JPH03183637A - Translucent silicon oxycarbonate glass and product using same - Google Patents
Translucent silicon oxycarbonate glass and product using sameInfo
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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 本発明はガラス組成物に関するものであって。[Detailed description of the invention] Background of the invention The present invention relates to glass compositions.
更に詳しく言えば、ケイ素、酸素および炭素から成る半
透明ガラス組成物に関する。More particularly, it relates to a translucent glass composition comprising silicon, oxygen and carbon.
非晶質シリカは耐火性ガラスであるが、それは1100
℃を越える温度下では容易に失透する。Amorphous silica is a fire-resistant glass, but it is
It easily devitrifies at temperatures exceeding ℃.
失透とは、ガラスを槽底するランダム組織の秩序化また
は結晶化を意味している。結晶化はガラス質シリカの主
たる属性(すなわち、小さい熱膨張率およびその他多く
の望ましい性質〉を劇的に低下させる。それ故、シリカ
ガラス組成物の耐失透性を向上させる方法を開発するた
めに多くの研究が行われてきたのである。Devitrification refers to the ordering or crystallization of the random structure that forms the bottom of the glass. Crystallization dramatically reduces the main attributes of vitreous silica (i.e., low coefficient of thermal expansion and many other desirable properties). Therefore, to develop methods to improve the devitrification resistance of silica glass compositions. A lot of research has been carried out.
ケイ素、炭素および酸素の間の反応は広範囲にわたって
研究されてきた。ケイ素・炭素・酸素系に関する既知の
反応の中には、酸素がケイ素と化合してシリカ(SiO
z)を生成する過程を含むものがある0次いで、温度が
1100℃を越えると、シリカは結晶化してクリストバ
ル石を生成するようになる。クリストバル石はシリカの
一般的な鉱物質形態の1つである。炭素はシリカと反応
して結晶質の炭化ケイ素を生成することもあれば、ある
いは−酸化炭素ガスとして逃散することもある。The reaction between silicon, carbon and oxygen has been extensively studied. Among the known reactions involving the silicon-carbon-oxygen system, oxygen combines with silicon to form silica (SiO
Then, when the temperature exceeds 1100° C., silica crystallizes to form cristobalite. Cristobalite is one of the common mineral forms of silica. The carbon may react with the silica to form crystalline silicon carbide or escape as -carbon oxide gas.
元素状炭素として残留した炭素は、600℃を越える温
度下で空気に暴露されると容易に酸化する。Carbon that remains as elemental carbon is easily oxidized when exposed to air at temperatures above 600°C.
ケイ素、炭素および酸素の間における反応の熱力学は、
オクシデーション・オブ・メタルズ(Ox−1dati
on or Metals)第4巻第3号(1972年
〉に収載されたイー・エイ・グルブランセンおよびニス
・エイ・ジャンソン(E、A、 Gulbranscn
& S、A。The thermodynamics of the reaction between silicon, carbon and oxygen is
Oxidation of Metals (Ox-1dati)
E. A. Gulbranscn and Nis A. Gulbranscn (on or Metals) Volume 4, No. 3 (1972)
& S.A.
Janssoo)の論文「ケイ素および炭化ケイ素の高
温酸化、還元および揮発反応j中において論じられてい
る。グルブランセン等の熱力学的解析によれば、120
0℃において、シリカおよび炭素は気体状の一酸化ケイ
素および一酸化炭素または固体状の炭化ケイ素(S i
C)を生成することが示されている。しかるに、ケイ素
、酸素および炭素を含有する物質が生成することは予想
されていない。Janssoo)'s paper "High-temperature oxidation, reduction and volatilization reactions of silicon and silicon carbide".According to the thermodynamic analysis of Gulbrandsen et al., 120
At 0°C, silica and carbon can be combined with gaseous silicon monoxide and carbon monoxide or solid silicon carbide (Si
C) has been shown to produce. However, it is not expected that materials containing silicon, oxygen and carbon will be produced.
グルブランセン等の結論に基づけば、1125℃を越え
る還元雰囲気中においてシリカを使用することは、揮発
性の一酸化ケイ素ガスを生成するために推奨されなかっ
た。また、活発な酸化の起こり易い酸素含有環境中にお
いて炭化ケイ素を使用することも、それの酸化を招くと
いう理由のために推奨されなかった。Based on the conclusions of Gulbrandsen et al., the use of silica in reducing atmospheres above 1125° C. was not recommended due to the production of volatile silicon monoxide gas. Also, the use of silicon carbide in oxygen-containing environments where active oxidation is likely to occur has also been discouraged because it leads to oxidation of the silicon carbide.
機能的に炭素変性ガラス質シリカとして記述される不透
明な黒色の材料が存在する。これはシリカに1〜3%の
炭素を添加して戒るものであって、本明細書中において
は「黒色ガラス」と呼ばれる。There is an opaque black material that is functionally described as a carbon-modified vitreous silica. This glass is produced by adding 1 to 3% carbon to silica, and is referred to herein as "black glass."
黒色ガラスの製造方法は、スミス(Swith)等の米
国特許第3378431号明細書中に開示されている。A method for making black glass is disclosed in US Pat. No. 3,378,431 to With et al.
その方法に従えば、カーボワックスのごとき炭素質有機
物をシリカに添加し、そして得られた混合物を約120
0℃で熱間圧縮することによって黒色ガラスが製造され
る。シー・エフ・スミス・ジュニア(C,F、 Sm1
th、 Jr、)はまた、彼の学位論文r高純度のガラ
ス質シリカおよび化学的に置換されたガラス質シリカの
振動スペクトル」(アルフレッド大学、ニューヨーク州
アルフレッド市、1973年5月)中において、赤外分
光分析によって黒色ガラスの特性を決定した。スミスに
よれば、黒色ガラス中には元素状炭素が分散しているば
かりでなく、一部の炭素が酸素と結合してカルボナト基
を生成していることが明らかにされた。カルボナト基は
1個の炭素原子が3個の酸素原子と結合して成る特定の
形態を表わす名称であって、それは下記のごとき構造を
有している。According to that method, a carbonaceous organic material such as carbowax is added to the silica and the resulting mixture
A black glass is produced by hot pressing at 0°C. C.F. Smith Jr. (C, F, Sm1
In his dissertation "Vibrational Spectra of Highly Purified Glassy Silica and Chemically Substituted Glassy Silica" (Alfred University, Alfred, NY, May 1973), The properties of the black glass were determined by infrared spectroscopy. Smith found that not only is elemental carbon dispersed in the black glass, but some of the carbon also combines with oxygen to form carbonate groups. The carbonato group is a name representing a specific form in which one carbon atom is bonded to three oxygen atoms, and it has the structure shown below.
黒色ガラスの機械的強度は炭素を含まないシリカガラス
の強度と同等であるが、黒色ガラスは通常のシリカガラ
スに比べて耐失透性の向上を示すすなわち、通常のシリ
カガラスが約1100℃で失透し始めるのに対し、黒色
ガラスは約1−250℃で失透し始める。このように熱
安定性の向上を示すことにより、黒色ガラスはシリカガ
ラスが耐えることのできる温度よりも高い温度下で使用
することが可能である。The mechanical strength of black glass is equivalent to that of silica glass that does not contain carbon, but black glass shows improved devitrification resistance compared to ordinary silica glass. It begins to devitrify, whereas black glass begins to devitrify at about 1-250°C. By exhibiting this increased thermal stability, black glasses can be used at higher temperatures than silica glasses can withstand.
「ニカロン(Nicalon)」 の商品名で市販さ
れている炭化ケイ素の連続セラミック繊維においては約
10%の酸素を繊維中に導入することによってそれの架
橋が行われる。架w後に繊維の熱分解が行われるが、酸
素は非晶質汚染物(恐らくはシリカ〉として繊維の一部
を或すものと信じられている。かかる繊維を各種の環境
中において熱処理した場合に起こる劣化挙動が、ジャー
ナル・オブマテリアル・サイエンス(Journal
of MaterialScience)第19巻(1
984年)の11.91〜1201頁に収載されたティ
ー・マー(T、 Mah)等の論文rsic繊維にカロ
ン)の熱安定性j中に報告されている。マー等によれば
、熱処理時の環境条件にかかわらず、ニカロン繊維の強
度は1000℃を越える温度への暴露によって低下する
ことが判明した。かかる繊維の劣化は、繊維から一酸化
炭素が喪失すること、および繊維中にβ−炭化ケイ素の
結晶粒が成長することに関連していた。In continuous ceramic fibers of silicon carbide, sold under the trade name "Nicalon", crosslinking is effected by introducing about 10% oxygen into the fibers. Pyrolysis of the fibers occurs after racking, and oxygen is believed to be present in some fibers as amorphous contaminants (possibly silica). The degradation behavior that occurs is reported in the Journal of Materials Science.
of Material Science) Volume 19 (1
984), pages 11.91-1201, in the article by Mah et al. Mah et al. found that the strength of Nicalon fibers decreased with exposure to temperatures above 1000° C., regardless of the environmental conditions during heat treatment. Such fiber degradation was associated with the loss of carbon monoxide from the fibers and the growth of β-silicon carbide grains within the fibers.
同時係属米国特許出願第359619号明細書中には、
ケイ素原子が酸素および炭素原子と結合して成りかつ少
なくとも1650℃までの温度下で失透または分解を示
さないようなガラス組成物が開示されている。米国特許
出願第359619号のガラス組成物は原子状態または
小さなりラスタを成してガラス母体中に分散した約3〜
9(重量)%の元素状炭素を追加含有していて、この遊
離炭素がガラス組成物に不透明かつ黒色の外観を付与し
ている。In co-pending U.S. Patent Application No. 359,619,
Glass compositions are disclosed in which silicon atoms are combined with oxygen and carbon atoms and do not exhibit devitrification or decomposition at temperatures up to at least 1650°C. The glass composition of U.S. Patent Application No. 359,619 has about 3 to
It contains an additional 9% (by weight) of elemental carbon, and this free carbon imparts an opaque, black appearance to the glass composition.
一般に、セラミック材料は高い強度および低い破砕靭性
によって特徴づけられる脆性挙動を示す。Generally, ceramic materials exhibit brittle behavior characterized by high strength and low fracture toughness.
