JPH0187A - Boron nitride preceramic polymer - Google Patents
Boron nitride preceramic polymerInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
この発明は、置換ボラジンの合成、これらボラジンの熱
重合、ならびにプレセラミックボラジンポリマーを炭素
のない窒化ホウ素セラミックへ最終的に変換することに
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to the synthesis of substituted borazines, the thermal polymerization of these borazines, and the ultimate conversion of preceramic borazine polymers to carbon-free boron nitride ceramics.
窒化ホウ素に代表されるセラミック材料は、大きな工業
的重要性のある無類の性質を有している。Ceramic materials, typified by boron nitride, have unique properties of great industrial importance.
しかしながら、それらの非溶解性および非溶融性のため
、これらの材料を重要な最終製品に加工することは非常
に困難である。バルクの窒化ホウ素は通常ホウ砂を塩化
アンモニアムとともに溶融することにより調製される(
Tied、H,ら、Z。However, due to their non-dissolving and non-melting properties, it is very difficult to process these materials into important end products. Bulk boron nitride is usually prepared by melting borax with ammonium chloride (
Tied, H., et al., Z.
Anorg、AI Igem、Chem、147゜p、
114 (1925))か、アンモニア雰囲気中で尿素
とともに無水ホウ酸を溶融することにより調整される(
0° Connor、T、、J、Am、Chem、So
c、84.p、1753 (1952))。しかしなが
ら、その非溶融および非溶解のセラミックスの性質のた
め、バルクの材料は、窒化ホウ素を塗料として複雑な表
面に塗布することや、複雑な形状に成形することにおい
て有用ではなかった。この目的のためには、溶解性の、
加工可能な前駆体からそのまま窒化ホウ素を生成させる
ことが必要である。このような前駆体についての重要な
要求は、それらが溶融して生成した窒化ホウ素がセラミ
ックス中にカーボンや厄介な不純物を含むべきではない
というこ、とである。Anorg, AI Igem, Chem, 147°p,
114 (1925)) or prepared by melting boric anhydride with urea in an ammonia atmosphere (
0° Connor, T,, J, Am, Chem, So
c, 84. p., 1753 (1952)). However, due to its non-melting and non-melting ceramic nature, the bulk material has not been useful in applying boron nitride as a paint to complex surfaces or forming it into complex shapes. For this purpose, soluble,
It is necessary to produce boron nitride directly from processable precursors. An important requirement for such precursors is that the boron nitride produced by their melting should not contain carbon or other troublesome impurities in the ceramic.
ボラジンは、加熱して溶解性ポリマーを生成する能力を
有しているので、このタイプの窒化ホウ素前駆体として
潜在的に適切なものである。ホウ素にも窒素にも炭素が
結合していないボラジンをベースにしたプレセラミック
ポリマーは、純粋な窒化ホウ素繊維および塗料の製造に
最も適したものである。Borazine is potentially suitable as this type of boron nitride precursor because of its ability to produce soluble polymers upon heating. Preceramic polymers based on borazine, with neither boron nor nitrogen bound to carbon, are the most suitable for producing pure boron nitride fibers and coatings.
文献には、いくつかの置換ボラジンの重合が報告されて
いる。しかし、反応のメカニズムならびにポリマーの化
学構造および組成は明らかでなく、したがって合成で生
成したものの構造もしくは組成を予測することは必ずし
も可能ではない。Gerrard、W、 ら、J、C
hem、Soc、。The polymerization of several substituted borazines has been reported in the literature. However, the mechanism of the reaction and the chemical structure and composition of the polymer are not clear, and therefore it is not always possible to predict the structure or composition of the synthetic product. Gerrard, W., et al., J.C.
hem, Soc,.
p、113 (1962)では、クロロボラジンと、ジ
−S−ブチルアミンで代表される種類の分子との相互作
用で、環状のホウ素および窒素原子を介して結合する重
合したボラジン環が生成するであろうと仮定しているが
、B−トリス(エチルアミノ)−N−トリエチルボラジ
ンの300℃における4時間の加熱の重合では、重合し
てエチル置換窒素原子により結合されたボラジン環にな
ると報告されている。p., 113 (1962), the interaction of chloroborazine with the type of molecule represented by di-S-butylamine results in the formation of polymerized borazine rings bonded through cyclic boron and nitrogen atoms. However, it has been reported that the polymerization of B-tris(ethylamino)-N-triethylborazine by heating at 300°C for 4 hours results in polymerization into borazine rings bonded by ethyl-substituted nitrogen atoms. .
ホウ素−窒素結合の繰返し構造からなるボラジンのポリ
マーの製造方法および種々のアルキルアミノボラジンを
出発物質として用いることは、日本国特許の主題になっ
ている(日本国特許第37゜837号(1978)タナ
グチ)。しかしながら、この方法の注意深い再現では、
熱分解生成物が炭素の保有により不純な窒化ホウ素であ
る、ポリマーを生成することが見出された(Pacio
rek、に、 ら、J、of Polymer
Sci。The method for producing polymers of borazine consisting of a repeating structure of boron-nitrogen bonds and the use of various alkylaminoborazines as starting materials are the subject of a Japanese patent (Japanese Patent No. 37°837 (1978)). Tanaguchi). However, in a careful replication of this method,
It was found that the pyrolysis products produced a polymer, boron nitride, which was impure due to the retention of carbon (Pacio
rek, ni, et al., J, of Polymer
Sci.
ス迭、pp、173−185 (1986))。Sutaku, pp. 173-185 (1986)).
本発明者らは、トリアミノ−N−1リス(トリアルキル
シリル)ボラジンの合成と、それに続くプレセラミック
ポリマーへの熱縮合により、炭素のない窒化ホウ素へ最
終的に変換できるボラジンポリマーを製造した。組成お
よび方法は、米国特許節4,581.468号(198
6)の主題である。このポリマーをここではポリマーA
という。We have produced borazine polymers that can be ultimately converted to carbon-free boron nitride by synthesis of triamino-N-1 lis(trialkylsilyl)borazine and subsequent thermal condensation into preceramic polymers. Compositions and methods are described in U.S. Patent Section 4,581.468 (198
6). This polymer is called polymer A here.
That's what it means.
この発明の主な目的は、既に特許されている、これもま
た熱分解で純粋な窒化ホウ素に変換することのできる材
料とは、異なる構造を有するプレセラミックボラジンポ
リマーを提供することにある。この発明のポリマーを、
ここではポリマーBという。The main object of the invention is to provide a preceramic borazine polymer with a different structure from already patented materials which can also be converted pyrolytically into pure boron nitride. The polymer of this invention,
Here, it is called Polymer B.
有機溶媒に可溶なポリマーAおよびBは、非現実的なも
しくは不可能な他の方法で塗布される窒化ホウ素セラミ
ックの利用を許容する前駆体として用いることができる
。プレセラミックポリマーを適当に配置した後、それは
、重合したボラジン環から置換基を除去し純粋な窒化ホ
ウ素の残余物にする反応条件下で、変換することができ
る。Polymers A and B, which are soluble in organic solvents, can be used as precursors to allow the use of boron nitride ceramics that are applied in other ways that are impractical or impossible. After the preceramic polymer is in place, it can be converted under reaction conditions that remove substituents from the polymerized borazine ring to a pure boron nitride residue.
熱分解により純粋な窒化ホウ素セラミックに変換できる
ような、加工の容易なポリマーは、繊維、形づけられた
物品、塗膜、フオームを含む多くの有用な物理的形態に
、また(たとえば焼結助剤のような)添加材の使用を回
避できるような、セラミック粒子のバインダとしての、
セラミックの製造の可能性を有している。Easily processable polymers, such as those that can be converted to pure boron nitride ceramics by pyrolysis, can be converted into many useful physical forms, including fibers, shaped articles, coatings, foams, and (e.g., sintering aids). as a binder for ceramic particles, avoiding the use of additives (such as
It has the potential to produce ceramics.
