JPH0747692B2 - 炭化珪素と共に充填された硬化性オルガノポリシロキサン及びそれからのひじょうに強化された焼結体 - Google Patents

炭化珪素と共に充填された硬化性オルガノポリシロキサン及びそれからのひじょうに強化された焼結体

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JPH0747692B2
JPH0747692B2 JP1246583A JP24658389A JPH0747692B2 JP H0747692 B2 JPH0747692 B2 JP H0747692B2 JP 1246583 A JP1246583 A JP 1246583A JP 24658389 A JP24658389 A JP 24658389A JP H0747692 B2 JPH0747692 B2 JP H0747692B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炭化珪素粉末、ある金属含有焼結助剤、及び
オルガノポリシロキサン硬化剤と共に充填されるある硬
化性オルガノポリシロキサンの高温分解によるひじょう
に強化されたセラミック体の調製に関する。そのよう
な、ひじょうに強化されセラミック体は、非圧力性焼結
方法又は熱圧焼結方法のいづれかにより調製され得る。
本発明はまた、実質的に炭化珪素粉末、金属含有焼結助
剤、オルガノポリシロキサン硬化剤及びプレセラミック
オルガノポリシロキサンから成る物質の新規組成物にも
関する。これらの物質の組成物は、所望する形状に形成
され、そして次に高密度のセラミック形状体を形成する
ために焼結され得る。本発明の1つの利点は、未処理体
が比較的高い強度を有しそして従って容易に取扱いさ
れ、そして所望により、焼結の前、機械加工され得るこ
とである。その形状体の間処理強度は、焼結の前、その
形成体を硬化することによってさらに強められ得る。
本発明は、結合剤として硬化性オルガノポリシロキサン
を用いての非圧力性焼結方法により高密度セラミック生
成物を提供する。一般的に、高密度セラミック材料は、
高い強度を有するであろう。本発明は、有機珪素ポリマ
ー、炭化水素粉末及び金属含有焼結助材を均質混合物と
して含んで成る組成物に関し、/ここで (1)前記有機珪素ポリマーが: (i)一般構造式[R3SiO0.5],[R2SiO],[RSi
O1.5]及び[SiO2](ここで、個々のRは、水素、1〜
20個の炭素原子を含むアルキル基、フェニル基及びビニ
ル基から成る群から独立して選択される)で表わされる
で表わされる単位を含み; (ii)1800℃又はそれ以上の温度での熱分解によりオル
ガノポリシロキサンに由来する炭化物の合計重量に基づ
いて遊離炭素少なくとも10重量%を有するセラミック炭
化物20重量%以上の収率を有するセラミック材料に転換
され得、且つ、前記セラミック炭化物は前記温度で重量
の実質的な上昇を有さない安定したセラミック炭化物で
あり; ;そして (iii)炭化珪素粉末、及びオルガノポリシロキサンに
由来する炭化物のと合計重量に基づいて、混合物中の遊
離炭素値が0.2重量%以上であるようなレベルで存在す
る、硬化性オルガノポリシロキサンであり; (2) 前記金属含有焼結助材が炭化珪素粉末の重量に
基づいて金属0.1〜3.0重量%の量で前記混合物に存在
し;そして (3) オルガノポリシロキサン硬化剤がさらに有効量
で存在することを特徴とする。
本発明はまた、取扱いできる未処理体を形成するための
方法にも関し、前記方法とは、 (a)実質的に炭化珪素粉末、金属含有焼結助剤、オル
ガノポリシロキサン硬化剤及びプレセラミックオルガノ
ポリシロキサンから成る均質混合物を調製し、ここで前
記金属含有焼結助剤は、炭化珪素粉末の重量に基づいて
金属0.1〜3.0重量%で存在し、前記オルガノポリシロキ
サン硬化剤は硬化するのに有効な量存在し、そして前記
プレセラミックオルガノポリシロキサンは、前記混合物
の遊離炭素値が炭化珪素粉末及びプレセラミックオルガ
ノポリシロキサンに由来する炭化物の合計重量に基づい
て0.2重量%以上であるようなレベルで存在し、そして (b)前記均質混合物を約500℃以下の温度で圧力下で
所望する形状に形成することを含んで成る。
本発明はさらに、実質的に炭化珪素粉末、金属含有焼結
助剤、オルガノポリシロキサン硬化剤及びプレセラミッ
クオルガノポリシロキサンから成る均質混合物にも関
し、ここで前記金属含有焼結助剤、炭化珪素粉末の重量
に基づいて金属0.1〜3.0重量%で存在し、前記オルガノ
ポリシロキサン硬化剤は硬化するのに有効な量存在し、
そして前記プレセラミックオルガノポリシロキサンは、
前記混合物の遊離炭素値が炭化珪素粉末及びプレセラミ
ックオルガノポリシロキサンに由来する炭化物の合計重
量に基づいて0.2重量%以上であるようなレベルで存在
する。
この出願は、同じ発明者により及び反出願と同じ日に出
願された同時係属出願(1988年9月26日に出願されたア
メリカ特許出願第249,036号)(日本特開平2−129070
号公報を参照のこと)“炭化珪素粉末と共に充填された
オルガノポリシロキサンからのひじょうに強化された物
体”にひじょうに関係する。この同時係属出願は、硬化
剤を使用しないので、炭化珪素と共に充填されたオルガ
ノポリシロキサンを説明する。一般的に、この同時係属
出願の方法により調製された未処理体は、本発明の方法
により調製された未処理体ほど強くない。
本発明の実施により製造される焼結体は、理論的に約75
%以上の密度(すなわち、約2.4g/cm3以上の密度)を有
する。そのような高い強化体は、軽重量超耐熱性セラミ
ックとして有用である。炭化珪素理論的密度は.3.21g/c
m3である。
本発明の新規組成物は、炭化珪素粉末、金属含有焼結助
剤及びオルガノポリシロキサン硬化剤と共に充填された
オルガノポリシロキサンから実質的に成る。これらの新
規組成物は、取扱いできる未処理体を製造するために使
用され得る。“取扱いできる未処理体”とは、焼結する
前、取扱いされ又は機械加工されるのに十分な未処理強
度を有する未処理体を意味する。さらに、本発明の組成
物は、さらに強い未処理体を得るために、焼結の前、硬
化され得る。高い未処理強度は、本発明の1つの有意な
利点であり;高い未処理強度は、最終焼結又は高温分解
段階の前、その未処理体をさらに加工し、そして形状化
することを可能にする。一般的に、3.45Mpa(500psi)
又はそれ以上の未処理強度が、本発明の実施において得
られる。
未処理体は、当業界で知られている従来の技法により形
成され得る。そのような方法は、加圧成形一軸プレス成
形、等プレス成形(isopressing)、押出、トランスフ
ァー成形、射出成形及び同様のものを包含する。その形
成された未処理体は、所望により機械加工することによ
りさらに形状化され得る。形状化した後、その未処理体
は不活性雰囲気下で高温に加熱され、理論的に約75%以
上の密度を有するセラミック製品に転換される。セラミ
ック製品の密度は、理論的に約85%(約2.7g/cm3)以上
であることが好ましい。より好ましくは、その密度は約
2.9g/cm3(理論的に90%)以上であり;最っとも好まし
くは、その密度は約3.05g/cm3(理論的に95%)以上で
ある。焼結段階は、非圧力焼結方法又は熱圧焼結方法の
いづれかを用いて行なわれ得る。本発明の組成物を用い
る場合、いづれの方法でも、高い密度のセラミック製品
を製造することができる。熱圧焼結方法は一般的に、高
い密度のセラミック製品を製造するであろう。従って、
最大密度が所望される場合、熱圧焼結方法が好ましい。
しかしながら、一般的に、非圧力焼結方法は、単純な操
作なので好ましい。焼結又は高温分解段階は、不活性雰
囲気、たとえば窒素又はアルゴン下で行なわれる。α−
SiC粒子の上昇は、窒素含有雰囲気下で焼結することに
よって減じられ得る。
最終セラミック製品への焼結段階は、一般的に約1900℃
又はそれ以上の温度で行なわれる。低い温度も使用され
得るが、しかしそのセラミック製品は所望する密度を有
さないであろう。好ましい焼結温度は約2000〜2200℃で
あり、そして約2150℃が最っとも好ましい。
本発明において有用なオルガノポリシロキサンは、一般
的に当業界において良く知られている。そのオルガノポ
リシロキサンは、有意なセラミック炭化物収率のセラミ
ック材料に転換され得る。一般的に、そのセラミック炭
化物の収率は、約20重量%以上であるべきである。本
来、セラミック炭化物の収率が高い場合、とんど収率が
存在しないであろう。従って、好ましくは、約40重量%
以上のセラミック炭化物収率を有するオルガノポリシロ
キサンが、本発明の実施において使用される。オルガノ
ポリシロキサンはまた、遊離炭素を含むセラミック炭化
物も生ぜしめる。混合物の規定を用いれば、セラミック
炭化物は、存在すべき遊離炭素のために約30重量%以上
の合計炭素を含むべきである。約40重量%以上の合計炭
素有するセラミック炭化物を生ぜしめるオルガノポリシ
ロキサンが好ましい。40重量%の炭素含有セラミック材
料は、混合物の規定に基づいて、約86重量%のSiC及び1
4重量%の遊離炭素を含む。約50重量%以上の合計炭素
を有するセラミック炭化物を生ぜしめるオルガノポリシ
