku výsledného keramického materiálu s hrubozmnou mikroštruktúrou. Navyše pri použití spekacej prísady, ktorá v procese zhutňovania tvorí sklenú fázu, dochádza k zmene vlastností výslednej keramiky z karbidu kremika, pričom táto zmena môže negatívne ovplyvňovať aplikovateľnosť výsledného materiálu pri vysokých teplotách. NajvýraznejšieAll prior art processes for the preparation of high-density silicon carbide ceramics require sintering temperatures above 1800 ° C, despite the use of sintering agents, but typically between 1950 and 2100 ° C and pressures above 30 MPa when using pressure sintering. At such high temperatures, silicon carbide particles (grains) grow due to diffusion processes, and thus result in a resulting ceramic material with a coarse microstructure. In addition, the use of a sintering agent which forms a glass phase in the compaction process results in a change in the properties of the resultant silicon carbide ceramic, which change may negatively affect the applicability of the resultant material at high temperatures. The most significant

SK 287118 Β6 sa tieto vplyvy štruktúry prejavujú na mechanických vlastnostiach, ako je tvrdosť, lomová húževnatosť, pevnosť pri zaťažení pri vysokej teplote atď. Naopak použitie takýchto kvapalnú fázu tvoriacich prísad efektívne znížilo teplotu spekania na teploty okolo 1700 až 1800 °C, ale na úkor odolnosti proti vysokoteplotnému tečeniu (creepu).These effects of the structure are manifested in mechanical properties such as hardness, fracture toughness, high-temperature strength, etc. Conversely, the use of such liquid phase-forming additives effectively lowered the sintering temperature to temperatures of about 1700 to 1800 ° C, but at the expense of high-temperature creep resistance.

Z uvedeného prehľadu vyplýva, že všetky postupy výroby keramiky z karbidu kremíka s vysokou hutnosťou využívajú spekacie prísady, ktoré umožňujú zhutnenie do vysokého stupňa pri teplotách 1700 až 2100 °C v závislosti od druhu použitých prísad. Spekanie pri teplotách nad 1900 °C vyžaduje špeciálne zariadenia a veľkú spotrebu energie. Žiaden postup však neuspel pri výrobe vysoko hutnej keramiky z karbidu kremíka bez použitia prísad pri súčasnom znížení spekacích parametrov, t. j. teploty a tlaku.The above overview shows that all high-density silicon carbide ceramics processes employ sintering additives that allow compaction to a high degree at temperatures of 1700 to 2100 ° C, depending on the type of additives used. Sintering at temperatures above 1900 ° C requires special equipment and high energy consumption. However, no process succeeded in producing high-density silicon carbide ceramics without the use of additives while reducing the sintering parameters, i. j. temperature and pressure.

Úlohou vynálezu bolo vyriešiť problémy zhutňovania karbidu kremíka do vysokého stupňa hutnosti bez prítomnosti spekacích prísad, ale pri súčasnom znížení teploty spekania a v prípade tlakového spekania aj zníženia tlaku. Úlohou bolo vyvinúť postup výroby karbidu kremíka vo forme hutnej keramiky, s hustotou nad 99,8 % teoretickej hodnoty karbidu kremíka a s vysokou tvrdosťou a lomovou húževnatosťou, z bežne dostupného keramického prášku karbidu kremíka (bez úpravy na vysokú čistotu), bez nutnosti použitia spekacích prídavkov.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention was to solve the problems of compacting silicon carbide to a high degree of compactness in the absence of sintering agents, but at the same time reducing the sintering temperature and, in the case of pressure sintering, the pressure reduction. The task was to develop a process for producing silicon carbide in the form of dense ceramic, having a density of more than 99.8% of the theoretical value of silicon carbide and high hardness and fracture toughness, from commercially available silicon carbide ceramic powder (without high purity treatment) without sintering additives. .