したがって、この発明の他の主な目的は、有機溶媒中に
溶解し、かつ溶媒紡糸繊維または塗膜の形態にすること
のできる、適当なプレセラミックポリマーを提供するこ
とにある。Another main object of this invention is therefore to provide suitable preceramic polymers that can be dissolved in organic solvents and formed into solvent spun fibers or coatings.
この発明の目的はまた、純粋な窒化ホウ素セラミックの
、繊維、塗膜および形づくられた物品への、プレセラミ
ックポリマーの変換の方法を提供することである。It is also an object of this invention to provide a method for the conversion of pure boron nitride ceramics into preceramic polymers into fibers, coatings and shaped articles.
この発明の他の目的および有利な点は、添付の開示を考
慮して、当業者により明らかとなるであろう。Other objects and advantages of this invention will become apparent to those skilled in the art in view of the accompanying disclosure.
発明の要約
この発明は、次の一般式のプレセラミックポリマーの合
成にある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention consists in the synthesis of preceramic polymers of the following general formula.
ここでRはメチル、エチル、プロピルまたはブチルであ
り、Xは正の整数である。Here R is methyl, ethyl, propyl or butyl, and X is a positive integer.
この発明の目的に従えば、既に開示されたものと異なる
構造および性質を有するが、また純粋な窒化ホウ素セラ
ミックへの熱による変換を行なうことのできる、新しい
プレセラミック置換ボラジンポリマーがここで提供され
る。In accordance with the objects of the present invention, there is now provided a new preceramic substituted borazine polymer having a structure and properties different from those already disclosed, but also capable of thermal conversion into pure boron nitride ceramics. Ru.
また、クロロボラジンをジシラザンと反応させることに
よりこのボラジンポリマーを合成する方法を提供する。Also provided is a method of synthesizing this borazine polymer by reacting chloroborazine with disilazane.
この両方の反応物は、少なくとも1つの芳香族性成分と
少なくとも1つの非極性脂肪族性成分とを有する有機溶
剤の混合物中に溶解し、その反応は不活性なガスの存在
下に行なう。Both reactants are dissolved in a mixture of organic solvents having at least one aromatic component and at least one non-polar aliphatic component, and the reaction is carried out in the presence of an inert gas.
これらの反応物は、−78℃と0℃の間の低い温度で、
4から24時間の間、相互作用を許し、その後、温度は
周囲の温度になることを許し、沈澱した副生成物はろ過
により除去される。溶解性のポリマー生成物は、溶液か
ら溶剤を除去することにより単離される。These reactants are heated at low temperatures between -78°C and 0°C.
The interaction is allowed for a period of 4 to 24 hours, after which the temperature is allowed to reach ambient temperature and the precipitated by-products are removed by filtration. The soluble polymer product is isolated by removing the solvent from the solution.
好ましい実施例では、窒素、アルゴンもしくはヘリウム
またはこれらのガスの混合物の雰囲気下、大気圧もしく
はその近傍で反応が行なわれる。特に好ましい実施例で
は、ベンゼンおよびヘキサンの等量混合物中で、窒素の
雰囲気下、約3から24時間の間、約0〜50℃から一
30℃の温度で、合成が行なわれる。In a preferred embodiment, the reaction is carried out under an atmosphere of nitrogen, argon or helium or mixtures of these gases at or near atmospheric pressure. In a particularly preferred embodiment, the synthesis is carried out in an equal mixture of benzene and hexane under an atmosphere of nitrogen at a temperature of about 0-50°C to -30°C for a period of about 3 to 24 hours.
この発明の他の目的に従えば、置換ボラジンポリマー前
駆体から窒化ホウ素セラミックスを調製する方法が提供
され、その中ではボラジンポリマー前駆体が、アンモニ
アガス雰囲気下、4から30時間の期間内に約1000
℃まで温度を上昇するのに必要な速度で、ボラジンポリ
マー前駆体が加熱される。この系は、約300℃および
400℃の間の中間の温度に冷却させることができる。According to another object of the invention, there is provided a method of preparing boron nitride ceramics from substituted borazine polymer precursors, in which the borazine polymer precursor is heated under an ammonia gas atmosphere within a period of about 4 to 30 hours. 1000
The borazine polymer precursor is heated at a rate necessary to raise the temperature to .degree. The system can be cooled to temperatures intermediate between about 300°C and 400°C.
この系からアンモニアガスが脱気され、この系は周囲の
温度に冷却され、窒素もしくは他の不活性なガスがその
後この系に大気圧で供給される。好ましい実施例では、
この系におけるアンモニア雰1皿気は、400と760
mmHgの間の気圧である。Ammonia gas is degassed from the system, the system is cooled to ambient temperature, and nitrogen or other inert gas is then fed to the system at atmospheric pressure. In a preferred embodiment,
The ammonia atmosphere in this system is 400 and 760
The atmospheric pressure is between mmHg.
置換ボラジンポリマー前駆体からの窒化ホウ素セラミッ
クの類似の調製方法が与えられ、そこでは、置換ボラジ
ンポリマー前駆体が、アンモニアガスで処理される前に
、約10から20時間の間、約50℃から60℃の温度
でハロゲン化物の酸の雰囲気下に加熱される。この方法
を用いることにより、ポリマーAを窒化ホウ素セラミッ
クスに変換するのに要するアンモニアガスの処理時間を
10倍減少させることができる。この方法の特に好まし
い実施例においては、ハロゲン化物ガスは、およそ10
0mmHgの圧力下に存在する塩化水′素(HCu)で
あり、アンモニアガスはおよそ500mmHgの圧力下
に存在する。A similar method for the preparation of boron nitride ceramics from substituted borazine polymer precursors is provided in which the substituted borazine polymer precursors are heated from about 50° C. for about 10 to 20 hours before being treated with ammonia gas. It is heated under an atmosphere of halide acid at a temperature of 60°C. Using this method, the ammonia gas treatment time required to convert Polymer A to boron nitride ceramics can be reduced by a factor of 10. In a particularly preferred embodiment of this method, the halide gas is approximately 10
Hydrogen chloride (HCu) exists under a pressure of 0 mmHg, and ammonia gas exists under a pressure of approximately 500 mmHg.
両方の硬化方法の好ましい実施例においては、ボラジン
ポリマー中のボラジン環は、シリルアミノ基により置換
されている。ハロゲン化物酸のガスを用いる方法の特に
好ましい実施例においては、ボラジンポリマーはポリマ
ーAの構造を有している。In preferred embodiments of both curing methods, the borazine rings in the borazine polymer are substituted with silylamino groups. In a particularly preferred embodiment of the halide acid gas method, the borazine polymer has the structure of Polymer A.
ここで我々は、ポリマーAおよびBから、繊維および形
作られかつコートされた物品を作ることができるのを見
出した。したがって、この発明のさらに他の実施例にお
いては、少なくとも1つ置換されたボラジンポリマーの
系を、ポリマーが窒化ホウ素に変換するよりも低い温度
で、溶融して引くことにより、繊維の形態で製造される
置換ボラジンポリマーを提供する。好ましい実施例では
、ポリマーAから繊維が溶融引きされ、他の好ましい実
施例では、ポリマーAおよびBから繊維が溶融引きされ
る。特に好ましい実施例では、窒化ホウ素セラミック繊
維は、等量の割合で存在する置換ボラジンポリマーAお
よびBの系から製造される。We have now found that from polymers A and B, fibers and shaped and coated articles can be made. Accordingly, in yet another embodiment of the invention, a system of at least one substituted borazine polymer is produced in the form of fibers by melting and drawing at a temperature below that at which the polymer converts to boron nitride. Substituted borazine polymers are provided. In a preferred embodiment, fibers are melt drawn from Polymer A, and in other preferred embodiments, fibers are melt drawn from Polymers A and B. In a particularly preferred embodiment, boron nitride ceramic fibers are made from a system of substituted borazine polymers A and B present in equal proportions.
この発明のさらに他の実施例に従えば、溶融するポリマ
ーのキャスティングもしくは押出またはポリマー溶液の
蒸発の方法により、調製される形づけられた物品の形態
のボラジンポリマーが提供される。According to yet another embodiment of the invention, there is provided a borazine polymer in the form of a shaped article prepared by a method of melt polymer casting or extrusion or polymer solution evaporation.
