FR2654718A1 - COMPOSITION OF SILICON-OXY-CARBIDE GLASS PREPARED FROM COLLOUIDAL SILICA TREATED WITH SILOXANOL AND PROCESS FOR ITS PREPARATION. - Google Patents

COMPOSITION OF SILICON-OXY-CARBIDE GLASS PREPARED FROM COLLOUIDAL SILICA TREATED WITH SILOXANOL AND PROCESS FOR ITS PREPARATION. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne des compositions de verre, constituées de silicium, d'oxygène et de carbone, dans lesquelles les atomes de silicium sont liés chimiquement à des atomes de carbone et d'oxygène sensiblement en l'absence de liaison chimique entre les atomes de carbone et d'oxygène, que l'on prépare par pyrolyse de silice colloïdale, traitée avec un siloxanol, dans une atmosphère non oxydante; les verres de silicium-oxy-carbure de l'invention résistent à la dévitrification et à la décomposition dans des atmosphères oxydantes ou réductrices à des températures atteignant environ 1 600degré C.The invention relates to glass compositions, consisting of silicon, oxygen and carbon, in which the silicon atoms are chemically bonded to carbon and oxygen atoms in substantially the absence of a chemical bond between the carbon atoms. carbon and oxygen, which is prepared by pyrolysis of colloidal silica, treated with a siloxanol, in a non-oxidizing atmosphere; the silicon-oxy-carbide glasses of the invention are resistant to devitrification and decomposition in oxidizing or reducing atmospheres at temperatures up to about 1600 degrees C.

Description

La présente invention concerne une composition de verre de silicium-oxy-The present invention relates to a silicon-oxy- glass composition.

carbure préparée à partir d'une silice colloïdale  carbide prepared from colloidal silica

traitée avec un siloxanol, et un procédé pour sa préparation.  treated with a siloxanol, and a process for its preparation.

La silice vitreuse est un verre réfractaire, cependant elle se dévitrifie à environ 1 1000 C La dévitrification consiste en la transformation des structures aléatoires dont sont faits les verres en une structure cristallisée La cristallisation réduit considérablement une des caractéristiques principales des silices vitreuses, c'est-à-dire leur faible dilatation thermique ainsi que de nombreuses autres propriétés souhaitables De ce fait, des recherches importantes ont visé à accroître la résistance à la  The vitreous silica is a refractory glass, however it devitrifies at approximately 1 1000 C The devitrification consists in the transformation of the random structures of which the glasses are made into a crystallized structure The crystallization considerably reduces one of the main characteristics of vitreous silicas, it is i.e. their low thermal expansion as well as many other desirable properties. Consequently, significant research has aimed at increasing the resistance to

dévitrification des compositions de verre de silice.  devitrification of silica glass compositions.

Les réactions entre le silicium, le carbone et l'oxygène ont été très étudiées Certaines des réactions connues, dans un système silicium, carbone et oxygène, comprennent la combinaison de l'oxygène avec le silicium pour former de la silice, principalement sous forme de dioxyde de silicium A des températures supérieures à 1 100 IC, la silice commence à cristalliser pour former de la cristobalite, une des formes minérales courantes de la silice Le carbone peut réagir avec le silicium pour former du carbure de silicium cristallin ou peut réagir-avec l'oxygène pour former du  The reactions between silicon, carbon and oxygen have been much studied Some of the known reactions, in a silicon, carbon and oxygen system, include the combination of oxygen with silicon to form silica, mainly in the form of silicon dioxide At temperatures above 1,100 IC, silica begins to crystallize to form cristobalite, one of the common mineral forms of silica Carbon can react with silicon to form crystalline silicon carbide or can react-with oxygen to form

monoxyde de carbone.carbon monoxide.

La thermodynamique des réactions du silicium, du carbone et de l'oxygène est exposée dans "The High-Temperature Oxidation, Reduction, and Volatilization Reactions of Silicon and Silicon Carbide", Gulbransen E A et Jansson S A Oxidation of Metals, Volume 4, numéro 3, 1972 L'analyse thermodynamique de Gulbransen et coll montre qu'à 1 200 C la silice et le carbone forment du monoxyde de silicium et du monoxyde de carbone gazeux ou du carbure de silicium solide, Si C Cependant, on ne prévoit pas la formation  The thermodynamics of the reactions of silicon, carbon and oxygen is exposed in "The High-Temperature Oxidation, Reduction, and Volatilization Reactions of Silicon and Silicon Carbide", Gulbransen EA and Jansson SA Oxidation of Metals, Volume 4, number 3 , 1972 The thermodynamic analysis of Gulbransen et al shows that at 1200 C silica and carbon form silicon monoxide and gaseous carbon monoxide or solid silicon carbide, Si C However, formation is not expected

d'une matière contenant les trois éléments Gulbransen et coll.  of a material containing the three elements Gulbransen et al.

concluent qu'il n'est pas recommandé d'utiliser la silice dans des atmosphères réductrices au-dessus de 1 125 C, par suite de la formation de monoxyde de silicium gazeux Egalement, il n'est pas recommandé d'utiliser le carbure de silicium dans des environnements contenant de l'oxygène par suite de l'oxydation du carbure de silicium. On connaît une matière décrite comme de la silice vitreuse modifiée par du carbone, que l'on appelle ici "verre noir", dans laquelle 1 à 3 % de carbone ont été ajoutés & de la silice Le  conclude that it is not recommended to use silica in reducing atmospheres above 1,125 C, as a result of the formation of gaseous silicon monoxide Also, it is not recommended to use carbide silicon in environments containing oxygen as a result of the oxidation of silicon carbide. There is known a material described as vitreous silica modified by carbon, which is called here "black glass", in which 1 to 3% of carbon have been added & silica Le

procédé de préparation du verre noir est exposé par Smith et coll.  process for preparing black glass is discussed by Smith et al.

dans le brevet US 3 378 431 On ajoute des matières organiques carbonées, telles qu'un Carbowax, à de la silice et on comprime le mélange à chaud à environ 1 200 C pour former du verre noir Smith C.F Jr a caractérisé le verre noir par la spectroscopie infrarouge dans "The Vibrational Spectra of High Purity and Chemically Substituted Vitreous Silicas", Thèse de Doctor of Philosophy, Alfred University, Alfred, N Y, mai 1973 Smith indique que, en plus du carbone élémentaire dispersé dans le verre noir, du carbone est associé à l'oxygène dans des groupes de type carbonato Le terme carbonato désigne un radical ayant un atome de carbone lié à trois atomes d'oxygène et ayant pour structure  in US Patent 3,378,431 Carbonaceous organic materials, such as a Carbowax, are added to silica and the mixture is hot pressed at about 1,200 C to form black glass Smith CF Jr characterized black glass by infrared spectroscopy in "The Vibrational Spectra of High Purity and Chemically Substituted Vitreous Silicas", Thesis of Doctor of Philosophy, Alfred University, Alfred, NY, May 1973 Smith indicates that, in addition to the elementary carbon dispersed in black glass, carbon is associated with oxygen in carbonato groups The term carbonato designates a radical having a carbon atom linked to three oxygen atoms and having the structure

\C=O\ C = O

0/ La résistance mécanique du verre noir est semblable à la résistance du verre de silice sans carbone classique, cependant le verre noir présente une résistance accrue à la dévitrification par rapport au verre de silice classique qui commence à se dévitrifier à environ 1 100 C, tandis que le verre noir commence à se dévitrifier à environ 1 2501 C L'accroissement de la stabilité thermique du verre noir permet de l'utiliser à des températures supérieures  0 / The mechanical resistance of black glass is similar to the resistance of conventional carbon-free silica glass, however black glass has an increased resistance to devitrification compared to conventional silica glass which begins to devitrify at around 1100 C, while black glass begins to devitrify at around 12501 C The increased thermal stability of black glass allows it to be used at higher temperatures

auxquelles la silice classique se dévitrifie.  which conventional silica devitrifies.

Dans la fibre continue de céramique en carbure de silicium commercialisée sous la marque de fabrique "Nicalon", environ 10 % d'oxygène sont introduits dans la fibre pour la réticuler Après réticulation, les fibres sont pyrolysées et il semble que l'oxygène soit incorporé à la fibre sous forme d'un contaminant amorphe, probablement sous forme de silice Le comportement de dégradation de telles fibres, après traitement thermique dans divers environnements, est présenté dans l'article "Thermal Stability of Si C Fibres (Nicalon@)", Mah T et coll, Journal of Material Science, Vol 19, pp 1191-1201 ( 1984) Mah et coll ont observé que, quelles que soient les conditions d'environnement lors du traitement thermique, la résistance des fibres "Nicalon" se dégrade  In the continuous silicon carbide ceramic fiber marketed under the trademark "Nicalon", approximately 10% of oxygen is introduced into the fiber to crosslink it After crosslinking, the fibers are pyrolyzed and it seems that oxygen is incorporated to the fiber in the form of an amorphous contaminant, probably in the form of silica The degrading behavior of such fibers, after heat treatment in various environments, is presented in the article "Thermal Stability of Si C Fibers (Nicalon @)", Mah T et al, Journal of Material Science, Vol 19, pp 1191-1201 (1984) Mah et al have observed that, whatever the environmental conditions during the heat treatment, the resistance of "Nicalon" fibers degrades

lorsqu'elles sont soumises à des températures supérieures à 1 200 WC.  when subjected to temperatures above 1,200 WC.