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Predmetom vynálezu je spôsob výroby hutnej keramiky na báze karbidu kremíka, bez použitia spekacích prísad pri tlakovom spekaní. Podľa vynálezu sa hutná keramika pripraví z prášku karbidu kremíka upraveného pomocou vymrazovacej granulácie do formy granulátu, ktorý sa následne tepelne aktivuje.It is an object of the invention to provide a silicon carbide-based dense ceramic without the use of sintering agents in pressure sintering. According to the invention, dense ceramic is prepared from a silicon carbide powder treated by freeze-drying granulation to form a granulate, which is then thermally activated.

Z keramického prášku karbidu kremíka sa pripraví vodná suspenzia použitím organických zlúčenín na báze voskov a esterov karboxylovej kyseliny, ktoré majú za úlohu vytvoriť stabilnú suspenziu, z ktorej je možné pripraviť granulát s dobrou lisovateľnosťou. Suspenzia sa potom pod tlakom rozstrekuje pomocou dýzy do kvapalného dusíka, kde dochádza v dôsledku zamrznutia vody k zatuhnutiu suspenzie vo forme častíc guľovitého tvaru. Tieto sa následne v lyofilizátore pomalým ohrevom zbavia vody. Rýchlosť ohrevu sa zvolí tak, aby sa zachoval guľovitý tvar granulátu a zabránilo sa jeho rozpadu. Granulát sa následne tepelne aktivuje žíhaním v sušiacej piecke alebo ultrafialovým žiarením. Takto upravený granulát karbidu kremíka je potom možné využiť na prípravu keramiky s vysokou hustotou pri použití tlakového spekania s použitím inertnej atmosféry alebo vo vákuu.An aqueous suspension is prepared from silicon carbide ceramic powder using organic wax and carboxylic acid ester compounds to form a stable suspension from which a granulate with good compressibility can be prepared. The suspension is then sprayed under pressure through a nozzle into liquid nitrogen, where the suspension freezes in the form of spherical particles due to the freezing of water. These are subsequently freed of water in the lyophilizer by slow heating. The heating rate is selected so as to maintain the spherical shape of the granulate and prevent its disintegration. The granulate is then thermally activated by annealing in a drying oven or by ultraviolet radiation. The silicon carbide granules so treated can then be used to prepare high density ceramics using pressure sintering using an inert atmosphere or under vacuum.

V procese spekania dochádza okrem zhutnenia do vysokého stupňa aj k transformačnej premene 0-modifikácie na α-modifikáciu karbidu kremíka. To má za následok rast zŕn α-karbidu kremíka, čo vedie k zhúževnateniu výsledného keramického materiálu. Navyše pri uvedenom postupe výroby nedochádza k tvorbe fáz na hraniciach zŕn karbidu kremíka, čo vylepšuje odolnosť proti zaťaženiu pri vysokých teplotách takto pripraveného keramického materiálu.In the sintering process, besides compaction to a high degree, the O-modification to the α-modification of silicon carbide is transformed. This results in grain growth of α-silicon carbide, resulting in a toughening of the resulting ceramic material. In addition, the production process does not cause the formation of phases at the grain boundaries of the silicon carbide, which improves the load resistance at high temperatures of the ceramic material thus prepared.

Výhodou uvedenej metódy výroby hutnej keramiky z karbidu kremíka je použitie nižšej teploty a tlaku pri tlakovom spekaní, ako bolo doteraz možné. Metóda má nižšiu energetickú náročnosť a je možné použiť konvenčné zariadenia pri príprave surových výliskov a zhutňovaní. Použité organické pojivá a základný prášok (karbid kremíka) sú ekologicky neškodné a bežne dostupné za prijateľné ceny. Keramika pripravená touto metódou v porovnaní s existujúcimi metódami neobsahuje prímesi vnesené v priebehu výroby (napr. spekacie prísady). Obsahuje iba prímesi, ktoré boli súčasťou východiskovej suroviny, t. j. prášku karbidu kremíka. Z tohto dôvodu dosahuje takto pripravený keramický materiál vysoké hodnoty mechanických vlastností, hlavne tvrdosti, lomovej húževnatosti a odolnosti proti vysokoteplotnému tečeniu.An advantage of the above method of producing a dense silicon carbide ceramic is the use of a lower pressure and sintering pressure than hitherto possible. The method is less energy intensive and it is possible to use conventional equipment in the preparation of raw compacts and compaction. The organic binders used and the base powder (silicon carbide) are environmentally friendly and commonly available at affordable prices. The ceramics prepared by this method, in comparison with the existing methods, do not contain any impurities introduced during manufacture (eg sintering agents). It contains only admixtures that were part of the starting material, ie. j. of silicon carbide powder. For this reason, the ceramic material thus obtained achieves high mechanical properties, in particular hardness, fracture toughness and high-temperature creep resistance.