この発明のさらに他の実施例に従えば、目的物を窒化ホ
ウ素でコーティングする方法であって、その目的物を系
の中で、約1000℃の温度まで加熱し、周囲の温度ま
で冷却し、それを置換ボラジンポリマーの溶液中にポリ
マー塗膜が塗布されるように浸漬し、アンモニアガス存
在下、プレセラミックポリマーが窒化ホウ素に変換する
のに十分な温度でそのポリマー塗膜を加熱することによ
って硬化する各ステップを備える方法を提供する。According to yet another embodiment of the invention, a method of coating an object with boron nitride comprises heating the object in a system to a temperature of about 1000° C. and cooling it to ambient temperature. By dipping it into a solution of substituted borazine polymer so that a polymer coating is applied and heating the polymer coating in the presence of ammonia gas at a temperature sufficient to convert the preceramic polymer to boron nitride. A method comprising curing steps is provided.
この方法の特に好ましい実施例では、置換ボラジンポリ
マーはへキサンのような非極性の有機溶媒中に溶解され
る。アンモニアガスは最終的な熱変換において500m
mHHの圧力で存在する。In a particularly preferred embodiment of this method, the substituted borazine polymer is dissolved in a non-polar organic solvent such as hexane. Ammonia gas is 500 m in the final heat conversion
Exists at a pressure of mHH.
ポリマー溶液から目的物を取出した後、熱変換のステッ
プに進む前に、ハロゲン化水素ガスの雰囲気中でポリマ
ーを塗布した目的物を乾燥する予備的なステップを備え
る、純粋な窒化ホウ素による目的物の類似のコーティン
グ方法がさらに提供される。Pure boron nitride objects with a preliminary step of drying the polymer-coated objects in an atmosphere of hydrogen halide gas after removing the objects from the polymer solution and before proceeding to the thermal conversion step. Further provided are similar coating methods.
この方法の特に好ましい実施例では、ハロゲン化物酸ガ
スは約100mmHgの圧力下のHCflである。In a particularly preferred embodiment of this method, the halide acid gas is HCfl under a pressure of about 100 mm Hg.
このコーティング方法の好ましい実施例においては、置
換ボラジンポリマーはポリマーAの一般構造を有してい
る。In a preferred embodiment of this coating method, the substituted borazine polymer has the general structure of Polymer A.
発明の詳細な説明
この発明の置換ボラジンポリマーは次の一般式%式%
二二でRは、式Cn Hz nや、を有する、メチル、
エチル、プロピルまたはブチルなどの低級アルキル基で
あり、Xは正の整数である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The substituted borazine polymers of this invention have the following general formula % 22 where R is methyl,
It is a lower alkyl group such as ethyl, propyl or butyl, and X is a positive integer.
ポリマーBは、クロロボラジン(Laubengaye
r、A、、ら(195’5) J、 Amer、 C
hem、 Soc、 77、 pp、 3699−37
00に記載されている化合物)とジシラザンとの反応に
より簡便に合成される。Polymer B is chloroborazine (Laubengaye
r, A, et al. (195'5) J, Amer, C
hem, Soc, 77, pp, 3699-37
00) and disilazane.
<sl ’F &白〕
クロロボラジンとジシラザンとの合成反応は、好ましく
は4から24時間の期間にわたり、冷却して(たとえば
、−78℃と0℃との間の温度で)、脂肪族/芳香族混
合溶媒系中で、不活性なガス雰囲気中で行なう。この方
法は実施例1に詳細に記述する。<sl'F &white> The synthesis reaction of chloroborazine and disilazane is preferably carried out over a period of 4 to 24 hours, with cooling (e.g., at a temperature between -78 °C and 0 °C), to form the aliphatic/disilazane. It is carried out in an aromatic mixed solvent system in an inert gas atmosphere. This method is described in detail in Example 1.
この合成方法は、脂肪族/芳香族溶媒系中に溶解したク
ロロボラジン溶液を、脂肪族溶媒中に溶解したジシラザ
ン中に導くことからなる。この反応の過程の間中、高分
子量のポリマーから構成される沈澱物が生成する。反応
の終了時、この沈澱物はろ過して取除かれ、所望の生成
物すなわち溶解性のシリルアミノ置換ボラジンポリマー
は、ろ液から溶媒を除去することにより単離される。This synthetic method consists of introducing a solution of chloroborazine dissolved in an aliphatic/aromatic solvent system into a disilazane dissolved in an aliphatic solvent. During the course of this reaction, a precipitate consisting of a high molecular weight polymer is formed. At the end of the reaction, the precipitate is filtered off and the desired product, the soluble silylamino-substituted borazine polymer, is isolated by removing the solvent from the filtrate.
芳香族溶媒の使用は、クロロボラジンを反応に導くのに
利用される。この溶媒としては、トルエンもしくはキシ
レンなどがあるが、好ましくはベンゼンであり、単独ま
たは飽和脂肪族溶媒と混合して用いられる。ジシラザン
は、ヘプタンまたは好ましくはヘキサンのような種類の
脂肪族溶媒中に導かれる。The use of aromatic solvents is utilized to direct the chloroborazine into the reaction. Examples of this solvent include toluene and xylene, but benzene is preferred, and is used alone or in combination with a saturated aliphatic solvent. The disilazane is introduced into an aliphatic solvent of the type heptane or preferably hexane.
反応物と同じ置換ジシラザンを用いると、溶媒および反
応を行なう温度の選択は、可溶性のポリマーの収率およ
びその平均分子量の重要な決定因子となる。Using the same substituted disilazane as the reactant, the choice of solvent and temperature at which the reaction is carried out becomes an important determinant of the yield of soluble polymer and its average molecular weight.
生成物ポリマーには、オリゴマーの範囲も含まれる。異
なる溶剤系は、異なる分子量分布のポリマーを与える。Product polymers also include a range of oligomers. Different solvent systems give polymers with different molecular weight distributions.
単一の溶媒系を用いると、有用な生成物ポリマーの分子
量の上限値は、その系の中におけるポリマーの溶解度で
ある。もしポリマーの分子量が溶解度の限界よりも過剰
であるならば、そのポリマーは沈澱し不可逆的に溶解し
ない。With a single solvent system, the upper limit on the molecular weight of a useful product polymer is the solubility of the polymer in that system. If the molecular weight of the polymer is in excess of the solubility limit, the polymer will precipitate and will not dissolve irreversibly.
温度は可溶性ポリマーの収率に影響を与える。Temperature affects the yield of soluble polymer.
限界(室温)では、すべての製造されるポリマーが、溶
解せずかつ溶融しないことが見出された。It was found that at the limit (room temperature) all produced polymers do not dissolve and do not melt.
ポリマーBの合成および性質は、次の一般式の(我々の
米国特許第4,581,468号に開示されている)ポ
リマーAのそれと比較される。Xは、1.2.3または
4などのような正の数であり、Rはメチル、エチル、プ
ロピルまたはブチルのような低級アルキルである。The synthesis and properties of Polymer B are compared to those of Polymer A (disclosed in our US Pat. No. 4,581,468) of the general formula: X is a positive number such as 1.2.3 or 4 and R is lower alkyl such as methyl, ethyl, propyl or butyl.
(工又下帝白ン
明細書の浄書(内容に変更なし)f)?33に記述され
ている、アンモニアガスのB−トリクロロ−N−)リス
(トリアルキルシリル)ボラジンとの反応により簡便に
合成することができる。アミノ基によりクロライド基を
置換すると、2重にかつ単独に架橋したダイマーに容易
に縮合され、ざらにポリマーの形態に縮合される七ツマ
−が得られる。(Engraving of the specifications of the Imperial Emperor (no changes to the contents) f)? It can be easily synthesized by the reaction of ammonia gas with B-trichloro-N-)lis(trialkylsilyl)borazine as described in No. 33. Substitution of chloride groups by amino groups gives heptamers which are easily condensed into doubly and singly cross-linked dimers and roughly condensed into polymeric forms.
