CN107108234B - 基于聚硅氧碳的碳化硅材料、应用和器件 - Google Patents

Abstract

有机硅化学、聚合物衍生的陶瓷材料和方法。用于制备具有3个9、4个9、6个9或更高纯度的聚硅氧碳(SiOC)和碳化硅(SiC)材料的材料和方法。使用所述高纯度SiOC和SiC的方法和制品。

Description

基于聚硅氧碳的碳化硅材料、应用和器件

本申请要求：(i)根据35U.S.C.§119(e)(1)，申请日为2014年9月25日的美国临时申请No：62/055,397的优先权；(ii)根据35U.S.C.§119(e)(1)，申请日为2014年9月25日的美国临时申请No：62/055,461的优先权；(iii)根据35U.S.C.§119(e)(1)，申请日为2014年9月25日的美国临时申请No：62/055,497的优先权；和(iv)根据35U.S.C.§119(e)(1)，申请日为2015年2月4日提交的美国临时申请No：62/112,025的优先权，其各自的的全部披露内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及聚有机组合物、方法、结构和材料；聚合物衍生的预制陶瓷材料和陶瓷材料及方法；尤其是聚硅氧碳(polysilocarb)组合物、方法、结构和材料。本发明还涉及用于制造碳化硅(SiC)和SiC组合物的方法以及制备这些产物的结构、组件、材料和装置；用于制造碳化硅(SiC)和SiOC组合物的方法以及用于制备这些产物的结构、组件、材料和装置；尤其是涉及由聚硅氧碳材料制成的SiC。聚硅氧碳材料和用于制造这些材料的方法在美国专利申请No：14/212,896,14/324,056,14/268,150和14/634,819中有公开和教导。其各自的全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

由碳硅烷或聚碳硅烷(Si-C)，硅烷或聚硅烷(Si-Si)，硅氮烷或聚硅氮烷(Si-N-Si)，碳化硅(SiC)，碳硅氮烷或聚碳硅氮烷(Si-N-Si-C-Si)，硅氧烷或聚硅氧烷(Si-O)制成的材料或来源于这些物质的材料是已知的。这些一般类型的材料具有巨大但未实现的前景；并没有发现大规模的应用或市场接受度。相反，他们的使用已经被降低到非常狭窄、有限、低容量、高价格和非常特定的应用，例如，火箭喷嘴中的陶瓷部件或航天飞机的贴片。因此，它们作为陶瓷未能获得广泛使用，并且相信它们在其他应用中获得甚至更少的认可和使用。

或多或少地，所有这些材料和用于制备这些材料的工艺遭受一项或多项失败，这些失败包括：例如，它们非常昂贵和难以制造，成本在每磅成千上万美元；它们需要高纯度和非常高纯度的起始原料；这些工艺通常不能生产具有高纯度的材料；这些工艺需要有害的有机溶剂(如，甲苯，四氢呋喃(THF)和己烷)；这些材料不能制造具有任何可用强度的非增强(non-reinforced)结构；这些工艺产生不希望的和有害的副产物，如可能含有镁的盐酸和污泥；这些工艺需要多种基于与固化和热解步骤相结合的反应步骤的溶剂和反应物；这些材料不能形成有用的预浸材料；并且它们的整体物理性质是混合的，例如，良好的温度性能但是非常易碎。

结果，虽然相信有很大的希望，但这些类型的材料未能找到大规模应用或市场接受度，并且基本上仍然停留在科学探索阶段。

碳化硅(SiC)是硅(Si)和碳(C)的化合物，具有广泛的用途，应用和潜在的未来用途。尤金·艾奇逊(Eugene Acheson)通常被认为开发了第一种制造碳化硅的商业方法，这些方法在美国专利号492,767和560,291中被教导和公开，其各自的全部公开内容在此通过引用并入本文。碳化硅是一种高度通用的材料。碳化硅可以具有多种形式，例如，无定形，具有许多不同多型体的结晶，以及形成单晶结构和多晶结构。除其它用途外，碳化硅可用于研磨剂，摩擦元件和电子器件。可以通过烧结操作将碳化硅粉末、细粒、丸粒或其它较小尺寸和形状的形式连接在一起以形成组件和结构。

通常，碳化硅可用作半导体。作为一种材料，它非常稳定。碳化硅是非常硬的材料。它基本上是化学惰性的，并且在室温下不会与任何物质反应。

近年来，对于高纯度碳化硅的需求，尤其是用于终端产品(例如，半导体)的高纯度单晶碳化物材料的需求一直在增加，但是相信未得到满足。例如，“单晶作为高频和高功率碳化硅电子器件的基底越来越重要”(Wang等人，SynthesisofHighPowerSicPowderforHigh-resistivitySiCSinglecrystalsGrowth,p118(J.Mater.Sci.Technol.Vol.23,No1,2007)(以下称为Wang))。为了获得这些高纯度碳化硅末端产品，作为起始原料或原料的碳化硅粉末必须非常纯净。然而，“大部分商购的SiC粉末通常是通过二氧化硅的碳热还原来合成；遗憾地是，它通常被污染到使其不适合SiC生长的水平”(Wang,p118)。

Zwieback等人在2013/0309496(“Zwieback”)中也已经认识到获得高纯度碳化硅的长期需要以及本领域不能提供可行(从技术上和经济角度出发)的方法获得这些材料的问题，该文献提供了“高纯SiC源材料的可获得性对于SiC单晶的生长通常是重要的，并且对于半绝缘SiC晶体是至关重要的”(Zwieback在

)。Zwieback继续指出，包括基于液体的方法在内的现有方法一直不能满足这一需求：“虽然多年来已经发展了许多Acheson工艺的改进，但所生产的SiC材料总是含有高浓度的硼、氮铝和其他金属，并不适合作为半导体品质SiC晶体生长的源材料”(Zwieback在

)；“通过CVD制造的商业级块状SiC用作SiC晶体生长中的源材料不足够纯”(Zwieback

)；“液体工艺生产的SiC材料含有高浓度的污染物，不适用于半导体品质SiC晶体的生长”(Zwieback在0011)；并且，SiC的直接合成提供了“妨碍该材料的使用”的不纯净物质(Zwieback在

)。Zwieback本身力图通过看起来像是复杂和多步骤版本的直接工艺来解决这一长期需求，以提供更高纯度的Sic。相信这个工艺在技术上或经济上都不可行，因此其无法解决提供商业级别的高纯度SiC的长期需求。

因此，尽管还有其它已知的获得碳化硅的方法，但是认为这些方法中没有一个提供了必要的技术、容量和经济可行性来提供商业应用和用途所需的纯度水平、量和低成本；尤其是满足半导体级别材料和其它发展中的商业应用和用途的不断增长的需求。“在这些合成方法中，只有CVD已经成功地用于生产高纯度SiC粉末，由于与CVD技术相关的高成本，所以这种方法不适合大量生产”(Wang,p.118)。

CVD通常指化学气相沉积。CVD是一种气相沉积技术。除了CVD之外，气相沉积技术还包括PVD(物理气相沉积)，等离子体增强CVD，物理气相传输(PVT)等。

因此，针对这些终端产品和其它需要高纯度材料的用途，对低成本且具有下列纯度的碳化硅原料的需求不断增加：至少约99.9％，至少约99.99％，至少约99.999％，至少约99.9999％，和至少约99.99999％或更高。然而，相信在本发明的实施例之前，实际上，这种需求还没有得到满足。

此外，在本发明的实施例之前，相信从未获得高纯度和超高纯度的SiOC材料，尤其是大于几盎司的小实验室批次的量，因此其重要性、益处和对这种材料的需求在很大程度上还未被认识和不被理解。

高纯度单晶碳化硅材料具有许多理想的特征和特性。例如，非常坚硬，具有424GPa的杨氏模量。多晶碳化硅也可能具有非常高的硬度，这取决于其晶粒结构和其它因素。

如本文所使用的，除非另有说明，术语“比重”(也称为表观密度)应当被赋予其最广泛的可能含义，通常指每单位体积的结构的的平均重量，例如，材料的体积形状(volumetric shape)。这种性质包括作为其体积的一部分的颗粒的内部孔隙率。可以使用润湿颗粒表面的低粘度流体进行测量，以及其它技术。

如本文所使用的，除非另有说明，术语“实际密度”(也可称为真实密度)应当被赋予其最广泛的可能含义，通常指当该材料中不存在空隙时，每单位体积的材料的综合平均重量。该测量和性质基本上消除了材料的任何内部孔隙率，例如，其不包括材料中的任何空隙。

因此，可以使用一些多孔泡沫球(例如，

球)来说明三种密度性质之间的关系。填充容器的球的重量是球的体积密度：

体积密度＝(球的重量)/(被填充的容器的体积)

单个球的重量/该球的球体积是其表观密度：

表观密度＝(球的重量)/(该球的体积)

构成球的骨架的材料的重量(即除去所有空隙体积的球)/所述材料的剩余体积为实际密度：

实际密度＝(材料重量)/(无空隙材料的体积)

如本文所用，除非另有说明，室温为25℃。而且，标准环境温度和压强为25℃和1个大气压。

通常，除非另有说明，本文所用的术语“约”意在包括±10％的变化或范围，与获得的数值相关的实验或仪器误差，并且优选地包括这些值中的较大者。

发明内容

除了其它方面，对于制造SiC的方法，制造更高纯度的SiC的有成本效益的和降低成本的方法，以及利用SiC以及更高纯度的SiC的器件、装置和设备已经存在长期和未实现的需求。除了其它方面，对于超高纯度SiOC陶瓷(例如，5个9和更高纯度的SiOC陶瓷)以及制备它们的方法存在着还未被认识到，但长期存在的和未实现的需求。

除了其它方面，本发明通过在此提供本文所教导、公开和要求保护的组合物、材料、制品、装置和方法解决了这些需求。

因此，本文提供了用于制备碳化硅的方法，所述方法包括：提供含有硅、碳和氧的无溶剂液体；将所述液体固化以提供基本上由硅、碳和氧组成的固化材料；让所述固化材料处于低于150℃的温度下；将所述固化材料转化为基本上由硅、碳和氧组成的陶瓷材料；从所述陶瓷材料除去基本上所有的氧。

更进一步地，本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中所述液体是摩尔比为约30％至85％的碳，约5％至40％的氧和约5％至35％的硅的聚硅氧碳前体制剂；其中所述液体是摩尔比为约50％至65％的碳，约20％至30％的氧和约15％至20％的硅的聚硅氧碳前体制剂；包括产生CO；包括产生CO₂；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅的纯度至少为99.99％；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅的纯度至少为99.999％；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅的纯度至少为99.9999％；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅的纯度至少为99.999999％(8个9)；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅的纯度至少为99.99999％；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约100ppm的Al；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约10ppm的Al；其中所述碳化硅具有小于约1ppm的Al；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约100ppm B；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约10ppm B；其中所述碳化硅具有小于约1ppm B；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约1000ppm的以下元素总量，所述元素选自下列元素构成的组：Ti，Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Pr，Ce，Cr，S和As；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约500ppm的以下元素总量，所述元素选自下列元素构成的组：Ti，Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Ce，Cr，S和As；其中所述碳化硅具有小于约100ppm的以下元素总量，所述元素选自下列元素构成的组：Ti，Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Pr，Ce，Cr，S和As；其中所述碳化硅具有小于约100ppm的以下元素总量，所述元素选自下列元素构成的组：Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Ce，Cr，S和As；其中所述碳化硅具有小于约50ppm的以下元素总量，所述元素选自下列元素构成的组：Ti，Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Ce，Cr，S和As；其中所述液体是聚硅氧碳前体制剂且所述碳化硅为α型；其中所述液体是聚硅氧碳前体制剂且所述碳化硅为β型；其中所述液体是摩尔比为约30％至85％的碳，约5％至40％的氧和约5％至35％的硅的聚硅氧碳前体制剂且所述碳化硅为α型；其中所述液体是摩尔比为约30％至85％的碳，约5％至40％的氧和约5％至35％的硅的聚硅氧碳前体制剂且所述碳化硅为β型；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅的纯度至少为99.9999％，且所述碳化硅为α型；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约100ppm的Al，且所述碳化硅为β型；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约1ppm的Al，且所述碳化硅为β型；其中所述硅是β型；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约1ppm B，且所述碳化硅为β型；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约2000ppm的以下元素总量，所述元素选自下列元素构成的组：Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Ti，Ce，Cr，S和As，且所述碳化硅为α型；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约500ppm的以下元素总量，所述元素选自下列元素构成的组：Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Ti，Ce，Cr，S和As，且所述碳化硅为α型；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约100ppm的以下元素总量，所述元素选自下列元素构成的组：Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Ce，Cr，S和As，且所述碳化硅为β型；其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有小于约50ppm的以下元素总量，所述元素选自下列元素构成的组：Al，Fe，B，P和Pt，且所述碳化硅为β型。

此外，本发明还提供了一种制备碳化硅的方法，所述方法包括：提供包括硅、碳和氧的液体，其中所述液体是摩尔比为约30％至85％的碳，约5％至40％的氧和约5％至35％的硅的聚硅氧碳前体制剂，其中所述液体材料具有小于约100ppm的以下元素总量，所述元素选自Al，Fe，B和P构成的组；将所述液体固化基本上成由硅、碳和氧组成的固化材料，其中所述固化材料具有小于约100ppm的以下元素总量，所述元素选自Al，Fe，B和P构成的组；将所述固化材料转化成包括硅、碳和氧的陶瓷材料，其中所述陶瓷材料具有小于约100ppm的以下元素总量，所述元素选自Al，Fe，B和P构成的组；从陶瓷材料中除去基本上所有的氧，由此提供SiC，其中所述SiC具有小于约100ppm的的以下元素总量，所述元素选自Al，Fe，B和P构成的组。

另外，本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中所述碳化硅是多晶；其中所述碳化硅是单晶；其中所述碳化硅是大于99％的α型；其中所述碳化硅是大于50％的β型；其中所述碳化硅的形状选自由下列形状构成的组：冰球状，煤球状，砖块，丸状，圆盘状和片状；其中所述碳化硅为体积形状(volumetric shape)，所述体积形状的硬度小于所述碳化硅硬度的1/3；其中所述碳化硅为体积形状，所述体积形状的硬度小于所述碳化硅硬度的1/3，且其中所述碳化硅是大于50％的β型；其中所述液体是摩尔比为约50％至86％的碳，约20％至30％的氧和约15％至20％的硅的聚硅氧碳前体制剂。

更进一步地，本发明提供了一种制备碳化硅的方法，所述方法包括：催化包括硅、碳和氧的液体，其中所述液体是摩尔比为约30％至85％的碳，约5％至40％的氧和约5％至35％的硅的聚硅氧碳前体制剂；将所述催化液体在惰性气体存在下、高于70℃的温度下固化成含有硅、碳和氧的固化材料，所述固化材料具有至少约99.99％的纯度；将所述固化材料在高于1750℃的温度下转化成基本上由具有硬度的碳化硅颗粒组成的陶瓷材料，其中所述颗粒具有小于约10ppm的Al，Fe和B总量；将所述碳化硅颗粒制成体积形状，所述体积形状的硬度小于所述碳化硅颗粒硬度的1/4。

另外，本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中所述碳化硅是选自3C，2H，4H，6H，8H和15R构成的组的多型体(polytype)；其中所述体积形状选自由下列形状构成的组：冰球状，煤球状，砖块，丸状，圆盘状和片状；其中所述体积形状的硬度小于所述碳化硅颗粒的硬度的1/10；其中所述体积形状的硬度小于所述碳化硅颗粒的硬度的1/20；其中所述碳化硅是选自3C，2H，4H，6H，8H和15R构成的组的多型体，其中所述体积形状选自由下列形状构成的组：冰球状，煤球状，砖块，丸状，圆盘状和片状，且其中所述体积形状的硬度小于所述碳化硅颗粒的硬度的1/10；其中所述体积形状的硬度小于所述碳化硅颗粒的硬度的1/30；其中所述碳化硅是选自3C，2H，4H，6H，8H和15R构成的组的多型体，其中所述体积形状选自由下列形状构成的组：冰球状，煤球状，砖块，丸状，圆盘状和片状，且其中所述体积形状的硬度小于所述碳化硅颗粒的硬度的1/10；其中所述液体中硅与碳与氧的摩尔比为约25％Si，约50％C和约25％O；其中所述液体中硅与碳与氧的摩尔比为约20％Si，约60％C和约20％O；其中所述液体中硅与碳与氧的摩尔比为约23％Si，约54％C和约23％O；其中所述碳化硅是选自3C，2H，4H，6H，8H和15R构成的组的多型体，其中所述体积形状选自由下列形状构成的组：冰球状，煤球状，砖块，丸状，圆盘状和片状，且其中所述体积形状的硬度小于所述碳化硅颗粒的硬度的1/10；其中所述液体中硅与碳与氧的摩尔比为约22％Si，约56％C和约22％O；其中所述液体中硅与碳与氧的摩尔比为约1.37Si，约2.73C和约1.37O。

另外，本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中所述碳化硅的体积形状具有小于约50ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al，Fe，B和P构成的组；其中所述碳化硅的体积形状具有小于约40ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al，Fe，B和P构成的组；其中所述碳化硅的体积形状具有小于约100ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al，Fe，B和P构成的组；其中所述碳化硅的体积形状具有小于约1000ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al，Fe，B和P构成的组；其中所述碳化硅的体积形状具有小于约50ppm的以下元素总量，所述元素选自由Ti，Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li和Na构成的组；其中所述碳化硅的体积形状具有小于约50ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Pr，Ce，Cr，S和As构成的组；其中所述碳化硅的体积形状具有小于约50ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al；Fe；B；P；Pt；Ca；Mg；Li；Na；Ni；V；Ti；Ce；Cr；S和As构成的组；以及，其中所述碳化硅的体积形状具有小于约50ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al；Fe；B；P；Pt；Ca；Mg；Li；Na；Ni；V；Pr；Ce；Cr；S和As构成的组

另外，本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中所述碳化硅具有小于约90ppm的以下元素总量，所述元素选自由Ti，Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Ce，Cr，S和As构成的组；其中所述碳化硅具有小于约90ppm的以下元素总量，所述元素选自由Ti，Fe，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，Cr和As构成的组；其中所述碳化硅具有小于约90ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al，Fe，B，P，Mg，Li，V，Ce，Cr和S构成的组；其中所述碳化硅具有小于约90ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al，Fe，B和P构成的组；其中所述碳化硅具有小于约90ppm的以下元素总量，所述元素选自由Ti，Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Ce，Cr，S和As构成的组；其中所述碳化硅具有小于约90ppm的以下元素总量，所述元素选自由Ti，Fe，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，Cr和As构成的组；其中所述碳化硅具有小于约90ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al，Fe，B，P，Mg，Li，V，Ce，Cr和S构成的组；以及，其中所述碳化硅被制备且其中所述碳化硅的纯度至少为99.9999％；以及所述碳化硅为β型。

相应地，本发明提供了一种高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物，所述组合物包括：SiC₄构型；限定表面的所述组合物，其中所述组合物表面在标准环境温度和压强下抗氧化，借此所述表面在标准环境温度和压强下基本上不含氧化物层；和，其中所述组合物基本上不含杂质，由此总杂质小于1ppm。

本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中所述SiC4构型选自由下列构型构成的组：立方结构和四面体结构；其中所述SiC4构型选自由下列构型构成的组：六边形结构、菱形结构和三角形结构；其中所述SiC4构型选自由下列构型构成的组：3C-SiC，β-SiC，2H-SiC，4H-SiC，6H-SiC，8H，10H，16H，18H，19H，15R，21R，24H，33R，39R，27R，48H和51R；其中所述SiC4构型选自下列构型构成的组：ABCABC的堆叠顺序，ABAB的堆叠顺序，ABCBABCB的堆叠顺序和ABCACBABCACB的堆叠顺序。

更进一步地，本发明提供了一种半导体，所述半导体包括由具有带隙的高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物制成的SiC晶片，其中所述带隙为约2.26eV至约3.33eV。

此外，本发明提供了一种半导体，所述半导体包括由具有带隙的高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物制成的SiC晶片，其中所述带隙大于约2.20eV。

进一步地，本发明提供了一种半导体，所述半导体包括由具有带隙的高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物制成的SiC晶片，其中所述带隙为约2.26eV至约3.33eV。

更进一步地，本发明提供了一种功率器件，包括由具有Emax的高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物制成的SiC晶片，其中所述Emax大于约1MV/cm。

此外，本发明提供了一种功率器件，包括由具有Emax的高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物制成的SiC晶片，其中所述Emax大于约1.5MV/cm。

更进一步地，此外，本发明提供了一种功率器件，包括由具有Emax的高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物制成的SiC晶片，其中所述Emax大于约2MV/cm。

更进一步地，此外，本发明提供了一种功率器件，包括由具有Emax的高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物制成的SiC晶片，其中所述Emax大于约2MV/cm。

此外，本发明提供了一种高频器件，包括由具有2×10⁷cm/sec²的饱和漂移速度的高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物制成的SiC晶片。

更进一步地，本发明提供了一种制品，由具有热导率的高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物制成，所述热导率在室温下大于约4.0W/(cm-K)。

更进一步地，本发明提供了一种制品，由具有热导率的高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物制成，所述热导率在室温下大于约4.5W/(cm-K)。

更进一步地，本发明提供了一种高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC的脆性块(friablemass)，包括：聚合物衍生的SiC粒状颗粒，所述颗粒包含SiC₄构型；限定体积形状的所述粒状颗粒；所述粒状颗粒的实际密度为约3.0g/cc至约3.5g/cc，弹性模量为约410GPa，抗压强度为约3900MPa；所述体积形状的表观密度小于约2.5g/cc，弹性模量小于约205GPa，抗压强度小于约2000MPa；和，其中，所述体积形状基本上不含杂质，借此，选自由Al，Fe，B和P构成的组的总杂质小于10ppm。

此外，本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中所述体积形状限定表面，其中所述表面基本上不含氧化物层；其中所述体积形状选自由下列形状构成的组：冰球状，煤球状，砖块，丸状，圆盘状，丸状和片状；其中所述体积形状选自由下列形状构成的组：冰球状，煤球状，砖块，丸状，圆盘状，丸状和片状；其中所述体积形状的弹性模量小于约100GPa，且抗压强度小于约1000MPa；其中所述体积形状的弹性模量小于约100GPa，且抗压强度小于约1000MPa；其中所述体积形状的弹性模量小于约10GPa，且抗压强度小于约500Mpa；一种脆性块，其中所述杂质小于1ppm；一种脆性块，其中所述SiC4构型选自由下列构型构成的组：立方结构和四面体结构；一种脆性块，其中所述SiC4构型选自由下列构型构成的组：六边形结构，菱形结构，三角形结构；一种脆性块，其中所述SiC4构型选自由下列构型构成的组：3C-SiC，β-SiC，2H-SiC，4H-SiC，6H-SiC，8H，10H，16H，18H，19H，15R，21R，24H，33R，39R，27R，48H和51R；一种脆性块，其中所述SiC4构型选自下列构型构成的组：ABCABC的堆叠顺序，ABAB的堆叠顺序，ABCBABCB的堆叠顺序和ABCACBABCACB的堆叠顺序；以及一种脆性块，其中所述SiC4构型选自下列构型构成的组：ABCABC的堆叠顺序，ABAB的堆叠顺序和ABCBABCB的堆叠顺序。

进一步地，本发明提供了一种在基底上的外延的聚硅氧碳衍生的SiC层，其中所述外延的聚硅氧碳衍生的SiC层由以下物质制成：高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物，包含：SiC₄构型；限定表面的所述组合物，其中所述组合物表面在标准环境温度和压强下抗氧化，借此所述表面在标准环境温度和压强下基本上不含氧化物层；和，其中，所述组合物基本上不含杂质，借此总杂质小于1ppm；借此所述外延的聚硅氧碳衍生的SiC层基本上不含杂质(具有少于1ppm的杂质)。