ロキサンが最っとも好ましく、50重量%の炭素含有セラ
ミック材料は、混合物の規定に基づいて、約72重量%の
SiC及び28重量%の遊離炭素を含む。セラミック炭化物
は、少なくとも10重量%の遊離炭素を含むことが一般的
に好ましい。最っとも好ましくは、セラミック炭化物
は、少なくと25重量%の遊離炭素を含む。
オルガノポリシロキサンが十分な炭化物収率のセラミッ
ク炭化物に転換され、そしてその得られたセラミック炭
化物が十分な遊離炭素を含むかぎり、オルガノポリシロ
キサンの構造は臨界でない。オルガノポリシロキサン)
は、次の一般構造の単位を有する:〔R3SiO0.5〕,〔R2
SiO〕,〔RSiO1.5〕及び〔SiO2〕〔ここで、個々のR
は、水素、1〜20個の炭素原子を含むアルキル基、フェ
ニル基及びビニル基から成る群から独立して選択され
る〕。一般的に、フェニル基を含むオルガノポリシロキ
サンは、そのような基が十分な遊離炭素を有するセラミ
ック炭化物の形成を容易に可能にするものとして好まし
い。ビニル基を含むオルガノポリシロキサンもまた珪素
に結合されるビニル基が、オルガノポリシロキサンが焼
結の前、硬化され得る機構を付与するので好ましい。好
ましいオルガノポリシロキサンは、種々の量の〔PhSiO
1.5〕,〔MeSiO1.5〕及び〔PhViSiO〕単位を含む。特に
好ましいオルガノポリシロキサンは、下記単位の式: 〔PhSiO1.5〕〔MeSiO1.5〕〔PhViSiO〕 により説明され、ここで10〜90モル%の〔PhSiO1.5〕単
位、0〜50モル%の〔MeSiO1.5〕単位及び10〜90モル%
の〔PhViSiO〕単位が存在し;より好ましくは、20〜30
モル%の〔PhSiO1.5〕単位、30〜50モル%の〔MeSi
O1.5〕単位及び30〜50モル%の〔PhViSiO〕単位が存在
する。本発明において有用なオルガノポリシロキサン
は、上記シロキサン単位の他に又はその代わりに他のシ
ロキサン単位を含むことができる。そのようなシロキサ
ン単位の例は、〔ViSiO1.5〕,〔PhMeSiO〕,〔MeHSi
O〕,〔MeViSiO〕,〔Ph2SiO〕,〔Me2SiO〕,〔Me3siO
0.5〕及び同様のものを包含する。オルガノポリシロキ
サンの混合物もまた使用され得る。一般的に、Rがほと
んど独占的にメチルであるオルガノポリシロキサンは、
得られるセラミック炭化物中に十分な遊離炭素が存在し
ないので本発明に使用するためには適切でない。
本発明のオルガノポリシロキサンは、当業界において良
く知られた技法により調製され得る。オルガノポリシロ
キサンを調製するために使用される実際の方法は臨界で
はない。最っとも通常には、オルガノポリシロキサンは
オルガノクロロシランの加水分解により調製される。そ
のような方法及び他の方法は、No11,Chemistry and Tec
hnology of Silicones.チャプター5(翻訳された2d Ge
r.Ed.,Academic Press,1968)に記載される。適切なオ
ルガノポリシロキサンの調製のための特定の方法は、本
発明の明細書に含まれる例に例示される。
オルガノポリシロキサンの他に、本発明の組成物中の他
の成分は、炭化珪素粉末、金属含有焼結助剤及びオルガ
ノポリシロキサン硬化剤である。本発明において有用な
炭化珪素粉末は市販されている。α−SiC及びβ−SiC粉
末の両者、並びにそれらの混合物が使用され得る。一般
的に、5ミクロン以下の平均粒度を有するSiC粉末が好
ましく;より好ましくは、1ミクロン以下の平均粒度を
有する粉末である。
適切な金属含有焼結助剤は、鉄、Fe3C、マグネシウム、
MgC3、リチウム、Li2C2、ベリリウム、Be2C、硼素、硼
素含有化合物、アルミニウム、アルミニウム含有化合物
及び金属酸化物、たとえば酸化トリウム、酸化イットリ
ウム、酸化ランタン及び酸化セリウムを包含する。これ
らの金属含有焼結助剤の多くは、Negita,“Effective S
intering Aids for Silicon Carbide Ceramics:Reactiv
ities of Silicon Carbide with Various Aditives,"69
J.Am.Ceram.Soc.C−308(1986)に記載される。Negita
により示された他の金属含有焼結助剤もまた、本発明の
実施において効果的である。一般的に、焼結助剤は、炭
化珪素粉末の重量に基づいて約0.1〜3.0重量%の金属に
等しい量で存在すべきである。好ましい焼結助剤は、硼
素、硼素含有化合物、アルミニウム及びアルミニウム含
有化合物から成る群から選択される。硼素含有焼結助剤
の例として、炭化硼素、水酸化リチウム硼素、トリビニ
ル硼素、トリフェニル硼素、六硼化珪素、H3BO3,B2O3
び同様のものを挙げることができる。アルミニウム含有
焼結助剤の例として、酸化アルミニウム窒化アルミニウ
ム、二硼化アルミニウム及び同様のものを挙げることが
できる。最っとも好ましい焼結助剤は、硼素及び炭化硼
素である。焼結助剤の混合物もまた、使用され得る。
本発明の組成物はまた、オルガノポリシロキサン硬化剤
も含む。そのような硬化剤は、焼結の前、形状化された
製品を硬化する(オルガノポリシロキサンを架橋するこ
とにより)ために使用され得る。そのような硬化された
製品は一般的に、非硬化製品よりも高い強度を有し、そ
して従って焼結の前、いづれかの取扱い工程又は機械加
工工程に耐えることができる。本発明において有用であ
る従来のオルガノポリシロキサン硬化剤は、当業界にお
いて良く知られている。例として、有機過酸化物、たと
えばジベンゾイルペルオキシド、ビス−−クロロベン
ゾールペルオキシド、ビス−2,4−ジクロロベンゾール
ペルオキシド、ジ−−ブチルペルオキシド、ジクミル
ペルオキシド、−ブチルペルベンゾエート及び−ブ
チルペルアセテート;及び白金含有硬化剤、たとえば白
金、H2PtCl6((C4H93P)2PtCl2を挙げることができ
る。好ましいオルガノポリシロキサン硬化剤は、ジクミ
ルペルオキシド及び−ブチルペルベンゾエートを包含
する。当業界において知られている他の従来のオルガノ
ポリシロキサン硬化剤をまた、使用され得る。本発明の
オルガノポリシロキサン硬化剤は、有効量、すなわちオ
ルガノポリシロキサンにおける架橋を誘発するのに十分
な量で存在する。従って、その硬化剤の実際の量は、使
用される実際の硬化剤の活性に依存するであろう。しか
しながら、通常、非白金硬化剤は、オルガノポリシロキ
サンの重量に基づいて約0.1〜5.0重量%で存在し、そし
て好ましくは約2.0重量%である。オルガノポリシロキ
サンがビニル基及び珪素に結合される水素原子の両者を
含む場合、白金含有硬化剤が使用され得る。そのような
白金含有硬化剤に関しては、硬化剤のレベルは、白金が
オルガノポリシロキサンの重量に基づいて約1〜1000pp
mで存在するようなレベルであり、そして好ましいレベ
ルは、白金が約50〜150ppmで存在するようなレベルであ
る。
プレセラミックオルガノポリシロキサンは、組成物の遊
離炭素値が、炭化珪素粉末及びプレセラミックオルガノ
ポリシロキサンに由来する炭化物の合計重量に基づいて
0.2重量%以上であるようなレベルで本発明の組成物に
存在する。
“混合物の遊離炭素値”により意味されることは、炭素
珪素粉末及びオルガノポリシロキサンに由来する炭化物
の合計重量に基づいて重量%により表わされる場合、18
00℃又はそれ以上の温度での熱分解の間、オルガノポリ
シロキサンに由来する遊離(又は過剰)炭素の量であ
る。セラミック炭化物における炭素の合計量は、遊離又
は過剰炭素の量+炭化珪素の形での炭素の量に等しい。
オルガノポリシロキサンに由来する遊離炭素の量は、い
づれの炭化珪素粉末又は焼結助剤の不存下で、適切なセ
ラミック炭化物が得られるまで不活性雰囲気下でオルガ
ノポリシロキサンを高温分解することにより決定され
る。本発明のためには、“適切なセラミック炭化物”と
は、高温でさらに暴露された後、重量の有意な上昇が存
在しないであろう高温で生成されるセラミック炭化物と
して定義される。通常、適切なセラミック炭化物は、18
00℃で約30分間の高温分解により生成される。他の高温
は、適切なセラミック炭化物を形成するために使用され
るが、しかし高温への暴露の長さは、1800℃以下の温度
に対しては長くされる必要はないであろう。次に、適切
なセラミック炭化物のセラミック収率及び炭素含有率が
決定される。混合物の規定を用いて、適切なセラミック
炭化物のSiC及び遊離炭素の量を計算することができ
る。遊離炭素の量は、通常、プレセラミックオルガノポ
リシロキサン1g当たりに生成される遊離炭素の重量とし
て表わされる。オルガノポリシロキサンの高温分解によ
り生成される遊離炭素の量を知れば、所望する遊離炭素
値を有するオルガノポリシロキサン/炭化珪素混合物を
得るためにいかに多くのオルガノポリシロキサンが必要
とされるかを決定することができる。本来、焼結体を調
製するために同じ又はひじょうに類似するオルガノポリ
シロキサンを用いる場合、オルガノポリシロキサン1g当
たりに生成される遊離炭素の量を毎回決定する必要はな
い。
この方法は、たぶん例により最良に例示され得る。オル
ガノポリシロキサン(100g)を1800℃で高温分解すれ
