DE102008018062A1 - Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Keramiken und Vorläuferverbindungen, Verfahren zur salzfreien Polymerisation von RnHal3-nSi-X-BRmHal2-m - Google Patents

Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Keramiken und Vorläuferverbindungen, Verfahren zur salzfreien Polymerisation von RnHal3-nSi-X-BRmHal2-m Download PDF

Info

Publication number
DE102008018062A1
DE102008018062A1 DE102008018062A DE102008018062A DE102008018062A1 DE 102008018062 A1 DE102008018062 A1 DE 102008018062A1 DE 102008018062 A DE102008018062 A DE 102008018062A DE 102008018062 A DE102008018062 A DE 102008018062A DE 102008018062 A1 DE102008018062 A1 DE 102008018062A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hal
independently
hydrocarbon radical
formula
mixtures
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102008018062A
Other languages
English (en)
Inventor
Markus Weinmann
Martin Jansen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV filed Critical Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority to DE102008018062A priority Critical patent/DE102008018062A1/de
Priority to CN200980112620.1A priority patent/CN101990553B/zh
Priority to US12/936,600 priority patent/US8354489B2/en
Priority to PCT/EP2009/002569 priority patent/WO2009124725A1/de
Priority to JP2011503372A priority patent/JP2011516676A/ja
Priority to EP09729999A priority patent/EP2262849A1/de
Publication of DE102008018062A1 publication Critical patent/DE102008018062A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/60Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/573Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/589Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft neue Verfahren zur salzfreien Polymerisation von Borsilylaminen, die das Strukturmerkmal Si-N-B aufweisen und Borsilylkohlenwasserstoffen, die das Strukturmerkmal Si-X-B aufweisen, wobei X eine Methylengruppe oder eine Kohlenwasserstoffkette CxHy oder eine cyclische Kohlenwasserstoffeinheit sein kann, durch deren Umsetzung mit Disilazanen R3Si-NR-SiR3.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft neue Verfahren zur salzfreien Polymerisation von Borsilylaminen, die das Strukturmerkmal Si-N-B aufweisen und Borsilylkohlenwasserstoffen, die das Strukturmerkmal Si-X-B aufweisen, wobei X eine Methylengruppe oder eine Kohlenwasserstoffkette CxHy oder eine cyclische Kohlenwasserstoffeinheit sein kann, durch deren Umsetzung mit Disilazanen R3Si-NR-SiR3.
  • Gemäß DE 41 07 108 und DE 100 45 428 gelingt die Synthese polymerer Vorstufen für Si/B/C/N-Keramiken durch eine Vernetzung der Einkomponentenvorläufer TADB (Cl3Si-NH-BCl2) bzw. DMTA (Cl3Si-NMe-BCl2) mit Ammoniak oder primären Aminen in einem inerten Lösungsmittel. Dabei werden zunächst alle Chloratome mit Amino- bzw. Alkylaminogruppen ersetzt. Durch nachfolgende Kondensationsreaktionen vernetzen die primär erhaltenen Produkte zu Polymeren. Beim Austausch der Chloratome durch die Amino- bzw. Alkylaminogruppen wird Chlorwasserstoff freigesetzt, der unter den gegebenen Bedingungen mit der im Überschuss eingesetzten Stickstoffverbindung Ammoniumchlorid bzw. Aminhydrochloride bildet. Diese Hydrochloride fallen als Feststoffe aus der Reaktionslösung aus und müssen vor der Weiterverarbeitung zeitaufwändig von dieser abfiltriert werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die lösungsmittelfreie Vernetzung der Einkomponentenvorläufer mit Disilazanen R3Si-NR-SiR3 (R = H, Alkyl, Aryl, Alkenyl) ohne die Bildung fester Koppelprodukte. Durch die Wahl der Stöchiometrie und der Reaktionsbedingungen, insbesondere der Parameter Druck, Temperatur und Zeit sollen sich die rheologischen Eigenschaften der Polymeren hinsichtlich ihres Schmelzspinnverhaltens, ihrer Verwendung als Schichtmaterialien oder ihrer Anwendung in Massiv- oder Faserverbundmaterialien optimieren und gezielt einstellen lassen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist auch eine Synthese der Oligomeren oder Polymeren ohne dabei die monomeren Vor- bzw. Zwischenstufen zu isolieren und/oder aufzuarbeiten, sondern die nicht aufgearbeiteten Gemische direkt einer Vernetzung zu unterwerfen. Hierzu werden zunächst ein Chlorsilan und ein im Überschuss eingesetztes Disilazan umgesetzt und das erhaltene Gemisch aus Chlordisilazan und überschüssigem Disilazan anschließend mit einem Halogenboran, vorzugsweise BCl3, zur Reaktion gebracht.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist weiterhin die Überführung der oligomeren oder polymeren Verbindungen in keramische Materialien. Diese kann entweder in inerter Atmosphäre (Edelgase oder Stickstoff) oder auch in reaktiver Atmosphäre vollzogen werden, wobei die Thermolyse in einem Temperaturbereich von 25 bis 2300°C, vorzugsweise bis 1800°C durchgeführt werden kann.
  • Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben wurden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Polymeren umfassend die Umsetzung von Disilazanen der Formel (I) R3Si-NR-SiR3, wobei R jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt mit einem Borsilylamin der Formel (II)
    Figure 00020001
    worin
    Hal jeweils unabhängig Cl, Br oder I bedeutet,
    R1, R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Hal oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt,
    oder mit einem Borsilylkohlenwasserstoff der Formel (III)
    Figure 00030001
    worin
    Hal jeweils unabhängig Cl, Br oder I bedeutet,
    R1, R2 und R3 jeweils unabhängig H, Hal oder einen Kohlenwasserstoffrest
    mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt, und
    X jeweils unabhängig einen linearen, unverzweigten, verzweigten oder cyclischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt, oder
    mit einem Chlorsilan der Formel (IV) R1R2SiHal2, worin
    Hal jeweils unabhängig Cl, Br oder I bedeutet, und
    R1 und R2 jeweils unabhängig H oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt und mit einem Chlorboran der Formel (V) RBCl2, worin R Wasserstoff, Hal oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt, umsetzt.
  • Bei der erfindungsgemäß durchgeführten Umsetzung läuft die Reaktion ohne Bildung fester Nebenprodukte ab, die bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren aufwändig abgetrennt werden müssen. Es handelt sich also insbesondere um eine salzfreie Reaktion. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren lösungsmittelfrei durchgeführt werden. Die Möglichkeit lösungsmittelfrei sowie ohne die Bildung fester Nebenprodukte Polyborocarbosilazane herzustellen, ermöglicht eine Synthese, ohne dass monomere Vor- bzw. Zwischenstufen isoliert oder aufgearbeitet, beispielsweise aufgereinigt werden müssten. Vielmehr können die nicht aufgearbeiteten Reaktionsgemische direkt einer Vernetzung oder Calcinierung unterworfen werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Polyborocarbosilazane erhalten werden, bei welchen es sich um Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen handelt. Der Begriff Polyborocarbosilazan umfasst dabei erfindungsgemäß sowohl Oligo- als auch Polyborocarbosilazane und umfasst insbesondere Verbindungen mit einer Größe von 250 bis 100000, bevorzugt von 1000 bis 10000 Da bzw. einer Kettenlänge von 3 bis 1000, insbesondere 10 bis 500 und bevorzugt von 20 bis 100.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Disilazan der Formel (I) R3Si-N-R-SiR3 eingesetzt, wobei R jeweils unabhängig Wasserstoff oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, insbesondere 1 bis 10 C-Atomen darstellt. Der Kohlenwasserstoffrest kann beispielsweise ein Alkyl-, ein Alkenyl- oder Arylrest sein. Der Kohlenwasserstoffrest kann unverzweigt oder verzweigt sein. Weiterhin kann es sich um einen linearen oder cyclischen Rest handeln.