La dégradation des fibres est associée à une perte de monoxyde de carbone par les fibres et à une croissance de grains de 63-carbure de  Fiber degradation is associated with loss of carbon monoxide by the fibers and growth of 63-carbide grain.

silicium dans les fibres.silicon in the fibers.

Les matières céramiques présentent généralement un comportement fragile caractérisé par leur résistance mécanique élevée et leur faible résistance à la rupture fragile La résistance à la rupture fragile est la résistance à la propagation des fissures dans les matériaux On a mis au point des céramiques composites pour réduire le comportement fragile des céramiques La fibre de céramique "Nicalon" est excellente, mais elle se dégrade aux températures supérieures à 1 2001 C L'intégration de fibres "Nicalon" à une matrice protectrice de céramique, ayant des propriétés mécaniques souhaitables et capable de résister à des températures sensiblement supérieures à 1 2001 C, permettrait de former un composite céramique perfectionné Cependant il ressort de l'exposé ci-dessus que les propriétés des céramiques ou des verres connus, et particulièrement de ceux contenant du silicium, de l'oxygène et du carbone, sont dégradées par exemple par décomposition du carbure de silicium ou dévitrification du verre classique. Un but de l'invention est donc de former un verre vitreux comprenant du silicium, de l'oxygène et du carbone, dans lequel une proportion sensible des atomes de carbone sont chimiquement liés à des atomes de silicium, et le carbone restant est du carbone élémentaire dispersé dans la matrice de verre Ces compositions de verre résistent à la décomposition dans des atmosphères oxydantes ou réductrices et à la dévitrification à des températures atteignant  Ceramic materials generally exhibit a brittle behavior characterized by their high mechanical strength and their weak brittle breaking strength The brittle breaking strength is the resistance to the propagation of cracks in materials. Composite ceramics have been developed to reduce the fragile behavior of ceramics The "Nicalon" ceramic fiber is excellent, but it degrades at temperatures above 1 2001 C The integration of "Nicalon" fibers into a protective ceramic matrix, having desirable mechanical properties and capable of withstanding temperatures appreciably higher than 1 2001 C, would make it possible to form an improved ceramic composite However it emerges from the account above that the properties of known ceramics or glasses, and particularly those containing silicon, oxygen and carbon, are degraded for example by decomposition n silicon carbide or devitrification of conventional glass. An object of the invention is therefore to form a glassy glass comprising silicon, oxygen and carbon, in which a substantial proportion of the carbon atoms are chemically bonded to silicon atoms, and the remaining carbon is carbon. elementary dispersed in the glass matrix These glass compositions resist decomposition in oxidizing or reducing atmospheres and devitrification at temperatures reaching

environ 1 600 WC.approximately 1600 WC.

Un autre but de l'invention est de fournir un procédé pour former un verre, constitué de silicium, d'oxygène et de carbone, par  Another object of the invention is to provide a method for forming a glass, consisting of silicon, oxygen and carbon, by

pyrolyse de silices colloïdales traitées avec un siloxanol.  pyrolysis of colloidal silicas treated with a siloxanol.

Un autre but de l'invention est de former des articles de  Another object of the invention is to form articles of

verre à partir d'une silice colloïdale traitée avec un siloxanol.  glass from a colloidal silica treated with a siloxanol.

La demanderesse a découvert que des silices colloïdales traitées avec un siloxanol peuvent être pyrolysées dans une atmosphère non oxydante pour former des compositions de verre particulières De façon surprenante, la demanderesse a découvert que des silices colloïdales traitées avec un siloxanol pyrolysées dans une atmosphère non oxydante au-dessous d'environ 1 6000 C ne forment pas de silice, de cristobalite, de carbure de silicium, de monoxyde  The Applicant has discovered that colloidal silicas treated with a siloxanol can be pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere to form particular glass compositions Surprisingly, the Applicant has discovered that colloidal silicas treated with a siloxanol pyrolysed in a non-oxidizing atmosphere - below approximately 1 6000 C do not form silica, cristobalite, silicon carbide, monoxide

de carbone ou de mélanges de silice et de carbone élémentaire.  carbon or mixtures of silica and elemental carbon.

Les verres non cristallins à structure stable de l'invention sont préparés par pyrolyse d'une silice colloïdale traitée avec un siloxanol pour former une composition de verre comprenant du silicium, de l'oxygène et du carbone, dans laquelle une proportion majeure des atomes de carbone sont chimiquement liés à des atomes de silicium Ces verres résistent à la cristallisation et à la décomposition dans des atmosphères oxydantes ou réductrices à des températures atteignant environ 1 6000 C De plus, une proportion majeure du carbone présent dans les verres de l'invention est liée au silicium, le reste étant présent sous forme de carbone élémentaire dispersé dans la matrice de verre, si bien qu'il n'y a pas de groupes  The non-crystalline glasses with a stable structure of the invention are prepared by pyrolysis of a colloidal silica treated with a siloxanol to form a glass composition comprising silicon, oxygen and carbon, in which a major proportion of the atoms of carbon are chemically bonded to silicon atoms These glasses resist crystallization and decomposition in oxidizing or reducing atmospheres at temperatures reaching about 1 6000 C In addition, a major proportion of the carbon present in the glasses of the invention is bound to silicon, the rest being present in the form of elementary carbon dispersed in the glass matrix, so that there are no groups

carbonato détectables.detectable carbonato.

Les liaisons carbone-silicium, découvertes dans les verres de l'invention, n'étaient pas auparavant connues dans les verres de silice Dans les verres de silice, et notamment dans le verre noir, le carbone n'est présent que sous forme d'un élément non lié dans la matrice de silice ou dans des groupes carbonato o le carbone est lié à l'oxygène Les verres de l'invention, caractérisés par la liaison  The carbon-silicon bonds, discovered in the glasses of the invention, were not previously known in silica glasses In silica glasses, and in particular in black glass, carbon is only present in the form of an element not bound in the silica matrix or in carbonato groups o the carbon is bound to oxygen The glasses of the invention, characterized by the bond

chimique décrite ci-dessus, sont appelés ici verre de silicium-oxy-  chemical described above, here are called silicon glass-oxy-

carbure. Les verres de l'invention sont produits à partir d'une silice colloïdale traitée avec un siloxanol, chauffée dans une atmosphère non oxydante, pour pyrolyser la silice traitée Tel qu'on l'entend ici le terme "atmosphère non oxydante" désigne une atmosphère sensiblement dépourvue d'oxygène qui élimine les sous-produits de pyrolyse de la résine en cours de pyrolyse, sans influer sur les réactions qui se produisent lors de la pyrolyse Des exemples des atmosphères non oxydantes comprennent un vide inférieur à environ '4 bar, des atmosphères inertes, telles que l'hélium, l'argon ou  carbide. The glasses of the invention are produced from a colloidal silica treated with a siloxanol, heated in a non-oxidizing atmosphere, to pyrolyze the treated silica As used herein the term "non-oxidizing atmosphere" designates an atmosphere substantially free of oxygen which removes pyrolysis by-products from the resin during pyrolysis, without affecting the reactions which occur during pyrolysis Examples of non-oxidizing atmospheres include a vacuum of less than about 4 bar, inert atmospheres, such as helium, argon or

l'azote, et des atmosphères réductrices telles que l'hydrogène.  nitrogen, and reducing atmospheres such as hydrogen.

Dans la présente description, une silice colloïdale traitée  In the present description, a colloidal silica treated

avec un siloxanol comprend une dispersion de silice colloïdale dans un condensat partiel d'un silanol de formule R Si(OH)3 Le condensat partiel est formé par hydrolyse d'un organotrialcoxysilane dans lequel R est un radical hydrocarboné monovalent contenant environ 1 à 12 atomes de carbone, tel qu'un radical halogénohydrocarboné, un alkyle en C 1 _ 12, un aryle en C 6 _ 12, ou un ester, tel qu'un méthacrylate ou un acrylate; au moins 70 % en poids du silanol étant constitués de méthyltrihydroxysilane Le condensat partiel du silanol est le siloxanol La silice colloïdale traitée avec le siloxanol est  with a siloxanol comprises a dispersion of colloidal silica in a partial condensate of a silanol of formula R Si (OH) 3 The partial condensate is formed by hydrolysis of an organotrialkoxysilane in which R is a monovalent hydrocarbon radical containing approximately 1 to 12 atoms carbon, such as a halohydrocarbon radical, C 1-12 alkyl, C 6-12 aryl, or an ester, such as methacrylate or acrylate; at least 70% by weight of the silanol consisting of methyltrihydroxysilane The partial condensate of the silanol is siloxanol The colloidal silica treated with the siloxanol is

parfois appelée ici silice traitée ou silice colloïdale traitée.  sometimes called here treated silica or treated colloidal silica.