破砕靭性とは、材料中における亀裂の成長に対する抵抗
性である。セラミックの脆性挙動を緩和するための手段
として、セラミック組成物の開発が研究されてきた。「
ニカロン」は優れたセラミック繊維であるが、それは1
200℃を越える温度下で劣化する。望ましい機械的性
質を有しかつ1200℃よりも実質的に高い温度に耐え
得る保護セラミック母材中に「ニカロン」繊維を包埋す
れば、改良されたセラミック複合材料が得られるはずで
ある。しかしながら、上記の議論から明らかな通り、既
知のガラスまたはセラミ・ンク組成物(とりわけ、ケイ
素、酸素および炭素を含有するもの〉の性質は、110
0〜1250℃を越える温度下でガラスまたはセラミッ
クの分解もしくは失透が起こることによって劣化するの
である。Fracture toughness is the resistance to crack growth in a material. The development of ceramic compositions has been investigated as a means of mitigating the brittle behavior of ceramics. "
"Nicalon" is an excellent ceramic fiber, but it has 1
Degrades at temperatures exceeding 200°C. Embedding "Nicalon" fibers in a protective ceramic matrix that has desirable mechanical properties and can withstand temperatures substantially higher than 1200° C. would result in an improved ceramic composite material. However, as is clear from the above discussion, the properties of known glass or ceramic compositions (particularly those containing silicon, oxygen and carbon) are
Deterioration occurs due to decomposition or devitrification of the glass or ceramic at temperatures exceeding 0 to 1250°C.
本発明の目的の1つは、実質的な部分の炭素原子がケイ
素原子と結合しているような化学結合状態のケイ素、酸
素および炭素から成り、かつ特定のメチルシリコーン樹
脂から製造されるようなガラス組成物を提供することに
ある。One of the objects of the present invention is to provide a silicone resin containing silicon, oxygen and carbon in a chemically bonded state such that a substantial portion of the carbon atoms are bonded to silicon atoms, and made from certain methyl silicone resins. An object of the present invention is to provide a glass composition.
また、実質的な部分の炭素原子がケイ素原子と結合して
いるような化学結合状態のケイ素、酸素および炭素と、
ガラス母体中に分散した痕跡量までの元素状炭素とから
成る半透明ガラス組成物を提供することも本発明の目的
の1つである。少なくとも1600℃までの温度におい
て、かかるガラス組成物は組織的に安定であり、また酸
化雰囲気や還元雰囲気中でも分解しないのである。In addition, silicon, oxygen, and carbon in a chemically bonded state in which a substantial portion of carbon atoms are bonded to silicon atoms;
It is also an object of the present invention to provide a translucent glass composition comprising up to trace amounts of elemental carbon dispersed in a glass matrix. At temperatures up to at least 1600° C., such glass compositions are structurally stable and do not decompose even in oxidizing or reducing atmospheres.
更にまた、ケイ素、酸素および炭素から成る上記のごと
きガラス組成物を特定のメチルシリコーン樹脂の熱分解
によって製造するための方法を提供することも本発明の
目的の1つである。Furthermore, it is an object of the present invention to provide a process for producing such glass compositions consisting of silicon, oxygen and carbon by pyrolysis of certain methyl silicone resins.
更にまた、ケイ素、酸素および炭素から成る上記のごと
きガラス組成物を用いて製品を製造するための方法を提
供することも本発明の目的の1つである。Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing articles using a glass composition as described above consisting of silicon, oxygen and carbon.
発明の概要
本発明者等は、ある種のシリコーン樹脂を非酸化性雰囲
気中において熱分解することにより、特異なガラス組成
物が得られることを見出した。意外にも、かかるシリコ
ーン樹脂を非酸化性雰囲気中において熱分解した場合に
は、シリカ、クリストバル石、炭化ケイ素、−酸化炭素
、またはシリカと炭素との混合物は生成されないことが
判明した。本発明者等はまた、特定のシリコーン樹脂を
熱分解することにより、少なくとも部分的な光の透過を
許す痕跡量までの遊離炭素を含有する結果として不透明
または黒色の外観を呈しないような半透明ガラス組成物
が得られることをも見出した。SUMMARY OF THE INVENTION The inventors have discovered that unique glass compositions can be obtained by thermally decomposing certain silicone resins in a non-oxidizing atmosphere. Surprisingly, it has been found that when such silicone resins are pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere, no silica, cristobalite, silicon carbide, carbon oxide, or mixtures of silica and carbon are produced. The inventors have also found that by pyrolyzing certain silicone resins, they can be made translucent, which does not exhibit an opaque or black appearance as a result of containing up to trace amounts of free carbon, allowing at least partial light transmission. It has also been found that glass compositions can be obtained.
本発明においては、メチルシリコーン樹脂を熱分解する
ことにより、実質的な部分の炭素原子がケイ素原子と化
学結合しているようなケイ素、酸素および炭素から成る
ガラス組成物が製造される。In the present invention, a glass composition consisting of silicon, oxygen, and carbon in which a substantial portion of carbon atoms are chemically bonded to silicon atoms is produced by thermally decomposing a methyl silicone resin.
本発明の一方法に従えば、非酸化性雰囲気中においてメ
チルシリコーン樹脂を加熱することによって該樹脂が熱
分解される。ここで言う「非酸化性雰囲気Jとは、熱分
解時に起こる反応に影響を及ぼすことなしに熱分解中の
樹脂から反応生成物を除去するような雰囲気を意味する
。かかる非酸化性雰囲気の実例としては、ヘリウム、ア
ルゴンおよび窒素のごとき不活性雰囲気、並びに水素の
ごとき還元雰囲気が挙げられる。また、約10−4気圧
より低い圧力を有する真空も使用することができる。According to one method of the invention, methyl silicone resin is pyrolyzed by heating the resin in a non-oxidizing atmosphere. "Non-oxidizing atmosphere J" as used herein means an atmosphere that removes reaction products from the resin during pyrolysis without affecting the reactions that occur during pyrolysis. Examples of such non-oxidizing atmospheres These include inert atmospheres such as helium, argon and nitrogen, as well as reducing atmospheres such as hydrogen. Vacuum having a pressure less than about 10@-4 atmospheres can also be used.
本発明の方法において使用するのに適したメチルシリコ
ーン樹脂は、米国特許第2676182号明細書中に記
載された方法によって調製することができる。とりわけ
、米国特許第2676182号明細書中に記載された実
施例2および4において、エタノールの代りに各種のア
ルコールを使用し、ジメチルフェニルクロロシランおよ
びトリメチルエトキシシランの代りにトリメチルクロロ
シランを使用し、かつ炭化水素の分離を容易にするため
にトルエンを使用すれば、本発明の方法において使用す
るために特に適したメチルシリコーン樹脂が得られるこ
とになる。Methyl silicone resins suitable for use in the method of the present invention can be prepared by the method described in US Pat. No. 2,676,182. In particular, Examples 2 and 4 described in U.S. Pat. The use of toluene to facilitate hydrogen separation will result in a methyl silicone resin particularly suitable for use in the process of the invention.
メチルシリコーン樹脂は、ケイ素原子に結合したメチル
基を有するシロキサン鎖から構成されている。シロキサ
ン鎖は、ケイ素原子と酸素原子とが交互に結合して成る
ものである。シロキサン鋼上に様々な組合せのメチル基
が結合することによってポリメチルポリシロキサンが生
成される。Methyl silicone resins are composed of siloxane chains with methyl groups bonded to silicon atoms. The siloxane chain is made up of alternately bonded silicon atoms and oxygen atoms. Polymethylpolysiloxanes are produced by bonding various combinations of methyl groups onto siloxane steels.
ポリメチルポリシロキサン中に存在する基本構造単位は
、トリメチルシロキシ単位、ジメチルシロキシ単位およ
びモノメチルシロキサン単位である。シロキサン鎖の末
端に存在する単官能性のトリメチルシロキシ単位は、下
記のごとき構造を有している。The basic structural units present in polymethylpolysiloxane are trimethylsiloxy units, dimethylsiloxy units and monomethylsiloxane units. The monofunctional trimethylsiloxy unit present at the end of the siloxane chain has the following structure.
CH。CH.
CH3−3i−0−
CH3
ジメチルシロキシ単位は鎖状または環状のシロキサンを
形成する二官能性の単位であって、下記のごとき構造を
有している。CH3-3i-0- CH3 dimethylsiloxy unit is a bifunctional unit that forms a chain or cyclic siloxane, and has the following structure.
HI
−O−9i−0−
CH5
モノメチルシロキサン単位はシロキサン鎖を延長するば
かりでなく鋼量の架橋をも引起こすような三官能性の単
位であって、下記のごとき構造を有している。The HI-O-9i-0-CH5 monomethylsiloxane unit is a trifunctional unit that not only extends the siloxane chain but also causes crosslinking of the steel mass, and has the following structure.
CH。CH.
−0−3i−0−
メチルシリコーン樹脂はまた、下記のごとき構造を有す
る四官能性の非置換単位を含有することもあるが、これ
は本明細書中においてはQ単位と呼ばれる。-0-3i-0- Methyl silicone resins may also contain tetrafunctional unsubstituted units having the structure shown below, which are referred to herein as Q units.
−0−3i−0−
これらの構造単位から高分子構造を形成することにより
、ケイ素原子1個当り所望の数のメチル基を有するポリ
メチルポリシロキサンを生成させることができる。すな
わち、メチル基とケイ素原子との比率を変えることによ
り、有機置換基(すなわち、メチル基)の含有量の異な
る各種のメチルシリコーン樹脂が生成される。一般に、
メチルシリコーン樹脂中に存在するメチル基とケイ素原
子との比率は約2:1以下である。本発明において使用
されるメチルシリコーン樹脂は、約3=1(すなわち、
トリメチルシロキシ単位とQ単位とが重合し得る最大の
比率)までの比率で存在するトリメチルシロキシ単位お
よび四官能性の非置換Q単位から成るものである。なお
、トリメチルシロキシ単位およびQ単位は約O17:1
〜約3:1の比率で存在することが好ましく、また約1
:1〜約3:1の比率で存在することが最も好ましい。-0-3i-0- By forming a polymer structure from these structural units, polymethylpolysiloxane having a desired number of methyl groups per silicon atom can be produced. That is, by changing the ratio of methyl groups to silicon atoms, various methyl silicone resins having different contents of organic substituents (ie, methyl groups) are produced. in general,
The ratio of methyl groups to silicon atoms present in the methyl silicone resin is about 2:1 or less. The methyl silicone resin used in the present invention is about 3=1 (i.e.
It consists of trimethylsiloxy units and tetrafunctional unsubstituted Q units present in a ratio up to the maximum polymerizable ratio of trimethylsiloxy units and Q units. Note that the trimethylsiloxy unit and Q unit are approximately O17:1
Preferably present in a ratio of ˜about 3:1, and about 1
Most preferably, they are present in a ratio of from :1 to about 3:1.