  • Bevorzugt handelt es sich bei dem Rest R im Disilazan um einen C1-C6 Alkylrest, insbesondere um Methyl. Besonders bevorzugt wird als Disilazan Hexamethyldisilazan oder Heptamethyldisilazan eingesetzt.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Umsetzung mit einem Borsilylamin der Formel (II)
    Figure 00040001
    worin Hal jeweils unabhängig Cl, Br oder I, bevorzugt Cl bedeutet,
    R1, R2, R3 und R4 jeweils unabhängig H, Hal oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, insbesondere mit 1 bis 10 C-Atomen darstellt. Die Reste R1, R2, R3 und R4 können beispielsweise eine Alkyl-, eine Alkenyl- oder eine Arylgruppe darstellen. Soweit sie einen Kohlenwasserstoffrest darstellen, kann dieser unverzweigt oder verzweigt, linear oder cyclisch sein. Bevorzugt sind die Reste R1, R2, R3 und R4 ein C1-C6 Alkylrest oder ein Halogen, insbesondere Cl. Besonders bevorzugt eingsetzte Borsilylamine sind Trichlorsilylaminodichlorboran (TADB), Cl3Si-NH-BCl2 sowie Dichlorboryl-methyl-trichlorsilyl-amin (DMTA), Cl3Si-NMe-BCl2.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umsetzung mit einem Borsilylkohlenwasserstoff der Formel (III),
    Figure 00050001
    worin
    Hat jeweils unabhängig Cl, Br oder I, insbesondere Cl bedeutet,
    R1, R2 und R3 jeweils unabhängig H, Hal oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen, insbesondere 1 bis 10 C-Atomen darstellt, und
    X eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt.
  • Soweit R1, R2 und R3 für einen Kohlenwasserstoffrest stehen, kann dieser unverzweigt oder verzweigt, linear oder cyclisch sein und beispielsweise eine Alkyl-, Alkenyl- oder Arylgruppe darstellen. X ist eine verbrückende Einheit und stellt bevorzugt eine Methylengruppe, eine Kohlenwasserstoffkette CxHy, worin x = 2 bis 20, insbesondere 2 bis 10, und y = 0 bis 40, insbesondere 2 bis 20 oder eine cyclische Kohlenwasserstoffeinheit, beispielsweise eine Gruppierung C6H4 dar. Besonders bevorzugt stellt X CH2, CHCH3, CH2CH2, CH=CH, C≡C, CHCH2CH3, CHCH=CH2 oder C6H4 dar.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zunächst ein Chlorsilan R1R2SiHal mit einem Disilazan R3Si-NR-SiR3 zur Reaktion gebracht und das erhaltene Gemisch aus Chlordisilazan und überschüssigem Silazan nachfolgend mit einem Chlorboran RBCl2, vorzugsweise mit BCl3, umgesetzt. In dem Chlorsilazan stehen die Reste R1 und R2 jeweils unabhängig für Wasserstoff, Hal, insbesondere Cl oder einen C1 bis C20-, insbesondere einen C1 bis C10-Kohlenwasserstoffrest, insbesondere einen Aryl-, Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylrest. In dem Disilazan weisen die Reste die oben angegebenen Bedeutungen auf. In dem Chlorboran steht R für H, Hal oder einen C1 bis C20-, insbesondere einen C1 bis C10-Kohlenwasserstoffrest. Zur vollständigen Umsetzung wird das Produkt vorzugsweise stufenweise auf 80 bis 250°C, beispielsweise bei Vakuum oder Normaldruck erwärmt und dabei die flüchtigen Bestandteile abdestilliert.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere Umsetzungen von Verbindungen RnHal3-nSi-NR-BRmHal2-m oder RnHal3-nSi-X-BRmHal2-m oder deren Gemischen, mit Disilazanen R3Si-NR-SiR3 oder deren Gemischen, wobei Hal jeweils unabhängig Cl, Br oder I bedeutet, R jeweils unabhängig einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen oder Wasserstoff darstellt, X eine Methylengruppe oder eine Kohlenwasserstoffkette CxH oder eine cyclische Kohlenwasserstoffeinheit sein kann, n Werte von 0 bis 2 und m die Werte 0 oder 1 annimmt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Umsetzung wird das Disilazan der Formel (I) bevorzugt mindestens in stöchiometrischer Menge oder im Überschuss eingesetzt und insbesondere mindestens in stöchometrischer Menge oder im Überschuss mit den Borsilylaminen der Formel (II) oder/und den Borsilylkohlenwasserstoffen der Formel (III) umgesetzt. Stöchiometrische Menge bedeutet dabei ein halbes Aquivalent an Disilazan pro Hal-Atom, insbesondere pro Cl-Atom.