La pyrolyse de la silice traitée forme un verre de silicium-  Pyrolysis of the treated silica forms a glass of silicon-

oxy-carbure qui est caractérisé par une mise en commun continue  oxy-carbide which is characterized by continuous pooling

d'électrons entre les atomes de silicium, d'oxygène et de carbone.  of electrons between the silicon, oxygen and carbon atoms.

Dans un verre de silicium-oxy-carbure, les atomes de silicium sont présents jusqu'à quatre motifs polyatomiques Dans un motif, appelé ici tétraoxysilicium, un atome de silicium est lié à quatre atomes d'oxygène Dans un second motif, appelé ici, monocarbosiloxane, un atome de silicium est lié à trois atomes d'oxygène et un atome de carbone Dans un troisième motif, appelé ici dicarbosiloxane, un atome de silicium est lié à deux atomes d'oxygène et deux atomes de carbone Dans un quatrième motif, appelé ici tétracarbosilicium, un atome de silicium est lié à quatre atomes de carbone. Lorsqu'on pyrolyse une silice traitée constituée du condensat partiel de méthyltriméthoxysiloxane et de silice colloïdale dans un rapport d'environ 1,8/1, il se forme un verre de silicium-oxy- carbure ayant une distribution des motifs polyatomiques constituée d'environ 76 à 86 % en poids de tétraoxysilicium, environ 11 à 21 % en poids de monocarbosiloxane, jusqu'à environ 8 % en poids de dicarbosiloxane avec au moins environ 3 % en poids de carbone élémentaire dispersé dans la matrice de verre Les motifs polyatomiques sont liés principalement par des liaisons silicium-oxygène avec un nombre faible et négligeable de liaisons entre les atomes de carbone et d'oxygène.  In a silicon-oxy-carbide glass, the silicon atoms are present up to four polyatomic units In a unit, called here tetraoxysilicon, one atom of silicon is linked to four oxygen atoms In a second unit, called here, monocarbosiloxane, a silicon atom is linked to three oxygen atoms and a carbon atom In a third motif, called here dicarbosiloxane, a silicon atom is linked to two oxygen atoms and two carbon atoms In a fourth motif, here called tetracarbosilicon, a silicon atom is linked to four carbon atoms. When a treated silica consisting of the partial condensate of methyltrimethoxysiloxane and colloidal silica is pyrolysed in a ratio of approximately 1.8 / 1, there is formed a silicon-oxy-carbide glass having a distribution of polyatomic units consisting of approximately 76 to 86% by weight of tetraoxysilicon, approximately 11 to 21% by weight of monocarbosiloxane, up to approximately 8% by weight of dicarbosiloxane with at least approximately 3% by weight of elementary carbon dispersed in the glass matrix The polyatomic units are mainly linked by silicon-oxygen bonds with a small and negligible number of bonds between carbon and oxygen atoms.

La description qui suit de l'invention sera mieux comprise à  The following description of the invention will be better understood at

l'examen des figures décrites succinctement ci-après.  the examination of the figures briefly described below.

La figure 1 est un graphique montrant la perte de poids lors  Figure 1 is a graph showing weight loss during

de la pyrolyse d'une silice colloïdale traitée avec un siloxanol.  pyrolysis of a colloidal silica treated with a siloxanol.

La figure 2 est une représentation graphique du spectre de  Figure 2 is a graphical representation of the spectrum of

résonance magnétique nucléaire du silicium 29 d'un verre de silicium-  29 nuclear magnetic resonance of a silicon glass-

oxy-carbure formé par pyrolyse d'une silice colloïdale traitée avec  oxy-carbide formed by pyrolysis of a colloidal silica treated with

un siloxanol.a siloxanol.

La figure 3 est une représentation graphique du spectre de résonance magnétique nucléaire du silicum 29 du carbure de silicium "Nicalon'.  FIG. 3 is a graphic representation of the nuclear magnetic resonance spectrum of silicon 29 of silicon carbide "Nicalon '.

L'invention va maintenant être décrite en détail.  The invention will now be described in detail.

Les verres sont, de façon générale, formés d'un liquide en surfusion extrêmement visqueux et possèdent une structure réticulée polymérisée avec un ordre à faible distance Les verres de l'invention ne sont pas faits de liquides en surfusion, mais possèdent une structure réticulée à ordre à faible distance Au lieu de la surfusion d'un liquide, les verres de l'invention sont formés par pyrolyse d'une silice colloïdale traitée avec un siloxanol dans une atmosphère non oxydante Cependant, les verres de l'invention ont  The glasses are generally formed from an extremely viscous supercooling liquid and have a crosslinked structure polymerized with a short range order. The glasses of the invention are not made from supercooling liquids, but have a crosslinked structure at order at short distance Instead of the supercooling of a liquid, the glasses of the invention are formed by pyrolysis of a colloidal silica treated with a siloxanol in a non-oxidizing atmosphere However, the glasses of the invention have

l'ordre à faible distance caractéristique des verres classiques.  the short distance order characteristic of classic glasses.

La silice colloïdale traitée avec un siloxanol, que l'on peut utiliser dans la pratique de l'invention, comprend une dispersion de silice colloïdale dans le condensat partiel d'un silanol de formule R Si(OH)3, dans laquelle R est un radical hydrocarboné monovalent d'environ 1 à environ 12 atomes de carbone, tel qu'un radical halogénohydrocarboné, un alkyle en C 1 12, un aryle en C 6 12, ou un ester, tel qu'un méthacrylate ou acrylate; au moins 70 % en poids du silanol étant constitués de méthyltrihydroxysilane La silice colloïdale traitée avec le condensat partiel peut être séchée pour former une poudre ou la silice traitée peut être diluée dans une solution d'eau et d'un alcool aliphatique contenant environ 10 à 50 % en poids de matières sèches, les matières sèches étant constituées essentiellement de 10 à 70 % en poids de silice colloïdale et 30 à % en poids du condensat partiel, la composition ayant un p H de 3,5  The colloidal silica treated with a siloxanol, which can be used in the practice of the invention, comprises a dispersion of colloidal silica in the partial condensate of a silanol of formula R Si (OH) 3, in which R is a a monovalent hydrocarbon radical of about 1 to about 12 carbon atoms, such as a halohydrocarbon radical, C 1 12 alkyl, C 6 12 aryl, or an ester, such as a methacrylate or acrylate; at least 70% by weight of the silanol consisting of methyltrihydroxysilane The colloidal silica treated with the partial condensate can be dried to form a powder or the treated silica can be diluted in a solution of water and an aliphatic alcohol containing approximately 10 to 50% by weight of dry matter, the dry matter consisting essentially of 10 to 70% by weight of colloidal silica and 30 to% by weight of the partial condensate, the composition having a p H of 3.5

à 8,0.at 8.0.

La silice colloïdale traitée peut être préparée par hydrolyse d'un trialcoxysilane ou d'un mélange de trialcoxysilanes de formule R Si(OR')3, dans laquelle R est comme précédemment défini et R' représente des radicaux alkyle en C 1- 8, en présence d'une dispersion  The treated colloidal silica can be prepared by hydrolysis of a trialcoxysilane or of a mixture of trialcoxysilanes of formula R Si (OR ') 3, in which R is as defined above and R' represents C 1-8 alkyl radicals, in the presence of a dispersion

aqueuse de silice colloïdale.aqueous colloidal silica.

Les dispersions aqueuses de silice colloïdale appropriées ont généralement des particules dont le diamètre est de 5 à 150 nm Ces dispersions de silice sont bien connues dans l'art et on peut par exemple se procurer dans le commerce celles vendues sous les noms de marque Ludox (Du Pont) et Nalcoag (NALCO Chemical Co) On peut disposer de ces silices colloïdales sous forme d'hydrosols acides et basiques On préfère les silices colloïdales dont la granulométrie moyenne est de 5 à 25 nm On préfère particulièrement utiliser ici le  Suitable colloidal aqueous silica dispersions generally have particles with a diameter of 5 to 150 nm. These silica dispersions are well known in the art and those sold under the trade names Ludox can for example be obtained commercially ( Du Pont) and Nalcoag (NALCO Chemical Co) These colloidal silicas can be available in the form of acidic and basic hydrosols. Colloidal silicas are preferred, the mean particle size of which is 5 to 25 nm.

Ludox AS-40 vendu par Du Pont Company.  Ludox AS-40 sold by Du Pont Company.