以後、かかるメチルシリコーン樹脂を「メチルシリコー
ン前駆体樹脂」と呼ぶことにするが、場合によっては単
に「前駆体樹脂」または「樹脂Jと呼ぶこともある。前
駆体樹脂中におけるトリメチルシロキシ単位とQ単位と
の比率は上記のごとき方法によって調製する際における
該樹脂の理論的な初期組成に従って規定されたものであ
って、重合後の該樹脂中におけるトリメチルシロキシ単
位とQ単位との比率はそれよりも低くなる場合があるこ
とを理解すべきである。Hereinafter, such methyl silicone resin will be referred to as "methyl silicone precursor resin," but in some cases, it may simply be referred to as "precursor resin" or "resin J." The ratio of trimethylsiloxy units to Q units in the resin after polymerization is determined according to the theoretical initial composition of the resin when prepared by the method described above. It should be understood that this may also be lower.
熱分解に際しては、前駆体樹脂はガスを放出して重量の
減少を示しながら緻密化する。かかる重量の減少に伴っ
て前駆体樹脂の体積が減少する結果、該樹脂の密度は増
大する。熱分解を受ける前駆体樹脂の重量が実質的に一
定の値に到達した時点において、熱分解反応は実質的に
完了している。Upon pyrolysis, the precursor resin densifies, releasing gas and exhibiting a weight loss. This reduction in weight is accompanied by a reduction in the volume of the precursor resin, resulting in an increase in the density of the resin. The pyrolysis reaction is substantially complete when the weight of the precursor resin undergoing pyrolysis reaches a substantially constant value.
とは言え、重量の減少が終了した後にも加熱を続けると
、前駆体樹脂は一層の緻密化を受けることがある。それ
故、前駆体樹脂が完全に緻密化した後、換言すれば体積
の減少が停止した後に加熱および熱分解を停止すること
が望ましい場合もある。However, if heating continues after weight loss has ended, the precursor resin may undergo further densification. Therefore, it may be desirable to stop the heating and pyrolysis after the precursor resin is fully densified, in other words after the volume has stopped decreasing.
なお、熱分解時における重量の減少を測定したところ、
約17〜54%の範囲内にあることがわかった。また、
メチルシリコーン前駆体樹脂は約900〜1600℃の
範囲内の温度で熱分解し得ることが判明した。Furthermore, when we measured the weight loss during thermal decomposition, we found that
It was found to be within the range of approximately 17-54%. Also,
It has been found that the methyl silicone precursor resin can be thermally decomposed at temperatures within the range of about 900-1600<0>C.
本発明の方法によって製造されたガラスは、特異な性質
および特性を有している。少なくと61600’Cまで
の温度において、これらのガラスは結晶化を起こし難く
、また酸化雰囲気や還元雰囲気中でも分解しない6更に
また、本発明のガラス中に存在する炭素の実質的な部分
はケイ素と結合していると共に、残りの炭素はガラス母
体中に分散した元素状炭素として存在しており、従って
検出可能なカルボナト基は存在しない。本発明のガラス
中において発見された炭素−ケイ素結合は、従来のシリ
カガラス中においては知られていなかったものである。Glass produced by the method of the invention has unique properties and properties. At temperatures up to at least 61,600'C, these glasses are resistant to crystallization and do not decompose even in oxidizing or reducing atmospheres.6 Furthermore, a substantial portion of the carbon present in the glasses of the present invention is composed of silicon. As well as being bonded, the remaining carbon is present as elemental carbon dispersed within the glass matrix, so there are no detectable carbonate groups. The carbon-silicon bond discovered in the glass of the present invention was not known in conventional silica glasses.
シリカガラス、とりわけ黒色ガラス中においては、炭素
はシリカ母体中に非結合状態の元素として存在するか、
あるいは炭素と酸素とが結合して成るカルボナト基とし
て存在することが知られているだけであった。本発明の
方法によって製造されかつ上記のごとき特異な性質を有
するガラスは、本明細書中におし)では「オキシ・炭化
ケイ素ガラス」と呼ばれる。In silica glass, especially black glass, carbon exists as an element in a non-bonded state in the silica matrix, or
Alternatively, it was only known to exist as a carbonato group formed by bonding carbon and oxygen. Glasses produced by the method of the present invention and having the above-mentioned unique properties are referred to herein as "oxy-silicon carbide glasses."
上記のごときメチルシリコーン前駆体樹脂を熱分解した
場合には、ケイ素、酸素および炭素原子の間において電
子が継続的に共有されてり)ることを特徴とするオキシ
炭素ケイ素ガラスが得られる。When the methyl silicone precursor resin as described above is thermally decomposed, an oxycarbon silicon glass characterized in that electrons are continuously shared between silicon, oxygen, and carbon atoms is obtained.
オキシ炭素ケイ素ガラス中においては、ケイ素原子は4
種の多原子単位を成して存在している。テトラオキシケ
イ素と呼ばれる第1の単位においては、■個のケイ素原
子が4個の酸素原子と結合している。モノカルボシロキ
サンと呼ばれる第2の単位においては、1個のケイ素原
子が3個の酸素原子および1個の炭素原子と結合してい
る。ジカルボシロキサンと呼ばれる第3の単位において
は、1閲のケイ素原子が2個の酸素原子および2個の炭
素原子と結合している。テトラカルボケイ素と呼ばれる
第4の単位においては、1個のケイ素原子が4個の炭素
原子と結合している。In oxycarbon silicon glass, silicon atoms are 4
It exists as a polyatomic unit of species. In the first unit, called tetraoxysilicon, ■ silicon atoms are bonded to four oxygen atoms. In the second unit, called monocarbosiloxane, one silicon atom is bonded to three oxygen atoms and one carbon atom. In the third unit, called dicarbosiloxane, one silicon atom is bonded to two oxygen atoms and two carbon atoms. In the fourth unit, called tetracarbosilicon, one silicon atom is bonded to four carbon atoms.
オキシ炭化ケイ素ガラスは任意の比率で重合したトリメ
チルシロキシ単位およびQ単位を含有する前駆体樹脂の
熱分解によって製造されるとは言え、前駆体樹脂中にお
けるトリメチルシロキシ単位とQ単位との比率は得られ
るオキシ炭化ケイ素の組成および性質に影響を及ぼすこ
とが見出された。上記のごとき好適な前駆体樹脂の場合
よりも低い比率でトリメチルシロキシ単位およびQ単位
を含有する前駆体樹脂、すなわち約0.7:1よりも低
い比率でトリメチルシロキシ単位およびQ単位を含有す
る前駆体樹脂を使用した場合には、黒色の外観を呈する
不透明なオキシ炭化ケイ素ガラスが得られることになる
。Although silicon oxycarbide glass is produced by thermal decomposition of a precursor resin containing polymerized trimethylsiloxy units and Q units in an arbitrary ratio, the ratio of trimethylsiloxy units to Q units in the precursor resin is not determined. It has been found that the composition and properties of silicon oxycarbide are affected. Precursor resins containing trimethylsiloxy units and Q units in a lower ratio than for the preferred precursor resins as described above, i.e., precursors containing trimethylsiloxy units and Q units in a ratio lower than about 0.7:1. If a body resin is used, an opaque silicon oxycarbide glass with a black appearance will be obtained.
0.7:1以上の比率でトリメチルシロキシ単位および
Q単位を含有する好適な前駆体樹脂を熱分解した場斤に
は、約18〜28(重量〉%のテ1〜ラオキシケイ素、
約2■〜31(重量) %のモノカルボシロキサン、約
12〜22(重量)%のジカルボシロキサン、および約
28〜38(重量)%のテトラカルボティ素を含む多原
子単位を成して分布したケイ素、酸素および炭素から少
なくとも成り、かつ原子状態または小さなりラスタを成
してガラス母体中に分散した痕跡量までの元素状炭素を
含有するような半透明のオキシ炭化ケイ素ガラスが生成
される。痕跡量の元素状炭素とは、ガラスを不透明にす
るには不十分な量、換言すれはガラスを通して少なくと
も部分的な光の透過を許す量の元素状炭素を意味する。When a suitable precursor resin containing trimethylsiloxy units and Q units in a ratio of 0.7:1 or greater is pyrolyzed, about 18 to 28% (by weight) of Te1-Laoxysilicon,
Polyatomic units comprising about 2% to 31% (by weight) monocarbosiloxane, about 12% to 22% dicarbosiloxane, and about 28% to 38% (by weight) tetracarbotylene. A translucent silicon oxycarbide glass is produced consisting of at least distributed silicon, oxygen and carbon and containing up to trace amounts of elemental carbon dispersed in the glass matrix in atomic states or in small rasters. Ru. Trace elemental carbon means an amount of elemental carbon that is insufficient to render the glass opaque, ie, to allow at least partial transmission of light through the glass.
一般に、かかる痕跡量は約0.](重量〉%未満の量で
ある。上記の多原子単位は主としてケイ素−酸素結合に
より結合されているのであって、炭素原子と酸素原子と
の間の結合は僅かしか存在しない。Generally, such trace amounts are about 0. ] (by weight) The polyatomic units mentioned above are mainly bonded by silicon-oxygen bonds, and there are only a few bonds between carbon atoms and oxygen atoms.
上記のごとき半透明ガラスはまた、約73〜83?舌の
ケイ素原子の各々が少なくとも1個の炭素原子と結合し
ているおり、かつ痕跡量までの元素状炭素が原子状態ま
たは小さなりラスタを成してガラス母体中に分散してい
るような半透明のオキシ炭化ケイ素ガラス塊状体を形成
するケイ素、酸素および炭素の組成物として記述するこ
ともできる。Translucent glass like the one above is also about 73~83mm. A semi-semi-containing glass matrix in which each of the silicon atoms of the tongue is bonded to at least one carbon atom and up to trace amounts of elemental carbon are dispersed in the atomic state or in small rasters in the glass matrix. It can also be described as a composition of silicon, oxygen and carbon forming a transparent silicon oxycarbide glass mass.
オキシ炭化ケイ素ガラスの製品を製造するためには、熱
分解後の前駆体樹脂が微粉砕される。こうして得られた
オキシ炭化ケイ素ガラス粉末を熱間圧縮によって合体さ
せれば、所望の製品を製造することができる。熱間圧縮
を施すための方法の一例は、約■550〜1600℃の
温度下で少なくとも約5ksiの一軸方向圧力を粉末に
加えることである。rksi」 という単位は1平方
インチ当りのキロボンド数を表わすものであって、1k
siは1平方インチ当り1000ポンドに等しい。かか
る圧力−温度条件は、緻密化した製品を製造するのに十
分なものである。To produce silicon oxycarbide glass products, the pyrolyzed precursor resin is pulverized. A desired product can be manufactured by combining the silicon oxycarbide glass powder thus obtained by hot compression. One example of a method for applying hot compaction is to apply a uniaxial pressure of at least about 5 ksi to the powder at a temperature of about 550-1600°C. The unit "rksi" represents the number of kilobonds per square inch, and 1k
si equals 1000 pounds per square inch. Such pressure-temperature conditions are sufficient to produce a densified product.