ば、40重量%の炭素及び60重量%の珪素を含む炭化物50
重量%が得られる。そのような炭化物は、30g(1.07モ
ル)の珪素を含む。混合物の規定を用いれば、その炭化
物はまた、1.07モル(12.8g)の炭素をSiCの形で含む。
その炭化物は20gの炭素を含むので、炭化物中の遊離炭
素の量は、7.2g(20g−12.8g)である。従って、それぞ
れ1gのプレセラミックオルガノポリシロキサンは、0.07
2gの遊離炭素を生成する。1.5重量%の混合物のための
遊離炭素値が所望される場合、次の計算が行なわれる。
は必要とされるオルガノポリシロキサンの量に等しい
とする。オルガノポリシロキサンに由来する炭化物の量
は、0.5(g、50%の炭化物収率に基づいて)であ
り;高温分解の間に形成される遊離炭素の量は0.072
(g)である。SiC粉末100gを含む混合物のためには、
次の等式: 0.015=(0.072)/(100+0.5) が得られ、ここで0.072はオルガノポリシロキサンに
由来する遊離炭素の量であり、そして(100+0.5)は
SiC粉末及びオルガノポリシロキサンに由来する炭化物
の合計量である。について上記等式を解けば、オルガ
ノポリシロキサン23.3gが混合物の所望する1.5%の遊離
炭素値を付与するであろうことが見出される。この方法
を用いれば、本発明の組成物を調製するために必要とさ
れるオルガノポリシロキサンの量が決定され得る。この
方法は、高価で且つ時間のかかる試験及び誤差を回避す
る。
混合物の遊離炭素値は、炭化珪素粉末及びオルガノポリ
シロキサンに由来する炭化物の合計重量に基づいて0.2
重量%以上であるべきである。約0.2重量%以下の遊離
炭素値に関しては、焼結体の密度が一般的に、約2.4g/c
m3(理論的に75%)以下に低下するであろう。混合物の
遊離炭素値は0.5%以上であり、そして得られる焼結体
の密度は論理的に約85%以上であることが一般的に好ま
しい。混合物の遊離炭素値は、0.5〜3.0重量%であるこ
とがより好ましく、そして1.0〜2.0重量%であることが
さらにより好ましい。最適密度は、一般的に、混合物の
遊離炭素値が約1.5重量%である場合に得られる。
混合物における必要とされるオルガノポリシロキサンの
量が決定されれば、種々の成分が、均等且つ均質な混合
物を確保する態様で混合される。そのような混合物は、
焼結生成物を通して異なった密度部分を避けることを必
要とされる。均等且つ均質の混合物は、従来の混合技法
を用いることによって調製され得る。そのような技法の
例は、乾燥又は湿潤状態で種々の粉末を粉砕することを
包含する。一般的に湿式粉砕が好ましく、ここで種々の
粉末が混合され、有機溶媒と共に粉砕され、溶媒が除去
され、そして次にその得られた混合物がさらに粉砕され
る。他の混合及び粉砕方法は、当業者に明らかであろ
う。次に、均等且つ均質の混合物が、所望する形状に形
成される。好ましくは、その所望する形状は、射出成
形、一軸プレス成形、抽出、トランスファー成形及び同
様の方法を用いて圧力下で形成される。製品を形成した
後、機械によりさらに形状化され得る。組成物は、好ま
しくは、その最終形状化の前、硬化される。硬化方法
は、当業界において良く知られている。一般的に、その
ような硬化は、製品を約50〜300℃に加熱することによ
って行なわれる。最終形状が得られた後、その製品は、
不活性大気下で1900℃又はそれ以上の温度に焼結され
る。好ましい焼結温度は、約2000〜2200℃であり、そし
て約2150℃が最っとも好ましい。
理論により制限されることを望まないが、プレセラミッ
クオルガノポリシロキサンに由来する遊離炭素は、高い
強度の焼結体の形成において2種の異なった役割を演じ
ると思われる。第一に、それは炭化珪素粉末に中に存在
する酸素の除去を助け;そして第二に、それは追加の焼
結助剤として明らかに作用する。炭化珪素粉末は、しば
しば、いわゆる“遊離炭素”を含む。しかしながら、炭
化珪素粉末中に存在する“遊離炭素”は、プレセラミッ
クオルガノポリシロキサンからその場で生成される遊離
炭素と同じように活性化し又は効果的であるようには思
えない。その場で生成される遊離炭素が化学的により活
性的であるかどうか、又はそれが単により平等に分散さ
れるかどうかは明らかでない。いづれにせよ、混合物の
遊離炭素値(前の方で定義された)が約1.5重量%であ
る場合、最適密度を有する焼結体が得られる。
当業者が本発明をより理解するために、次の例が与えら
れる。特にことわれないかぎり、すべての%は、重量に
よってである。この明細書を通して、“Me"はメチル基
を表わし、“Ph"はフェニル基を表わし、そして“Vi"は
ビニル基を表わす。
次の例において、使用される分析方法は次の通りであ
る: プロトンNMRスペクトルは、Varian EM360又はEM390スペ
クトロメーターのいづれかで記録された;フーリエ変換
IRスペクトルは、Nicolet5 DXスペクトロメーターで記
録された。ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)データ
は、モデル600Eシステムコントローラー、モデル490UV
及びモデル410 Differential Defractumeter検出器を備
えたWaters GPCから得られ;すべての値はポリスチレン
に対してである。
炭素分析は、Contral Equipment Corporation 240−XA
Elemental Analyzerにより行なわれた。酸素分析は、Ox
ygen Determinator316(モデル783700)及びElectrode
Furnace EF100を備えるLeco Oxygen Analyzerにより行
なわれた。珪素は、珪素材料を珪素の可溶性形に転換
し、そして原子吸光分光計により合計珪素についてその
溶解物を分析することから成る融合技法により決定され
た。
配合は、ローラー羽を備えたBrabender Plasticorder
(Model PL−V151)により行なわれた。試験片は、Carv
er実験用プレス(Fred S.Carver Inc.,Summit,N.J.)に
より形成された。12トンのHullコンソール成形機械(モ
デル359E)がトランスファー成形のために使用された。
高温分解は、Eurotherm Controller/Programmer Model
822を備えたAstro Graphite Element Tube Furnace Mod
el 1000−3060−FP12で行なわれた。曲げ強度(4点ブ
レンド技法を用いて)は、Model TTC又はModel 8562 In
stron装置のいづれかで決定された。
4種の異なったSiC粉末が使用された: α−SiC約5〜8%及びβ−SiC95%の混合物を含むIbid
en UF SiC(“Ibiden");Superior Graphite(HSC 05
9)β−SiC(“Superior Graphite");Herman C.Starck
Co.A10 α−SiC(“Starck A10");及びα−SiC約15
%及びβ−SiC85%の混合物を含むHerman C.Starck Co.
B10 SiC(“Starck B10")。使用される硼素は、Cerac
Inc.からの非晶質硼素粉末であった。炭化硼素(Tetrab
or)は、Elektroschmelzwerk Kempten Gnbh.,Munich,We
st Germanyからであった。酸化アルミニウム(Baikalox
CR125)は、Baikowski International Corp.,Charlott
e,North Carolinaから得られた。窒化アルミニウム(Gr
ade A)は、Herman C.Starck Co.から得られた。
例1:(PhMeSiO)0.72(MeViSiO)0.14(MeHSiO)0.14
よる焼結体の調製。
A−ポリマーの合成。トルエン約120ml中、47.78g(0.2
5モル)のPhMeSiCl2、7.06g(0.05モル)のMeViSiCl2
び5.75g(0.05モル)のMeHSiCl2の溶液を、水300ml中、
74.2gのNa2CO3の攪拌混合物に滴下した。約1時間攪拌
した後、有機層を集め、MgSO4上で乾燥せしめ、そして
濾過した。濾液の濃縮は、曇った粘性のある油状物31.9
g(77.2%の収率)を与えた。IR(KBr、薄いフィル
ム):3073(w),3052(w),2959(w),2903(w),2
164(w),1595(w),1427(w),1406(w),1265
(s),1124(s),1082(s),1026(s),907(m),
872(w),973(s),731(m)及び694cm-1(m)。
B−炭化物組成物の計算。アルゴン下での上記ポリマー
のサンプルを10℃/分で1800℃に加熱し、そして室温に
冷却する前、2時間1800℃で維持した。サンプルは、3
9.6%の質量残率を有し、そして炭素49.0%及び計算46.
7%を含んだ。次の計算を行なった:硬化されたポリマ
ー100gは、炭素49.0%及び珪素51.0%(差により)から
成るセラミック炭化物39.6gを与える。(計算を簡単に
するために、酸素の量を無視した。)炭化物は、SiC28.