  • Erfindungsgemäß ist es möglich, jeweils eine oder mehrere Verbindungen der oben genannten Formeln einzusetzen und insbesondere auch Gemische von Disilazanen, Gemische von Borsilylaminen, Gemische von Borsilylkohlenwasserstoffen, Gemische von Chlorsilanen oder Gemische von Chlorboranen einzusetzen. Es ist aber auch möglich, jeweils nur eine einzelne Verbindung der oben genannten Formeln einzusetzen.
  • Überraschender Weise zeigte sich, dass sich verschiedene chemische, physikalisch-chemische und materialwissenschaftliche Eigenschaften der Polymeren einfach und gezielt durch die bei der Reaktion angewandten Bedingungen wie Temperatur, Zeit, Druck sowie die Wahl der Substituenten R und X bzw. die Anzahl der Silicium- oder Bor-gebundenen Halogenatome und die gewählte Stöchiometrie beeinflussen lassen. Des Weiteren zeigte sich, dass durch die Wahl der Reaktionsbedingungen und der Reaktanden auch die Zusammensetzung und Eigenschaften der aus den Polymeren durch Thermolyse erhaltenen Keramiken gezielt gesteuert werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere bei einer Temperatur von –70°C bis 200°C, bevorzugt von –10°C bis 150°C durchgeführt. Durch Verwendung höherer Temperaturen werden insbesondere Polymere erhalten, die sich durch eine höhere Vernetzung auszeichnen und daher eher hochviskos und teilweise in fester Form anfallen. Bei Einsatz von niedrigen Temperaturen, insbesondere von Temperaturen < 50°C werden hingegen flüssige bis niedrigviskose Oligomere oder Polymere erhalten.
  • Die Reaktion wird bevorzugt für eine Zeitdauer von 30 min bis 72 h, insbesondere 2 bis 8 h durchgeführt. Während der Umsetzung wird bevorzugt bei Normaldruck gearbeitet, wohingegen die Aufarbeitung der Produkte bei Normaldruck oder reduziertem Druck, bevorzugt bei 10–3 bis 1013 mbar stattfindet.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden neue Oligo- bzw. Polyborocarbosilazane erhalten, die ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind. Die neuen Oligo- bzw. Polyborocarbosilazane unterscheiden sich von bisher bekannten Verbindungen durch ihre einfache Verarbeitung und den Umstand, dass die für die weitere Verwendung wichtigen rheologischen Eigenschaften gezielt durch die bei der Aufarbeitung angewandten Temperaturen und Drücke eingestellt werden können.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Überführung der erhaltenen oligomeren oder polymeren Verbindungen in keramische Materialien. Dazu werden die Oligo- oder Polycarbosilazane bei Temperaturen zwischen –200°C und 2000°C pyrolysiert. Die Pyrolyse findet insbesondere in einer Ammoniak- oder Inertgasatmosphäre statt. Eine Inertgasatmosphäre besteht vorzugsweise aus Edelgasen oder/und Stickstoff. Die Pyrolyse findet vorzugsweise bei Temperaturen zwischen –100°C und 1800°C, mehr bevorzugt zwischen 25°C und 1700°C statt. Nach der Pyrolyse wird vorzugsweise ein Calcinierungsschritt durchgeführt, vorzugsweise bei der Temperatur zwischen 800°C und 2000°C, mehr bevorzugt zwischen 900°C und 1800°C, wobei auch der Calcinierungsschritt vorzugsweise in einer Ammoniak- oder Inertgasatmosphäre erfolgt.
  • Die erfindungsgemäßen Oligo- oder Polyborocarbosilazane sind insbesondere zur Herstellung von Polymeren oder keramischen Pulvern, Beschichtungen, Fasern, Formkörpern, Faserverbundmaterialien oder Folien hervorragend geeignet.