进一步地，本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中所述杂质选自由下列物质构成的组：Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Ti，Ce，Cr，S和As；其中所述杂质选自由下列物质构成的组：Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Ti，Ce，Cr，S和As；其中所述杂质选自由下列物质构成的组：Al，Fe，B，P和N；其中所述杂质选自由下列物质构成的组：Al，Fe，B，P和Na；其中所述杂质选自由下列物质构成的组：Al，Fe，B，P和Na；其中所述杂质选自由下列物质构成的组：Al，B和P；其中所述基底由SiC组成；合其中所述基底由Si组成；其中所述基底由连接层(tie layer)和SiOC组成。

进一步地，本发明提供了一种在基底上的外延的聚硅氧碳衍生的SiC层，其中所述外延的聚硅氧碳衍生的SiC层由以下物质制成：高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC脆性快，包含：聚合物衍生的SiC粒状颗粒，所述颗粒包括SiC₄构型；限定表面形状的粒状颗粒，其中所述粒状颗粒的实际密度为约3.0g/cc至约3.5g/cc，弹性模量为约410GPa，抗压强度为约3900MPa；所述体积形状的表观密度小于约2.5g/cc，弹性模量小于约205GPa，抗压强度小于约2000MPa；和，其中，所述体积形状基本上不含杂质，借此，选自由Al，Fe，B和P构成的组的总杂质小于10ppm。

进一步地，本发明提供了一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭(boule)，包括：限定长度和直径的所述聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述长度大于约1英寸且所述直径大于约2英寸；其中，所述聚硅氧碳衍生的SiC晶锭通过高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC组合物的气相沉积制备，所述组合物包括：SiC₄构型；限定表面的所述组合物，其中所述组合物表面在标准环境温度和压强下抗氧化，借此所述表面在标准环境温度和压强下基本上不含氧化物层；和，其中所述组合物基本上不含杂质，借此总杂质少于1ppm；借此所述聚硅氧碳衍生的SiC晶锭基本上不含杂质(少于1pm杂质)和基本上不含微管。

此外，本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述长度至少为3英寸；一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述长度至少为5英寸；一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述长度至少为8英寸；一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述长度至少为12英寸；一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述直径至少为4英寸；一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述直径至少为8英寸；一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述直径至少为10英寸；一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述直径至少为12英寸；一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述直径至少为9英寸且所述长度至少为4英寸；一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述直径至少为10英寸且所述长度至少为4英寸；一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述直径至少为12英寸且所述长度至少为4英寸；一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述直径至少为11英寸且所述长度至少为4英寸。

进一步地，本发明提供了一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，包括：限定长度和直径的所述聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中所述长度大于约1英寸且所述直径大于约2英寸；其中，所述聚硅氧碳衍生的SiC晶锭通过高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC的脆性块的气相沉积制备，所述脆性块包括：聚合物衍生的SiC粒状颗粒，所述颗粒包含SiC₄构型；限定体积形状的所述粒状颗粒；实际密度为约3.0g/cc至约3.5g/cc，弹性模量为约410GPa，抗压强度为约3900MPa的所述粒状颗粒；和，表观密度为约小于2.0g/cc，弹性模量为约小于100GPa的，抗压强度小于约1000MPa的所述体积形状；其中，所述体积形状基本上不含杂质，借此选自由Al，Fe，B，P，Ca，Mg，Na，Ni，Cr，S和As构成的组中的总杂质小于10ppm；和，借此聚硅氧碳衍生的SiC晶锭基本上没有微管(micropipes)。

本发明更进一步提供了一种聚硅氧碳衍生的SiC晶锭，其中，所述晶锭少于5微管/cm²；其中，所述晶锭少于1微管/cm²；其中，所述晶锭少于0.5微管/cm²；其中，所述晶锭少于0.1微管/cm²。

此外，本发明还提供了一种制备聚硅氧碳衍生的SiC晶锭的方法，所述聚硅氧碳衍生的SiC晶锭限定了长度和直径，其中，所述长度大于约1英寸且所述直径大于约2英寸；所述方法包括：所述聚硅氧碳衍生的SiC晶锭通过高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC块的气相沉积制备，所述块包括：聚合物衍生的SiC粒状颗粒，所述颗粒包含SiC₄构型；限定体积形状的粒状颗粒；实际密度为约3.0g/cc至约3.5g/cc，弹性模量为约410GPa，抗压强度为约3900MPa的粒状颗粒；和，表观密度为约小于2.0g/cc，弹性模量为约小于100GPa，抗压强度为约小于1000MPa的体积形状；其中，所述体积形状基本上不含杂质，借此由Al，Fe和B构成的组中选出的总杂质小于小于10ppm；和，借此聚硅氧碳衍生的SiC晶锭少于1微管/cm²。

此外，本发明还提供了一种制备聚硅氧碳衍生的SiC晶锭的方法，所述聚硅氧碳衍生的SiC晶锭限定了长度和直径，其中，所述长度大于约1英寸且所述直径大于约2英寸；所述方法包括：所述聚硅氧碳衍生的SiC晶锭通过高纯度聚合物衍生的陶瓷SiC脆性块的气相沉积制备，所述脆性块包括：聚合物衍生的SiC粒状颗粒，所述颗粒包含SiC₄构型；限定体积形状的粒状颗粒；实际密度为约3.0g/cc至约3.5g/cc，弹性模量为约410GPa，抗压强度为约3900MPa的粒状颗粒；和，表观密度为约小于2.0g/cc，弹性模量为约小于100GPa，抗压强度为约小于1000MPa的体积形状；其中，所述体积形状基本上不含杂质，借此选自由Al，Fe，B，P，Ca，Mg，Na，Ni，Cr，S和As构成的组中的总杂质小于10ppm；和，借此聚硅氧碳衍生的SiC晶锭基本上不含微管。

因此，本发明提供了一种制备高纯度硅氧碳(silicon oxycarbide)的方法，所述方法包括：蒸馏包含硅、碳和氧的液体；和，将所述液体固化成固化材料；其中，所述固化材料纯度至少为99.999％。

本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中所述液体是聚硅氧碳前体制剂；其中所述液体是摩尔比为约30％至85％的碳，约5％至40％的氧和约5％至35％的硅的聚硅氧碳前体制剂；其中所述液体是摩尔比为约50％至65％的碳，约20％至30％的氧和约15％至20％的硅的聚硅氧碳前体制剂；其中所述固化材料纯度至少为99.999％；其中所述固化材料纯度至少为99.9999％；其中所述固化材料具有小于约100ppm的Al；其中所述固化材料具有小于约10ppm的Al；其中所述固化材料具有小于约1ppm的Al；其中所述固化材料具有小于约10ppm B；其中所述固化材料具有小于约100ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al，Ti，Fe，B和P构成的组；和其中所述固化材料具有小于约50ppm的以下元素总量，所述元素选自由Al，Ti，Fe，B和P构成的组

更进一步地，本发明提供了一种制备硅氧碳的方法，所述方法包括：蒸馏包含硅、碳和氧的液体；将所述液体固化成固化材料；和，将所述固化材料转化为基本上由硅、碳和氧组成的陶瓷材料。

本发明还提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中所述陶瓷材料为选自由下列形状构成的组的形状：冰球状，煤球状，砖块，丸状和片状；其中所述陶瓷材料为体积形状，所述体积形状的硬度小于所述陶瓷材料的硬度的1/3；其中所述陶瓷材料为体积形状，所述体积形状的硬度小于所述陶瓷材料的硬度的1/4。

此外，本发明提供了一种制备硅氧碳的方法，所述方法包括：蒸馏包含硅、碳和氧的液体；其中所述蒸馏液体基本上不含杂质；将所述蒸馏液体固化成包含硅、碳和氧的固化材料，其中所述固化材料基本上不含杂质；和，将所述固化材料热解为基本上由硅、碳和氧组成的固体材料。

进一步地，本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中所述蒸馏液体与第二液体组合；其中所述蒸馏液体与聚硅氧碳前体组合；其中在所述固化材料中，硅比碳比氧的比例为约25％Si，约50％C和约25％O；其中在所述固化材料中，硅比碳比氧的比例为约20％Si，约60％C和约20％O；其中在所述固化材料中，硅比碳比氧的比例为约23％Si，约54％C和约23％O；其中在所述固化材料中，硅比碳比氧的比例为约22％Si，约56％C和约22％O；其中在所述固化材料中，硅比碳比氧的摩尔比率为约1.37Si，约2.73C和约1.37O；其中所述热解材料的纯度至少为99.99％；其中所述热解材料的纯度至少为99.999％；其中所述热解材料的纯度至少为99.9999％。

进一步地，本发明提供了一种制备硅氧碳的方法，所述方法包括：蒸馏包含硅、碳和氧的液体，以提供基本上不含杂质的蒸馏液体；和，将所述蒸馏液体固化成包含硅、碳和氧的固化材料，其中所述固化材料基本上不含杂质。

此外，本发明提供了一种制备高纯度材料的方法，所述方法包括：提供包含硅、氧和碳的液体；将所述液体蒸馏以提供蒸馏液体；将所述蒸馏液体固化成包含硅、碳和氧的固化材料；和，将所述液体热解为基本上由硅、碳和氧组成的陶瓷材料。

此外，本发明提供了一种制备高纯度材料的方法，所述方法包括：提供包含硅、氧和碳的液体；将所述液体蒸馏以提供蒸馏液体；将所述蒸馏液体固化成包含硅、碳和氧的固化材料。

进一步地，本发明提供了一种制备硅氧碳的方法，所述方法包括：蒸馏包含硅、碳和氧的液体；将所述液体转化成包含硅、碳和氧的第一材料；和，从所述第一材料中除去基本上所有的氧，借此提供第二材料。

另外，本发明提供了一种制备高纯度硅氧碳的方法，所述方法包括：蒸馏包含硅、碳和氧的液体；和，将所述液体转化成基本上包含硅、氧和碳的固化材料。

进一步地，本发明提供了一种制备硅氧碳的方法，所述方法包括：提供包含一定量的硅、碳和氧的材料，所述材料是液体；将所述液体蒸馏以提供基本上不含杂质的蒸馏液体；通过执行第一环节和第二环节将所述材料进行转化；其中，第一环节提供包含O，Si和C的固化材料；所述第二环节提供包含O，Si和C的陶瓷材料；和借此，所述陶瓷材料的纯度至少为99.99％。

本发明提供了具有以下特征中一个或几个的组合物、方法和制品：其中废气被产生，收集和处理；和，其中废气处理为选自下列方法构成的组：在后燃器中燃烧废气，从废气中回收起始原料，和洗涤废气。

附图说明

图1是根据本发明的工艺流程图的实施例。

图2A是根据本发明的单立方结构聚合物衍生的SiC的侧面透视图。

图2B是图2A的SiC立方结构的俯视图。

图3A是根据本发明的四面体结构聚合物衍生的SiC的侧面透视图。

图3B是图3A的SiC四面体结构的俯视图。

图4是根据本发明的三相图表。

图4A在图4所示的三相图表上，显示了根据本发明的制剂的实施例的区域。

图4B在图4所示的三相图表上，显示了发生在根据本发明的工艺实施例过程中转化的实施例。

图5是根据本发明的用于制备聚合物衍生的SiOC和SiC的系统的实施例的示意图。

图6是根据本发明的聚合物衍生的SiC的光谱。

图7是根据本发明的气相沉积装置的示意性截面图。

图8是根据本发明的气相沉积装置的示意性截面图。

图9是根据本发明的气相沉积装置的示意性截面图。

图10是SiC、Si₂C和SiC₂的分压曲线。

具体实施方式

总之，本发明涉及有机硅化学，聚合物衍生的陶瓷材料和方法；尤其涉及制备具有良好、高和极高纯度的聚硅氧碳(SiOC)和碳化硅(SiC)材料的材料和方法；以及制造SiOC和SiC组件，结构和装置的材料和方法。此外，特别地，本发明的实施例涉及由聚硅氧碳材料来生产高纯度SiC、SiC器件和含有SiC的仪器和设备。

因此，本发明提供了一种新的具有许多不同的配方、应用和用途的材料系统和平台，这些系统和平台用现有的硅基产品无法获得，尤其是用现有的硅基产品还不能以可接受的成本、容量、制造条件、纯度水平、处理要求和加工条件等等获得。

通常，本发明针对“聚硅氧碳”材料(例如，含有硅(Si)、氧(O)和碳(C)的材料)以及由这些材料已经转化为各种形式的SiC的材料。聚硅氧碳材料还可以含有其它元素。聚硅氧碳由一种或多种聚硅氧碳前体制剂或前体制剂制成。聚硅氧碳前体制剂含有一种或多种官能化的硅聚合物或单体，以及潜在的其它成分，例如抑制剂，催化剂，引发剂，改性剂，掺杂剂，以及这些与其它材料和添加剂的组合和变化。硅氧碳材料或SiOC组合物和类似术语，除非特别说明，否则是指已经固化为含有Si、O和C的塑料材料或固体材料的聚硅氧碳材料，以及已经被热解成含有Si、O和C的陶瓷材料的聚硅氧碳材料。

在2014年5月2日提交的美国专利申请No：14/268,150，2015年2月28日提交的美国专利申请No：14/634,814以及2014年3月14日提交的美国专利申请No：14/212,896中教导和公开了聚硅氧碳制剂、工艺和方法、应用、产品和制品，其各自的全部公开内容通过引用在此并入本文。

代表性地且优选地，聚硅氧碳前体制剂最初是液体。这种液体聚硅氧碳前体制剂随后固化，形成固体或半固体材料，例如，塑料。聚硅氧碳前体制剂可以通过初始固化进行加工，以提供部分固化的材料，这种材料也可以被称为，例如，预成型体，绿色材料或绿色固化(green cure)(不暗示与材料的颜色有关的任何事物)。绿色材料随后可以被进一步固化。因此，可以使用一个或多个固化步骤。这种材料可以是“目标固化的(end cured)”，即被固化到该材料具有必要的物理强度和其它预期目的的性质的那个点。固化的程度可以到最终固化(或“硬固化”)，即所有或基本上所有化学反应已停止的那个点(例如通过以下方式进行测定：在所述材料中反应性基团不存在反应性基团，或者随着时间推移，反应性基团的减少呈平稳状态)。因此，根据其预期用途和目的，可以将材料固化到不同程度。例如，在某些情况下，目标固化和硬固化可能是相同的。

固化可以在以下条件下进行：标准环境温度和压强(“SATP”，1大气压，25℃)下，在高于或低于该温度的温度下，在高于或低于该压强的压强下，以及在不同的时间段(连续和循环(例如，加热，然后冷却和再加热)，从小于一分钟到几分钟，至几小时，至几天(或可能更长)，以及在空气中，在液体中，或在预选的气氛中(例如，氩气(Ar)或氮气(N₂))。

聚硅氧碳前体制剂可以被制成非增强的、未填充的、复合的、增强的和填充的结构、中间体和最终产物，以及这些和其它类型的材料的组合和变化。此外，这些结构，中间体和最终产物可以被固化(例如，绿色固化，目标固化或硬固化)，可不被固化，可被热解成陶瓷，以及这些的组合和变化(例如，经固化的材料可以用衍生自与固化材料相同的聚硅碳酸酯的热解小珠填充。

前体制剂可用于形成“纯净”材料(、“纯净”材料指的是：所有且基本上所有的结构由前体材料或未填充的制剂制成；因此，不存在填料或加强剂)。它们可以用于形成复合材料，例如增强的产品。它们可以用于形成非增强材料(主要、基本上且优选仅来自前体材料的材料)，例如，仅具有前体材料和着色剂的着色聚硅氧碳结构将被认为是非增强材料。

将聚硅氧碳前体制剂制成结构体、零件、中间体或最终产物时，聚硅氧碳前体制剂可以为，例如，喷雾的，流动的，聚合物乳液加工的，热喷涂的，涂漆的，模制的，成型的，挤出的，旋转的，滴加的，注射的或以其它方式被制成基本上任何体积形状，包括平面形状(其仍然具有体积，但更类似于涂层，皮肤，膜或甚至台面，其厚度如果没有比其它体积小数个量级，也比其它尺寸小得多)，以及这些的组合和变化。

聚硅氧碳前体制剂可以与增强材料一起使用以形成复合材料。因此，例如，该制剂可以流入到加强材料中，浸渍到加强材料中，被加强材料吸收，或通过其他方式与加强材料结合，加强可以是，例如，碳纤维，玻璃纤维，纺织物，非纺织物，短切纤维，金属粉末，金属泡沫，陶瓷泡沫，纤维，绳索，编织结构，陶瓷粉末，玻璃粉末，碳粉末，石墨粉末，陶瓷纤维，金属粉末，碳化物丸粒或组分，短纤维，丝束，上述的纳米结构，聚合物衍生的陶瓷，任何满足工艺和末端产品的温度要求的其它材料，以及这些材料的组合和变化。因此，例如，增强材料可以是目前使用的或能够与现有塑料和陶瓷复合材料一起使用的任何耐高温增强材料。另外，为了更低温度的固化(例如SATP)或固化温度为，例如约100°F至约400°F，聚硅氧碳前体制剂可以被配制，因此，增强材料可以是聚合物，有机聚合物(例如，尼龙，聚丙烯和聚乙烯)，以及芳族聚酰胺纤维(例如，NOMEX或KEVLAR)。

增强材料还可以由与已经形成纤维并且被热处理成陶瓷的制剂相同的材料制成或者来源于该材料，或者可以由已经形成纤维并且被热处理成陶瓷的不同前体制剂材料制成。除了来源于可以用作增强材料的前体制剂材料的陶瓷纤维之外，还可以使用来源于前体制剂材料的其它多孔的，基本上多孔的和非多孔的陶瓷结构。

聚硅氧碳前体制剂可用于形成填充材料。填充材料是含有添加到聚硅氧碳前体制剂中的其它固体或半固体材料的任何材料。可以选择填充材料，以向固化产物、陶瓷产品或这两者提供某些特征。这些特征可能涉及或者是美学、触觉、热、密度、辐射、化学、磁性、电动特征以及这些特征和其它特征的组合和变化。这些特征可能是除强度之外的特征。因此，填充材料可能不影响固化材料或陶瓷材料的强度，它可能增加强度，或者甚至可以在某些情况下降低强度。

填充材料可以赋予、调节或增强，例如，电阻，磁性能，带隙特征，p-n结特征，p型特征，n型特征，掺杂剂，电导率，半导体特征，抗静电，光学性质(例如，反射率，折射率和虹彩)，化学电阻率，耐腐蚀性，耐磨性，耐磨损性，绝热性，紫外线稳定性，紫外线防护性以及其它在最终产品或材料中可能是期望的和/或必需的特征。

因此，填充材料可以包括铜导线，导热填料，导电填料，铅，光纤，陶瓷着色剂，颜料，氧化物，染料，粉末，陶瓷细粉，聚合物衍生的陶瓷颗粒，成孔剂，碳硅烷，硅烷，硅氮烷，碳化硅，碳硅氮烷，硅氧烷，金属粉末，陶瓷粉末，金属，金属络合物，碳，丝束，纤维，短纤维，含硼材料，研磨纤维，玻璃，玻璃纤维，纤维玻璃和纳米结构(包括上述纳米结构)等等。例如，可以将粉碎的聚合物衍生的陶瓷颗粒(例如，细粉或珠子)加入到聚硅氧碳制剂中，然后固化以形成填充的固化塑料材料，这种材料作为装置中或者装置的组件中的涂层具有显著的耐火性能。

来源于该制剂或由该制剂制成的聚硅氧碳制剂和产品可以含有金属和金属络合物。因此，作为氧化物、碳化物或硅化物的金属可以被引入前体制剂中，从而以受控的方式引入二氧化硅基质中。因此，可以设想使用有机金属化合物、金属卤化物(氯化物、溴化物、碘化物)、金属醇盐和过渡金属的金属酰胺化合物，然后通过掺入到前体制剂中，在二氧化硅基质中共聚。

例如，可以使用过渡金属的环戊二烯基化合物。过渡金属的环戊二烯基化合物可以分为两类：双环戊二烯基络合物和单环戊二烯基络合物。环戊二烯基络合物可以包括C₅H₅，C₅Me₅，C₅H₄Me，CH₅R₅(其中R＝Me，Et，丙基，异丙基，丁基，异丁基，仲丁基)。在这些情况中的任一种情况下，Si可以直接键合到环戊二烯基配体上，或者Si中心可以连接到烷基链上，烷基链又连接到环戊二烯基配体上。

可以与前体制剂一起使用并且可以在产物中的环戊二烯基络合物可以包括：第一排过渡金属(钛，钒，铬，铁，钴，镍)、第二排过渡金属(锆，钼，钌，铑，钯)、第三排过渡金属(铪，钽，钨，铱，锇，铂)、镧系(La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho)、和锕系列(Ac，Th，Pa，U，Np)的双环戊二烯基金属络合物。

单环戊二烯基络合物也可用于为前体制剂提供金属官能团，当优选用适当的配体稳定时(例如氯化物或羰基)，会包括第一过渡金属(钛，钒，铬，铁，钴，镍)、第二排过渡金属(锆，钼，钌，铑，钯)、第三排过渡金属(铪，钽，钨，铱，锇，铂)的单环戊二烯基络合物。

金属的烷基络合物也可用于向前体制剂和产物提供金属官能团。在这些烷基络合物中，Si中心具有可直接通过σ键与过渡金属结合的烷基(乙基，丙基，丁基，乙烯基，丙烯基，丁烯基)。此外，这对于使用后过渡金属(例如，Pd，Rh，Pt，Ir)更为常见。

金属的配位络合物也可用于向前体制剂和产物提供金属官能团。在这些配位络合物中，Si中心具有可键合到Cr，Mo，W，Mn，Re，Fe，Ru，Os，Co，Rh，Ir，Ni的羰基络合物或烯络合物的不饱和的烷基(乙烯基，丙烯基，丁烯基，乙炔基，丁二烯基)。Si中心也可以连接到苯基、取代的苯基或其它芳基化合物(吡啶，嘧啶)上，并且这些苯基或芳基可取代金属中心上的羰基。

金属醇盐也可用于向前体制剂和产物提供金属官能团。金属醇盐化合物可与硅前体化合物混合，然后用水处理以同时形成氧化物和聚合物，并进行共聚。这也可以用金属卤化物和金属酰胺进行。优选地，可以使用前过渡金属与铝、镓和铟，后过渡金属(Fe，Mn，Cu)和碱土金属(Ca，Sr，Ba，Mg)一起来完成。

其中的Si直接键合到通过卤化物或有机基团稳定的金属中心的化合物也可用于向前体制剂和产物提供金属官能团。

此外，应当理解的是，金属和金属络合物在热解或随后的热处理之后可以是连续相。可以将制剂专门设计成与所选定的金属反应，以原位形成金属碳化物、氧化物和其它金属化合物，通常被称为金属陶瓷(例如陶瓷金属化合物)。制剂可以与所选定的金属反应，以原位形成莫来石，硅酸铝等化合物。金属的量相对于制剂或终产物中二氧化硅的量的量可以是约0.1摩尔％至99.9摩尔％，约1摩尔％或更高，约10摩尔％或更高，约20％(摩尔)或更高。具有本发明前体配方的金属的上述用途可以用来控制和提供预定的化学计量。

在复合结构中，聚硅氧碳批料也可以与粘合剂一起使用，例如，用于金属、陶瓷和无机基质的粘合剂。

填充材料包括增强材料。在许多情况下，固化以及热解的聚硅氧碳填充材料可以看作是复合材料。通常，在这种观点下，聚硅氧碳会构成体相(bulk phase)或基质相(例如，连续的或基本上连续的相)，填料会构成分散的(例如，非连续的)相。

然而，应当指出，通过将材料称为“填充的(filled)”或“增强的(reinforced)”，并不意味着该材料的大部分(按重量、体积计或按这两者计)为聚硅氧碳。因此，通常，聚硅氧碳与填充材料的比例(重量或体积)可以为约0.1:99.9至99.9:0.1。较少量的填充材料或聚硅氧碳也可以存在或被使用，但这更通常被视为添加剂或以其它方式被提及。因此，术语复合材料，填充材料，聚硅氧碳填充材料，增强材料，聚硅氧碳增强材料，聚硅氧碳填充材料，聚硅氧碳增强材料以及类似术语应被视为对材料组成的数量和比例是非限制性的，因此，在这种情况下，这些术语被给予其最广泛的可能含义。

