JPH0362667B2 - - Google Patents

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JPH0362667B2
JPH0362667B2 JP63057020A JP5702088A JPH0362667B2 JP H0362667 B2 JPH0362667 B2 JP H0362667B2 JP 63057020 A JP63057020 A JP 63057020A JP 5702088 A JP5702088 A JP 5702088A JP H0362667 B2 JPH0362667 B2 JP H0362667B2
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JP
Japan
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manufacturing
silazane polymer
gas
organic silazane
infusible
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JP63057020A
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Minoru Takamizawa
Mitsuo Umemura
Masato Kanari
Yoshifumi Takeda
Akira Hayashida
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 本発明は、セラミツクス前駆体として有機シラ
ザン重合体を用いたセラミツクスの製造方法に関
する。 従来の技術及び発明が解決しようとする課題 セラミツクスは、耐熱性、耐摩耗性、高温強度
等に優れた材料として注目を集めているが、固
く、そして脆いため、セラミツクスを加工するこ
とは極めて困難である。従つて、セラミツクス製
品を製造する場合、セラミツクス材料の微粉末を
加圧等の方法により予め所望の形状に成形した
後、焼結する方法、或いはセラミツクス前駆体と
しての有機重合体を溶融若しくは溶剤に溶解し、
これを所望の形状に加工した後、焼成して無機化
する前駆体法等が採用されている。上記前駆体法
の最大の特徴は、微粉末による焼結法では不可能
な形状のセラミツクス製品を得ることができ、従
つて繊維状或いはシート状といつた特殊形状の製
品を製造し得ることである。 この場合、一般にセラミツクスと呼ばれるもの
のうちSiC及びSi3N4は、それぞれSiCが耐熱性、
高温強度に優れ、Si3N4が耐熱衝撃性、破壊靱性
に優れるなど、高温での優れた特性を有するため
に広く注目を集めており、このため従来より、下
記〜に示すように、前駆体法によるSiC−Si3
N4系セラミツクスの製造方法及びその有機珪素
前駆体の製造方法に関する種々の提案がなされて
いるが、これらの提案はいずれも問題点を有する
ものであつた。即ち 米国特許第3853567号明細書には、クロロシ
ラン類とアミン類とを反応させ、次いで200〜
800℃に加熱してカルボシラザンを得た後、こ
れを紡糸、不融化して800〜2000℃で高温焼成
することにより、SiC−Si3N4系セラミツクス
を得る方法が開示されている。しかし、この方
法は、カルボシラザンを得るために520〜650℃
という高温が必要であつて、工業的製法として
極めて困難であること、またカルボシラザンを
無機化する際にセラミツク化収率が約55%とい
う低収率となることといつた欠点を有する。な
お、この米国特許明細書の実施例には、クロロ
シラン類としてはメチルトリクロロシラン、ジ
メチルジクロロシラン、アミン類としてはメチ
ルアミンの例しか記述されていない。 米国特許第4097294号明細書には、種々の珪
素を含有するポリマーが熱分解によつてセラミ
ツク物質に変換されることが示されている。し
かし、シラザンポリマーに関しては僅かに一例
しか開示されておらず、しかもそのセラミツク
化収率は最大で12%という低収率である。ま
た、この米国特許明細書にはセラミツクスの繊
維化、薄膜化等も可能であると記載されている
が、単にその可能性を示唆したに過ぎず、前駆
体法で最も重要とされるポリマーの成形性、加
工性については全く言及されていない。 特開昭57−117532号公報には、クロロジシラ
ン類とジシラザン類との反応により、特開昭57
−139124号公報にはクロロシラン類とジシラザ
ン類との反応により、特開昭58−63725号公報
にはクスジシラン類とアンモニアとの反応によ
り、特開昭60−135431号公報にはトリクロロシ
ランとジシラザン類との反応により、それぞれ
シラザンポリマーを得ることが示されている。
また、米国特許第4535007号明細書にはクロロ