  • Ausführungsbeispiele
  • Beispiel 1
  • 31.4 g (195 mmol) Hexamethyldisilazan, Me3Si-NH-SiMe3, werden vorgelegt und 15.0 g (65 mmol) Trichlorsilylaminodichlorboran (TADB), Cl3Si-NH-BCl2, bei –10°C unter kräftigem Rühren zugetropft. Nach beendeter Zugabe wird das Gemisch zunächst auf Raumtemperatur und dann für 3 h auf 50°C erwärmt. Bei der Reaktion gebildetes Me3SiCl entfernt man durch langsames Anlegen eines Vakuums (ca. 200 mbar), bevor man bei diesem Druck die Temperatur zunächst 3 h auf 80°C, dann 2 h auf 120°C und 2 h auf 150°C erhöht. Abschließend wird der Druck bei 150°C auf 10 mbar erniedrigt. Zurück bleibt ein farbloses, hartes Polymerpulver, das sich oberhalb 200°C zersetzt. Die Thermolyse bei 1400°C (Argon) liefert eine röntgenamorphe Si/C/B/N-Keramik in 57% Ausbeute.
  • Beispiel 2
  • 13.67 g (55.8 mmol) Dichlorboryl-methyl-trichlorsilyl-amin (DMTA), Cl3Si-NMe-BCl2 werden bei 0°C vorgelegt und unter kräftigem Rühren auf einmal mit 25.2 g (156 mmol) Hexamethyldisilazan, Me3Si-NH-SiMe3, versetzt. Das Gemisch wird zunächst auf Raumtemperatur und dann für 3 h auf 50°C erwärmt. Bei der Reaktion gebildetes Me3SiCl entfernt man durch langsames Anlegen eines Vakuums (ca. 200 mbar), bevor man bei diesem Druck die Temperatur zunachst 3 h auf 80°C erhöht. Abschließend wird der Druck bei dieser Temperatur auf 5 mbar erniedrigt. Das Polymer bleibt als ein farbloses, hochviskoses Gel zurück, das nach Gefriertrocknen als farbloses Pulver isoliert werden kann.
  • Beispiel 3
  • 4 g (19 mmol) Dichlorboryl-methyl-trichlorsilyl-amin (DMTA), Cl3Si-NMe-BCl2, werden bei 0°C vorgelegt und unter kräftigem Rühren auf einmal mit 12.9 g (80 mmol) Hexamethyldisilazan, Me3Si-NH-SiMe3, versetzt. Das Gemisch wird zunächst auf Raumtemperatur und dann für 3 h auf 50°C erwärmt. Bei der Reaktion gebildetes Me3SiCl entfernt man durch langsames Erhöhen der Temperatur auf zunachst 50°C, dann auf 70°C und zuletzt auf 100°C. Die Temperatur wird weiter stufenweise auf bis 160°C erhöht, wobei überschüssiges und/oder durch Kondensation freigesetztes Hexamethyldisilazan abdestilliert. Zurück bleibt ein hochviskoses Polymer, aus dem sich durch einen Schmelzspinnprozess bei 90°C Fasern gewinnen lassen. Die Thermolyse bei 1400°C in Argonatmosphäre ergibt eine amorphe Si/C/B/N-Keramik in 41% Ausbeute.
  • Beispiel 4
  • 35.1 g (235 mmol) Methyltrichlorsilan, CH3SiCl3 werden bei 0°C mit 126 g (780 mmol) Hexamethyldisilazan versetzt. Nach beendeter Zugabe wird das Gemisch auf 25°C erwärmt, eine Stunde gerührt und anschließend auf –70°C abgekühlt. 27.6 g (235 mmol) BCl3 werden langsam einkondensiert, die Reaktionslösung nach beendeter Zugabe auf 25°C erwärmt und über Nacht gerührt. Die flüchtigen Bestandteile werden durch stufenweises Erhöhen der Temperatur auf 50°C, 90°C, 120°C und 150°C jeweils drei Stunden) abdestilliert. Zurück bleibt ein hochviskoses Polymer, aus dem sich in einem Schmelzspinnprozess bei 85°C–95°C Grünfasern gewinnen lassen. Die Thermolyse bei 1400°C in einer Argonatmosphäre liefert eine Si/C/B/N-Keramik in 51% Ausbeute.