この反応は、通常−78℃から25℃の範囲で行なわれ
る。反応時間は、4から24時間の範囲であるが、より
長いかもしくはより短い時間とすることもできる。反応
は、窒素、ヘリウムまたはアルゴンなどのような不活性
なガスのもとに行なわれる。通常、アンモニアは、反応
の化学量論から要求されるよりも2倍から10倍過剰な
量用いる。続くプレセラミックポリマーへの縮合は、5
0℃から300℃の範囲の温度で、8から250時間に
わたり、窒素、ヘリウムまたはアルゴンのような不活性
なガス中かあるいは減圧中で行なわれる。This reaction is normally carried out at a temperature ranging from -78°C to 25°C. Reaction times range from 4 to 24 hours, but longer or shorter times can also be used. The reaction is carried out under an inert gas such as nitrogen, helium or argon. Typically, ammonia is used in an amount from 2 to 10 times in excess of that required by the stoichiometry of the reaction. The subsequent condensation to the preceramic polymer is
It is carried out at temperatures ranging from 0° C. to 300° C. for 8 to 250 hours in an inert gas such as nitrogen, helium or argon or under reduced pressure.
この発明はまた、繊維、塗膜および形作られた物品を備
える、ポリマーAおよびBならびにそれらの混合物から
製造することのできる、窒化ホウ素の製作を含む。The invention also includes fabrication of boron nitride that can be made from polymers A and B and mixtures thereof, including fibers, coatings, and shaped articles.
窒化ホウ素塗膜は、実施例5に記述するように、液体化
したボラジンポリマー中に物品をディッピングすること
により物品に塗布し、その後ポリマー塗膜を硬化して窒
化ホウ素とすることができる。The boron nitride coating can be applied to the article by dipping the article in liquefied borazine polymer and then curing the polymer coating to form boron nitride, as described in Example 5.
ボラジンポリマーは、当業者によりよく知られている種
々の方法によって、紡糸もしくは引き出して繊維にする
ことができる(J、Ri ley。Borazine polymers can be spun or drawn into fibers by a variety of methods well known to those skilled in the art (J, Riley).
X1章:ボリマー工程における紡糸および繊維の引き出
し、C,5chLldknecht編、インターサイエ
ンス、二ニーヨーク、1956を参照)ch織繊維よう
な最終的な窒化ホウ素物品を得るためには、プレセラミ
ックファイバは縮合したポリマーAの融液から引き出さ
れる。そして、プレセラミック繊維は、ガス状のアンモ
ニア中で、8時間から27日間の範囲にわたる期間に及
び、60℃から1000℃まで徐々に上昇する温度で、
加熱することにより、窒化ホウ素繊維に変換される。こ
のポリマーはまた、溶液繊維紡糸することができる。To obtain the final boron nitride articles such as woven fibers, the preceramic fibers are condensed. It is drawn from the melt of Polymer A. The preceramic fibers are then incubated in gaseous ammonia for periods ranging from 8 hours to 27 days at gradually increasing temperatures from 60°C to 1000°C.
By heating, it is converted into boron nitride fibers. This polymer can also be solution fiber spun.
窒素を通しながら、ドライアイスコンデンサと添加漏斗
を取付けた100℃痣の三日フラスコ中の液体アンモニ
ア(20mfL)に、ヘキサン(50m【)中のB−ト
リクロロ−N−)リス(トリメチルシリル)ボラジン(
10,0g、24.98mmol)を、1.6時間かけ
て添加した。添加は、白い沈澱物の生成を伴なった。次
に、混合物を徐々に室温まで温めた。不活性な雰囲気中
でのろ過により、4.04g(収率100%)の塩化ア
ンモニウムを得た。溶媒の除去後、ろ液からは、粗製の
B−トリアミノ−N−)リス(トリメチルシリル)ボラ
ジン(7,38g、収率86%)が得られた。一部の6
.60gを、135℃で減圧蒸留し、75℃から87℃
の範囲内で沸騰する副生成物(1,05g、収率15.
9%)を結果として除去した。やや液状の残余物(4,
80g)は、2重に架橋したボラジンダイマーおよびテ
トラマーの2重1混合物からなるものであった。B-trichloro-N-)lis(trimethylsilyl)borazine (trichloro-N-)lis(trimethylsilyl)borazine (20 mfL) in hexane (50 mfL) was added to liquid ammonia (20 mfL) in a 100 °C 3-day flask fitted with a dry ice condenser and addition funnel while passing nitrogen through it.
10.0 g, 24.98 mmol) was added over 1.6 hours. The addition was accompanied by the formation of a white precipitate. The mixture was then gradually warmed to room temperature. Filtration in an inert atmosphere gave 4.04 g (100% yield) of ammonium chloride. After removal of the solvent, crude B-triamino-N-)lis(trimethylsilyl)borazine (7.38 g, 86% yield) was obtained from the filtrate. some 6
.. 60g was distilled under reduced pressure at 135℃, and then from 75℃ to 87℃
By-product boiling in the range (1.05 g, yield 15.
9%) were removed as a result. Slightly liquid residue (4,
80 g) consisted of a two-to-one mixture of doubly crosslinked borazine dimers and tetramers.
元素分析
計算値”14H5L43N12.8788S’4.67
’B、 14.08%; N、 28.88%、 MW
、 815実測値二 B、 13.48%; N、 2
8.78%、 MW、 820プレセラミツクポリマー
の縮合をさらに達成するため、ダイマーおよびテトラマ
ーの上記混合物を1,196℃から260℃で熱処理し
た。Elemental analysis calculation value "14H5L43N12.8788S'4.67
'B, 14.08%; N, 28.88%, MW
, 815 actual measurement value 2 B, 13.48%; N, 2
To further achieve condensation of the 8.78%, MW, 820 preceramic polymer, the above mixture of dimers and tetramers was heat treated from 1,196°C to 260°C.
プレセラミックポリマーは、2重に架橋したテトラマー
およびオクタマーの混合物であった。The preceramic polymer was a mixture of doubly crosslinked tetramers and octamers.
元素分析
計算値”22H80,87N2348B18817.3
3’B、 18.48%、 N、 31.09%; M
W、 1051実測値: B、18.01%、 N、
29.39%: MW、 1010炭素で汚染された
窒化ホウ素セラミックは、多くの応用に対して不適切な
ものである。ポリマーAおよびBは共に、本質的に純粋
な窒化ホウ素セラミックに変換することができる。これ
は、ボラジン側鎖上の置換基が、高い温度条件下および
、硬化プロセスの間中にポリマーのボラジン環が最終的
な縮合をする際存在するアンモニアガスの存在下に、炭
素を効率的に放つ脱離基を構成しているからである。ア
ンモニアは、この方法において炭素の脱離に欠くことの
できないものである。Elemental analysis calculation value "22H80, 87N2348B18817.3
3'B, 18.48%, N, 31.09%; M
W, 1051 actual measurement value: B, 18.01%, N,
29.39%: MW, 1010 Carbon contaminated boron nitride ceramics are unsuitable for many applications. Both polymers A and B can be converted to essentially pure boron nitride ceramics. This is due to the fact that the substituents on the borazine side chains efficiently release carbon under high temperature conditions and in the presence of ammonia gas, which is present during the final condensation of the polymer's borazine rings during the curing process. This is because it constitutes a leaving group. Ammonia is essential for carbon desorption in this process.
ポリマーBからの炭素の脱離は、実施例2においてバル
クのポリマーがバルクの窒化ホウ素に熱的に変換される
ことで証明される。Desorption of carbon from Polymer B is demonstrated in Example 2 by thermally converting bulk polymer to bulk boron nitride.
ポリマーAおよびBは、可融性すなわち溶融および合体
に対する傾向の物理的性質において明らかに異なってい
る。合成されたポリマーBは、比較的溶融しに<<、他
方、合成されたポリマーAはおよそ90℃の低い融点を
有している。Polymers A and B clearly differ in their physical properties of fusibility, ie their tendency to melt and coalesce. Synthesized polymer B has a relatively low melting temperature, whereas synthesized polymer A has a low melting point of approximately 90°C.