Pour préparer la composition de silice colloïdale traitée, on  To prepare the treated colloidal silica composition,

ajoute la dispersion aqueuse de silice colloïdale à un alkyltri-  adds the aqueous dispersion of colloidal silica to an alkyl tri

alcoxysilane ou un aryltrialcoxysilane qui peut contenir un agent tampon tel que l'acide acétique, sinon on peut utiliser un alkyltriacétoxysilane au lieu des alcoxysilanes et de l'acide Si on le désire, on peut également utiliser de petites quantités d'un dialkyldialcoxysilane dans le mélange réactionnel On maintient la température du mélange réactionnel entre environ 201 C et environ 400 C, de préférence au-dessous de 250 C On a découvert qu'en environ 6 à 8 heures, une quantité suffisante de trialcoxysilane a réagi pour réduire le mélange liquide initial à deux phases en une phase liquide  alkoxysilane or an aryltrialcoxysilane which may contain a buffering agent such as acetic acid, otherwise an alkyltriacetoxysilane can be used instead of alkoxysilanes and acid If desired, small amounts of a dialkyldialcoxysilane can also be used reaction mixture The temperature of the reaction mixture is maintained between about 201 C and about 400 C, preferably below 250 C It has been found that in about 6 to 8 hours, a sufficient amount of trialkoxysilane has reacted to reduce the liquid mixture initial two phase into a liquid phase

unique dans laquelle la silice est dispersée.  unique in which the silica is dispersed.

En général, on laisse la réaction d'hydrolyse se poursuivre pendant un total d'environ 12 heures à 48 heures selon la viscosité désirée du produit final Plus on laisse la réaction d'hydrolyse se poursuivre, plus la viscosité de la dispersion de silice colloïdale  Generally, the hydrolysis reaction is allowed to continue for a total of about 12 hours to 48 hours depending on the desired viscosity of the final product. The more the hydrolysis reaction is allowed to continue, the higher the viscosity of the colloidal silica dispersion.

est élevée.is high.

Après achèvement de l'hydrolyse, on ajuste la teneur en matières sèches par addition d'un alcool, de préférence l'isopropanol, à la dispersion de silice colloïdale D'autres alcools appropriés à cet effet comprennent des alcools aliphatiques inférieurs, tels que le méthanol, l'éthanol, l'isobutanol, l'isopropanol, l'alcool n-butylique et l'alcool tertbutylique ou leurs mélanges Lorsqu'il est souhaitable d'utiliser une silice colloïdale traitée, dans laquelle le condensat partiel est en solution, le système solvant peut contenir d'environ 20 à 75 % en  After completion of the hydrolysis, the dry matter content is adjusted by the addition of an alcohol, preferably isopropanol, to the dispersion of colloidal silica. Other alcohols suitable for this purpose include lower aliphatic alcohols, such as methanol, ethanol, isobutanol, isopropanol, n-butyl alcohol and tert-butyl alcohol or their mixtures When it is desirable to use a treated colloidal silica, in which the partial condensate is in solution, the solvent system can contain from about 20 to 75% in

poids d'alcool.alcohol weight.

Le p H de la composition ayant réagi obtenue est dans la gamme d'environ 3,5 à 8,0, de préférence d'environ 6,6 à environ 7,8 ou de 3,8 à 5,7 Au besoin, on peut ajouter une base diluée, telle que l'hydroxyde d'ammonium, ou un acide faible, tel que l'acide acétique,  The p H of the reacted composition obtained is in the range of about 3.5 to 8.0, preferably from about 6.6 to about 7.8 or from 3.8 to 5.7 If necessary, can add a dilute base, such as ammonium hydroxide, or a weak acid, such as acetic acid,

à la composition pour ajuster le p H dans la gamme désirée.  to the composition to adjust the p H in the desired range.

On utilise l'acide pour tamponner l'alcalinité du mélange réactionnel initial liquide à deux phases et ainsi modérer la vitesse d'hydrolyse On peut utiliser l'acide acétique glacial, de même que d'autres acides comme des acides organiques, tels que les acides propionique, butyrique, citrique, benzoïque, formique, oxalique et similaires On peut utiliser des alkyltriacétoxysilanes dont le groupe alkyle contient de 1 à 6 atomes de carbone, les groupes alkyle ayant 1 à 3 atomes de carbone étant préférés On préfère tout  The acid is used to buffer the alkalinity of the initial two-phase liquid reaction mixture and thus moderate the rate of hydrolysis. Glacial acetic acid can be used, as well as other acids such as organic acids, such as propionic, butyric, citric, benzoic, formic, oxalic acids and the like. Alkyltriacetoxysilanes can be used in which the alkyl group contains from 1 to 6 carbon atoms, the alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms being preferred.

particulièrement le méthyltriacétoxysilane.  particularly methyltriacetoxysilane.

Les silanetriols R Si(OH)3 précités sont formés par hydrolyse des trialcoxysilanes correspondants avec le milieu aqueux, c'est-à-dire la dispersion aqueuse de silice colloïdale Des exemples des trialcoxysilanes sont ceux contenant des substituants méthoxy, éthoxy, isopropoxy et nbutoxy qui, par hydrolyse, forment le silanetriol et l'alcool correspondant Lorsqu'on utilise un mélange de trialcoxysilanes, on obtient un mélange de silanetriols différents et d'alcools différents Lors de la production du silanetriol ou de mélanges de silanetriols dans le milieu aqueux basique, il se produit une condensation des substituants hydroxyle pour former des liaisons  The aforementioned silanetriols R Si (OH) 3 are formed by hydrolysis of the corresponding trialcoxysilanes with the aqueous medium, that is to say the aqueous dispersion of colloidal silica. Examples of the trialcoxysilanes are those containing methoxy, ethoxy, isopropoxy and nbutoxy substituents. which, by hydrolysis, form the silanetriol and the corresponding alcohol When a mixture of trialkoxysilanes is used, a mixture of different silanetriols and different alcohols is obtained During the production of silanetriol or mixtures of silanetriols in the basic aqueous medium , hydroxyl substituents condense to form bonds

-Si-O-Si--Si-O-Si-

I II I

Cette condensation évolue au cours du temps et n'est pas une condensation complète, le siloxane conservant une quantité appréciable de groupes hydroxyle liés au silicium qui rendent le polymère soluble dans le cosolvant alcool-eau Il semble que ce condensat partiel soluble puisse être caractérisé comme un polymère de siloxanol ayant au moins un groupe hydroxyle lié au silicium pour trois motifs  This condensation evolves over time and is not a complete condensation, the siloxane retaining an appreciable quantity of hydroxyl groups linked to silicon which make the polymer soluble in the alcohol-water co-solvent. It seems that this partial soluble condensate can be characterized as a siloxanol polymer having at least one hydroxyl group bonded to silicon for three units

-Si O--If O-

I Les solides non volatils de la silice colloïdale traitée consistent ici en un mélange de silices colloïdales et du condensat partiel ou siloxanol d'un silanol La majeure partie ou la totalité du condensat partiel ou siloxanol résulte de la condensation du méthyltrihydroxysilane et, selon les ingrédients introduits dans la réaction d'hydrolyse, des proportions mineures du condensat partiel peuvent provenir par exemple de la condensation du méthyltrihydroxysilane avec l'éthyltrihydroxysilane, ou le propyltrihydroxysilane ou du méthyltrihydroxysilane avec C 6 H 5 Si(OH) 3, ou de leurs mélanges On préfère utiliser uniquement du méthyltriméthoxysilane et produire ainsi uniquement du méthylsilanetriol dans la préparation des compositions de silice colloïdale traitée que l'on peut sécher pour former une poudre ou dissoudre dans un solvant pour que le condensat partiel soit présent en une proportion d'environ 55 à 75 % des matières sèches totales dans un cosolvant fait d'alcool et d'eau, l'alcool constituant  I The non-volatile solids of the colloidal silica treated here consist of a mixture of colloidal silicas and the partial condensate or siloxanol of a silanol Most or all of the partial condensate or siloxanol results from the condensation of methyltrihydroxysilane and, depending on the ingredients introduced into the hydrolysis reaction, minor proportions of the partial condensate can come, for example, from the condensation of methyltrihydroxysilane with ethyltrihydroxysilane, or propyltrihydroxysilane or methyltrihydroxysilane with C 6 H 5 Si (OH) 3, or their mixtures On prefers to use only methyltrimethoxysilane and thus produce only methylsilanetriol in the preparation of treated colloidal silica compositions which can be dried to form a powder or dissolved in a solvent so that the partial condensate is present in an amount of about 55 to 75% of total dry matter in a cosolvent f has alcohol and water, the alcohol constituting

environ 50 % à 95 % du poids du cosolvant.  about 50% to 95% of the weight of the co-solvent.