シラン類及びジシラザン類に金属ハロゲン化物
を添加することにより、特開昭60−208331号公
報にはクロロジシラン類及びジシラザン類に金
属ハロゲン化物を添加することにより、それぞ
れシラザンポリマーを製造することが開示され
ている。以上のシラザンポリマーは、いずれも
熱分解によつてセラミツク化が可能であるとさ
れている。しかしながら、セラミツク化収率は
いずれのシラザンポリマーも50〜60%であつて
低収率である。また、上記各刊行物は、の明
細書と同様に前駆体法で最も重要であるポリマ
ーの成形性、加工性については詳しく記載され
ておらず、特に、繊維化の実施例のないもの、
或いは繊維化した実施例はあつてもそのセラミ
ツク化繊維の強度については言及していないも
のが殆どである。僅かに特開昭60−208331号公
報に強度の記載が見られるが、この場合も引張
強度で53Kg/mm2或いは63Kg/mm2という極めて強
度の低いものしか得られていない。 特開昭60−226890号公報には、
【式】 で示される有機珪素化合物アンモニアとの反応
により、アンモノリシス生成物を得た後、この
生成物をアルカリ金属又はアルカリ土類金属の
水素化物で脱水素縮合させてシラザンポリマー
を得る方法が開示されている。この方法で得ら
れるポリマーは、脱水素縮合の度合いによつて
その性状をオイル状から融点を持たない固体ま
で種々調整することが可能であるとされてい
る。しかし、ポリマーを溶融した状態から成
形、加工する場合、例えば溶融紡糸法で連続繊
維を製造する場合には、ポリマーが一定重合度
でかつ熱的に安定であることが必要であるが、
上記方法では重合を途中で停止させないとポリ
マーが融点を持たない固体となつていまい、溶
融可能なポリマーを得るためには反応時間、反
応温度、触媒量、溶媒量等の微妙なコントロー
ルを必要とし、その調整が非常に困難であると
共に、再現性にかけるという問題がある。更
に、この方法によつて得られるポリマーは熱的
に安定でなく、ゲル状物の生成を伴うといつた
欠点があり、以上の二つの点から上記方法はシ
ラザンポリマーの工業的製法として適当ではな
い。 特開昭60−228489号公報には、
〔実施例 1〕
アンモノリシス工程 〔メチルジクロロシラン:メチルトリクスロロ
シラン:ジメチルジクロロシラン=75:15:10
(モル%)〕 攪拌機、温度計、NH3導入管、深冷コンデン
サーを装備し、乾燥した1の4つ口フラスコに
ヘキサン850mlを仕込んだ後、メチルジクロロシ
ラン43.1g、メチルトリクロロシラン11.2g、ジ
メチルジクロロシラン6.5gを加え、−20℃に冷却
した。過剰の気体状アンモニアを12/Hrの速
度で4時間この溶液に加えた(NH3全添加量2.1
モル)。この反応混合物を室温まで温め、その際
未反応NH3が逃げられるよう冷却器を空冷凝縮
器に変えた。 次に、ドライボツクス中で反応混合物から副生
した塩化アンモニウムを過により除去した。更
にケークを200mlのヘキサンで洗浄し、液から
減圧下(60℃/1mmHg)においてヘキサンをス
トリツプした。残留物(アンモノリシス生成物)
は透明な流動性の液体で、26gを得た。 アンモノリシス工程 〔メチルジクロロシラン:メチルトリクロロシ
ラン:ジメチルジクロロシラン=65:25:10(モ
ル%)〕 上記と同様な装備をもつ1の4つ口フラスコ
にヘキサン850mlを仕込み、これにメチルジクロ
ロシラン29.9g、メチルトリクロロシラン14.9
g、ジメチルジクロロシラン5.2gを加え、−20℃
に冷却した。気体状アンモニアを12/Hrの速
度で4時間この溶液に加えた。その後、上記と
同様の処理を行ない、透明な流動性の液体(アン
モノリシス生成物)20gを得た。 アンモノリシス工程 〔メチルジクロロシラン:メチルトリクロロシ
ラン:ジメチルジクロロシラン=65:20:15(モ
ル%)〕 上記と同様な装備をもつ2の4つ口フラスコ
に脱水ヘキサン1500mlを入れ、メチルジクロロシ
ラン59.8g、メチルトリクロロシラン23.9g、ジ
メチルジクロロシラン15.5gを加え、同様に気体
状アンモニアと反応させた。その後、上記と同
様に処理し、透明な流動性液体(アンモノリシス
生成物)42gを得た。 重合工程 300mlの3つ口フラスコに撹拌機、温度計、滴
下ロートをとりつけ、ドライボツクス中で水素化
カリウム0.2g(5ミリモル)及びNaHで脱水処
理したTHF125mlをフラスコに注入した。このフ
ラスコをドライボツクス中よりとり出し、窒素管
路に連結した。常温下、混合物を撹拌してKHを
分散させながら滴下ロートよりTHF75mlに溶解
したアンモノリシス工程で得られた生成物10g
を15分かけてゆつくりと加えた。この添加の間に
気体の発生がみられ、1時間後に気体の発生が停
止した。沃化メチル3gを加えるとKIの白色沈
殿が生じた。更に30分間撹拌後、大部分のTHF