Ďalšou výhodou je ľahká lisovateľnosť granulátu z dôvodu prítomnosti voskových zložiek, ktoré navyše umožňujú dosiahnuť homogénne rozloženie tlaku a tým zamedzujú vzniku defektov pochádzajúcich z jednotlivých technologických krokov.Another advantage is the easy compressibility of the granulate due to the presence of wax components which, moreover, make it possible to achieve a homogeneous pressure distribution and thus avoid the occurrence of defects resulting from the individual technological steps.

Výhodou použitia uvedenej metódy je tiež výrazná eliminácia prašnosti pri použití granulátu, ktorá v prípade použitia neupraveného pôvodného prášku karbidu kremíka môže viesť k poškodeniu technologických zariadení a najmä k poškodeniu zdravia pracovníkov vystavených takémuto prostrediu.The use of this method also has the advantage of significantly eliminating the dustiness of the granulate which, if used untreated original silicon carbide powder, can lead to damage to the process equipment and in particular to the health of workers exposed to such an environment.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad 1Example 1

Z komerčne vyrábaného prášku karbidu kremíka bola pripravená suspenzia rozdisperzovaním prášku v destilovanej vode tak, aby obsah tuhej fázy, t. j. prášku bol 55 % hmotn. Na stabilizáciu a dosiahnutie optimálnej viskozity suspenzie bolo pridané 1,6 % hmotn. disperzného činidla na báze esteru kyseliny karboxylovej, 2 % hmotn. vodnej disperzie polyakrylátu a 1,5 % hmotn. neiónovej disperzie vosku ako granulačných a lisovacích prísad. Suspenzia bola zhomogenizovaná pomocou guľového mlyna s mlecími telesami z karbidu kremíka, aby sa zabránilo kontaminácii zmesi. Doba homogenizácie bola 24 hodín.From a commercially produced silicon carbide powder, a suspension was prepared by dispersing the powder in distilled water so that the solid phase content, i. j. % of the powder was 55 wt. 1.6 wt.% Was added to stabilize and achieve optimal viscosity of the slurry. % dispersion agent based on carboxylic acid ester, 2 wt. % of an aqueous dispersion of polyacrylate and 1.5 wt. nonionic wax dispersions as granulating and compression additives. The suspension was homogenized using a ball mill with silicon carbide grinding bodies to prevent contamination of the mixture. The homogenization time was 24 hours.

Pripravená homogénna a stabilná suspenzia bola rozstrekovaná pomocou vzduchu pri tlaku 200 kPa do kvapalného dusíka, kde dochádzalo k zatuhnutiu kvapiek suspenzie v tvare guľovitých častíc a teda k tvorbe granulátu bez defektov. Priemer častíc granulátu bol približne 0,3 mm. Pripravený granulát bol zbavený vody prítomnej vo forme kryštálikov ľadu vysušením pomocou vymrazovania v lyofilizátore pomalým ohrevom z teploty -50 °C na 25 °C počas 24 hodín. Vysušený granulát karbidu kremíka bol kalcinovaný 120 minút pri teplote 120 °C.The prepared homogeneous and stable suspension was sprayed with air at 200 kPa pressure into liquid nitrogen, where the droplets of the suspension in the shape of spheres solidified and thus the formation of granules without defects. The particle diameter of the granulate was approximately 0.3 mm. The prepared granulate was freed from water present as ice crystals by freeze drying in a lyophilizer by slow heating from -50 ° C to 25 ° C for 24 hours. The dried silicon carbide granulate was calcined at 120 ° C for 120 minutes.