根据特定的用途、产物或最终用途，填料可以均匀分布在前体制剂中，不均匀分布，以预定的沉降速率，并且可以在不同制剂中具有不同的量，随后可以在预定区域(例如，具有不同填料浓度的条纹层)中形成具有预定量的填料的产物。

正如本文所使用的，除非另有说明，术语％，重量％和质量％可互换使用，并且指第一组分的重量占总的制剂、混合物、材料或产物等的重量的百分比。正如本文所使用的，除非另有说明，“体积％”和“％体积”以及类似这样的术语是指第一组分的体积占总的制剂、材料或产物等的体积的百分比。

在制造过程中的各个点，可以对聚硅氧碳结构、中间体和最终产物以及它们的组合和变化进行机械加工，研磨，模塑，成形，钻孔或以其它方式机械加工和成型。

前体制剂优选是透明的或基本上是无色的，并且通常对可见波长的光是透射的。根据配方，它们可以具有混浊，乳白色或者混浊的外观。它们还可以具有彩色体、颜料或着色剂，以及彩色填料(其可以耐热裂解，用于陶瓷最终产品，例如陶瓷的陶瓷釉中使用的那些)。前体也可以具有黄色或琥珀色或浅色，而不需要添加着色剂。

前体制剂可以被包装、运输和储存，以供后续用于形成产品，例如结构体或部件，或者它们可以被直接用于这些方法中，例如，制造产品的连续加工过程。因此，举例来说，前体制剂可以被存储在55加仑的桶，油罐车，轨道车，能够容纳数百加仑的临时储存罐，以及容纳1000升的搬运箱中。另外，在制造过程中，可以以连续和半连续的方法制备和使用制剂。

除其他事项外，本发明的制剂在设计工艺、系统、陶瓷等等中提供了相当大的灵活性，具有满足预定和特定性能标准的加工性能和末端产品性能特征。因此，例如，前体制剂的粘度可以通过配方预定，以匹配增强材料的特定形态，前体制剂的固化温度可以通过配方预定，以使预浸材料具有延长的保存期限。可以确定前体制剂的粘度，以便前体容易流入预浸材料的增强材料中，同时，前体制剂足够厚以防止其从增强材料中排出或流失。前体制剂的配方也可以是这样的：例如，固化的预成型件的强度足以在热解之前允许对预成型体进行粗加工或初加工。

当化学反应发生在从原料到最终产品的过程中的各个阶段时的自定义控制和预定控制可以提供降低的成本，增加的工艺控制，提高的可靠性，提高的效率，增强的产品特性，增加的纯度以及这些和其它好处的组合和变化。化学反应发生时的排序可主要基于前体的加工或制备，以及前体制剂的加工或制备；并且还可以基于固化和热解条件。此外，对这些步骤、制剂和条件的自定义选择和预定选择可以通过化学反应、分子排列和重排、以及微结构排列和重排(优选已经预先确定和控制的)来提供增强的产品特点和加工特点。

转向图1，图1提供了具有本发明工艺和系统的若干实施例的综合体现的过程流程图100。因此，存在前体制备阶段101，其中，聚硅氧碳前体制剂被制备。存在形成和分布阶段102，其中，液体前体制剂103a被制备以用于后续阶段。

存在固化阶段104，其中，液体前体103a被固化成固化材料103b，固化材料103b基本上是固体，并且优选为固体。存在热解阶段105，其中固化材料103b被转化为陶瓷103c，其优选为SiOC或SiC，更优选为高纯度和非常高纯度的SiOC或SiC。存在后处理阶段108，其中陶瓷103c被进一步处理，例如洗涤，造粒，提取，研磨，筛分等。SiOC陶瓷114可以被用于任何数量(图中的“n”)的其它阶段106，以制造中间产品和终端产品，并用于各种用途。类似地，后处理陶瓷SiOC114p可以被用于任何数量(图中的“n”)的其它阶段109，以制造中间产品和终端产品，并用于各种用途。应当理解的是，阶段106和109可以是相同或不同的阶段。陶瓷SiC113可以被用于任何数量的其它阶段107，以制造中间产品和终端产品，并用于各种用途。类似地，后处理陶瓷SiC113p可被用于阶段110，例如烧结过程。后处理陶瓷SiC113p可以被用于阶段111，例如，气相沉积工艺，以形成用于阶段112的SiC晶锭，例如，加工成用于半导体的SiC晶片等等。后处理陶瓷SiC113p可以被用于任何数量(图中的“n”)的其它阶段115，以制备中间产品和终端产品，并用于各种用途。

本发明的许多优点之一是阶段106，107，109，110，111和115通常可以互换。此外，这些阶段可以是传统上用于Si的工艺，方法，应用和用途。因此，本发明的许多优点之一是能够将SiOC、SiC以及SiOC和SiC的组合，尤其是高纯度和超高纯度SiOC、SiC及其组合，用在以及用于Si中间产品，Si终端产品，Si应用和Si用途，尤其是用于Si用途(以前由于经济性，纯度和其它理由，认为SiC是不实际可行的)。更优选地，本发明的许多优点之一是能够获得具有与Si相当或比Si更好的性能(例如，特征，功能)的要求的SiC纯度水平。此外，本发明的许多优点之一是能够在中间产品、终端产品以及应用和用途中使用SiOC或SiC，其中Si表现不佳或功能不佳，或根本不存在，例如在高温传感器和其它，以及新的应用和用途中。

在高纯度和超高纯度应用中，前体制备阶段101和102(例如，其设备和程序)应该去除、避免、防止起始材料的任何污染物(例如，被视为终端产品中的杂质的材料)以及这些处理方式的组合和变化。因此，在一个实施例中，这些阶段应该不含(例如，含有少量，几乎没有，完全不含)以下物质：举几个例子，B，Na，Al，P，Fe，重金属和卤素。蒸馏，离子交换过滤以及其它类型的纯化技术可用于从起始材料和原料中除去杂质。

在阶段105，106，107，108，109，110(和104，到其与另一阶段组合的程度)中，加热设备，例如使用的炉子可以是任何类型的可以达到和保持所需温度的炉子，例如，对于热解和转化为SiC，温度高达约2900℃，高达约2800℃，高于2300℃，优选在约1200℃至约2800℃的范围内。该过程中用于固化阶段(例如，阶段104)的加热设备可以是任何类型的满足下列条件的炉子：可以达到固化温度以将液体聚合物衍生的陶瓷前体材料(例如，液体SiOC制剂)固化成固体或半固体材料(例如，固化材料)。因此，从液体聚合物衍生的陶瓷到SiC的整个过程中可以使用一个炉子，或者可以使用两个或三个不同的炉。在一个实施例中，使用一个炉子将液体前体固化成固化的SiOC材料，并且使用第二个不同的炉子将SiOC材料转化为SiC。

优选地，对于高纯度和超高纯度应用，材料和用途(例如，SiOC生产，SiC生产，烧结，压制，光学成形，晶锭生产，信号晶体生长，晶体层形成，层形成，涂层或晶片生产)，加热设备(例如，炉子)基本上没有(更优选地，不含)任何被认为是终端产品中的杂质的物质。例如，加热设备，尤其是内部组件，以及与内部组件流体连通的所有组件，可能不含(例如，含有少量，基本上没有，完全没有)以下物质：仅举几例，B，Na，Al，P，Fe和重金属。在处理聚合物衍生的陶瓷材料之前，可以对炉子进行清洁循环或清洗循环，以去除任何杂质或污染物。因此，例如，优选使用真空，高温加热循环，惰性气体(如，氩气)吹扫，以及这些步骤的组合和变化，以使炉子免受污染。

举例来说，这些炉子可以包括：RF炉，微波炉，盒式炉，管式炉，晶体生长炉，电弧熔化炉，感应炉，窑炉，MoSi₂加热元件炉，燃气炉，碳炉，真空炉子。炉子可以包含间隔材料，以防止某些材料在高温下彼此接触。例如，石墨在高温(>1500℃)下与氧化铝接触可能导致最终产品中铝污染，因此可以使用间隔物，以最小化、减轻或防止这种情况发生。优选地，炉子组件都由高纯石墨构成。它们也可以由高纯度SiC构成或者涂覆有高纯度SiC。

阶段104，105，106，107，108，109，110中的炉子可以控制或者具有控制炉内环境的设备和装置，尤其是与待固化，热解或转化的材料相邻的环境。因此，可以使用设备提供真空条件，减压，预选气氛(例如，氩气)，流动或吹扫气流以及这些的组合和变化。这些系统和设备应当免于或被构造成以最小化并优选防止污染物或杂质被引入炉中，尤其是被引入正在加工的材料中。

对于许多聚合物衍生的陶瓷材料，尤其是是对于一些SiOC材料，在热解和转化过程中，可能会发生来自材料的排气。在某些情况下，产生的废气可以是易燃的，可以具有有价值的可回收材料(例如，Si)，以及这些的组合。因此，优选地，这些炉子具有废气处理装置(其可以减轻废气流的任何可燃性问题(例如，后燃烧器)，其可以从气流中除去和回收任何有价值的材料(例如，洗涤器)，以及这些的组合)，以及其它废气或气流加工和处理设备和装置。

在图1的工艺的各个阶段中，在固化、热解、转换或其它转化期间，用于容纳液体前体制剂的材料容纳设备可以是，例如，氧化铝，无粘合剂的h-BN，石墨，卤素纯化的石墨，热解石墨，SiC，CVD-SiC，聚合物衍生的SiC，PVT-SiC。也可以在这些材料上使用各种涂层，包括但不限于TaC，SiC，热解石墨。容器本身可以是坩埚、舟皿、机械加工模具，以形成任何期望的几何形状(丸状，圆盘状，球体状，椭圆体状等)。它可能完全封闭，也可能不是完全封闭的，可能有排气孔以允许气体排出。优选地，使用合适的容器盖子，并且将容器设计成能够在热解和转化期间排出气体。最优选地，也可通过容器吹扫惰性气体，例如以每小时约0.5至约20容器体积交换速率，每小时约5至约15容器体积交换速率，优选地，以每小时不超过10的容器体积交换速率。

还应当理解的是，图1的实施例中的工艺流程箭头(例如，150)是为了一般说明的目的，并且各个阶段可以逐步进行或以批处理方式(包括，其中，处于不同的位置的阶段，被时间(例如，几个小时，几天，几个月或更长时间)分隔开的阶段，以及这两者)进行；各个阶段可以作为连续的过程进行；一个或多个阶段可以被组合(例如，单个设备可以执行不同阶段的一个或多个操作)，以及这些的组合和变化。

在图1的阶段的实施例中，液体前体被固化成固体SiOC。固体SiOC随后被热解并转化成SiC。在这些实施例的一个实施例中，SiOC可以是体积形状(例如，冰球状、丸状或圆盘状)，然后直接被转化成SiC脆性块，而不需要中间加工步骤。在这些实施例中的一个实施例中，SiOC被研磨成粒状SiOC，然后转化为颗粒状SiC，然后被制成体积形状，例如，SiC的脆性块。在这些实施例中的一个实施例中，SiOC被制成不同尺寸颗粒的SiC。这些颗粒随后被研磨成较小的，优选更均匀的尺寸或颗粒，然后这些颗粒被制(例如，压制)成体积形状或SiC块。在这些以及其它实施例中，当制备高纯度和超高纯度的SiC时，优选使系统的所有组件不含在SiC的后续用途和工艺中被视为杂质的物质；或者使这些组件被遮蔽、包住或实施其它减轻步骤，以避免将杂质引入到该工艺和SiC中。

通常，并且优选地，前体制剂的实施例具有可控的和预定的量，例如，O，C和Si的比例。以这种方式，用于SiC的起始构筑模块(starting starting blocks)本质上优选地内置在液体聚合物中，并且优选地锁定在固化材料中。随着起始构筑模块被预定，加工条件随后被预选并被控制，获得期望的终端产品，例如，化学计量的高纯度和超高纯度的SiC。起始构筑模块的比例可以进一步被预定，以对工艺中发生的反应和重排产生影响或以其它方式对其进行影响，例如，可以存在最初过量的一个组分，从而以特定的方向驱动过程，例如，更有利于产生CO，而不是SiO。因此，进一步地，通过预先确定和控制这些构筑模块的比例、任何添加剂和加工参数，可能控制和预定所获得的SiC的类型、特征或形式(例如，多型体)。

为了说明的目的，起始构筑模块、工艺条件和终端产品的关系可以部分地通过参考图4的三相图400来解释。图400的每个角代表100％的构筑模块，因此角401是100％的碳，角402是100％的氧，角403是100％的硅。图400上的点404对应于SiC，图400上的点405对应于SO₂，图400上的点406和407分别对应于CO₂和CO。此外，底410对应于C的摩尔％，右边411对应于O的摩尔％，左边412对应于Si的摩尔％(摩尔％X表示X的摩尔相对于O，C和Si的总摩尔数的百分比)。因此，前体制剂批料中起始材料的摩尔比通常但不限于，为约30％至约85％的碳，约5％至约40％的氧，以及约5％至约35％的硅。优选地，在SiOC起始材料和固化材料的实施例中，C、Si和O的摩尔比可能大约在图4A的交叉阴影区域430内。尽管该区域之外的比率被仔细考虑

通常，用于获得SiC的工艺从液体前体制剂出发到固化材料，到转化为SiC材料(α，β或这两者)的SiOC材料。在这些过程-固化、热解和转化中，一些不同的构筑模块会丢失，通常为C和O，Si也可能会丢失，但优选地，这些过程和前体是使Si损失最小化或不发生损失。例如，内置于前体中或来自外源(例如，烘箱中)的过量的碳将驱动CO形成，而不是SiO形成，导致Si损失减少。在固化材料中发生的交联程度越大，在热解和转化过程中的Si损失越少，因此SiC的产率越高。

再转到三相图400，在图4B中，显示了可以用各种过程预期的比例的通常变化。应当理解的是，对于加工活动的实施例，各种箭头仅仅是动作的一般方向，并且它们的斜率可能会根据实际情况而变化，例如，如果烃类和二氧化碳都被释放。因此，挥发性烃的去除通常将改变沿箭头450方向的比例。在固化或其后的储存期间，材料可以从大气中获得一些水，该比例的偏移由箭头451显示(获得的水分和挥发性损失结合)。来自SiO的产生的比率偏移由箭头454显示。来自CO的产生的比率偏移由箭头453显示，并且来自CO₂的产生的比率偏移由箭头452显示。应理解的是，该过程的最终目的是获得材料的比例，从其起始比例到底线410的比例，在某些情况下，最优选为到化学计量的SiC(点404)的比例。

从基本上具有制备SiC所需的所有构筑模块(例如，Si和C)的液体材料(例如前体批料)开始的能力在控制杂质、污染和制备高纯度SiOC(其又可以转化为高纯度SiC，或者可以在单个组合工艺或步骤中被直接制备)方面提供了显著优势。。因此，本发明的实施例提供了形成至少约99.9％(3个九)，至少约99.99％(4个九)，至少约99.999％(5个九)和至少约99.9999％(6个九)和至少约99.99999％(7个九)或更高纯度的SiOC。类似地，本发明的实施例提供了形成至少约99.9％(3个九)，至少约99.99％(4个九)，至少约99.999％(5个九)和至少约99.99％(4个九)，至少约99.999％(5个九)，至少约99.9999％(6个九)和至少约99.99999％(7个九)或更高纯度的SiC。根据具体情况而定，这些纯度值基于SiOC或SiC相对于给定的SiOC或SiC产品的样品中存在或包含的所有材料的量。

本发明的聚硅氧碳衍生的SiC和工艺的实施例，降低了提供高纯度和超高纯度SiC的成本，同时也提高了获得的纯度，例如，更低成本的高纯度SiC材料。因此，与现有的SiC、SiOC和Si材料和产品相比，除了其他方面之外，聚硅氧碳SiC材料和制品的实施例具有降低的成本和增强的特性等等。因此，除了其他方面之外，聚硅氧碳SiC材料和制品的实施例在许多应用中可以代替SiC以及Si材料和产品，并且能够提供新的、附加的和增强的应用，出于技术、经济性或者这两者共同的原因，这些新的、附加的和增强的应用用SiC和Si材料和产品无法获得。

聚合物衍生的SiC晶片的实施例，除了别的之外，包括：大约2英寸直径的晶片和更小的晶片，约3英寸直径的晶片，约4英寸直径的晶片，约5英寸直径的晶片，约6英寸直径的晶片，约7直径的晶片，约12英寸的晶片和可能更大的晶片，约2英寸到约8英寸直径的晶片，约4英寸到约6英寸的晶片；方形、圆形和其他形状的，每面的表面积为约1平方英寸，约4平方英寸，约10平方英寸以及更大和更小；厚度约为100μm，厚度约为200μm，厚度约为300μm，厚度约为500μm，厚度约为700μm，厚度约为50μm至约800μm，厚度约为100μm至约700μm，厚度约为100μm至约400μm，以及更大和更小的厚度；以及这些的组合和变化。

在本发明的实施例中，在物品(例如，晶锭、晶片、电子器件、光学器件和其它基于SiC的中间产品和最终产品)的后续加工和制造中，高纯度SiC具有低的，非常低的和低于检测限的会引起重大问题的被视为杂质的物质的量。

因此，聚合物衍生的高纯度SiC，尤其是聚硅氧碳衍生的高纯度SiOC，以及SiOC转化成的高纯度SiC至少具有至少约99.9％的纯度，至少约99.99％的纯度，至少约99.999％的纯度，至少约99.9999％的纯度和至少约99.99999％或更高的纯度。此外，应注意，本发明的实施例包括任何纯度水平(包括：较低纯度的水平，例如，99.0％，95％，90％和更低)的聚合物衍生的SiC和SiOC。相信这些纯度较低的(例如，纯度不高)实施例具有以及将会找到实质性的用途和应用。类似地，相信高纯度的SiC的实施例将找到应用、用途，并为本发明之前受限于Si或除SiC之外的材料的应用提供新的、令人惊讶的益处。

本发明的实施例包括高纯度SiC在制造用于电子和半导体应用的晶片的用途。在气相沉积装置和制造以供后续使用的晶锭和晶片的工艺中，均需要高纯度的SiC。具体地，如表3所示，高纯度聚合物衍生的SiOC和SiC的实施例，优选地，可能具有低水平的表3中的一种，多于一种或全部元素，这些元素在某些气相沉积装置、电子应用和半导体应用中被认为是杂质。因此，聚硅氧碳衍生的SiC的实施例可以不含杂质，基本上不含杂质，以及含有一些杂质但是不超过表3所列出的量或这些量的组合。

表3

在一个实施例中，Pr在一些应用中也可以被认为是杂质，如果这样，则表3的限度和量可以适用于Pr。

除非另有说明，如本文所用，当提及纯度水平，高纯度，％纯度，％杂质和类似这样的术语时，在材料的计算或表征中，不包括、参考、考虑或使用过量的碳(即超过化学计量的SiC)。在一些应用中，过量的碳可能对应用或产品没有影响或几乎没有影响，因此不被认为是杂质。在其它应用中，过量的碳可能是有益的，例如，碳可以充当烧结助剂；过量的碳可用于解决和补偿气相沉积装置和工艺中的无规律性。

在将氮视为污染物的应用中，聚硅氧碳衍生的SiC和SiOC的实施例可以具有小于约1000ppm，小于约100ppm，小于约10ppm，小于约1ppm和小于约0.1ppm的氮或更低的氮。

在聚硅氧碳衍生的SiC的一个实施例中，其基本上不含或不含任何形式的氧(结合到Si上或C上或作为氧化物层的氧)。因此，聚硅氧碳衍生的SiC的实施例可以具有小于约1000ppm，小于约100ppm，小于约10ppm，小于约1ppm和小于约0.1ppm的氧，或更低的氧。在标准温度和压强下，暴露于空气时，聚硅氧碳衍生的SiC具有抗性并且不形成氧化物层。在环境条件下储存时，不存在氧化物层，即不含氧化物层的SiC，在后续制造工艺中提供了优点，其中的氧化物层可被视为杂质或可能以其它方式损害制造工艺。

聚硅氧碳衍生的SiC的实施例是高度通用的材料。它们可以具有多种形式，例如，无定形，具有许多不同多型体的结晶，和形成单晶和多晶结构。一种，多于一种，以及这些各种形式的组合，可以在聚硅氧碳衍生的SiC的单批次中，体积形状中或样品中。因此，本发明的聚硅氧碳衍生的SiC材料可应用于研磨剂，摩擦构件，光学器件，防弹和耐冲击材料，绝缘和电子学等等。

聚硅氧碳衍生的SiC粉末、细粒、丸粒或其它较小尺寸和形状的形式，可以通过烧结操作结合在一起以形成组件和结构。

本发明聚合物衍生的SiC的实施例的结合(例如，挤压、烧结、即压(ready-to-press))可以以任何常规方法进行，并且可以使用目前在常规工艺中使用的烧结助剂和其它添加剂来进行。本发明的超纯聚合物衍生的SiC的实施例提供了独特的使其颗粒连接在一起而不需要任何烧结助剂或加工添加剂的能力，并且这种能力以前从未存在于SiC中。因此，本发明的超纯SiC的实施例是自烧结的，它们不需要任何烧结助剂或添加剂而能连接或以其它方式(例如，烧结或压制)形成固体，并优选整体式固体形状(monolithic solidshape)。自烧结的超纯SiC形状显著地强于使用烧结助剂制成的相应形状。因此，自烧结的SiC形状可以是比使用烧结助剂的类似的SiC形状强2x，3x，4x或更多倍。理论上，烧结助剂在SiC颗粒之间形成粘合或接合，并且这些烧结助剂接合基本上比自烧结形状的SiC-SiC接合(例如，直接的接合点)弱。

本发明的聚合物衍生的SiC，尤其是超纯SiC的实施例，通过气相沉积工艺、结晶生长工艺、连接工艺和其它工艺，可以在以下方面找到应用和用途：宽带放大器，军事通信，雷达，电信，数据链路和战术数据链路，卫星通信和点对点无线电电力电子(point-to-pointradio power electronics)，LED，激光，照明和传感器等等。此外，这些实施例可以在晶体管中找到应用和用途，例如，高电子迁移晶体管(HEMT)(包括基于HEMT的单片式微波集成电路(MMIC))。这些晶体管可以采用分布式(行波)放大器设计方法，具有更大的SiC带隙，能够在小占地面积中实现极宽的带宽。因此，本发明的实施例将包括这些由聚合物衍生的SiC制成的装置和制品或者以其它方式基于聚合物衍生的SiC的装置和制品。

本发明的聚合物衍生的SiC，尤其是超纯SiC实施例，通过气相沉积工艺，结晶生长工艺，接合工艺和其它工艺，还可以在以下方面找到应用和用途：制动转子和制动组件、刹车盘和刹车片、制作宝石和次等宝石、首饰、碳硅石、以及切割和磨料应用等等。因此，本发明的实施例将包括这些由聚合物衍生的SiC制成的装置和制品或者以其它方式基于聚合物衍生的SiC的装置和制品。

本发明的聚合物衍生的SiC，尤其是超纯SiC的实施例，可以与其它陶瓷粉末配方(ceramic powder formulations)组合，以向使用这些其它陶瓷粉末的工艺提供增强的益处、降低的成本或者这两者。例如，BN/SiC/ZrO₂复合材料以及与其它耐火/工程陶瓷粉末(例如，AlN，BC，BN，Al₂O₃，ZrO₂，C，SiC，WC和SiN等)的混合物在考虑范围内。因此，本发明的实施例将包括由聚合物衍生的SiC制成的这些装置和制品或者以其它方式基于聚合物衍生的SiC的这些装置和制品。它们也可用于金属合金应用，例如，制造金属陶瓷或其它冶金混合物或合金。仅举几例，例如，它们可以与Ti，Fe，Ni和Co结合。因此，例如，它们可以形成聚合物衍生的SiC-Ti合金，聚合物衍生的SiC-亚铁合金，聚合物衍生的SiC-Ni合金和聚合物衍生的SiC-Co合金。