溶媒を減圧で除去し、残留する白色スラリーに80
mlのヘキサンを加えた。この混合物を過し、
液を減圧下(1mmHg)70℃にてヘキサンを除去
すると、9.1gの粘稠固体(シラザン重合体)が
得られた。 このものは固有粘度(ベンゼン、20℃)0.07、
融点90℃で、ヘキサン、ベンゼン、THF及びそ
の他の有機溶媒に可溶性であつた。また、IRか
らは3400cm-1にNH、2980cm-1にC−H、2150cm
−1にSi−H、1260cm-1にSiCH3の各々の吸収が認
められた。また、ベンゼン凝固点降下法による分
子量測定では1020であつた。 重合工程 アンモノリシス工程で得られたアンモノリシ
ス生成物10gを重合工程と同様にTHF中
KH0.2gで90分反応させた。ガスの発生停止後
CH3Iを添加し、以下同様の処理をした。粘稠固
体(シラザン重合体)9.3gが得られ、このもの
は固有粘度0.08、融点120℃であつた。 重合工程 アンモノリシス工程で得られたアンモノリシ
ス生成物10gを重合工程と同様にTHF中
KH0.2gで90分反応させた。ガスの発生停止後
CH3Iを添加し、以下同様の処理をした。粘稠固
体(シラザン重合体)9.1gが得られ、このもの
は固有粘度0.07、融点115℃であつた。 繊維化工程 重合工程で得られたシラザン重合体30gをモ
ルホール紡糸装置(ノズル直径0.5mm)により130
℃にて溶融紡糸した。紡糸は4時間後も非常に良
好で、捲取速度400m/minで実施し、更に得ら
れた生糸を電子線にて120Mradで不融化処理を
行なつた。その後、わずかな張力下、N2気流中
100℃/Hrの昇温速度で1100℃にて30分間焼成し
た。セラミツク収率は75%であり、得られた繊維
は繊維径6μ、引張強度250Kg/mm2、弾性率25t/mm2
という物性であつた。また、繊維組成を元素分析
により分析したところ、Si58.3%、C20.3%、
N19.4%、O2%からなるSiC−Si3N4を主体とす
る繊維であることが確認された。 繊維化工程 重合工程で得られたシラザン重合体10gを繊
維化工程と同様の紡糸装置を用いて160℃にて
溶融紡糸した。捲取速度は420m/minで、紡糸
は非常に良好であつた。更に得られた生糸をわず
かな張力下、空気中にて90〜110℃(5℃/Hr)
で加熱して不融化を行なつた。次いで無張力下
N2気流中で100℃/Hrの昇温速度で1200℃にて
30分間焼成した。セラミツク収率は80%であり、
得られた繊維は繊維径8μ、引張強度200Kg/mm2
弾性率17t/mm2であつた。繊維組成を元素分析し
たところ、Si56.2%、C19.2%、N15.4%、O9.2%
からなるSiC−Si3N4を主体とする繊維であつた。 繊維化工程 重合工程で得られたシラザン重合体20gをド
ライボツクス中において繊維化工程と同様の紡
糸装置を用いて150℃にて450m/minの捲取速度
で溶融紡糸した。紡糸は終始良好であつた。得ら
れた生糸を真空中電子線装置にて90Mradの照射
を行ない、不融化した。その後、得られた繊維を
張力下N2気流中1250℃(100℃/Hr)にて30分
間焼成した。セラミツク収率は77%であつた。ま
た、繊維は繊維径6μ、引張強度260Kg/mm2、弾性
率23t/mm2であつた。 〔比較例〕 アンモノリシス工程 撹拌機、温度計、NH3導入管、深冷コンデン
サーを装備した1の4つ口フラスコに脱水ヘキ
サン850mlを仕込んだ後、メチルジクロロシラン
46gを加えた。これに気体状アンモニアを12/
Hrの速度で3.5時間導入し、反応させた。以下、
上記実施例のアンモノリシス工程と同様の処理
を行ない、20g(85%)の透明な流動性液体を得
た。 重合工程 300mlの3つ口フラスコにKH0.2gとTHF125
mlを注入後、撹拌してKHを分散させ、滴下ロー
トよりTHF75mlと前に得られた透明な流動性液
体10gの混合物を常温にて15分かけて滴下した。
滴下終了後、30分して反応を途中で停止するため
CH3I2gを加えた。以下、実施例の重合工程と
同様の処理を行ない、粘稠固体9.0gを得た。こ
のものの固有粘度は0.06、融点は75℃であつた。
なお、この系での重合を温度、触媒量、重合時間
をコントロールしてポリマーの重合度を一定にし
ようと試みたが全く再現性に欠けるものであつ
た。 繊維化工程 得られたシラザン重合体8gをモノホール(ノ
ズル直径0.5mm)紡糸装置に仕込み、110℃にて溶
融させ、紡糸を行なつた。初めはノズルよりの吐
出もよく、紡糸可能であつたが、30分後ノズルよ
り吐出しなくなつた。温度を徐々に上げたが全く
吐出せず、冷却後、ポリマーを取り出し、融点を
測定したところ、300℃でも溶融せず、更には溶
媒にも不溶なものであつた。多少紡糸できた生糸
を電子線にて90Mrad照射後、N2気流中100℃/