On forme le verre de silicium-oxy-carbure par pyrolyse de la silice colloïdale traitée avec un siloxanol dans une atmosphère non oxydante à des températures entre environ 9000 C et 1 6000 C De préférence la vitesse de chauffage, lors de la pyrolyse, est limitée pour permettre aux sous-produits de la pyrolyse de s'échapper sans  The silicon-oxy-carbide glass is formed by pyrolysis of the colloidal silica treated with a siloxanol in a non-oxidizing atmosphere at temperatures between about 9000 ° C. and 1600 ° C. Preferably the heating rate, during pyrolysis, is limited to allow pyrolysis by-products to escape without

laisser de vides ou de bulles dans le verre de silicium-oxy-carbure.  leave voids or bubbles in the silicon-oxy-carbide glass.

De préférence on utilise des vitesses de chauffage inférieures à 1 C par minute Lors de la pyrolyse, des sous-produits se dégagent et provoquent une perte de poids, tandis que la silice traitée se densifie Bien que la silice traitée subisse en cours de pyrolyse une perte de poids, la densité de la silice traitée s'accroit au cours de la pyrolyse par suite de la diminution du volume de la silice traitée Les réactions de pyrolyse s'achèvent essentiellement lorsqu'on obtient un poids sensiblement constant de la silice traitée en cours de pyrolyse Un poids sensiblement constant est généralement obtenu entre environ 9000 C et 1 2500 C Une densification complémentaire de la silice traitée pyrolysée peut se produire après que la perte de poids ait cessé, si l'on poursuit le chauffage Il peut donc être souhaitable d'arrêter le chauffage et la pyrolyse de la silice traitée après qu'elle soit complètement densifiée ou, en d'autres termes, d'arrêter la diminution de volume On a déterminé que la perte de poids lors de la pyrolyse d'une silice traitée est  Preferably heating rates below 1 C per minute are used. During pyrolysis, by-products are released and cause weight loss, while the treated silica densifies. Although the treated silica undergoes during pyrolysis a weight loss, the density of the treated silica increases during the pyrolysis due to the decrease in the volume of the treated silica The pyrolysis reactions are essentially completed when a substantially constant weight of the treated silica is obtained course of pyrolysis A substantially constant weight is generally obtained between approximately 9000 C and 1 2500 C An additional densification of the pyrolyzed treated silica may occur after the weight loss has stopped, if the heating is continued It may therefore be desirable to stop the heating and pyrolysis of the treated silica after it is completely densified or, in other words, to stop the reduction in theft ume It has been determined that the weight loss during pyrolysis of a treated silica is

d'environ 14 %.about 14%.

Les verres de l'invention résistent à la dévitrification et conservent leur stabilité structurale à des températures atteignant au moins 1 600 WC On entend par cela que l'ensemble de la matière conserve essentiellement la même microstructure de la température ordinaire à environ 1 6000 C La formation de petites zones cristallisées d'au plus environ 100 angstr 8 ms dans une matrice par ailleurs amorphe, n'a pas d'effet indésirable ou nuisible sur les propriétés de l'ensemble de la matière Donc, les verres à structure il stable de la présente invention sont essentiellement amorphes, mais peuvent contenir de petites régions cristallisées, par exemple de graphite, de cristobalite ou de carbure de silicium, dans le verre ou présenter de petites quantités de cristobalite sur la surface du verre. On peut former des articles de verre de silicium- oxy-carbure par réduction en poudre de la silice traitée pyrolysée en utilisant des broyeurs bien connus dans l'art On fusionne ensuite la poudre de  The glasses of the invention resist devitrification and retain their structural stability at temperatures reaching at least 1600 WC. It is understood by this that all of the material retains essentially the same microstructure from ordinary temperature to approximately 1600 C. La formation of small crystallized zones of at most about 100 angstr 8 ms in an otherwise amorphous matrix, has no undesirable or detrimental effect on the properties of the whole of the material So glasses with a stable structure of the present invention are essentially amorphous, but may contain small crystallized regions, for example graphite, cristobalite or silicon carbide, in the glass or present small amounts of cristobalite on the surface of the glass. Silicon-oxy-carbide glass articles can be formed by powdering the pyrolyzed treated silica using mills well known in the art.

silicium-oxy-carbure par compression à chaud pour former un article.  silicon-oxy-carbide by hot compression to form an article.

Un procédé de compression à chaud consiste à appliquer une pression uniaxiale d'au moins environ 3,4 da N/mm 2 entre environ 1 5501 C et 1 6001 C à la poudre Ces pressions et ces températures suffisent pour  A hot compression process consists in applying a uniaxial pressure of at least about 3.4 da N / mm 2 between about 15501 C and 16001 C to the powder. These pressures and these temperatures are sufficient to

former un article densifié.form a densified article.

On peut également former des articles façonnés directement à partir de la silice traitée On met tout d'abord la silice traitée en solution dans un solvant tel que l'isopropanol, puis on coule à la forme désirée Des exemples des solvants qui se sont révélés appropriés à la mise en solution de la silice traitée sont des alcools aliphatiques inférieurs, tels que le méthanol, l'éthanol, l'isobutanol, l'alcool n-butylique et l'alcool tert-butylique ou leurs mélanges et de préférence l'isopropanol On peut dissoudre les  Shaped articles can also be formed directly from the treated silica. The treated silica is first dissolved in a solvent such as isopropanol, then poured into the desired shape. Examples of the solvents which have been found suitable when the treated silica is dissolved, are lower aliphatic alcohols, such as methanol, ethanol, isobutanol, n-butyl alcohol and tert-butyl alcohol or their mixtures and preferably isopropanol We can dissolve

silices traitées dans environ 20 à 75 % en poids de solvant.  silicas treated in about 20 to 75% by weight of solvent.

On sèche la silice traitée coulée à la température ordinaire et on la pyrolyse lentement dans une atmosphère non oxydante, comme décrit ici On effectue la pyrolyse par chauffage lent pour éviter la formation de vides et de bulles lorsque les gaz se dégagent et provoquent une perte de poids de la silice traitée Lorsque le poids  The cast treated silica is dried at room temperature and slowly pyrolysed in a non-oxidizing atmosphere, as described herein. Pyrolysis is carried out by slow heating to avoid the formation of voids and bubbles when the gases are released and cause loss of weight of treated silica When the weight

de la silice traitée pyrolysée se stabilise, la pyrolyse est achevée.  of the pyrolyzed treated silica stabilizes, the pyrolysis is completed.

Sinon, on peut façonner par compression à chaud la silice traitée qui  Otherwise, the treated silica can be shaped by hot compression.

est normalement sous forme d'une poudre.  is normally in the form of a powder.

La silice traitée en solution dans l'isopropanol peut également être étirée en fibres On traite la solution de silice traitée avec une base, telle que l'hydroxyde d'ammonium, pour accroître la viscosité jusqu'à ce qu'un objet solide puisse être plongé dans la solution et en être retiré en soulevant un fil de silice traitée de la solution Des fibres peuvent être formées par étirage ou tirage à partir de la solution de silice traitée selon de tels procédés d'immersion Sinon, la silice traitée peut être aspirée dans un tube de Téflon avec un léger vide Lorsque l'isopropanol s'évapore et que la viscosité de la solution de la silice traitée augmente, la fibre se rétracte et peut être chassée du tube On renforce les fibres pour faciliter leur manipulation par chauffage à environ 500 C On pyrolyse ensuite les fibres dans une atmosphère non  The treated silica in solution in isopropanol can also be drawn into fibers. The treated silica solution is treated with a base, such as ammonium hydroxide, to increase the viscosity until a solid object can be immersed in the solution and removed from it by lifting a thread of treated silica from the solution Fibers can be formed by drawing or drawing from the solution of silica treated according to such immersion processes Otherwise, the treated silica can be aspirated in a Teflon tube with a slight vacuum When the isopropanol evaporates and the viscosity of the solution of the treated silica increases, the fiber shrinks and can be removed from the tube The fibers are reinforced to facilitate their handling by heating to about 500 C The fibers are then pyrolyzed in a non-atmospheric

oxydante ou sous vide, comme décrit ci-dessus.  oxidizing or vacuum, as described above.

On peut former des composites céramiques ayant des fibres de céramique dans une matrice faite de verre de silicium-oxy-carbure et d'une charge céramique On dissout la silice traitée dans un solvant et on disperse des particules de céramique dans la solution pour former une suspension d'infiltration La charge de particules de céramique limite le retrait de la matrice du composite lors de la pyrolyse et peut être choisie pour que la matrice soit compatible avec les fibres de renfort à utiliser Quelques exemples des charges de céramique sont du carbure de silicium en poudre, de la terre de diatomées et l'aluminosilicate de formule 2 Si O 2 3 A 1203 appelé  Ceramic composites can be formed having ceramic fibers in a matrix made of silicon-oxy-carbide glass and a ceramic filler The treated silica is dissolved in a solvent and ceramic particles are dispersed in the solution to form a infiltration suspension The load of ceramic particles limits the removal of the matrix from the composite during pyrolysis and can be chosen so that the matrix is compatible with the reinforcing fibers to be used. Some examples of the ceramic fillers are silicon carbide powder, diatomaceous earth and the aluminosilicate of formula 2 Si O 2 3 A 1203 called

mullite.mullite.