ポリマーAの融点は、徐々に加熱してさらにオリゴマー
を縮合させ、それによって分子量を高めることにより、
高めることができる。この縮合の過程において、その温
度は徐々に高くなる。これは通常、8時間から10日間
の期間に及び、不活性なガス雰囲気下で、約50℃から
約300℃である。The melting point of Polymer A can be determined by gradually heating it to further condense the oligomers, thereby increasing the molecular weight.
can be increased. During this condensation process, the temperature gradually increases. This typically spans a period of 8 hours to 10 days and is from about 50<0>C to about 300<0>C under an inert gas atmosphere.
このような処理の後、ポリマーAは、約120℃から1
60℃の温度で加工して、繊維、紡糸もしくは他の状態
に溶融して引き出すことができる。After such treatment, Polymer A has a temperature of about 120°C to 1
It can be processed at a temperature of 60°C and melted and drawn into fibers, spun or other forms.
加工されたポリマーAの窒化ホウ素への次に続く硬化お
よび変換には、さらに、好ましくはアンモニア雰囲気中
で、約1000℃まで、繊維の場合には典型的に要求さ
れるものとして12日間、徐々に加熱することが必要で
ある。The subsequent curing and conversion of processed Polymer A to boron nitride further involves gradual curing and conversion, preferably in an ammonia atmosphere, to about 1000° C. for 12 days as typically required in the case of fibers. It is necessary to heat it to
しかしながら、ポリマーAの硬化は、実施例4で記述す
るように、HC込ガスのようなハロゲン化水素の存在下
に、加工されたポリマー繊維を熱で予備処理することに
より促進することができる。However, curing of Polymer A can be accelerated by pretreating the processed polymer fibers with heat in the presence of a hydrogen halide, such as a HC-containing gas, as described in Example 4.
この予備的処理は、繊維を不融化し、硬化の過程の際に
それが軟化するのを妨げるように硬くする。This preliminary treatment renders the fiber infusible and hardens it to prevent it from softening during the curing process.
アンモニアの存在下、1000℃まで加熱して、これら
のHCu処理された繊維を窒化ホウ素に変換するのに必
要な時間は、結果として12日から12時間に減少され
る。The time required to convert these HCu-treated fibers to boron nitride by heating to 1000° C. in the presence of ammonia is consequently reduced from 12 days to 12 hours.
ポリマーAおよびBは、単独であれ、組合わせてであれ
、熱的変換によってそれらから生じる窒化ホウ素セラミ
ックが多くの特定の応用に適合することができるように
、加工することができる。Polymers A and B, alone or in combination, can be processed such that the boron nitride ceramics produced from them by thermal transformation can be adapted to many specific applications.
これらのプレセラミックポリマーの加工の1つの方法は
、ポリマー繊維の製造によるものである。One method of processing these preceramic polymers is through the production of polymer fibers.
プレセラミックポリマー繊維は、90℃から160℃で
、ポリマーAから溶融して引き出され、引き続きアンモ
ニア雰囲気中で、60℃から1000℃に12日間に及
び徐々に加熱することにより、窒化ホウ素セラミック繊
維に変換される。徐々に加熱することは、硬化の間軟化
し溶融することのないよう加熱してより完全にポリマー
Aを重合するために好ましい。Preceramic polymer fibers are melt drawn from Polymer A at 90°C to 160°C and subsequently converted to boron nitride ceramic fibers by gradual heating from 60°C to 1000°C over 12 days in an ammonia atmosphere. converted. Gradual heating is preferred in order to more completely polymerize Polymer A by heating without softening and melting during curing.
実施例3に記述したように、ポリマーAおよびBの混合
物を溶融して引き出すことにより、改善された繊維を製
造することができた。両方のタイプの繊維は、完全に無
色で、炭素を含まず、窒素中で1000℃に加熱しても
溶融や重量減少がなかった。Improved fibers could be produced by melting and drawing a mixture of Polymers A and B as described in Example 3. Both types of fibers were completely colorless, free of carbon, and did not melt or lose weight when heated to 1000° C. in nitrogen.
ポリマーAおよびBを組合わせて、混合した組成の繊維
を溶融し引き出すことは、いくつかの利点を与える。ポ
リマーBは、より安価でかつ変換の間の収縮がより少な
いので、優れた増量剤として働く。しかしながら、より
重要なことは、ポリマーBの存在は窒化ホウ素への変換
の初期の段階において繊維に硬さを与えるという事実で
あり、これにより純粋なポリマーAの繊維を用いたプロ
セスよりも約10倍速い速度でプロセスを進行させるこ
とが可能になる。Combining Polymers A and B to melt and draw fibers of mixed composition offers several advantages. Polymer B works as an excellent filler because it is cheaper and shrinks less during conversion. However, more important is the fact that the presence of Polymer B imparts stiffness to the fibers in the early stages of conversion to boron nitride, which makes the process approximately 10 This allows the process to proceed at twice the speed.
ポリマーAおよびBの混合物から溶融して引き出したポ
リマー繊維は、繊維製造前の縮合、もしくは硬化過程の
前の予備処理が不要である。この混合物ポリマー繊維は
、アンモニアの存在下、わずかに25時間の間、約10
00℃に加熱することで、窒化物に変換する。Polymer fibers melt-drawn from a mixture of polymers A and B do not require condensation prior to fiber production or pretreatment prior to the curing process. This blend polymer fiber was produced in the presence of ammonia for only about 25 hours.
It is converted into nitride by heating to 00°C.
先に述べた時間および温度は、ベンチスケール □
のプロセスについてのものであることを強調しなければ
ならない。製造規模のプロセスにおいては、この過程は
より大幅に促進することができ、がっより高い温度が用
いられるかもしれないことが予測される。Times and temperatures stated above are bench scale □
It must be emphasized that it is about the process of It is anticipated that in manufacturing scale processes this process may be accelerated to a greater extent and much higher temperatures may be used.
この技術分野で知られている他の種々のプロセスもまた
、ボラジンポリマーを繊維に加工するのに適当であるか
もしれない(たとえばJ、R11ey、X1章:ポリマ
ー加工における1繊維の紡糸および引き出し’、C,5
chi 1dknecht編、インターサイエンス、ニ
ューヨーク、1956を参照)。Various other processes known in the art may also be suitable for processing borazine polymers into fibers (e.g. J, R11ey, Chapter X1: Single Fiber Spinning and Drawing in Polymer Processing'). ,C,5
Chi 1dknecht, ed., Interscience, New York, 1956).
紡糸工程においては、−時流動状態にある、繊維状に形
作られたポリマーが、圧力下に噴出口もしくは紡糸口金
の多数のオリフィスから引き出され、繊維の形態で固体
状態を呈する。ポリマーは、流動状態にするため、溶融
するかあるいは適当な溶媒中に溶解させてもよい。これ
らのポリマーの適当な溶媒としては、ヘキサン、ヘプタ
ン、ベンゼン、トルエン、キシレンおよび他の不活性な
有機溶剤が、これらの溶剤の混合物とともに挙げられる
。In the spinning process, a fibrously shaped polymer, which is in a fluid state, is drawn under pressure through a number of orifices in a jet or spinneret and assumes a solid state in the form of fibers. The polymer may be melted or dissolved in a suitable solvent to bring it into a fluid state. Suitable solvents for these polymers include hexane, heptane, benzene, toluene, xylene and other inert organic solvents, as well as mixtures of these solvents.
溶融紡糸においては、溶融されたポリマーが、繊維もし
くはフィラメントの寸法で、紡糸口金から出てくるが、
未だ液体の状態である。これの固化は、不活性の冷たい
流れにより早められる。このようにして製造されたフィ
ラメントは、駆動ホイールにより一定速度で取除き、そ
れからスプールもしくはボビンにより取上げることがで
きる。In melt spinning, molten polymer emerges from a spinneret in the dimensions of fibers or filaments;
It is still in a liquid state. Its solidification is accelerated by an inert cold stream. The filament thus produced can be removed at a constant speed by a drive wheel and then taken up by a spool or bobbin.