Hrの昇温速度で1100℃にて30分間焼成した。セ
ラミツク収率は58%であり、得られた繊維は繊維
径7μで、引張強度50Kg/mm2、弾性率5t/mm2と低物
性であつた。 [実施例 2] 実施例1の重合工程で得られた有機シラザン
重合体20重量部、炭化珪素粉末80重量部、ヘキサ
ン100重量部を混合して分散・混練した後、ヘキ
サンを蒸発させた。得られた混合粉末を1t/mm2
成形圧で加圧成形して直径25mm×厚さ10mmのシー
ト上の圧粉成形体を得た。次いで、この圧粉成形
体を室温から2℃/分の昇温速度で150℃迄昇温
し、150℃で1時間保持して不融化処理した後、
アルゴン気流中で室温から100℃/Hrの昇温速度
で1200℃まで昇温し、この温度で1時間保持した
後、炉を冷却した。得られたセラミツク成形体は
密度2.2g/cm3、曲げ強度12Kg/mm2であつた。 [実施例 3] 実施例1の重合工程で得られた有機シラザン20
重量部、窒化珪素微粉末(平均粒径1μm)70重量
部、炭化珪素ウイスカー15重量部、キシレン30重
量部をボールミルに入れて8時間混合した。混合
終了後、キシレンを減圧下で除去し、粉体を冷却
粉砕し、微細な粉末とした。この粉末を金型に入
れ、均一にならして、1.5t/cm2の圧力で加圧成形
した後、金型から成形物を取り出し、厚さ1mmの
シート状成形物を得た。次いで、このシートを空
気中で室温から2℃/分の昇温速度で150℃迄昇
温し、150℃で1時間保持して、不融化処理を行
った。更に、不融化処理したシートを窒素雰囲気
下、200℃/Hrの昇温速度で1200℃まで昇温し、
この温度に1時間保持した後、炉を冷却した。得
られたセラミツクシートは厚さ0.95mm、密度2.2
g/cm3で、可とう性を有するものであつた。 [実施例 4] 平均粒径0.5μmのβ−炭素珪素粉末に、ホウ素
3重量%及び実施例1の重合工程で得られた有
機シラザン重合体15重量%を添加し、混合したも
のと、長さ5cm、太さ10〜15μmの炭化珪素繊維
を一方向に均一に配向させたものを繊維含有量が
40容量%になるように交互に積層させた後、金型
プレスで0.4t/mm2の圧力で成形した。この成形体
を室温から2℃/分の昇温速度で150℃まで昇温
し、150℃で1時間保持して不融化処理した後、
窒素気流下240℃/Hrの昇温速度で1600℃に加熱
し、次いで1400℃で1時間保持して、無機繊維強
化複合セラミツクスを得た。このものの室温での
抗折強度は40Kg/mm2で、高物性であつた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 メチルジクロロシラン、メチルトリクロロシ
    ラン及びジメチルジクロロシランの混合物とアン
    モニアとを反応させてアンモノリシス生成物を得
    ると共に、このアンモノリシス生成物を脱プロト
    ン化が可能な塩基性触媒により重合させて有機シ
    ラザン重合体を得、次いでこの有機シラザン重合
    体を溶融、成形し、更に不融化した後、焼成して
    セラミツクスを得ることを特徴とするセラミツク
    スの製造方法。 2 メチルジクロロシランとメチルトリクロロシ
    ランとジメチルジクロロシランとの混合比が55〜
    80モル%:10〜30モル%:5〜25モル%である特
    許請求の範囲第1項記載の製造方法。 3 有機シラザン重合体が融点60〜200℃のもの
    である特許請求の範囲第1項又は第2項記載の製
    造方法。 4 有機シラザン重合体を溶融、成形した後、空
    気中で50〜150℃に加熱して不融化するようにし
    た特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか1
    項に記載の製造方法。 5 有機シラザン重合体を溶融、成形した後、真
    空中又はN2ガス中において50〜200Mradの照射
    量で電子線照射を行なつて不融化するようにした
    特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか1項
    に記載の製造方法。 6 成形工程が紡糸工程であり、溶融した有機シ
    ラザン重合体を紡糸してセラミツク繊維を得るよ
    うにした特許請求の範囲第1項乃至第5項のいず
    れか1項に記載の製造方法。 7 焼成温度が700〜2000℃である特許請求の範
    囲第1項乃至第6項のいずれか1項に記載の製造
    方法。 8 焼成雰囲気が真空中又は不活性ガス、N2
    ス、H2ガス及びNH3ガスから選ばれるガス中で
    ある特許請求の範囲第1項乃至第7項のいずれか
    1項に記載の製造方法。
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