9g(73%)及び炭素10.7g(27%)から成る。従って、
高温分解の後、それぞれ1gのポリマーは、SiC0.289g及
び遊離炭素0.107gを与える。
C−試験片の加工。一連の5種のシロキサン/SiC粉末ブ
レンドを、次の方法を用いて調製した:上記調製された
シロキサンの計量されたサンプル及び過酸化ベンゾイル
約2重量%(シロキサンの重量に基づく)を、トルエン
10〜20ml中に溶解した。この溶液を、濃縮ペーストが形
成されるまで、Ibiden SiC粉末及び硼素と共に、硬化さ
れたアルミナ乳鉢及び乳棒で混合した。残留溶媒を、真
空下で除去した。その乾燥された粉末を、乳鉢及び乳棒
で再び粉砕し、そして次に90μmのメッシュ篩を通し
た。その篩分けされた粉末を、約64.8Mpa(約9.4ksi)
で35×8×2mmの試験片に成形した。それぞれの試験片
を、SiC20.000g及び硼素0.080g並びに種々の量のオルガ
ノポリシロキサン及び過酸化ベンゾイルにより調製し
た。試験片を、次の温度プログラムを用いて、アストロ
管炉(アルゴン雰囲気)中で2150℃に加熱した:26.7℃
/分で室温から300℃、25℃/分で300℃から700℃、20
℃/分で700℃から1350℃、1350℃で30分間の保持、20
℃/分で1350℃から2150℃、及び2150℃で30分間の保
持。その加熱された試験片の密度を測定した。次の結果
が得られた: 例2:(PhSiO1.50.30(PhViSiO)0.70による焼結体の
調製。
A−ポリマーの合成。トルエン70ml中。71.8g(0.35モ
ル)のPhViSiCl2及び31.7g(0.15モル)のPhSiCl3の溶
液を、水450ml及びトルエン200ml中、70gのNa2CO3の攪
拌混合物に滴下した。添加が完結した後、その反応混合
物を室温で30分間攪拌した。2相が分離され、そして有
機層を集め、そして真空下で濃縮した。残留物(71g)
を、トルエン400ml中に溶解し、そしてその溶液をKOH0.
5g上で還流した。すべての水がDean−Starkトラップを
用いて除去された後、そのトルエン溶液を、MgSO4上で
さらに乾燥せしめ、そして焼結ガラスフリットを通して
濾過した。真空下でその濾液の濃縮は、粘着性のある油
状物59.6g(83.8%の収率)を与えた。GPC分子量(THF
溶媒):Mn=901、Mw=3711。プロトンNMR(CDCl3、デル
タ値):5.33〜6.17(SiVi、広いマルティプレット)、
6.67〜7.70(SiPh、広いマルティプレット);SiPh/SiVi
モル比は、1.5/1.0であった。
B−計算。上記ポリマー1.672g及び過酸化ベンゾイル0.
056gの混合物を、約トルエン5ml中に溶解し、トルエン
を真空下で除去し、そして残留物をアルゴン雰囲気下で
約10分間、約150゜以上に加熱した。残留物を、グラッ
ファイトるつぼで計算し、そしてアストロ管炉に移し
た。その炉を2.7kpa(20トル)以下に2度排気し、そし
てアルゴンを充填した。アルゴン雰囲気下で、そのポリ
マーサンプルを10℃/分で1800℃に加熱し、そして室温
に冷却する前、1800℃で2時間維持した。そのサンプル
は、42.8%の質量残率を有し、そして62.2%の炭素、3
6.8%の珪素及び0.2%の酸素を含んだ。次の計算を行な
った:硬化されたポリマー100gは、珪素37.8%(差によ
り)及び炭素62.2%から成るセラミック炭化物42.8gを
与える。その炭化物は、SiC23.1(54%)及び炭素19.7g
(46%)から成る。従って、それぞれ1gのポリマーは、
高温分解の後、SiC0.231g及び遊離炭素0.197gを与え
る。
C−試験片の加工。一連の7種のシロキサン/SiCブレン
ドを、例1と同じ方法で調製した。Ibiden SiC25.00g、
硼素0.10g及び種々の量のオルガノポリシロキサン及び
過酸化ベンゾイルから成るそれぞれの試験片を調製し
た。その試験片を、例1におけるのと同じ温度プロフィ
ールを用いて、アルゴン雰囲気下で2150℃に加熱した。
次の結果が得られた: 例3:密度に対する加熱温度の効果。
1.5%の遊離炭素値を有するシロキサン/SiCブレンド
を、次の方法を用いて調製した:トルエン150mlに溶解
された例2のシロキサンポリマー12.00g及び過酸化ベン
ゾイル0.252g(シロキサンポリマーの重量に基づいて約
2重量%)の溶液を、Ibiden SiC粉末150g及び硼素0.60
gと共に混合した。そのブレンドの遊離炭素値は1.5%で
あった。そのブレンドを30分間、アトリッターで粉砕し
た。得られたスラリーを樹脂ケットルに移し、そして溶
媒を真空下で除去した。乾燥された粉末を乳鉢及び乳棒
で粉砕し、そして次に90μmのメッシュ篩を通した。篩
分けされた粉末を、374.1MPa(47ksi)で試験片(35×
8×2mm)乾燥成形した。その試験片を、例1における
のと同じ温度プログラム(但し、最終温度において異な
る)を用いてアルゴン雰囲気下で1950,2000,2050及び21
00℃に加熱した。次の結果が得られた。最終温度(℃) 密度(g/cm3) 論理上の% 1950 3.05 95.0 2000 3.08 96.0 2050 3.14 97.8 2100 3.15 98.1 例4:(PhSiO1.50.27(MeSiO1.50.09(PhViSiO)
0.64による焼結体の調製。
A−ポリマーの合成。トルエン50mm中、71.76(0.35モ
ル)のPhViSiCl2、317.7g(0.15モル)のPhSiCl3及び7.
45g(0.05モル)のMeSiCl3の溶液を、水400ml及びトル
エン200ml中、85gのNa2CO3の攪拌混合物に滴下した。添
加が完結した後、その反応混合物を室温で30分間攪拌し
た。2相が分離され、そして有機層を集め、そして真空
下で濃縮した。残留物(64.9g)を、トルエン65g中に溶
解し、そしてその溶液をKOH0.10g上で還流した。すべて
の水がDean−Starkトラップを用いて除去された後、そ
のトルエン溶液を、室温に下げ、そして約0.3mlのMe3Si
Clを添加した。約1時間後、その溶液を中間サイズのガ
ラスフリットを通して濾過した。真空下でのその濾液の
濃縮は、粘着性のある油状物60.7g(81.5%)を与え
た。プロトンNMR(CDCl3、デルタ値):−0.3〜0.4(Si
Me、広いハンプ)、5.5〜6.2(SiVi、広いマルティプレ
ット)及び6.8〜7.8(SiPh、広いマルティプレット);S
iMe/SiVi/SiPhのモル比は、1.0/7.1/10.8であった。
B−炭化物組成物の計算。上記ポリマーのサンプルを、
例1、パートBにおけるのと同じ方法を用いて、1800℃
に加熱した。そのサンプルは48.1%の質量残率を有し、
そして62.2%の炭素を含んだ。次の計算を行なった:硬
化されたポリマー100gは、37.8%(差により)の珪素及
び62.2%の炭素から成るセラミック炭化物48.1gを与え
る。従って、その炭化物は、SiC26.0g(54.1%)及び炭
素22.1g(45.9%)から成る。従って、それぞれ1gのポ
リマーは、高温分解の後、SiC0.260g及び遊離炭素0.221
gを与える。
C−試験片の加工。5種の試験片を、シロキサンポリマ
ー2.001g、過酸化ベンゾイル0.041g及びIbiden SiC粉末
25.0g並びに例1と同じ硼素0.08gを含むブレンドから、
例1におけるのと同じ方法を用いて調製した。そのブレ
ンドの遊離炭素値は、1.7%であった。未処理試験片の
平均曲げ強度は、1.MPa(236psi)であった。次に、そ
の試験片を、例1と同じ加熱方法を用いてアルゴン下で
2098℃に加熱した。その加熱された試験片の平均密度は
3.16g/cm3(論理的に98.5%)であり;その平均曲げ強
度は260.6±104.8MPa(37.8±15.2ksi)であった。
例5:(PhSiO1.50.21(MeSiO1.50.29(PhViSiO)
0.50による焼結体の調製。
A−ポリマーの合成。トルエン50ml中、71.76g(0.35モ
ル)のPhViSiCl2、31.7g(0.15モル)のPhSiCl3及び29.
