IT9021930A1 - TRANSLUCENT SILICON OXYCARBON GLASS AND OBJECTS MADE WITH THE SAME - Google Patents

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Larry Neil Lewis
Gary Mats Renlund
Judith Stein
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Gen Electric
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Description

DESCRIZIONE dellinvenzione industriale DESCRIPTION of the industrial invention

La presente invenzione riguarda composizioni di vetro e in particolare composizioni di vetro traslucido comprendente silicio, ossigeno e carbonio. La silice amorfa è un vetro refrattario, tuttavia, devetrifica facilmente a temperature maggiori di 1100°C. La devetrificazione consiste nel’ordinamento o cristallizzazione delle strutture casuali di cui sono fatti i vetri. La cristallizzazione riduce drasticamente una delle qualità predominanti della silice vetrosa, cioè la sua bassa dilatazione termica, e anche parecchie di altre sue proprietà desiderabili. Come risultato, molta ricerca è stata impegnata a cercare modi per aumentare la resistenza alla devetrificazione in composizioni di vetro di silice. The present invention relates to glass compositions and in particular translucent glass compositions comprising silicon, oxygen and carbon. Amorphous silica is a refractory glass, however, it devitrifies easily at temperatures above 1100 ° C. Devitrification consists in the ordering or crystallization of the random structures of which the glasses are made. Crystallization drastically reduces one of the predominant qualities of vitreous silica, namely its low thermal expansion, as well as several of its other desirable properties. As a result, much research has been engaged in looking for ways to increase devitrification resistance in silica glass compositions.

Le reazioni tra silicio, carbonio e ossigeno sono state studiate estensivamente. Alcune delle reazioni note in un sistema di silicio, carbonio e ossigeno contengono ossigeno combinato con silicio per formare silice, SiO2. A temperature superiori a 1100°C la silice comincia a cristallizzare formando crìstobalite, una delle forme minerali comuni della silice. Il carbonio può reagire con la silice disponibile formando carburo di silicio cristallino o sfuggire come monossido di carbonio gassoso. Qualsiasi quantità di carbonio rimanente come carbonio elementare si ossida facilmente al di sopra di 600°C quando esposto all'aria. The reactions between silicon, carbon and oxygen have been studied extensively. Some of the known reactions in a silicon, carbon and oxygen system contain oxygen combined with silicon to form silica, SiO2. At temperatures above 1100 ° C the silica begins to crystallize forming crystobalite, one of the common mineral forms of silica. Carbon can react with available silica to form crystalline silicon carbide or escape as gaseous carbon monoxide. Any remaining carbon as elemental carbon readily oxidizes above 600 ° C when exposed to air.

La termodinamica delle reazioni di silicio, carbonio e ossigeno è trattata in "The hign temperature oxidation, reduction, and volatilization reactions of Silicon and Silicon Carbide", Gulbransen, E.A. e Jansson, S.A. Oxidation of Metals, Volume 4, Numero 3, 1972. L’analisi termodinamica di Gulbransen e altri mostra che a 1200°C la silice e il carbonio formerebbero monossido di silìcio e monossido di carbonio gassosi o carburo' di silicio solido, SiC. Tuttavia, non si prevederebbe di formare un materiale contenente silicio, ossigeno e carbonio. Gulbranssen e altri concludono che la silice non era raccomandata per l’uso in atmosfere riducenti al di sopra di 1123°C a causa della formazione di monossido di silicio volatile gassoso. Ancora, il carburo di silicio non era raccomandato per l’uso in ambienti contenenti ossigeno dove può capitare un’ossidazione attiva dovuta all’ossidazione del carburo di silicio. The thermodynamics of silicon, carbon and oxygen reactions is discussed in "The hign temperature oxidation, reduction, and volatilization reactions of Silicon and Silicon Carbide", Gulbransen, E.A. and Jansson, S.A. Oxidation of Metals, Volume 4, Number 3, 1972. The thermodynamic analysis by Gulbransen and others shows that at 1200 ° C silica and carbon would form gaseous silicon monoxide and carbon monoxide or solid silicon carbide, SiC. However, it would not be expected to form a material containing silicon, oxygen and carbon. Gulbranssen and others conclude that silica was not recommended for use in reducing atmospheres above 1123 ° C due to the formation of gaseous volatile silicon monoxide. Furthermore, silicon carbide was not recommended for use in oxygen-containing environments where active oxidation can occur due to the oxidation of silicon carbide.

Cè un vetro opaco e nero, che è descritto funzionalmente e come silice vetrosa modificata da carbonio e qui chiamato "vetro nero", dove dall’l al 3% di carbonio è stato aggiunto alla silice. Il metodo per fare vetro nero è descritto da Smith e altri nel brevetto USA No. 3.378.431. Sostanze organiche carboniose, come carbowax vengono aggiunte a silice e la miscela viene pressata a caldo a circa 1200°C per formare il vetro nero. Smith, C.F., Jr. ha inoltre caratterizzato il vetro nero per spettroscopia infrarossa in The vibration spectra of high purity and chemically substituted vitreous silicas", tesi di laurea della Alfred University, Alfred, N.Y., Maggio 1973. Smith rivela che in aggiunta a carbonio elementare disperso nel vetro, il carbonio nel vetro nero è associato con ossigeno in gruppi di tipo carbonato. Un gruppo carbonato è la descrizione di un modo particolare in cui un atomo di carbonio si lega con tre atomi di ossigeno ed ha la struttura, There is an opaque black glass, which is described functionally and as carbon-modified vitreous silica and herein called "black glass", where 1 to 3% carbon has been added to the silica. The method of making black glass is described by Smith et al in U.S. Patent No. 3,378,431. Carbonaceous organics such as carbowax are added to silica and the mixture is hot pressed at about 1200 ° C to form black glass. Smith, C.F., Jr. also characterized black glass for infrared spectroscopy in The vibration spectra of high purity and chemically substituted vitreous silicas ", Alfred University graduate thesis, Alfred, N.Y., May 1973. Smith reveals that in addition to carbon elementary dispersed in glass, carbon in black glass is associated with oxygen in carbonate-like groups. A carbonate group is the description of a particular way in which a carbon atom binds with three oxygen atoms and has the structure,

La resistenza meccanica del vetro nero è simile alla resistenza del vetro di silice privo di carbonio, tuttavia, il vetro nero ha una maggiore resistenza alla devetrificazione rispetto al convenzionale vetro di silice che comincia a devetrificare a circa 1100°C, mentre il vetro nero comincia a devetrificare a circa 1250°C. La maggiore stabilità termica del vetro nero gli consente di essere usato a temperature maggiori a quelle alle quali può resistere la silice veitrosa. The mechanical strength of black glass is similar to the strength of carbon-free silica glass, however, black glass has a higher resistance to devitrification than conventional silica glass which begins to devitrify at around 1100 ° C, while black glass begins to devitrify at about 1250 ° C. The greater thermal stability of black glass allows it to be used at temperatures higher than those which vitro silica can resist.

In una fibra ceramica continua di carburo di silicio prodotta commercialmente venduta sotto il marchio "Nicalon", circa il 10% di ossigeno è introdotto nella fibra per reticolarla. Dopo reticolazione, le fibre vengono pirolizzate e si crede che l'ossigeno diventi parte della fibra come contaminante amorfo, probabilmente nella forma di silice. Il comportamento alla degradazione di tali fibre dopo trattamento termico in svariati ambienti venne riferito nell’articolo "Thermal Stability of SiC fibres (Nicalon)", Mah, T., ed altri, Journal of Material Science, Voi. 19, da pagina 1191 a 1201 (1984).' Mah e altri trovarono che indipendentemente dalle condizioni ambientali durante il trattamento termico, la resistenza della fibra di "Nicalon" degradava quando le fibre vennero sottoposte a temperature maggiori di 1000°C. La degradazione della fibra era associata con perdite di monossido di carbonio dalle fibre e crescita di grani di carburo di silicio beta entro le fibre. In a commercially produced continuous silicon carbide ceramic fiber sold under the "Nicalon" brand, approximately 10% oxygen is introduced into the fiber to crosslink it. After crosslinking, the fibers are pyrolyzed and oxygen is believed to become part of the fiber as an amorphous contaminant, possibly in the form of silica. The degradation behavior of these fibers after heat treatment in various environments was reported in the article "Thermal Stability of SiC fibers (Nicalon)", Mah, T., et al., Journal of Material Science, Vol. 19, from page 1191 to 1201 (1984). ' Mah et al found that regardless of the environmental conditions during heat treatment, the strength of the "Nicalon" fiber degraded when the fibers were subjected to temperatures greater than 1000 ° C. Fiber degradation was associated with carbon monoxide losses from the fibers and growth of beta silicon carbide grains within the fibers.

Nella domanda di brevetto italiana No. 20456 A/90 depositata il 29 Maggio 1990, si descrive una composizione vetrosa nella quale gli atomi di silicio sono legati ad atomi di ossigeno e carbonio per formare un vetro che resiste alla devetrificazione e alla decomposizione a temperature fino ad almeno 1650°C. II vetro nella domanda italiana No. 20456 A/90 depositata il 29 Maggio 1990 contiene in aggiunta dal 3 al 9% in peso' di carbonio elementare disperso atomicamente o in piccoli ammassi nella matrice di vetro, e questo carbonio libero rende il vetro opaco e di aspetto nero. In the Italian patent application No. 20456 A / 90 filed on May 29, 1990, a glass composition is described in which the silicon atoms are bonded to oxygen and carbon atoms to form a glass that resists devitrification and decomposition at temperatures up to at least 1650 ° C. The glass in the Italian application No. 20456 A / 90 filed on May 29, 1990 contains in addition from 3 to 9% by weight of elemental carbon dispersed atomically or in small clusters in the glass matrix, and this free carbon makes the glass opaque and black in appearance.

Materiali ceramici mostrano in generale un comportamento fragile caratterizzato dalla loro alta resistenza e bassa robustezza alla frattura. La robustezza alla frattura è la resistenza alla propagazione di incrinature in materiali. Lo sviluppo di composti ceramici è stato investigato come un modo per alleviare il comportamento fragile delle ceramiche. Il "Nicalon" è un'eccellente fibra ceramica ma degrada a temperature superiori a 1200°C. Integrando fibre di "Nicalon" in una matrice ceramica protettiva avente desiderabili proprietà meccaniche e capace di resistere a temperature sostanzialmente maggiori di 1200°C, sarebbe un modo per formare un perfezionato composto ceramico. Ceramic materials generally exhibit a brittle behavior characterized by their high strength and low fracture toughness. Fracture toughness is the resistance to the propagation of cracks in materials. The development of ceramic compounds has been investigated as a way to alleviate the brittle behavior of ceramics. "Nicalon" is an excellent ceramic fiber but degrades at temperatures above 1200 ° C. Integrating "Nicalon" fibers into a protective ceramic matrix having desirable mechanical properties and capable of withstanding temperatures substantially greater than 1200 ° C would be one way to form an improved ceramic compound.