On fait passer une ou plusieurs fibres de céramique ou un tissu des fibres à travers un bain agité de la suspension d'infiltration Quelques exemples des fibres de céramique sont des fibres de carbone, des fibres de carbure de silicium et des fibres d'alumino-boro-silicate La fibre imprégnée est ensuite façonnée et séchée pour permettre l'évaporation du solvant Un procédé de façonnage consiste à bobiner une fibre imprégnée en spirale sur un tambour pour former un panneau Les couches des fibres peuvent être fusionnées par application de chaleur et de pression pour former une matrice continue de silice traitée entourant les fibres de céramique Le composite est ensuite pyrolysé dans une atmosphère non oxydante ou sous vide, comme décrit ci-dessus La résine se densifie en un verre de silicium-oxy-carbure sensiblement amorphe qui lie la charge de céramique pour former ainsi une matrice continue autour des fibres Selon la température de pyrolyse utilisée, la charge de céramique peut être dispersée, partiellement frittée ou complètement  One or more ceramic fibers or a tissue of fibers are passed through a stirred bath of the infiltration suspension. Some examples of ceramic fibers are carbon fibers, silicon carbide fibers and aluminum fibers. borosilicate The impregnated fiber is then shaped and dried to allow the solvent to evaporate. A shaping process consists of winding an impregnated fiber in a spiral on a drum to form a panel. The layers of the fibers can be fused by application of heat and pressure to form a continuous matrix of treated silica surrounding the ceramic fibers The composite is then pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere or under vacuum, as described above The resin densifies into a substantially amorphous silicon-oxy-carbide glass which binds the ceramic filler to form a continuous matrix around the fibers Depending on the pyrolysis temperature used, the filler ceramic can be dispersed, partially sintered or completely

frittée dans le verre.sintered in the glass.

Facultativement, le composite céramique peut être réinfiltré avec la suspension d'infiltration pour réduire la porosité du composite On met sous vide le composite dans la solution de réinfiltration On exerce une pression sur la solution pour forcer la solution dans les pores du composite Après la réinfiltration, on laisse le toluène s'évaporer et on pyrolyse le composite réinfiltré dans une atmosphère non oxydante ou sous vide, comme décrit ci-dessus On peut répéter la réinfiltration et la pyrolyse aussi souvent qu'il le faut pour obtenir le degré désiré de densité dans  Optionally, the ceramic composite can be reinfiltrated with the infiltration suspension to reduce the porosity of the composite. The composite is placed under vacuum in the reinfiltration solution. Pressure is applied to the solution to force the solution into the pores of the composite. After reinfiltration , the toluene is allowed to evaporate and the reinfiltrated composite is pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere or under vacuum, as described above. The reinfiltration and pyrolysis can be repeated as often as necessary to obtain the desired degree of density. in

la matrice.the matrix.

La matrice de verre de silicium-oxy-carbure amorphe liant une charge de céramique entoure les fibres de céramique et les protège de la décomposition dans des atmosphères oxydantes et réductrices jusqu'à des températures d'environ 1 600 WC On a établi que la nature inerte du verre de silicium-oxy-carbure lui permet de tolérer les fibres de céramique, sans réagir avec elles ni dégrader leurs propriétés De ce fait, un verre de silicium-oxy-carbure, contenant des charges de céramique appropriées, peut être utilisé  The amorphous silicon-oxy-carbide glass matrix bonding a ceramic filler surrounds the ceramic fibers and protects them from decomposition in oxidizing and reducing atmospheres up to temperatures of about 1600 WC It has been established that nature inert silicon-oxy-carbide glass allows it to tolerate ceramic fibers, without reacting with them or degrading their properties Therefore, a silicon-oxy-carbide glass, containing appropriate ceramic fillers, can be used

comme matrice de fibres céramiques connues quelconques.  as a matrix of any known ceramic fibers.

Les exemples suivants illustrent de façon plus détaillée le verre de silicium-oxy-carbure de l'invention et les procédés pour  The following examples illustrate in more detail the silicon-oxy-carbide glass of the invention and the methods for

produire le verre et des articles de verre.  produce glass and glassware.

Exemple 1 On pyrolyse, en mesurant la perte de poids de la silice traitée par analyse thermogravimétrique, une composition de silice colloïdale avec un siloxanol comprenant le condensat partiel dérivé du méthyltriméthoxysilane et de la silice colloïdale dans un rapport pondéral d'environ 1,8/1 L'analyse thermogravimétrique est un procédé de mesure de la perte de poids d'un échantillon en cours de chauffage On pyrolyse la matière dans une atmosphère d'hydrogène par chauffage à la vitesse de 10 WC/min à une température de 1 250 WC La perte de poids mesurée du verre desilicium-oxy-carbure formé après  EXAMPLE 1 A colloidal silica composition with a siloxanol comprising the partial condensate derived from methyltrimethoxysilane and colloidal silica in a weight ratio of approximately 1.8 is pyrolysed, by measuring the weight loss of the silica treated by thermogravimetric analysis. 1 Thermogravimetric analysis is a process for measuring the weight loss of a sample during heating. The material is pyrolyzed in a hydrogen atmosphere by heating at the speed of 10 WC / min at a temperature of 1250 WC. The measured weight loss of the silicon-oxy-carbide glass formed after

la pyrolyse est d'environ 14 %.the pyrolysis is around 14%.

La perte de poids, lors de la pyrolyse de la silice traitée, est représentée graphiquement par la figure 1 Sur le graphique de la figure 1, le pourcentage de perte de poids de l'échantillon est représenté en ordonnées, tandis que l'élévation de la température de chauffage est représentée en abscisses Le graphique de la figure 1 montre que la perte de poids de l'échantillon cesse essentiellement à environ 9000 C La diffraction des rayons X de la matière pyrolysée  The weight loss, during the pyrolysis of the treated silica, is represented graphically by FIG. 1 On the graph of FIG. 1, the percentage of weight loss of the sample is represented on the ordinates, while the increase in the heating temperature is shown on the abscissa. The graph in FIG. 1 shows that the weight loss of the sample essentially stops at around 9000 C. The X-ray diffraction of the pyrolyzed material

montre pratiquement l'absence de cristallisation.  practically shows the absence of crystallization.

La composition de verres différents peut être déterminée, de  The composition of different glasses can be determined, from

façon générale, par la quantité de chaque élément dans le verre.  generally, by the quantity of each element in the glass.

Cependant, c'est l'ordre à faible distance dans les verres qui leur confère des propriétés différentes Donc, par caractérisation de l'ordre à faible distance dans les verres, on peut déterminer les compositions correspondant à des propriétés définies L'ordre à 1 S faible distance du verre de silicium-oxy-carbure préparé dans l'exemple 1 est déterminé par le pourcentage de chacun des motifs polyatomiques de monocarbosiloxane, dicarbosiloxane et  However, it is the order at short distance in the glasses which gives them different properties. Therefore, by characterization of the order at short distance in the glasses, one can determine the compositions corresponding to defined properties. The order at 1 S short distance of the silicon-oxy-carbide glass prepared in Example 1 is determined by the percentage of each of the polyatomic units of monocarbosiloxane, dicarbosiloxane and

tétraoxysilicium présents dans le verre.  tetraoxysilicon present in the glass.

Le spectre de résonance magnétique nucléaire du 29 Si à l'état solide d'un échantillon de verre de silicium-oxy-carbure préparé ci-dessus a été enregistré et est illustré par la figure 2 La figure 3 est le spectre de résonance magnétique nucléaire du 295 i d'un échantillon de la fibre de carbure de silicium "Nicalon" Sur les figures 2 et 3, l'intensité du rayonnement, mesurée à partir de l'échantillon excité, est représentée en ordonnées et les parties par million (ppm) du déplacement chimique, relativement à un étalon de tétraméthylsilicium fixant le point zéro sur l'axe des abscisses, sont représentées en abscisses On connaît le déplacement chimique exprimé en ppm de nombreux motifs polyatomiques, par exemple celui du tétraoxysilicium, du dicarbosiloxane et du monocarbosiloxane figurent dans NMR Basic Principles and Progress 29 SiNMR Spectroscopic Results", éditeurs P Diehl, R Kosfeld, Springer Verlag Berlin Heidelberg 1981, pages 186, 184 et 178 Donc, chaque pic des figures 2 et 3 définit l'ordre à faible distance des motifs  The nuclear magnetic resonance spectrum of 29 Si in the solid state of a sample of silicon-oxy-carbide glass prepared above has been recorded and is illustrated in FIG. 2 FIG. 3 is the nuclear magnetic resonance spectrum of 295 i of a sample of silicon carbide fiber "Nicalon" In FIGS. 2 and 3, the intensity of the radiation, measured from the excited sample, is represented on the ordinate and the parts per million (ppm ) of the chemical displacement, relative to a tetramethylsilicon standard fixing the zero point on the abscissa axis, are represented on the abscissa We know the chemical displacement expressed in ppm of many polyatomic units, for example that of tetraoxysilicon, dicarbosiloxane and monocarbosiloxane appear in NMR Basic Principles and Progress 29 SiNMR Spectroscopic Results ", editors P Diehl, R Kosfeld, Springer Verlag Berlin Heidelberg 1981, pages 186, 184 and 178 So each peak in Figures 2 and 3 defines the order at a short distance of the patterns

polyatomiques de silicium spécifiques.  specific silicon polyatomics.