8g(0.20モル)のMeSiCl3の溶液を、水400m及びトルエ
ン250ml中、180gのNa2CO3の攪拌混合物に滴下した。添
加が完結した後、その反応混合物を室温で45分間攪拌し
た。2相が分離され、そして有機層を集め、そして真空
下で濃縮した。残留物(79.0g)を、トルエン88.7g中に
ぃ溶解し、そしてKOH0.10g上で還流した。すべての水が
Dean−Starkトラップを用いて除去された後、そのトル
エン溶液を室温に冷却し、そしてMeSiCl約1.0mlを添加
した。約1時間後、その溶液を、中ぐらいのガラスフリ
ットを通して濾過した。真空下でのその濾液の濃縮は、
粘着性のガム70.9g(83.8%の収率)を与えた。そのポ
リマーをトルエン150ml中に溶解し、そしてイソプロパ
ノール約1.5中に注いだ。沈殿したポリマーを集め、
そして約200℃及び133.3pa1トルで乾燥せしめた。プロ
トンNMR(CDCl3、デルタ値):−0.36〜0.40(SiMe、広
いシングレット)、5.5〜6.3(SiVi、広いシングレッ
ト)及び6.8〜7.8(SiPh、広いシングレット);SiMe/Si
Vi/SiPhのモル比は、1.0/1.86/2.78であった。
B−計算。上記ポリマーのサンプル(2.643g)を、(Me
HSiO)0.97(Me3SiO0.50.03流体(約20〜40センチス
トークの粘度)0.268g及びイソプロパノール中、0.1Mの
H2PtCl6の溶液2滴と共に混合した。その混合物を、室
温に下げる前、約2時間135℃で加熱し、ポリマーを架
橋した。残留物を10℃/分で1800℃に加熱し、そして室
温に冷却する前、アルゴン下で2時間、1800℃で維持し
た。そのサンプルは56.7%の質量残率を有し、そして5
0.3%の炭素を含んだ。次の計算を行なった:硬化され
たポリマー100gは、49.7%(差により)の珪素及び50.3
%の炭素から成るセラミック炭化物56.7gを与える。そ
の炭化物は、SiC40.25g(71.0%)及び炭素16.44g(29.
0%)から成る。従って、それぞれ1gのポリマーは、高
温分解の後、SiC0.403g及び遊離炭素0.164gを与える。
C−試験片の加工。上記データを用いて、次の混合物
が、1.4%の遊離炭素値及び0.3%の硼素により調製され
た:トルエン約10〜15ml中に溶解された上記シロキサン
ポリマー2.082gを、Ibiden SiC粉末23.65g、硼素0.073
g、(MeHSiO)0.97(Me3SiO0.50.03流体(約20〜40セ
ンチストークの粘度)0.217g及びイソプロパノール中、
0.1MのH2PtCl62〜3滴の共に混合し、そして濃縮ペース
トが得られるまで、硬化されたアルミナ乳鉢及び乳棒が
粉砕した。そのペーストを真空下で乾燥せしめ、残留溶
媒を除去した。その乾燥された粉末を乳鉢及び乳棒で粉
砕し、そして90μmのメッシュ篩を通した。その篩分け
された粉末を、試験片(35×8×2mm)に317.2MPa(46k
si)で成形した。その試験片を130℃で1時間、加熱
し、そのポリマーを架橋した。硬化の後、試験片は、7.
6±0.5MPa(1100±75psi)の平均曲げ強度を有した。そ
の硬化された試験片を10℃/分の速度で2100℃に加熱
し、そしてアルゴン雰囲気下で30分間、2100℃で維持し
た。6種の加熱された試験片の平均密度は、3.14±0.01
g/cm3(理論的に97.8%)であった。
例6:シロキサン/SiC混合物のホットプレス。
1.5%の遊離炭素値を有する篩分けされたシロキサン/Si
Cブレンドを、Ibiden SiC粉末150g、硼素0.6g、例2と
同じ方法により調製された式(PhSiO1.50.30(PhViSi
O)0.70のシロキサン12.0g及び過酸化ベンゾイル0.48g
の混合物をトルエン中でアトリッターにより粉砕するこ
とによって調製した。そのシロキサンは、高温分解の
後、シロキサン1g当たり遊離炭素0.197gを含んだ。溶媒
を、50℃以下で真空下で除去した。乾燥された混合物を
粉砕し、そして90μmの篩を通して集めた。この混合物
のサンプルを20℃/分でアルゴン下で2100℃に加熱し、
そして2100℃で1時間、維持した。この加熱循環じゅ
う、サンプルは27.6MPa(4ksi)の圧力下で維持され
た。得られたホットプレス体の密度は3.17g/cm3(理論
的に98.8%)であった。そのホットプレスされたサンプ
ルを断片化し、そしてMIL−STD−1942(MR)(1983年11
月21日)に従って試験片に機械加工した。その機械加工
された試験片の平均曲げ強度は620.5MPa(90ksi)であ
った。
例7:(PhSiO1.50.21(MeSiO1.50.43(PhViSiO)
0.36からの焼結体の調製。
A−ポリマーの合成。トルエン50ml中、50.8g(0.25モ
ル)のPhViSiCl2、31.7g(0.15モル)のPhSiCl3及び44.
8g(0.30モル)のMeSiCl3の溶液を、水400ml及びトルエ
ン250ml中、180gのNa2CO3の攪拌混合物に滴下した。添
加が完結した後その反応混合物を室温で45分間攪拌し
た。2相が分離され、そして有機層を集め、そして真空
下で濃縮した。残留物(75.2g)を、トルエン約150g中
に溶解し、そしてKOH0.103g上で還流した。すべての水
がDean−Starkトラップを用いて除去された後、そのト
ルエン溶液を室温に冷却し、そしてMe3SiCl約1.0mlを添
加した。約1時間後、その溶液を、0.2μmの膜フィル
ターを通して濾過した。真空下でその濾液を濃縮し、そ
してその残留物を150mlのトルエン中に溶解した。その
トルエン溶液を、イソプロパノール約1.5中に注い
だ。沈殿したポリマーを集め、そして約200℃及び133.3
pa(1トル)で乾燥せしめた。その収量は41.9g(54.8
%)であった。プロトンNMR(CDCl3、デルタ値):−0.
23〜0.60(SiMe、広いシングレット)、5.6〜6.4(SiV
i、広いシングレット)及び6.9〜8.0(SiPh、広いシン
グレット);SiMe/SiVi/SiPhのモル比は、2.7/1.0/1.1で
あった。GPC分子量(THF溶媒):Mw=4993及びMn=121
5。
B−計算。上記シロキサンポリマー1.841g及び過酸化ベ
ンゾイル0.035gのブレンドを、乳鉢及び乳棒により調製
した。そのブレンドを135℃に45分間、加熱し、シロキ
サンポリマーを架橋せしめた。次に、硬化されたシロキ
サンを、アルゴン下で1800℃(13℃/分で室温から1200
℃、5℃/分で1200から1800℃及び1800℃での30分間の
保持)に加熱した。そのサンプルは、50.0%の質量残率
を有し、そして49.0%の炭素を含んだ。次の計算を行な
った:硬化されたポリマー100gは、珪素51.0%(差によ
り)及び炭素49.0%から成るセラミック炭化物50.0gを
与える。その炭化物は、SiC36.4g(72.8%)及び炭素1
3.6g(27.2%)から成る。従って、それぞれ1gのポリマ
ーは、高温分解の後、SiC0.36×g及び遊離炭素0.136g
を与える。
C−試験片の加工。上記パートBの計算及び次の方法を
用いて、1.8%の遊離炭素値を有するシロキサン/SiC混
合物を調製した:上記シロキサンポリマー3.391gを、Ib
iden SiC粉末23.333g及び硼素0.075g並びに過酸化ベン
ゾイルと共に、濃縮ペーストが得られるまで、硬化され
たアルミナ乳鉢及び乳棒で混合した。そのペーストを真
空下で乾燥せしめ、残留溶媒を除去した。その乾燥され
た粉末を乳鉢及び乳棒で粉砕し、そして次に90μmのメ
ッシュ篩を通した。その篩分けされた粉末を、317.2MPa
(46ksi)で試験片(35×8×2mm)に乾燥成形した。そ
の未加工試験片は、7.2±1.1MPa(1050±166psi)の平
均曲げ強度を有した。その試験片を75℃で1.5時間硬化
した;その平均曲げ強度は11.9±0.7MPa(1720±107ps
i)に高められた。次にその試験片を、次の温度プログ
ラムを用いてアルゴン下で2050℃に加熱した:11.2℃/
分で室温から300℃、10℃/分で300℃から550℃、6℃
/分で550℃から700℃、32.4℃/分で700℃から1350
℃、30℃/分で1350℃から2050℃及び2050℃での30分間
の保持。加熱された試験片の平均密度は、2.99g/cm
2(理論的に93.1%)であった。その加熱された試験片
は、237.2±28.9MPa(34.4±4.2ksi)の平均曲げ強度を
有した。
例8:(PhSiO1.50.31(MeSiO1.50.46(PhViSiO)
0.23からの焼結体の調製。
トルエン50ml中、30.5g(0.15モル)のPhViSiCl2、42.3
g(0.20モル)のPhSiCl3及び44.8g(0.30モル)のMeSiC
l3の溶液を、水400ml及びトルエン250ml中、180gのNa2C
O3の攪拌混合物に滴下した。添加が完結した後、その反
応混合物を室温で45分間攪拌した。2相が分離され、そ
して有機層を集め、そして真空下で濃縮した。残留物
(71.3g)を、トルエン189.5g中に溶解し、そしてKOH0.
129g上で還流した。すべての水がDean−Starkトップを
用いて除去された後、そのトルエン溶液を室温に冷却
し、そしてMe3SiCl約1.0mlを添加した。約1時間後、そ
の溶液を、0.2μmの膜フィルターを通して濾過した。
その濾液を真空下で濃縮し、そしてその残留物を200℃
及び133.3Pa(1トル)で乾燥せしめた。収量は40.0g
(58.7%の収率)であった。GPC分子量(THF溶媒):Mw
=9011、Mn=1540。
B−計算。上記シロキサンポリマー1.740g及び過酸化ベ
ンゾイル0.068gのブレンドを、乳鉢及び乳棒により調製
した。そのブレンドを170℃に15分間、加熱し、シロキ
サンポリマーを架橋せしめた。次に、架橋されたポリマ
ーを、アルゴン下で1900℃(13℃/分で室温から1200
℃、5℃/分で1200から1900℃及び1900℃での2時間の
保持)に加熱した。そのサンプルは、44.4%の質量残率
を有し、そして43.8%の炭素を含んだ。
C−試験片の加工。1.5%の遊離炭素値を有するシロキ
サン/SiCブレンドを、次の方式を用いて調製した:約10
〜15mlのトルエン中に溶解された上記シロキサンポリマ
ー4.409g及び過酸化ベンゾイル0.176gを、Ibiden SiC粉
末23.042g及び硼素0.100gと共に、濃縮ペーストが得ら
れるまで、硬化されたアルミナ乳鉢及び乳棒で混合し
た。そのペーストを真空下で乾燥せしめ、残留溶媒を除
去した。その乾燥された粉末を乳鉢及び乳棒で粉砕し、
そして次に90μmのメッシュ篩を通した。篩分けされた
粉末を、317.2MPa(46ksi)で試験片(35×8×2mm)に
乾燥成形した。その未加工試験片は、9.5±1.5MPa(137
6±224psi)の平均曲げ強度及び2.21g/cm3の平均密度を
有した。その試験片を例7(パートC)におけるのと同
じ温度プログラムを用いてアルゴン雰囲気下で2050℃に
加熱した。加熱された試験片の平均密度は、3.11g/cm3
(理論的に96.9%)であった。その加熱された試験片
は、288±50.0MPa(41.8±7.4ksi)の平均曲げ強度を有
した。
例9:(PhSiO1.50.75(Me2ViSiO0.50.25及びPh2Si
(OSiMe2H)からの焼結体の調製。
A−ポリマーの合成。3960gのPhSi(OMe)及び620gの
(ViMe2Si)2Oの混合物を、水800g中、トリフルオロメ
タンスルホン酸3gの溶液に添加した。その反応混合物を
室温で約20分維持し、そして5時間還流した。次にその
反応混合物を室温に冷却し、そして炭酸カリウム2.73g
により中和した。反応混合物の温度が120℃に達するま
で、揮発物を蒸留により除去した。反応混合物を室温に
冷却し、この時点で、トルエン1500g及び3%KOH水溶液
125.7gを添加した。次に水をDean−Starkトラップを用
いて除去した。水が完全に除去された後、その反応混合
物を室温に冷却し、この時点で、Me2ViSiCl20mlを添加
した。室温で約2時間攪拌した後、反応混合物を0.2μ
m膜フィルターに通し濾過し、そしてその濾液を回転蒸
発器を用いて濃縮した。残留物を、100℃及び133.3Pa
(1トル)で約1〜2時間、乾燥せしめた。単位式(Ph
SiO1.50.75(M2ViSi0.50.25の樹脂の収量は、3053.
3g(95.4%の収率)であった。GPC分子量(THF溶媒):M
w=1803、Mn=806。
B−計算。(1)上記樹脂14.85g、5.16gのPh2Si(OSiM
e2H)及び触媒A0.01gのブレンドを調製した。触媒A
は、オクタデシルジメチルアミン0.09g、0.351gの((C
4H93P)2PtCl2及びトルエン32.7gから成った。このブ
レンドのサンプルを120℃で1時間、架橋した。このサ
ンプルを、例8におけるのと同じ方法を用いてアルゴン
下で1900℃に加熱した。そのサンプルは、44.9%の質量
残率を有し、そして炭素53.4%を含んだ。次の計算を行
なった:硬化されたポリマー100gは、珪素46.6%(差に
より)及び炭素53.4%から成るセラミック炭化物44.9g
を与える。その炭化物は、SiC29.9g(66.6%)及び炭素
15.0g(33.4%)から成る。従って、それぞれ1gのポリ
マーは、高熱分解の後、SiC0.299g及び遊離炭素0.150g
を与える。
(2)上記樹脂16.21g、3.80gのPh2Si(OSiMe2H)
び触媒A0.594gのブレンドを調製した。このブレンドの
サンプルを120℃で1時間、架橋した。このサンプル
を、例8におけるのと同じ方法を用いてアルゴン下で19
00℃に加熱した。そのサンプルは、47.4%の質量残率を
有し、そして炭素48.8%を含んだ。次の計算を行なっ
た:硬化されたポリマー100gは、珪素48.8%(差によ
り)及び炭素51.2%から成るセラミック炭化物47.4gを
与える。その炭化物は、SiC33.0g(69.7%)及び炭素1
4.4g(30.3%)から成る。従って、それぞれ1gのポリマ
ーは、高熱分解の後、SiC0.330g及び遊離炭素0.144gを
与える。
C−試験片の加工。(1)上記樹脂29.7g、10.32gのPh2
Si(OSiMe2H)及び触媒A(白金含有触媒である、オ
ルガノポリシロキサンのための硬化剤である)0.594gの
ブレンドを調製した。そのブレンドは、1.5%の遊離炭
素値を有した。このブレンドのサンプル(5.000g)を、
トルエン約10〜15mlに溶解し、そしてIbiden SiC粉末4
7.6g及び硼素0.15gと共に、濃縮ペーストが得られるま
で、硬化されたアルミナ乳鉢及び乳棒で混合した。その
ペーストを真空下で乾燥せしめ、残留溶媒を除去した。
その乾燥された粉末を乳鉢及び乳棒で粉砕し、そして次
に90μmのメッシュ篩を通した。篩分けされた粉末を、
241.3MPa(35ksi)で試験片(35×8×2mm)に乾燥成形
した。その未加工試験片は、4.3±0MPa622±145psiのps
iの平均曲げ強度及び2.04g/cm3の平均密度を有した。そ
の試験片を135℃で15時間加熱し、ポリマーを架橋し
た。その硬化された試験片は、13.9±3.0MPa(1990±43
3psi)の平均曲げ強度及び2.04g/cm3の平均密度を有し
た。次にその試験片を、15℃/分でアルゴン下で2075℃
に加熱し、そして2075℃で30分間維持した。加熱された
試験片の平均密度は、3.15/cm3(理論的に98.1%)であ
った。その加熱された試験片は、377.1±59.3MPa(54.7
±8.6ksi)の平均曲げ強度を有した。
(2)上記パートC(1)で調製された未架橋ブレンド
のサンプル(3.215g)を、トルエン中、Ibiden SiC粉末
23.4g及び硼素0.106gと共に混合した。そのブレンドは
1.9%の遊離炭素値を有した。試験片を上記パートC
(1)と同じ方法を用いて調製し、そしてそれは未処理
状態で2.15g/cm3の密度を有した。その未処理試験片
を、135℃で3日間加熱し、ポリマーを架橋せしめた。
その後、その試験片は21.1±2.3MPa3065±339psiの平均
曲げ強度を有した。その硬化された試験片を、次の温度
プログラムを用いて2075℃に加熱した:17.3℃/分で室
温から520℃、9.3℃/分で520℃から800℃、11.1℃/分
で800℃から1100℃、1.7℃/分で1100℃から1300℃、2
5.8℃/分で1300℃から2075℃及び2075℃で30分間の保
持。加熱された試験片の平均密度は3.15g/cm3(理論的
に98.1%)であった。その加熱された試験片は、335.8
±42.7MPa(48.7±6.2ksi)の平均曲げ強度を有した。
(3)上記(PhSiO1.50.75(Me2ViSiO0.50.25樹脂2
9.7g、10.32gのPh2Si(OSiMe2H)及び触媒B0.594gの
ブレンドを調製した。触媒Bは、0.182gのHOCH2CH2N
H2、1.00gの((C4H93P)2PtCl2及びトルエン100gか
ら成った。ヘキサン中、この未架橋ブレンド(5.25g)
及び分散剤(Chevron ChemicalからのOLOA 1200)2.0g
の溶液を、Superior Graphite SiC粉末50g及び硼素0.5g
と共に、濃縮ペーストが得られるまで、硬化されたアル
ミナ乳鉢及び乳棒で混合した。そのブレンドは、1.4%
の遊離炭素値を有した。残留溶媒を真空下で除去した。
その乾燥された粉末を粉砕し、そして90μmのスクリー
ンを通した。篩分けされた粉末を344.7MPa(50ksi)で
試験片(7.7×35.9×15mm)に一軸成形した。未処理試
験片の密度は2.27±0.02g/cm3であった。その試験片を
次のプロフィールを用いてアルゴン下で2075℃に加熱し
た:25℃/分で室温から1400℃、1400℃で30分間の保
持、15℃/分で1400℃から2075℃及び2075℃での30分間
の保持。加熱されたサンプルの密度は、平均3.14±0.02
g/cm3(理論的に97.8%)であった。機械処理(MIL−ST
D−1942(MR)(1983年11月21日)による)の後、その
曲げ強度は、平均333.0±51.7MPa(48.3±7.5ksi)であ
った。
(4)ヘキサン150ml中、上記単位式 (PhSiO1.50.75(Me2ViSi0.50.25の樹脂4.14g、1.1
1gのPh2Si(OSiMe2H)及び触媒C5滴の溶液を、Starck
A10 SiC粉末50g及び硼素0.25gと共に10分間超音波混合
し、1.5%の遊離炭素値を有するブレンドを得た。触媒
Cは、0.11gのHOCH2CH2NH2、0.10gの((C4H93P)2Pt
Cl2及びトルエン10gから成った。溶媒を真空下で除去
し、そして残留物を60メッシュの篩に通した。篩分けさ
れた粉末を、種々の圧力で試験片に一軸成形した。試験
片を、上記パートC(4)に記載されるのと同じ温度を
用いて、2020℃及び2075℃に加熱した。次の結果が得ら
れた: (5)ヘキサン150ml中、上記単位式 (PhSiO1.50.75(Me2ViSi0.50.25の樹脂4.14g、1.1
1gのPh2Si(OSiMe2H)及び触媒C5滴の溶液を、Starck
A10 SiC粉末50g及び硼素0.25gと共に10分間超音波混合
し、1.5%の遊離炭素値を有するブレンドを得た。触媒
Cは、0.11gのHOCH2CH2NH2、0.10gの((C4H93P)2Pt
Cl2及びトルエン10gから成った。溶媒を真空下で除去
し、そして残留物を60メッシュの篩に通した。篩分けさ
れた粉末を、種々の圧力で試験片に一軸成形した。試験
片を、上記パートC(4)に記載されるのと同じ温度を
用いて、2020℃及び2075℃に加熱した。次の結果が得ら
れた: (6)上記C(5)におけるのと同じブレンド及び方法
を用いて試験片を調製した。但し、Ibiden SiC粉末が使
用された。試験片を調製するための圧力は変更された。
試験片は、150℃で17時間、アルゴン雰囲気下で硬化さ
れた。次の結果が得られた: (7)ヘキサン450ml中、上記単位式 (PhSiO0.50.75(Me2ViSi0.50.25の樹脂4.57g、1.5
9gのPh2Si(OSiMe2H)及び触媒B0.1111gの溶液を、Ib
iden SiC粉末44.75g及び酸化アルミニウム0.503gと共に
10分間超音波混合した。得られたブレンドは、1.9%の
遊離炭素値を有した。触媒Bは、上記パートC(3)に
記載される。溶媒を真空下で除去し、そして残留物を25
0μmのスクリーンに通した。篩分けされた粉末を、31
7.2MPa(47ksi)で試験片に一軸成形した。その試験片
を200℃で18時間、空気中で硬化した。その硬化された
試験片は、2.19±0.01g/cm3の平均密度及び17.9±1.5MP
a(2601±224psi)の曲げ強度を有した。次に、その試
験片を、アルゴン雰囲気下で15℃/分で2075℃(1400℃
及び2075℃で30分の保持を含む)に加熱した。その加熱
された試験片の平均密度は、2.76g/cm3(理論的に86
%)であった。
(8)上記樹脂3.53g、1.22gのPh2Si(OSiMe2H)、触
媒B 0.105g、Ibiden SiC粉末44.75g及び炭化硼素粉末0.
50gから、上記C(7)と同じ方法を用いて試験片を調
製し;その試験片を、上記C(7)におけるように硬化
し、そして2075℃に加熱した。硬化された(加熱されて
いない)試験片は、2.13±0.01g/cm3の平均密度及び16.
7±1.7MPa2417±256psiの曲げ強度を有した。加熱され
た試験片の平均密度は、3.14g/cm3(理論的に98%)で
あった。
(9)上記樹脂3.53g、1.22gのPh2Si(OSiMe2H)、触
媒B 0.105g、Ibiden SiC粉末44.75g及び窒化アルミニウ
ム0.503gから、上記C(7)と同じ方法を用いて試験片
を調製し;その試験片を、上記C(7)におけるように
硬化し、そして2075℃に加熱した。硬化された(加熱さ
れていない)試験片は、2.23±0.02g/cm3の平均密度及
び29.1±0.8MPa(4224±110psi)の曲げ強度を有した。
加熱された試験片の平均密度は、2.70g/cm3(理論的に8
4%)であった。
(10)上記樹脂3.53g、1.22gのPh2Si(OSiMe2H)、触
媒B 0.105g、Ibiden SiC粉末44.75g及び酸化アルミニウ
ム0.250gから、上記C(7)と同じ方法を用いて試験片
を調製し;その試験片を、上記C(7)におけるように
硬化し、そして2075℃に加熱した。硬化された(加熱さ
れていに)試験片は、2.11±0.02g/cm3の平均密度及び1
5.9±1.2MPa(2300±168psi)の曲げ強度を有した。加
熱された試験片の平均密度は、2.76g/cm3(理論的に86
%)であった。
例10:(PhSiO1.50.50(C3H7SiO1.50.15(Me2Visi
O)0.35及びPhSi(OSiMe2H)からの焼結体の調製。
A−ポリマーの合成。152.5gのPhSi(OMe)、37.9gの
C3H7Si(OMe)及び50.1gの(ViMe2Si)2Oの混合物
を、水54g及びトリフルオロメタンスルホン酸0.16gの溶
液に添加した。その反応混合物を室温で約20分間維持
し、そして4時間還流した。次にその反応混合物を室温
に冷却し、そして炭酸カリウム0.18gにより中和した。
反応混合物の温度が120℃に達するまで、揮発物を蒸留
により除去した。反応混合物を室温に冷却し、この時点
で、トルエン700g及び3%KOH水溶液6.2gを添加した。
次に水をDean−Strkトラップを用いて除去した。水が完
全に除去された後、その反応混合物を室温に冷却し、こ
の時点で、Me2ViSiCl 1mlを添加した。室温で約2時間
攪拌した後、反応混合物を焼結ガラスフィルターに通し
濾過し、そしてその濾液を回転蒸発器を用いて濃縮し
た。残留物を、100℃及び133.3Pa(1トル)で乾燥せし
めた。収量は155.2gであった。プロトンNMR(d8−トル
エン、デルタ値):0.04〜0.6(SiMe、白いシングレッ
ト)、0.7〜2.1(SiC3H7、広いハンプ)、5.7〜6.3(Si
Vi、広いマルチプレット)及び6.8〜8.4(SiPh、広いマ
ルチプレット);SiMe/SiC3H7/SiVi/SiPhのモル比は、2.
1/1.4/1.0/3.3であった。GPC分子量(THF溶媒):Mw=12
48、Mn=867。
B−計算。上記樹脂5.00g、1.73gのPhSi(OSiMe2H)
及び触媒B0.069gのブレンドを調製した。触媒Bは、0.1
82gのHOCH2CH2NH21.00gの((C4H93P)2PtCl2及びト
ルエン100gから成った。このブレンドのサンプルを200
℃で2時間、架橋した。この架橋されたポリマーを、約
15℃/分の速度でアルゴン下で1900℃に加熱し、そして
1900℃で2時間維持した。そのサンプルは27.6%の質量
残率を有し、そして炭素40.8%を含んだ。次の計算を行
なった:硬化されたポリマー100gは、珪素59.2%(差に
より)及び単40.8%から成るセラミック炭化物27.6gを
与える。その炭化物は、SiC23.3g(84.6%)及び炭素4.
3g(15.4%)から成る。従って、それぞれ1gのポリマー
は、高熱分解の後、SiC 0.233g及び遊離炭素0.043gを与
える。
C−試験片の加工。上記樹脂25.00g、8.65gのPhSi(OSi
Me2H)及び触媒B 0.345gを含むブレンドを調製した。
このブレンド(25.02g)を、Ibiden SiC粉末74.7g及び
非晶質硼素0.3gと共に、濃縮ペーストが得られるまで、
Brabender混合チャンバー中で混合した。そのブレンド
は、1.3%の遊離炭素値を有した。いくつかのサンプル1
0gを、6.9MPa(1000psi)のラム圧、12.4MPa(1800ps
i)の型締圧及び5分間のトランスファーサイクルを用
いて、スパイラルフロー金型中で110℃でトランスファ
ー成形した。8.5インチのスパイラルフローが得られ
た。2個のサンプル36gを、同じ成形状件を用いて、12
−キャビティ試験片型(それぞれのキャビティは6.2×3
7.8×2.5mmであった)中で成形した。その成形された試
験片を205℃で2時間硬化した。その硬化された試験片
は35.8±5.2MPa(5187±758psi)の平均曲げ強度を有し
た。その試験片を、1〜2℃/分で2075℃に加熱し、そ
して2075℃で30分間維持した。その加熱された試験片の
平均密度は3.09g/cm3(理論的に96.3%)であった。そ
の加熱された試験片は、178.6±115.8MPa(25.9±16.8k
si)の平均曲げ強度を有した。
例11:(PhSiO1.50.27(MeSiO1.50.18(Me2SiO)
0.18(MeViSiO)0.25(Ph2SiO)0.12からの焼結体の調
製。
A−ポリマーの合成。排水コック、温度計、冷却器、一
般の機械攪拌機及び追加の漏斗を備える5の三つ口フ
ラスコに、水1790g及びイソプロピルアルコール324gを
添加した。トルエン792g中に溶解された134.6g(0.90モ
ル)のMeSiCl3、116.1g(0.90モル)のMe2SiCl2、285.5
g(1.35モル)のPhSiCl3、151.8g(0.60モル)のPh2SiC
l2及び176g(1.25モル)のMeViSiCl2の混合物を、15分
間にわたって水面下に添加した。この添加の間、反応温
度が45℃に上昇した。その反応混合物を、5分間攪拌し
た。集められた有機層を、温水により2度洗浄し、そし
て次に共沸乾燥せしめ、そしてオクタン酸亜鉛(ポリマ
ーの合計重量に基づいて0.1%)により増粘せしめた。
溶媒を除去し、そして樹脂を150℃及び2.7ksi(20ト
ル)で乾燥せしめた。生成物の収量は、535g(91.2%)
であった。
B−計算。1%過酸化ジクミルと共に混合された上記ポ
リマーのサンプルを、200℃で1時間硬化した。その硬
化されたポリマーを15℃/分の速度でアルゴン下で1900
℃に加熱し、そして1900℃で2時間保持した。そのサン
プルは、43.7%の質量残率を有し、そして炭素40.6%を
含んだ。次の計算を行なった:硬化されたポリマー100g
は、珪素59.4%(差により)及び炭素40.6%から成るセ
ラミック炭化物43.7gを与える。その炭化物は、SiC37.1
g(84.9%)及び炭素6.6g(15.1%)から成る。従っ
て、それぞれ1gのポリマーは、高温分解の後、SiC0.371
g及び遊離炭素0.066gを与える。
C−試験片の加工。Ibiden SiC 76.1g、硼素0.34g、ス
テアリン酸亜鉛0.51g及び上記樹脂27.02gを、均質混合
物が得られるまで、Brabender混合チャンバー中におい
て110℃で混合した。その混合物は2.0%の遊離炭素値を
有した。その混合物を、6.9MPa(1000psi)のラム圧及
び127MPa(1850psi)の型締圧で177℃で12−キャビティ
試験片型(それぞれのキャビティは6.2×37.8×2.5mmで
あった)中でトランスファ成形した。その試験片を型か
ら除き、そして205℃で1.5時間さらに硬化した。その硬
化された試験片は、14.1±4.4MPa(2045±645psi)の平
均曲げ強度を有した。その試験片を次の温度プログラム
を用いて2075℃に加熱した:3℃/分で室温から180℃、
0.5℃/分で180℃から700℃、1.5℃/分で700℃から140
0℃、1400℃で30分間の保持、20℃/分で1400℃から207
5℃及び2075℃で30分間の保持。その炉を、10℃/分で2
075℃から600℃に冷却した。加熱された試験片は、288.
9±39.9MPa(41.9±5.8ksi)の平均曲げ強度及び3.07g/
cm3(理論的に95.6%)の平均密度を有した。
例12:(PhMeSiO)0.33(MeHSiO)0.61(Me3SiO0.5
0.06及び(PhSiO1.50.34(ViSiO1.5033(Me2ViSiO
0.50.33による焼結体の調製。
A−ポリマーの合成。
ポリマーA:(PhMeSiO)0.33(MeHSiO)0.61(Me3Si
O0.50.06。77.0gのPhSi(OMe)、MeHSiCl2の加水分
解により得られたシロキサン流体63.4g、ヘキサメチル
ジシロキサン8.02g及びトリフルオロメタンスルホン酸
0.2gの混合物を、トルエン170g中に溶解した。その反応
混合物を4時間還流し、そして副生成物の水を共沸蒸留
により除去した。室温に冷却した後、その反応混合物を
K2CO3により中和し、そしてその溶液を焼結ガラスフリ
ットを通して濾過した。溶媒の除去の後、低粘性流体12
9.8g(87.0%の収率)が得られた。
ポリマー2:(PhSiO1.50.33(ViSiO1.50.33(Me2ViS
iO0.50.33。495.1g(2.5モル)のPhSi(OMe)、370
g(0.25モル)のViSi(OMe)、232.5g(1.25モル)の
(Me2ViSi)2O、蒸留水270g及びトリフルオロメタンス
ルホン酸0.7gの混合物を4時間還流した。その反応混合
物を、室温に冷却し、そして0.72gのK2CO3により中和し
た。反応混合物の温度を120℃に達するまで、揮発物を
蒸留により除去した。室温に冷却した後、3%水性KOH3
4.0g及びトルエン400gを添加した。次に、水を共沸蒸留
により除去した。次に、その反応を10mlのMe2ViSiClと
共に急冷した。溶媒の濾過及び除去後、透明な残留物65
0g(86.4%の収率)を得た。プロトンNMR(CDCl3、デル
タ値):−0.2〜0.3(SiMe、オーバーラップのシングレ
ット)、5.4〜6.1(SiVi、広いマルチプレット)及び6.
8〜7.9(SiPh、広いマルチプレット);SiMe/SiVi/SiPh
のモル比は1.0/2.1/1.2であった。GPC分子量(THF溶
媒):Mw=863、Mn=1641。
B−計算。4.06gのポリマー1、5.00gのポリマー2及び
触媒B(例10に記載される)0.13gのブレンドを調製し
た。そのポリマー混合物を、200℃で4〜5時間、架橋
し、そして次に、次の温度プログラムを用いてアルゴン
下で1900に加熱した:11℃/分で室温から1000℃、4.4℃
/分で1000℃から1900℃及び1900℃で2時間の維持。そ
のサンプルは50.8%の質量残率を有し、そして38.8%の
炭素を含んだ。次の計算を行なった:硬化されたポリマ
ー100gは、珪素61.2%(差により)及び炭素38.8%から
成るセラミック炭化物50.8gを与える。その炭化物は、S
iC44.4g(87.4%)及び炭素6.4g(12.6%)から成る。
従って、それぞれ1gのポリマーは、高温分解の後、SiC
0.444g及び遊離単0.064gを与える。
C−試験片の加工。11.96gのポリマー1、14.73gのポリ
マー2、触媒B0.51g、Ibiden SiC79.8g及び硼素0.32gの
ブレンドを、均質ペーストが得られるまでBrabender混
合チャンバー中で配合した。そのブレンドは、1.8%の
遊離炭素値を有した。このブレンドのサンプル10gを、1
50℃でスピラルフロー金型中でトランスファー成形し;
6.9MPa(1000psi)のラム圧及び12.7MPa(1850psi)の
型締圧で、13.5インチの流れが得られた。試験片(6.2
×37.8×6.2mm)を、同じ成形条件及び12−キャビティ
試験片型を用いて調製した。その試験片を、200℃で16
時間さらに硬化した。その硬化された試験片は、26.8±
7.9MPa(3900±1150psi)の平均曲げ強度を有した。そ
の試験片を、次の温度プロフィールを用いてアルゴン下
で2049℃に加熱した:4.9℃/分で室温から490℃、4.7℃
/分で490℃から1050℃、4.3℃/分で1050℃から2049℃
及び2049℃での30分間の維持。14種の加熱された試験片
の平均密度は、3.10g/cm3(理論的に96.6%)であっ
た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−73907(JP,A) 特開 昭53−72020(JP,A) 特開 昭55−80712(JP,A)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】有機珪素ポリマー、炭化水素粉末及び金属
    含有焼結助材を均質混合物として含んで成る組成物であ
    って: (1)前記有機珪素ポリマーが: (i)一般構造式[R3SiO0.5],[R2SiO],[RSi
    O1.5]及び[SiO2](ここで、個々のRは、水素、1〜
    20個の炭素原子を含むアルキル基、フェニル基及びビニ
    ル基から成る群から独立して選択される)で表わされる
    単位を含み; (ii)1800℃又はそれ以上の温度での熱分解によりオル
    ガノポリシロキサンに由来する炭化物の合計重量に基づ
    いて遊離炭素少なくとも10重量%を有するセラミック炭
    化物20重量%以上の収率を有するセラミック材料に転換
    され得、且つ、前記セラミック炭化物は前記温度で重量
    の実質的な上昇を有さない安定したセラミック炭化物で
    あり; ;そして (iii)炭化珪素粉末、及びオルガノポリシロキサンに
    由来する炭化物のと合計重量に基づいて、混合物中の遊
    離炭素値が0.2重量%以上であるようなレベルで存在す
    る、硬化性オルガノポリシロキサンであり; (2) 前記金属含有焼結助材が炭化珪素粉末の重量に
    基づいて金属0.1〜3.0重量%の量で前記混合物に存在
    し;そして (3) オルガノポリシロキサン硬化剤がさらに有効量
    で存在することを特徴とする組成物。
  2. 【請求項2】前記オルガノポリシロキサンが単位式[Ph
    SiO1.5][MeSiO1.5][PhViSiO](ここでPhはフェニ
    ル基であり、Meはメチル基であり、そしてViはビニル基
    であり、[PhSiO1.5]単位が10〜90モル%で存在し[Me
    SiO1.5]単位が0〜50モル%で存在し、そして[PhViSi
    O]単位が10〜90モル%で存在する)により記載される
    請求項1記載の組成物。
  3. 【請求項3】取扱いできる未処理体を形成するための方
    法であって: (a)請求項1に記載される組成物を調製し; そして (b)500℃以下の温度で圧力下で所望する形状に前記
    組成物を形成することを含んで成る方法。
  4. 【請求項4】前記取扱いできる未処理体が硬化にゆだね
    られる請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】炭化珪素の焼結体の調製方法であって: (a)請求項3又は4記載の方法に従って取扱いできる
    未処理体を形成し;そして (b)その後、2.4g/cm3以上の密度を有する炭化珪素の
    焼結体を得るために1900℃以状の温度で不活性雰囲気下
    で前記取扱いできる未処理体を焼結することを含んで成
    る方法。
JP1246583A 1988-09-26 1989-09-25 炭化珪素と共に充填された硬化性オルガノポリシロキサン及びそれからのひじょうに強化された焼結体 Expired - Lifetime JPH0747692B2 (ja)

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