また、メチルシリコーン前駆体樹脂から直接に成形部を
製造することもできる。先ず最初に、前駆体樹脂がトル
エンのごとき溶剤中に溶解され、そして所望の形状に注
型される。注型後の前駆体樹脂が室温下で乾燥され、次
いて本明細書中に記載されたような非酸化性雰囲気中に
おいてゆっくりと熱分解される。かかる熱分解に際して
は、ガスか発生して前駆体樹脂の重量減少をもたらすか
ら、空隙や気泡の形成を防止するような小さい加熱速度
が使用される。前駆体樹脂の重量か安定(ヒすれば、熱
分解は完了する。上記のごとき好適な前駆体樹脂を注型
して熱分解した場合には、該樹脂の緻密(ヒの結果とし
て、上記のごとき多原子単位を成して分布したケイ素、
酸素および炭素から少なくとも成る半透明のオキシ炭化
ケイ素ガラスが生成される。しかるに、トリメチルシロ
キシ単位とQ単位との比率が0.7:1より小さいよう
な前駆体樹脂を注型して熱分解した場合には、該樹脂の
緻密化の結果として、黒色の外観を呈する不透明なオキ
シ炭化ケイ素ガラスが生成される。It is also possible to manufacture the molded part directly from the methyl silicone precursor resin. First, the precursor resin is dissolved in a solvent such as toluene and cast into the desired shape. The cast precursor resin is dried at room temperature and then slowly pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere as described herein. During such pyrolysis, low heating rates are used to prevent the formation of voids and air bubbles since gas evolution results in weight loss of the precursor resin. If the weight of the precursor resin is stabilized, the thermal decomposition will be complete.If a suitable precursor resin as described above is cast and thermally decomposed, Silicon distributed in polyatomic units such as
A translucent silicon oxycarbide glass consisting of at least oxygen and carbon is produced. However, when a precursor resin with a ratio of trimethylsiloxy units to Q units of less than 0.7:1 is cast and thermally decomposed, the resin exhibits a black appearance as a result of densification. An opaque silicon oxycarbide glass is produced.
更にまた、前駆体樹脂のトルエン溶液から繊維を形成す
ることもできる。前駆体樹脂溶液を塩基または酸で処理
してそれの粘度を高めれば、固形物体を該溶液中に浸し
てから抜取ることにより、該溶液から前駆体樹脂のスト
ランドを引出すことができる。このような浸漬法により
、前駆体樹脂溶液から繊維を形成することかできるので
ある。Additionally, fibers can be formed from toluene solutions of precursor resins. If the precursor resin solution is treated with a base or acid to increase its viscosity, the strands of precursor resin can be drawn from the solution by dipping a solid object into the solution and then withdrawing it. Such a dipping method allows fibers to be formed from a precursor resin solution.
あるいはまた、軽度の真空を用いてテフロン管中に前駆
体樹脂溶液を引き込むこともできる。粘度の増大および
トルエンの蒸発に伴って繊維は収縮するので、テフロン
管からそれを押出すことができる。かかる繊維を約50
℃に加熱して強化すれば、取扱いを容易にすることがで
きる。その後、上記のごとき非酸化性雰囲気または真空
中において繊維が熱分解される。Alternatively, a mild vacuum can be used to draw the precursor resin solution into the Teflon tube. The fiber shrinks as the viscosity increases and the toluene evaporates, so it can be extruded from the Teflon tube. Approximately 50 such fibers
It can be strengthened by heating to ℃ to make it easier to handle. The fibers are then pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere as described above or in a vacuum.
更にまた、オキシ炭化ケイ素ガラスとセラミック充填剤
とから成る母体中にセラミック繊維を含むようなセラミ
ック複合材料を製造することもできる。すなわち、前駆
体樹脂を溶剤中に溶解し、次いでかかる溶液中にセラミ
ック充填剤の粒子を分散させることによって浸透用スラ
リーが調製される6粒子状のセラミック充填剤は熱分解
時における母体の収縮を調節するためのものであって、
母体が使用すべき補強用繊維と適合性を有するように選
定すればよい。セラミック充填剤の実例としては、炭化
ケイ素粉末、ケイソウ土、およびムライトと呼ばれるア
ルミノケイ酸塩(2Si02・3A1□○、)が挙げら
れる。Furthermore, it is also possible to produce ceramic composites containing ceramic fibers in a matrix of silicon oxycarbide glass and ceramic filler. That is, the infiltrating slurry is prepared by dissolving the precursor resin in a solvent and then dispersing particles of the ceramic filler in such solution.6 The particulate ceramic filler absorbs shrinkage of the matrix during pyrolysis. It is for adjusting,
The matrix may be selected so that it is compatible with the reinforcing fibers to be used. Examples of ceramic fillers include silicon carbide powder, diatomaceous earth, and an aluminosilicate called mullite (2Si02.3A1□○,).
次に、セラミック繊維(またはかかる繊維で作られた布
)が浸透用スラリーの攪拌洛中に通される。セラミック
繊維の実例としては、炭素繊維、炭化ケイ素繊維および
アルミノホウケイ酸塩繊維が挙げられる6含浸済みの繊
維を成形した後、乾燥することによって溶剤が蒸発させ
られる。成形方法の一例は、含浸済みの繊維をドラム上
にらせん状に巻付けてパネルを形成するというものであ
る。加熱および加圧によって繊維の層を合体させれば、
セラミック繊維を包囲する連続した樹脂母体を形成する
ことができる。次いで、ががる複合材料が上記のごとき
非酸化性雰囲気または真空中において熱分解される。前
駆体樹脂が緻密化してセラミック繊維を結合する実質的
に非晶質のオキシ炭化ケイ素ガラスを生成する結果、該
繊維の周囲には連続した母体が形成される。使用する熱
分解温度に応じ、セラミック充填剤はガラス母体中にお
いて分散状態、部分的な焼結状態、または完全な焼結状
態を示す。Ceramic fibers (or fabrics made of such fibers) are then passed through the agitation slurry for infiltration. Examples of ceramic fibers include carbon fibers, silicon carbide fibers, and aluminoborosilicate fibers.6 After the impregnated fibers are shaped, the solvent is evaporated by drying. One example of a forming method is to spirally wrap the impregnated fibers onto a drum to form a panel. If the layers of fibers are combined by heating and pressure,
A continuous resin matrix can be formed that surrounds the ceramic fibers. The loose composite material is then pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere as described above or in vacuum. The precursor resin densifies to form a substantially amorphous silicon oxycarbide glass that binds the ceramic fibers, resulting in the formation of a continuous matrix around the fibers. Depending on the pyrolysis temperature used, the ceramic filler exhibits a dispersed, partially sintered or completely sintered state in the glass matrix.
所望ならば、前駆体樹脂を溶剤中に溶解して成る溶液を
上記のセラミック複合材料に再浸透させることにより、
それの気孔率を低下させることができる。すなわち、真
空条件の下で複合材料が再浸透用溶液中に浸漬される。If desired, by re-infiltrating the ceramic composite with a solution of the precursor resin in a solvent.
It can reduce its porosity. That is, the composite material is immersed in a re-penetration solution under vacuum conditions.
その際には、加圧によって該溶液が複合材料の細孔中に
圧入される。At that time, the solution is forced into the pores of the composite material by applying pressure.
溶剤を蒸発させた後、再浸透済みの複合材料が上記のご
とき非酸化性雰囲気または真空中において熱分解される
。このような再浸透および熱分解を必要な回数だけ繰返
せば、母体の密度を所望のレベルにまで高めることがで
きる。After evaporation of the solvent, the re-infiltrated composite material is pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere as described above or in vacuum. By repeating such re-penetration and thermal decomposition as many times as necessary, the density of the matrix can be increased to a desired level.
非晶質のオキシ炭化ケイ素ガラスとセラミック充填剤と
から成る母体がセラミック繊維を包囲して保護する結果
、セラミック繊維は少なくと61600’Cまでの温度
を有する酸化W囲気および還元雰囲気中においても分解
することがなくなる。The matrix of amorphous silicon oxycarbide glass and ceramic filler surrounds and protects the ceramic fibers, so that they decompose even in oxidized W surroundings and reducing atmospheres with temperatures up to at least 61,600'C. There's nothing left to do.
オキシ炭化ケイ素ガラスは化学的に不活性であるから、
セラミック繊維と反応してそれの性質を劣化させること
なしにそれを包埋し得ることが゛判明した。その結果、
適当なセラミック充填剤を含有するオキシ炭化ケイ素ガ
ラスは多くの既知セラミック繊維に対する母材として使
用することができるのである。Silicon oxycarbide glass is chemically inert, so
It has been found that it is possible to embed ceramic fibers without reacting with them and degrading their properties. the result,
Silicon oxycarbide glasses containing suitable ceramic fillers can be used as a matrix for many known ceramic fibers.
添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば、
本発明は一層容易に理解されよう。After reading the detailed description below with reference to the attached drawings:
The invention will be more easily understood.
発明の詳細な説明
ガラスは2つの基本的な特徴によって定義することがで
きる。第1の特徴は、ガラスが極めて粘稠な過冷却液体
から生成されることである。第2の特徴は、ガラスを生
成する液体が近距離秩序を示す網状高分子構造を有する
ことである。本発明のガラスは過冷却液体から生成され
るものではないが、近距離秩序を示す網状高分子構造を
有している9本発明のガラスは、液体を過冷却する代り
に、非酸化性雰囲気中においてメチルシリコーン前駆体
樹脂を熱分解することによって生成される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Glass can be defined by two basic characteristics. The first characteristic is that the glass is produced from an extremely viscous supercooled liquid. The second feature is that the glass-forming liquid has a network polymer structure that exhibits short-range order. Although the glass of the present invention is not produced from a supercooled liquid, it has a network polymer structure exhibiting short-range order9. It is produced by thermally decomposing a methyl silicone precursor resin in the silicone.
とは言え、本発明のガラスは一般のガラスにおいて見出
される近距離秩序特性を示すのである。However, the glasses of the present invention exhibit short-range ordering properties found in common glasses.
シリコーン樹脂は近距離秩序を示す三次元構造を有する
ものであって、それらは化学量論的な組成を用いて記述
することができる。シリコーン樹脂中における化学量論
的な単位は、酸素原子および有機基に結合したケイ素原
子を含有している。Silicone resins have three-dimensional structures that exhibit short-range order, and they can be described using stoichiometric compositions. Stoichiometric units in silicone resins contain oxygen atoms and silicon atoms bonded to organic groups.
熱分解することによってガラスを生威し得るシリコーン
樹脂においては、有機基はliの炭化水素基および1価
のハロゲン化炭化水素基から戒っている。それらの実例
としては、アルキル基(f、−とえば、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、オクチ
ル基、ドデシル基など)、シクロアルキル基(たとえば
、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロへブチ
ル基など)、アリール基(たとえば、フェニル基、ナフ
チル基、トリル基、キシリル基など)、アラルキル基〈
たとえば、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプ
ロピル基など〉、前述の基のハロゲン化誘導体(たとえ
ば、クロロメチル基、トリフルオロメチル基、クロロプ
ロピル基、クロロフェニル基、ジブロモフェニル基、テ
トラクロロフェニル基、ジフルオロフェニル基など〉、
並びにアルケニル基(たとえば、ビニル基、アリル基、
メタリル基、ブテニル基、ペンテニル基など)が挙げら
れる。In silicone resins that can be thermally decomposed to produce glass, organic groups are limited to li hydrocarbon groups and monovalent halogenated hydrocarbon groups. Examples thereof include alkyl groups (f, such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, octyl, dodecyl, etc.), cycloalkyl groups (such as cyclopentyl, cyclohexyl, cyclohebutyl group), aryl group (e.g. phenyl group, naphthyl group, tolyl group, xylyl group, etc.), aralkyl group
For example, benzyl group, phenylethyl group, phenylpropyl group, etc.>, halogenated derivatives of the aforementioned groups (e.g. chloromethyl group, trifluoromethyl group, chloropropyl group, chlorophenyl group, dibromophenyl group, tetrachlorophenyl group, difluoro Phenyl group, etc.
and alkenyl groups (for example, vinyl groups, allyl groups,
metallyl group, butenyl group, pentenyl group, etc.).
シリコーン樹脂中に存在する4種の基本単位は、1個の
ケイ素原子が1個の酸素原子および3個の有機基と結合
して成るM単位、1個のケイ素原子が2個の酸素原子お
よび2個の有機基と結合して成るD単位、1個のケイ素
原子が3個の酸素原子および1個の有機基と結合して成
るT単位、並びに1個のケイ素原子が4個の酸素原子と
結合して成るQ単位である。熱分解することによってガ
ラスを生成することのできるシリコーン樹脂は、有機基
とケイ素原子との比率が約0.5:1〜約3=1の範囲
内にあるようにしてM単位、T単位、D単位およびQ単
位を組合わせたものである。The four types of basic units present in silicone resins are an M unit in which one silicon atom is bonded to one oxygen atom and three organic groups, an M unit in which one silicon atom is bonded to two oxygen atoms, and A D unit formed by bonding to two organic groups, a T unit formed by one silicon atom bonded to three oxygen atoms and one organic group, and a T unit formed by one silicon atom bonded to four oxygen atoms. It is a Q unit formed by combining . Silicone resins capable of producing glass by thermal decomposition are composed of M units, T units, It is a combination of D units and Q units.
本発明のガラスは、少なくとも16JIIO℃までの温
度において組織的に安定であり、従って失透を生じ難い
。ここで言う「組織的に安定jとは、室温から記載の高
温までの範囲内において塊状材料が本質的に同じ顕微鏡
組織を保持することを表わしている。これは、顕微鏡組
織の微小な変化が生じてもよいことを意味している。た
とえば、非晶質母体中に形成された約100オングスト
ロームまでの小さな結晶化領域のごとき微小な変化は、
塊状材料の性質にほとんど影響を及ぼさない、それ故、
本発明の組織的に安定なガラスは本質的に非晶質のもの
であるが、ガラス母体中に(たとえば、黒鉛、クリスト
バル石または炭化ケイ素から成る)小さな結晶化領域を
含有していてもよいし、あるいはガラス表面上に存在す
る少量のクリストバル石を含有していてもよいのである
。The glasses of the present invention are structurally stable at temperatures up to at least 16 JIIO°C and are therefore less susceptible to devitrification. "Structurally stable" here means that the bulk material maintains essentially the same microscopic structure within the range from room temperature to the specified high temperature. This means that minute changes in the microscopic structure For example, minute changes such as small crystallized regions of up to about 100 angstroms formed in an amorphous matrix,
has little effect on the properties of the bulk material, therefore
The structurally stable glasses of the present invention are essentially amorphous, but may contain small crystallized regions (e.g., consisting of graphite, cristobalite or silicon carbide) in the glass matrix. Alternatively, it may contain small amounts of cristobalite present on the glass surface.
本発明においては、幾つかの方法に従ってオキシ炭化ケ
イ素ガラス製品を製造することができる。In the present invention, silicon oxycarbide glass products can be manufactured according to several methods.
1つの方法によれば、熱分解後の前駆体樹脂を微粉砕す
ることにより、0.1〜2ミクロンの粒度を粉末が調製
される。0.1〜2ミクロンの粒度を遠戚するためには
、アトリションミルやプラネタリ−ミルのごとき粉砕機
を使用することができる。According to one method, a powder with a particle size of 0.1 to 2 microns is prepared by milling the precursor resin after pyrolysis. To achieve particle sizes of 0.1 to 2 microns, a grinder such as an attrition mill or a planetary mill can be used.
アトリションミルにおいては、約52%の液体(たとえ
ば水)、約35%の粉砕媒体(たとえば、粉砕すべき材
料よりも硬い直径1.2 n+mの球体)、および残部
の破砕されたオキシ炭化ケイ素ガラス粒子から成る混合
物が羽根車によって攪拌される。In an attrition mill, about 52% liquid (e.g. water), about 35% grinding media (e.g. 1.2 n+m diameter spheres harder than the material to be ground), and the balance crushed silicon oxycarbide. A mixture of glass particles is stirred by an impeller.
1000 rpmの速度で混合物を攪拌すれば、ガラス
粒子は微粉砕されて粉末となる。プラネタリ−ミルにお
いては、直径5〜8mmの球体を粉砕媒体として使用す
る意思外は同様な混合物が調製され、そして粉砕容器を
遊星方式に従ってゆっくりした速度で回転させることに
よって攪拌が行われる。Stirring the mixture at a speed of 1000 rpm will pulverize the glass particles into a powder. In a planetary mill, a similar mixture is prepared, except that spheres with a diameter of 5 to 8 mm are used as the grinding medium, and the agitation is carried out by rotating the grinding vessel at a slow speed in a planetary manner.
こうして得られた粉末を乾燥し、そして加熱および加圧
によって合体させれば成形品が得られる。The powder thus obtained is dried and combined by heating and pressure to obtain a molded article.
そのためには、約1550〜1600℃の温度下で少な
くとも約5ksiの一軸方向圧力を加えるが、あるいは
約1200〜1600’Cの温度および少なくとも約8
ksiの圧力下で等圧圧縮を施せばよい、かかる加熱お
よび加圧は、製品が所望の程度にまで緻密化するまで、
あるいは製品が完全に緻密化するまで継続される。To do so, apply a uniaxial pressure of at least about 5 ksi at a temperature of about 1550-1600'C, or alternatively a temperature of about 1200-1600'C and at least about 8 ksi.
The heating and pressurization may be carried out under isobaric compression under a pressure of ksi until the product is densified to the desired degree.
Alternatively, it is continued until the product is completely densified.
注型もしくは底形された前駆体樹脂がらオキシ炭化ケイ
素ガラス製品を製造するためのもう1つの方法によれば
、メチルシリコーン前駆体樹脂が溶剤中に溶解され、そ
して所望の形状に注型される。前駆体樹脂を溶解するた
めに適することが判明している溶剤の実例としては、ト
ルエンおよびトルエンとイソプロピルアルコールとの混
合物が挙げられる。前駆体樹脂は、溶剤5部に対して約
8部までの割合で溶解することができる。注型後の前駆
体樹脂は室温下で乾燥される。なお、かがる乾燥は前駆
体樹脂中に空隙を形成することなしに溶剤を蒸発させる
ような速度で行うことが好ましい。乾燥に際して前駆体
樹脂中に空隙を形成することなく溶剤を蒸発させるため
には、たとえば、一端の開いた円筒形の皿の中に前駆体
樹脂溶液を配置し、そして開放端を紙片で覆えばよいこ
とが判明した。あるいはまた、通常は粉末状を成す前駆
体樹脂を熱間圧縮によって成形することもできる。According to another method for producing silicon oxycarbide glass products from cast or shaped precursor resins, a methyl silicone precursor resin is dissolved in a solvent and cast into the desired shape. . Examples of solvents that have been found suitable for dissolving the precursor resin include toluene and a mixture of toluene and isopropyl alcohol. The precursor resin can be dissolved in up to about 8 parts to 5 parts of solvent. The precursor resin after casting is dried at room temperature. Note that it is preferable that the over-drying be performed at a rate that allows the solvent to evaporate without forming voids in the precursor resin. In order to evaporate the solvent without forming voids in the precursor resin during drying, it is possible, for example, to place the precursor resin solution in a cylindrical dish with one end open and cover the open end with a piece of paper. It turned out to be good. Alternatively, the precursor resin, which is usually in powder form, can be formed by hot pressing.
次に、注型後の前駆体樹脂が本明細書中に記載のごとき
非酸化性雰囲気中において熱分解される。The cast precursor resin is then pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere as described herein.
熱分解時の加熱速度は、前駆体樹脂中に空隙や気泡を形
式することなしにガスを放出させ得るように調節するこ
とが必要である。好ましくは、ガラス中に気泡、空隙ま
たは欠陥を生じることなしに十分なガスの放出を可能に
するために毎分的1,0℃未満の加熱速度が使用される
。前駆体樹脂から水、メチル基およびその他の分解生成
物が放出されるために起こる重量の減少が実質的に終了
した時点において、熱分解は実質的に完了する。かかる
熱分解は、ガラスが完全に緻密化するまで、すなわち体
積の減少が停止するまで継続すればよい。The heating rate during pyrolysis needs to be adjusted to allow gas to be released without forming voids or bubbles in the precursor resin. Preferably, a heating rate of less than 1.0° C. per minute is used to allow sufficient gas evolution without creating bubbles, voids or defects in the glass. Pyrolysis is substantially complete when weight loss due to release of water, methyl groups, and other decomposition products from the precursor resin has substantially ceased. Such pyrolysis may be continued until the glass is completely densified, ie until the volume ceases to decrease.
前駆体樹脂は熱分解に際して緻密化し、そしてオキシ炭
化ケイ素ガラスを生成するのである。The precursor resin becomes densified upon pyrolysis and forms silicon oxycarbide glass.