例如，本发明的聚合物衍生的SiC陶瓷粉末制剂的实施例可以用作以下物品的组件或者用于构筑以下物品：窑具、炉管、炉带连接件、炉辊、喷嘴、轴承、耐腐蚀密封件、坩埚、耐火材料、热保护系统、冲压喷气发动机(RAM-Jet)/超音速超燃冲压发动机(SCRAM-Jet)或任何在3马赫以上飞行的物品、火箭、航天飞机、火箭前锥体和前沿冲击保护系统、SiC/SiC增强复合材料、SiC/C增强复合材料、直流磁控溅射靶、热电偶护套、泵密封和阀套。

本发明聚合物衍生的SiC、SiOC，尤其是超纯SiC和SiOC的实施例，通过气相沉积工艺、结晶生长工艺、接合工艺和其它工艺，可以在多层结构中找到应用和利用，例如，在基底上的层。这种层可以是晶体，单晶，多晶或非晶体。有具有许多不同层的结构，例如基底层，粘结层，SiC层，SiOC层和其它物质。在一个实施例中，蓝宝石可以作为外延SiC层的基底。GaN也可以是可接受的基底。可以使用粘结层来调节不同晶格参数之间的晶格失配。因此，例如，在其中SiOC作为基底的情况下，其可以具有粘结层以支撑SiC或生长在其上的GaN层。

在本工艺的一个实施例中，高纯度聚合物衍生的SiC，优选尺寸非常小(例如，小于约100μm，小于约10μm)，纯度为约99.999％，优选为约99.9999％，更优选为约99.99999％，可以烧结成光学部件。这些光学部件可以透射所选择的波长(例如，360-800nm)。它们在可见光谱区具有约2.65的折射率。它们可以具有良好的和高的光学特性，没有像差、遮挡和其它光学缺陷。它们具有韧性(例如，SiC的耐化学性、耐磨性、耐温性、硬度)。因此，例如，随后可以为窗口或透明构件(例如，屏幕，手机，平板电脑，触摸屏等)提供显著改进。它们也可以用于作这些设备的主体。这些聚合物衍生的SiC窗口在苛刻的应用中是尤其有利的，例如，在恶劣的环境或使用条件的应用。它们可用于许多光学应用，包括：光(例如，激光，激光二极管或其它光源)的产生；光的成形和透射(例如，光纤，窗口，棱镜，透镜，光学器件，反射镜和内部反射元件(例如，依赖于内部反射以引导光的障碍物、棱镜))。

除了UV，可见光和红外光之外，SiC光学元件还可以应用于超过电磁辐射的波长，如微波，毫米波，X射线和高能束。

聚硅氧碳衍生的SiC的实施例，尤其是高纯度SiC，具有许多独特的性质，使其在电子，太阳能和电力传输行业和应用中的用途有优势和可取之处。它们可以作为非常稳定并适用于多种苛刻应用(包括：高功率，高频，高温，腐蚀性环境和用途等)的半导体材料起作用。聚合物衍生的SiC是非常硬的材料，具有424GPa的杨氏模量(Young’s modulus)。它基本上是化学惰性的，并且在室温下不会与任何物质反应。

此外，在本发明之前，认为从所有实际的角度来说，将任何物质扩散到碳化硅中是基本上不可能的，从而在某种程度上，需要将掺杂剂添加到材料中，它们可以通过前体的方式添加，从而以可控的方式及数量存在，用于生长为晶锭或其它结构。前体制剂的实施例可以具有掺杂剂或复合物(这种复合物将掺杂剂带入并结合到陶瓷中，并随后进入转化的SiC中)，以便在气相沉积过程中，掺杂剂是可获取的并且是可用的形式。

此外，为了向由聚合物衍生的SiC和SiOC的实施例制成的晶片、层和结构提供自定义性质或预定性质，掺杂剂或其它添加剂可与本发明聚合物衍生的材料一起使用，或作为本发明聚合物衍生的材料的一部分，或与本发明聚合物衍生的材料结合使用。在这些实施例中，不认为性能增强添加剂是杂质，因为性能增强添加剂是有意存在于终端产品中，或有必要存在于终端产品中。性能增强添加剂可以合并到液体前体材料中。根据性能增强添加剂的性质，它可以是前体主链的一部分，可以是复合的，或者是复合物的一部分，从而并入到液体前体中，或者它可以以其它能够使其存活(例如，以使其在最终材料中如预期发挥作用的形式)的形式存在。性能增强添加剂也可以作为涂层添加到SiC或SiOC粉末材料中，可以在加工过程中作为蒸汽或气体加入，或者可以是粉末形式并与聚合物衍生的SiC或SiOC颗粒混合等等。此外，性能增强添加剂存在的形式和方式应优选为对加工条件、加工时间和终端产品的质量具有最小的影响，更优选为没有不利影响。因此，具有大于5个9纯度，大于6个9纯度和大于7个9纯度的聚硅氧碳衍生的SiC可以具有一定量的性能增强添加剂存在。这些量可以为约0.01％至约50％，约0.1％至约5％，约1％至约10％，小于25％，小于20％，小于10％或小于1％，以及更大或更小的量，这取决于添加剂和意在赋予的预定性质。

碳化硅通常不具有液相，而是在真空下，在高于约1800℃的温度下升华。转到图10，其提供了SiC的分压曲线图。通常，在工业和商业应用中，确定条件以便升华在约2,500℃及以上的温度下进行。当碳化硅升华时，它通常形成由Si，SiC和SiC₂组成的蒸汽。通常，认为温度决定了碳化硅蒸汽中这些不同组分的比例。然而，本发明，除其它之外，还提供了预先选择和控制SiC蒸汽的这些组分的比例的能力，例如通过控制存在于聚硅氧碳衍生的SiC中过量的碳的量。此外，通过以受控的方式改变聚硅氧碳衍生的SiC的孔隙率，存在的过量碳的量以及改变这两者(当用作气相沉积工艺中起始原料时)，例如，具有其中含有不同预定量的过量的碳存在的SiC材料层，SiC蒸汽的组成可以以受控的方式变化，并且随着时间推移以可控的方式变化。

聚硅氧碳衍生的SiC，和SiC晶锭、晶片，以及由聚硅氧碳衍生SiC制成的其它结构显示出多态性，并且显示出通常称为多型性(polytypism)的一维多态性。因此，聚硅氧碳衍生的SiC可以存在于许多理论上无限的不同的多型体中。如本文所使用的，除非另有明确规定，术语多型性、多型体和类似术语应被赋予其尽可能广泛的含义，并且包括配置碳化硅四面体(SiC₄)的各种不同的框架、结构或排列。通常，这些多型体分为α和β两类。图2A和2B，3A和3B分别显示了单个立方体和四面体聚合物衍生的SiC结构的侧视图和俯视图。因此，在图2A和B中显示了SiC的单个立方排列，其中Si是空心圆(例如，200)，C是闭合圆(例如，201)。在图3A和B中显示了SiC的单个四面体排列，其中Si是空心圆(例如，300)，C是闭合圆(例如，301)。

聚硅氧碳衍生的SiC的α类别的实施例通常包含六方形(H)，菱形(R)，三角形(T)结构，并且可能包含这些结构的组合。β类通常包含立方(C)或锌闪锌矿结构。因此，例如，聚硅氧碳衍生的碳化硅的多型体会包括：3C-SiC(β-SiC或β3C-SiC)，其具有ABCABC...的堆叠顺序(stacking sequence)；2H-SiC，其具有ABAB...的堆叠顺序；4H-SiC，其具有ABCBABCB...的堆叠顺序；和6H-SiC(普通形式的α碳化硅，α6H-SiC)，其具有ABCACBABCACB...的堆叠顺序。α碳化硅的其他形式的实例包括8H，10H，16H，18H，19H，15R，21R，24H，33R，39R，27R，48H和51R。

聚硅氧碳衍生的SiC的实施例可以是多晶或单晶。通常，在多晶材料中，由于两个晶粒之间或材料的晶体之间的界面，有晶界存在。这些晶界可以处于具有不同取向的相同多型体之间，或处于具有相同或不同取向的不同的多型体之间，以及它们的组合和变化。单晶结构由单一多型体构成，并且基本上没有晶界。

本发明的实施例提供了满足高纯度碳化硅的需求的能力，尤其是用于终端产品(例如，半导体)中的高纯度单晶碳化物材料。因此，对于这些终端产品和需要高纯度材料的用途，具有以下纯度的低成本的碳化硅原料是值得期待的：纯度至少为约99.9％，至少为约99.99％，至少为约99.999％，并且至少为约99.9999％，至少为约99.99999％或更高。

高纯度单晶碳化硅材料具有许多理想的特征和特性。例如，非常硬，具有424GPa的杨氏模量。多晶碳化硅也可能具有非常高的硬度，这取决于其晶粒结构和其它因素。

本发明聚硅氧碳衍生的SiC的实施例包括：能够提供更大直径或横截面(例如，约5英寸，大于5英寸，约6英寸，大于7英寸，约8英寸，大于8英寸，大于9英寸，约12英寸及更大)的晶种、晶锭和其它结构。优选地，这种较大的直径或横截面结构具有至少约99.9％，至少约99.99％，至少约99.999％，至少约99.9999％，至少约99.99999％或更高的纯度。

本发明的实施例包括具有带隙的碳化硅的制品(例如，半导体)，其带隙随着多型体变化，在(βSiC)3C-SiC的2.39eV到2H-SiC的3.33eV之间。4H-SiC的带隙为3.265eV。α碳化硅(6H-SiC)的带隙为3.023eV。这些带隙大于Si的带隙(具有1.11eV的带隙)。带隙高允许碳化硅材料在高温环境(例如，高达约1000℃)下运行的传感器(例如，气体传感器)中工作。例如，在大约1000℃的温度下操作时，基于碳化硅的气体传感器可能具有仅几毫秒的响应时间。

由聚合物衍生的SiC，SiOC，尤其是高纯度聚合物衍生的SiC和SiOC制成的材料的实施例，可用于功率器件和功率器件应用中。对于功率器件应用，击穿电场强度E_max可以作为重要的属性。该属性量化了在材料击穿(例如，灾难性击穿)发生之前，材料中最大场(largest field)有多高。E_max依赖于掺杂水平，但通常对于具有相同掺杂程度的SiC材料和Si材料，SiC E_max可以为4至10倍以上的数量级。从构造的装置的相对强度的角度来看，E_max和相对E_max也可以视为具有相同阻断电压。因此，对于1kV的阻断电压，构造的Si器件会具有约0.2MV/cm的临界场强度，并且类似的SiC器件将具有约2.49MV/cm的临界场强度。

由聚合物衍生的SiC、SiOC，尤其是高纯度聚合物衍生的SiC和SiOC制成的材料的实施例，可用于高频器件和高频应用中。饱和漂移速度是高频设备的重要特性。碳化硅具有2×10⁷cm/sec²的饱和漂移速度，而类似的硅的饱和漂移速度约为其一半。如果不必要，饱和漂移速度高对于高增益固态器件来说是有利的。因此，使用提供高纯度，低成本(例如，具有成本效益的)碳化硅的本发明的实施例，从材料的角度看，成为了该装置的一种优选的选择。然而，在本发明之前，由于与利用碳化硅相关的成本和难度(如果不是在获取所需的纯度方面不可能)，通常相信这是现有技术会不会做出的一种选择。

由聚合物衍生的SiC，SiOC，尤其是高纯度聚合物衍生的SiC和SiOC制成的材料的实施例，可用于高热导率应用。在室温下，碳化硅的热导率高于铜，并且相信可能优于大多数(如果不是全部)金属。例如，在室温下，银的热导率为4.18W/(cm-K)，铜的热导率为4.0W/(cm-K)。在室温下，高纯度碳化硅可以具有大于约4.0W/(cm-K)，大于约4.5W/(cm-K)，约4.9W/(cm-K)的热导率和更大的热导率。

本发明的实施例，以及本发明提供的SiC处理和材料方面的改进，可以在许多(大多数，如果不是基本上所有的)电子学和其它应用中代替硅材料；还有超越常规的硅基半导体和电子应用的附加的和新的应用和用途。

聚硅氧碳衍生的高纯度SiC(例如，纯度至少为约99.9％，至少为约99.99％，至少为约99.999％，至少为约99.9999％和至少为约99.99999％或更高)的实施例可能具有许多不同的多型体。聚硅氧碳衍生的高纯度SiC和SiOC可以以α、beta(β)及其组合和变化的形式存在。通常，聚硅氧碳衍生的高纯度SiC的α类的实施例包括六边形(H)，菱形(R)，三角形(T)结构，并且可以包含这些结构的组合。通常，聚硅氧碳衍生的高纯度SiC的β类包括立方(C)或闪锌矿结构。因此，例如，聚硅氧碳衍生的高纯度碳化硅的多型体会包括：3C-SiC(β-SiC或β3C-SiC)；2H-SiC；4H-SiC；和6H-SiC(一种普通形式的α型碳化硅，α6H-SiC)，其具有ABCACBABCACB...的堆叠顺序。其它形式的α型碳化硅的实例会包括8H，10H，16H，18H，19H，15R，21R，24H，33R，39R，27R，48H和51R。聚硅氧碳衍生的高纯度SiC的实施例可以是多晶或单晶。高纯度SiOC和SiOC衍生的SiC可以是无定形。

本发明的实施例能够提供以下体积结构形式的高纯度SiOC和SiC，例如，冰球状，煤球状，砖块状，块状，片剂状，丸状，板状，圆盘状，正方形状，球状，棒状，随机形状等。这些体积形状具有范围广泛的尺寸，尽管可以考虑更大和更小的体积，但通常为约1/16立方英寸至约1立方英尺。体积结构的实施例可以是非常柔软的，脆的或易碎的，优选地，具有用普通手压就破碎的能力。因此，这些易碎的SiC体积结构可具有：小于约200GPa，小于约150GPa，小于约75GPa，小于约10GPa或更小的弹性模量；小于约1400Kg/mm²，小于约800Kg/mm²，小于约400Kg/mm²，小于约100Kg/mm²和更小的硬度；并且小于约1850MPa，小于约1000MPa，小于约750MPa，小于约200MPa，小于约50MPa，和更小的的压缩强度。因此，这些易碎的SiC体积形状大大弱于构成其结构的下面的SiC材料，其具有约410GPa的弹性模量报道值，约2800Kg/mm²的硬度和约3900MPa的抗压强度。通过氦比重测定法测量，SiC的实际密度为约3.0至3.5g/cc，或约3.1至3.4g/cc，或约3.2至3.3g/cc。对于SiC的易碎体积形状(例如，颗粒状，丸状等)，表观密度或比重可能显著降低。

优选地且具有代表性地，SiC块(例如，粒状的SiC颗粒的体积形状，脆性块)具有比其实际密度低得多的表观密度，例如，SiC颗粒的实际密度应为约3.1g/ccto 3.3g/cc。通常且具有代表性地，通过粉碎脆性块获得的粒状SiC的表观密度和实际密度基本相同。脆性块(例如，冰球状，丸状，圆盘状或板状)的表观密度可能小于约3g/cc，小于约2g/cc，小于约1g/cc及更低，并且可以为约0.5g/cc至约1.5g/cc，约0.4g/cc至约2g/cc。SiC颗粒的体积密度可小于约3.0g/cc，小于约2.0g/cc，小于约1g/cc和约0.1g/cc至约2g/cc，0.5g/cc至约1.5g/cc。更大和更低的表观密度和体积密度也在考虑范围之内。此外，可以提供聚合物衍生的SiC的脆性块的具体的(即，预定和精确的)表观密度，以匹配(优选地，增强；更优选地，优化)后续的制造工艺。例如，在CVD晶片制造中，SiC颗粒的脆性块可以具有专门设计和定制的表观密度，以匹配特定的CVD设备。以这种方式，设备中的每个CVD装置可能具有定制的原料，使得通过使用具有预定和精确的表观密度的原料(例如，SiC的脆性块)能够优化每个装置的性能。

因此，脆的SiC体积形状可以容易地并快速地分解成具有典型的SiC强度特性的更小的SiC颗粒。较小的颗粒的直径可小于约10mm，直径小于约1mm，直径小于约0.01mm，直径小于约100μm(微米)，直径小于约10μm，并且小于约1μm，小于约500nm(纳米)，至小于约100nm，应当理解的是，更小和更大的尺寸在考虑范围之内。

因此，本发明的实施例为从SiOC前体形成SiC的脆性块或体积形状作了准备，并且从该SiC的脆性块获得颗粒状SiC。颗粒状SiC的强度显著高于SiC脆性块的体积特性。例如，颗粒状SiC可能具有以下的弹性模量：比SiC团块大约2倍，比SiC团块大约3倍，比SiC团块大4倍及更大；颗粒状SiC可能具有以下的硬度：比SiC团块大约2倍，比SiC团块大约3倍，比SiC团块大4倍及更大；颗粒状SiC可能具有以下的抗压强度：比SiC团块大约2倍，比SiC团块大约3倍，比SiC团块大4倍以及更大；以及这些与增强强度相关的特性的组合和变化。

例如，从图1的实施例的工艺(例如，阶段108的103c)获得的SiC脆性块可以通过以下破碎设备被分解成颗粒状SiC：例如，球磨机，磨碎机，转子定子磨机，锤磨机，喷射粉碎机，滚压机，珠磨机，介质研磨机(a media mill)，研磨机，均化器，双板磨机，和面机，以及其它类型的研磨、碾磨和加工设备等破碎设备。

SiC的脆性块具有固有的孔隙率。孔隙率优选是开孔，或基本上开孔的孔隙率。以这种方式，脆性块通常提供了比颗粒状SiC实质上更大的有效表面积，这是因为颗粒彼此挤在一起。因此，例如，如果在气相沉积工艺中使用SiC的脆性圆盘状来制造SiC晶锭(用于随后转换成SiC晶片)，比起在这样的过程中使用颗粒状SiC通常获得的表面积和路径(path)，这些脆性SiC圆盘状会提供实质上更大的产生SiC蒸汽蒸汽的表面积，并且提供用于SiC蒸汽蒸汽运动的实质上更大的路径。理论上，增加的表面积和增加的路径提供了提高SiC晶锭的生长速率、SiC晶锭(以及随后的晶片)的质量和这两者的能力。脆性SiC圆盘状(例如，SiC块)比颗粒状SiC材料可能更容易处理、测量和使用。

SiC的脆性块，优选且通常具有比其实际密度明显更低的表观密度，例如，实际密度应为约3.2g/cc。通常，通过粉碎脆性块获得的颗粒状SiC具有基本相同的表观密度和实际实度，例如，约3.1至3.3g/cc。

与制备SiC的常规方法(例如，通过二氧化硅的碳热还原，Acheson法或基于Acheson法)所需的力相比，将SiC脆性块破碎成颗粒形式所需的力是最小的。常规方法通常在整料中产生一批SiC，所述的整块料具有SiC的强度，并且其通常必须被颗粒化(例如，研磨、切割、刨削或研磨至有用的尺寸)。因此，本发明的实施例避免了对这种重型或需要很强体力的研磨设备的需求以将SiC的整料进行颗粒化。它们进一步避免了操作这种研磨设备的高能耗(例如，电力)。它们还大大减少了需要将SiC颗粒化所需的时间。使用这种重型研磨设备可能需要花费一周以上的时间才能将SiC整料颗粒化成有用的尺寸。而本发明的SiC的脆性块的实施例可以在仅仅几个小时，一个小时，小于一小时，小于30分钟，几分钟和更少的时间内被颗粒化。例如，该研磨过程可以是例如图1的实施例的后处理阶段108。

高纯度聚硅氧碳的性质为其在以下方面的用途提供了一些优势和益处：例如，作为Si和C源或起始材料，气相沉积工艺，系统和装置，用于生长或形成SiC块、结构、制品或体积形状等的技术。这些性质包括：能够具有高纯度级别，高纯度级别，能够控制粒度分布(形状、大小和这两者)；预定的粒度分布；能够具有体积形状；预定的体积形状(例如，冰球状，丸状，圆盘状等)；能够具有孔隙率并控制孔隙率；预定孔隙率；能够控制碳的量；预定的碳的量(过量(即，大于化学计量)和缺乏(即小于化学计量))；以及这些性质和其他性质的组合和变化。尽管可以看到本发明的另外的优点，但目前，举个例子，蒸汽沉积工艺中的优点将包括：缩短晶锭或其它结构的生长时间，在清洁之前运行更长的时间，能够优化装置，能够生长更大直径的晶锭或其它结构，能够提高质量，能够减少来自晶锭或其它结构的有问题的面积、有问题的区域或有问题的事件(例如，管道，闭塞(occlusions)，缺陷)，降低成本，更好地控制工艺，以及这些的组合和变化。

应当理解的是，在本说明书中使用标题是为了清楚的目的，而不是以任何方式进行限制。因此，标题下所描述的过程和公开的内容应当结合本说明书(包括各种实施例)的全部内容阅读。在本说明书中使用标题不应限制提供给本发明的保护范围。

用于获取聚硅氧碳前体的一般方法

通常，聚合物衍生的陶瓷前体制剂，尤其是聚硅氧碳前体制剂通常可以通过三种类型的方法制备，尽管可以利用其它的方法，以及这些方法的变化和组合。这些方法通常涉及将前体合并以形成前体制剂。一种类型的方法通常包括将前体材料混合在一起，优选以无溶剂的方法，基本上不发生化学反应，例如“混合过程”。另一种方法通常涉及化学反应(例如“反应型方法”)以形成特定的(例如，定制的)前体制剂，其可以是单体，二聚体，三聚体和聚合物。第三种方法在无溶剂环境中具有两种或多种组分的化学反应，例如“反应混合型方法”。通常，在混合过程中，基本上所有的(优选全部的)化学反应均发生在后续处理过程中，例如，发生在固化，热解以及这两者期间。·

应当理解的是，这些术语-反应型方法，反应混合型方法和混合型方法-是为了方便使用和作为速记参考。这些术语不是限制，也不应该被视为限制。例如，反应方法可以用于制备前体材料，这种前体材料随后在混合过程中与与另一种前体材料一起使用。

在本说明书中对这些方法类型进行了描述，除了其它地方，在它们各自的标题下。应当理解的是，在一个标题下的一个方法的教导与在其它标题下的其他方法的教导可以彼此适用，并且适用于本说明书中的其它部分、实施例和教导，反之亦然。对于一种类型的方法，起始材料或前体材料可以用于另一种类型的方法。此外，应当理解的是，在这些标题下描述的方法应当结合本说明书的全部内容(包括各种例子和实施例)进行阅读。

应当理解，这些方法的组合和变化可以用于获得前体制剂，以及用于获得中间体、末端产品和最终产品。根据具体工艺和产品的所需特征，一种方法类型的前体和起始材料可以在另一种方法中使用。来自混合型方法的制剂可以用作反应型方法或反应混合型方法中的前体或组分。类似地，来自反应型方法的制剂可以用于混合型方法和反应混合方法。类似地，来自反应混合型方法的制剂可以用于混合型方法和反应型方法。因此，并且优选地，来自其它方法的优化性能和特征可以被组合并被利用，以提供成本效益的和有效的方法和末端产品。这些过程为中间产品、末端产品和最终产品提供了很大的灵活性以创建自定义特性，因此，这些方法的任何一个及其组合可提供特定的预定产品。在选择哪种类型的方法是优选的时候，可以考虑诸如成本，可控性，保存期限，放大比例，制造容易度等因素。