溶液紡糸においては、溶媒中に溶解されたポリマーが、
乾式紡糸または湿式紡糸の2つの方法のうちの1つによ
って、繊維またはフィラメントに紡糸される。乾式紡糸
では、溶解されたポリマーが紡糸口金から押し出され、
細いストリームとして、該細いストリームが寸法的に安
定でかつ接着もしくは接触しないよう十分に早く溶媒が
除去される領域中に出てくる。温い不活性ガスが循環す
る雰囲気であり、かつフィラメントの外側が余分な溶媒
によって再び溶解することのないように溶媒の蒸気圧を
十分に低く保った加熱キャビネットの中をストリームが
通過することにより、溶媒を除去することができる。こ
の工程は、もとの溶媒をより揮発性の非溶媒によって希
釈することにより促進させることができる。In solution spinning, a polymer dissolved in a solvent is
It is spun into fibers or filaments by one of two methods: dry spinning or wet spinning. In dry spinning, dissolved polymer is extruded through a spinneret and
It emerges as a thin stream into a region where the thin stream is dimensionally stable and the solvent is removed quickly enough so that it does not stick or touch. By passing the stream through a heated cabinet with a circulating atmosphere of warm inert gas and with the vapor pressure of the solvent kept low enough so that the outside of the filament is not redissolved by excess solvent, The solvent can be removed. This process can be accelerated by diluting the original solvent with a more volatile non-solvent.
湿式溶液紡糸においては、スピン浴として知られる液体
浴中を、通過させることにより、引き伸ばしたフィラメ
ントのストリームから、溶剤を除去する。スピン浴は、
フィラメント中に素早く拡散して沈澱もしくは凝集させ
るような非溶剤でもよい。In wet solution spinning, solvent is removed from a stream of drawn filaments by passing it through a liquid bath known as a spin bath. The spin bath is
A non-solvent that quickly diffuses into the filament and causes precipitation or agglomeration may also be used.
溶融ポリマーはまた、ストリーマを引き出すような引力
を用いて、融液浴を不活性ガスでプラスチングしたり、
高速度に不活性ガスとともに融液をシューテイングする
ことにより紡糸してもよい。The molten polymer can also be plasted with an inert gas through the melt bath, using attractive forces to pull the streamer out.
Spinning may be performed by shooting the melt together with an inert gas at high speed.
これらのすべての工程において、ボラジンポリマーは、
実施例3で記述するように硬化により繊維が窒化ホウ素
に変換するまで、不活性ガスの雰囲気下に置くか、ある
いは不活性な液体下に貯蔵しておく。繊維の変換工程の
いずれにおいても、工程の最後に繊維を引張りながら約
1200℃に温度を上昇させることは有用である。In all these steps, the borazine polymer
The fibers are placed under an atmosphere of inert gas or stored under an inert liquid until curing converts the fibers to boron nitride as described in Example 3. In any of the fiber conversion steps, it is useful to raise the temperature to about 1200° C. while drawing the fibers at the end of the step.
窒化ホウ素は、色々な方法で硬化する前に、ボラジンポ
リマーをモールディングおよびキャスティングすること
により所望の形状に作り上げることができる(たとえば
、J、Manson、 ”ポリマー”第10巻、pp
、634〜35.マグロ−ヒル技術大百科、第5編(1
9g2))。圧縮モールディング、インジェクションモ
ールディング、押出およびキャスティングなどのような
通常の技術は、このポリマーの使用にも適用できるもの
と思われる。Boron nitride can be built into the desired shape by molding and casting borazine polymers before being cured in a variety of ways (see, for example, J. Manson, "Polymers" Vol. 10, pp.
, 634-35. McGraw-Hill Technology Encyclopedia, Volume 5 (1)
9g2)). Conventional techniques such as compression molding, injection molding, extrusion and casting etc. are believed to be applicable to the use of this polymer.
ポリマーのそれぞれの特性は、個々の用途において利点
を与える。既に述べたアンモニア存在下におけるポリマ
ーAの変換工程は1.さらに重合させるための長い段階
的加熱サイクルを必要とし、それによってポリマーの最
初の低い軟化点が上昇する。しかし、同時に、低い軟化
点は、繊維およびフィラメントを融液から引き出し紡糸
するためには望ましいことである。ポリマーBの不融性
は、7時間という短時間で硬化して純粋な窒化ホウ素に
変換することを可能にしく実施例2)、またアルミナ繊
維または他の繊維へのコーティングについて述べる工程
(実施例5)においても重要なものである。もしポリマ
ーA単独で繊維のコーティングに用いたとすれば、その
溶融しかつ合体しやすい性質のため、軟らかく、かつ、
ねばねばした塗膜を生成し、繊維は共に凝集してつやの
ないものになるであろう。Each property of a polymer provides advantages in particular applications. The conversion step of polymer A in the presence of ammonia as already described is 1. It requires long staged heating cycles for further polymerization, thereby raising the initially low softening point of the polymer. At the same time, however, a low softening point is desirable for drawing and spinning fibers and filaments from the melt. The infusible nature of Polymer B allows it to be cured and converted to pure boron nitride in as little as 7 hours (Example 2), and the process described for coating alumina fibers or other fibers (Example 2). 5) is also important. If Polymer A were used alone to coat fibers, it would be soft and
It will produce a sticky coating and the fibers will clump together and become dull.
ポリマーAおよびBのそれぞれは、それらのそれぞれの
性質を、ポリマーAおよびBの混合物から、予め縮合す
る必要なしに引き出すことができる繊維や、予備的なH
Cu処理なしに25時間で硬化するという繊維に寄与さ
せている。Each of the polymers A and B has their respective properties in fibers that can be derived from the mixture of polymers A and B without the need for precondensation or in the preparation of a preliminary H
This contributes to the fiber's ability to harden in 25 hours without Cu treatment.
窒化ホウ素セラミックスのより有用な応用の1つは、化
学的もしくは物理的な変化を防止するための物質上の保
護塗膜を与えることである。窒化ホウ素塗膜は、たとえ
ば複合物およびそれが嵌め込められるマトリックスのよ
うなお互いに相客れない他の状態の材料間での、(化学
反応もしくは溶解のような)望ましくない相互作用を防
止するバリアを提供することができる。また、それは電
気的な絶縁材としても働いたり、あるいは熱バリアを提
供するかもしれず、それによって材料は、その完全な状
態が他の方法であれば維持されないような温度において
も、機能を遂行することが可能になる。ここで述べるプ
レセラミックボラジンポリマーは、特にこのような塗膜
の応用に対しよく適合するものである。コーティングさ
れるべき目的物は、ポリマー溶液中浸漬され、それから
、記述する方法のいずれかによって、ポリマーは純粋な
窒化ホウ素の塗膜に熱的に変換される。One of the more useful applications of boron nitride ceramics is to provide a protective coating on materials to prevent chemical or physical changes. Boron nitride coatings prevent undesired interactions (such as chemical reactions or dissolution) between materials in other mutually incompatible states, such as the composite and the matrix in which it is embedded. can provide a barrier. It may also act as an electrical insulator or provide a thermal barrier, allowing the material to perform its function at temperatures where its integrity would not otherwise be maintained. becomes possible. The preceramic borazine polymers described herein are particularly well suited for such coating applications. The object to be coated is immersed in a polymer solution and then the polymer is thermally converted into a pure boron nitride coating by any of the methods described.
特別な応用としては、アルミナ繊維のコーティングがあ
る。アルミナ繊維は、他の方法によれば溶解してしまう
のであるが、窒化ホウ素でコーティングするとガラス中
で用いることができる。実施例5は、このような繊維の
コーティングの方法を与える。A special application is the coating of alumina fibers. Alumina fibers, which would otherwise dissolve, can be coated with boron nitride for use in glass. Example 5 provides a method of coating such fibers.
窒化ホウ素の熱膨張係数は多くの他の材料に比べて低く
、またこの材料は高い熱安定性を有しているので、窒化
ホウ素の形作られた物品は、内燃機関の部品などの電子
工学分野の用途や、これらの性質が重要とされる他の用
途において、特別な有用性が見出されるかもしれない。Boron nitride's coefficient of thermal expansion is low compared to many other materials, and the material also has high thermal stability, making boron nitride shaped articles useful in electronics applications such as internal combustion engine components. and other applications where these properties are important.