Tuttavia, dalla precedente trattazione, è evidente che le proprietà di note composizioni di ceramica o di vetro e in particolare quelle contenenti silicio, ossigeno e carbonio sono degradate da decomposizione o devetrificazione del vetro o della ceramica a temperature tra più di 1100°C e 1250°C. However, from the previous discussion, it is evident that the properties of known ceramic or glass compositions and in particular those containing silicon, oxygen and carbon are degraded by decomposition or devitrification of the glass or ceramic at temperatures between more than 1100 ° C and 1250 °. ° C.

Perciò, uno scopo di questa invenzione è di formare composizioni di vetro, formato da silicio, ossigeno e carbonio legati chimicamente nelle quali una porzione sostanziale degli atomi di carbonio sono legati ad atomi di ossigeno ed il vetro è formato da prescelte resine metilsiliconiche. Therefore, it is an object of this invention to form compositions of glass, consisting of chemically bonded silicon, oxygen and carbon in which a substantial portion of the carbon atoms are bonded to oxygen atoms and the glass is formed of selected methyl silicone resins.

Un altro scopo di questa invenzione è di formare un vetro traslucido, comprendente silicio, ossigeno e carbonio legati chimicamente, nel quale una porzione sostanziale degli atomi di carbonio è legata ad atomi di silicio con fino a quantità in tracce di carbonio elementare disperso nella matrice di vetro. Tali composizioni vetrose rimangono strutturalmente stabili e non si decompongono in atmosfere ossidanti 0 riducenti a temperature fino ad almeno 1600°C. Another object of this invention is to form a translucent glass, comprising chemically bonded silicon, oxygen and carbon, in which a substantial portion of the carbon atoms are bonded to silicon atoms with up to trace amounts of elemental carbon dispersed in the carbon matrix. glass. Such glass compositions remain structurally stable and do not decompose in oxidizing or reducing atmospheres at temperatures up to at least 1600 ° C.

Un altro scopo di questa invenzione è un processo per formare tali vetri comprendenti silicio, ossigeno e carbonio pirolizzando prescelte resine metilsiliconiche. Another object of this invention is a process for forming such glasses comprising silicon, oxygen and carbon by pyrolyzing selected methyl silicone resins.

Ancora un altro scopo di questa invenzione è la formazione di un tale vetro, comprendente silicio, ossigeno e carbonio, in oggetti. Still another object of this invention is the formation of such a glass, comprising silicon, oxygen and carbon, in articles.

Si è trovato che alcune resine siliconiche possono essere pirolizzate in atmosfera non ossidante per formare composizioni uniche di vetro. Sorprendentemente, si è trovato che queste resine siliconiche quando pirolizzate in atmosfera non ossidante non formano silice, cristobalite, carburo di silicio, monossido di carbonio o miscele di silice o carbonio. Inoltre, sono state trovate prescelte resine siliconiche che pirolizzano forman'do composizioni di vetro traslucido contenente fino a quantità in tracce di carbonio libero che consentono una trasmissione almeno parziale di luce attraverso il vetro in modo che il vetro non sia di aspetto opaco o nero. Vetri di questa invenzione sono fatti pirolizzando una resina metilsiliconica per formare una composizione vetrosa, comprendente silicio, ossigeno e carbonio, in cui una porzione significativa degli atomi di carbonio è legata chimicamente ad atomi di silicio. Secondo un metodo di questa invenzione, una resina metilsiliconica è riscaldata in atmosfera non ossidante per pirolizzare la resina. Come qui usata, un'atmosfera non ossidante è un’atmosfera che rimuove prodotti di reazione dalla resina pirolìzzante senza influenzare le reazioni che capitano durante la pirolisi. Esempi di atmosfere non ossidanti sono atmosfere inerti come elio, argon 0 azoto e atmosfere riducenti, come idrogeno. La pirolosi può anche capitare in un vuoto avente una pressione inferiore a circa 0,101 mbar (10<-4 >atmosfere). It has been found that some silicone resins can be pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere to form unique glass compositions. Surprisingly, it has been found that these silicone resins when pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere do not form silica, cristobalite, silicon carbide, carbon monoxide, or mixtures of silica or carbon. Furthermore, preselected silicone resins have been found which pyrolyze to form translucent glass compositions containing up to trace amounts of free carbon which allow at least partial transmission of light through the glass so that the glass is not opaque or black in appearance. Glasses of this invention are made by pyrolyzing a methyl silicone resin to form a glassy composition, comprising silicon, oxygen and carbon, in which a significant portion of the carbon atoms are chemically bonded to silicon atoms. According to a method of this invention, a methyl silicone resin is heated in a non-oxidizing atmosphere to pyrolyze the resin. As used herein, a non-oxidizing atmosphere is an atmosphere that removes reaction products from the pyrolyzing resin without affecting the reactions that occur during pyrolysis. Examples of non-oxidizing atmospheres are inert atmospheres such as helium, argon or nitrogen and reducing atmospheres, such as hydrogen. Pyrolysis can also occur in a vacuum having a pressure lower than about 0.101 mbar (10 <-4> atmospheres).

Resine metilsiliconiche adatte all'uso nel metodo di questa invenzione possono essere preparate mediante il metodo descritto nel brevetto USA No. Methyl silicone resins suitable for use in the method of this invention can be prepared by the method described in U.S. Patent No.

2.676.182, che si incorpora qui per riferimento. In particolare, gli esempi 2 e 4 del brevetto No. 2.676.182 modificati sostituendo etanolo con alcoli e sostituendo dimetilfenilclorosilano e trimetiletossisilano con trimetilclorosilano e l'uso di toluene per aiutare la separazione di idrocarburi è particolarmente rilevante per preparare le resine metilsiliconiche usate nel metodo di questa invenzione. 2,676,182, which is incorporated herein by reference. In particular, examples 2 and 4 of patent No. 2,676,182 modified by replacing ethanol with alcohols and by replacing dimethylphenylchlorosilane and trimethylethoxysilane with trimethylchlorosilane and the use of toluene to aid in the separation of hydrocarbons is particularly relevant to prepare the methylsilicone resins used in the method of this invention.

I metilsiliconi sono formati da catene silossane con gruppi metili attaccati agli atomi di silicio. Le catene silossane contengono un legame alterno di atomi di silicio e di ossigeno. Parecchie combinazioni di gruppi metilici possono essere presenti nelle catene silossane per formare polimetilpolisilossani. Methylsilicones are formed from siloxane chains with methyl groups attached to silicon atoms. Siloxane chains contain an alternating bond of silicon and oxygen atoms. Several combinations of methyl groups can be present in the siloxane chains to form polymethylpolysiloxanes.

Le strutture unitarie e fondamentali in polimetilpolisilossani sono trimetilsilossi, dimetilsilossi e monometilsilossano. L'unità monofunzionale trimetilsilossi alla fine di una catena silossana ha la struttura; The unitary and fundamental structures in polymethylpolysiloxanes are trimethylsiloxy, dimethylsiloxy and monomethylsiloxane. The trimethylsiloxy monofunctional unit at the end of a siloxane chain has the structure;

Dimetilsilossi è un’unità difunzionale che forma catene o anelli ed ha la struttura; Dimethylsiloxy is a difunctional unit that forms chains or rings and has the structure;

Il monometilsilossano è un'unità trifunzionale e non solo prolunga catene silossane, ma anche reticola tra catene ed ha la struttura; Monomethylsiloxane is a trifunctional unit and not only prolongs siloxane chains, but also crosslinks between chains and has the structure;

Le resine metilsiliconiche possono anche contenere unità tetrafunzionali non sostituite, qui chiamate unità Q ed aventi la struttura; The methyl silicone resins can also contain unsubstituted tetrafunctional units, here called Q units and having the structure;

Strutture polimeriche possono essere costruite da queste strutture unitarie per formare polimetilpolisilossani aventi un numero desiderato di gruppi metilici per atomo di silicio. Variando il rapporto di gruppi metilici rispetto agli atomi di silicio, sono formate differenti resine metilsiliconiche aventi più o meno sostituente organico, le sostituzioni organiche essendo i gruppi metili. Polymer structures can be constructed from these unitary structures to form polymethylpolysiloxanes having a desired number of methyl groups per silicon atom. By varying the ratio of methyl groups to silicon atoms, different methyl silicone resins are formed having more or less organic substituent, the organic substitutions being the methyl groups.

Le resine metilsiliconiche contengono un rapporto di gruppi metili rispetto ad atomi di silicio di circa 2:1 o meno. Le resine metilsiliconiche usate in questa invenzione consistono di unità trimetilsilossi e unità Q tetrafunzionali non sostituite in rapporti fino alla quantità massima di trimetilsilossi che può essere polimerizzata con unità Q, o fino a circa 3:1, di preferenza nel rapporto di circa 0,7:1 fino a circa 3:1 e di massima preferenza nel rapporto di circa 1:1 fino a circa 3:1. Tali resine metilsiliconiche sono qui avanti indicate e rivendicate come resina precursore metilsiliconica o talvolta come resina precursore o resina. Si dovrebbe capire che il rapporto di unità trimetilsilossi rispetto ad unità Q nelle resine precursori è specificato secondo la stechiometria iniziale della resina preparata mediante i processi sopra descritti, tuttavia, il rapporto nella resina polimerizzata tra unità trimetilsilossi ed unità Q può essere minore nella resina. Methyl silicone resins contain a ratio of methyl groups to silicon atoms of about 2: 1 or less. The methylsilicone resins used in this invention consist of unsubstituted trimethylsiloxy units and tetrafunctional Q units in ratios up to the maximum amount of trimethylsiloxy that can be cured with Q units, or up to about 3: 1, preferably in the ratio of about 0.7 : 1 to about 3: 1 and most preferably in the ratio of about 1: 1 to about 3: 1. Such methyl silicone resins are hereinafter referred to and claimed as a methyl silicone precursor resin or sometimes as a precursor resin or resin. It should be understood that the ratio of trimethylsiloxy units to Q units in the precursor resins is specified according to the initial stoichiometry of the resin prepared by the processes described above, however, the ratio in the cured resin between trimethylsiloxy units and Q units may be smaller in the resin.