除了可商购外，前体可以通过烷氧基(alkoxylation)类型的方法制备，例如，乙氧基(ethoxylation)化方法。在这一方法中，氯化硅与乙醇在催化剂(例如，HCl)的存在下反应，以提供前体材料，该材料可进一步反应以提供更长链的前体。也可以使用其它醇，例如甲醇。因此，例如SiCl₄，SiCl₃H，SiCl₂(CH₃)₂，SiCl₂(CH₃)H，Si(CH₃)₃Cl，Si(CH₃)ClH)与乙醇CH₃CH₂OH反应以形成前体。在这些反应中的一些反应中，酚类可作为取代位于硅上的氢基的苯基的来源。可能需要发生一步，两步或更步反应。

前体材料也可以通过乙炔反应路线获得。通常，有几种已知的将乙炔加到Si-H中的途径。因此，例如，四甲基环四硅氧烷可以在催化剂存在下与乙炔反应以生成四甲基四乙烯基环四硅氧烷。这种产物随后可以被开环并聚合，以形成线型的乙烯基甲基硅氧烷。或者，代表性的乙烯基硅烷可以通过甲基二氯硅烷(从直接工艺或Rochow方法获得)与乙炔反应制备。这些单体随后可以被纯化(因为可能有些混杂)，以形成乙烯基甲基二氯硅烷。随后，乙烯基单体可以通过水解聚合以形成许多具有各种链长度的环状和线性硅氧烷，包括，例如，各种环四硅氧烷(例如，D4')和各种环戊硅氧烷(例如D5')。然而，这些路径是昂贵的，并且对于更低成本的原料来源生产乙烯基硅烷一直存在着长期的且日益增长的需求。在本发明之前，人们不相信MHF可用于乙炔加成方法中获得乙烯基硅烷。MHF比乙烯基，甲基(直链或环状)更便宜，并且向MHF加入乙炔以使乙烯基满足以下的长期需求(除了其它需求外)：提供更具成本效益的材料并以相对便宜的成本提供。在进行添加时，除了其它变量外，还应考虑和控制以下变量：进料(D4'，直链甲基，氢硅氧烷液体)；温度；乙炔与Si-H的比例；均相催化剂(卡斯泰德催化剂(Karstedt's)，二月桂酸二丁基锡,无催化剂,具有抑制剂的卡斯泰德催化剂，氯铂酸，阿须贝氏催化剂(ashby's))；负载催化剂(铂碳催化剂，铂氧化铝催化剂，钯氧化铝催化剂)；流速(液体进料，乙炔进料)；压强；和催化剂浓度。在表A和B中提供了将乙炔加入到MHF(环状和直链)的反应的实施例的离子。表A是间歇乙炔反应。表B是连续乙炔反应。应当理解的是，可以利用MHF和乙炔进料的间歇、连续、逆流流动，单程材料的连续循环，以及这些和其它方法的组合和变化，以实现更高的转化率。

间歇乙炔反应

表B：连续乙炔反应

(D4’是四甲基四氢环四硅氧烷)

连续高压反应器(“CHPR”)的实施例，除其它原因之外，还出于以下原因可能是有利的：反应转化节省了更多在液相中所需的乙炔；提供压强的管式反应器反过来增加了乙炔的溶解度；具有己炔的反应节省了浓度和时间(例如100小时)；可以消除均相催化剂，从而一旦完成就消除了与所生成的乙烯基化合物的硅氢化反应；以及使用非均相(固体)催化剂来保持产品的完整性，延长保存期限，延长使用寿命以及这些的组合和变化。

在处理乙炔加成反应的各种条件时，一些因素可能是：通过稀释的交联延迟(crosslinking retardation)，乙炔和较低浓度的催化剂；并且与较小的分子相比，对于较大的线性分子，转化率(使用非均相催化剂)可能较低。

乙烯基的存在和质量和乙烯基转化率，除了其它方式，还可以通过以下方式确定：FT-IR(对于乙烯基吸收的存在、SiH吸收的降低)；¹H NMR(对于乙烯基的存在和SiH降低)；¹³C NMR(对于乙烯基的存在)。

如本文所用，除非另有说明，术语％，重量％和质量％可互换使用，并且指第一组分的重量占总重量(例如，制剂，混合物，材料或产品)的百分比。如本文所用，除非另有说明，“体积％”和“％体积”以及类似的这样的术语是指第一组分的体积占总体积(例如，制剂，材料或产品)的百分比。

混合型(mixing type)方法

前体材料可以是甲基氢聚硅氧烷(Methyl Hydrogen)以及取代和改性的甲基氢，硅氧烷主链添加剂，反应性单体，硅氧烷主链添加剂与硅烷改性剂或有机改性剂的反应产物，以及其它类似类型的材料(例如，硅烷基材料，硅氮烷基材料，碳硅烷基材料，苯酚/甲醛基材料)，以及它们的组合和变化。优选地，前体在室温下是液体，尽管它们可以是熔融的固体，或者溶于其它前体中的一种的固体。(然而，在这种情况下，应当理解的是，当一种前体溶解另一种前体时，其并不被认为是在现有技术工艺中使用的术语“溶剂”，现有技术工艺使用非成分(non-constituent)溶剂，例如，不会形成终产物的一部分或组分的溶剂，被作为废弃物的溶剂以及两者兼具的溶剂，)

将前体在容器中混合在一起，优选地，在室温下。优选地，在前体材料的混合物中加入少量的溶剂(更优选地，没有溶剂)，例如，水，有机溶剂，极性溶剂，非极性溶剂，己烷，THF，甲苯。优选地，每种前体材料与其它前体材料是混溶的，例如，它们可以以任何相对量或以任何比例混合，，并且不会分层或沉淀。此时，“前体混合物”或“聚硅氧碳前体制剂”是完整的(注意，如果仅使用单一前体，材料将简称为“聚硅氧碳前体”或“聚硅氧碳前体制剂”或“制剂”)。尽管是完整的，填充剂和增强剂可以被加入到所述制剂中。在制剂的优选实施例中，当混合制剂时，或当制剂存放在容器中，被施加在预浸材料上时或被固化前的其他时期，基本上无化学反应，并且更优选地无化学反应，如发生在所述制剂中的交联或聚合反应。

前体可以在多种类型的气氛和条件下混合，例如，空气，惰性气体，氮气，氩气，流动气体，静态气体，减压，升压，环境压强，以及它们的组合和变化。

此外，可以向聚硅氧碳前体制剂(例如，抑制型聚硅氧碳前体制剂)中加入抑制剂，例如，环己烷，1-乙炔基-1-环己醇(可购自ALDRICH)，八甲基环四硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷(其作为反应剂或反应阻滞剂(即减慢反应来延长贮存期)，取决于用量和温度，例如，在室温下它是阻滞剂，在高温下它是反应剂)。在处理时，在此说明书中讨论的或以其他方式为本领域所知的其他材料也可加至所述聚硅碳酸酯前体制剂(例如，填充的聚硅碳酸酯前体制剂)，包括填料(诸如SiC粉、PDC颗粒、微粒、颗粒、纳米管、晶须或其他材料)。进一步地，既含有抑制剂又含有填料的制剂将被认为是抑制性的、填充的聚硅碳酸酯前体制剂。

根据特定的前体及其在聚硅氧碳前体制剂中的相对量，聚硅氧碳前体制剂可以在室温下具有大于12小时，大于1天，大于1周，大于1个月，以及多年或更长时间的保存期限。这些前体制剂在高温(例如，约90°F)下可以具有大于12小时，大于1天，大于1周，大于1个月，以及多年或更长时间的保存期限。抑制剂的使用可进一步适时地延长更高温度下的保存期限，以及这些的组合和变型。通过控制反应速率，抑制剂的使用也可以在制造过程和商业过程的发展中有益处，因此其使用发生在工艺或制造系统的期望和预期的部分。

如本文所用，术语“保存期限”应给予其尽可能广泛的意义，除非另有说明，将包括，例如，包括与新鲜制备的制剂相比100％，或与新鲜制备的制剂相比至少90％，或与新鲜制备的制剂相比至少80％，以及与新鲜制备的制剂相比约70％能够用于其预期目的的制剂或进行(例如，起作用)其预期目的的制剂。

前体和前体制剂优选是无害材料。优选地，它们具有高于约70℃，高于约80℃，高于约100℃和高于约300℃及以上的闪点。优选地，它们可以是非腐蚀性的。优选地，它们可以具有低的蒸汽压，可以具有很淡的气味或没有气味，并且可能对皮肤是非刺激的或轻度刺激的。

可以使用催化剂或引发剂，并可以在固化之前在所述前体制剂形成或被制成结构的之时、之前、之前不久或之前较早的时候加入。催化剂有助于、推动和促进前体制剂的固化，以形成预成型体。

在加入催化剂后，前体制剂对于固化仍然有用的时间段称为“贮存期(potlife)”，例如，在应当使用催化制剂前，催化制剂可以在其保存容器中保留多长时间。

在所述催化剂加入之后，所述前体制剂对于固化仍然有用的时期称为“贮存期(pot life)”，例如，所述催化的制剂在其应被使用前能够在贮存容器中保持多长时间。是否要使用抑制剂取决于特定的制剂，如果使用了，根据所使用的量、贮藏条件(如温度，低O₂气氛)以及可能的其他因素，前体制剂可具有，例如，从约5分钟至约10天，从约1天至约6天，从约4天至5天，从约1小时至约24小时以及从约12小时至约24小时的贮存期。

催化剂可以是任何铂(Pt)基催化剂，例如，可以被稀释到以下范围：约0.01ppmPt至约250ppm Pt，约0.03ppm Pt，约0.1ppm Pt，约0.2ppm Pt，约0.5ppm Pt，约0.02至0.5ppmPt，约1ppm至200ppm Pt，优选地，对于一些应用和实施例，为约5ppm至50ppm Pt。例如，催化剂可以是过氧化物基催化剂，例如，在过氧化物浓度为0.1％-3％和约0.5％和2％，90℃以上具有10小时半衰期。它可以是一种基于有机物的过氧化物。它可以是任何能够与Si-H键，Si-OH键或不饱和碳键反应的有机金属催化剂，这些催化剂可以包括：二月桂酸二丁基锡，辛酸锌，过氧化物，诸如钛、锆、铑、铱、钯、钴或镍的有机金属化合物。催化剂也可以是任何其它铑、铼、铱、钯、镍和钌型或铑、铼、铱、钯、镍和钌基催化剂。可以使用这些和其它催化剂的组合和变化。催化剂可以购自ARKEMA(商业名称为LUPEROX，例如，LUPEROX 231)；购自Johnson Matthey(商品名为：Karstedt催化剂，Ashby催化剂，Speier催化剂)。

此外，可以使用这些和其它催化剂的自定义组合和特定组合，使得它们与特定制剂匹配，并且以这种方式选择性和特异性地催化特定组分的反应。此外，可以使用这些类型的匹配的催化剂-制剂体系来提供预定的产品特征，例如，孔结构，孔隙率，密度，密度分布，高纯度，超高纯度，和固化结构和陶瓷的其它形态或特征。

在用于制备前体制剂的混合型方法中，优选地，化学反应或分子重排仅发生在起始材料的制备过程、固化过程和热解过程中。化学反应(例如，聚合、还原、缩合、取代)发生于或用于原料或前体的制备中。在通过混合型方法制备聚硅氧碳前体制剂时，优选地，不存在和基本上不发生化学反应和分子重排。在制备前体制剂期间，本混合型工艺的这些实施方式避免了对聚合或其他反应的需要，且不利用聚合或其他反应，相对于制备聚合物衍生陶瓷的现有方法，其具有明显的优势。优选地，在这些制剂和方法的混合类型的实施例中，聚合、交联或其它化学反应主要发生在固化过程中，优选基本上发生在固化过程中，更优选仅发生在固化过程中。

所述前体可能是硅氧烷主链添加剂，例如，甲基氢聚硅氧烷(methyl hydrogen)(MH)，其化学式如下：

甲基氢含氢硅油(MH)可能具有的分子量(“mw”，可以重量平均分子量衡量amu或g/mol衡量)为约400mw至约10,000mw，约600mw至约3000mw，并且可能具有的粘度优选为约20cps至约60cps。甲基硅氧烷单元“X”的百分比可以为1％至100％。二甲基硅氧烷单元“Y”的百分比可以为0％至99％。该前体可用于提供交联结构的主链，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。除了通过其它方式，所述前体还可以通过与不饱和碳化合物反应被修饰，以产生新的或额外的前体。通常，甲基含氢硅油(methyl hydrogen fluid)(MHF)具有最小量的“Y”，更优选地，“Y”实际上为零。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，乙烯基取代的聚二甲基硅氧烷，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约400mw至约10,000mw，并且可能具有的粘度优选为约50cps至约2000cps。甲基乙烯基硅氧烷单元“X”的百分比可以为1％至100％。二甲基硅氧烷单元“Y”的百分比可以为0％至99％。优选地，X为约100％。该前体可用于降低交联密度并提高韧性，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，乙烯基取代且乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约500mw至约15,000mw，优选地，可能具有的分子量为约500mw至约1,000mw，并且可能具有的粘度优选为约10cps至约200cps。甲基乙烯基硅氧烷单元“X”的百分比可以为1％至100％。二甲基硅氧烷单元“Y”的百分比可以为0％至99％。该前体可以用于提供支化并降低固化温度，以及固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，乙烯基取代且氢封端的聚二甲基硅氧烷，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约300mw至约10,000mw，优选地，可能具有的分子量为约400mw至约800mw，并且可能具有的粘度优选为约20cps至约300cps。甲基乙烯基硅氧烷单元“X”的百分比可以为1％至100％。二甲基硅氧烷单元“Y”的百分比可以为0％至99％。该前体可以用于提供支化并降低固化温度，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，烯丙基封端的聚二甲基硅氧烷，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约400mw至约10,000mw，并且可能具有的粘度优选为约40cps至约400cps。重复单元是相同的。该前体可以用于提供紫外光固化并延长聚合物链，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约200mw至约5000mw，优选地，可能具有的分子量为约400mw至约1500mw，并且可能具有的粘度优选为约10cps至约400cps。重复单元是相同的。该前体可以用于提供聚合物增链剂，增加韧性并以及将固化温度降低至如室温固化，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，硅醇基(羟基)封端的聚二甲基硅氧烷，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约400mw至约10000mw，优选地，可能具有的分子量为约600mw至约1000mw，并且可能具有的粘度优选为约30cps至约400cps。重复单元是相同的。该前体可以用于提供聚合物增链剂、增韧机理，能产生纳米尺度和微米尺度的孔隙率，并允许在室温下固化，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，硅醇基(羟基)封端的乙烯基取代的聚二甲基硅氧烷，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约400mw至约10000mw，优选地，可能具有的分子量为约600mw至约1000mw，并且可能具有的粘度优选为约30cps至约400cps。甲基乙烯基硅氧烷单元“X”的百分比可以为1％至100％。二甲基硅氧烷单元“Y”的百分比可以为0％至99％。除了可以用于其它体系外，该前体还可以用于双重固化体系；以这种方式，双重固化可以允许在单一制剂中使用多重固化机理。例如，缩合型固化和加成型固化都可以被利用。反过来，这提供了具有复杂固化属性的能力，例如，可以通过一种固化类型提供初始固化以及通过一一种单独的固化类型提供最终固化。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，氢(氢化物)封端的聚二甲基硅氧烷，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约200mw至约10000mw，优选地，可能具有的分子量为约500mw至约1500mw，并且可能具有的粘度优选为约20cps至约400cps。重复单元是相同的。该前体可以用于提供聚合物增链剂，作为增韧剂，并允许较低温度(例如，室温)的固化，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，二苯基封端的硅氧烷(也可以被称为苯基封端的)，其化学式如下：

其中，R是反应性基团，例如，乙烯基、羟基或氢化物。该前体可能具有的分子量(“mw”)为约500mw至约2000mw，并且可能具有的粘度优选为约80cps至约300cps。甲基-R-硅氧烷单元“X”的百分比可以为1％至100％。二甲基硅氧烷单元“Y”的百分比可以为0％至99％。该前体可以用于提供增韧剂，并用于调节聚合物的折射率以匹配各种类型的玻璃的折射率，以提供，例如，透明的玻璃纤维，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，单苯基封端的硅氧烷(也可以被称为三甲基封端的，苯基封端的硅氧烷)，其化学式如下：

其中，R是反应性基团，例如，乙烯基、羟基或氢化物。该前体可能具有的分子量(“mw”)为约500mw至约2000mw，并且可能具有的粘度优选为约80cps至约300cps。甲基-R-硅氧烷单元“X”的百分比可以为1％至100％。二甲基硅氧烷单元“Y”的百分比可以为0％至99％。该前体可以用于提供增韧剂，并用于调节聚合物的折射率以匹配各种类型的玻璃的折射率，以提供，例如，透明的玻璃纤维，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，二苯基二甲基聚硅氧烷，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约500mw至约20000mw，优选地，可能具有的分子量为约800mw至约4000mw，，并且可能具有的粘度优选为约100cps至约800cps。二甲基硅氧烷单元“X”的百分比可以为25％至95％。二苯基硅氧烷单元“Y”的百分比可以为5％至75％。该前体可以用于提供类似于单苯基封端的硅氧烷的的特性，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，乙烯基封端的二苯基二甲基聚硅氧烷，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约400mw至约20000mw，优选地，可能具有的分子量为约800mw至约2000mw，，并且可能具有的粘度优选为约80cps至约600cps。二甲基硅氧烷单元“X”的百分比可以为25％至95％。二苯基硅氧烷单元“Y”的百分比可以为5％至75％。该前体可以用于提供扩链剂，增韧剂，改变的或变化的折射率，固化材料的高温热稳定性的改进，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，羟基封端的二苯基二甲基聚硅氧烷，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约400mw至约20000mw，优选地，可能具有的分子量为约800mw至约2000mw，，并且可能具有的粘度优选为约80cps至约400cps。二甲基硅氧烷单元“X”的百分比可以为25％至95％。二苯基硅氧烷单元“Y”的百分比可以为5％至75％。该前体可以用于提供扩链剂，增韧剂，改变的或变化的折射率，固化材料的高温热稳定性的改进，可以产生纳米尺寸和微尺寸的孔隙率，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

所述前体可以是硅氧烷主链添加剂，例如，甲基封端的苯乙基聚硅氧烷(也可以被称为苯乙烯乙烯基苯二甲基聚硅氧烷)，其化学式如下：

该前体可能具有的分子量(“mw”)为约800mw至至少约10000mw，至至少约20000mw，并且可能具有的粘度优选为约50cps至约350cps。苯乙烯乙烯基苯硅氧烷单元“X”的百分比可以为1％至60％。二甲基硅氧烷单元“Y”的百分比可以为40％至99％。该前体可以用于提供提高的韧性，降低反应固化放热，可以改变或变化折射率，调节聚合物的折射率以匹配各种类型玻璃的折射率，以提供，例如，透明的玻璃纤维，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。

各种环硅氧烷可作为制剂中的活性分子。它们可以通过以下命名系统或化学式进行描述：DxD*y，其中“D”表示二甲基硅氧基单元，“D*”表示取代的甲基硅氧基单元，其中“*”基团可以是乙烯基，烯丙基，氢化物，羟基，苯基，苯乙烯基，烷基，环戊二烯基或其它有机基团，x为0-8，y为>＝1，x+y为3-8。

前体批料还可以含有非硅基交联剂，是非硅基交联剂和硅氧烷主链添加剂的反应产物，以及它们的组合和变化。非硅基交联剂旨在提供在固化过程中交联的能力。例如，可以使用的非硅基交联剂包括：环戊二烯(CP)，甲基环戊二烯(MeCP)，二环戊二烯(“DCPD”)，甲基二环戊二烯(MeDCPD)，三环戊二烯(TCPD)，戊间二烯，二乙烯基苯，异戊二烯，降冰片二烯，乙烯基降冰片烯，丙烯基降冰片烯，异丙烯基降冰片烯，甲基乙烯基降冰片烯，双环壬二烯，甲基双环壬二烯，丙二烯，4-乙烯基环己烯，1,3-庚二烯，环庚二烯，1,3-丁二烯，环辛二烯及其异构体。通常，含有两个(或更多个)可与前体中的Si-H，Si-OH或其它Si键反应的不饱和C＝C键的任何烃可以用作交联剂。一些含有氧，氮和硫的有机材料也可以作为交联部分。

所述前体可以为反应性单体。其包括，例如，四甲基四乙烯基环四硅氧烷(“TV”)，其化学式如下：

该前体可以用于提供支化剂、三维交联剂，以及提供固化的预成型体和陶瓷材料的其它特征和特性。(还要注意的是，在特定的制剂中(例如，2％以上)和特定的温度(例如，约室温到约60℃)下，该前体可以充当交联抑制剂，例如，可能抑制氢基和乙烯基的交联)。

所述前体可以是反应性单体，例如，三乙烯基环四硅氧烷，

二乙烯基环四硅氧烷，

三乙烯基单氢环四硅氧烷，

二乙烯基二氢环四硅氧烷，

以及六甲基环四硅氧烷，例如，

前体可以是硅烷改性剂，例如乙烯基苯基甲基硅烷，二苯基硅烷，二苯基甲基硅烷和苯基甲基硅烷(其中一些可以用作封端剂或末端终止基团)。这些硅烷改性剂可以提供增链剂和支化剂。它们还改善韧性，改变折射率，提高固化材料的高温固化稳定性，以及提高固化材料的强度等等。前体(例如，二苯基甲基硅烷)可以用作末端封端剂，还可以改善韧性，改变折射率，并提高固化材料的高温固化稳定性，以及提高固化材料的强度等等。

前体可以是硅烷改性剂与乙烯基封端的硅氧烷主链添加剂的反应产物。前体可以是硅烷改性剂与羟基封端的硅氧烷主链添加剂的反应产物。前体可以是硅烷改性剂与氢化物封端的硅氧烷主链添加剂的反应产物。前体可以是硅烷改性剂与TV的反应产物。前体可以是硅烷的反应产物。考虑到空间位阻，前体可以是硅烷改性剂与环硅氧烷的反应产物。前体可以是部分水解的四乙基正硅酸盐，例如TES 40或Silbond 40。前体也可以是聚甲基倍半硅氧烷，例如，购自General Electric Company，Wilton，Conn的SR-350。前体也可以是苯基甲基硅氧烷，例如，购自Wacker Chemie AG的604。前体也可以是甲基苯基乙烯基硅氧烷，例如Wacker Chemie AG的H62C。

所述前体也可以选自下列物质：

三甲苯磺酸封端甲基含氢硅油63148-57-2；

三甲基硅基封端甲基含氢硅氧烷二甲基硅氧烷共聚物68037-59-2；

氢封端甲基含氢硅氧烷二甲基硅氧烷共聚物69013-23-6；

氢封端聚二苯基硅氧烷；

氢封端甲基含氢硅氧烷二甲基硅氧烷共聚物115487-49-5；

氢封端的聚(苯基二甲基硅氧基)，苯基倍半硅氧烷，氢封端的68952-30-7；

乙烯基二甲基封端的乙烯基甲基二甲基聚硅氧烷共聚物68083-18-1；

乙烯基二甲基封端端二甲基二苯基聚硅氧烷共聚物68951-96-2；

乙烯基二甲基封端二甲基-甲基乙烯基-二苯基聚硅氧烷共聚物；

1,1,3,3-四甲基-1,3-二乙烯基二硅氧烷2627-95-4；

硅醇基封端聚二甲基硅氧烷(OF1070)70131-67-8；

硅醇基封端聚二甲基硅氧烷70131-67-8；羟基封端的聚二甲基硅氧烷，羟基封端的聚二甲基硅氧烷73138-87-1；

乙烯基封端聚二甲基硅氧烷68083-19-2；和

氢封端聚二甲基硅氧烷液体70900-21-9。

因此，除了前述类型的前体，考虑到前体可以是以下通式的化合物：

其中，封端E₁和E₂选自三甲基硅(-Si(CH₃)₃)，二甲基硅羟基(-Si(CH₃)₂OH)，二甲基氢化硅(-Si(CH₃)₂H)，二甲基乙烯基硅(-Si(CH₃)₂(CH＝CH₂))，(-Si(CH₃)₂(C₆H₅))和二甲基烷氧基硅(-Si(CH₃)₂(OR))。R基团R₁，R₂，R₃和R₄可以都不同，或者一个或多个可以是相同的。因此，例如，R₂与R₃相同，R₃与R₄相同，R₁和R₂不同于相同的R₃和R₄等等。R基团选自下列基团，例如：氢化物(-H)，甲基(Me)(-C)，乙基(-C-C)，乙烯基(-C＝C)，烷基(-R)(C_nH_2n+1)，烯丙基(-C-C＝C)，芳基(`R)，苯基(Ph)(-C₆H₅)，甲氧基(-O-C)，乙氧基(-O-C-C)，硅氧基(-O-Si-R₃)，烷氧基(-O-R)，羟基(-O-H)，苯基乙基(-C-C-C₆H₅)和甲基苯基-乙基(-C-C(-C)(-C₆H₅)。