Le spectre du verre de silicium-oxy-carbure de la figure 2 contient des pics numérotés 1 à 3 Le pic 1 est celui du dicarbosiloxane, le pic 2 celui du monocarbosiloxane et le pic 3 celui du tétraoxysilicium Par intégration de l'aire sous chaque pic, on peut déterminer la fraction de chacun de ces motifs polyatomiques présente dans le verre Une correction de l'interférence du fond avant la détermination de l'aire intégrée sous chaque pic a été  The spectrum of the silicon-oxy-carbide glass of FIG. 2 contains peaks numbered 1 to 3 Peak 1 is that of dicarbosiloxane, peak 2 that of monocarbosiloxane and peak 3 that of tetraoxysilicon By integrating the area under each peak, we can determine the fraction of each of these polyatomic patterns present in the glass A correction of the background interference before the determination of the area integrated under each peak has been

effectuée pour les spectres des figures 2 et 3.  performed for the spectra of Figures 2 and 3.

L'aire intégrée sous chaque pic de la figure 2 révèle que la composition du verre de silicium-oxy-carbure préparé comme décrit ci-dessus comprend jusqu'à environ 8 % en poids de dicarbosiloxane, environ 11 à 21 % en poids de monocarbosiloxane et environ 76 à 86 % en poids de tétraoxysilicium L'analyse du spectre de résonance magnétique nucléaire et l'aspect noir du verre indiquent qu'au moins environ 3 % en poids de carbone élémentaire sont dispersés dans le  The area integrated under each peak in FIG. 2 reveals that the composition of the silicon-oxy-carbide glass prepared as described above comprises up to approximately 8% by weight of dicarbosiloxane, approximately 11 to 21% by weight of monocarbosiloxane and about 76 to 86% by weight of tetraoxysilicon Analysis of the nuclear magnetic resonance spectrum and the black appearance of the glass indicate that at least about 3% by weight of elementary carbon are dispersed in the

verre, soit à l'état atomique, soit en petits amas.  glass, either in an atomic state, or in small clusters.

Des silices colloïdales traitées présentant divers rapports du siloxanol à la silice colloïdale peuvent être pyrolysées pour former des verres de silicium-oxy-carbure On prévoit que des silices colloïdales traitées ayant un rapport du siloxanol à la silice colloïdale supérieur à 1,8/1 présentent une teneur réduite en tétraoxysilicium se situant dans la partie inférieure de la gamme de 76 à 86 % mentionnée ci-dessus ou audessous Inversement, on prévoit que des silices colloïdales traitées ayant un rapport du siloxanol à la silice colloïdale inférieur à 1,8/1 ont une teneur accrue en tétraoxysilicium se situant dans la partie supérieure de la gamme de  Treated colloidal silicas having various ratios of siloxanol to colloidal silica can be pyrolyzed to form silicon-oxy-carbide glasses It is expected that treated colloidal silicas having a ratio of siloxanol to colloidal silica greater than 1.8 / 1 have a reduced tetraoxysilicon content lying in the lower part of the 76 to 86% range mentioned above or below Conversely, it is expected that treated colloidal silicas having a siloxanol to colloidal silica ratio of less than 1.8 / 1 have an increased tetraoxysilicon content in the upper part of the range

76 à 86 % ou au-dessus.76 to 86% or above.

On peut comparer le spectre de la figure 2 au spectre du carbure de silicium de la figure 3 obtenu avec un échantillon de la fibre de carbure de silicium "Nicalon" La composition en pourcentages pondéraux du "Nicalon" de la figure 3 est d'environ 68 % de carbure de silicium, environ 8 % de dicarbosiloxane, environ 17 % de monocarbosiloxane et environ 7 % de tétraoxysilicium Le spectre de la figure 3 montre que les fibres "Nicalon" sont constituées principalement de carbure de silicium avec de petites quantités de dicarbosiloxane, de monocarbosiloxane et de tétraoxysilicium En revanche, le spectre de la figure 2 montre que le verre de silicium-oxy-carbure est constitué de quantités notables de dicarbosiloxane, de monocarbosiloxane et de tétraoxysilicium Cet ordre à faible distance particulier du verre de silicium-oxy-carbure, qui unit le carbure au silicium d'une façon auparavant inconnue dans les verres, assure l'accroissement de la résistance à la dévitrification et à la décomposition et caractérise les verres de l'invention.  The spectrum of FIG. 2 can be compared with the spectrum of the silicon carbide of FIG. 3 obtained with a sample of the silicon carbide fiber "Nicalon". The composition in weight percentages of the "Nicalon" of FIG. 3 is approximately 68% of silicon carbide, approximately 8% of dicarbosiloxane, approximately 17% of monocarbosiloxane and approximately 7% of tetraoxysilicon The spectrum of figure 3 shows that the "Nicalon" fibers consist mainly of silicon carbide with small quantities of dicarbosiloxane , monocarbosiloxane and tetraoxysilicon On the other hand, the spectrum of figure 2 shows that the silicon-oxy-carbide glass is made up of notable quantities of dicarbosiloxane, monocarbosiloxane and tetraoxysilicon This particular short distance order of the glass of silicon-oxy -carbide, which unites carbide with silicon in a previously unknown way in glasses, ensures the increase in resistance to devitrification and l has decomposition and characterizes the glasses of the invention.

Les compositions de l'échantillon de verre de silicium-oxy-  The compositions of the silicon-oxy- glass sample

carbure et de l'échantillon "Nicalon" peuvent également être décrites  carbide and "Nicalon" sample can also be described

relativement aux pourcentages molaires de chaque motif polyatomique.  relative to the molar percentages of each polyatomic unit.

Le tableau suivant indique la conversion entre les pourcentages molaires et les pourcentages pondéraux de chacune de ces  The following table indicates the conversion between the molar percentages and the weight percentages of each of these.

compositions.compositions.

Verre de silicium c Nicalon" oxy-carbure Si C % poids % mole % poids % mole Tétraoxysilicium 76-86 74-84 7 5 Monocarbosiloxane 11-21 13-23 17 13 Dicarbosiloxane jusqu'à 8 jusqu'à 8 8 7 Tétracarbosilicium 68 75 Le pourcentage molaire exprime le pourcentage de chaque motif polyatomique dans les échantillons en base molaire On peut déterminer le pourcentage des atomes de silicium dans les échantillons qui sont liés à l'oxygène ou au carbone à partir du pourcentage molaire L'échantillon de verre de silicium-oxy-carbure de l'exemple 1 contient environ 16 à 26 % des atomes de silicium du verre liés à au moins un atome de carbone individuel L'échantillon de carbure de silicium "Nicalon" contient environ 90 à 100 % des atomes de silicium de l'échantillon de carbure de silicium liés au carbone.  Glass of silicon c Nicalon "oxy-carbide Si C% wt% mole% wt% mole Tetraoxysilicon 76-86 74-84 7 5 Monocarbosiloxane 11-21 13-23 17 13 Dicarbosiloxane up to 8 to 8 8 7 Tetracarbosilicon 68 75 The molar percentage expresses the percentage of each polyatomic unit in the samples on a molar basis The percentage of silicon atoms in the samples which are bound to oxygen or carbon can be determined from the molar percentage The glass sample of silicon-oxy-carbide of example 1 contains approximately 16 to 26% of the silicon atoms of the glass bonded to at least one individual carbon atom The sample of silicon carbide "Nicalon" contains approximately 90 to 100% of the atoms of silicon carbide silicon sample carbide.