Granulát bol následne lisovaný za studená pri tlaku 100 MPa. Výlisok bol vložený do grafitovej formy a ako ochranný zásyp sa použil nitrid boru s vysokou čistotou. Výlisok z granulátu spolu so zásypom boli zahrievané rýchlosťou ohrevu 20 °C/min. na teplotu výdrže 1850 °C. Čas výdrže bol 60 minút. Pri teplote 1250 °C sa na vzorku aplikoval tlak 30 MPa, ktorý sa udržoval počas ďalšieho ohrevu a výdrže. Tlakové spekanie granulátu prebiehalo počas celej doby vo vákuu. Výsledné vlastnosti pripraveného keramického materiálu sú uvedené v tabuľke 1.The granulate was subsequently cold pressed at 100 MPa. The molding was placed in a graphite mold and high purity boron nitride was used as a protective powder. The granulate compact and the backfill were heated at a heating rate of 20 ° C / min. to a holding temperature of 1850 ° C. The hold time was 60 minutes. At 1250 ° C a pressure of 30 MPa was applied to the sample, which was maintained during further heating and holding time. The pressure sintering of the granulate was carried out under vacuum all the time. The resulting properties of the prepared ceramic material are shown in Table 1.

Príklad 2Example 2

Granulát bol vyrobený ako v príklade 1 s tým rozdielom, že namiesto kalcinácie sa na úpravu granulátu karbidu kremíka použilo ultrafialové žiarenie. Následné zhutňovanie karbidu kremíka prebiehalo ako v príklade 1.The granulate was produced as in Example 1 except that ultraviolet radiation was used instead of calcination to treat the silicon carbide granulate. Subsequent compaction of the silicon carbide proceeded as in Example 1.

Príklad 3Example 3

Granulát bol vyrobený a zhutnený pomocou tlakového spekania ako v príklade 1, ale zhutňovanie pomocou žiarového lisovania prebiehalo v inertnej atmosfére argónu. Výsledné vlastnosti takto pripraveného keramického materiálu sú uvedené v tabuľke 1.The granulate was produced and compacted by pressure sintering as in Example 1, but the compacting by means of hot pressing was carried out under an inert argon atmosphere. The resulting properties of the ceramic material thus prepared are shown in Table 1.

Tabuľka 1Table 1

Príklad 1 Example 1 Príklad 3 Example 3 hustota výlisku / g cm'^J molding density / g cm -1 ^J 1,5437 1,5437 1,5456 1.5456 hustota po spekaní / g cm’³ density after sintering / g cm @ ³ 3,2146 3.2146 3,1805 3.1805 teoretická hustota (3,21 g cm'³) / %theoretical density (3,21 g cm- ³ ) /% 99,96 99.96 98,89 98.89 * tvrdosť H_v / GPa* Hardness _of H / GPa 29,03 ± 0,63 29.03 ± 0.63 27,94 ±0,41 27.94 ± 0.41 ** lomová húževnatosť K_IC / MPa m^1/2 ** fracture toughness K _IC / MPa m ^1/2 5,50 ± 0,13 5.50 ± 0.13 5,02 ±0,15 5.02 ± 0.15

* stanovená indentačnou metódou podľa Vickersa pri zaťažení 9,81 N ** stanovená indentačnou metódou podľa Shettyho pri zaťažení 98,1 N* determined by the Vickers indentation method at 9.81 N load ** determined by the Shetty indentation method at 98.1 N load