この発明のより完全な理解は、以下に説明する実施例を
参照することにより得ることができるが、しかながらこ
れらはこの発明を不当に限定することを意図するもので
はない。A more complete understanding of the invention can be obtained by reference to the examples described below, which are not, however, intended to unduly limit the invention.
実施例1
プレセラミックポリマーBの調製
窒素を通じながら、ヘキサン(120mm)中のへキサ
メチレンジシラザン(11,3g、70゜0mmo l
)の撹拌溶液に、1:1のベンゼン/ヘキサン(25m
(1)中のクロロボラジン(2゜5g、13.6mm
o l)の溶液を、−50℃から−40℃で、1.5時
間の時間にわたり添加した。添加に続いて、この溶液を
一35℃で1.5時間撹拌した。次に、反応混合物を徐
々に温め室温とした。0.6gの生成した沈澱物をろ過
し、ろ液を蒸発させて、2.3gのプレセラミックポリ
マーを得た。この材料は、ヘキサンに非常によく溶け、
660mgのヘキサンに480mg以上溶けた。Example 1 Preparation of Preceramic Polymer B Hexamethylenedisilazane (11.3 g, 70° 0 mmol in hexane (120 mm) while passing through nitrogen
) to a stirred solution of 1:1 benzene/hexane (25 m
Chloroborazine (2゜5g, 13.6mm) in (1)
A solution of o l) was added over a period of 1.5 hours at -50<0>C to -40<0>C. Following the addition, the solution was stirred at -35° C. for 1.5 hours. The reaction mixture was then gradually warmed to room temperature. 0.6 g of the formed precipitate was filtered and the filtrate was evaporated to obtain 2.3 g of preceramic polymer. This material is very soluble in hexane and
More than 480 mg dissolved in 660 mg of hexane.
元素分析
計算値: C21H89N26B17Si7:C,23
,89,I(,8,42,N、34.20:B、LS、
23; S i 、18.45; MW、1064.8
9実測値: C,23,99,H,8,20; N
、35.39゜B、14.8B、 MW、1100
実施例2
バルクの窒化ホウ素の製造
102.5mgのプレセラミックポリマーBを、アンモ
ニア500mmHgのもとて石英管中に挿入したプラチ
ナのカップ内で、7時間かけて、25℃から990℃に
加熱した。白色の残渣は37゜6mgであり、これは6
3.32%の重量減少に相当する。Elemental analysis calculation value: C21H89N26B17Si7:C,23
,89,I(,8,42,N,34.20:B,LS,
23; S i , 18.45; MW, 1064.8
9 Actual measurement value: C, 23, 99, H, 8, 20; N
, 35.39°B, 14.8B, MW, 1100 Example 2 Preparation of bulk boron nitride 102.5 mg of preceramic polymer B was prepared in a platinum cup inserted into a quartz tube under 500 mm Hg of ammonia. , heated from 25°C to 990°C over 7 hours. The white residue is 37°6 mg, which is 6
This corresponds to a weight loss of 3.32%.
重量減少計算値:
C2,H89N26B、5St7−15 8Nj15.
04%。Calculated weight loss: C2, H89N26B, 5St7-15 8Nj15.
04%.
この材料は完全に無色で、炭素を含んでおらず、かつ1
000℃空気中で加熱しても溶融もしくはいかなる重量
減少もなかった。This material is completely colorless, carbon-free, and
There was no melting or any weight loss when heated in air at 000°C.
実施例3
窒化ホウ素繊維の製造
ポリマーAおよびBの1:1の混合物から、プレセラミ
ック繊維を溶融して引き出した。この繊維は、25時間
かけて68℃から970℃にアンモニア雰囲気中で徐々
に加熱することにより、窒化ホウ素繊維に変換させた。Example 3 Preparation of boron nitride fibers Preceramic fibers were melt drawn from a 1:1 mixture of polymers A and B. The fibers were converted to boron nitride fibers by gradual heating from 68°C to 970°C over 25 hours in an ammonia atmosphere.
このようにして製造された繊維は、完全に無色で、炭素
を含まず、かつ空気もしくは窒素中で1000℃に加熱
したときも溶融しないかまたはいかなる重量減少もなか
った。The fibers produced in this way were completely colorless, free of carbon and did not melt or lose any weight when heated to 1000° C. in air or nitrogen.
実施例4
窒化ホウ素繊維の製造:
予備的なHut処理
ポリマーAから溶融して引き出したプレセラミック繊維
を、100mmHgの圧力の塩化水素雰囲気中で16時
間かけて58℃で加熱した。このように処理した繊維は
、225℃まで軟化せずもしくは溶融しなかった。次に
、この繊維を、50QmmHgのアンモニア雰囲気中で
、12.5時間かけて、50℃から1000℃に徐々に
加熱した。366℃に冷却した後、系を減圧にし、−旦
25℃の温度に到達させ、窒素で大気圧にした。Example 4 Preparation of boron nitride fibers: Preceramic fibers melted and drawn from preliminary Hut treated Polymer A were heated at 58° C. for 16 hours in a hydrogen chloride atmosphere at a pressure of 100 mmHg. The fibers treated in this way did not soften or melt up to 225°C. Next, this fiber was gradually heated from 50°C to 1000°C over 12.5 hours in an ammonia atmosphere of 50QmmHg. After cooling to 366°C, the system was evacuated and allowed to reach a temperature of 25°C - once and brought to atmospheric pressure with nitrogen.
実施例5 窒化ホウ素でコートしたアルミナ繊維 連続した多結晶のアルミナ繊維のヤーン(E。Example 5 Alumina fiber coated with boron nitride Continuous polycrystalline alumina fiber yarn (E.
1、duPont de Memours an
d Companyの製品)の200−フィラメント
の部分を、石英管中で、空気雰囲気で、3゜5時間かけ
て25℃から620℃に徐々に加熱し、あらゆる表面の
塗膜を除去した。次に、系を減圧にして、3.25時間
かけて温度を985℃に上昇させた。系を室温に冷却し
た後、窒素を導入して大気圧にした。次に、加熱処理し
た繊維を、窒化ボロンプレセラミックポリマーBを重量
で9゜6%含んだヘキサン溶液中に不活性な雰囲気で浸
漬した。プレセラミックポリマー塗膜の純粋な窒化ホウ
素への変換は、500mmHgのアンモニア雰囲気中で
、8時間かけて、100℃から977℃に徐々に加熱す
ることにより行なった。真空下で、この系を室温に冷却
し、窒素で大気圧にした。すべてのコーティング工程を
2度行なった。1. duPont de Memours an
A section of 200-filament (product of d Company) was heated gradually in a quartz tube in an air atmosphere from 25 DEG C. to 620 DEG C. over a period of 3 DEG 5 hours to remove any surface coating. The system was then placed under vacuum and the temperature was increased to 985° C. over a period of 3.25 hours. After the system was cooled to room temperature, nitrogen was introduced to bring it to atmospheric pressure. The heat-treated fibers were then immersed in a hexane solution containing 9.6% by weight of boron nitride preceramic polymer B under an inert atmosphere. Conversion of the preceramic polymer coating to pure boron nitride was accomplished by gradual heating from 100° C. to 977° C. over 8 hours in an ammonia atmosphere at 500 mm Hg. The system was cooled to room temperature under vacuum and brought to atmospheric pressure with nitrogen. All coating steps were performed twice.
このようにして、窒化ホウ素セラミックでコーティング
されたアルミナ繊維を製造した。In this way, alumina fibers coated with boron nitride ceramic were produced.
この発明の概念および範囲から逸脱せず、既に述べた開
示の観点において、当業者が明らかに行なうであろうこ
の発明の変更は可能なものである。Modifications of this invention are possible that will be apparent to those skilled in the art in view of the above disclosure without departing from the concept and scope of this invention.
特許出願人 ウルトラシステムズ会デイフェンス・アン
ド・スペースQインコー
ボレーテッドPatent applicant: Ultra Systems Defense and Space Q, Inc.