通常，用于聚硅氧碳制剂的配方的实施例可以具有，例如，约0％至50％MH，约20％至约99％MH，约0％至约30％的硅氧烷主链添加剂，约1％至约60％的反应性单体，约30％至约100％的TV，以及约0％至约90％的硅氧烷主链添加剂与硅烷改性剂或有机改性剂的反应产物。

混合所述制剂时，需要充足的时间以允许所述前体有效混合和分散。通常，约15分钟至一个小时的混合时间是足够的。典型地，所述前体制剂相对地基本上剪切不敏感，因此泵或混合类型并不是关键的。进一步注意到，更高粘度的制剂可能需要额外的混合时间。混合期间，所述制剂的温度应保持在低于约45℃，且优选地约100℃。(值得注意的是，这些混合条件是针对预催化(pre-catalyzed)制剂)。

反应型方法

在反应型工艺中，通常，一般在溶剂的存在下，使用化学反应来结合一种、两种或更多种前体，以形成基本上由单个聚合物构成的前体制剂，然后可以对其进行固化和热解(如果需要)。在固化前体制剂可以提供具有独特和理想的特性(诸如高温、阻燃性和阻滞、强度及其他特性)的塑料的情况下，该方法提供了制作自定义前体制剂的能力。固化材料还可以热解形成具有独特特性的陶瓷。该反应型工艺通过选择掺入到构成前体制剂的聚合物中的官能团，而实现了最终产品中不同类型的官能团的预定平衡，例如，苯基和苯乙烯基，苯基一般不用于陶瓷但有益于提供针对陶瓷的高温能力，苯乙烯基一般不提供针对塑料的高温特性，但对陶瓷有好处。

通常，用作前体制剂的自定义的(custom)聚合物通过在缩合反应中使前体反应而制备，以形成聚合物前体制剂。该前体制剂随后通过水解反应固化成预成型体。上述缩合反应形成了如下所示类型的聚合物。

其中，聚合单元中的R₁和R₂可以是氢(-H)，甲基(Me)(-C)，乙基(-C-C)，乙烯基(-C＝C)，烷基(-R)C_nH_2n+1)，不饱和烷基(-C_nH_2n-1)，环烷基(-C_nH_2n-1)，烯丙基(-C-C＝C)，丁烯基(-C₄H₇)，戊烯基(-C₅H₉)，环戊烯基(-C₅H₇)，甲基环戊烯基(-C₅H₆(CH₃))，降冰片烯基(-C_XH_Y，其中X＝7-15和Y＝9-18)，芳基(`R)，苯基(Ph)(-C₆H₅)，环庚烯基(-C₇H₁₁)，环辛烯基(-C₈H₁₃)，乙氧基(-O-C-C)，硅氧基(-O-Si-R₃)，甲氧基(-O-C)，烷氧基(-O-R)，羟基(-O-H)，苯乙基(-C-C-C₆H₅)，甲基苯基-乙基(-C-C(-C)(-C₆H₅))和乙烯基苯基-乙基(-C-C(C₆H₄(-C＝C))。R₁和R₂可以相同的或不同的。自定义的前体聚合物可以具有几个不同的聚合单元，例如A₁，A₂，A_n，并且可以包含多达10、20个或更多个单元，或者可以仅含有单个单元，例如由反应方法制备的MHF可能只有一个单元。

实施例可包括前体，其除了包括其它化合物，还包括三乙氧基甲基硅烷，二乙氧基甲基苯基硅烷，二乙氧基甲基氢化硅烷，二乙氧基甲基乙烯基硅烷，二甲基乙氧基乙烯基硅烷，二乙氧基二甲基硅烷，乙氧基二甲基苯基硅烷，二乙氧基二氢硅烷，三乙氧基苯基硅烷，二乙氧基氢化三甲基硅氧烷，二乙氧基甲基三甲基硅氧烷，三甲基乙氧基硅烷，二苯基二乙氧基硅烷，二甲基乙氧基氢化硅氧烷，以及这些化合物和其它前体(包括在本说明书中阐述的其它前体)的组合和变化。

封端单元，Si端1和Si端2，可以来自二甲基乙氧基乙烯基硅烷、乙氧基二甲基苯基硅烷和三甲基乙氧基硅烷的前体。另外，如果适当地控制聚合过程，则可以从用于提供聚合物的重复单元的前体获得羟基封端。

通常，将前体加入具有乙醇(或其它吸收热量的材料，例如，提供热质)、过量的水和盐酸(或其它质子源)的容器中。将该混合物加热至达到其活化能，此后，反应通常是放热的。通常，在该反应中，水与前体单体的硅的乙氧基反应，形成羟基(以乙醇为副产物)。一旦形成的该羟基变为与另一前体单体的硅的乙氧基发生反应的对象，则引起聚合反应。继续进行该聚合反应，直到构建了期望的链长为止。

用于确定链长度的控制因素，除了别的因素外，还有：所选择的单体(通常，单体越小，在它们开始缠绕并结合到自身之前可以添加的单体越多)；引入封端的反应的量和点；以及水的量和添加速率等等。因此，链长度可以为约180mw(粘度约5cps)至约65000mw(粘度约10000cps)，大于约1000mw，大于约10000mw，大于约50000mw和更大。此外，聚合的前体制剂可以并且通常具有不同分子量的聚合物，分子量可以被预先确定，以提供制剂，固化产品和陶瓷产品性能特征。

聚合反应完成后，将材料转移到分离装置(例如，分液漏斗)中，该分离装置具有一定量的去离子水，例如，其量为材料质量的约1.2倍至约1.5倍。将该混合物剧烈搅拌约少于1分钟，优选地，约5至30秒。一旦搅拌，材料会沉降并分离，这可能需要约1至2小时。聚合物变为较高密度的材料，并从容器中被移走。随后，将该移走的聚合物在浅盘中于90℃下加热干燥约2小时，或优选地，通过刮膜式蒸馏装置，以除去任何残留的水和乙醇。可选择地，加入足以将水层pH缓冲至约4～约7的碳酸氢钠。还应当理解的是，可以使用其它的和商业化的混合、反应和分离方式从该材料中分离聚合物。

优选地，在来自反应型方法的聚合物前体制剂的固化过程中使用催化剂。可以使用与用于固化来自混合型方法的前体制剂的聚合物相同的聚合物。需注意的是，与混合型制剂不同，催化剂不一定是必需的。还可以使用抑制剂。然而，如果不使用催化剂，反应时间和速率将会变慢。来自反应过程的固化材料的固化和热解基本上与来自混合过程和反应混合过程的固化材料的固化和热解相同。

这些反应型方法可以在数种类型的大气压和条件下进行，例如，空气、惰性气体、N₂、氩气、流动气体、静态气体、减压、环境压强、增压、以及这些的组合和变化。

反应混合型方法

在所述反应混合型方法中，在不存在溶剂的情况下，使前体反应以形成前体制剂。例如，反应混合型方法的一个实施例具有由MHF和二环戊二烯(“DCPD”)制备的前体制剂。使用反应型混合方法，产生MHF/DCPD聚合物，并且该聚合物被用来做前体制剂。(其可以单独使用以形成固化的或热解的产物，或作为混合方法或反应方法中的前体。)使用已知分子量和氢化物等效质量的MHF；“P01”(P01是2％的四乙烯基环四硅氧烷中的Pt(0)四乙烯基环四硅氧烷络合物，用四乙烯基环四硅氧烷稀释20倍至0.1％的Pt(0)络合物，以这种方式，对于每1％主体催化剂(bulk cat.)的负载，提供10ppm Pt)催化剂，0.20wt％的MHF原料(具有已知活性当量)

以及具有≥83％纯度(10至60％)的二环戊二烯。在该方法的一个实施例中，具有混合器的可密封的反应容器可用于该反应。反应在密封容器中，在空气中进行；虽然可以利用其他类型的气氛。优选地，反应在大气压下进行，但是可以使用更高和更低的压强。此外，可以在多种类型的气氛和条件下进行反应混合型方法，例如，空气，惰性气体，氮气，氩气，流动气体，静态气体，减压，环境压强，增压，以及它们的组合和变化。

在一个实施例中，将850克MHF(总聚合物混合物的85％)加入到反应容器中，并加热至约50℃。一旦达到该温度，关闭加热器，并在反应容器中将0.20wt％的P01铂催化剂加入到MHF中。通常，当加入催化剂时，将形成气泡，并且温度最初会升高约2～20℃。

当温度开始下降时，向反应容器中加入约150g的DCPD(总聚合物混合物的15wt％)。温度可能会再降低几度，例如，约5～7℃。

在反应过程中的这一点上，控制反应容器的温度，以随时间保持预定的温度曲线，并且控制可能伴随着放热反应的温度升高。优选地，在整个过程中调节、监测和控制反应容器的温度。

在反应方法的MHF/DCPD实施例的一个实施例中，温度曲线可以如下：使温度达到约80℃(取决于存在的物质的量，可能需要约15-40分钟)；随后温度增加并将在

达峰值，一旦温度开始下降，加热器设定温度升高至100℃，并监测反应混合物的温度，以确保聚合物温度保持在80℃以上最少总共约2小时，最多合计约4小时。在80℃以上2-4小时后，关闭加热器，将聚合物冷却至环境温度。应当理解的是，在较大规模和较小规模的间歇式、连续式、半连续式和其它类型的方法中，温度和时间曲线可能不同。

在较大规模以及商业操作中，可以使用间歇式、连续式和这些的组合。工业工厂自动化和控制系统可用于控制反应过程中的反应，温度曲线和其它过程。

表C列出了反应型方法的各种实施例

表C

在上表中，“聚合度”是连接在一起形成聚合物的单体单元的数目或重复单元的数目。“当量__/mol”是指摩尔当量。“乙烯基的Grams/mole”是指提供1摩尔当量的乙烯基官能团所需的给定聚合物的量。“VMH”是指甲基乙烯基液体，这是一种来自乙氧基方法的线性乙烯基材料，可以替代TV。对于VT，数字“0200”等是对于特定VT的厘泊粘度。

固化和热解

前体制剂(包括来自上述类型方法以及其它方法的聚硅氧碳前体制剂)可以固化以形成固体，半固体或塑料类材料。通常，前体制剂被分散，成形或以其它方式形成预成型体，其将包括任何体积结构或形状，包括薄膜和厚膜。在固化中，可以通过初始固化来加工聚硅氧碳前体制剂，以提供部分固化的材料，例如，也可以被称为预成型体、绿色材料或绿色固化(不暗示关于材料的颜色的任何东西)。绿色材料随后可以进一步被固化。因此，可以使用一个或多个固化步骤。该材料可以是“目标固化的”，即固化到该材料具有达到其预期目的所必要的物理强度和其它性能的点。固化的量可以是最终固化(或“硬固化”)，即所有或基本上所有化学反应已停止的点(例如，通过测定材料中不存在反应性基团，或随着时间推移活性基团的减少趋于平稳)。因此，根据其预期用途和目的，材料可以固化到不同程度。例如，在某些情况下，目标固化和硬固化可能是相同的。固化条件(如气氛和温度)可影响固化材料的组成。

在将前体制剂制成结构体或预成型体时，前体制剂(例如聚硅氧碳制剂)可以使用以下技术形成：例如，喷雾，喷雾干燥，雾化(液体或固体)，雾化(液体)，相变分离，流动，热喷涂，拉伸，滴，在液体和液体-表面活性剂体系中形成液滴，涂装，模塑，成型，挤压，纺丝，超声波，振动，溶液聚合，乳液聚合，微乳液聚合，注射，注射成型，或以其它方式制成基本上任何体积的形状。这些体积形状可以包括，例如，以下的形状：球体状，丸状，环状，透镜状，圆盘状，面板状，圆锥体状，截头圆锥体状，正方形状，矩形状，桁架状，角状，通道状，空心密封腔状，空心球体状，块状，片状，涂层状，薄膜状，表皮状，颗粒状，梁状，杆状，角状，厚板状，柱状，纤维状，短纤维状，管状，杯状，管道状，以及这些和其它更复杂形状(工程上和建筑上)的组合和变化。

成型步骤，固化步骤和热解步骤可以间歇方法进行，连续地，持续地进行，具有时间延迟(例如，材料在步骤之间被储存或存放)，以及这些和其它类型的处理顺序的组合和变化。此外，前体可以被部分固化，或者固化过程可以在前体形成体积形状之前启动并且持续进行。在一些实施例中，优选地，这些步骤及其各种组合在受控和预定的条件下进行(例如，在整个加工过程中，材料暴露于预定的气氛和温度曲线中，例如，减少氧气，固化的预成型体在热解之前的温度保持在约140℃)。应进一步理解的是，用于成型，固化和热解的系统、设备或加工步骤可以是相同的设备，连续式设备，间歇式和连接的设备，以及这些和其它类型的工业过程的组合和变化。因此，例如，喷雾干燥技术可以形成固化的颗粒，这种颗粒被直接供应给用于热解的流化床反应器中。

聚硅氧碳前体制剂可以制成纯净的，非增强的，未填充的，复合的，增强的和填充的结构、中间体、终端产品、以及这些和其它组成类型的材料的组合和变化。此外，这些结构，中间体和终端产物可以被固化(例如，绿色固化，目标固化或硬固化)，不被固化，被热解成陶瓷，以及这些的组合和变化(例如，可以用热解的来源于与固化材料相同的聚硅氧碳材料填充固化材料)。

前体制剂可用于形成“纯净”材料(“纯净”材料，这意味着所有且基本上所有的结构由前体材料或未填充的制剂制成，因此，不存在填料或增强剂)。

聚硅氧碳前体制剂可以用于涂覆或浸渍纺织物或非纺织物，例如，由碳纤维、玻璃纤维、或由聚硅氧碳制剂(相同或不同的制剂)制成的纤维制成，以形成预成型体。因此，聚硅氧碳前体制剂可用于形成复合材料，例如，增强产品。例如，制剂可以流入到增强材料中，浸渍到增强材料中，被增强材料吸收或以其它方式与增强材料(例如，碳纤维，玻璃纤维，纺织物，石墨烯，碳纳米管，薄膜，沉淀物，砂，非纺织物，短切纤维，纤维，绳索，编织结构，陶瓷粉末，玻璃粉末，碳粉末，石墨粉末，陶瓷纤维，金属粉末，碳化物颗粒或组分，短纤维，丝束，上述的纳米结构，聚合物衍生的陶瓷，任何其它符合工艺和最终产品的温度要求的材料，以及这些的组合和变化)结合。增强材料还可以由与已经形成纤维且被热处理成陶瓷的制剂相同的材料制成或者来源于该材料，或者可以由已经形成纤维且被热处理成陶瓷的不同的前体制剂材料制成。

聚硅氧碳前体制剂可用于形成填充材料。填充材料是具有添加到聚硅氧碳前体制剂中的任何其它固体或半固体材料的材料。可以选择填充材料，以为固化产物，陶瓷产品和这两者提供某些特性。这些特性可以涉及或者是，例如，美学的，触觉的，热的，密度的，辐射的，化学的，成本的，磁性的，电的，以及这些和其它特征的组合和变化。这些特性可以是除了强度之外的特性。因此，填充材料可能不影响固化或陶瓷材料的强度，它可能增加强度，或者甚至在某些情况下可以降低强度。填充材料可以赋予颜色，磁性，耐火性，阻燃性，耐热性，导电性，抗静电性，光学性质(例如反射率，折射率和虹彩色)，美学特性(如建筑产品中的石样外观)，化学耐性，耐腐蚀性，耐磨性，降低的成本，耐磨损性，绝热性，UV稳定性，UV保护性以及在最终产品或材料中可能是值得拥有的和/或必要的其它特征。因此，填充材料可以包括：炭黑，铜导线，导热填料，导电填料，铅，光纤，陶瓷着色剂，颜料，氧化物，砂，染料，粉末，陶瓷粉，聚合物衍生的陶瓷颗粒，造孔剂，碳硅烷，硅烷，硅氮烷，碳化硅，碳硅氮烷，粉末，陶瓷粉末，金属，金属络合物，碳，丝束，纤维，短纤维，含硼材料，碾磨纤维，玻璃，玻璃纤维，纤维玻璃和纳米结构(包括前述的纳米结构)等等。

衍生于或由该制剂制成的聚硅氧碳制剂和产品可以含有金属和金属络合物。填充材料包括增强材料。在许多情况下，固化，以及热解的聚硅氧碳填充材料可以视为复合材料。通常，以这种观点下，聚硅氧碳将构成本体相(bulk phase)或基体相(matrix phase)(例如，连续或基本上连续的相)，并且填料将构成分散相(例如，非连续的)。根据具体应用、产品或最终用途，填料可以均匀分布在前体制剂中，不均匀分布在前体制剂中，以预定和受控的分布梯度(例如，来自预定的沉降速率)分布，并且可以在不同的配方中具有不同的量，随后可以在预定区域(例如，具有不同填料浓度的横纹层)中形成具有预定的量的填料的产品。然而，应当注意的是，将材料称为“填充的”或“加强的”，并不意味着该材料的大部分(重量，体积或这两者)都是聚硅氧碳。因此，通常，聚硅氧碳与填料的比例(重量或体积)可以为约0.1:99.9至99.9:0.1。

聚硅氧碳前体制剂可以用于形成非增强材料(主要由、基本上由和优选只由前体材料制成的材料)，但还可以包括含有填料或不赋予强度的添加剂的制剂。

固化可以在标准环境温度和压强(“SATP”，1大气压，25℃)下，在高于或低于该温度的温度下，在高于或低于该压强的压强下，以及在不同的时间段内进行。固化可以通过各种加热，加热速率和温度曲线(例如，固定的时间和温度，连续的温度变化，循环温度变化，例如，加热，然后保持，冷却，再加热等)进行。固化的时间可以是几秒(例如，小于约1秒，少于5秒)至少于一分钟，至几分钟，至几小时，至几天(或可能更长)。固化也可以在任何类型的周围环境中进行，包括，例如，气体，液体，空气，水，含表面活性剂的液体，惰性气氛，N₂，氩气，流动气体(例如，吹扫气体)，静态气体，减少的O₂，减压，增压，环境压强，受控的分压，以及这些和其它加工条件的组合和变化。对于高纯度材料，炉子，容器，处理设备，气氛和其它固化设备和工艺的组件是干净的，基本上没有并且不向固化材料提供任何被认为是杂质或污染物的元素或材料。在一个实施例中，固化环境(例如，炉，气氛，容器以及它们的组合和变化)可以具有以下物质：有助于或影响预成形体、陶瓷和最终的应用或产品中的如，组成，催化，化学计量，特征，性能，以及这些的组合和变化的材料。

优选地，在固化过程的实施例中，固化在约5℃或更高，约20℃至约250℃，约20℃至约150℃，约75℃至约125℃，以及约80℃至90℃的温度范围内进行。尽管可以使用更高和更低的温度，以及各种加热曲线(例如，随时间变化的温度变化率(“斜率”，例如，Δ度/时间)，保持时间，和温度)。

固化条件(例如，温度，时间，斜率)可以取决于制剂，并且在一些实施例中可以全部或部分地通过制剂预先确定，以匹配，例如，预成型体的尺寸，预成型体的形状，或容纳预成型体的模具，以防止应力断裂、废气或其它与与固化过程相关的现象。此外，固化条件可以是这样的，以利用，优选以受控的方式利用先前被视为与固化过程相关的问题的事物。因此，例如，废气可以用来产生具有开放或封闭结构的泡沫材料。类似地，固化条件可用于产生或控制材料的微结构和纳米结构。通常，固化条件可用于影响，控制或改变该过程的动力学和热力学(它们可以影响形态，性能，特征和功能等等)。

在固化聚碳化硅前体制剂时，交联反应发生，其在一些实施例中，除了具有其它特征外，提供了具有R₁-Si-C-C-Si-O-Si-C-C-Si-R₂-的交联结构，其中，R₁和R₂根据制剂中使用的前体而变化，并且基于制剂中使用的前体。在固化材料的一个实施例中，它们可以具有与另一个硅原子3-配位的硅中心的交联结构，在硅之间被少于5个原子分开。

在固化过程中，一些制剂可能表现出放热，即自热反应，可以产生少量的热量来辅助或驱动固化反应，或者可能产生大量热量，这种热量可能需要控制并除去以避免出现问题，如应力断裂。在固化期间，脱气通常会发生，并导致材料损失，这种损失通常由剩余材料的量(例如，固化产率)确定。本发明实施例的制剂、固化条件和聚硅氧碳制剂的实施例可以具有至少约90％，约92％，约100％的固化产率。事实上，用空气固化，由于来自空气的氧气被吸收，材料可能具有高于100％(例如，约101-105％)的固化产率。此外，在固化期间，材料通常缩减，取决于制剂、固化条件和预成型体形状的性质，以及预成型体是否被增强、填充、纯净或非增强，这种缩减可能为小于等于约20％，小于20％，小于约15％，小于约5％，小于约1％，小于约0.5％，小于约0.25％或更小。

预成型体的固化可以通过任何类型的加热装置，或具有必需的温度和环境控制水平的机理、技术或形态实现，例如，加热的水浴，电炉，微波炉，燃气炉，炉，强制空气加热，塔，喷雾干燥，降膜反应器，流化床反应器，激光器，间接加热元件，直接加热，红外加热，紫外线照射，RF炉，通过高剪切混合原位乳化，通过超声波原位乳化。

固化的预成型体(非增强的，纯净的，填充的或增强的)可以用来作独立的产品，末端产品，最终产品或初步产品(对于这种产品，可以进行后续机械加工或加工)。预成型体也可能经受热解，将预成型材料转化为陶瓷。

在热解预型体，或固化结构，或固化材料的过程中，将其加热至约600℃至约2300℃；约650℃至约1200℃，约800℃至约1300℃，约900℃至约1200℃和约950℃至1150℃。在这些温度下，通常所有的有机结构被除去，或与无机成分组合以形成陶瓷。通常在约650℃至1200℃的温度范围内，所得材料是无定形玻璃状陶瓷。当加热到约1200℃以上时，材料通常可以形成纳米晶体结构或微晶结构，例如SiC，Si₃N₄，SiCN，βSiC；高于1900℃时，可以形成αSiC结构，并且在2200℃以上通常形成αSiC。热解的材料(例如陶瓷)可以是单晶，多晶，无定形，以及这些和其它类型形态的组合、变化和亚组。

热解可以在不同的加热条件和环境条件下进行，优选地，包括热控制，动力学控制以及它们的组合和变化等等。例如，热解可以具有各种加热斜率，加热循环和环境条件。在一些实施例中，可以升高温度并保持预定温度。以辅助已知的转变(例如，放气，挥发，分子重排等)，然后升高到对应于下一个已知转变的下一个保持温度。热解可能发生在还原气氛，氧化气氛，低O₂，富含气体(例如，火焰内或直接邻近火焰)，惰性气体，氮气，氩气，空气，减压，环境压强，增压，流动气体(例如，吹扫气体，其流速例如为约15.0GHSV至约0.1GHSV，约6.3GHSV至约3.1GHSV，约3.9GHSV)，静态气体中，以及它们的组合和变化。

