Prakt. Met. Sonderband 47 (2015) 251
y Stereologische Analyse der Mikrostruktur von
sinterreaktionsgebundenen Si;N, Mikroproben
J. Maisenbacher*, A. Ohl*, M. Miiller*, J. Rogner”™, J. Gibmeier*
* Institut fiir Angewandte Materialien (IAM), Karlsruher Institut fiir Technologie (KIT), D-76131 Karlsruhe
st N ** aktuell: Robert Bosch GmbH, D-70442 Stuttgart
thten fortge fib
ABSTRACT
Mikroproben aus sinter-reaktionsgebundenem Siliziumnitrid wurden hinsichtlich der Verteilung
ihres Streckungsgrades liber der mittleren Kornlänge untersucht. Um die mikrostrukturellen Eigen-
n Eigenschaften schaften zu untersuchen, wurden die Proben, welche in größeren Mengen in einem Array hergestellt
er "Proben wurden, warm eingebettet, poliert und plasmageätzt. Im Anschluss wurden am Labor für Elek-
| tronenmikroskopie (LEM@KIT) mittels REM (Leo 1530 Gemini) im Sekundérelektronenkontrast
alae. und eines inLens-Detektors Gefiigebilder aufgenommen. Die Verteilung der Kornlänge über dem
y= - Streckungsgrad wurde mittels eines stereologischen Ansatzes nach [5] ermittelt. Hierfiir wurde am
[ Institut fiir Angewandte Materialien — Keramische und Techniken (IAM-KWT) am KIT eine spe-
ziell fiir diesen Zweck erstellte Software verwendet. Die Ergebnisse tragen essentiell zum Ver-
fr . ständnis der Prozess-Gefüge-Eigenschaftsbeziehungen von ß-Siz3N4 Mikroproben bei. In dieser Hin-
messen. Daran sicht konnten die erhaltenen Ergebnisse verwendet werden, um einen tendenziellen Zusammenhang
gli zwischen Streckungsgrad der Si3Ng-Korner und der maximalen Biegefestigkeit, welche durch
: Vik ai dr Weibull-Statistik erhalten wurde, zu ermitteln.
prantwortl:zh Ist.
+ Elektrode/Zinn-
1. EINLEITUNG
Siliziumnitrid ist ein exzellenter Strukturwerkstoff mit hohen Festigkeiten zwischen 1000 und 1200
sige TM MPa. Aufgrund des geringen Sinterschwunds bei der Herstellung als ,, sinter reaction bonded sili-
con nitride“ (SRBSN), also der Herstellung mittels Formgebung, Nitridierung und anschlieBender
cog SP Sinterung, hat der Werkstoff eine hohe Formtreue. Dies und seine guten mechanischen Eigen-
oo schaften machen Siliziumnitrid zu einem vielversprechenden Werkstoff fiir Mikrobauteile.
d 8 Fie J Aufgrund der relativ geringen Sinteraktivitét (z.B. im Vergleich zu ZrO,) sind hohe Sintertempera-
© turen und der Zusatz von Sinteradditiven notwendig, welche eine Flüssigphasensinterung er-
möglichen. Dies führt jedoch ebenfalls dazu, dass bei dichtem Si3N4 stets ein mehrphasiges Gefüge,
im vorliegenden Fall bestehend aus ß-Si3N4 und einer, die Sinteradditive enthalten-
den,Sekundärphase vorliegt. Im Hinblick auf die Morphologie hat die Siliziumnitrid-Phase eine
charakteristische Nadelstruktur im Vergleich zum eher globularen, einphasigen Zirkonoxid. Das
lokale Gefiige ist somit deutlich anisotrop. Aus diesem Grund ist fiir die Ermittlung der Prozess-
Gefiige Eigenschaftsbeziehung grundsitzlich eine differenziertere Betrachtung des Gefiiges not-
wendig. Neben der Tatsache, dass die Bestimmung der Kornldnge aus den metallographischen
Schliffen bei Gefüge dieser Art mittels dem gängigen Linienschnittverfahren nicht eindeutig ist,
kann auch der Streckungsgrad der Körner insbesondere bei der Rissausbreitung [1] eine Rolle