実施例
本発明のオキシ炭化ケイ素ガラス並びにががるガラスお
よびガラス製品の製造方法を一層詳しく説明するため、
以下に実施例を示す。これらの実施例においては、米国
特許第2676 ]、 82号明I書中に記載された方
法によって調製されかつ有機基としてメチル基を含有す
る4種の前駆体樹脂を使用した。詳しく述べれば、第1
の前駆体樹脂は約0.5+1の比率で存在するM単位お
よびQ単位から成り、第2の前駆体樹脂は1:1の比率
で存在するM単位およびQ単位から成り、第3の前駆体
樹脂は2:1の比率で存在するM単位およびQ単位から
成り、また第4の前駆体樹脂は34の比率で存在するM
単位およびQ単位から成っていた。EXAMPLE To explain in more detail the silicon oxycarbide glass and the process for producing glass and glass products of the present invention,
Examples are shown below. In these examples, four precursor resins were used which were prepared by the method described in U.S. Pat. To explain in detail, the first
The precursor resin consists of M units and Q units present in a ratio of about 0.5+1, the second precursor resin consists of M units and Q units present in a 1:1 ratio, and the third precursor resin The resin consists of M units and Q units present in a ratio of 2:1, and the fourth precursor resin consists of M units present in a ratio of 34.
unit and Q unit.
メチルシリコーン前駆体樹脂は、非酸化性雰囲気中にお
いて1100〜1250℃の温度に加熱することによっ
て熱分解された。熱分解に際しては、前駆体樹脂から水
、メチル基およびその他の分解生成物が放出されるため
に重量の減少が起こる。前駆体樹脂の重量が安定化した
時点において熱分解は実質的に完了する。とは言え、重
量の減少が終了した後にも、オキシ炭化ケイ素ガラスは
多少の緻密化を受けることがある。それ故、オキシ炭化
ケイ素ガラスが完全に緻密化するまで加熱および熱分解
を継続してもよい、熱分解時における重量の減少を測定
したところ、約17〜54%の範囲内にあることがわか
った。なお、重量減少の一部は前駆体樹脂の調製時から
残留していた溶剤の量の変化に由来する場合がある。The methyl silicone precursor resin was pyrolyzed by heating to a temperature of 1100-1250°C in a non-oxidizing atmosphere. During pyrolysis, weight loss occurs due to the release of water, methyl groups and other decomposition products from the precursor resin. Pyrolysis is substantially complete when the weight of the precursor resin stabilizes. However, even after weight loss has ended, silicon oxycarbide glasses may undergo some densification. Therefore, heating and pyrolysis may be continued until the silicon oxycarbide glass is completely densified.The weight loss upon pyrolysis was measured and found to be in the range of approximately 17-54%. Ta. Note that part of the weight loss may be due to changes in the amount of solvent remaining from the time of preparation of the precursor resin.
実施例1〜4
熱重量分析によって重量の減少を測定しながら、上記の
ごとき第1、第2、第3および第4の前駆体樹脂を本発
明の方法に従って熱分解した。熱重量分析は、加熱中の
試料の重量減少を測定するための方法である。試料は水
素雰囲気中において毎分10℃の速度で1250’Cま
で加熱した。熱分解後に得られた各々のオキシ炭化ケイ
素ガラスに関する重量減少の測定結果を下記第1表中に
示す。Examples 1-4 The first, second, third and fourth precursor resins as described above were pyrolyzed according to the method of the present invention, with weight loss determined by thermogravimetric analysis. Thermogravimetric analysis is a method for measuring the weight loss of a sample during heating. The samples were heated to 1250'C in a hydrogen atmosphere at a rate of 10°C per minute. The measurement results of weight loss for each silicon oxycarbide glass obtained after pyrolysis are shown in Table 1 below.
意外にも、1:1.2:】および3:1の比率で存在す
るM単位およびQ単位からそれぞれ成る第2、第3およ
び第4の前駆体樹脂は熱分解後に半透明ガラスを生成す
ることが判明した。約0.5:1のM/Q比を有する第
1の前駆体樹脂は熱分解後に黒色かつ不透明の外観を呈
した。それ故、約0.7+1以上のM/Q比を有する前
駆体樹脂は半透明のオキシ炭化ケイ素ガラスを生成する
のに対し、約0.7:1未満のM/Q比を有する前駆体
樹脂は不透明なオキシ炭化ケイ素ガラスを生成するもの
と考えられる。Surprisingly, the second, third and fourth precursor resins consisting of M and Q units, respectively, present in a ratio of 1:1.2:] and 3:1 produce a translucent glass after pyrolysis. It has been found. The first precursor resin with an M/Q ratio of about 0.5:1 exhibited a black and opaque appearance after pyrolysis. Therefore, a precursor resin with an M/Q ratio of less than about 0.7+1 will produce a translucent silicon oxycarbide glass, whereas a precursor resin with an M/Q ratio of less than about 0.7:1 will produce a translucent silicon oxycarbide glass. is believed to produce an opaque silicon oxycarbide glass.
Mo5Q Hz
MQ Hz
M2Q Hz
MsQ Hz
45 黒色
17.5 半透明
54 半透明
測定せず 半透明
実施例1
2および3において熱重量分析によ
り得られた重量減少データを第1図のグラフに示す。第
1図のグラフにおいては、各試料の重量減少の百分率が
縦軸上にプロットされている一方、加熱温度の上昇が横
軸上にプロットされている。Mo5Q Hz MQ Hz M2Q Hz MsQ Hz 45 Black 17.5 Translucent 54 Translucent Not measured Translucent Example 1 The weight loss data obtained by thermogravimetric analysis in 2 and 3 are shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 1, the percentage weight loss of each sample is plotted on the vertical axis, while the increase in heating temperature is plotted on the horizontal axis.
第1図のグラフを見れば、各試料の重量減少の大部分は
900℃までの温度において起こったこと、そして重量
減少は1200℃でほぼ完了したことがわかる。熱分解
後の試料のX線回折分析によれば、結晶化はほとんど認
められず、また同じ試料の赤外分光分析によれば、炭素
原子と酸素原子との間の結合もほとんど認められなかっ
た。なお、実施例4における重量減少は実施例1.2お
よび3の場合と同じパターンを示した。Looking at the graph in FIG. 1, it can be seen that most of the weight loss for each sample occurred at temperatures up to 900°C, and that weight loss was nearly complete at 1200°C. According to X-ray diffraction analysis of the sample after pyrolysis, almost no crystallization was observed, and according to infrared spectroscopy analysis of the same sample, almost no bonding between carbon atoms and oxygen atoms was observed. . Note that the weight reduction in Example 4 showed the same pattern as in Examples 1.2 and 3.
5893オングストロームの波長を有するナトリウム光
を用いて測定したところ、実施例2のオキシ炭化ケイ素
ガラス試料の屈折率は1,58であった。一般に、ガラ
スは5893オングストロームのナトリウム光波長にお
いて約1,5〜1.9の屈折率を有することが知られて
いる。屈折率とは、自由空間内における電磁波の位相速
度を特定の媒質中における同じ電磁波の位相速度で割っ
た値である。The refractive index of the silicon oxycarbide glass sample of Example 2 was 1.58 when measured using sodium light having a wavelength of 5893 angstroms. Generally, glass is known to have a refractive index of about 1.5 to 1.9 at the sodium light wavelength of 5893 angstroms. The refractive index is the value obtained by dividing the phase velocity of an electromagnetic wave in free space by the phase velocity of the same electromagnetic wave in a particular medium.
実施例5および6
各種のガラスの組成は、ガラス中に存在する各元素の量
を用いて概略的に定義することができる。Examples 5 and 6 The composition of various glasses can be roughly defined using the amount of each element present in the glass.
しかしながら、ガラスに様々な性質を付与するのはそれ
の近距離秩序特性である。それ故、ガラス中における近
距離秩序特性を決定することにより、各種のガラスを性
質の面から定義することができるのである。実施例5に
おいては、本発明に基づく半透明のオキシ炭化ケイ素ガ
ラス中に存在する多原子単位〈すなわち、テトラカルボ
ケイ素、モノカルボシロキサン、ジカルボシロキサンお
よびテトラオキシケイ素〉の比率を測定することにより
、それの近距離秩序特性が決定される。However, it is its short-range ordering properties that give glass its various properties. Therefore, by determining the short-range order characteristics in glasses, it is possible to define various types of glasses in terms of their properties. In Example 5, by measuring the proportion of polyatomic units (i.e., tetracarbosilicon, monocarbosiloxane, dicarbosiloxane and tetraoxysilicon) present in the translucent silicon oxycarbide glass according to the invention, , its short-range order properties are determined.
実施例2において得られた半透明のオキシ炭化ケイ素ガ
ラスの試料を用いて記録された29Si−固体核磁気共
鳴スベクトルを第2図に示す。また、「ニカロン」炭化
ケイ素繊維の試料を用いて記録された29Si−核磁気
共鳴スペクトルを第3図に示す。第2および3図の縦軸
上には、励起された試料について測定された電磁波の強
度がプロットされている。横軸上には、それのゼロ点に
該当するテトラメチルケイ素標準物質からの化学シフト
がppm単位でプロットされている。ppa+単位の化
学シフト値は数多くの多原子単位について知られている
。たとえば、テトラオキシケイ素、ジカルボシロキサン
およびモノカルボシロキサンに関する化学シフト値は、
ピー・ディールおよびアール・コスフェルト(P、 D
iehl & R,Kosfeld) m rNMR・
ベーシック・プリンシブルズ・アンド・プログレス:2
9Si−NMR・スペクトロスコーピック・リザルツ(
NMRBa5ic Pr1nciples and P
rogress:29Si−NMR5pectrosc
opic Re5ults) J (シュブリンガー
・フェアラーク社、ベルリン−ハイデルベルク、198
1年〉の186.184および178頁に示されている
。それ故、第2および3図中の各ピークは特定の多原子
単位に関する近距離秩序特性を表わすことになる。FIG. 2 shows the 29Si-solid state nuclear magnetic resonance spectrum recorded using the translucent silicon oxycarbide glass sample obtained in Example 2. FIG. 3 also shows a 29Si-nuclear magnetic resonance spectrum recorded using a sample of "Nicalon" silicon carbide fiber. On the vertical axis of FIGS. 2 and 3, the intensity of the electromagnetic waves measured for the excited sample is plotted. On the horizontal axis, the chemical shift from the tetramethylsilicon standard corresponding to its zero point is plotted in ppm. Chemical shift values of ppa+ units are known for many polyatomic units. For example, the chemical shift values for tetraoxysilicon, dicarbosiloxane and monocarbosiloxane are:
P. Deal and R. Kosfeldt (P, D
iehl & R, Kosfeld) m rNMR・
Basic Principles and Progress: 2
9Si-NMR Spectroscopic Results (
NMRBa5ic Pr1nciples and P
logress:29Si-NMR5pectrosc
(opic Re5ults) J (Schbringer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 198
1 year> pages 186, 184 and 178. Therefore, each peak in Figures 2 and 3 represents a short-range ordering characteristic for a particular polyatomic unit.