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Vysoko hutný keramický materiál z karbidu kremíka je možné vyrábať podľa tohto vynálezu z komerčne dostupných práškov karbidu kremíka rôzneho druhu, patričnej veľkosti častíc a obsahu nečistôt. Vďaka tomu, že na rozdiel od keramiky pripravenej s prídavkami spekacích prísad neobsahuje zhutnený karbid kremíka pripravený podľa vynálezu žiadne fázy na hraniciach zŕn, je vhodný ako materiál na výrobu súčiastok, ktoré v priebehu svojho použitia musia znášať mechanické alebo súčasne tepelné a mechanické zaťaženie.High-density silicon carbide ceramic material can be produced according to the present invention from commercially available silicon carbide powders of various kinds, appropriate particle size and impurity content. Since the compacted silicon carbide prepared according to the invention does not contain any grain boundary phases, unlike the ceramics prepared with the addition of sintering agents, it is suitable as a material for the production of components which, during their use, must withstand mechanical or simultaneous thermal and mechanical loads.

Vysoko zhutnený karbid kremíka, tvorený okrem polykryštalických častíc β- modifikácie karbidu kremíka aj časticami α-karbidu kremíka, má vyššiu lomovú húževnatosť v porovnaní s keramikou vyrábanou doterajšími postupmi.Highly densified silicon carbide, consisting of polycrystalline β-modification silicon carbide particles and α-silicon carbide particles, has a higher fracture toughness compared to ceramics produced by prior art processes.

Spôsob výroby podľa vynálezu nevyžaduje zvýšené nároky na vstupné materiály a zariadenia, je ekologicky neškodný a energeticky menej náročný.The production method according to the invention does not require increased demands on the input materials and equipment, it is environmentally friendly and less energy intensive.

Hutný karbid kremíka pripravený podľa vynálezu je vhodný ako materiál pre vojenský priemysel ako nepriestrelná ochrana techniky a vojenského personálu, ako nepriestrelná ochrana vozidiel prevážajúcej civilné osoby alebo cennosti, ako materiál pre strojárenský a automobilový priemysel na výrobu rezných nástrojov pri opracovaní kovov a zliatin, ako materiál na výrobu súčastí turbín pre energetický a letecký priemysel atď., a je teda v širokej miere využiteľný v priemysle.The dense silicon carbide prepared according to the invention is suitable as a material for the military industry, as a bulletproof protection for technicians and military personnel, as a bulletproof protection for vehicles carrying civilians or valuables, as a material for the engineering and automotive industries for cutting tools in metal and alloy processing. for the production of turbine components for the energy and aerospace industries, etc., and is therefore widely applicable to industry.

Claims (2)

SK 287118 Β6SK 287118 Β6 PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Spôsob výroby hutnej keramiky na báze karbidu kremíka, vyznačujúci sa tým, že východiskový prášok karbidu kremíka sa v prvom kroku podrobí vymrazovacej granulách, pri ktorej množstvoMethod for producing a silicon carbide-based dense ceramic, characterized in that, in a first step, the silicon carbide starting powder is subjected to freezing granules in which a quantity of 5 granulačných prísad predstavuje 3 až 10 % hmotn. z celkovej hmotnosti východiskového prášku, následne sa granulát kalcinuje pri teplotách 80 až 300 °C počas doby 60 až 300 minút alebo sa na úpravu granulátu použije ultrafialové žiarenie s vlnovou dĺžkou 200 až 380 nm počas 3 minút, a na záver sa granulát tlakovo speká pri teplote maximálne 1850 °C a tlaku 30 MPa počas 40 až 120 minút vo vákuu.5 of the granulating ingredients represent 3 to 10 wt. from the total weight of the starting powder, then the granulate is calcined at 80 to 300 ° C for 60 to 300 minutes or ultraviolet radiation with a wavelength of 200 to 380 nm for 3 minutes is used to treat the granulate, and finally the granulate is pressure sintered at at a maximum of 1850 ° C and a pressure of 30 MPa for 40 to 120 minutes under vacuum. 2. Spôsob výroby hutnej keramiky na báze karbidu kremíka podľa nároku 1, vyznačujúci sa 10 tým, že tlakové spekanie prebieha v atmosfére argónu.Method for producing a silicon carbide dense ceramic according to claim 1, characterized in that the pressure sintering takes place in an argon atmosphere.