Durante la pirolisi, la resina precursore si addensa mentre si svolgono gas provocando una perdita di peso dalla resina. Benché la resina pirolizzante subisca una perdita di peso, la densità della resina pirolizzante è aumentata a causa della riduzione di volume della resina pirolizzante. Le reazioni di pirolisi sono essenzialmente completate quando venne ottenuto un peso sostanzialmente costante nella resina pirolizzante. Ulteriore addensamento della resina pirolizzante può capitare dopo che è finita la perdita di peso, se il riscaldamento è continuato. Perciò, talvolta può essere desiderabile arrestare il riscaldamento e la pirolisi nella resina dopo che si è completamente addensata, o in altre parole, arrestare la riduzione di volume. La perdita di peso durante la pirolisi venne determinata tra circa il 17 e il 54%. Resine metilsiliconiche precursori possono essere pirolizzate a temperature variabili da circa 900°C a 1600°C. During pyrolysis, the precursor resin thickens as gas unfolds causing weight loss from the resin. Although the pyrolyzing resin undergoes a weight loss, the density of the pyrolyzing resin is increased due to the volume reduction of the pyrolyzing resin. The pyrolysis reactions are essentially completed when a substantially constant weight in the pyrolyzing resin has been obtained. Further thickening of the pyrolyzing resin can occur after the weight loss is over, if the heating is continued. Therefore, it may sometimes be desirable to stop the heating and pyrolysis in the resin after it has fully thickened, or in other words, to stop the volume reduction. Weight loss during pyrolysis was determined to be between about 17 and 54%. Precursor methyl silicone resins can be pyrolyzed at temperatures ranging from about 900 ° C to 1600 ° C.

Vetri formati dal metodo di questa invenzione posseggono proprietà e caratteristiche uniche. Questi vetri resistono alla cristallizzazione e non si decompongono in atmosfere ossidanti e riducenti a temperature fino ad almeno 1600°C. In aggiunta, una porzione significativa del carbonio presente nei vetri di questa invenzione è legata al silicio con il resto presente come carbonio elementare disperso entro la matrice di vetro in modo che non ci sono gruppi carbonati rivelabili. I legami tra carbonio e silicio scoperti nei vetri di questa invenzione sono stati prima d’ora sconosciuti nei vetri di silice. Nei vetri di silice, e particolarmente in vetro nero, il carbonio è stato solo noto per essere presente come elemento non legato nella matrice di silice e in gruppi carbonati, dove il carbonio è legato con ossigeno. Vetri formati dal metodo di questa invenzione e caratterizzati da tali proprietà uniche sono qui chiamati vetri di ossicarburo di silicio. Glasses formed by the method of this invention possess unique properties and characteristics. These glasses resist crystallization and do not decompose in oxidizing and reducing atmospheres at temperatures up to at least 1600 ° C. In addition, a significant portion of the carbon present in the glasses of this invention is bonded to the silicon with the remainder present as elemental carbon dispersed within the glass matrix so that there are no detectable carbonate groups. The bonds between carbon and silicon discovered in the glasses of this invention were previously unknown in silica glasses. In silica glasses, and particularly black glass, carbon has only been known to be present as an unbound element in the silica matrix and in carbonate groups, where carbon is bound with oxygen. Glasses formed by the method of this invention and characterized by such unique properties are herein called silicon oxycarbon glasses.

La pirolisi della resina metilsiliconica precursore forma un vetro di ossicarburo di silicio che è caratterizzato da una suddivisione continua di elettroni tra atomi di silicio, ossigeno e carbonio. In vetro di ossicarburo di silicio, gli atomi di silicio sono presenti in quattro unità poliatomiche. In un’unità, qui chiamata tetraossisilicio, un atomo di silicio è legato a quattro atomi di ossigeno. In una seconda unità, qui chiamata monocarbosilossano, un atomo di silicio è legato a tre atomi di ossigeno e ad uno di carbonio. In una terza unità, qui chiamata dicarbosilossano, un atomo di silicio è legato a due atomi di ossigeno e a due atomi di carbonio. In una quarta unità, tetracarbosilicio, un atomo di silicio è legato a quattro atomi di carbonio. Un vetro di ossicarburo di silicio è formato per pirolisi di resine precursori contenenti unità trimetilsilossi e unità Q polimerizzate in qualsiasi rapporto ma, soprendentemente, si è trovato che il rapporto delle unità trimetilsilossi polimerizzate rispetto alle unità Q nella resina precursore ha un effetto sulla composizione e sulle proprietà del vetro di ossicarburo di silicio che viene formato. Quando si usano resine precursori contenenti unità trimetilsilossi e Q in un rapporto al di sotto delle preferite resine precursori sopra descritte o, in altre parole, resine precursori aventi un rapporto di M rispetto a Q inferiore a circa 0,7:1, si forma un vetro opaco di ossicarburo di silicio che è di aspetto nero. The pyrolysis of the precursor methyl silicone resin forms a silicon oxycarbon glass which is characterized by a continuous division of electrons between silicon, oxygen and carbon atoms. In silicon oxycarbon glass, silicon atoms are present in four polyatomic units. In a unit, here called tetraoxysilicon, a silicon atom is bonded to four oxygen atoms. In a second unit, here called monocarboosiloxane, a silicon atom is bonded to three oxygen atoms and one carbon. In a third unit, here called dicarboosiloxane, a silicon atom is bonded to two oxygen atoms and two carbon atoms. In a fourth unit, tetracarbosilicon, one silicon atom is bonded to four carbon atoms. A silicon oxycarbon glass is formed by pyrolysis of precursor resins containing trimethylsiloxy units and polymerized Q units in any ratio but, surprisingly, the ratio of polymerized trimethylsiloxy units to Q units in the precursor resin has been found to have an effect on the composition and on the properties of the silicon oxycarbon glass being formed. When precursor resins containing trimethylsiloxy and Q units are used in a ratio below the preferred precursor resins described above or, in other words, precursor resins having a ratio of M to Q of less than about 0.7: 1, a opaque silicon oxycarbon glass which is black in appearance.

Quando vengono pirolizzate le preferite resine precursori contenenti unità trimetilsilossi e Q nel rapporto di 0,7:1 o maggiore, si forma un vetro traslucido di ossicarburo di silicio avente almeno una distribuzione di unità poliatomiche comprendente in percentuali in peso da circa il 18 al 28% di tetraossisilicio, da circa il 21 al 31% di monocarbosilossano, da circa il 12 al 22% di dicarbosilossano, da circa il 28 al 38% di tetracarbosilicio, con fino a quantità in tracce di carbonio elementare disperso atomicamente o in piccoli ammassi entro la matrice di vetro. Una quantità in tracce di carbonio elementare è una quantità che è insufficiente a rendere il vetro opaco o, in altre parole, consente almeno la trasmissione parziale di luce attraverso il vetro. In generale, una quantità in tracce di carbonio elementare è minore di circa Io 0,1% in peso. Le unità poliatomiche sono collegate principalmente da legami tra silicio e ossigeno, con un numero piccolo e insignificante di legami tra atomi di carbonio e atomi di ossigeno. When the preferred precursor resins containing trimethylsiloxy and Q units in the ratio of 0.7: 1 or greater are pyrolyzed, a translucent glass of silicon oxycarbon is formed having at least a polyatomic unit distribution comprising in percentages by weight from about 18 to 28 % tetraoxysilicon, about 21 to 31% monocarboosiloxane, about 12 to 22% dicarbosiloxane, about 28 to 38% tetracarbosilicon, with up to trace amounts of elemental carbon dispersed atomically or in small clusters within the glass matrix. A trace amount of elemental carbon is an amount that is insufficient to make the glass opaque or, in other words, allows at least partial transmission of light through the glass. In general, a trace amount of elemental carbon is less than about 0.1% by weight. Polyatomic units are mainly connected by bonds between silicon and oxygen, with a small and insignificant number of bonds between carbon atoms and oxygen atoms.

Il vetro traslucido può alternativamente essere descritto come una composizione di silicio, ossigeno e carbonio in una massa di vetro traslucido dì ossicarburo di silicio nel quale da circa 73 all’83% di atomi di silicio sono ognuno legato ad almeno un singolo atomo di carbonio, con fino a quantità in tracce di carbonio elementare disperso atomicamente o in piccole masse entro la matrice di vetro. Translucent glass may alternatively be described as a composition of silicon, oxygen and carbon in a mass of translucent silicon oxycarbon glass in which about 73 to 83 percent silicon atoms are each bonded to at least one single carbon atom, with up to trace amounts of elemental carbon dispersed atomically or in small masses within the glass matrix.

Oggetti di vetro di ossicarburo di silicio possono essere formati riducendo la resina pirolizzata in una polvere. La polvere di ossicarburo di silicio viene quindi consolidata mediante pressatura a caldo per formare un oggetto. Un metodo di pressatura a caldo è di applicare una pressione assiale di almeno circa 34, 45 MPa (5 ksi) tra circa ISSO e 1600°C alla polvere. L'unità ksi è equivalente a 1000 libbre per pollice quadrato. Tali pressioni e temperature sono sufficienti a formare un oggetto addensato. Oggetti sagomati possono anche essere formati direttamente dalla resina metilsiiiconica precursore. Prima, la resina è sciolta in un solvente come toluene e quindi colata in una forma desiderata. La resina colata viene asciugata a temperatura ambiente e pirolizzata lentamente in atmosfera non ossidante, come qui descritto. La pirolisi è eseguita a bassa velocità di riscaldamento che evita formazione di vuoti e bolle, dato che si svolgono gas e provocano una perdita di peso nella resina. Quando la perdita di peso della resina pirolizzante si stabilizza, la pirolisi è completa. Quando le preferite resine dei precursori sopra descritte vengono pirolizzate, la resina colata si addensa formando un vetro traslucido di ossicarburo di silicio avente almeno una distribuzione di unità poliatomiche come sopra descritte, tuttavia quando si pirolizzano le resine precursori aventi un rapporto di unità trimetilsilossi rispetto ad unità Q minore di 0,7:1, la resina colata si addensa a formare un vetro opaco di ossicarburo di silicio che è di aspetto nero. Silicon oxycarbon glass objects can be formed by reducing the pyrolyzed resin to a powder. The silicon oxycarbon powder is then consolidated by hot pressing to form an object. One hot pressing method is to apply an axial pressure of at least about 34.45 MPa (5 ksi) between about ISSO and 1600 ° C to the powder. The ksi unit is equivalent to 1000 pounds per square inch. Such pressures and temperatures are sufficient to form a thickened object. Shaped objects can also be formed directly from the precursor methylsiiicone resin. First, the resin is dissolved in a solvent such as toluene and then cast into a desired shape. The cast resin is dried at room temperature and slowly pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere, as described herein. The pyrolysis is performed at a low heating rate which avoids the formation of voids and bubbles, since gases take place and cause a weight loss in the resin. When the weight loss of the pyrolyzing resin stabilizes, the pyrolysis is complete. When the preferred precursor resins described above are pyrolyzed, the cast resin thickens to form a translucent glass of silicon oxycarbon having at least one distribution of polyatomic units as described above, however when pyrolyzing the precursor resins having a ratio of trimethylsiloxy units to Q unit less than 0.7: 1, the cast resin thickens to form an opaque glass of silicon oxycarbon which is black in appearance.