第2図に示されたスペクトルは実施例2において得られ
たオキシ炭化ケイ素ガラスに関するものであって、ピー
ク1〜4を含んでいる。ピーク1はテトラカルボケイ素
、ピーク2はジカルボシロキサン、ピーク3はモノカル
ボシロキサン、そしてピーク4はテトラオキシケイ素で
ある。各ピークの下方の面積を積分することにより、該
ガラス中に存在する各多原子単位の比率を求めることが
できる。なお、第2および3図のスペクトルについては
、各ピークの下方の面積を求めるのに先立ってバックグ
ラウンドの妨害に対する補正を行った。The spectrum shown in FIG. 2 relates to the silicon oxycarbide glass obtained in Example 2 and includes peaks 1 to 4. Peak 1 is tetracarbosilicon, peak 2 is dicarbosiloxane, peak 3 is monocarbosiloxane, and peak 4 is tetraoxysilicon. By integrating the area under each peak, the proportion of each polyatomic unit present in the glass can be determined. Note that for the spectra in FIGS. 2 and 3, correction for background interference was performed prior to determining the area under each peak.
第2図のスペクトルにおいて各ピークの下方の面積を積
分すれば、実施例2のオキシ炭化ケイ素ガラスの組成は
(およそ±5%以内の誤差を伴う重量百分率で表わして
〉約33%のテトラカルボケイ素、約17%のジカルボ
シロキサン、約26%のモノカルボシロキサン、および
約23%のテトラオキシケイ素から戒ることがわかる。Integrating the area under each peak in the spectrum of FIG. 2, the composition of the silicon oxycarbide glass of Example 2 is approximately 33% tetracarbohydrate (expressed as a weight percentage with an error within approximately ±5%). It can be seen that silicon, about 17% dicarbosiloxane, about 26% monocarbosiloxane, and about 23% tetraoxysilicon.
また、かかるガラスの核磁気共鳴スペクトルの分析およ
満の元素状炭素がガラスfB:体中に分散していること
がわかる。Further, analysis of the nuclear magnetic resonance spectrum of such a glass shows that a large amount of elemental carbon is dispersed throughout the glass fB.
第2図のスペク)・ルと比較しながら、「ニカロン」炭
化ケイ素繊維の試料を用いて記録された第3図のスペク
トルを調べてみよう。第3図に示された「ニカロン」繊
維の組成は、(重量百分率で表わして)約68%の炭化
ケイ素、約8%のジカルボシロキサン、約17%のモノ
カルボシロキサン、および約7%のテトラオキシケイ素
から成っている。第3図のスペク1〜ルかられかる通り
、「ニカロンj繊維は主として炭化ケイ素から或ってい
て、ジカルボシロキサン、モノカルボシロキサンおよび
テトラオキシケイ素の含量は少ない。Let us examine the spectrum in Figure 3 recorded using a sample of "Nicalon" silicon carbide fibers in comparison with the spectrum in Figure 2. The composition of the "Nicalon" fiber shown in Figure 3 is (expressed as weight percentages) about 68% silicon carbide, about 8% dicarbosiloxane, about 17% monocarbosiloxane, and about 7% silicon carbide. It is made of tetraoxysilicon. As can be seen from the spectra 1 to 1 of FIG. 3, "Nicalon J fibers are mainly composed of silicon carbide, with low contents of dicarbosiloxane, monocarbosiloxane, and tetraoxysilicon.
それに対し、第2図のスペクl〜ルによって示されたご
とく、オキシ炭化ケイ素ガラスはテトラカルボケイ素に
加えて実質的な量のジカルボシロキザン、モノカルボシ
ロキサンおよびテトラオキシケイ素を含有している。こ
のように、オキシ炭化ケイ素ガラスは従来のガラスにお
いて知られていなかった仕方で炭素とケイ素とを結合さ
せる特異な近距離秩序特性を示している。このことが失
透および分解に対する抵抗性の増大をもたらし、そして
本発明のガラスを特徴づけているのである。In contrast, as shown by the spectra in Figure 2, silicon oxycarbide glasses contain, in addition to tetracarbosilicon, substantial amounts of dicarbosiloxanes, monocarbosiloxanes, and tetraoxysilicon. . Thus, silicon oxycarbide glasses exhibit unique short-range ordering properties that bond carbon and silicon in a manner not known in conventional glasses. This results in increased resistance to devitrification and decomposition, and is what characterizes the glasses of the invention.
実施例2において得られた半透明のオキシ炭化ケイ素ガ
ラスおよび「ニカロン」繊維の組成はまた、各多原子単
位のモル百分率を用いて記述することもできる。下記第
2表中には、それらの物質の組成を重量百分率からモル
百分率に換算して表わした結果が示されている。なお、
第2表中に示された組成は各多原子単位について±5(
重量)?ごまたは±5(モル)%以内の誤差を伴うもの
と考えられている。The composition of the translucent silicon oxycarbide glass and "Nicalon" fibers obtained in Example 2 can also be described using the mole percentage of each polyatomic unit. Table 2 below shows the results of converting the compositions of these substances from weight percentages to mole percentages. In addition,
The compositions shown in Table 2 are ±5 (
weight)? It is believed that the error is within ±5 (mol)%.
莱−ヱー犬
モノカルボ
シロキサン 26 26 17
1.3ジカルポ
シロキサン 17 17 8
7モル単位は分子量に基づいているから、モル
百分率は試料中に存在する各多原子単位の比率を分子規
準で表わす。それ故、酸素または炭素原子と結合したゲ
イ素原子の割合はモル百分率を用いて求めることができ
るのである。(元来は実施例2において得られた)実施
例5のオキシ炭(ヒケイ素ガラスにおいては、約73〜
83?Sのケイ素原子が少なくとも1個の炭素原子と結
合していることになる。しかるに、「ニカロンj炭化ケ
イ素繊維においては、約90〜100%のケイ素原子が
炭素原子と結合しているのである。Rai-i-inu monocarbosiloxane 26 26 17
1.3 Dicarposiloxane 17 17 8
Since the 7 molar units are based on molecular weight, mole percentages express the proportion of each polyatomic unit present in the sample on a molecular basis. Therefore, the proportion of gay atoms bonded to oxygen or carbon atoms can be determined using mole percentages. Oxycarbon of Example 5 (originally obtained in Example 2)
83? This means that the silicon atom of S is bonded to at least one carbon atom. However, in Nicalon J silicon carbide fiber, about 90 to 100% of silicon atoms are bonded to carbon atoms.
実施例7
5(重量)%のD単位および95(重量)%のT単位か
ら戒るメチルシリコーン樹脂を本発明の方法に従って熱
分解することによってオキシ炭化ケイ素ガラスを製造し
た。かかる樹脂の緻密化によって生成されたオキシ炭化
ケイ素ガラスは、(重量百分率で表わして)約39%の
テトラオキシケイ素、約24%のモノカルボシロキサン
、約22%のジカルボシロキサン、約6%のテトラカル
ボケイ素、およびガラス母体中に分散した約3〜9%の
元素状炭素から成っていた。なお、DT型のメチルシリ
コーン樹脂から製造されたオキシ炭化ケイ素ガラスは同
時継続米国特許出願第359619号の対象物である。Example 7 Silicon oxycarbide glass was produced by pyrolyzing a methyl silicone resin containing 5% (by weight) D units and 95% (by weight) T units according to the method of the present invention. The silicon oxycarbide glass produced by densification of such resins contains (in weight percentages) about 39% tetraoxysilicon, about 24% monocarbosiloxane, about 22% dicarbosiloxane, and about 6% silicon oxycarbide. It consisted of tetracarbosilicon and about 3-9% elemental carbon dispersed in a glass matrix. It should be noted that silicon oxycarbide glass made from DT type methyl silicone resin is the subject of co-pending U.S. Patent Application No. 359,619.
上記のごときDT型のメチルシリコーン樹脂から製造さ
れたオキシ炭化ケイ素ガラスの耐酸化性および組織安定
性〈または耐失透性)を分析するため、該ガラスの熱間
圧縮試料を空気中において1400℃および1520℃
で240時間にわたり加熱した。ガラス中に存在するケ
イ素または炭素の分解による重量減少は認められなかっ
た。切断面のX線回折分析によれば、いずれの試料にお
いても内部の結晶化は認められなかった。また、露出面
のX線回折分析によれば、いずれの試料においても深さ
約0.002インチまでの表面領域の結晶化(すなわち
、クリストバル石の生成)は認められなかった。In order to analyze the oxidation resistance and structural stability (or devitrification resistance) of silicon oxycarbide glass manufactured from the above-mentioned DT type methyl silicone resin, a hot-pressed sample of the glass was heated at 1400°C in air. and 1520℃
The mixture was heated for 240 hours. No weight loss due to decomposition of silicon or carbon present in the glass was observed. According to X-ray diffraction analysis of the cut surfaces, no internal crystallization was observed in any of the samples. Furthermore, X-ray diffraction analysis of the exposed surfaces revealed no crystallization (ie, formation of cristobalite) in the surface region to a depth of approximately 0.002 inches in any of the samples.
実施例7のオキシ炭化ケイ素ガラスは黒色の外観を呈し
ており、かつ半透明のオキシ炭化ケイ素ガラスとは異な
る組成を有しているとは言え、それはケイ素原子と炭素
原子との間における化学結合を含有していると共に、炭
素原子と酸素原子との間における化学結合を含有してい
ない。これらの点は本発明のガラスを特徴づけるもので
ある。Although the silicon oxycarbide glass of Example 7 has a black appearance and has a different composition from the translucent silicon oxycarbide glass, it is due to the chemical bond between silicon atoms and carbon atoms. It contains no chemical bonds between carbon atoms and oxygen atoms. These points characterize the glass of the present invention.
それ故、実施例1のオキシ炭化ケイ素ガラス並びに実施
例2.3および4の半透明オキシ炭化ケイ素ガラスは、
実施例7において得られたオキシ炭化ケイ素ガラスと実
質的に同じ耐失透性および耐分解性を有するものと予想
される。Therefore, the silicon oxycarbide glass of Example 1 and the translucent silicon oxycarbide glasses of Examples 2.3 and 4 are
It is expected to have substantially the same devitrification resistance and decomposition resistance as the silicon oxycarbide glass obtained in Example 7.
第1図はメチルシリコーン前駆体樹脂の熱分解時におけ
る重量の減少を示すグラフ、第2図は半透明のオキシ炭
化ケイ素ガラスの29Si−核磁気共鳴スペクトルを示
すグラフ、そして第3図は「ニカロン」炭化ケイ素繊維
の29Si−核磁気共鳴スペクトルを示すグラフである
。Figure 1 is a graph showing the weight loss during thermal decomposition of methyl silicone precursor resin, Figure 2 is a graph showing the 29Si nuclear magnetic resonance spectrum of translucent silicon oxycarbide glass, and Figure 3 is a graph showing the 29Si nuclear magnetic resonance spectrum of translucent silicon oxycarbide glass. ” is a graph showing a 29Si-nuclear magnetic resonance spectrum of silicon carbide fiber.