热解的进行时间优选导致预成型体完全热解。对于高纯度材料，炉子、容器、处理设备和热解设备的其它部件是清洁的，基本上没有，没有且不会向热解材料供应任何被认为是杂质或污染物的元素或材料。“吹扫”气体的恒定流速可以有助于在挥发物生成过程中清洗炉子。在一个实施例中，热解环境(例如，炉子，气氛，容器以及它们的组合和变化)可以具有有助于或影响陶瓷和最终的用途或产品中以下方面的材料：例如，组成，化学计量，特性，性能以及它们的组合和变化。

在热解过程中，材料可能通过脱气而损失。在热解步骤或循环结束时，残留的物质的量称为残炭率(或热解产率)。对于SiOC形成，本发明制剂实施例的制剂和聚硅氧碳前体制剂可具有至少约60％，约70％，约80％，至少约90％，至少约91％及更高的残炭率。事实上，使用空气热解，材料的残炭率可能远高于91％，可以接近100％。为了避免空气热解过程中材料的降解(注意，热解通常在以下条件进行：惰性气氛，氧气减少的气氛，基本上惰性的气氛，氧气最小的气氛，以及这些的组合和变化)，可以使用专门定制的制剂。例如，苯基含量高的制剂(至少约11wt％，优选至少约20wt％苯基)，烯丙基含量高(至少约15％至约60％)的制剂可用于空气热解以减轻材料的降解。

对于SiOC形成，最初的或首次热解步骤，在一些实施例中以及对于某些用途，通常产生不是非常致密的结构，例如，不能达到其预期用途所需的密度。然而，在一些实施例中，例如，使用轻质球体，支撑剂，颜料等，首次热解步骤可以是并且通常是足够的。因此，通常可以对热解的材料进行再渗透过程，以添加额外的聚硅氧碳前体制剂材料，以填充或填满结构中的空隙和空间。再渗透的材料随后可以被固化并再次被热解。(在一些实施例中，再渗滤的材料被固化，但不被热解)。热解、再渗透的过程可以重复进行，通过一次，两次，三次，多达10次或更多次以获得最终产品的所需密度。

在一些实施例中，在热解时，Si-O-C陶瓷中存在石墨烯，石墨，无定形碳结构及它们的组合和变化。由SiO_xC_y结构组成的硅物质的分布，导致SiO₄，SiO₃C，SiO₂C₂，SiOC₃和SiC₄以不同比例形成，这是由前体选择及其加工历史引起的。碳通常在相邻碳之间和/或与硅原子结合。通常，在陶瓷状态下，碳在很大程度上不与氧原子配位，因此氧主要与硅配位。

热解可以在保持所要求的温度和环境控制的任何加热装置中进行。因此，例如，可以使用煤气燃烧炉，电炉，直接加热，间接加热，流化床，窑炉，隧道，箱窑，梭式窑，焦化装置，激光器，微波以及这些和其它可以获得热解所要求温度的加热装置和系统的组合和变化来进行热解。

从原料到最终的末端产品的过程中的各个阶段化学反应、排列和重排发生时的自定义控制和预定控制可以降低成本，提高工艺控制，提高可靠性，提高效率，增强产品特性，增加纯度，以及这些和其它益处的组合和变化。这些转化发生时的顺序可以基于前体的加工或制备，以及前体制剂的加工或制备；并且还可以基于固化和热解条件。此外，这些步骤、制剂和条件的自定义和预定选择可以通过各种转化(例如，化学反应，分子排列和重排，以及微结构排列和重排)提供增强的产品特征和加工特征。

在制造过程中的各个节点，聚合物衍生的陶瓷结构，例如聚硅氧碳结构、中间体和末端产品，以及它们的组合和变化，可被机械加工，研磨，模制，成型，钻孔，蚀刻或以其它方式机械加工和成形。

起始原料，前体制剂，聚硅氧碳前体制剂，以及配制、制备、形成、固化和热解前体材料以形成聚合物衍生的材料、结构和陶瓷的方法，在公开的美国专利Nos：2014/0274658，2014/0343220，2014/0326453和2015/0175750以及美国专利申请Nos：62/106,094和62/193,046进行了阐述，其各自的全部公开内容通过引用并入本文。

优选的SiOC衍生的SiC固化和热解

优选地，在制备SiC中，用于制备SiC的材料(在一个实施例中，聚硅氧碳前体)可以在约1个大气压下、清洁的空气中混合。

优选地，在制备SiC中，用于制备SiC的材料的固化在以下范围的温度发生：约20℃至约150℃，约75℃至约125℃，和约80℃至90℃。固化进行的时间优选导致硬的固化材料。固化可以在空气或惰性气氛中进行，优选地，固化在环境压强的氩气气氛中进行。最优选地，对于高纯度材料，炉子、容器、处理设备和固化设备的其它组件是干净的，基本上没有并且不向固化材料提供任何被认为是杂质或污染物的元素或材料。

优选地，在制备SiC中，用于制备SiC的材料的热解在以下范围的温度进行：约800℃至约1300℃，约900℃至约1200℃，和约950℃至1150℃。热解进行的时间优选导致预成型体完全热解。优选地，热解在惰性气体中进行，例如氩气，更优选地，在大气压下或约在大气压下流动氩气中进行。气体可以流动，从约1200cc/min至约200cc/min，约800cc/min至约400cc/min和约500cc/min。优选地，加工炉初始真空排气至至少低于1E-3托的减压，并用惰性气体(例如氩气)重新加压至大于100托。更优选地，在用惰性气体重新加压之前，真空排气至低于1E-5托的压强。在进行之前，真空抽气过程可以在任何地方完成零到>4次。最优选地，对于高纯度材料，炉子，容器，处理设备和固化设备的其它部件是干净的，基本上没有，没有且不会向固化材料提供任何被认为是杂质或污染物的元素或材料。

在实施例中，需要低N和低O水平，使用真空(优选使用涡轮泵)以达到10E-6托，而且用惰性气体回填是优选的。该清洗过程可以进行一次或多次，以达到低水平。“吹扫”气体的恒定流速有助于挥发物生成过程中清洗炉子。

优选地，在制备SiC的过程中，在后续的或连续的热解或转换步骤中，陶瓷SiOC转化为SiC。来自SiOC的转化步骤可以是SiOC预成型体的热解的一部分(例如，与热解是连续的)，或者在时间、位置和这两方面，转化是完全独立的步骤。根据所需的SiC的类型，常规步骤可以在以下温度进行：从约1200℃至约2550℃和约1300℃至1,700℃。通常，在约1600℃至1900℃的温度下，随时间的推移，有利于β型的形成。在高于1900℃的温度下，随着时间的推移，有利于α型的形成。优选地，转化在惰性气体(例如，氩气中)进行，更优选地，在大气压下或约在大气压下流动的氩气中进行。气体可以流动，从约600cc/min至约10cc/min，约300cc/min至约50cc/min，约80cc/min至约40cc/min。最优选地，对于高纯度材料，炉子，容器，处理设备和固化设备的其它组件是干净的，基本上没有并且不向SiC提供任何被认为是杂质或污染物的元素或材料。

SiOC衍生的SiC的后续的产率通常为约10％至50％，代表性地，为30％至40％，尽管可以获得更高和更低的范围。

最优选地，当制备高纯度SiC时，与制备、固化、热解和转化该材料相关的活动在无尘室条件下进行，例如，在以下的ISO 14644-1无尘室标准下：至少ISO 5，至少ISO 4，至少ISO 3，至少ISO 2，至少ISO 1。在一个实施例中，材料处理步骤在至少ISO 5的无尘室中进行，而不那么干净的区域(ISO>5)用于热解和转化步骤。

提供以下实施例用于说明本发明的前体制剂，工艺，方法，装置，制品，组合物和应用等等的各种实施例。这些实施例仅用于说明目的，不应视为限制了本发明的范围，且不以其它方式限制本发明的范围。除非另有说明，实施例中使用的百分比是总批量、预成型体或结构的重量百分比。

实施例

实施例1

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将41％MHF和59％TV混合来制备所述制剂。所述前体制剂具有0.68摩尔氢，0.68摩尔乙烯基和1.37摩尔甲基。基于100g制剂，所述前体制剂具有以下摩尔量的Si、C和O。

根据计算，来源于所述制剂的SiOC，在所有CO都被除去后，具有计算出的1.37摩尔C，并具有0％过量的C。

实施例2

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将90％甲基封端的苯基乙基聚氧硅烷(具有27％X)和10％TV混合来制备所述制剂。所述前体制剂具有1.05摩尔氢，0.38摩尔乙烯基，0.26摩尔苯基和1.17摩尔甲基。基于100g制剂，所述前体制剂具有以下摩尔量的Si、C和O。

根据计算，来源于所述制剂的SiOC，在所有CO都被除去后，将具有计算出的2.31摩尔C，并具有98％过量的C。

实施例3

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将70％甲基封端的苯基乙基聚氧硅烷(具有14％X)和30％TV混合来制备所述制剂。所述前体制剂具有0.93摩尔氢，0.48摩尔乙烯基，0.13摩尔苯基和1.28摩尔甲基。基于100g制剂，所述前体制剂具有以下摩尔量的Si、C和O。

根据计算，来源于所述制剂的SiOC，在所有CO都被除去后，将具有计算出的1.77摩尔C，并具有38％过量的C。

实施例4

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将50％甲基封端的苯基乙基聚氧硅烷(具有20％X)和50％TV混合来制备所述制剂。所述前体制剂具有0.67摩尔氢，0.68摩尔乙烯基，0.10摩尔苯基和1.25摩尔甲基。基于100g制剂，所述前体制剂具有以下摩尔量的Si、C和O。

根据计算，来源于所述制剂的SiOC，在所有CO都被除去后，将具有计算出的1.93摩尔C，并具有55％过量的C。

实施例5

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将65％甲基封端的苯基乙基聚氧硅烷(具有40％X)和35％TV混合来制备所述制剂。所述前体制剂具有0.65摩尔氢，0.66摩尔乙烯基，0.25摩尔苯基和1.06摩尔甲基。基于100g制剂，所述前体制剂具有以下摩尔量的Si、C和O。

根据计算，来源于所述制剂的SiOC，在所有CO都被除去后，将具有计算出的2.81摩尔C，并具有166％过量的C。

实施例6

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将65％MHF和35％二环戊二烯(DCPD)混合来制备所述制剂。所述前体制剂具有1.08摩尔氢，0.53摩尔乙烯基，0.0摩尔苯基和1.08摩尔甲基。基于100g制剂，所述前体制剂具有以下摩尔量的Si、C和O。

根据计算，来源于所述制剂的SiOC，在所有CO都被除去后，将具有计算出的2.65摩尔C，并具有144％过量的C。

实施例7

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将82％MHF和18％二环戊二烯(DCPD)混合来制备所述制剂。所述前体制剂具有1.37摩尔氢，0.27摩尔乙烯基，0.0摩尔苯基和1.37摩尔甲基。基于100g制剂，所述前体制剂具有以下摩尔量的Si、C和O。

根据计算，来源于所述制剂的SiOC，在所有CO都被除去后，将具有计算出的1.37摩尔C，并具有0％过量的C。

实施例8

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将46％MHF和34％TV和20％VT混合来制备所述制剂。所述前体制剂具有0.77摩尔氢，0.40摩尔乙烯基，0.0摩尔苯基和1.43摩尔甲基。基于100g制剂，所述前体制剂具有以下摩尔量的Si、C和O。

根据计算，来源于所述制剂的SiOC，在所有CO都被除去后，将具有计算出的0.53摩尔C，并具有63％C亏空(deficit)或63％C缺乏。

实施例9

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将70％MHF和20％TV和10％VT混合来制备所述制剂。所述前体制剂具有1.17摩尔氢，0.23摩尔乙烯基，0.0摩尔苯基和1.53摩尔甲基。基于100g制剂，所述前体制剂具有以下摩尔量的Si、C和O。

根据计算，来源于所述制剂的SiOC，在所有CO都被除去后，将具有计算出的0.33摩尔C，并具有78％C亏空(deficit)或78％C缺乏。

实施例10

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将95％MHF和5％TV混合来制备所述制剂。

实施例11

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将50％甲基封端的苯基乙基聚氧硅烷(具有20％X)、50％TV95％MHF混合来制备所述制剂。

实施例12

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将54％甲基封端的苯基乙基聚氧硅烷(具有25％X)和46％TV混合来制备所述制剂。

实施例13

配制使用混合型方法的聚硅氧碳制剂。通过在室温下将57％甲基封端的苯基乙基聚氧硅烷(具有30％X)和43％TV混合来制备所述制剂。

实施例14

制备出约100克聚硅氧碳制剂。将所述制剂在室温下混合15分钟，随后加入1％的催化剂，将混合物再搅拌10分钟。所述催化剂在短链乙烯基封端的聚氧硅烷中具有10ppmPt。

将所述制剂灌入特氟龙(PTFE，聚四氟乙烯)涂覆的铝箔盘中，并在氩气或空气中在90℃下固化2.5小时。

将固化的聚合物机械破碎成适合陶瓷船形器皿的尺寸(例如，“长3.5×宽2.5×深5/8”的坩埚)；并将其放置在那些陶瓷船形器皿上。将含有固化的聚合物的陶瓷船形器皿在充满氩气(以500cc/min流动的)的不锈钢罐中加热，如下：

·室温～82.2℃，加热速率为82.2℃/小时，在82.2℃保持1小时；

·82.2℃～182℃，加热速率为48.9℃/小时，在182℃保持1小时；

·182℃～210℃，加热速度48.9℃/小时，在210℃保持2小时；

·210℃～1100℃，加热速度115.6℃/小时，在110℃保持2小时；和，

·开启前将炉子冷却到204.4℃。

将热解的材料放置在石墨船形器皿中，其中所述热解的材料为粉末状或块状。将石墨船形器皿放置在具有两个绝缘末端块和端盖的氧化铝管式炉中，允许气体流入，且废气流出。氩气以50cc/min的速率流过管式炉。然后将所述材料在10小时内加热至1650℃(约3℃/分钟加热速率)，并在该温度下再保持10小时。然后将炉子在5小时内缓慢冷却至700℃，然后进一步冷却炉，当温度为至少低于300℃时，去除端盖。

从炉子中移走所得到的聚硅氧碳衍生的SiC。

实施例15

在无尘室环境中，使用已经被清洁的玻璃器皿来制备聚硅氧碳制剂，以便基本上除去所有潜在的杂质，尤其包括Al，Fe和B。在室温下将所述制剂混合约10至20分钟，然后加入0.25％至2％的催化剂溶液，将混合物再搅拌10分钟。催化剂溶液具有10ppm的Pt。最终的催化制剂具有10至50ppb Pt。

在无尘室环境中，将所述制剂置于PFA(全氟烷氧基聚合物)瓶或罐中，用氩气吹扫，关闭盖子。将所述制剂在75℃至160℃下固化1.5小时至4小时。

在无尘室环境中，将固化的聚合物置于陶瓷坩埚中。然后将填充的坩埚用陶瓷盖覆盖，并放置在填充有氩气(以500cc/min流动)的陶瓷罐中。坩埚、炉子、和所有辅助装置和设备是干净的，基本上是无污染的；尤其是它们不提供Al或B源。将坩埚以约30℃至约180℃/小时的速率加热，如下：

·室温～1000℃，加热速率为180℃/小时，在1000℃下保持2小时；和，

·开启前冷却到204.4℃。

将热解的材料放置在石墨船形器皿中，其中所述热解的材料为粉末状或块状。将石墨船形器皿放置在具有两个绝缘末端块和端盖的氧化铝管式炉中，允许气体流入，且废气流出。坩埚，炉子和所有辅助装置和设备是干净的，基本上是无污染的；尤其是它们不提供Al，Fe或B源。氩气以50cc/min的速率流过管式炉。然后将所述材料在7～15小时内加热至1400～1650℃(约3℃/分钟加热速率)，并在该温度下再保持10小时。然后将炉子在5小时内缓慢冷却至700℃，然后进一步冷却炉，当温度为至少低于300℃时，去除端盖。

从炉子中移走所得到的聚硅氧碳衍生的SiC。

实施例15a

使用具有纯化石墨绝缘和开口的石墨真空功能炉沿着实施例15的路线进行加工，以允许气体流入，且废气流出/抽真空。氩气随后以每小时1至6热区体积交换速率流过石墨炉。然后将所述材料加热至25℃至2100℃。该方法可以提供6个9纯度和更纯的SiC。

实施例15b

在类似于实施例15和15a的方法的工艺中，在热解和转化期间，加热速率，冷却速率和这两者的速率可以为约1℃/min至约30℃/min，约3℃/min至约20℃/分钟，约10℃/分钟至约20℃/分钟，以及更慢和更快的速率，以及不同速率的组合，例如，在约5℃/分钟下1小时和在约10℃/min下3小时。对于特定的升高的温度，保持时间可以是约0.25小时至约24小时，约1小时至约12小时，约3小时至约8小时，小于24小时，小于12小时，小于8小时，也可以使用更长和更短的时间，以及特定加热循环中保持时间的组合和变化。

实施例16

在无尘室环境中，使用已经被清洁的玻璃器皿来制备聚硅氧碳制剂，以便基本上除去所有潜在的杂质。在室温下将所述制剂混合直至均匀混合，然后加入催化剂，将混合物进一步搅拌以分散催化剂。随后将所述聚硅氧碳制剂以连续的方法加工成高纯度SiC，如下：

在无尘室环境中，将所述制剂放入石墨容器中并固化至硬固化。在不从炉中除去固化的材料的情况下，将固化的材料转化为SiOC，然后转化为SiC。在这些加热期间，惰性的、非反应性气体流过炉，将固化的聚合物置于陶瓷坩埚中。(尽管N₂有时被视为惰性的，但在制备高纯度SiOC和SiC时，优选在热解或转化加热中避免氮气，因为它可以与Si反应形成含氮物质，例如，氮氧化硅，氮化硅和碳氮化硅等。

从炉子中移走所得到的聚硅氧碳衍生的SiC。

实施例17

转到图5，提供了用于制备SiOC衍生的SiC的系统和方法，以及用于制备这种较低纯度且更优选较高纯度的材料(例如，3个9，4个9，5个9和更多，以及优选6个9或更多)的系统和方法的实施例的示意性透视流程图。包含前体和其它材料的系统的管线，阀门和内表面由不会污染(例如，提供杂质源)SiOC和衍生的SiC的材料制成或涂覆。储存罐150a，150b装有液体聚硅氧碳前体。在这个实施例中，可以将一种或两种或没有前体通过蒸馏装置151a和蒸馏装置151b，以从液体前体中除去任何的杂质。然后将液体前体转移到混合容器152中，在混合容器152中混合，以形成前体批料并被催化。在无尘室环境157a中，前体批料被封装到容器153，以放置到炉子154中。炉子154具有吹扫气体入口161和废气排出管线162。然后将封装的且固化的材料在无尘室条件下转移到几个热解炉155a、155b、155c，在那里从SiOC转变成SiC。炉子分别具有吹扫气体入口管线158a、158b、158c，以及分别具有两个废气排出管线159a和160a，159b和160b，169c和160c。所得到的SiOC衍生的SiC随后被封装到在无尘室环境157b中的156，被运输走或用于其它工艺。废气可以被处理，净化，在具有入口管线164的废气处理装置163中回收起始材料，废气处理装置163从系统中的各种单元收集废气。

实施例18

由实施例16的方法制成的SiC的纯度为99.999％，具有图6所示的X射线衍射光谱。该光谱基于“位置[°2θ](铜)”，其中光谱的区域601对应于7.551[°]；2.496[°]，其中光谱的区域602对应于16.737[°]；3.994[°]，其中光谱的区域603对应于35.644[°]；SiC；1.498[°]，其中光谱的区域604对应于41.357[°]；SiC；1.498[°]，其中光谱的区域605对应于59.977[°]；SiC；1.498[°]，其中光谱的区域606对应于71.730[°]；SiC；1.498[°]，其中光谱的面积607对应于75.461[°]；SiC；1.498[°]，其中光谱的区域608对应于89.958[°]；SiC；1.498[°]，其中光谱的区域609对应于100.722[°]；SiC；1.498[°]，其中光谱的区域610对应于104.874[°]；SiC；1.997[°]，其中光谱的区域611对应于119.903[°]；SiC；1.498[°]。

实施例19

将具有40％MHF和60％TV的聚硅氧碳制剂与2％的Pt催化剂混合。催化制剂具有97.4ppb(十亿分之几)Al，108.6ppb Fe，214ppb B，无法检测到的P和96ppb Pt。将催化制剂灌入石墨容器中，该石墨容器放置在管式炉中，具有铝管，具有石墨内部。将炉以3℃/分钟的速度加热直到温度达到1675℃，其中保持温度10小时。在整个加热过程中，氩气流过炉。所得到的SiC的纯度为3个9(即纯度为99.9％)，具有以下杂质(ppm)：Al 9.8，Fe 3.4，B4.1，P 0.97，Pt 30，Ca 70，Mg 70，Li 53，Na 26，Ni 1.5，V 0.3，Pr 0.35，Ce 0.08，Cr0.67，S 0.18，As 0.5。

实施例20

实施例19的3个9纯度的SiC材料浸渍在酸洗液(10％HNO3+5％HCl溶液)中，并随后用去离子水冲洗。清洗过的SiC具有5个9的纯度。

实施例21

实施例19的方法在无尘室条件和方案下进行。用陶瓷炉代替氧化铝炉管，通过离子交换树脂(如Amberlite IRA743)、汽提或蒸馏从起始原料(即MHF和TV)除去B、Fe和P。所得的碳化硅为5个9的纯度。

实施例22

将实施例21的SiC材料进行清洗和漂洗，净化的材料为6个9纯度。

实施例23

起始材料最初具有500ppb(十亿分之几)Al，5000ppbFe，500ppbB，1700ppbP。本实施例使用无尘室条件并按照无尘室方案，通过过滤清洗起始材料。由净化的起始原料制成具有40％MHF和60％TV的聚硅氧碳制剂，混合，并向其中加入0.25％Pt催化剂溶液。催化制剂具有小于约50ppb的Al，小于约50ppb的Fe，小于约50ppb的B，小于和约50ppb的P和约96ppb的Pt。将催化制剂灌入石墨容器中，该容器放置具有陶瓷内部的炉子中。在炉中放置防护罩，以将加热元件与石墨容器至少部分隔开。以2.5℃/min的速率加热炉子，直到温度达到1700℃，其中该温度保持12小时。在整个加热过程中，氩气流过炉子。得到的SiC为5个9的纯度，具有以下杂质(ppm)：Al2.1，Fe0.58，B0.24，P0.97，Pt0.41，Ca<0.5，Mg<0.05，Li<0.01，Na0.09，Ni1.5，V<0.01，Pr<0.05，Ce<0.05，Cr<0.1，S<0.1，As<0.5。SiC主要是β型。

实施例24

将实施例23的SiC材料进行清洗和漂洗，净化的材料为6个9纯度。

本实施例使用无尘室条件并按照无尘室方案，由净化的起始原料制成具有40％MHF和60％TV的聚硅氧碳制剂，混合，并向其中加入0.25％Pt催化剂溶液。将催化制剂灌入石墨容器中，该容器放置在具有陶瓷内部的炉子中。以3℃/min的速率加热炉子直到温度达到2250℃，其中该温度保持12小时。在整个加热过程中，氩气流过炉子。得到的SiC为6个9的纯度。SiC主要是α型。

实施例26

使用已经清洁的玻璃器皿在无尘室环境中制备聚硅氧碳制剂，以便基本上除去所有潜在的杂质。在室温下将该制剂混合直至混合均匀，然后加入催化剂，并进一步搅拌该混合物，以分散催化剂。然后将聚硅氧碳制剂以如下连续法加工成高纯度SiOC：

在无尘室环境中，将制剂放入石墨容器中并固化至硬固化。在不从炉中除去固化的材料的情况下，固化的材料转化为SiOC。在该加热期间，惰性的、非反应性气体(例如，Ar)流过炉子。从炉子中除去所得到的聚硅烷衍生的SiOC。它可以被洗涤，并且具有约为99.9999(例如，6个9)的纯度，其中Al和B的含量小于0.1ppm。在无尘室条件下并按照无尘室方案储存SiOC，以防止污染以备后用。

实施例27

使用混合型方法配制聚硅氧碳制剂。所述制剂通过将30％的分子量约800的MHF前体和70％的分子量约500的TV前体烯丙基封端的聚二甲基硅氧烷在容器中混合制备，储存好，以供后续制造SiOC和SiC。聚硅氧碳制剂在室温具有良好的保质期，并且前体没有彼此反应。聚硅氧碳制剂的粘度约为10cps。

实施例28

使用混合型方法配制聚硅氧碳制剂。所述制剂通过将10％分子量约800的MHF前体，73％的分子量约1000的甲基封端的苯基乙基聚硅氧碳(具有10％X)，16％的TV前体，1％的分子量约1000的OH封端的前体硅醇基(羟基)封端的聚二甲基硅氧烷在容器中混合制备，并且储存好，以供后续用于制造SiOC和SiC。聚硅氧碳制剂在室温具有良好的保质期，并且前体没有彼此反应。聚硅氧碳制剂的粘度约为18cps。

实施例29

使用混合型方法配制聚硅氧碳制剂。所述制剂通过将0～90％的分子量约800的MH前体，0～90％的分子量约1000的甲基封端的苯基乙基聚硅氧碳(具有10％X)，0～30％的TV前体，0～30％的分子量约9400的乙烯基封端的前体烯丙基封端的聚二甲基硅氧烷，0～20％的分子量约800的OH封端的前体硅醇基(羟基)封端的聚二甲基硅氧烷在容器中混合制备，储存好，以供后续制造SiOC和SiC。聚硅氧碳制剂在室温具有良好的保质期，并且前体没有彼此反应。聚硅氧碳制剂的粘度约为100cps。

实施例30

使用混合型方法配制聚硅氧碳制剂。所述制剂通过将20～80％的分子量约800的MH前体，0～10％的TV前体，5～80％的具有约分子量的乙烯基封端的前体烯丙基封端的聚二甲基硅氧烷在容器中混合制备，并且储存好，以供后续制造SiOC和SiC。聚硅氧碳制剂在室温具有良好的保质期，并且前体没有彼此反应。聚硅氧碳制剂的粘度约为300cps。

实施例31

通过使用反应型方法，使用下列配方制备前体制剂。反应温度在61℃下保持21小时。

实施例32

通过使用反应型方法，使用下列配方制备前体制剂。反应温度在72℃下保持21小时。

实施例33

通过使用反应型方法，使用下列配方制备前体制剂。反应温度在61℃下保持21小时。

实施例34

通过使用反应型方法，使用下列配方制备前体制剂。反应温度在61℃下保持21小时。

实施例35

通过使用反应型方法，使用下列配方制备前体制剂。反应温度在61℃下保持21小时。

实施例35

转到图7，显示了用于生长SiC晶体和晶体结构的装置的示意性剖面图。气相沉积装置700具有容器701，容器701与各种加热组件(例如，702)有关(例如，加热组件，被放置以传递电磁能量的组件环绕着700)。加热组件被配置并运行，以提供至少两个不同的温度区，区A，702a，以及区B，702b。在容器701的内部，有聚合物衍生的陶瓷703(是Si和C的来源)。此外，容器701的内部是晶体生长起始物704。

因此，通常，聚合物衍生的陶瓷703被加热至区A702a的一个温度，以使SiC升华，通常温度高于约2000℃。SiC蒸汽随后上升到温度区B(其比区A冷)。SiC蒸汽作为SiC沉积在起始物704上。

应当理解的是，装置700的示意图是教导性插图，极大地简化了，并且商业和工业设备可以具有额外的部件，例如，控制系统、监控器、气体处理装置以及其它装置，并且还可以具有不同的配置(也就是目前本领域技术人员所知的)以及可能基于或部分基于本说明书的教导的新装置和配置。

实施例35a

在气相沉积装置701中，聚合物衍生的陶瓷703是高纯度SiOC。区A的温度逐步增加且保持在设定温度，以将SiOC转化为SiC，且随后使SiC升华，并在起始物704上形成SiC晶体。

实施例35b

在本实施例中，起始物704是晶种，在区域A中由聚合物衍生的沉积的SiC形成α单晶晶锭(boule)。这种晶锭随后被切割成片，以形成聚硅氧碳衍生的SiC晶片。

实施例35c

在本实施例中，起始物704是Si基底，在区域A中由聚合物衍生的SiC沉积在基底上，作为所述Si基底上外延的聚硅氧碳衍生的SiC层。

实施例35d

在气相沉积装置701中，聚合物衍生的陶瓷703是高纯度SiOC，具有6个9的纯度。区A的温度逐步增加且保持在设定温度，以将SiOC转化为SiC，且随后使SiC升华并在起始物704上形成SiC晶体。

实施例35e

在气相沉积装置701中，聚合物衍生的陶瓷703是高纯度SiOC，具有低于20ppm的Al。区A的温度逐步增加且保持在设定温度，以将SiOC转化为SiC，且随后使SiC升华并在起始物704上形成SiC晶体。

实施例35f

在气相沉积装置701中，聚合物衍生的陶瓷703是高纯度聚硅氧碳衍生的SiC，具有低于20ppm的Al。SiC升华，从而在起始物704(其是晶种)上形成SiC晶体。

实施例36

气相沉积装置701是热壁反应器。

实施例37

气相沉积装置701是多片式反应器(multiwafer reactor)。

实施例38

气相沉积装置701是烟筒反应器(chimney reactor)。

实施例39

聚硅氧碳衍生的SiC的晶锭具有约为1英寸的长度和约4英寸的直径。晶锭是α型且不含微管。晶锭具有少于100，少于10的微孔，优选地，一个微孔也没有。

实施例39a

聚硅氧碳衍生的SiC的晶锭具有以下尺寸的微孔密度：<10/cm²,<5/cm²,<1/cm²,<0.5/cm²，最优选地，<0.1/cm²。

实施例40

金属半导体场效应晶体管(MESFET)是由聚硅氧碳衍生的SiC制造的。金属半导体场效应晶体管被并入化合物半导体装置中，在45GHz的频率范围运行。

实施例40

金属半导体场效应晶体管(MESFET)是由聚硅氧碳衍生的SiC制造的。金属半导体场效应晶体管被并入蜂窝基站的组件中。

实施42

聚硅氧碳衍生的SiC的晶锭具有约为2英寸的长度和约4英寸的直径。晶锭被掺杂以形成用于半导体装置的p型晶片。

实施例43

聚硅氧碳衍生的SiC的晶锭具有约为2英寸的长度和约4英寸的直径。晶锭被掺杂以形成用于半导体装置的n型晶片。

实施例44

转到图8，显示了用于生长SiC晶体和晶体结构的装置的示意性剖面图。气相沉积装置800具有与热源802关联的容器801。热源，以及容器和热源，可以是在本说明书中所描述的或者为本领域所知的任何组件(assemblies)。热源被配置并运行，以提供至少两个不同的温度区，区A，802a，以及区B，802b。在容器801的内部，有聚合物衍生的陶瓷803(是Si和C的来源)。聚合物衍生的陶瓷803是根据实施例14的方法已经被固化并被转化为SiC的实施例6的聚硅氧碳。此外，容器801的内部是晶体生长起始物804。

因此，通常，聚合物衍生的陶瓷803被加热至区A802a的一个温度以使SiC升华，通常温度高于约2400℃。SiC蒸汽随后上升到温度区B(其比区A冷)。SiC蒸汽作为SiC沉积在起始物804上。

应当理解的是，装置800的示意图是教导性插图，极大地简化了，并且商业和工业设备可以具有额外的部件，例如，控制系统、监控器、气体处理装置以及其它装置，并且还可以具有不同的配置(也就是目前本领域技术人员所知的)以及可能基于或部分基于本说明书的教导的新装置和配置。

实施例45

转到图9，显示了用于生长SiC晶体和晶体结构的装置的示意性剖面图。气相沉积装置900具有与热源902关联的容器901。热源，以及容器和热源，可以是在本说明书中所描述的或者为本领域所知的任何组件(assemblies)。热源被配置并运行，以提供至少两个不同的温度区，区A，902a，以及区B，902b。在容器901的内部，有聚合物衍生的陶瓷903(是Si和C的来源)。聚合物衍生的陶瓷903是根据实施例15的方法已经被固化并被转化为SiC的实施例7的聚硅氧碳。此外，容器901的内部是晶体生长起始物804。

因此，通常，聚合物衍生的陶瓷903被加热至区A902a的一个温度以使SiC升华，通常温度高于约2500℃。SiC蒸汽随后上升到温度区B(其比区A冷)。SiC蒸汽作为SiC沉积在起始物904上。

应当理解的是，装置900的示意图是教导性插图，极大地简化了，并且商业和工业设备可以具有额外的部件，例如，控制系统、监控器、气体处理装置以及其它装置，并且还可以具有不同的配置(也就是目前本领域技术人员所知的)以及可能基于或部分基于本说明书的教导的新装置和配置。

实施例46

理论上，聚硅氧碳衍生的SiC材料中过量或加入的碳作为烧结助剂起作用。具有至少约7个9纯度(具有约0.05％～0.5％的过量的碳)的聚硅氧碳衍生的SiC形成约0.1μm的小颗粒。这些颗粒随后被烧结在一起以形成SiC制品。不需要额外的烧结助剂来形成固体SiC制品。这种“碳烧结”制品显著强于使用传统烧结助剂形成的类似制品。

实施例46a

具有至少约7个9纯度的聚硅氧碳衍生的SiC形成约0.1μm的小颗粒。这些颗粒随后被烧结在一起以形成SiC制品。不需要额外的烧结助剂来形成固体SiC制品。这种“自烧结”制品显著强于使用传统烧结助剂形成的类似制品。

实施例47

高纯度的聚硅氧碳衍生的SiC形成小颗粒。这些颗粒的尺寸足够小，以至于不会影响预选的光的波长或波长范围。这些SiC颗粒被烧结在一起以形成光学组件，其透射具有预选波长的光。

实施例48

一种聚硅氧碳衍生的SiC块，其是多孔的。这种聚硅氧碳材料块用于气相沉积装置。

实施例49

一种聚硅氧碳衍生的SiC颗粒，在其表面基本上没有氧化物层。

实施例50

一种聚硅氧碳衍生的SiC高温场效应气体传感器，具有约3.2eV带隙的SiC半导体材料。这种传感器能够在高达1000℃的温度下运行。

实施例51

一种聚硅氧碳衍生的SiC GTO(可关断晶闸管)，其是三相直流-交流逆变器的组件。这种装置能够提供约1200V的正向阻断电压和500A/cm²的可控密度。

实施例52

聚硅氧碳衍生的SiC颗粒(具有低于0.25μm的平均直径，优选地，约0.1μm及更小的直径)，在其表面上基本上没有氧化物层。这些SiC颗粒即将被压制(RTP，ready to press)，例如，它们可以使用最少的烧结助剂(优选地，无需烧结助剂)被烧结成体积形状。这种“自烧结”SiC制品显著强于使用烧结助剂形成的类似的SiC制品。

实施例52a

实施例52的SiC颗粒，其中，聚硅氧碳衍生的高纯度SiC颗粒至少为5个9的纯度且被烧结形成SiC光学器件。

实施例52b

实施例52的SiC颗粒，其中，聚硅氧碳衍生的高纯度SiC颗粒至少为3个9的纯度且被烧结形成SiC晶片。

实施例52b

实施例52的SiC颗粒，其中，聚硅氧碳衍生的高纯度SiC颗粒至少为7个9的纯度且被烧结形成SiC晶片，优选地，不使用烧结助剂。

实施例53

使用20g四乙烯基四甲基环四硅氧烷与0.5％Luperox 231过氧化物催化剂的聚合来制备前体制剂。所述制剂在115℃下固化60分钟。所述固化的聚合物在1675℃下被转化为SiC。最终测量的密度为3.2g/cc。

实施例54

使用前，通过蒸馏纯化200g四乙烯基四甲基环四硅氧烷。通过使用20g蒸馏的四乙烯基四甲基环四硅氧烷来制备前体制剂，并用0.5％的Luperox231进行催化。所述制剂在115℃下固化60分钟。所述固化的聚合物在1675℃下被转化为SiC。最终测量的密度为3.2g/cc。

实施例55

使用2g MH和18gTV制备前体制剂。加入0.5％的Luperox 231，以及2ppm的Pt催化剂。所述制剂在115℃下固化60分钟。所述固化的聚合物在1675℃下被转化为SiC。最终测量的密度为3.2g/cc。

实施例56

使用99％MH和1％Pt催化剂溶液(10ppm)制备前体制剂。所述制剂在115℃下固化60分钟，并在1000℃下热解2小时。

实施例57

将过氧化物催化剂加入到实施例1～3的聚硅氧碳制剂中，并将这些催化制剂逐滴加入(例如，制剂滴被滴入)至50～120℃热水浴，以固化所述制剂。在热水浴中的时间约为1-2分钟。然后将固化的液滴结构在950℃下热解大约60分钟。热解的结构是空心球体，其密度小于约1g/cc，直径约60微米至约2mm，压碎强度为约0.5-2ksi。然后将这些空心球体磨成小于1微米的尺寸。

实施例58

将10ppm的铂催化剂加入到实施例4～10的每个聚硅氧碳批料中，并将这些催化批料(catalyzed batches)滴在托盘上以形成液滴，并在空气烘箱中在约125℃下固化约30分钟。固化的液滴结构是密度约1.1-1.7g/cc，直径约200微米至约2mm和压碎强度约3-7ksi的略微不圆的珠子。

实施例59

将过氧化物催化的聚硅氧碳批料在强烈搅拌下加入50～95℃的水浴中，优选在表面活性剂的存在下，更优选地，表面活性剂不构成杂质。随后从水浴中除去水浴中形成的绿色固化亚微米珠子(例如，<1μm)。然后将绿色固化的珠子固化、热解并转化为SiC。

实施例60

将过氧化物催化的聚硅氧碳批料在强烈搅拌下加入50～95℃的水浴中，优选在表面活性剂的存在下，更优选地，表面活性剂不构成杂质。随后从水浴中除去水浴中形成的绿色固化的珠子。随后将绿色固化的珠子从水中除去或保留在水中，以供后续使用，例如，转化为SiC。

实施例61

将过氧化物催化的聚硅氧碳批料(来自实施例1～13)在强烈搅拌下加入80℃的水浴中，优选在表面活性剂的存在下，更优选地，表面活性剂不构成杂质。随后从水浴中除去已形成的绿色固化的2μm的珠子。然后将绿色固化的珠子固化和热解。

实施例62

将铂催化的聚硅氧碳批料(来自实施例1～13)在强烈搅拌下加入100℃的水浴中。随后从水浴中除去已形成的绿色固化的2μm的珠子。然后将绿色固化的珠子固化、热解并转化为SiC。

实施例63

将过氧化物催化的聚硅氧碳批料在强烈搅拌下加入50～95℃的水浴中，优选在表面活性剂的存在下，更优选地，表面活性剂不构成杂质。随后从水浴中除去已形成的绿色固化的5μm的珠子(例如，<1)。随后将绿色固化的珠子固化、热解并转化为SiC。

实施例64

将过氧化物催化的聚硅氧碳批料在强烈搅拌下加入95℃的水浴中，优选在表面活性剂的存在下，更优选地，表面活性剂不构成杂质。随后从水浴中除去已形成的绿色固化的珠子。随后将绿色固化的珠子从水中除去或保留在水中，以供后续使用，例如，转化为SiC。

实施例65

将过氧化物催化的聚硅氧碳批料(来自实施例1～13)在强烈搅拌下加入80℃的水浴中，优选在表面活性剂的存在下，更优选地，表面活性剂不构成杂质。随后从水浴中除去已形成的绿色固化的2μm的珠子。然后将绿色固化的珠子固化、热解并转化为SiC。

实施例66

将铂催化的聚硅氧碳批料(来自实施例1～13)在强烈搅拌下加入100℃的水浴中。随后从水浴中除去已形成的绿色固化的2μm的珠子。然后将绿色固化的珠子固化、热解并转化为SiC。

实施例67

聚硅氧碳衍生的SiC颗粒(具有低于0.4μm的平均直径)，在其表面上基本上没有氧化物层。这些SiC颗粒即将被压制(RTP)，例如，它们可以使用最少的烧结助剂(优选地，无需烧结助剂)被烧结成体积形状。

实施例68

聚硅氧碳衍生的SiC颗粒(具有低于0.6μm的平均直径)，在其表面上基本上没有氧化物层。这些SiC颗粒即将被压制(RTP)，例如，它们可以使用最少的烧结助剂(优选地，无需烧结助剂)被烧结成体积形状。

实施例69

聚硅氧碳衍生的SiC颗粒(具有低于0.4～0.6μm的平均直径)，在其表面上基本上没有氧化物层。这些SiC颗粒即将被压制(RTP)，例如，它们可以使用最少的烧结助剂(优选地，无需烧结助剂)被烧结成体积形状。

实施例70

使用烧结成片状材料的多层高纯度聚硅氧碳中的一层形成爆炸冲击防护罩(blast and impact shield)。聚硅氧碳衍生的碳化硅层与基底结合。这些层被加强，并且可以通过层之间的各种编织图案来做成这样。复合层结构提供了针对爆破、射弹和爆炸的保护。这种防护罩的重量可能比传统盾牌和盔甲轻，且提供等同或更好的保护。

实施例71

使用烧结成片状材料的多层高纯度聚硅氧碳中的一层形成爆炸冲击防护罩，该聚硅氧碳具有6个9的纯度，无氧化物，且具有0.1微米的颗粒大小无需烧结助剂。聚硅氧碳衍生的碳化硅片用作爆炸冲击防护罩的组件。可以在个人的防弹衣和装甲中使用。

实施例72

弹道复合结构有12层1200克/平方米玻璃纤维，20层单向碳纤维(5段中取向为0，45，-45，90以制成20层)，1层聚硅氧碳衍生的碳化硅面板。可以使用聚硅氧碳批料，在150-160℃和至少500psi的压强下温压1-2小时将玻璃纤维结合在一起，以形成玻璃纤维板。可以在相同条件下将20层碳纤维布结合在一起以形成碳纤维板。通过使用聚硅氧碳批料作为碳化硅片材和碳纤维板之间以及碳纤维板和玻璃纤维板之间的结合剂，玻璃纤维板、碳纤维板和聚硅氧碳碳化硅衍生的片材可以被一步结合。

实施例73

在美国专利No.5,180,694中公开和教导的工艺中，在其说明书中所提供的制剂(具有至少5个9的纯度，优选地，具有约6个9个纯度)的超纯SiOC被用于制造透明的SiOC制品，其全部公开的内容在此通过引用的方式并入本文

实施例74

在美国专利No.8,981,564中公开和教导的工艺中，在其说明书中所提供的制剂(具有至少5个9的纯度，优选地，具有约6个9个纯度)的超纯SiOC用于制造制品上的SiOC层和涂层。

实施例75

在美国专利No.8,778,814中公开和教导的工艺中，在其说明书中所提供的制剂(具有至少5个9的纯度，优选地，具有约6个9个纯度)的超纯SiOC被用于制造制品上的SiOC层和涂层。

值得注意的是，没有要求提供或解决作为新颖的和开创性的工艺、材料、性能或其它有益的特征和性质(这些是本发明实施例的主题或与本发明实施例相关)的基础的理论。然而，在本说明书中提供了各种理论，以进一步推进该领域的技术。在本说明书中提出的这些理论，除非另有明确说明，绝对不限制、限定或缩小本发明所提供的保护范围。利用本发明可能不需要使用或实践这些理论。应当进一步理解的是，本发明可能导致新的和迄今未知的理论来解释本发明的方法、制品、材料、设备和系统的实施例的功能特征；这种后续发展的理论不应限制本发明所提供的保护范围。

在本说明书中阐述的制剂、批料、材料、组合物、设备、系统、装置、操作活动和方法的各种实施例可用于SiC和Si具有适用性的各个领域，以及其它领域(其中，SiC、Si以及这两者都不能以可行的方式(成本，性能或这两者)表现)。此外，本说明书中阐述的这些各种实施例可以以不同的和各种组合相互使用。因此，例如，本说明书的各种实施例中所提供的配置可以相互使用；并且本发明提供的保护范围不应限于特定实施例、在特定实施例中阐述的或在特定图的实施例中阐述的配置或排列。

在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，除了在本文中所明确公开的那些，本发明还可以其它形式体现。本文所描述的实施例在各方面仅被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (22)

1.一种制备碳化硅的方法，所述方法包括：

a.提供含有硅、碳和氧的无溶剂液体；所述无溶剂液体是摩尔比为30％至85％的碳，5％至40％的氧和5％至35％的硅的聚硅氧碳前体制剂；

b.将所述液体固化，以提供由硅、碳和氧组成的固化材料；

c.让所述固化材料处于低于150℃的温度中；

d.将所述固化材料转化为由硅、碳和氧组成的陶瓷材料；

e.从所述陶瓷材料除去所有的氧。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体是摩尔比为50％至65％的碳，20％至30％的氧和15％至20％的硅的聚硅氧碳前体制剂。

3.根据权利要求1所述的方法，包括产生CO。

4.根据权利要求1所述的方法，其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅的纯度至少为99.9999％。

5.根据权利要求1所述的方法，其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有低于100ppm的Al。

6.根据权利要求1所述的方法，其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有低于10ppm的Al。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述碳化硅具有低于1ppm的Al。

8.根据权利要求1所述的方法，其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有低于100ppm B。

9.根据权利要求1所述的方法，其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有低于10ppm B。

10.根据权利要求4所述的方法，其中所述碳化硅具有低于1ppm B。

11.根据权利要求1所述的方法，其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有低于1000ppm的选自由Ti，Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Pr，Ce，Cr，S和As构成的组的元素总量。

12.根据权利要求1所述的方法，其中碳化硅被制备，并且其中所述碳化硅具有低于500ppm的选自由Ti，Al，Fe，B，P，Pt，Ca，Mg，Li，Na，Ni，V，Ce，Cr，S和As构成的组的元素总量。

13.根据权利要求4所述的方法，其中所述液体是聚硅氧碳前体制剂，且所述碳化硅为α型。

14.根据权利要求4所述的方法，其中所述液体是聚硅氧碳前体制剂，且所述碳化硅为β型。

15.根据权利要求4所述的方法，其中所述液体是摩尔比为30％至85％的碳，5％至40％的氧和5％至35％的硅的聚硅氧碳前体制剂，且所述碳化硅为α型。

16.一种制备碳化硅的方法，所述方法包括：

a.提供包括硅、碳和氧的液体，其中所述液体是摩尔比为30％至85％的碳，5％至40％的氧和5％至35％的硅的聚硅氧碳前体制剂，其中所述液体材料具有低于100ppm的选自由Al，Fe，B和P构成的组的元素总量；

b.将所述液体固化成由硅、碳和氧组成的固化材料，其中所述固化材料具有低于100ppm的选自由Al，Fe，B和P构成的组的元素总量；

c.让所述固化材料处于低于150℃的温度中；

d.将所述固化材料转化成包括硅、碳和氧的陶瓷材料，其中所述陶瓷材料具有低于100ppm的选自由Al，Fe，B和P构成的组的元素总量；

e.从陶瓷材料中除去所有的氧，由此提供SiC，其中所述SiC具有低于100ppm的选自由Al，Fe，B和P构成的组的元素总量。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述碳化硅是多晶。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述碳化硅是单晶。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述碳化硅是大于99％的α型碳化硅。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述碳化硅是大于50％的β型碳化硅。

21.根据权利要求16所述的方法，其中所述碳化硅的形状选自由下列形状构成的组：冰球状，煤球状，砖块状，丸状，圆盘状和片状。

22.根据权利要求16所述的方法，其中所述碳化硅为体积形状的碳化硅，所述体积形状的碳化硅的硬度小于构成所述体积形状的碳化硅的碳化硅材料的硬度的1/3。

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