Claims (28)
ル、エチル、プロピルまたはブチル基であり、Xは正の
整数である。(1) A polymer represented by the following formula. ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼ Here, R is a methyl, ethyl, propyl, or butyl group of the general formula C_nH_2_n_+_1, and X is a positive integer.
ポリマー。(3) The polymer of claim 1 in the form of fibers or filaments.
記載のポリマーと次式で示されるポリマーとの混合物。 ▲数式、化学式、表等があります▼(4) Claim 1 is in the form of fibers or filaments.
A mixture of the described polymer and a polymer of the formula: ▲Contains mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼
。(5) The polymer of claim 1 in the form of a shaped article.
リマー。 ▲数式、化学式、表等があります▼(6) A polymer having the formula: in the form of a shaped article. ▲Contains mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼
リマーと次式で示されるポリマーとの混合物。 ▲数式、化学式、表等があります▼(7) A mixture of the polymer of claim 1 and a polymer of the formula: in the form of a shaped article. ▲Contains mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼
ーとが、およそ等しい割合で存在する混合物。(8) A mixture in which the polymer according to claim 4 and the polymer according to claim 7 are present in approximately equal proportions.
、 (a)少なくとも1つの芳香族性成分と少なくとも1つ
の非極性の脂肪族性成分とを有する、有機溶媒の混合物
中で、不活性ガスの雰囲気下、0℃以下であるが前記混
合物の凝固点以上である温度で、ポリマー溶液が生成す
るのに十分な長い期間、クロロボラジンをジシラジンと
反応させ、(b)前記ポリマー溶液から沈澱物を除去し
、(c)次に前記ポリマー溶液から前記溶媒を除去する
ことによりポリマーを単離させる、各ステップを備える
方法。(9) A method for preparing a polymer according to claim 1, comprising: (a) in a mixture of organic solvents having at least one aromatic component and at least one non-polar aliphatic component; reacting chloroborazine with disilazine under an atmosphere of active gas at a temperature below 0° C. but above the freezing point of said mixture for a period long enough to form a polymer solution; (b) precipitating from said polymer solution; (c) then isolating the polymer by removing the solvent from the polymer solution.
から選ばれたガスもしくはガスの混合物を含む、請求項
9記載の方法。10. The method of claim 9, wherein the atmosphere comprises a gas or mixture of gases selected from nitrogen, helium, and argon.
、請求項10記載の方法。11. The method of claim 10, wherein the gas or gas mixture is at atmospheric pressure.
合物中で、約3から約24時間の間、約−50から−3
0℃の温度で、クロロボラシンおよびヘキサメチルジシ
ラジンを反応させる、請求項9記載の方法。(12) about -50 to -3 in a solvent mixture containing equal parts of benzene and hexane for about 3 to about 24 hours.
10. The method according to claim 9, wherein chloroboracine and hexamethyldisilazine are reacted at a temperature of 0<0>C.
記ボラジンポリマー前駆体を、前記系の温度が4〜24
時間の間で約1000℃まで上昇するのに必要な速度で
、徐々に加熱するステップを備える、請求項1のボラジ
ンポリマーからセラミック材料を調製する方法。(13) In a system having an ammonia gas atmosphere, the borazine polymer precursor is heated at a temperature of 4 to 24
A method of preparing a ceramic material from a borazine polymer according to claim 1, comprising the step of gradually heating at a rate necessary to increase the temperature to about 1000<0>C over a period of time.
760mmHgとの間の圧力にある、請求項13の方法
。14. The method of claim 13, wherein the ammonia atmosphere is at a pressure between about 400 mmHg and about 760 mmHg.
クを調製する方法であって、 (a)ハロゲン化水素の雰囲気下、少なくとも40℃で
前記ポリマーの軟化点より低い温度で、前記置換ボラジ
ンポリマーを加熱して、前記ポリマーの軟化温度まで高
め、 (b)それから、アンモニア雰囲気下、前記ポリマーを
窒化ホウ素に変えるに十分な温度で、前記ポリマーを加
熱する、各ステップを備える方法。(15) A method of preparing a boron nitride ceramic from a substituted borazine polymer, the method comprising: (a) heating the substituted borazine polymer at a temperature of at least 40° C. below the softening point of the polymer in an atmosphere of hydrogen halide; , to a softening temperature of the polymer; and (b) then heating the polymer under an ammonia atmosphere at a temperature sufficient to convert the polymer to boron nitride.
求項16記載の方法。(16) The method according to claim 16, wherein the hydrogen halide gas is hydrogen chloride.
Hgの圧力下に存在する、請求項16記載の方法。(17) The hydrogen halide gas is approximately 100 mm
17. The method of claim 16, wherein the method is under pressure of Hg.
0mmHgの圧力下に存在する、請求項15記載の方法
。(18) The ammonia gas is about 400 to 76
16. The method of claim 15, wherein the method is under a pressure of 0 mmHg.
あって、 (a)前記目的物を、置換ボラジンポリマーに対する溶
媒中の置換ボラジンポリマー溶液か、または前記ポリマ
ーの融液中に、前記目的物にコートするポリマーに対し
不活性なガスの雰囲気下、前記目的物を浸し、 (b)前記溶液から前記ポリマーをコートした目的物を
取出し、 (c)前記ポリマーコートした目的物を、アンモニアガ
スの雰囲気下に加熱して、前記ポリマー塗膜を窒化ホウ
素に変換する、各ステップを備える方法。(19) A method of coating an object with boron nitride, the method comprising: (a) coating the object with a substituted borazine polymer in a solution of a substituted borazine polymer in a solvent for the substituted borazine polymer or in a melt of the polymer; immersing the object in an atmosphere of gas inert to the polymer to be coated; (b) removing the object coated with the polymer from the solution; (c) soaking the object coated with the polymer in an atmosphere of ammonia gas The method comprises the steps of heating below to convert the polymer coating to boron nitride.
て、前記目的物に窒化ホウ素の複数層をコートする、請
求項19記載の方法。20. The method of claim 19, further comprising repeating steps (a) to (c) to coat the object with multiple layers of boron nitride.
リマーが溶液の形態であり、かつ前記ポリマーの溶媒が
ヘキサンまたはヘプタンである、請求項19記載の方法
。21. The method of claim 19, wherein the substituted borazine polymer in the soaking step is in the form of a solution, and the solvent for the polymer is hexane or heptane.
スがおよそ500mmHgの圧力である、請求項19記
載の方法。(22) The method of claim 19, wherein the ammonia gas in step (c) is at a pressure of approximately 500 mmHg.
物を取出した後、(c)ステップに進む前に、前記ポリ
マーコート目的物をハロゲン化物の酸の雰囲気中で加熱
することを前記方法がさらに備える、請求項19記載の
方法。(23) After removing the object from the solution in step (b) and before proceeding to step (c), the method further comprises heating the polymer-coated object in an atmosphere of a halide acid. 20. The method of claim 19, comprising:
19記載の方法。(24) The method according to claim 19, wherein the hydrogen halide gas is hydrogen chloride.
圧力下にある、請求項19記載の方法。(25) The method of claim 19, wherein the hydrogen halide gas is under a pressure of approximately 100 mmHg.
単独でおよび2重に架橋した縮合B−トリアミノ−N−
トリス(トリアルキルシリル)ボラジンならびにそれら
の混合物である、請求項19または記載の方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ここで、Rは一般式C_nH_2_n_+_1のメチル
、エチル、プロピルまたはブチルであり、xは正の整数
である。(26) The substituted borazine polymer has the following formula:
Single and doubly crosslinked fused B-triamino-N-
20. A method according to claim 19, which is tris(trialkylsilyl)borazine as well as mixtures thereof. ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼ Here, R is methyl, ethyl, propyl, or butyl of the general formula C_nH_2_n_+_1, and x is a positive integer.
している、請求項19または23記載の方法。(27) The method according to claim 19 or 23, wherein the borazine polymer is substituted with a silylamino group.
ーである、請求項26記載の方法。(28) The method of claim 26, wherein the borazine polymer is the polymer of claim 1.
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