Claims (22)
よびジカルボシロキサン、約28〜38(重量)%のテ
トラカルボケイ素、並びに約18〜28(重量)%のテ
トラオキシケイ素を含む多原子単位を成して分布したケ
イ素、酸素および炭素と、ガラス母体中に分散しかつ少
なくとも部分的な光の透過を許す痕跡量までの元素状炭
素とから成ることを特徴とする、約1250℃以上の温
度下で組織的に安定な半透明ガラス。1. Polyatomic units comprising about 12-31% (by weight) monocarbosiloxanes and dicarbosiloxanes, about 28-38% (by weight) tetracarbosilicon, and about 18-28% (by weight) tetraoxysilicon. at temperatures above about 1250°C, characterized by comprising silicon, oxygen and carbon distributed in a glass matrix and up to trace amounts of elemental carbon dispersed in the glass matrix and allowing at least partial transmission of light. and organizationally stable translucent glass.
21〜31(重量)%のモノカルボシロキサン、約12
〜22(重量)%のジカルボシロキサン、および約28
〜38(重量)%のテトラカルボケイ素から成る請求項
1記載の半透明ガラス。2. about 18-28% (by weight) tetraoxysilicon, about 21-31% (by weight) monocarbosiloxane, about 12
~22% (by weight) dicarbosiloxane, and about 28%
A translucent glass as claimed in claim 1, comprising -38% (by weight) of tetracarbosilicon.
個の炭素原子と結合しているようなオキシ炭化ケイ素ガ
ラスの塊状体を形成しているケイ素、酸素および炭素か
ら成ることを特徴とする、約1250℃以上の温度下で
組織的に安定な半透明ガラス。3. About 73-83% of the silicon atoms each contain at least 1
a structurally stable semi-container at temperatures above about 1250°C, characterized by consisting of silicon, oxygen and carbon forming agglomerates of silicon oxycarbide glass bonded with 1,250 carbon atoms. transparent glass.
単位から成るメチルシリコーン前駆体樹脂を用意し、前
記前駆体樹脂の熱分解をもたらす温度を使用しながら非
酸化性雰囲気中において前記前駆体樹脂を加熱し、そし
て前記前駆体樹脂の熱分解による重量減少が実質的に安
定化するまでの時間にわたって前記加熱を継続すること
により、約1250℃以上の温度下で組織的に安定な半
透明のオキシ炭化ケイ素ガラスを生成させることを特徴
とする半透明ガラスの製造方法。4. M units and Q present in a ratio of about 0.7:1 or more
providing a methyl silicone precursor resin consisting of units, heating the precursor resin in a non-oxidizing atmosphere using a temperature that results in thermal decomposition of the precursor resin, and reducing the weight due to the thermal decomposition of the precursor resin. A translucent silicon oxycarbide glass that is structurally stable at temperatures of about 1250° C. or higher by continuing said heating for a period of time until the reduction is substantially stabilized. Glass manufacturing method.
る請求項4記載の方法。5. 5. A method according to claim 4, wherein said heating is carried out at a temperature of 900-1600<0>C.
までの時間にわたって前記加熱が継続される請求項4記
載の方法。6. 5. The method of claim 4, wherein said heating is continued for a period of time until said precursor resin exhibits a weight loss of about 17-54%.
たって前記加熱が継続される請求項4記載の方法。7. 5. The method of claim 4, wherein said heating is continued for a period of time until said precursor resin is fully densified.
求項4記載の方法。8. 5. The method of claim 4, wherein said heating is performed in a hydrogen gas atmosphere.
存在するM単位およびQ単位から成る請求項4記載の方
法。9. 5. The method of claim 4, wherein said precursor resin consists of M units and Q units present in a ratio of about 0.7:1 to about 3:1.
およびQ単位から成るメチルシリコーン前駆体樹脂を溶
剤中に溶解し、(b)前記前駆体樹脂を所望の形状に成
形し、(c)成形後の前記前駆体樹脂から前記溶剤を蒸
発させ、次いで(d)前記前駆体樹脂の熱分解をもたら
す温度を使用しながら非酸化性雰囲気中において前記前
駆体樹脂を加熱し、そして前記前駆体樹脂の熱分解によ
る重量減少が実質的に終了するまでの時間にわたって前
記加熱を継続する諸工程から成ることを特徴とする、半
透明のオキシ炭化ケイ素ガラス製品の製造方法。10. (a) dissolving a methyl silicone precursor resin comprising M units and Q units present in a ratio of about 0.7:1 or greater in a solvent; (b) molding the precursor resin into a desired shape; c) evaporating the solvent from the precursor resin after molding, and then (d) heating the precursor resin in a non-oxidizing atmosphere using a temperature that results in thermal decomposition of the precursor resin, and A method for producing a translucent silicon oxycarbide glass product, comprising the steps of continuing the heating for a period of time until weight loss due to thermal decomposition of the precursor resin substantially ends.
施される請求項10記載の方法。11. 11. The method according to claim 10, wherein the heating step is carried out at a temperature of 900 to 1600<0>C.
れる請求項10記載の方法。12. 11. The method according to claim 10, wherein the heating step is performed in a hydrogen gas atmosphere.
を最小限に抑えるような加熱速度で実施される請求項1
0記載の方法。13. Claim 1 wherein said heating step is carried out at a heating rate that minimizes the formation of voids in said glass.
The method described in 0.
すまでの時間にわたって前記加熱工程が継続される請求
項10記載の方法。14. 11. The method of claim 10, wherein the heating step is continued for a period of time until the precursor resin exhibits a weight loss of about 17-54%.
するまでの時間にわたって前記加熱工程が継続される請
求項10記載の方法。15. 11. The method of claim 10, wherein the heating step continues for a period of time until the precursor resin produces a fully densified glass.
される請求項10記載の方法。16. 11. The method of claim 10, wherein the heating step is performed at a heating rate of less than about 1<0>C per minute.
で存在するM単位およびQ単位から成る請求項10記載
の方法。17. 11. The method of claim 10, wherein the precursor resin consists of M units and Q units present in a ratio of about 0.7:1 to about 3:1.
約21〜31(重量)%のモノカルボシロキサン、約1
2〜22(重量)%のジカルボシロキサン、および約2
8〜38(重量)%のテトラカルボケイ素を含む多原子
単位を成して分布したケイ素、酸素および炭素から成る
ことを特徴とするガラス繊維。18. about 18-28% (by weight) of tetraoxysilicon,
about 21-31% (by weight) monocarbosiloxane, about 1
2-22% (by weight) dicarbosiloxane, and about 2
A glass fiber characterized in that it consists of silicon, oxygen and carbon distributed in polyatomic units containing 8-38% (by weight) of tetracarbosilicon.
約21〜31(重量)%のモノカルボシロキサン、約1
2〜22(重量)%のジカルボシロキサン、および約2
8〜38(重量)%のテトラカルボケイ素を含む多原子
単位を成して分布したケイ素、酸素および炭素から成る
オキシ炭化ガラスとセラミック充填剤とから成る母体中
に少なくとも1種のセラミック繊維を含むことを特徴と
するセラミック複合材料。19. about 18-28% (by weight) of tetraoxysilicon,
about 21-31% (by weight) monocarbosiloxane, about 1
2-22% (by weight) dicarbosiloxane, and about 2
At least one ceramic fiber in a matrix consisting of oxycarbide glass consisting of silicon, oxygen and carbon distributed in polyatomic units containing 8 to 38% (by weight) of tetracarbosilicon and a ceramic filler A ceramic composite material characterized by:
Q単位から成るメチルシリコーン前駆体樹脂を用意し、
前記前駆体樹脂の熱分解をもたらす温度を使用しながら
非酸化性雰囲気中において前記前駆体樹脂を加熱し、そ
して前記前駆体樹脂の熱分解による重量減少が実質的に
安定化するまでの時間にわたって前記加熱を継続するこ
とから成る方法によって製造される結果、酸素原子と炭
素原子との間の化学結合が実質的に存在しない状態で化
学結合したケイ素、酸素および炭素から成ることを特徴
とする、約1250℃以上の温度下で組織的に安定な半
透明ガラス組成物。20. providing a methyl silicone precursor resin consisting of M units and Q units present in a ratio of about 0.7:1 or more;
heating the precursor resin in a non-oxidizing atmosphere using a temperature that results in pyrolysis of the precursor resin and for a period of time until the pyrolytic weight loss of the precursor resin substantially stabilizes; produced by the method comprising continued heating, characterized in that it is made of silicon, oxygen and carbon chemically bonded in a state where there is substantially no chemical bond between oxygen atoms and carbon atoms; A translucent glass composition that is structurally stable at temperatures of about 1250°C or higher.
Q単位から成るメチルシリコーン前駆体樹脂を用意し、
前記前駆体樹脂の熱分解をもたらす温度を使用しながら
非酸化性雰囲気中において前記前駆体樹脂を加熱し、そ
して前記前駆体樹脂の熱分解による重量減少が実質的に
安定化するまでの時間にわたって前記加熱を継続するこ
とから成る方法によって製造される結果、酸素原子と炭
素原子との間の化学結合が実質的に存在しない状態で化
学結合したケイ素、酸素および炭素から成ることを特徴
とする、約1250℃以上の温度下で組織的に安定なガ
ラス組成物。21. providing a methyl silicone precursor resin consisting of M units and Q units present in a ratio of up to about 0.7:1;
heating the precursor resin in a non-oxidizing atmosphere using a temperature that results in pyrolysis of the precursor resin and for a period of time until the pyrolytic weight loss of the precursor resin substantially stabilizes; produced by the method comprising continued heating, characterized in that it is made of silicon, oxygen and carbon chemically bonded in a state where there is substantially no chemical bond between oxygen atoms and carbon atoms; A glass composition that is structurally stable at temperatures of about 1250°C or higher.
Q単位から成るメチルシリコーン前駆体樹脂を用意し、
前記前駆体樹脂の熱分解をもたらす温度を使用しながら
非酸化性雰囲気中において前記前駆体樹脂を加熱し、そ
して前記前駆体樹脂の熱分解による重量減少が実質的に
安定化するまでの時間にわたって前記加熱を継続するこ
とにより、約1250℃以上の温度下で組織的に安定な
オキシ炭化ケイ素ガラスを生成させることを特徴とする
ガラスの製造方法。22. providing a methyl silicone precursor resin consisting of M units and Q units present in a ratio of up to about 0.7:1;
heating the precursor resin in a non-oxidizing atmosphere using a temperature that results in pyrolysis of the precursor resin and for a period of time until the pyrolytic weight loss of the precursor resin substantially stabilizes; A method for producing glass, characterized in that by continuing the heating, a structurally stable silicon oxycarbide glass is produced at a temperature of about 1250° C. or higher.
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