Claims (13)

REVEND ICATIONSRESELL ICATIONS 1 Procédé pour former une composition de verre, caractérisé en ce qu'il comprend la pyrolyse d'une silice colloïdale, traitée avec un siloxanol, dans une atmosphère non oxydante par chauffage pendant une période suffisante pour former un verre de silicium-oxy-carbure qui conserve sa stabilité structurale à des températures atteignant 1 6000 C. 2 Procédé pour former une composition de verre, caractérisé en ce qu'il comprend la pyrolyse d'une silice colloïdale, traitée avec un siloxanol, dans une atmosphère non oxydante par chauffage pendant une période suffisante pour former un verre de silicium-oxy-carbure qui conserve sa stabilité structurale à des  1 Method for forming a glass composition, characterized in that it comprises the pyrolysis of a colloidal silica, treated with a siloxanol, in a non-oxidizing atmosphere by heating for a period sufficient to form a silicon-oxy-carbide glass which retains its structural stability at temperatures reaching 1 6000 C. 2 Process for forming a glass composition, characterized in that it comprises the pyrolysis of a colloidal silica, treated with a siloxanol, in a non-oxidizing atmosphere by heating for a sufficient period to form a silicon-oxy-carbide glass which retains its structural stability at températures de 1 2501 C ou plus.temperatures of 1,2501 C or more. 3 Procédé selon la revendication 2, dans lequel la pyrolyse  3 The method of claim 2, wherein the pyrolysis est effectuée par chauffage d'environ 9000 C à 1 600 WC.  is carried out by heating from approximately 9000 C to 1600 WC. 4 Procédé selon la revendication 3, dans lequel le chauffage est effectué pendant une période qui s'achève lorsque la perte de  4 The method of claim 3, wherein the heating is carried out for a period which ends when the loss of poids de la silice colloïdale traitée pyrolysée cesse pratiquement.  weight of the pyrolysed treated colloidal silica practically ceases. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le chauffage est effectué pendant une période qui permet la densification complète  The method of claim 3, wherein the heating is carried out for a period which allows complete densification de la silice traitée.treated silica. 6 Procédé selon la revendication 2, dans lequel la pyrolyse  6 The method of claim 2, wherein the pyrolysis est effectuée dans une atmosphère d'hydrogène.  is carried out in a hydrogen atmosphere. 7 Procédé selon la revendication 2, dans lequel la silice colloïdale traitée avec un siloxanol est une dispersion de silice colloïdale, ayant une granulométrie entre environ 5 et 150 nm, dans un condensat partiel d'un silanol de formule R Si(OH)3, dans laquelle R est un radical hydrocarboné monovalent d'environ 1 à 12 atomes de carbone. 8 Procédé selon la revendication 2, dans lequel la silice colloïdale traitée avec un siloxanol est une dispersion de silice colloïdale, ayant une granulométrie entre environ 5 à 150 nm, dans un condensat partiel d'un silanol de formule R Si(OH)3, dans laquelle R  7 Process according to claim 2, in which the colloidal silica treated with a siloxanol is a dispersion of colloidal silica, having a particle size between approximately 5 and 150 nm, in a partial condensate of a silanol of formula R Si (OH) 3, wherein R is a monovalent hydrocarbon radical of about 1 to 12 carbon atoms. 8 Process according to claim 2, in which the colloidal silica treated with a siloxanol is a dispersion of colloidal silica, having a particle size between approximately 5 to 150 nm, in a partial condensate of a silanol of formula R Si (OH) 3, in which R est un groupe méthyle.is a methyl group. 9 Procédé selon la revendication 7, dans lequel ledit condensat partiel est formé par hydrolyse du méthyltriméthoxysilane, et le rapport du condensat partiel à la silice colloïdale est  9 The method of claim 7, wherein said partial condensate is formed by hydrolysis of methyltrimethoxysilane, and the ratio of the partial condensate to colloidal silica is d'environ 1,8/1.about 1.8 / 1. Composition de verre, caractérisée en ce qu'elle comprend du silicium, de l'oxygène et du carbone liés chimiquement, le verre étant sensiblement dépourvu de liaison chimique entre les atomes d'oxygène et de carbone, le verre étant produit selon un procédé comprenant la pyrolyse d'une silice colloïdale, traitée avec un siloxanol, dans une atmosphère non oxydante par chauffage pendant une période suffisante pour former un verre de silicium-oxy-carbure qui conserve sa stabilité structurale aux températures atteignant  Glass composition, characterized in that it comprises chemically bonded silicon, oxygen and carbon, the glass being substantially devoid of chemical bond between the oxygen and carbon atoms, the glass being produced according to a process comprising pyrolysis of a colloidal silica, treated with a siloxanol, in a non-oxidizing atmosphere by heating for a period sufficient to form a silicon-oxy-carbide glass which retains its structural stability at temperatures reaching 1 600 C.1600 C. 11 Composition de verre, caractérisée en ce qu'elle comprend du silicium, de l'oxygène et du carbone liés chimiquement, le verre étant sensiblement dépourvu de liaison chimique entre les atomes d'oxygène et de carbone, le verre étant produit selon un procédé comprenant la pyrolyse d'une silice colloïdale, traitée avec un siloxanol, dans une atmosphère non oxydante par chauffage pendant une période suffisante pour former un verre de silicium-oxy-carbure qui conserve sa stabilité structurale aux températures d'environ 1 250 C  11 Glass composition, characterized in that it comprises chemically bonded silicon, oxygen and carbon, the glass being substantially devoid of chemical bond between the oxygen and carbon atoms, the glass being produced according to a process comprising pyrolysis of a colloidal silica, treated with a siloxanol, in a non-oxidizing atmosphere by heating for a period sufficient to form a silicon-oxy-carbide glass which retains its structural stability at temperatures of about 1250 C ou plus.or more. 12 Composition de verre selon la revendication 11, dans laquelle ladite silice colloïdale traitée avec un siloxanol est une dispersion de silice colloïdale, ayant une granulométrie entre environ 5 et 150 nm, dans un condensat partiel d'un silanol de formule R Si(OH)3, dans laquelle R est un radical hydrocarboné  12 The glass composition according to claim 11, wherein said colloidal silica treated with a siloxanol is a dispersion of colloidal silica, having a particle size between approximately 5 and 150 nm, in a partial condensate of a silanol of formula R Si (OH) 3, in which R is a hydrocarbon radical monovalent d'environ 1 à 12 atomes de carbone.  monovalent of about 1 to 12 carbon atoms. 13 composition de verre selon la revendication 11, dans laquelle ladite silice colloïdale traitée avec un siloxanol est une dispersion de silice colloïdale, ayant une granulométrie entre environ 5 et 150 nm, dans un condensat partiel d'un silanol de  13 The glass composition according to claim 11, wherein said colloidal silica treated with a siloxanol is a dispersion of colloidal silica, having a particle size between about 5 and 150 nm, in a partial condensate of a silanol of formule R Si(OH)3, dans laquelle R est un groupe méthyle.  formula R Si (OH) 3, in which R is a methyl group. 14 Composition de verre selon la revendication 11, dans laquelle ledit condensat partiel est formé par hydrolyse du méthyltriméthoxysilane, et le rapport du condensat partiel à la  14 The glass composition according to claim 11, wherein said partial condensate is formed by hydrolysis of methyltrimethoxysilane, and the ratio of the partial condensate to the silice colloïdale est d'environ 1,8/1.  colloidal silica is approximately 1.8 / 1. Verre conservant sa stabilité structurale aux températures d'environ 1 250 C ou plus, caractérisé en ce qu'il comprend des motifs polyatomiques de silicium, d'oxygène et de carbone, en des pourcentages pondéraux d'environ 11 à 21 % de monocarbosiloxane, au plus environ 8 % de dicarbosiloxane, environ 76 à 86 % de tétraoxysilicium, avec au moins environ 3 % de carbone élémentaire  Glass retaining its structural stability at temperatures of approximately 1250 C or more, characterized in that it comprises polyatomic units of silicon, oxygen and carbon, in weight percentages of approximately 11 to 21% of monocarbosiloxane, at most about 8% dicarbosiloxane, about 76 to 86% tetraoxysilicon, with at least about 3% elemental carbon dispersé dans le verre.scattered in the glass. 16 Verre conservant sa stabilité structurale jusqu'aux températures d'environ 1 600 C, caractérisé en ce qu'il comprend des motifs polyatomiques de silicium, d'oxygène et de carbone, en des pourcentages pondéraux d'environ 11 à 21 % de monocarbosiloxane, au plus environ 8 % de dicarbosiloxane, environ 76 à 86 % de tétraoxysilicium, avec au moins environ 3 % de carbone élémentaire  16 Glass retaining its structural stability up to temperatures of approximately 1600 C, characterized in that it comprises polyatomic units of silicon, oxygen and carbon, in weight percentages of approximately 11 to 21% of monocarbosiloxane , at most about 8% of dicarbosiloxane, about 76 to 86% of tetraoxysilicon, with at least about 3% of elementary carbon dispersé dans le verre.scattered in the glass. 17 Verre conservant sa stabilité structurale aux températures d'environ 1 250 C ou plus, caractérisé en ce qu'il comprend du silicium, de l'oxygène et du carbone dans une masse de verre de silicium-oxy-carbure, o environ 16 à 26 % des atomes de silicium  17 Glass retaining its structural stability at temperatures of approximately 1250 C or more, characterized in that it comprises silicon, oxygen and carbon in a mass of silicon-oxy-carbide glass, o approximately 16 to 26% of silicon atoms sont chacun liés à au moins un atome de carbone individuel.  are each linked to at least one individual carbon atom.
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