  • Beispiel 5
  • 29.0 g (165 mmol) Heptamethyldisilazan, Me3Si-NMe-SiMe3, werden vorgelegt und 15.0 g (55 mmol) Trichlorsilyldichlorborylethan (TSDE), Cl3Si-CHCH3-BCl2, bei 0°C unter kräftigem Rühren zugetropft. Nach beendeter Zugabe wird das Gemisch innerhalb von vier Stunden auf 50°C erwärmt. Das bei der Reaktion gebildete Me3SiCl entfernt man durch langsames Anlegen eines Vakuums (ca. 200 mbar), bevor man bei diesem Druck die Temperatur zunächst auf 80°C erhöht. Abschließend wird der Druck 10–1 mbar erniedrigt. Zurück bleibt ein farbloses, viskoses Polymergel, das bei der Thermolyse (1400°C, Argon) eine röntgenamorphe Si/C/B/N-Keramik in 61% Ausbeute liefert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4107108 [0002]
    • - DE 10045428 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung von Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Polymeren umfassend die Umsetzung von Disilazanen der Formel (I) R3Si-NR-SiR3, wobei R jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt mit einem Borsilylamin der Formel (II)
    Figure 00110001
    worin Hal jeweils unabhängig Cl, Br oder I bedeutet, R1, R2, R3 und R4 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Hal oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt oder mit einem Borsilylkohlenwasserstoff der Formel (III)
    Figure 00110002
    worin Hal jeweils unabhängig Cl, Br oder I bedeutet, R1, R2 und R3 jeweils unabhängig H, Hal oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt und X jeweils unabhängig einen linearen, unverzweigten, verzweigten oder cyclischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt oder mit einem Chlorsilan der Formel (IV) R1R2SiHal2 worin Hal jeweils unabhängig Cl, Br oder I bedeutet und R1 und R2 jeweils unabhängig H oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt und mit einem Chlorboran der Formel (V) RBCl2 worin R Wasserstoff, Hal oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 C-Atomen darstellt, umsetzt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Hal bei jedem Auftreten jeweils für Cl steht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polymeren ohne Isolierung und/oder Aufarbeitung von monomeren Zwischenstufen hergestellt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Disilazan der Formel (I) in stöchiometrischer Menge oder im Überschuss eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gemische von Disilazanen oder/und Gemische von Borsilylaminen und/oder Gemische von Borsilylkohlenwasserstoffen und/oder Gemische von Chlorsilanen und/oder Chlorboranen eingesetzt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmung auf 80 bis 250°C durchgeführt wird.
  7. Polyborocarbosilazan, erhältlich mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Siliciumcarbonitrit-Keramik, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polyborocarbosilazan nach Anspruch 7 bei einer Temperatur zwischen –200°C und 2000°C pyrolysiert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dass weiterhin eine Calcinierung bei einer Temperatur zwischen 800°C und 2000°C erfolgt.
  10. Verwendung eines Polyborocarbosilazans nach Anspruch 7 zur Herstellung von Polymeren und/oder keramischen Pulvern, Beschichtungen, Fasern, Formkörpern, Faserverbundmaterialien oder Folien.