La resina precursore in una soluzione di toluene può anche essere tirata in fibre. La soluzione di resina a precursore viene trattata con una base o un acido per aumentare la viscosità fino ad un punto in cui un oggetto solido può essere immerso nella soluzione e ritirato, tirando un trefolo di resina dalla soluzione. Le fibre possono quindi essere aspirate o tirate dalla soluzione di resina mediante tali processi di immersione. Alternativamente, la soluzione di resina può essere aspirata in un tubo di teflon con un lieve vuoto. Quando la resina aumenta di viscosità e il toluene evapora, le fibre si ritirano e possono essere estratte dal tubo. Le fibre possono essere rinforzate per una più facile manipolazione riscaldandole a circa 50°C. Le fibre vengono quindi pirolizzate in atmosfera non ossidante o nel vuoto, come sopra descritto. The precursor resin in a toluene solution can also be pulled into fibers. The precursor resin solution is treated with a base or acid to increase viscosity to a point where a solid object can be immersed in the solution and withdrawn, pulling a strand of resin from the solution. The fibers can then be sucked or pulled from the resin solution by such dipping processes. Alternatively, the resin solution can be drawn into a Teflon tube with a slight vacuum. As the resin increases in viscosity and the toluene evaporates, the fibers shrink and can be pulled out of the tube. The fibers can be reinforced for easier handling by heating them to approximately 50 ° C. The fibers are then pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere or in a vacuum, as described above.

Si possono formare compositi ceramici aventi fibre ceramiche in una matrice di vetro di ossicarburo di silicio e di una carica ceramica. La resina precursore è disciolta in un solvente e le particelle ceramiche vengono disperse nella soluzione per formare una poltiglia infiltrante. La carica di ceramica in particelle controlla il ritiro della matrice composta durante la pirolisi e può essere scelta in modo che la matrice sia compatibile con il rinforzo di fibre da usare. Alcuni esempi di cariche ceramiche sono carburo di silicio polverizzato, farina fossile e l’alluminosilicato 2SiO2 . Ceramic composites can be formed having ceramic fibers in a silicon oxycarbon glass matrix and a ceramic filler. The precursor resin is dissolved in a solvent and the ceramic particles are dispersed in the solution to form an infiltrating slurry. The particle ceramic filler controls the shrinkage of the compound matrix during pyrolysis and can be chosen so that the matrix is compatible with the fiber reinforcement to be used. Some examples of ceramic fillers are pulverized silicon carbide, diatomaceous earth and 2SiO2 aluminosilicate.

chiamato mullite. called mullite.

Una fibra o fibre ceramiche, o un tessuto delle fibre viene tirato attraverso un bagno agitato della poltiglia infiltrante. Alcuni esempi di fibre ceramiche sono fibre di carbonio, fibre di carburo di silicio e fibre di alluminoborosilicato. La fibra impregnata viene quindi sagomata e asciugata per consentire evaporazione del solvente. Un metodo di sagomatura comprende avvolgere una fibra impregnata a spirale su un tamburo per formare un pannello. Strati della fibra possono essere consolidati attraverso l’applicazione di calore e pressione per formare una matrice continua di resina circondante le fibre ceramiche. Il composto viene quindi pirolizzato in atmosfera non ossidante o in vuoto, come sopra descritto. La resina di addensa in un vetro di ossicarburo di silicio sostanzialmente amorfo che lega la carica ceramica, formando quindi una matrice continua attorno alle fibre. A seconda della temperatura di pirolisi usata, la carica ceramica può essere dispersa, parzialmente sinterizzata o completamente sinterizzata entro il vetro. Facoltativamente, il composto ceramico può essere reinfiltrato con una soluzione di resina precursore sciolta in un solvente per ridurre la porosità del composto. Il composto è piazzato nella soluzione reinfiltrante sotto vuoto. Viene applicata pressione alla soluzione per spingere la soluzione entro i pori del composto. Dopo reinfiltramento, il solvente è lasciato evaporare e il composto reinfiltrato viene pirolizzato in atmosfera non ossidante o sotto vuoto, come sopra descritto. Reinfiltrazione e pirolisi possono essere ripetute tante volte quanto necessario per ottenere il desiderato grado di densità della matrice. A ceramic fiber or fibers, or fabric of the fibers is pulled through a stirred bath of the infiltrating slurry. Some examples of ceramic fibers are carbon fibers, silicon carbide fibers, and aluminoborosilicate fibers. The impregnated fiber is then shaped and dried to allow evaporation of the solvent. One shaping method comprises wrapping a spiral impregnated fiber onto a drum to form a panel. Fiber layers can be consolidated through the application of heat and pressure to form a continuous resin matrix surrounding the ceramic fibers. The compound is then pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere or in a vacuum, as described above. The resin thickens into a substantially amorphous silicon oxycarbon glass which binds the ceramic filler, thereby forming a continuous matrix around the fibers. Depending on the pyrolysis temperature used, the ceramic filler can be dispersed, partially sintered or completely sintered within the glass. Optionally, the ceramic compound can be reinfiltered with a precursor resin solution dissolved in a solvent to reduce the porosity of the compound. The compound is placed in the re-infiltrating solution under vacuum. Pressure is applied to the solution to push the solution into the pores of the compound. After re-infiltration, the solvent is allowed to evaporate and the re-infiltrated compound is pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere or under vacuum, as described above. Reinfiltration and pyrolysis can be repeated as many times as necessary to achieve the desired degree of matrix density.

La matrice di vetro amorfo di ossicarburo di silicio legante una carica ceramica circonda e protegge le fibre ceramiche da decomposizione in atmosfere ossidanti e riducenti a temperature fino ad almeno 1600°C. Si era trovato che la natura inerte del vetro di ossicarburo di silicio accetta facilmente fibre ceramiche senza reagire con le medesime e degradare le loro proprietà. Come risultato, un vetro di ossicarburo di silicio contenente opportune cariche ceramiche può essere usato come materiale di matrice per parecchie note fibre ceramiche. The amorphous silicon oxycarbon glass matrix binding a ceramic charge surrounds and protects the ceramic fibers from decomposition in oxidizing and reducing atmospheres at temperatures up to at least 1600 ° C. It was found that the inert nature of silicon oxycarbon glass readily accepts ceramic fibers without reacting with them and degrading their properties. As a result, a silicon oxycarbon glass containing suitable ceramic fillers can be used as the matrix material for several known ceramic fibers.

La seguente descrizione deH'invenzione sarà più facilmente capita facendo riferimento alle figure sotto brevemente descritte. The following description of the invention will be more easily understood with reference to the figures briefly described below.

La figura 1 è un grafico mostrante la perdita di peso durante pirolisi di resine metilsiliconiche precursori. Figure 1 is a graph showing the weight loss during pyrolysis of precursor methyl silicone resins.

La figura 2 è una rappresentazione grafica dello spettro di risonanza magnetica nucleare di silicio 29 di vetro traslucido di ossìcarburo di silicio. La figura 3 è una rappresentazione grafica dello spettro di risonanza magnetica nucleare di silicio 29 di carburo di silicio "Nicalon". Figure 2 is a graphical representation of the nuclear magnetic resonance spectrum of silicon 29 translucent glass of silicon oxycarbide. Figure 3 is a graphical representation of the nuclear magnetic resonance spectrum of silicon 29 silicon carbide "Nicalon".

I vetri possono essere definiti da due delle loro caratteristiche fondamentali; una caratteristica essendo che i vetri sono formati da un liquido superraffreddato estremamente viscoso e una seconda caratteristica essendo che i liquidi i quali formano i vetri posseggono una struttura di rete polimerizzata con ordine a breve distanza. I vetri di questa invenzione non sono fatti da liquidi superraffreddati, ma posseggono effettivamente una struttura di rete con ordine di rbeve distanza. Invece di super raffreddare un liquido, i vetri di questa invenzione sono formati pirolizzando una resina metilsiliconica precursore in atmosfera non ossidante. Tuttavia, i vetri di questa invenzione hanno le caratteristiche di ordine a breve distanza di vetri convenzionali. Le resine siliconiche hanno una struttura tridimensionale con ordine di breve distanza e le resine siliconiche possono essere descritte in termini delle loro composizioni stechiometriche. Le unità stechiometriche di resine siliconiche contengono un atomo di silicio legato ad atomi di ossigeno e a gruppi radicali. I gruppi radicali in resine siliconiche che possono essere pirolizzati per formare vetri sono formati dai radicali idrocarburi monovalenti e da radicali idrocarburi monovalenti alogenati contenenti alchili, come metile, etile, propile, isopropile, butile, ottile, dodecile e simili; cicloalchili, come ciclopentile, cicloesile, cicloettile e simili; arili come fenile, naftile, tolile, xilile e simili; aralchili come benzile, feniletile, fenilpropile e simili; derivati alogenati dei sopraddetti radicali comprendenti clorometile, trifluorometile, cloropropile, clorofenile, dibromofenile, tetraclorofenile, difluorofenile e simili e alchenili come vinile, aitile, metallile, butenile, pentite e simili. Glasses can be defined by two of their fundamental characteristics; a feature being that the glasses are formed from an extremely viscous supercooled liquid and a second feature being that the liquids which form the glasses possess a polymerized network structure with short distance order. The glasses of this invention are not made from supercooled liquids, but actually possess a short distance order network structure. Instead of supercooling a liquid, the glasses of this invention are formed by pyrolyzing a precursor methyl silicone resin in a non-oxidizing atmosphere. However, the glasses of this invention have the short range order characteristics of conventional glasses. Silicone resins have a three-dimensional structure with short distance order and silicone resins can be described in terms of their stoichiometric compositions. Stoichiometric units of silicone resins contain a silicon atom bonded to oxygen atoms and radical groups. The radical groups in silicone resins that can be pyrolyzed to form glasses are formed by the monovalent hydrocarbon radicals and by halogenated monovalent hydrocarbon radicals containing alkyls, such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, octyl, dodecyl and the like; cycloalkyls, such as cyclopentyl, cyclohexyl, cycloeptyl and the like; aryls such as phenyl, naphthyl, tolyl, xylyl and the like; aralkyls such as benzyl, phenylethyl, phenylpropyl and the like; halogenated derivatives of the aforesaid radicals comprising chloromethyl, trifluoromethyl, chloropropyl, chlorophenyl, dibromophenyl, tetrachlorophenyl, difluorophenyl and the like and alkenyls such as vinyl, aythyl, metallyl, butenyl, pentite and the like.

Le quattro unità fondamentali di resine siliconiche sono qui indicate come gruppi M in cui un atomo di silicio è legato ad un atomo di ossigeno e a tre radicali organici, gruppi D in cui un atomo di silicio è legato a due atomi di silicio e a due radicali organici, gruppi T in cui un atomo di silicio è legato a tre atomi di ossigeno e ad un radicale organico e gruppi Q in cui l'atomo di silicio è legato a quattro atomi di silicio. Le resine siliconiche che possono essere pirolizzate a formare vetri contengono una combinazione di gruppi M, T, D e Q in modo che il rapporto di radicali organici rispetto ad atomi di silicio è tra circa 0,6:1 e meno di circa 3:1. The four basic units of silicone resins are referred to here as M groups in which one silicon atom is bonded to one oxygen atom and three organic radicals, D groups in which one silicon atom is bonded to two silicon atoms and two organic radicals , T groups in which a silicon atom is bonded to three oxygen atoms and an organic radical and Q groups in which the silicon atom is bonded to four silicon atoms. Silicone resins that can be pyrolyzed to form glasses contain a combination of M, T, D and Q groups so that the ratio of organic radicals to silicon atoms is between about 0.6: 1 and less than about 3: 1 .

I vetri di questa invenzione resistono alla devetrificazione e rimangono strutturalmente stabili a temperature fino ad almeno I600°C. Il termine "strutturalmente stabile" indica un materiale in massa che mantiene essenzialmente la medesima microstruttura da temperatura ambiente fino alle alte temperature indicate. Questo significa che variazioni minori possono capitare nella microstruttura. Variazioni, come la formazione di piccole zone cristallizzate fino a circa 100 angstrom in una matrice altrimenti amorfa non hanno sostanzialmente effetti avversi o dannosi sulle proprietà del materiale in massa. Perciò, vetri strutturalmente stabili della presente invenzione sono essenzialmente amorfi ma possono contenere piccole zone cristallizzate di, per esempio, grafite, cristobalite o carburo di silicio entro il vetro, o mostrano quantità minori di cristobalite sulle superfici del vetro. The glasses of this invention resist devitrification and remain structurally stable at temperatures up to at least 1600 ° C. The term "structurally stable" indicates a bulk material which essentially maintains the same microstructure from room temperature up to the high temperatures indicated. This means that minor variations can occur in the microstructure. Variations, such as the formation of small crystallized zones up to about 100 angstroms in an otherwise amorphous matrix, have substantially no adverse or detrimental effects on the properties of the bulk material. Therefore, structurally stable glasses of the present invention are essentially amorphous but may contain small crystallized zones of, for example, graphite, cristobalite or silicon carbide within the glass, or show minor amounts of cristobalite on the glass surfaces.

Oggetti di vetro di ossicarburo di silicio possono essere fatti secondo parecchi metodi di questa invenzione. In un metodo, la resina pirolizzata è ridotta in polvere avente dimensioni di particelle variabili da 0,1 fino a due micron. Mulini di macinazione, come un mulino per attrito o un mulino planetario, sono stati usati per produrre dimensioni di particelle di ossicarburo di silicio da 0,1 a 2 micron. La macinazione per attrito è eseguita agitando con un’elica una soluzione formata da circa il 52% di un liquido, come acqua, circa il 35% di mezzo macinante, come sfere del diametro di 1,2 mm che sono più dure del materiale da macinare e il resto costituito da particelle sgretolate di vetro di ossicarburo di silicio. L’agitazione mediante elica della soluzione a 1000 giri al minuto riduce le particelle di vetro in polvere. La macinazione planetaria è eseguita con una soluzione simile eccetto che i mezzi macinanti sono sfere del diametro da 5 a 8 mm e la soluzione è agitata facendo ruotare il contenitore di macinazione in modo planetario a velocità minori. Silicon oxycarbon glass objects can be made according to several methods of this invention. In one method, the pyrolyzed resin is reduced to a powder having particle sizes ranging from 0.1 to two microns. Grinding mills, such as a friction mill or planetary mill, have been used to produce silicon oxycarbon particle sizes of 0.1 to 2 microns. Friction grinding is performed by agitating with a propeller a solution made up of about 52% of a liquid, such as water, about 35% of the grinding medium, as spheres with a diameter of 1.2 mm which are harder than the material to be grind and the rest consisting of crumbled particles of silicon oxycarbon glass. The agitation of the solution by helix at 1000 rpm reduces the glass particles into powder. Planetary grinding is performed with a similar solution except that the grinding media are spheres with a diameter of 5 to 8 mm and the solution is agitated by rotating the grinding container planetary at slower speeds.

La polvere macinata viene quindi asciugata e consolidata per applicazione di calore e pressione per formare un progetto sagomato. Il consolidamento può essere ottenuto mediante applicazione di una pressione uniassiale di almeno circa 34,45 MPa (5 ksi) a circa 1500°C-1600°C o applicazione di pressione isostatica di almeno circa 55,12 MPa .(8 ksi) a circa tra 1200°C e 1600°C. Calore e pressione vengono applicati fino a che l’oggetto è stato addensato nel grado desiderato o fino quanto completamente addensato. The ground powder is then dried and consolidated by application of heat and pressure to form a shaped design. Consolidation can be achieved by applying a uniaxial pressure of at least about 34.45 MPa (5 ksi) at about 1500 ° C-1600 ° C or applying isostatic pressure of at least about 55.12 MPa. (8 ksi) at about between 1200 ° C and 1600 ° C. Heat and pressure are applied until the object has been thickened to the desired degree or until completely thickened.

In un altro metodo per formare oggetti di vetro di ossicarburo di silicio da resine precursori colate o sagomate, la resina metilsiliconica precursore è sciolta in un solvente e colata nella forma desiderata. Illustrativi dei solventi che sono stati trovati adatti a sciogliere la resina precursore sono toluene e miscele di toluene con alcool isopropilico. Resine precursori possono essere sciolte nel solvente in rapporti di fino a circa 8 parti di resina per 5 parti di solvente. La resina precursore colata viene asciugata a temperatura ambiente. Di preferenza, la resina precursore colata è asciugata ad una velocità che consente al solvente di evaporare dalla resina senza formare vuoti nella medesima resina. Per esempio, una velocità di evaporazione che impedisce formazione di vuoti nell ’asciugare la resina venne stabilita piazzando la soluzione di resina in un piatto cilindrico aperto ad un estremo e piazzando un pezzo di carta sopra l'estremo aperto. Alternativamente, la resina precursore, che è normalmente nella forma di una polvere, può essere sagomata mediante pressatura a caldo. In another method of forming silicon oxycarbon glass objects from cast or shaped precursor resins, the precursor methyl silicone resin is dissolved in a solvent and cast into the desired shape. Illustrative of the solvents that have been found suitable for dissolving the precursor resin are toluene and blends of toluene with isopropyl alcohol. Precursor resins can be dissolved in the solvent in ratios of up to about 8 parts of resin to 5 parts of solvent. The cast precursor resin is dried at room temperature. Preferably, the cast precursor resin is dried at a rate which allows the solvent to evaporate from the resin without forming voids in the resin itself. For example, an evaporation rate that prevents the formation of voids in drying the resin was established by placing the resin solution in a cylindrical plate open at one end and placing a piece of paper over the open end. Alternatively, the precursor resin, which is normally in the form of a powder, can be shaped by hot pressing.

La resina precursore colata viene quindi pirolizzata in atmosfera ossidante, come qui descritto. La velocità di riscaldamento durante pirolisi deve essere controllata per consentire svolgimento di gas senza formare vuoti o bolle nella resina. Di preferenza si usano velocità di riscaldamento minori di 1,0°C al minuto per consentire un sufficiente svolgimento di gas senza formare bolle, vuoti o difetti nel vetro. La pirolisi è essenzialmente compieta quando la perdita di peso per svolgimento di acqua, gruppi metilici e altri prodotti di decomposizione dalla resina precursore termina sostanzialmente. La pirolisi può essere continuata fino a che il vetro si è completamente addensato o smette di ridursi di volume. La resina precursore di identifica durante pirolisi e forma vetro di ossicarburo di silicio. The cast precursor resin is then pyrolyzed in an oxidizing atmosphere, as described herein. The rate of heating during pyrolysis must be controlled to allow gas to unfold without forming voids or bubbles in the resin. Preferably, heating rates of less than 1.0 ° C per minute are used to allow sufficient gas unwinding without forming bubbles, voids or defects in the glass. Pyrolysis is essentially complete when the unwinding weight loss of water, methyl groups and other decomposition products from the precursor resin substantially ends. Pyrolysis can be continued until the glass has completely thickened or stops shrinking in volume. The precursor resin identifies during pyrolysis and forms silicon oxycarbon glass.

ESEMPI EXAMPLES

I seguenti esempi sono offerti per illustrare ulteriormente il vetro di ossicarburo di silicio di questa invenzione e i metodi per produrre il vetro e gli oggetti di vetro. Nei seguenti esempi vennero usate le resine precursori formate mediante il metodo sopra descritto nel brevetto USA No. 2.676.182 ed aventi gruppi radicali metilici, dove una prima resina consiste di unità M e Q in un rapporto di circa 0,5:1, una seconda resina MQ aveva un rapporto 1:1, una terza resina MQ aveva un rapporto di 2:1 e una quarta resina MQ aveva rapporto di 3:1. The following examples are offered to further illustrate the silicon oxycarbon glass of this invention and the methods of making the glass and glassware. In the following examples the precursor resins formed by the method described above in U.S. Patent No. 2,676,182 and having methyl radical groups were used, where a first resin consists of M and Q units in a ratio of about 0.5: 1, a second MQ resin had a 1: 1 ratio, a third MQ resin had a 2: 1 ratio, and a fourth MQ resin had a 3: 1 ratio.

Resine precursori metilsiliconiche vennero pirolizzate riscaldandole a temperature variabili da 1100°C a 1250°C in atmosfera non ossidante. Durante pirolisi, le resine precursori subirono perdita di peso come acqua, gruppi metilici e altri prodotti di decomposizione svolti. Quando il peso delia rapina pirolizzante si stabilizza, la pirolisi è sostanzialmente completa. Tuttavia, dopo che la perdita di peso è finita, può capitare un certo addensamento del vetro di ossicarburo di silicio; perciò, riscaldamento e pirolisi possono continuare fino a che il vetro di ossicarburo di silicio è completamente addensato. Methylsilicone precursor resins were pyrolyzed by heating them to temperatures ranging from 1100 ° C to 1250 ° C in a non-oxidizing atmosphere. During pyrolysis, the precursor resins underwent weight loss as water, methyl groups and other decomposition products developed. When the weight of the pyrolytic robbery stabilizes, the pyrolysis is substantially complete. However, after the weight loss is over, some thickening of the silicon oxycarbon glass may occur; therefore, heating and pyrolysis can continue until the silicon oxycarbon glass is completely thickened.

Perdite di peso misurate durante pirolisi variavano da circa il 17 al 54%. Parte della perdita di peso può essere attribuita a variazioni nella quantità di solventi rimasti dalla produzione delle resine. Weight losses measured during pyrolysis ranged from approximately 17 to 54%. Part of the weight loss can be attributed to variations in the amount of solvents left over from resin production.

Esempi 1-4 Examples 1-4

La prima, la seconda, la terza e la quarta resina MQ sopra descritte vennero pirolizzate secondo il metodo di questa invenzione mentre venne misurata la perdita di peso delle resine mediante analisi termogravimetrica. L’analisi termogravimetrica è un metodo per misurare perdita di peso da un campione mentre viene riscaldato. I campioni vennero riscaldati in atmosfera di idrogeno ad una velocità di 10°C al minuto fino ad una temperatura di J250°C. La perdita di peso misurata per ciascun vetro di ossicarburo di silicio formato dopo pirolisi viene mostrata in tabella 1. Inaspettatamente, si è trovato che la seconda, la terza e la quarta resina precursore consistenti di unità M e Q in un rapporto di 1:1,2:1 e 3:1 formavano dopo pirolisi un vetro traslucido. La prima resina avente un rapporto di M rispetto a Q di circa 0,5:1 era opaca e di aspetto nero dopo pirolisi. Perciò, si crede che resine precursori aventi rapporto di M rispetto a Q di circa 0,7:1 o più formino vetri traslucidi di ossicarburo di silicio, mentre resine precursori aventi rapporto di M rispetto a Q al di sotto di circa 0,7:1 formino vetri opachi di ossicarburo di silicio. The first, second, third and fourth MQ resin described above were pyrolyzed according to the method of this invention while the weight loss of the resins was measured by thermogravimetric analysis. Thermogravimetric analysis is a method for measuring weight loss from a sample while it is heated. The samples were heated in a hydrogen atmosphere at a rate of 10 ° C per minute to a temperature of J250 ° C. The measured weight loss for each silicon oxycarbon glass formed after pyrolysis is shown in Table 1. Unexpectedly, the second, third and fourth precursor resin consisted of M and Q units in a ratio of 1: 1. , 2: 1 and 3: 1 formed a translucent glass after pyrolysis. The first resin having an M to Q ratio of about 0.5: 1 was opaque and black in appearance after pyrolysis. Therefore, precursor resins having an M to Q ratio of about 0.7: 1 or more are believed to form translucent glasses of silicon oxycarbon, while precursor resins having an M to Q ratio of less than about 0.7: 1 form opaque glasses of silicon oxycarbon.

I dati di perdita di peso dell'esempio 1, 2 e 3, determinati per analisi termogravimetrica, sono presentati nel grafico di figura 1. Nel grafico di figura 1, la perdita di peso percentuale di ciascun campione è tracciata sull’ordinata, mentre l’aumento di temperatura di riscaldamento è tracciata sull'ascissa. Un grafico di figura 1 mostra che una porzione significativa della perdita di peso in ciascun campione era capitata a temperature di appena 900°C, mentre la perdita di peso è essenzialmente completa a 1200°C. Non si trovò sostanzialmente testimonianza di cristallizzazione per diffrazione di raggi X del materiale pirolizzato e sostanzialmente nessun legame tra atomi di carbonio e ossigeno venne trovato per spettroscopia infrarossa del medesimo. La perdita di peso dell’esempio 4 seguiva il medesimo modello di temperatura degli esempi 1, 2 e 3. The weight loss data of Example 1, 2 and 3, determined by thermogravimetric analysis, are presented in the graph of Figure 1. In the graph of Figure 1, the percentage weight loss of each sample is plotted on the ordinate, while the The heating temperature rise is plotted on the abscissa. A graph of Figure 1 shows that a significant portion of the weight loss in each sample occurred at temperatures as low as 900 ° C, while the weight loss is essentially complete at 1200 ° C. Substantially no evidence of crystallization by X-ray diffraction of the pyrolyzed material was found and substantially no bond between carbon atoms and oxygen was found by infrared spectroscopy of the same. The weight loss of example 4 followed the same temperature model of examples 1, 2 and 3.

L’indice di diffrazione venne misurato sul campione di vetro di ossicarburo di silicio dell’esempio 2 come 1,58, usando una frequenza della luce del sodio di 5.893 angstrom. Si conoscono in generale vetri aventi indice di diffrazione tra circa 1,5 e 1,9 alla frequenza del sodio di 5.893 angstrom. L’indice di diffrazione è la velocità di fase della radiazione nello spazio libero divisa per la velocità di fase della medesima radiazione in un particolare mezzo. The diffraction index was measured on the silicon oxycarbon glass sample of Example 2 as 1.58, using a sodium light frequency of 5,893 angstroms. Glasses having a diffraction index between about 1.5 and 1.9 at the sodium frequency of 5,893 angstroms are generally known. The diffraction index is the phase velocity of the radiation in free space divided by the phase velocity of the same radiation in a particular medium.

Esempi 5-6 Examples 5-6

La composizione di differenti vetri può essere definita largamente considerando la quantità di ciascun elemento nel vetro. Tuttavia, è l’ordinamento a breve distanza dei vetri che dà ai medesimi le loro differenti proprietà. Perciò, caratterizzando l’ordinamento a breve distanza dei vetri si possono definire differenti composizioni di vetri rispetto alle proprietà. Nell’esempio 5, l’ordinamento a breve distanza del vetro di ossicarburo di silicio di questa invenzione è determinato definendo la percentuale di ciascuna delle unità poliatomiche; tetracarbosilicio, monocarbosilossano, dicarbosilossano e tetraossisilicio che sono presenti nel vetro. The composition of different glasses can be largely defined by considering the amount of each element in the glass. However, it is the short-distance ordering of the glasses that gives them their different properties. Therefore, by characterizing the short-distance ordering of the glasses, different compositions of glasses can be defined with respect to properties. In example 5, the short-distance sorting of the silicon oxycarbon glass of this invention is determined by defining the percentage of each of the polyatomic units; tetracarbosilicon, monocarboosiloxane, dicarboosiloxane and tetraoxysilicon which are present in the glass.

Lo spettro di risonanza magnetica nucleare di silicio 29 nello stato solido di un campione di vetro traslucido di ossicarburo di silicio dell'esempio 2 venne registrato e viene presentato in figura 2. La figura 3 è lo spettro di risonanza magnetica nucleare del silicio 29 da un campione di fibra di carburo di silicio "Nicalon". Sull'ordinata delle figure 1 e 3 è tracciata l'intensità di radiazione misurata dal campione eccitato e sull'ascissa vengono tracciate le parti per milione (ppm) di spostamento chimico da uno standard di tetrametilsilicio che fissa il punto di zero sull’ascissa. Gli spostamenti chimici in ppm sono noti per parecchie unità poliatomiche, per esempio, tetraossisilicio, dicarbosilossano e monocarbosilossano sono mostrati in "NMR Basic Principles and Progress Si-NMR Spectroscopic Results", Editori P. Diehl, R. Kosfeld, Springer Yerlag Berlin Heidelberg 1981 alle pagine 186, 184 e 178. Perciò, ciascun picco delle figure 2 e 3 definisce l’ordinamento a breve distanza di particolari unità poliatomiche di silicio. The nuclear magnetic resonance spectrum of silicon 29 in the solid state of a translucent glass sample of silicon oxycarbon of Example 2 was recorded and is presented in Figure 2. Figure 3 is the nuclear magnetic resonance spectrum of silicon 29 from a sample of silicon carbide fiber "Nicalon". On the ordinate of Figures 1 and 3 the intensity of radiation measured by the excited sample is plotted and the parts per million (ppm) of chemical displacement are plotted on the abscissa by a tetramethylsilicon standard that fixes the zero point on the abscissa. Chemical displacements in ppm are known for several polyatomic units, for example, tetraoxysilicon, dicarboosiloxane and monocarbosiloxane are shown in "NMR Basic Principles and Progress Si-NMR Spectroscopic Results", Editori P. Diehl, R. Kosfeld, Springer Yerlag Berlin Heidelberg 1981 on pages 186, 184 and 178. Thus, each peak of Figures 2 and 3 defines the short-range ordering of particular polyatomic units of silicon.

In figura 2 viene mostrato lo spettro del vetro di ossicarburo di silicio preparato nell’esempio 2 e contenente i picchi indicati con i numeri da 1 a 4. Il picco 1 rappresenta il tetracarbosilicio, il picco 2 rappresenta il dicarbosilossano, il picco 3 rappresenta il monocarbosilossano e il picco 4 rappresenta il tetraossisilicio. Integrando l'area sotto ciascun picco, si può determinare la frazione di ciascuna di dette unità poliatomiche che è presente nel vetro. Una correzione per l’interferenza di fondo venne fatta per gli spettri di figure 2 e 3 per determinare l'area integrata sotto ciascun -picco. Figure 2 shows the spectrum of the silicon oxycarbon glass prepared in example 2 and containing the peaks indicated with the numbers from 1 to 4. Peak 1 represents tetracarbosilicon, peak 2 represents dicarboosiloxane, peak 3 represents monocarboosiloxane and peak 4 represents tetraoxysilicon. By integrating the area under each peak, the fraction of each of said polyatomic units that is present in the glass can be determined. A correction for the background interference was made for the spectra of figures 2 and 3 to determine the integrated area under each peak.

L’area integrata sotto ciascun picco di figura 2 rivela una composizione per il vetro di ossicarburo di silicio dell’esempio 2 comprendente una percentuale in peso più o meno il 5% dei seguenti, circa il 33% di tetracarbosilicio, circa il 17% di dicarbosilossano, circa il 26% di monocarbosilossano e circa il 23% di tetraossisilicio. L’analisi degli spettri di risonanza magnetica nucleare e l’aspetto traslucido del vetro indicano che fino a quantià in tracce di carbonio elementare di circa lo 0,1% in peso sono disperse nel vetro. The integrated area under each peak of Figure 2 reveals a composition for the silicon oxycarbon glass of Example 2 comprising a percentage by weight plus or minus 5% of the following, about 33% of tetracarbosilicon, about 17% of dicarbosiloxane, about 26% of monocarboosiloxane and about 23% of tetraoxysilicon. The analysis of nuclear magnetic resonance spectra and the translucent appearance of the glass indicate that up to traces of elemental carbon of about 0.1% by weight are dispersed in the glass.

Lo spettro di figura 2 può essere paragonato con lo spettro di carburo di silicio di figura 3 misurato da un campione di fibra di carburo di silicio "Nicalon". La composizione per il "Nicalon" di figura 3 in percentuale in peso è circa il 68% di carburo di silicio, circa l’8% di dicarbosilossano, circa il 17% di monocarbosilossano e circa il 7% di tetraossisilicio. Dallo spettro di figura 3 si può vedere che le fibre di "Nicalon” sono formate principalmente dal carburo di silicio con quantità minori di dicarbosilossano, monocarbosilossano e tetraossisilicio. Al contrario, lo spettro di figura 2 mostra che un vetro di ossicarburo di silicio è formato da tetracarbosilicio con quantità sostanziali di dicarbosilossano, monocarbosilossano e tetraossisilicio. Questo ordinamento unico a breve distanza di vetro di ossicarburo di silicio che lega carbonio a silicio in un modo prima d’ora sconosciuto nei vetri, fornisce la maggiore resistenza alla devetrificazione e alla decomposizione e caratterizza i vetri di questa invenzione. The spectrum of figure 2 can be compared with the silicon carbide spectrum of figure 3 measured from a sample of "Nicalon" silicon carbide fiber. The composition for the "Nicalon" of figure 3 in percentage by weight is about 68% of silicon carbide, about 8% of dicarboosiloxane, about 17% of monocarboosiloxane and about 7% of tetraoxysilicon. From the spectrum of figure 3 it can be seen that the "Nicalon" fibers are mainly formed from silicon carbide with minor amounts of dicarboosiloxane, monocarboxy siloxane and tetraoxysilicon. On the contrary, the spectrum of figure 2 shows that a silicon oxycarbon glass is formed from tetracarbosilicon with substantial amounts of dicarboosiloxane, monocarboxyloxane and tetraoxysilicon. This unique short-range sort of silicon oxycarbon glass that binds carbon to silicon in a way previously unknown in glasses, provides the greatest resistance to devitrification and decomposition and characterizes the glasses of this invention.

La composizione del campione di vetro traslucido di ossicarburo di silicio dell’esempio 2 e del campione di Nicalon può anche essere descritta considerando la percentuale in moli di ciascuna unità poliatomica. La tabella Π qui sotto fornisce la conversione tra percentuale in moli e percentuale in peso per ciascuna di queste composizioni. Le composizioni descritte nella tabella II sono considerate entro più o meno 5% in peso o più o meno 5% in moli per ciascuna unità poliatomica. The composition of the translucent glass sample of silicon oxycarbon of example 2 and of the Nicalon sample can also be described by considering the percentage in moles of each polyatomic unit. Table II below provides the conversion between mol percent and weight percent for each of these compositions. The compositions described in Table II are considered to be within plus or minus 5% by weight or plus or minus 5% by moles for each polyatomic unit.

Poiché l'unità in moli è un peso molecolare, la percentuale in moli dà la percentuale di ciascuna unità poliatomica dei campioni su una base molecolare. La percentuale degli atomi di silicio nei campioni che sono legati a ossigeno o a carbonio può quindi essere determinata usando la percentuale in moli. Il campione di vetro di ossicarburo di silicio dell'esempio S, preparato originariamente nell ’esempio 2, ha da circa al 73 all’83% degli atomi di silicio nel vetro legati ad almeno un singolo atomo di carbonio. Il campione di carburo di silicio "Nicalon" aveva da circa il 90 al 100% di atomi di silicio nel campione di carburo di silicio legati ad atomi di carbonio. Since the unit in moles is a molecular weight, the percentage in moles gives the percentage of each polyatomic unit of the samples on a molecular basis. The percentage of silicon atoms in the samples that are bonded to oxygen or carbon can then be determined using the mol percent. The silicon oxycarbon glass sample of example S, originally prepared in example 2, has from about 73 to 83% of the silicon atoms in the glass bonded to at least one single carbon atom. The "Nicalon" silicon carbide sample had about 90 to 100% silicon atoms in the silicon carbide sample bonded to carbon atoms.

Esempio 7 Example 7

Un campione di vetro di ossicarburo di silicio venne preparato pirolizzando, secondo il metodo di questa invenzione, una resina metilsiliconica consistente del 5% di gruppi D e del 95% di gruppi T. La resina si addensò in un vetro di ossicaburo di silicio comprendente, in percentuale in peso, circa il 39% di tetraossisilicìo, circa il 24% di monocarbosilossano, circa il 22% di dicarbosilossano, circa il 6% di tetracarbosilicio, con circa dal 3 al 9% di carbonio elementare disperso nei vetro. Il vetro di ossicarburo di silicio che viene fatto da una resina metilsiliconica di tipo DT è l'oggetto della domanda di brevetto italiana No. 20456 A/90 depositata il 29 Maggio 1990. La resistenza all'ossidazione e la stabilità strutturale o resistenza alla devetrificazione di vetro di ossicarburo di silicio fatto dalla resina metilsiliconica di tipo DT sopra identificata venne analizzata riscaldando campioni pressati a caldo di vetro per 240 ore a 1400°C e 1520°C in aria. Venne misurata nessuna perdita di peso da decomposizione di silicio o carbonio nel vetro. La diffrazione di raggi X di una superficie sezionata non rivelò testimonianze di cristallizzazione nel materiale in massa di entrambi i campioni. La diffrazione di raggi X di superfici esposte mostrò una testimonianza di cristallizzazione superficiale a cristobalite in entrambi i campioni entro la profondità di circa 0,05 mm (0,002 pollici) dalla superficie. Benché il campione di vetro di ossicarburo di silicio dell’esempio 7 sia di aspetto nero ed abbia una composizione differente dal campione di vetro traslucido di ossicarburo di silicio, contiene il legame chimico tra atomi di silicio e di carbonio con un'assenza di legame chimico tra atomi di carbonio e di ossigeno che caratterizza i vetri di questa invenzione. Perciò, il vetro di ossicarburo di silicio dell'esempio 1 e i vetri traslucidi di ossicarburo di silicio degli esempi 2, 3 e 4 si prevedono che abbiano sostanzialmente la medesima resistenza alla devetrificazione e alla decomposizione del vetro di ossicarburo di silicio preparato per l'esempio 7. A silicon oxycarbon glass sample was prepared by pyrolyzing, in accordance with the method of this invention, a methyl silicone resin consisting of 5% D groups and 95% T groups. The resin thickened into a silicon oxycarbon glass comprising, in percentage by weight, about 39% of tetraoxysilicio, about 24% of monocarboosiloxane, about 22% of dicarboosiloxane, about 6% of tetracarbosilicon, with about 3 to 9% of elemental carbon dispersed in the glass. The silicon oxycarbon glass which is made from a DT-type methyl silicone resin is the subject of Italian patent application No. 20456 A / 90 filed on May 29, 1990. Resistance to oxidation and structural stability or resistance to devitrification Silicon oxycarbon glass made from the DT-type methyl silicone resin identified above was analyzed by heating hot pressed samples of glass for 240 hours at 1400 ° C and 1520 ° C in air. No weight loss from decomposition of silicon or carbon in the glass was measured. X-ray diffraction of a sectioned surface revealed no evidence of crystallization in the bulk material of either sample. X-ray diffraction of exposed surfaces showed evidence of cristobalite surface crystallization in both samples within the depth of about 0.05 mm (0.002 inch) from the surface. Although the silicon oxycarbon glass sample of Example 7 is black in appearance and has a different composition from the translucent silicon oxycarbon glass sample, it contains the chemical bond between silicon and carbon atoms with an absence of chemical bond between carbon and oxygen atoms which characterizes the glasses of this invention. Therefore, the silicon oxycarbon glass of Example 1 and the translucent silicon oxycarbon glasses of Examples 2, 3 and 4 are expected to have substantially the same resistance to devitrification and decomposition as the silicon oxycarbon glass prepared for Example 7.

Claims (22)

RIVENDICAZIONI 1. Vetro trasparente che rimane strutturalmente stabile a temperature di circa 1250°C o più, comprendente silicio, ossigeno e carbonio in una distribuzione di unità poliatomiche comprendenti, in percentuale in peso, da circa il 12 al 31% di monocarbosilossano e dicarbosilossano, da circa il 28 al 38% di tetracarbosilicio, da circa il 18 al 28% di tetraossisilicio, fino ad una quantità in tracce di carbonio elementare disperso nel vetro che consente almeno la trasmissione parziale di luce attraverso il vetro. CLAIMS 1. Clear glass which remains structurally stable at temperatures of about 1250 ° C or more, comprising silicon, oxygen and carbon in a distribution of polyatomic units comprising, by weight percent, from about 12 to 31% monocarboosiloxane and dicarboosiloxane, to be about 28 to 38% tetracarbosilicon, about 18 to 28% tetraoxysilicon, up to a trace amount of elemental carbon dispersed in the glass which allows at least partial light transmission through the glass. 2. Il vetro traslucido di rivendicazione 1 comprendente, in percentuale in peso, da circa il 18 al 28% di tetraossisilicio, da circa il 21 al 31% di monocarbosilossano, da circa il 12 al 22% di dicarbosilossano e da circa il 28 al 38% di tetracarbosilicio. 2. The translucent glass of claim 1 comprising, in percentage by weight, from about 18 to 28% of tetraoxysilicon, from about 21 to 31% of monocarboosiloxane, from about 12 to 22% of dicarboxiloxane and from about 28 to 38% tetracarbosilicon. 3. Vetro traslucido che rimane strutturalmente stabile a temperature di circa 1250°C o più, comprendente silicio, ossigeno e carbonio in una massa di vetro di ossicarburo di silicio nel quale da circa il 73 all’83% di atomi di silicio sono ciascuno legati ad almeno un singolo atomo di carbonio. 3. Translucent glass that remains structurally stable at temperatures of about 1250 ° C or more, comprising silicon, oxygen and carbon in a mass of silicon oxycarbon glass in which about 73 to 83% silicon atoms are each bonded to at least a single carbon atom. 4. Processo per formare un vetro traslucido comprendente riscaldare una resina metilsiliconica metilprecursore formata da unità M e Q in un rapporto di circa 0,7:1 o più, in atmosfera non ossidante ad una temperatura che pirolizza la resina, detto riscaldamento essendo eseguito per un periodo di tempo che finisce quando la perdita di peso dalla resina pirolizzante sostanzialmente si stabilizza; detta resina pirolizzata formando un vetro traslucido di ossicarburo di silicio che rimane strutturalmente stabile a temperature di circa 1250°C o più. 4. A process for forming a translucent glass comprising heating a methyl precursor methyl silicone resin formed from M and Q units in a ratio of about 0.7: 1 or more, in a non-oxidizing atmosphere to a temperature that pyrolyzes the resin, said heating being performed to a time period ending when the weight loss from the pyrolyzing resin substantially stabilizes; said pyrolyzed resin forming a translucent glass of silicon oxycarbon which remains structurally stable at temperatures of about 1250 ° C or more. 5. Processo di rivendicazione 4 nel quale detto riscaldamento è eseguito tra 900°C e 1600°C. 5. Process of claim 4 wherein said heating is performed between 900 ° C and 1600 ° C. 6. Il processo di rivendicazione 4, nel quale detto riscaldamento è eseguito per un periodo di tempo che consente una perdita di peso dalla resina da circa il 17 al 54%. 6. The process of claim 4, wherein said heating is performed for a period of time which allows a weight loss from the resin of about 17 to 54%. 7. Il processo di rivendicazione 4, nel quale detto riscaldamento è eseguito per un periodo di tempo che consente alla resina di addensarsi completamente. 7. The process of claim 4 wherein said heating is performed for a period of time which allows the resin to fully thicken. 8. Il processo di rivendicazione 4, nel quale detto riscaldamento è eseguito in atmosfera di idrogeno gassoso. 8. The process of claim 4, wherein said heating is performed in a gaseous hydrogen atmosphere. 9. Il processo di rivendicazione 4, nel quale detta resina precursore è formata di unità M e Q in un rapporto da circa 0,7:1 a circa 3:1. 9. The process of claim 4 wherein said precursor resin is formed of M and Q units in a ratio of about 0.7: 1 to about 3: 1. 10. Processo per formare un oggetto traslucido di vetro di ossicarburo di silicio, comprendente: sciogliere una resina metilsiliconica precursore in un solvente, la resina precursore essendo formata da unità M e Q in un rapporto di circa 0,7:1 o più; sagomare la resina per formare l’oggetto; far evaporare il solvente dalla resina sagomata; riscaldare la resina in atmosfera non ossidante ad una temperatura che pirolizzi la resina, detto riscaldamento essendo eseguito per un perìodo di tempo terminante quando la perdita di peso dalla resina pirolizzante sostanzialmente finisce. 10. A process for forming a translucent silicon oxycarbon glass object, comprising: dissolving a precursor methyl silicone resin in a solvent, the precursor resin being formed of M and Q units in a ratio of about 0.7: 1 or more; shape the resin to form the object; evaporate the solvent from the molded resin; heating the resin in a non-oxidizing atmosphere to a temperature which pyrolyzes the resin, said heating being carried out for a period of time ending when the weight loss from the pyrolyzing resin substantially ends. 11. Il processo di rivendicazione 10, nel quale detta fase di riscaldamento è eseguita tra 900°C e 1600°C. 11. The process of claim 10, wherein said heating step is performed between 900 ° C and 1600 ° C. 12. Il processo di rivendicazione 10, nel quale detta fase di riscaldamento è eseguita in atmosfera di idrogeno gassoso. 12. The process of claim 10, in which said heating step is carried out in a gaseous hydrogen atmosphere. 13. Il processo di rivendicazione 10 nel quale detta fase di riscaldamento è eseguita ad una velocità di riscaldamento che minimizza la formazione di vuoti nel vetro. 13. The process of claim 10 wherein said heating step is performed at a heating rate which minimizes the formation of voids in the glass. 14. 11 processo di rivendicazione 10, nel quale detta fase di riscaldamento è eseguita per un periodo di tempo che consente una perdita di peso dalla resina tra circa il 17 e il 54%. 14. The process of claim 10, wherein said heating step is performed for a period of time which allows a weight loss from the resin between about 17 and 54%. 15. Il processo di rivendicazione 10, nel quale detto riscaldamento è eseguito per un periodo di tempo che consenta alla resina pirolizzante di formare un vetro che è completamente addensato. 15. The process of claim 10 wherein said heating is performed for a period of time which allows the pyrolyzing resin to form a glass which is fully thickened. 16. Il processo di rivendicazione 10, nel quale detta fase di riscaldamento è eseguita ad una velocità di riscaldamento inferiore a circa 1°C al minuto. 16. The process of claim 10 wherein said heating step is performed at a heating rate of less than about 1 ° C per minute. 17. Il processo di rivendicazione 10, nel quale detta resina precursore è formata di unità M e Q in un rapporto da circa 0,7:1 fino a circa 3:1. 17. The process of claim 10 wherein said precursor resin is formed of M and Q units in a ratio of about 0.7: 1 to about 3: 1. 18. Fibra di vetro comprendente silicio, ossigeno e carbonio in una distribuzione di unità poliatomiche comprendente, in percentuali in peso, da circa il 18 al 28% di tetraossisilicio, da circa il 21 al 31% di monocarbosilossano, da circa il 12 ai 22% di dicarbosilossano, da circa il 28 al 38% di tetracarbosilicio. 18. Glass fiber comprising silicon, oxygen and carbon in a distribution of polyatomic units comprising, in percentages by weight, from about 18 to 28% of tetraoxysilicon, from about 21 to 31% of monocarboosiloxane, from about 12 to 22 % dicarbosiloxane, about 28 to 38% tetracarbosilicon. 19. Ceramica composta, comprendente almeno una fibra ceramica entro una matrice di vetro di ossicarburo di silicio legante una carica ceramica, il vetro comprendendo silicio, ossigeno e carbonio in una distribuzione di unità poliatomiche comprendenti, in percentuale in peso, da circa il 18 al 28% di tetraossisilicio, da circa il 21 al 31% di monocarbosilossano, da circa il 12 al 22% di dicarbosilossano e da circa il 28 al 38% di tetracarbosilicio. 19. Compound ceramic, comprising at least one ceramic fiber within a silicon oxycarbon glass matrix bonding a ceramic filler, the glass comprising silicon, oxygen and carbon in a distribution of polyatomic units comprising, in percent by weight, from about 18 to 28% tetraoxysilicon, about 21 to 31% monocarboosiloxane, about 12 to 22% dicarbosiloxane and about 28 to 38% tetracarbosilicon. 20. Composizione di vetro traslucido che rimane strutturalmente stabile a temperature di circa 1250°C o più comprendente silicio, ossigeno e carbonio legati chimicamente con il vetro sostanzialmente libero da legami chimici tra atomi di ossigeno e di carbonio; il vetro essendo prodotto da un processo comprendente: riscaldare una resina metilsiliconica precursore formata da gruppi M e Q in un rapporto di circa 0,7:1 o più, in un’atmosfera non ossidante ad una temperatura che pirolizzi la resina, detto riscaldamento essendo eseguito per un periodo di tempo terminante quando la perdita di peso dalla resina pirolizzante sostanzialmente si stabilizza. 20. A composition of translucent glass which remains structurally stable at temperatures of about 1250 ° C or more comprising silicon, oxygen and carbon chemically bonded with the glass substantially free of chemical bonds between oxygen and carbon atoms; the glass being produced by a process comprising: heating a precursor methyl silicone resin formed by groups M and Q in a ratio of about 0.7: 1 or more, in a non-oxidizing atmosphere to a temperature that pyrolyzes the resin, said heating being carried out for a period of time ending when the weight loss from the pyrolyzing resin substantially stabilizes. 21. Composizione di vetro che rimane strutturalmente stabile a temperature di circa 1250°C o più comprendente silicio, ossigeno e carbonio legati chimicamente con il vetro sostanzialmente privo di legami chimici tra atomi di ossigeno e carbonio; il vetro essendo prodotto da un processo comprendente: riscaldare una resina metilsiliconica precursore formata da gruppi M e Q in un rapporto a circa 0,7:1 in atmosfera non ossidante ad una temperatura che pirolizzi la resina, detto riscaldamento essendo eseguito per un periodo di tempo terminante quando la perdita di peso dalla resina pirolizzante sostanzialmente si stabilizza. 21. A glass composition which remains structurally stable at temperatures of about 1250 ° C or more comprising silicon, oxygen and carbon chemically bonded with the glass substantially free of chemical bonds between oxygen and carbon atoms; the glass being produced by a process comprising: heating a precursor methyl silicone resin formed by groups M and Q in a ratio of about 0.7: 1 in a non-oxidizing atmosphere to a temperature that pyrolyzes the resin, said heating being performed for a period of time ending when the weight loss from the resin pyrolyzer substantially stabilizes. 22. Processo per formare un vetro comprendente riscaldare una resina raetilsiliconica precursore formata da unità M e Q in un rapporto fino a circa 0,7:1, in atmosfera non ossidante ad una temperatura che pirolizzi la resina, detto riscaldamento essendo eseguito per un periodo di tempo terminante quando la perdita di peso dalla resina pirolizzante sostanzialmente si stabilizza; detta resina pirolizzata formando un vetro dì ossicarburo di silicio che rimane sostanzialmente stabile a temperature di circa 1250°C o più. 22. A process for forming a glass comprising heating a precursor raethyl silicone resin formed from units M and Q in a ratio of up to about 0.7: 1, in a non-oxidizing atmosphere to a temperature that pyrolyzes the resin, said heating being performed for a period of time ending when the weight loss from the pyrolyzing resin substantially stabilizes; said pyrolyzed resin forming a silicon oxycarbon glass which remains substantially stable at temperatures of about 1250 ° C or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5328976A (en) * 1987-01-09 1994-07-12 Allied-Signal Inc. Carbon-containing black glass monoliths
WO1994020430A1 (en) * 1987-01-09 1994-09-15 Allied-Signal Inc. Carbon-containing black glass monoliths
US5629249A (en) * 1988-04-25 1997-05-13 Alliedsignal Inc. Silicon carboxide fibers from gel spinning cyclosiloxane polymer precursors
US5512359A (en) * 1990-01-12 1996-04-30 Alliedsignal Inc. High flexural strength ceramic fiber reinforced silicon carboxide composite
DE4112244A1 (en) * 1990-05-15 1993-11-18 Allied Signal Inc Fibre-reinforced glass composite with good high temp. resistance - comprises heat-resistant fibres with carbon@ coating and ceramic siloxane compsn.
CA2023380A1 (en) * 1990-08-16 1993-10-07 Roger Y. Leung Silicon carboxide fibers from gel spinning cyclosiloxane polymer precursors
US5244720A (en) * 1991-04-19 1993-09-14 Allied-Signal Inc. Fiber-reinforced glass composite for protecting polymeric substrates
DE69305869T3 (en) * 1993-03-12 2000-12-28 Allied Signal Inc REINFORCED SILICON CARBOXIDE COMPOSITE CONTAINING CERAMIC FIBERS COATED WITH BORNITRIDE
CA2155650C (en) * 1993-04-01 2004-08-03 Roger Yu-Kwan Leung High flexural strength carbon fiber reinforced silicon carboxide composite
DE19951375A1 (en) * 1999-10-26 2001-05-17 Fraunhofer Ges Forschung Glassy inorganic solid, process for the production of such a solid and its use

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