DE102008018062A 2008-04-09 2008-04-09 Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Keramiken und Vorläuferverbindungen, Verfahren zur salzfreien Polymerisation von RnHal3-nSi-X-BRmHal2-m Withdrawn DE102008018062A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008018062A DE102008018062A1 (de) 2008-04-09 2008-04-09 Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Keramiken und Vorläuferverbindungen, Verfahren zur salzfreien Polymerisation von RnHal3-nSi-X-BRmHal2-m
CN200980112620.1A CN101990553B (zh) 2008-04-09 2009-04-07 硅-硼-碳-氮陶瓷和前体化合物,RnHal3-nSi-X-BRmHal2-m的无盐聚合方法
US12/936,600 US8354489B2 (en) 2008-04-09 2009-04-07 Silicon-boron-carbon-nitrogen ceramics and precursor compounds, methods for the salt-free polymerisation of RnHal3-nSi-X-BRmHal2-m
PCT/EP2009/002569 WO2009124725A1 (de) 2008-04-09 2009-04-07 Silicium-bor-kohlenstoff-stickstoff-keramiken und vorläuferverbindungen, verfahren zur salzfreien polymerisation von rnhal3-nsi - x - brmhal2-m
JP2011503372A JP2011516676A (ja) 2008-04-09 2009-04-07 ケイ素−ホウ素−炭素−窒素セラミック及び前駆物質化合物、RnHal3−nSi−X−BRmHal2−mの塩フリー重合方法
EP09729999A EP2262849A1 (de) 2008-04-09 2009-04-07 SILICIUM-BOR-KOHLENSTOFF-STICKSTOFF-KERAMIKEN UND VORLÄUFERVERBINDUNGEN, VERFAHREN ZUR SALZFREIEN POLYMERISATION VON RNHAL3-NSI - X - BRMHAL2-M& xA;

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008018062A DE102008018062A1 (de) 2008-04-09 2008-04-09 Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Keramiken und Vorläuferverbindungen, Verfahren zur salzfreien Polymerisation von RnHal3-nSi-X-BRmHal2-m

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008018062A1 true DE102008018062A1 (de) 2009-10-15

Family

ID=40829535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008018062A Withdrawn DE102008018062A1 (de) 2008-04-09 2008-04-09 Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Keramiken und Vorläuferverbindungen, Verfahren zur salzfreien Polymerisation von RnHal3-nSi-X-BRmHal2-m

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8354489B2 (de)
EP (1) EP2262849A1 (de)
JP (1) JP2011516676A (de)
CN (1) CN101990553B (de)
DE (1) DE102008018062A1 (de)
WO (1) WO2009124725A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2602280A1 (de) * 2011-12-09 2013-06-12 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Eintopf-Synthese eines SiBNC-Polymers
US9359479B2 (en) * 2013-05-30 2016-06-07 General Electric Company Methods of using boron-containing additives as silicon carbide crosslinking agents
CN103755348B (zh) * 2013-11-22 2015-08-19 天津大学 硅硼碳氮陶瓷及其制备方法
CN103613385B (zh) * 2013-11-28 2015-01-07 哈尔滨工业大学 非晶高硬的硅硼碳氮陶瓷材料的制备方法
CN107381589B (zh) * 2017-08-10 2019-12-31 东华大学 一种有序介孔硅硼碳氮材料的制备方法
CN109438712B (zh) * 2018-10-25 2021-06-11 航天材料及工艺研究所 一种硼改性聚碳硅烷树脂及其制备方法
KR102591159B1 (ko) * 2020-05-07 2023-10-20 메르크 파텐트 게엠베하 폴리카보실라잔, 및 이를 포함하는 조성물 및 이를 사용하는 규소-함유 막의 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4107108A1 (de) 1991-03-06 1992-09-10 Bayer Ag Siliciumbornitridkeramik und vorlaeuferverbindungen, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung
DE10045428A1 (de) 2000-09-14 2002-03-28 Max Planck Gesellschaft Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Keramiken und Vorläuferverbindungen, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04153226A (ja) * 1990-10-16 1992-05-26 Shin Etsu Chem Co Ltd ホウ素含有シラザン重合体の製造方法及びセラミックスの製造方法
DE50106404D1 (de) 2000-09-14 2005-07-07 Fraunhofer Ges Forschung Siliciumborkarbonitridkeramiken und vorlaeuferverbindungen, verfahren zu deren herstellung und verwendung
US7297649B2 (en) * 2001-09-14 2007-11-20 Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. Silicoboroncarbonitride ceramics and precursor compounds, method for the production and use thereof
DE102004059942B4 (de) * 2004-12-13 2006-10-26 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Kontinuierliches Verfahren für Silazanspaltungen, insbesondere für die Herstellung von molekularen Einkomponentenvorläufern für nichtoxidische Keramiken

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4107108A1 (de) 1991-03-06 1992-09-10 Bayer Ag Siliciumbornitridkeramik und vorlaeuferverbindungen, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung
DE10045428A1 (de) 2000-09-14 2002-03-28 Max Planck Gesellschaft Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Keramiken und Vorläuferverbindungen, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung

Also Published As

Publication number Publication date
EP2262849A1 (de) 2010-12-22
US20110028302A1 (en) 2011-02-03
JP2011516676A (ja) 2011-05-26
US8354489B2 (en) 2013-01-15
CN101990553A (zh) 2011-03-23
WO2009124725A1 (de) 2009-10-15
CN101990553B (zh) 2013-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008018062A1 (de) Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff-Keramiken und Vorläuferverbindungen, Verfahren zur salzfreien Polymerisation von RnHal3-nSi-X-BRmHal2-m
DE102008064372A1 (de) Polysilan-Polycarbosilane mit reduziertem Chlorgehalt auf Basis von Methylchlorpolysilanen sowie daraus hergestellte Spinnmassen und keramische Formkörper
DE102009056371A1 (de) Polysilan-Polycarbonsilane mit reduziertem Kohlenstoffgehalt auf Basis von Methylchlorpolysilanen sowie daraus hergestellte Keramiken
EP0375994B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Polycarbosilanen und neue Polycarbosilane
EP0659806B1 (de) Präkeramische Polyborosilazane, Verfahren zu deren Herstellung sowie daraus erhältliches keramisches Material
EP0313878B1 (de) Polymere Hydridosilazane und Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung
EP0973781B1 (de) Silylalkylborane, oligo oder polyborocarbosilazane, und silicium carbonitridkeramiken
EP0511568B1 (de) Organische Silazanpolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Keramikmaterialien
DE3830552C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Vinylgruppen enthaltenden Polysilans und Verwendung eines solchen Polysilans zur Herstellung eines Siliciumcarbid enthaltenden keramischen Gegenstands
EP1317462B1 (de) Siliciumborkarbonitridkeramiken und vorlaeuferverbindungen, verfahren zu deren herstellung und verwendung
EP0971934B1 (de) Borhaltige carbosilane, borhaltige oligo- oder polycarbosilazane und siliciumborcarbonitridkeramiken
DE3829904C2 (de) Vinylgruppen enthaltendes Polysilan, Verfahren zur Herstellung und dessen Verwendung für die Herstellung von Siliciumcarbid-Keramiken
DE102009034090A1 (de) Verfahren zur Darstellung anorganischer Harze auf der Basis wasserstofffreier, polymerer Isocyanate zur Darstellung nitridischer, carbidischer und carbonitridischer Netzwerke und deren Verwendung als Schutzüberzüge
EP0511567B1 (de) Organische Silazanpolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Keramikmaterialien daraus
EP0372379B1 (de) Chlorhaltige Silazanpolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung, Verfahren zur Herstellung von Siliziumnitrid enthaltenden keramischen Materialien
EP0375974B1 (de) Polysubstituierte chlorhaltige Silazanpolymere, Verfahren zu ihrer Herstellung, sowie deren Verwendung zur Herstellung Siliziumnitrid enthaltender keramischer Materialien
DE4320783A1 (de) Borhaltige Polysilazane, Verfahren zu ihrer Herstellung, aus ihnen herstellbare Bor und Silicium enthaltende keramische Materialien, sowie deren Herstellung
EP0375973B1 (de) Polymere Chlorsilazane, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie Verfahren zur Herstellung von Siliziumnitrid enthaltenden keramischen Materialien
DE4403839A1 (de) Präkeramische Polyborosilazane, Verfahren zu deren Herstellung sowie daraus erhaltenes keramisches Material
EP0438711A2 (de) Polymere Silazane, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung
DE3840776A1 (de) Oligomere silazane und verfahren zu ihrer herstellung
DE10045427A1 (de) Siliciumborcarbonitridkeramiken und Vorläuferverbindungen, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung
DE4320786A1 (de) Borhaltige Polysilane, Verfahren zu ihrer Herstellung, aus ihnen herstellbare Bor und Silicium enthaltende keramische Materialien, sowie deren Herstellung
DE3840770A1 (de) Polymere ethylenverbrueckte chlorsilazane, verfahren zu ihrer herstellung, aus ihnen herstellbare, siliziumnitrid enthaltende keramische materialien, sowie deren herstellung
DE4320782A1 (de) Borhaltige Polysiloxane, Verfahren zu ihrer Herstellung, aus ihnen herstellbare Bor und Silicium enthaltende keramische Materialien, sowie deren Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination