JPH0365527A - Silicon oxicarbide glass and its article - Google Patents

Silicon oxicarbide glass and its article

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JPH0365527A
JPH0365527A JP2141750A JP14175090A JPH0365527A JP H0365527 A JPH0365527 A JP H0365527A JP 2141750 A JP2141750 A JP 2141750A JP 14175090 A JP14175090 A JP 14175090A JP H0365527 A JPH0365527 A JP H0365527A
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JP
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resin
glass
weight
silicon
carbon
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JP2141750A
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Japanese (ja)
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Gary Mats Renlund
ガリー・マッツ・レンランド
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Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain a glass compsn. which is stable up to 1,650°C and does not decompose in an oxidizing or reducing atmosphere by compounding tetraoxysilicon, monocarbosiloxane, dicarbosiloxane, tetracarbosilicon and specific silicon, oxygen and carbon.
CONSTITUTION: This glass compsn. consists of about 34 to 48 wt.% tetraoxysilicon, about 11 to 29 wt.% monocarbosiloxane, about; 11 to 27 wt.% dicarbosiloxane, up to about 22 wt.% tetracarbosilicon and the silicon, oxygen and carbon distributed in the multiple atom units consisting of about 3 to 9 wt.% elementary carbon dispersed in a glass matrix. This glass has resistance to devitrification and is structurally stable up to at least 1,650°C. The term 'structurally stable' refers to a bulk material which holds the same microstructure at the high temp. of 1650°C described above from room temp.
COPYRIGHT: (C)1991,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 発明のを景 本発明はガラス組成物、特にケイ素、酸素および炭素か
らなるガラス組成物に係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to glass compositions, particularly glass compositions comprising silicon, oxygen and carbon.

非晶質(無走形)シリカは耐火ガラスであるが1100
℃より高温では容易に失i!S(結晶化)する。失透は
ガラスを構成している無秩序構造が規則化または結晶化
するここである。結晶化により、ガラス状シリメノの主
要な属性のひとつ、すなわち低熱膨張率が、他の望ま1
.い特什の多くと共に急激に低下する。このため、シリ
カガラス組成物中の失透に対する抵抗性を増大きせる方
法を求めて多くの研究が行なわれて来ている。
Amorphous (non-running) silica is fire-resistant glass, but it has a rating of 1100
It is easily lost at temperatures higher than ℃! S (crystallize). Devitrification is where the disordered structure that makes up the glass becomes ordered or crystallized. Crystallization allows one of the key attributes of glassy silimeno, namely its low coefficient of thermal expansion, to be combined with other desirable properties.
.. It declines sharply along with many of the special goods. For this reason, much research has been conducted in search of ways to increase the resistance to devitrification in silica glass compositions.

ケイ素、炭素および酸素の間の反応は広く研究されてい
る。ケイ素、炭素および酸素の系で起こる公知の反応の
中には酸素εケイ素が結合してシリカS iO2を形成
する反応がある。次いでシリカは、1100℃を越える
温度で結晶化してクリストバライトを形威し始める。ク
リストバライトは通常見られるシリカの鉱物形態のひと
つである。
The reaction between silicon, carbon and oxygen has been widely studied. Among the known reactions that occur in silicon, carbon and oxygen systems is the reaction in which oxygen ε silicon combines to form silica SiO2. The silica then begins to crystallize and form cristobalite at temperatures above 1100°C. Cristobalite is one of the commonly found mineral forms of silica.

炭素はイl在するシリカと反応することができ元素状の
炭素として残っている炭素はすべて600℃以上で空気
にさらされると容易に酸化する。
The carbon can react with the silica present and any remaining elemental carbon readily oxidizes when exposed to air at temperatures above 600°C.

ケイ素、炭素および酸素の反応の熱力学は、ガルブラン
セン(Gulbranscn、 E、A、)とジャンソ
ン(Jansson、 S、A、)により、1972年
「金属の酸化(Oy:1datlon ol’ Met
als) J第4巻、第3号の「ケイ素および炭素ケイ
素の高温酸化、還元および揮発反応(The tllg
h−Temperature 0xidat1on、 
Rcduction、 and Volat!l1za
tlon Reactions ol’ 5t11co
n and 5ilicon Carbide)Jで論
じられている。
The thermodynamics of the reaction of silicon, carbon and oxygen was described in 1972 by Gulbransen, E.A. and Jansson, S.A.
``High Temperature Oxidation, Reduction and Volatilization Reactions of Silicon and Carbon Silicon (The tllg
h-Temperature Oxidat1on,
Rcduction, and Volat! l1za
tlon Reactions ol' 5t11co
n and 5 ilicon carbide) J.

このガルブランセン(Gulbransen)らの熱力
学的解を斤により、1200℃でシリカと炭素が気体状
の一酸化ケイ素と一酸化炭素または固体状の炭化ケイ素
SiCを形成することが示された。しかし、ケイ素、酸
素および炭素を含有する物質の形成は予想されなかった
。ガルブランセン(Gulbranscn)らは、押売
性の一酸化ケイ素ガスが形成されるため1125℃以上
の還元性雰囲気中でシリカを使用することは推奨できな
いと結論している。同様に、酸素含有環境中で炭化ケイ
素を使用することも、炭化ケイ素の酸化のために激しい
酸化が起こる可能性があるので推奨されなかった。
Based on the thermodynamic solution of Gulbransen et al., it was shown that silica and carbon form gaseous silicon monoxide and carbon monoxide or solid silicon carbide SiC at 1200°C. However, the formation of materials containing silicon, oxygen and carbon was not expected. Gulbranscn et al. conclude that the use of silica in reducing atmospheres above 1125° C. is not recommended due to the formation of oppressive silicon monoxide gas. Similarly, the use of silicon carbide in an oxygen-containing environment was also discouraged as severe oxidation could occur due to oxidation of the silicon carbide.

1〜3%の炭素がシリカに添加されていて機能ト炭素変
性ガラス状シリカといわれる物質(本明細書中では「黒
色ガラス」という)がある。黒色ガラスの製法はスミス
(Smith)らの米国特許第3゜378.431号に
開示されている。すなわち、カーボワックスなどのよう
な炭素質の有機物をシリカに添加し、この混合物を約1
200℃でホットプレスして黒色ガラスを形成する。さ
らに、スミスニL!! (Sa+ith、 C,F6.
 Jr、)は、1973年5月、米国ニューヨーク州ア
ルフレッド(Airred)のアルフレッド大学(Al
l’red Univcrslty)博士論文「高純度
および化学的に置換したガラス状シリカの振動スペクト
ル(The Vlbrational 5pectra
 。
There is a material in which 1 to 3% of carbon is added to silica and is called functional carbon-modified glassy silica (herein referred to as "black glass"). A method for making black glass is disclosed in Smith et al., US Pat. No. 3,378,431. That is, a carbonaceous organic material such as carbowax is added to silica and the mixture is
Hot press at 200°C to form black glass. In addition, Smithni L! ! (Sa+ith, C, F6.
Jr.) was admitted to Alfred University (Alfred, New York, USA) in May 1973.
The Vibrational Spectrum of Highly Purified and Chemically Substituted Glassy Silica
.

rHlgh Purity and Che+*1ca
lly 5ubstituted Vltreous 
5ilicas)Jにおいて、赤外分光法により黒色ガ
ラスの特性を決定した。スミス(Smith)は、黒色
ガラス中の炭素が、ガラス中に分散した元素状炭素の外
に、カルボナト型の基中の酸素と結合していることを開
示している。カルボナト基とは、1個の炭素原子が3個
の酸素原子と結合している特定の結合様式を表わし、次
式の構造を有している。
rHlgh Purity and Che+*1ca
lly 5ubstituted Vltreous
The properties of black glass were determined by infrared spectroscopy in 5ilicas) J. Smith discloses that the carbon in the black glass is combined with oxygen in carbonato-type groups in addition to the elemental carbon dispersed in the glass. The carbonato group represents a specific bonding mode in which one carbon atom is bonded to three oxygen atoms, and has the structure of the following formula.

一部 \ −O / 一部 黒色ガラスの機械的強度は炭素を含まないシリカガラス
と類似しているが、黒色ガラスの失透に対する抵抗性は
、約1100℃で失透が始まる通常のシリカガラスと比
べて増大しており、黒色ガラスの失透は約1250℃で
始まる。黒色ガラスはその地大した熱安定性のためにガ
ラス状シリカが耐えられる温度より高温で使用すること
が可能である。
The mechanical strength of part \ -O / part black glass is similar to that of carbon-free silica glass, but the resistance to devitrification of black glass is lower than that of ordinary silica glass, which begins to devitrify at about 1100°C. devitrification of black glass begins at about 1250°C. Because of its great thermal stability, black glass can be used at higher temperatures than glassy silica can withstand.

「ニカロン(Nicalon) Jという商標で販売さ
れている工業的に製造された炭化ケイ素セラミック長繊
維では、m維を架橋するために約10%の酸素がm雑巾
に導入されている。架橋の後繊維を熱分解するが、この
際、酸素は非晶質の不純物として、恐らくはシリカの形
態で繊維の一部になるものと思われる。各種の環境中で
熱処理した後そのような繊維が示す劣化挙動は、マー(
Mah、 T、)らにより、1984年の「材料科学誌
(Journal of’Material 5cie
nce) J第19巻、第1191〜1201頁にある
rSiC繊維にカロン)の熱安定性(Thermal 
5tability of’ SICFibres (
N1calon−登録商標)〉」と題する論文に報告さ
れている。
In industrially produced silicon carbide ceramic long fibers sold under the trademark Nicalon J, approximately 10% oxygen is introduced into the m-rag to cross-link the m-fibers. The fibers are pyrolyzed, during which oxygen becomes part of the fibers as an amorphous impurity, probably in the form of silica.The degradation that such fibers exhibit after heat treatment in various environments The behavior is mer (
Mah, T. et al., 1984, Journal of Materials Science.
nce) J Vol. 19, pp. 1191-1201.
5tability of' SICFibres (
N1calon-registered trademark)''.

マー(Mah、 T、)らの発見によると、熱処理中の
環境条件にかかわりなく、「ニカロン(Nlcalon
) J繊維の強度は、この繊維を1200℃より高温に
さらすと劣化した。この繊維の劣化に伴って、酸化炭素
が繊維から失われ、繊維中ではβ−炭化ケイ素粒子が成
長した。
According to the findings of Mah, T. et al., “Ncalon
) The strength of the J fiber deteriorated when the fiber was exposed to temperatures above 1200°C. As the fiber deteriorated, carbon oxide was lost from the fiber, and β-silicon carbide particles grew within the fiber.

セラミック材料は、一般に、その高強度と低破壊靭性の
特徴とl−τ脆fi−半1助6示″4o破壊靭廿は材料
中の亀裂伝播に対コ]”る抵iz’+’、件−1ある。
Ceramic materials are generally characterized by their high strength and low fracture toughness and their resistance to crack propagation in the material. There is one case.

七、ンミックの脆性挙動を◆’i ’a& ’するひ、
;)の方法と12.τ巾・ラミック復合月が開発きれて
来ている。「ニプハ1ン(Nicalon)−1は優れ
た1でラミック繊維であるが1200’Cより高温7(
J劣化ずろ。望ま1.い機、械的特性を白’して′おり
1200℃よりかなり高いFIX度でも耐えることがで
ある住設セラミックマトリックス中に「ニカロン(N[
ealon) 、J繊維を−・休作することは、改良さ
れたセラミック冷含材を得るひとつの方法であろう。j
、か1.2、L記の識論から明らかなよう1ご、公知の
セ・ラミックまたはガラス組成物、特にケイ素、酸素お
よび炭素を含有する組成物の特性は、1100℃−・1
250℃lスー1の温度ではガラスまたはセラミックの
分解または失透によって劣化する。
7. ◆'i 'a&'
;) method and 12. The development of τ-width/Lamic combination has been completed. "Nicalon-1 is an excellent lamic fiber, but it can withstand temperatures higher than 1200'C (7)
J deterioration zuro. Desired 1. Nicalon (N[
ealon), J fibers may be one way to obtain improved ceramic cold fillers. j
, 1.2. As is clear from the theory in Section L, the characteristics of known ceramic or glass compositions, especially compositions containing silicon, oxygen and carbon, are as follows:
At a temperature of 250° C./l, deterioration occurs due to decomposition or devitrification of the glass or ceramic.

したがって、本発明の目的は、ケ・イ素、酸素および炭
素からなり、炭素原子のかなりの部分がリイ素原子に結
合(5,ており残りの炭素が元素状の炭素としてガラス
マトリックス中に分散1.゛(いるようなガラスを製a
:fii”る111−である。にのよ・)なガーノスX
11成物は、少なくとち1650℃までの温10:°で
、構;:!5的安宇H= 、3保持するとJ(に酸化性
または還元外界囲気中で分jlギもない。
Therefore, the object of the present invention is to provide a glass matrix consisting of silicon, oxygen and carbon, with a significant portion of the carbon atoms bonded to the silicon atoms (5,5) and the remaining carbon dispersed in the glass matrix as elemental carbon. 1. Make a glass that looks like
:fii"ru 111-. Ninoyo...) na Ganos X
11 composition at temperatures up to at least 1650°C;:! When 5 H = , 3 is held, there is no oxidizing or reducing effect on J (in the surrounding atmosphere).

本発明のも・)ひ、!ニー:)の「1的は、そ0ような
ケイ素、酸素および炭素からなるガラスをメチルシリ1
− ン樹脂の熱分解によノて製に:!する方決である。
The present invention also...) Hi! Ni:)'s ``1st example is methyl silicate glass made of silicon, oxygen, and carbon.
- Manufactured by thermal decomposition of resin:! The decision is to do so.

本発明のさらに別の目的は、そのような′fイ素、酸素
4、Sよび炭素からなるガラスから物品を製j;iする
方決である。
Yet another object of the invention is a method of making articles from such glasses consisting of ion, oxygen, S and carbon.

発明の簡iliな説明 本発明者は、シリ:1−ン樹脂の中に、非酸化性雰囲気
中で熱分解することによ−)で、j、二〜りなガラス組
成物をΔ1ノ造−(” eるt〕のがあることを発見I
7゜た6驚くべきことに、このようなシリコーン樹脂を
非酸化性雰囲気中で熱分解する占シリカ、クリストバラ
・fl・、炭化ケイ素、−酸化炭素またはンリカと炭素
の混合物は生成しないことがtl+明(7た。
BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The present inventor has prepared a glass composition of Δ1 in silicone resin by thermal decomposition in a non-oxidizing atmosphere. I discovered that there is a (“erut”)
Surprisingly, thermal decomposition of such silicone resins in a non-oxidizing atmosphere does not produce mixtures of silica, cristobala, silicon carbide, carbon oxide or phosphoric acid with carbon. tl+light (7ta.

本発明のガラスを作y戊するには、メチルシリコーン樹
脂を熱分解するこεによって、ケイ素、酸素および9:
累からなりそθ)炭素原子のかなりの部分がケイ素原子
と化学結合しているガラスを形成させる。本発明のひと
つの方法では、メチルシリコーン樹脂を非酸化性雰囲気
中で加熱してその樹脂を熱分解さゼる。4明細書中で使
用する「非酸化性雰囲気」とは、熱分解中に起こる反応
に影響を及ぼすことなく熱分解する樹脂から反応生成物
を除去するような雰囲気をいう。そのような非酸化性雰
囲気の例は、ヘリウム、アルゴンまたは窒素のような本
活性雰囲気と、水素などのような還元件雰囲気である。
To prepare the glass of the present invention, silicon, oxygen and 9:
θ) Forms a glass in which a significant portion of carbon atoms are chemically bonded to silicon atoms. In one method of the present invention, methyl silicone resin is heated in a non-oxidizing atmosphere to pyrolyze the resin. 4 As used herein, "non-oxidizing atmosphere" refers to an atmosphere that removes reaction products from the pyrolyzed resin without affecting the reactions that occur during pyrolysis. Examples of such non-oxidizing atmospheres are active atmospheres such as helium, argon or nitrogen, and reducing atmospheres such as hydrogen and the like.

熱分解に先立つ゛C樹脂を架橋しておくと約10−4気
圧以−ドの圧力をYずする減圧下または真窄中でも熱分
解が起こり得6゜本発明の方法で便用するのに適jたメ
チルシリコーン樹脂は、米国特許第4.026,868
句(引用により本明細書に3ま■“る)に記載1されて
いる方法によって製造することができる。
If the C resin is cross-linked prior to thermal decomposition, thermal decomposition can occur under reduced pressure of about 10-4 atmospheres or higher or even in a true confinement. A suitable methyl silicone resin is disclosed in U.S. Pat. No. 4,026,868.
It can be produced by the method described in Section 1 (herein incorporated by reference).

メチルシリコーンはケイ素原子に結合し、たメチル基を
有するシロキザン鎖から構成さ41ている。
Methyl silicone is composed of siloxane chains with methyl groups bonded to silicon atoms.

シロキザン鎖はケ゛イ素原−fと酸素原子の交ri、結
合を菖f’T I/Cおり次の構造を形成17ている。
The siloxane chain has the following structure 17 formed by the intersection of the silicon atom -f and the oxygen atom, and the bond f'T I/C.

このシロキザン鎖上にはポリメチルポリシロキサンを形
成するい(つかのメチル量の組合せが存在L i!?る
On this siloxane chain, there are some combinations of methyl amounts that form polymethylpolysiloxane.

ポリメチルボリシDギサ〉・における基本的な単侍構;
;zはI・リメPルシロキシ、ジメチルシロキシ、およ
び七ノメチルシロキザンである。シロキサン消の末端に
ある単官能性のトリメチルシロキシlli位は次の+:
i造をもっている。
Basic single samurai structure in polymethylborish Dgisa〉・
;z is I.limePrusiloxy, dimethylsiloxy, and heptanomethylsiloxane. The monofunctional trimethylsiloxylli position at the end of the siloxane chain is as follows:
I have an i-structure.

ジメチルシロキシは鎖か環を構成する二%C能性のQi
位であって次の横這を有する。
Dimethylsiloxy has 2% C-ability Qi that constitutes a chain or ring.
and has the following horizontal positions:

モノメチルシロキサンは三官能性の単位で、シロキサン
鎖を伸ばすばかりでなく踏量の架橋もし、次の構造をも
っている。
Monomethylsiloxane is a trifunctional unit that not only extends the siloxane chain but also crosslinks a large amount, and has the following structure.

また、メチルシリコーン樹脂は次の構造を有する非置換
の四官能性単位も含有し得る。
The methyl silicone resin may also contain unsubstituted tetrafunctional units having the structure:

−0−3i−0− これらの単位構造からポリマー構造を組立ててケイ素原
子当たり所望の数のメチル基を有するポリメチルポリシ
ロキサンを形成することができる。
-0-3i-0- Polymer structures can be assembled from these unit structures to form polymethylpolysiloxanes having the desired number of methyl groups per silicon atom.

メチル基とケイ素原子の比を変えることによって、多か
れ少なかれ有機置換基としてメチル基を有するいろいろ
なメチルシリコーン樹脂が生成する。
By varying the ratio of methyl groups to silicon atoms, different methyl silicone resins are produced having more or less methyl groups as organic substituents.

メチルシリコーン樹脂は通常メチル基とケイ素原子との
比が約2:1以下である。本発明で使用するメチルシリ
コーン樹脂は約5重量%のジメチルシロキシと約95重
量%のモノメチルシロキシとから成り、これを本明細書
中ではメチルシリコーン前駆体樹脂といい、時には前駆
体樹脂または樹脂ということもある。
Methyl silicone resins typically have a ratio of methyl groups to silicon atoms of about 2:1 or less. The methylsilicone resin used in the present invention consists of about 5% by weight dimethylsiloxy and about 95% by weight monomethylsiloxy, and is referred to herein as methylsilicone precursor resin, sometimes referred to as precursor resin or resin. Sometimes.

熱分解中、ガスが発生して樹脂の重量損失を引き起こす
と共に樹脂は高密度化する。熱分解反応の完了は、熱分
解する樹脂の重量がほぼ一定になったときである。熱分
解中の重量損失は約11〜35%と測定された。メチル
シリコーン前駆体樹脂は約900〜1600℃の範囲の
温度で熱分解できることが判明した。
During pyrolysis, gas is evolved causing weight loss of the resin and the resin densifies. The pyrolysis reaction is completed when the weight of the pyrolyzed resin becomes approximately constant. Weight loss during pyrolysis was determined to be approximately 11-35%. It has been found that the methyl silicone precursor resin can be thermally decomposed at temperatures in the range of about 900-1600<0>C.

本発明の方法によって生成するガラスは独特な性質と特
性をもっている。これらのガラスは、少なくとも165
0℃までの温度で、結晶化することがなく、しかも酸化
性または還元性の雰囲気中で分解しない。さらに、本発
明のガラス内に存在する炭素のかなりの部分がケイ素に
結合し、残りはガラスマトリックス内部に分散した元素
状炭素として存在しており、検出可能なカルボナト基は
存?’ELない。本発明のガラス中で見られる炭素−ケ
イ素結合は従来のシリカガラス中では未知のものである
。シリカガラス、特に黒色ガラス中の炭素は、シリカマ
トリックス中に未結合元素として、またはカルボナト基
中で酸素に結・合している炭素として存在することが知
られているだけである。
The glasses produced by the method of the invention have unique properties and properties. These glasses are at least 165
It does not crystallize at temperatures up to 0°C and does not decompose in oxidizing or reducing atmospheres. Furthermore, a significant portion of the carbon present within the glasses of the present invention is bonded to silicon, with the remainder existing as elemental carbon dispersed within the glass matrix, with no detectable carbonate groups present. 'There is no EL. The carbon-silicon bonds found in the glasses of the present invention are unknown in conventional silica glasses. Carbon in silica glasses, especially black glasses, is only known to exist as an unbonded element in the silica matrix or as carbon bonded to oxygen in carbonato groups.

本発明の方法によって形成され、上記のようにユニーク
な性質によって特徴付けられるガラスは、本明細書中で
オキシ炭化ケイ素ガラスという。
Glasses formed by the method of the invention and characterized by unique properties as described above are referred to herein as silicon oxycarbide glasses.

メチルシリコーン前駆体樹脂を熱分解すると、ケイ素、
酸素および炭素の原子間で電子が連続的に」(有される
ことを特徴とするオキシ炭化ケイ素ガラスが生成する。
When methyl silicone precursor resin is thermally decomposed, silicon,
A silicon oxycarbide glass is produced which is characterized by having electrons "continuously" between oxygen and carbon atoms.

オキシ炭化ケイ素ガラスにおいてケイ素原子は4種の多
原子単位中に存在する。
In silicon oxycarbide glasses, silicon atoms are present in four types of polyatomic units.

本明細書中でテトラオキシケイ素と呼ぶひとつのi1i
位では、ケイ素原子が4個の酸素原子に結合している。
One i1i, herein referred to as tetraoxysilicon
At this position, a silicon atom is bonded to four oxygen atoms.

本明細書中でモノカルボシロキサンと呼ぶ第二の単位で
は、ケイ素原子は3個の酸素原子と1個の炭素原子に結
合している。本明細書中でジカルボシロキサンという第
三の単位では、ケイ素原子は2個の酸素原子と2個の炭
素原子に結合している。第四の単位(本明細書中ではテ
トラカルボケイ素という)では、ケイ素原子が4個の炭
素原子に結合している。熱分解した前駆体樹脂は、これ
らの多原子単位、すなわち、約34〜44重量%のテト
ラオキシケイ素、約19〜29重量%のモノカルボシロ
キサン、約17〜27重量%のジカルボシロキサン、約
6重量%までのテトラカルボケイ素がマトリックス中に
分布しており、ガラスマトリックス内部に原子または小
クラスターとして分散した約3〜9重量%6の元素状炭
素を含むガラスを形成する。これらの単位は主としてケ
イ素−酸素結合によって結合しており、炭素原子と酸素
原子との間の結合はとるにたりないほどの小数である。
In the second unit, referred to herein as monocarbosiloxane, the silicon atom is bonded to three oxygen atoms and one carbon atom. In the third unit, herein referred to as dicarbosiloxane, the silicon atom is bonded to two oxygen atoms and two carbon atoms. In the fourth unit (referred to herein as tetracarbosilicon), a silicon atom is bonded to four carbon atoms. The pyrolyzed precursor resin contains these polyatomic units: about 34-44% by weight tetraoxysilicon, about 19-29% by weight monocarbosiloxane, about 17-27% by weight dicarbosiloxane, about Up to 6% by weight of tetracarbosilicon is distributed in the matrix, forming a glass containing about 3 to 9% by weight of elemental carbon dispersed as atoms or small clusters within the glass matrix. These units are connected primarily by silicon-oxygen bonds, with only a small number of bonds between carbon atoms and oxygen atoms.

また、このガラスは、ケイ素原子の約56〜66%が少
なくとも1個の炭素原子に結合し、約3〜9重量%の炭
素がガラスマトリックス内に原子または小クラスター状
態で分散した元素状炭素と′C存在゛4゛るオキシ炭化
ケイ素ガラス、’:l、τil1合1.たケイ素、酸素
および炭素nx’+を酸物ともい・)1−εができる。
The glass also has about 56% to 66% of the silicon atoms bonded to at least one carbon atom, and about 3% to 9% by weight of carbon with elemental carbon dispersed within the glass matrix in the form of atoms or small clusters. Oxysilicon carbide glass with carbon present 4, ':l, τil1, 1. When silicon, oxygen, and carbon nx'+ are called oxides, 1-ε is formed.

オキシ炭化′1′イ素ガラスの物品を作成する(、は、
熱分解I7た樹脂を粉砕1.で粉末とする、−4とが、
l?;!、i、次にそのオキシ炭化ゲイ素粉木夕・ホッ
トブlノスにより圧密化1.′C物品を形成する。ボッ
ドブ1ノスのひεつの方法は、約1550−・・165
0℃で粉末に少な(とも5ksiの一軸外(一方向)圧
カタかけることである。この、J′、うな圧力と温it
 i;i iΩ;密度化I、た物品舎形成する0に充分
である。
Making an article of '1' oxycarbide glass (,
Pulverize the pyrolyzed resin 1. -4 and powdered with
l? ;! , i, then consolidated with the gay oxycarbide powder 1. 'C form the article. One method of bodb1nos is about 1550-...165
This means applying a small off-axis (unidirectional) pressure of 5 ksi to the powder at 0°C.
i; i iΩ; densification I, which is sufficient for 0 to form an object.

また、成形品はメチルシリコーン前駆体樹脂から直接形
成することもできる。まず、樹脂をトルエンなどのよう
な溶剤に溶解した後γ−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン 添加して樹脂を架橋する。こm溶液を所望の形状に注型
(キャスト)し、室21まで乾燥・硬化きせる。
Molded articles can also be formed directly from the methyl silicone precursor resin. First, a resin is dissolved in a solvent such as toluene, and then γ-aminopropyltriethoxysilane is added to crosslink the resin. The solution is cast into a desired shape and allowed to dry and harden up to the chamber 21.

この架橋した樹脂を本明細書中に記載しまたようにして
非酸化性雰囲気中でゆっくり熱分解する。熱分解は、ガ
スが発生して樹脂の重ja損失が起こる/:: 、;に
ボイドや泡か生成4るのを回避するような低速−C・・
す施4゛る。熱分解4″る樹脂の重量が安定したら熱分
解は完了である。こうして、架橋した樹脂は高密度化1
,て、約3〜9市L1%のテトラオキシケイ素、約11
・・・211重部のモノカルポジ+1キリン、約11=
21重73%のジカルボシロ、1′〜ザン、約12−2
2重量%のテトラカルボケイ素からなる多原子il1位
が分布1,2ており、約3〜9市L1%の元素状炭素が
ガうスマトリックλ内に原−r− :1:たは小クラス
ターとI7て分散しているオキシ炭化ケイ素ガラスを形
成する。架橋lまた前駆体樹脂から形成される第4シ炭
化′rイ素ガラスは、本明細書中で、架橋樹脂オキシ炭
化ケイ素ガラスと称する。
This crosslinked resin is slowly pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere as described herein. Thermal decomposition is carried out at a low rate to avoid the formation of voids and bubbles in the gas and heavy loss of resin.
It costs 4. Thermal decomposition is complete when the weight of the pyrolyzed resin stabilizes.In this way, the crosslinked resin becomes densified 1.
, about 3 to 9 L1% tetraoxysilicon, about 11
...211 heavy parts of monocarposi + 1 giraffe, about 11 =
21 weight 73% dicarbosyl, 1'~zan, about 12-2
The polyatomic il 1 position consisting of 2% by weight of tetracarbosilicon is distributed in the 1st and 2nd positions, and about 3 to 9% L1% of elemental carbon is present in the matrix λ with an elementary -r-:1: or small Clusters and I7 form a dispersed silicon oxycarbide glass. The crosslinked silicon oxycarbide glasses formed from the precursor resins are referred to herein as crosslinked silicon oxycarbide glasses.

架橋樹脂オキシ炭化ケイ素ガラスは、また、ケイ素原子
の約52〜・62%が少なくとも1個の炭素原子に結合
し、約3〜9ffij1%の炭素がガラスマトリックス
内に原子または小クラスタ〜状態で分散し,た元素状炭
素2二15で存在するオキシ炭化ケイ素ガラスと1,て
集合したケイ素、酸素および炭素の組成物とも1うこh
 bできる。
Crosslinked resin oxysilicon carbide glasses also include about 52-62% of the silicon atoms bonded to at least one carbon atom, and about 3-9ffij1% of the carbon dispersed within the glass matrix in atoms or small clusters. However, the composition of silicon, oxygen and carbon assembled together with silicon oxycarbide glass present in elemental carbon 2215 is also 100%.
b I can.

メチルシリコーン前駆体樹脂は、完全ではなく任意の程
度に架橋1,た状態にすることができる。
The methyl silicone precursor resin can be crosslinked to any degree but not completely.

そのような部分的に架橋した樹脂は、本発明の方法に従
って熱分解すると、前述の組成物の中間体に当たるオキ
シ炭化ケイ素ガラス組成物を形成することができる。1
,たがって、約34〜48重量%のテトラオキシケイ素
、約11〜29重量%のモノカルボシロキザン、約11
=27重以%のジカルボシロキザン、約22重量%まで
のテトう力Lボケイ累からなる多原子単位が分布してお
り、約3〜9重量%の元素状炭素がガラスマトリックス
内に原子または小クラスターとして分散しているオキシ
炭化ケイ素ガラスを形成することができる。
Such partially crosslinked resins, when pyrolyzed according to the method of the present invention, can form silicon oxycarbide glass compositions that are intermediates in the aforementioned compositions. 1
, thus about 34-48% by weight tetraoxysilicon, about 11-29% by weight monocarbosiloxane, about 11% by weight
= 27% by weight or more of dicarbosiloxane, up to about 22% by weight of polyatomic units consisting of tetroactive L-bodies are distributed, and about 3-9% by weight of elemental carbon is atomically distributed within the glass matrix. Or silicon oxycarbide glasses can be formed that are dispersed as small clusters.

きらにまた、士.記のようなオキシ炭化ケイ素ガラスは
、ケイ素原子の約52〜66%が少なくとも1側の炭素
力″J工了・に結合1,、約3〜・9重量%の炭素がガ
ラスマトリックス内に原子または小クラスター状態で分
散j,ているオキシ炭化ケイ素ガラスとして集合1−た
ケイ素、酸素および炭素の組成物というこεもできる。
Kiranimata, Shi. Silicon oxycarbide glasses, such as those described above, have approximately 52% to 66% of the silicon atoms bonded to carbon forces on at least one side, and approximately 3% to 9% by weight of carbon atoms within the glass matrix. Alternatively, it can also be referred to as a composition of silicon, oxygen and carbon aggregated as a silicon oxycarbide glass dispersed in small clusters.

架橋前駆体樹脂溶液は引き伸ばして繊維にすることもで
きる。すなわち、固体状物体をその樹脂溶液中に浸漬1
,た後その溶液から引抜いて樹脂のストランドを形成す
ることができるような粘度になるまで、前駆体樹脂溶液
の架橋を進行さぜる。
The crosslinked precursor resin solution can also be drawn into fibers. That is, a solid object is immersed in the resin solution.
Crosslinking of the precursor resin solution is allowed to proceed until the viscosity is such that it can then be pulled out of the solution to form a strand of resin.

次に、そのような浸漬工程によって樹脂溶液を引き伸ば
して繊維を形成するこたができる。あるいは、樹脂溶液
を多少減圧にしたテフロンチコーブ内で引き仲ばずこと
ができる。樹脂が硬化してトルエンが蒸発するとm維が
119縮し、そのチューブから突き出ずことができる。
Such a dipping step then allows the resin solution to be stretched to form fibers. Alternatively, the resin solution can be strained in a Teflon cove under somewhat reduced pressure. When the resin hardens and the toluene evaporates, the m-fibers shrink and do not protrude from the tube.

繊維はJ[12扱いを容易にするために約50’Cに加
熱することによって充分に架橋させるこ,とができる。
The fibers can be fully crosslinked by heating to about 50'C to facilitate J[12 handling.

その後、前述のようにして非酸化性雰囲気中または減圧
下でこの繊維を熱分解させる。
The fibers are then pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere or under reduced pressure as described above.

オキシ炭化うイ索ガラスとセラミックフィラー−のマト
リックス中にセラミックファイバーをaするセラミック
扱合材を形成することができる。すなわち、前駆体樹脂
を溶剤に溶解し、その溶液中にセラミック粒子を分散さ
せて溶浸材スラリーを形成する。粒子状のセラミックフ
ィラーは熱分解中の複合材マトリックスの収縮を制御す
るもので、使用するファイバー強化材とそのマトリック
スが適合するように選択することができる。セラミック
フィラーの例をいくつか挙げると、粉末炭化ケイ素、ケ
イ藻土およびムライトといわれるアルミノケイ酸塩2S
i0  ・3A1203がある。
A ceramic composite material can be formed that includes ceramic fibers in a matrix of oxycarbide glass and ceramic filler. That is, a precursor resin is dissolved in a solvent, and ceramic particles are dispersed in the solution to form an infiltrant slurry. The particulate ceramic filler controls the shrinkage of the composite matrix during pyrolysis and can be selected to be compatible with the fiber reinforcement used and the matrix. Some examples of ceramic fillers include powdered silicon carbide, diatomaceous earth, and aluminosilicate 2S called mullite.
There is i0 3A1203.

セラミックファイバーもしくはその束またはファイバー
のクロスを、攪拌下の溶浸材スラリーを通して引く。セ
ラミックファイバーの例をいくつか挙げると、カーボン
ファイバー、炭化ケイ素ファイバーおよびアルミノホウ
ケイ酸塩ファイバーがある。含浸したファイバーを次に
成形し、乾燥して溶剤を蒸発させる。ひとつの成形法で
は、含浸したファイパルをドラムに螺旋状に巻きつけて
パネルを形成する。熱と圧力をかけることによってファ
イバーの層を圧密化してセラミックファイバーを取囲む
連続の樹脂マトリックスを形成することができる。次に
、この複合材を前述のようにして非酸化性雰囲気中また
は減圧下で熱分解する。
A ceramic fiber or bundle or cloth of fibers is drawn through the agitated infiltrant slurry. Some examples of ceramic fibers are carbon fibers, silicon carbide fibers, and aluminoborosilicate fibers. The impregnated fibers are then shaped and dried to evaporate the solvent. One molding method involves spirally wrapping impregnated Fipal around a drum to form a panel. By applying heat and pressure, the layers of fibers can be consolidated to form a continuous resin matrix surrounding the ceramic fibers. The composite is then pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere or under reduced pressure as described above.

樹脂は高密度化して、セラミックファイバーを結合する
実質的に非晶質のオキシ炭化ケイ素ガラスになってファ
イバーの回りに連続したマトリックスを形成する。セラ
ミックフィラーは使用する熱分解温度に応じてガラス中
に分散したり、部分的に焼結したり、または完全に焼結
したりする。
The resin is densified into a substantially amorphous silicon oxycarbide glass that bonds the ceramic fibers to form a continuous matrix around the fibers. Ceramic fillers can be dispersed in the glass, partially sintered, or completely sintered, depending on the pyrolysis temperature used.

場合によって、複合材中の気孔率を低下させるために、
溶剤に溶かした前駆体樹脂の溶液をセラミック曳合材に
再溶浸させることができる。すなわち、複合材を減圧下
で再溶浸材溶液中に入れる。
In some cases, to reduce porosity in composites,
The ceramic composite material can be re-infiltrated with a solution of the precursor resin dissolved in a solvent. That is, the composite is placed in a re-infiltrant solution under reduced pressure.

複合材の気孔中に溶液を詰込むためには溶液に圧力をか
ける。再溶浸の後、トルエンを蒸発させ、再溶浸した複
合材を前記と同様にして非酸化性雰囲気中または減圧下
で熱分解する。再溶浸と熱分解は、マトリックス中に所
望の程度の密度が得られるまで必要なだけの回数繰返す
ことができる。
Pressure is applied to the solution to pack it into the pores of the composite. After re-infiltration, the toluene is evaporated and the re-infiltrated composite is pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere or under reduced pressure as described above. Re-infiltration and pyrolysis can be repeated as many times as necessary until the desired degree of density is achieved in the matrix.

セラミックフィラーを結合する非晶質のオキシ炭化ケイ
素ガラスのマトリックスはセラミックファイバーを包囲
し、少なくとも1650℃までの温度の酸化性および還
元性の雰囲気中で分解からセラミックファイバーを保護
する。オキシ炭化ケイ素ガラスの不活性な性質は、セラ
ミックファイバーと反応したりその性質を劣化させたり
しないでセラミックファイバーを容易に受入れることが
t、11明した。その粘果、適当なセラミックフィラー
を含有するオキシ炭化ケイ素ガラスは公知のいかなるセ
ラミックファイバーに対してもマトリックス材料として
使用することができる。
A matrix of amorphous silicon oxycarbide glass bonding the ceramic filler surrounds the ceramic fibers and protects them from decomposition in oxidizing and reducing atmospheres at temperatures up to at least 1650°C. The inert nature of silicon oxycarbide glasses has been shown to readily accommodate ceramic fibers without reacting with them or degrading their properties. The viscous, silicon oxycarbide glass containing a suitable ceramic filler can be used as a matrix material for any known ceramic fibers.

本発明に関する以下の説明は添付の図面を参照した方が
理解し易いであろう。
The following description of the invention will be better understood with reference to the accompanying drawings.

発明の詳細な説明 ガラスは、それがもつ2つの基本的な特徴によって定義
することができる。ひとつは、ガラスが極端に粘稠な過
伶却液体から形成されることであり、もうひとつは、ガ
ラスを形成する液体が近距離秩序をもって重合した網目
構造をaすることである。本発明のガラスは過冷却液体
から形成されることはないが、近距離秩序の網目横道を
もっている。本発明のガラスは、液体を過冷却する代わ
りに、メチルシリコーン前駆体樹脂を非酸化性雰囲気中
で熱分解することにより形成される。しかし、本発明の
ガラスは従来のガラスと同じく近距離秩序配列特性をも
っている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Glass can be defined by two basic characteristics. One is that glass is formed from extremely viscous liquids, and the other is that the glass-forming liquid forms a polymerized network with short-range order. Although the glasses of the present invention are not formed from supercooled liquids, they do have short-range ordered network channels. The glasses of the present invention are formed by pyrolyzing a methyl silicone precursor resin in a non-oxidizing atmosphere instead of subcooling the liquid. However, the glass of the present invention has the same short-range ordering properties as conventional glasses.

本発明で使用する好ましいメチルシリコーン樹脂は主と
してモノメチルシロキサン単位からなるが、そのiB位
の多くは1つの酸素原子上に水素原子をもつ、すなわち
ヒドロキシル基を含有している。樹脂中で架橋が生起す
るとき、ヒドロキシル基が反応してケイ素原子と酸素原
子との間の結合が形成されると共に水が生成する。前述
の米国特許第4,026,868号の方法に従って作成
される他のシリコーン樹脂も、熱分解によって、ケイ素
、酸素および炭素からなり、炭素がケイ素に結合してい
て(ただしいくらかの元素状炭素がガラスマトリックス
中に存在していてもよい)、カルボナトを含まない独特
なガラスを形成することができるということがiす明し
ている。
Preferred methylsilicone resins for use in the present invention consist primarily of monomethylsiloxane units, many of whose iB positions have a hydrogen atom on one oxygen atom, ie, contain a hydroxyl group. When crosslinking occurs in the resin, hydroxyl groups react to form bonds between silicon and oxygen atoms and water is produced. Other silicone resins made according to the method of the aforementioned U.S. Pat. No. 4,026,868 also consist of silicon, oxygen and carbon, with the carbon bonded to the silicon (but with some elemental carbon), by pyrolysis. may be present in the glass matrix), it has been shown that unique carbonate-free glasses can be formed.

シリコーン樹脂は近距離秩序の三次元構造をもっている
。また、シリ1−ン樹脂は’t7(ハ化学17i論組成
によ−)て記載する、′、ll・がで′:ちる。シリ:
1 ゛/樹脂中の化学1;i論単位jま酸素1にを千、
1)よび右“機1基1.゛結合したケイ素原子をへh1
7.でいる。これらσ)基は−・価の炭化水素量および
ハ111117ゲン化されノJ−・価の炭化水素基から
形成Sれ、た、!゛えば1.1〜・8個の炭素原子を1
′fするアルギール基、5−10個0)炭素原子をQ−
するシクl″J−rルキル括、アルケ;、ノド基(ビニ
ル、アルキルなど)、ソツ素化されt、装置p炭化水素
、ム((トリソル第1′Iブ17ビルなど) 、;I;
、、t”びフJ、ニル基である。
Silicone resin has a three-dimensional structure with short-range order. In addition, silicone resin is described as 't7 (according to Chemistry 17i theoretical composition). Siri:
1 ゛ / Chemistry in resin 1; i-theoretical unit j, oxygen 1 to 1,000,
1) and the right "machine 1 group 1." the bonded silicon atom to h1
7. I'm here. These σ) groups are formed from a --valent hydrocarbon amount and a 111117-genated J--valent hydrocarbon group. For example, 1.1 to 8 carbon atoms are 1
'f Argyl group, 5-10 0) carbon atoms Q-
cyclyl group, alkyl;, a group (vinyl, alkyl, etc.);
, t'' and FJ are nyl groups.

本明細I+中では、シリコトーン樹脂中の4挿の駄本L
li(立を、ケイ素原二rが1個0)酵素原−F−と3
個tノ)有磯肚に結合12ているM残基、ゲイ素原子が
2個の酸素原子と2個のa機JJ+、″′結合している
■)残基、ケイ素原子が3個の酸素原子と1個的白機、
基(、二結合してもするT残基、およびケイ素原rが4
個の酸素原子に結合17ているΩ残基と称する。熱分解
てガラスを形成できるミ/す:J−ン樹脂は、有機基と
ケイ素原子の比が約0.5:1と約1.7:1σ)間に
なるよ’J f、−、、、、M残基、′r残2.(、D
残、基およびΩ残]、(を組合セCg; i−+’ t
−r イル。
In this specification I+, four inserts of dubon L in silicotone resin are used.
li (standing, 1 silicon base 2r 0) zymogen-F- and 3
Individual tノ) 12 M residues are bonded to Arisobu, the gay atoms are bonded to 2 oxygen atoms and 2 a-type JJ+, ■) Residues, silicon atoms are bonded to 3 An oxygen atom and a single white machine,
group (, T residue which also has two bonds, and silicon atom r is 4
It is called an Ω residue bonded to 17 oxygen atoms. Mineral resins that can be thermally decomposed to form glass have a ratio of organic groups to silicon atoms between about 0.5:1 and about 1.7:1σ). , , M residue, 'r residue 2. (,D
remainder, group and Ω remainder], (combining Cg; i-+' t
-r il.

本発明のガラスは失待に抵抗C7、少なくεも1650
℃の温度ま“C構造的1.’:安定の;!:!である。
The glass of the present invention has a resistance to failure of C7 and an ε of less than 1650.
The temperature in °C is "C structural 1.': stable;!:!.

「横這的に安定lという用語は、室温から前記のS≦l
Rまでおなじミクn構義を本質的に保t!jするバルク
な材料をさす′し、これは、ミクロ構造に小さな貸化が
あって#、よいことを意味する。他の部分は非晶72で
あるマトリックス中に約100オンゲストし1−ムまで
の小ぎい粘晶化領域が形成されるといったような小、さ
な弯化は、バルンな材t(の性質にを害な悪影響を及ぼ
i\ない(たが−って、本発明C7′)横這的に安定な
ガラスは木質的に非晶質であるが、ガラス西部に、t5
・”とえばグラフフィト、クリストバライI−1:7−
は炭化ケイ素の小さな結晶化領域をa自−1,でいl:
・す、あるいはガラス表面」−“8に少Inのクリス]
・パライトを6W 1.、ていたりしてもよい。
``The term ``stable horizontally'' means that from room temperature to the above S≦l
Essentially keeping the same Miku n structure up to R! It refers to a bulk material that has a certain amount of structure, which means that the microstructure has small cracks. Small and small curvatures, such as the formation of small viscocrystalline regions of about 100 to 1 mm in a matrix that is otherwise amorphous, are due to the nature of the balloon material. The horizontally stable glass is woody and amorphous, but in the western part of the glass, t5
・”For example, Graffito, Cristobalai I-1:7-
is the small crystallized region of silicon carbide a -1, and l:
- Or the glass surface” - “Chris from 8th grade”
・6W of Palite 1. , may be used.

い。stomach.

オキジ炭化りイ累ガラス物品は本発明のいく一つかの方
法に従−」で作成する。てとができる。ひとつtD 5
法では、坊分解した樹脂を粉砕)1.τ、0. 1−・
−2ミク〔1ン、tでの範囲の粒度をf−a’−dる粉
末icy: ”iJ−る。0.1〜2ミクロンのオキシ
炭化ケイ素粒度をjするには、°ア”l・リションミル
や遊J?ミルなどのような粉1i′/Igが使用される
。アトリシッンミルで粉砕するには、約5206の液体
(たとえば水)、約35%の粉砕媒体(た占えげ、粉砕
(7たい材料より硬いII″f径1.2開の球など)、
および残りを占める粉砕されたオギシ炭化ケ”イ素ガラ
ス粒子からなる溶液をインペラーで攪1’l’する溶液
を1゜00rpmのインペラーでH↑するとガラス粉子
が微粉砕きわて粉末とt【る。週J□11ミル粉砕は類
似の溶液を用いて吏施するが、粉砕媒体とt、 TT 
llmr、 経5−8關の球を使用15、溶液を攪1゛
ドするには粉砕容器を比較的遅い速度で惑、litのよ
・)にIjjl V、させる。
Okiji carbonized glass articles are made according to some methods of the present invention. I can do it. Hitotto tD 5
In the method, the decomposed resin is crushed) 1. τ, 0. 1-・
Powder icy to produce a particle size in the range of -2 microns, t: "iJ-l. To obtain a silicon oxycarbide particle size in the range of 0.1 to 2 microns, °A"l・Richon Mill or Yu J? A powder 1i'/Ig, such as a mill, is used. For grinding with an atricine mill, approximately 5206 liquid (for example, water), about 35% grinding medium (such as a grinding medium (such as a ball with a diameter of 1.2 mm that is harder than the material),
A solution consisting of pulverized silicon carbide glass particles occupying the remaining portion is stirred with an impeller. When the solution is heated with an impeller of 1°00 rpm, the glass powder becomes finely pulverized and becomes powder. A weekly J□11 mil grind is performed using a similar solution, but with grinding media and
To stir the solution, use a 5- to 8-meter ball to stir the grinding vessel at a relatively slow speed.

その後粉砕l、た粉末を乾燥C1ハと1Fカイ′−かけ
ることによりLl[密化し、て成形品を形成する。Lr
密化には、約1550−=1650℃゛で少なくとも約
5 k、 s iの一輔性圧力をかIJる、−とC2,
4、り+、を約1200−1650℃で少なくとも約8
 k S 1σ)等方性圧力をかげるこi!: b”τ
゛きる。熱ε圧力は、物品が所望の程度まで1:〕!密
度(稠密)化されるかまたは完全に高密度化きれるまで
かける。
Thereafter, the crushed powder is densified by applying dry C1 and 1F to form a molded product. Lr
For densification, apply a pressure of at least about 5 k, si, at about 1550-=1650°C, - and C2,
4. Ri+, at about 1200-1650°C at least about 8
k S 1σ) Reduce the isotropic pressure i! : b”τ
I can do it. Heat ε pressure 1:] to the desired degree of the article! Apply until it is densified or completely densified.

注型または成形1.また前駆体樹脂からオX−シ炭化ケ
イ素ガラス物品を形成するためのもうひとつの方法では
、メチルシリコ−ン前駆体樹脂を溶剤に溶解し、硬化剤
で匁!橋することができる。前駆体樹脂を溶解するのに
適1している、二とが分かっている溶剤の代表例はl・
ルエンおよびトルエンとイソプロピルアルコ−/+、 
占の混合物である。この際樹脂は、溶剤5部に対17て
樹脂が約8部までの割合で溶剤に溶解させることができ
る。前駆体樹脂を架橋するのに適し、ていることが刊明
l、ている硬化剤の代表例は、1に酸化アン<−、−″
−リムなどのような塩1.(、γ−アミ、ノブロピルト
リエトギシシランなどのアミンを3a4゛る市販のシリ
コン、および塩酸などσ)酸である。この硬化剤は樹脂
に対して約0.1−4%ノiiX″c添加する架橋シ、
たiW 躯体樹脂を室温で乾燥1.、 litJi化さ
け4ろ嬰(^1.た前駆体樹脂は、溶剤か樹脂中にボイ
ドを形成4゛ることなく樹脂から蒸発していくような速
度で乾燥するのが好ましい。この前駆体樹脂を架橋の前
かまたは架橋中に所望の形態に成形または注型する。
Casting or molding 1. Another method for forming oxidized silicon carbide glass articles from precursor resins involves dissolving the methyl silicone precursor resin in a solvent and curing it with a curing agent. Can be bridged. Representative examples of solvents known to be suitable for dissolving the precursor resin are l.
toluene and toluene and isopropyl alcohol-/+,
It is a mixture of divination. The resin can be dissolved in the solvent in a ratio of up to about 8 parts resin to 17 parts solvent. Representative examples of curing agents that have been found to be suitable for crosslinking precursor resins include ammonium oxide <-,-''
-Salt such as rim etc. 1. (commercially available silicones containing amines such as γ-amino, nopropyltriethoxysilane, and σ) acids such as hydrochloric acid. This curing agent is a crosslinking agent that is added to the resin in an amount of about 0.1-4%.
Dry the iW main body resin at room temperature1. The precursor resin is preferably dried at such a rate that the solvent evaporates from the resin without forming voids in the resin. is molded or cast into the desired form before or during crosslinking.

次に、硬化した前駆体樹脂を前記と同様にして非酸化性
雰囲気中で熱分解する。本発明のこの態様の場合は前駆
体樹脂が架橋されているので、熱分解は真空中でも実施
することができる。熱分解中の加熱速度は、ガス発生が
樹脂中にボイドや泡を形成しないで行なわれるように制
御しなければならない。好ましくは、1.0℃/分未満
の加熱速度を使用して、ガラス中に泡、ボイドまたは欠
陥を形成させないで充分なガス発生を可能にする。
Next, the cured precursor resin is thermally decomposed in a non-oxidizing atmosphere in the same manner as described above. Because the precursor resin is crosslinked in this aspect of the invention, pyrolysis can also be carried out in a vacuum. The heating rate during pyrolysis must be controlled so that gas evolution occurs without forming voids or bubbles in the resin. Preferably, a heating rate of less than 1.0° C./min is used to allow sufficient gas generation without forming bubbles, voids or defects in the glass.

熱分解の完了は、前駆体樹脂からの水、メチル基、その
他の分解生成物による重量損失が実質的に終了したとき
である。熱分解の間に前駆体樹脂は高密度化し、架橋樹
脂オキシ炭化ケイ素ガラスを形成する。
Thermal decomposition is complete when weight loss from the precursor resin due to water, methyl groups, and other decomposition products has substantially ceased. During pyrolysis, the precursor resin densifies and forms a crosslinked resin oxysilicon carbide glass.

実施例 本発明のオキシ炭化ケイ素ガラスおよびそのガラスとガ
ラス物品の製造方法を例示するために、以下に実施例を
挙げる。以下の実施例では、前記の米国特許第4.02
6.868号に記載の方法によって製造され、メチル基
をもっており、約5重皿%のD残基と95重量%のT残
基で構成されるシリコーン樹脂を使用した。
EXAMPLES The following examples are provided to illustrate the silicon oxycarbide glasses of the present invention and methods of making the glasses and glass articles. In the following examples, the above-mentioned U.S. Pat. No. 4.02
A silicone resin manufactured by the method described in No. 6.868, having methyl groups, and composed of about 5 weight percent D residues and 95 weight percent T residues was used.

非酸化性雰囲気中でメチルシリコーン前駆体樹脂を90
0〜1600℃の範囲の温度に加熱して熱分解した。熱
分解中、水、メチル基、その他の分解生成物が生成する
につれて前駆体樹脂の重量Iu失が起こった。この熱分
解する樹脂の重量が安定したときに熱分解はほぼ完了で
ある。熱分解中に測定した重量損失は約11〜35%の
範囲であった。この重量損失の変化は、保持されている
溶剤の鑓の違いおよび熱分解開始前に生起していた架橋
の程度の変化に起因すると考えられる。すでに説明した
ように、これらの前駆体樹脂は架橋の際に水を発生する
。これらの樹脂は室温で架橋するか、または架橋を促進
するために硬化助剤を添加したときに架橋する。したが
って、熱分解開始前の樹脂から発生する水の量は、熱分
解前に生起した架橋の程度に応じて変化する。熱分解前
に架橋が多く起こっていれば、それだけ多くの水が失わ
れており、熱分解中の樹脂からの重量損失の量はそれだ
け少なくなる。
90% methyl silicone precursor resin in a non-oxidizing atmosphere
Thermal decomposition was carried out by heating to a temperature in the range of 0 to 1600°C. During pyrolysis, a weight Iu loss of the precursor resin occurred as water, methyl groups, and other decomposition products were produced. Thermal decomposition is almost complete when the weight of the resin to be thermally decomposed becomes stable. The weight loss measured during pyrolysis ranged from about 11-35%. This change in weight loss is believed to be due to differences in the amount of solvent retained and changes in the degree of crosslinking that had occurred prior to the onset of pyrolysis. As already explained, these precursor resins generate water during crosslinking. These resins crosslink at room temperature or when curing coagents are added to promote crosslinking. Therefore, the amount of water generated from the resin before pyrolysis begins varies depending on the degree of crosslinking that has occurred before pyrolysis. The more crosslinking that has occurred prior to pyrolysis, the more water is lost and the less weight will be lost from the resin during pyrolysis.

実施例1〜3 本発明の方法に従って3つの熱分解実験を実施した。未
硬化の前駆体樹脂1つと硬化または架橋した前駆体樹脂
2つを熱分解し、その間熱重量分析により重量損失を測
定した。熱重工分析は、加熱しながらサンプルの重量損
失を測定する方法である。2つの実験は水素雰囲気中で
、1つの実験はヘリウム雰囲気中で、10℃/分の速度
で重量損失が止まるまで加熱した。熱分解後に形成され
たオキシ炭化ケイ素ガラスの測定した重量損失と最終組
成を表1に示す。
Examples 1-3 Three pyrolysis experiments were conducted according to the method of the invention. One uncured precursor resin and two cured or crosslinked precursor resins were pyrolyzed, during which weight loss was determined by thermogravimetric analysis. Thermoheavy analysis is a method of measuring the weight loss of a sample during heating. Two experiments were heated in a hydrogen atmosphere and one in a helium atmosphere at a rate of 10° C./min until weight loss stopped. The measured weight loss and final composition of the silicon oxycarbide glasses formed after pyrolysis are shown in Table 1.

表 I−熱分解した樹脂の熱重同分析 慣用の炭素とケイ素の値は、溶解した炭素とケイ素に対
する従来の湿潤化学技術によって測定した。酸素含量は
中性子放射化により測定した。
Table I - Thermogravimetric analysis of pyrolyzed resins Conventional carbon and silicon values were determined by conventional wet chemistry techniques for dissolved carbon and silicon. Oxygen content was measured by neutron activation.

実施例1〜3で熱重量分析により測定された重量損失の
データを第1図のグラフに示した。第1図のグラフでは
、各サンプルの重量損失%を縦軸に、加熱温度の上昇を
横軸にプロットした。第1図のグラフに示されているよ
うに、各サンプルで900℃といったような温度でもか
なりの重量損失が起こったが、1200℃では重量損失
はほぼ完了していた。
The weight loss data measured by thermogravimetric analysis in Examples 1 to 3 is shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 1, the % weight loss of each sample is plotted on the vertical axis and the increase in heating temperature is plotted on the horizontal axis. As shown in the graph of FIG. 1, significant weight loss occurred for each sample even at temperatures such as 900°C, but at 1200°C the weight loss was nearly complete.

実施例4 1400℃で水素を流しながら前駆体樹脂を熱分解する
ことにより、圧密化したオキシ炭化ケイ素ガラスのサン
プルを製造した。すなわち、前駆体樹脂をモリブデンボ
ートに入れ、本明細書中に記載のようにして熱分解した
。熱分解した前駆体樹脂を25グラムずつ6個のバッチ
として、めのう乳鉢と直径1/4インチのめのう媒体を
用いる遊星ミルで微粉砕した。これによって、表面積が
2、 2rrr/g (これは約1.16μmの相当球
径に対応する)のオキシ炭化ケイ素粉末が150グラム
得られた。
Example 4 A sample of consolidated silicon oxycarbide glass was produced by pyrolyzing a precursor resin at 1400°C with flowing hydrogen. That is, the precursor resin was placed in a molybdenum boat and pyrolyzed as described herein. The pyrolyzed precursor resin was milled in six 25 gram batches in a planetary mill using an agate mortar and 1/4 inch diameter agate media. This yielded 150 grams of silicon oxycarbide powder with a surface area of 2.2 rrr/g (which corresponds to an equivalent spherical diameter of approximately 1.16 μm).

得られたオキシ炭化ケイ素粉末の約120gを、グラフ
ァイトシート分離剤と突き合わせた直径2インチのダイ
中でホットプレスした。このグラファイトシートはホッ
トプレス中に粉末がダイに焼粘するのを防ぐ。サンプル
を10℃/分の速度で1650’Cまで加熱し、165
0℃に30分間保持し、その間6ks iの一軸性圧力
をかけた。下記表Hに示す性質を有するほぼ完全に稠密
なサンプルが生成した。
Approximately 120 g of the resulting silicon oxycarbide powder was hot pressed in a 2 inch diameter die butted with a graphite sheet separating agent. This graphite sheet prevents the powder from sticking to the die during hot pressing. The sample was heated to 1650'C at a rate of 10°C/min.
It was held at 0° C. for 30 minutes, during which time a uniaxial pressure of 6 ks i was applied. A nearly completely dense sample was produced with the properties shown in Table H below.

表 ■−圧密化したオキシ炭化ケイ素ガラスの性質この
ホットブ1/スした材料を高分解能透過型電子顕微鏡に
かけたところ、非晶質マトリ・ソクス中に粒度20〜1
00オングストロームのβ炭化ケイ素粒子が存在するこ
とが示された。このホ・ソトブ・レスした材料のX線回
折では結晶化の徴候はほとんど認められなかった。
Table ■ - Properties of consolidated silicon oxycarbide glass When this hot-boiled material was subjected to high-resolution transmission electron microscopy, particle sizes ranging from 20 to 1
00 angstrom beta silicon carbide particles were shown to be present. Almost no signs of crystallization were observed in the X-ray diffraction analysis of this treated material.

実施例5 架橋した前駆体樹脂をゆっくり熱分解することにより、
架橋樹脂オキシ炭化ケイ素ガラスのサンプルヲ製造した
。等量のトルエンと前駆体樹脂を、前S〆体樹脂に対し
て約4重量%の量の架橋剤と混合した。この混合物をガ
ラス製の皿中に注ぎ、24時間室温に保つことによりト
ルエンをゆっくり蒸発させた。トルエンの蒸発と共に前
駆体樹脂は架橋していった。この架橋したサンプルを1
0時間で室温から500℃まで加熱し、次に16時間で
500℃から800℃まで加熱し、さらに4時間で80
0℃から1100℃まで加熱した後1時間1100℃に
保持した。これは、全体の加熱速度が約0.6℃/分で
あったことを示している。
Example 5 By slowly pyrolyzing the crosslinked precursor resin,
A sample of crosslinked resin oxysilicon carbide glass was prepared. Equal amounts of toluene and precursor resin were mixed with a crosslinker in an amount of about 4% by weight relative to the precursor resin. The mixture was poured into a glass dish and kept at room temperature for 24 hours to slowly evaporate the toluene. The precursor resin was crosslinked as the toluene evaporated. This cross-linked sample is
Heating from room temperature to 500℃ in 0 hours, then heating from 500℃ to 800℃ in 16 hours, and heating to 80℃ in 4 hours.
After heating from 0°C to 1100°C, the temperature was maintained at 1100°C for 1 hour. This indicates that the overall heating rate was approximately 0.6°C/min.

次にサンプルを炉で冷却した。厚みが約2a+mである
架橋樹脂オキシ炭化ケイ素ガラスの完全に稠密なシート
が得られた。
The sample was then cooled in the oven. A fully dense sheet of crosslinked resin oxysilicon carbide glass having a thickness of about 2 a+m was obtained.

実施例6 オキシ炭化ケイ素ガラスのホットプレスした試片を空気
中1420℃と1520℃で240時間加熱することに
より、そのガラスの耐酸化性と構造安定性または失透抵
抗性を調べた。ガラス中のケイ素または炭素の分解によ
る重量損失はまったく測定されなかった。断面のX線回
折によると、いずれの試片でもバルクな材料中に結晶化
の徴候は詔められなかった。露出面のX線回折では、両
方の試片で表面から約0.002インチ以内にクリスト
バライトへの表面結晶化の徴候が見られた。
Example 6 A hot-pressed sample of silicon oxycarbide glass was heated in air at 1420° C. and 1520° C. for 240 hours to examine the oxidation resistance and structural stability or devitrification resistance of the glass. No weight loss due to decomposition of silicon or carbon in the glass was measured. Cross-sectional X-ray diffraction revealed no signs of crystallization in the bulk material of any of the specimens. Exposed surface X-ray diffraction showed signs of surface crystallization to cristobalite within about 0.002 inches of the surface on both specimens.

実施例7〜9 2つの異なるガラスの組成は、軍にそのガラス中の各元
素の量を示すだけでは必ずしも的確に定義されない。む
しろ、ガラスに異なる性質を付与するのはガラス中の近
距離秩序である。したがって、ガラス中の近距離秩序構
造を特性付けすることによって、いろいろなガラス組成
を定義することができ、本発明のガラスはその近距離秩
序構造によって定義される。
Examples 7-9 The composition of two different glasses is not always well defined by simply stating the amount of each element in the glass. Rather, it is the short-range order in the glass that gives it different properties. Therefore, by characterizing the short-range ordered structure in a glass, various glass compositions can be defined, and the glasses of the present invention are defined by their short-range ordered structure.

オキシ炭化ケイ素ガラスのサンプルは、前駆体樹脂のサ
ンプルを1100℃で水素を流しながら熱分解すること
によって調製した。樹脂硬化オキシ炭化ケイ素ガラスの
サンプルは、架橋した前駆体樹脂のサンプルを1100
℃で水素を流しながら熱分解することによって調製した
。これらのサンプルで記録された29ケイ素固体状態核
磁気共鳴スペクトルを第2図と第4図に示す。第3図は
、「ニカロン(Nlcalon) J炭化ケイ素繊維の
サンプルで得られた29ケイ素核磁気共鳴スペクトルで
ある。縦軸には、励起されたサンプルで測定された輻射
線の強度をプロットし、横軸には、横軸のゼロ点に固定
したテトラメチルケイ素基準からの化学シフトをppm
(百万分の一部)単位でプロットした。多くの多原子単
位について化学シフトの特t’tppmが知られており
、たとえば、テトラオキシケイ素、ジカルボンロキサン
およびモノカルボシロキサンの特性ppmが、1981
年シュブリンガー・フエアラーク・ベルリン・ハイデル
ベルグ(Springer Verlag Berli
n Ileldelbcrg)刊、ディール(P、 D
lehl)およびコスフエルト(1?、 Kosrel
d)編、rNMRの基本原理と進歩、29ケイ素−NM
R分光測定結果(NMRBa5ic Pr1nclpl
esand Progress 2931−NMR5p
cctroscop+c Re5ults)」の第18
6頁、第184頁および第178頁に示されている。し
たがって、第1図、第2図および第3図の各々のピーク
は特定のケイ素多原子巾位の近距離秩庁構造を定義して
いる。
Silicon oxycarbide glass samples were prepared by pyrolyzing samples of the precursor resin at 1100° C. with flowing hydrogen. A sample of resin-cured silicon oxycarbide glass was prepared by adding a sample of cross-linked precursor resin to 1100
It was prepared by pyrolysis under flowing hydrogen at °C. The 29 silicon solid state nuclear magnetic resonance spectra recorded for these samples are shown in FIGS. 2 and 4. Figure 3 is a 29 silicon nuclear magnetic resonance spectrum obtained for a sample of Nlcalon J silicon carbide fiber. On the vertical axis, the intensity of the radiation measured in the excited sample is plotted; The horizontal axis shows the chemical shift in ppm from the tetramethylsilicon standard fixed at the zero point of the horizontal axis.
Plotted in (parts per million). The chemical shift characteristics t'tppm are known for many polyatomic units; for example, the characteristic ppm of tetraoxysilicon, dicarbonoxane, and monocarbosiloxane is 1981
Springer Verlag Berlin Heidelberg (Springer Verlag Berli)
n Iledelbcrg), Deal (P, D
lehl) and Kosfelt (1?, Kosrel)
d), Basic Principles and Progress of rNMR, 29 Silicon-NM
R spectroscopic measurement results (NMRBa5ic Pr1nclpl
esand Progress 2931-NMR5p
cctroscop+c Re5ults)” No. 18
6, 184 and 178. Therefore, each of the peaks in FIGS. 1, 2, and 3 defines a specific silicon polyatomic width short-range chichicho structure.

第2図では、1〜3と番号を付けたピークを含むオキシ
炭化ケイ素ガラスのスペクトルが示されている。最も広
いピーク1は少量のテトラカルボシロキサンと大岳のジ
カルボシロキサンを表わし、ピーク2はモノカルボシロ
キサンを、ピーク3はテトラオキシケイ素を規定してい
る。各ピークの下の面積を積分することによって、これ
らの多原子11位の各分率を決定することができる。
In FIG. 2, a spectrum of silicon oxycarbide glass is shown containing peaks numbered 1-3. The broadest peak 1 represents small amounts of tetracarbosiloxane and Otake's dicarbosiloxane, peak 2 defines monocarbosiloxane, and peak 3 defines tetraoxysilicon. By integrating the area under each peak, each fraction of these polyatomic 11 positions can be determined.

第2図の各ピークの下の積分した面積により、約6重量
%までのテトラカルボケイ素と、約±5重足%の他の成
分(すなわち約22%のジカルボシロキサン、24%の
モノカルボシロキサンおよび39%のテトラオキシケイ
素)とを含むオキシ炭化ケイ素ガラスの組成が明らかに
なる。
The integrated area under each peak in FIG. The composition of the silicon oxycarbide glass is revealed, including siloxane and 39% tetraoxysilicon.

第2図のスペクトルを、「ニカロン(NIcalon)
 J炭化ケイ素繊維サンプルで測定された第3図の炭化
ケイ素スペクトルと比較することができる。第3図の「
ニカロン(Nlcalon) Jの組成は、炭化ケイ素
が約75%、ジカルボシロキサンが約7%、モノカルボ
シロキサンが約13%、およびテトラオキシケイ素が約
5%である。第3図のスペクトルから分かるように、「
ニカロン(Nicalon) J m維は主として炭化
ケイ素からなり、少量のジカルボシロキサン、モノカル
ボシロキサンおよびテトラオキシケイ素を含んでいる。
The spectrum shown in Figure 2 is expressed as “Nicalon”.
It can be compared with the silicon carbide spectrum in FIG. 3 measured on the J silicon carbide fiber sample. In Figure 3, “
The composition of Nlcalon J is about 75% silicon carbide, about 7% dicarbosiloxane, about 13% monocarbosiloxane, and about 5% tetraoxysilicon. As can be seen from the spectrum in Figure 3,
Nicalon J m fiber consists primarily of silicon carbide with small amounts of dicarbosiloxane, monocarbosiloxane and tetraoxysilicon.

対照的に、第2図のスペクトルは、オキシ炭化ケイ素が
主としてジカルボシロキサン、モノカルボシロキサンお
よびテトラオキシケイ素からなることを示している。
In contrast, the spectrum in Figure 2 shows that silicon oxycarbide consists primarily of dicarbosiloxane, monocarbosiloxane, and tetraoxysilicon.

この後者の組合せの多原子単位が、ガラス中で従来知ら
れていなかった様式で炭素とケイ素を結合しているので
あり、その結果失透と分解に対する抵抗性がj(9大し
、本発明のガラスの特徴となっているのである。
This latter combination of polyatomic units binds carbon and silicon in a manner previously unknown in glasses, resulting in a resistance to devitrification and decomposition of This is a characteristic of glass.

第4図に示した架橋樹脂オキシ炭化ケイ素ガラスのスペ
クトルは、約±5mQ 06の成分(すなわち、約17
%のテトラカルボケイ素、約16%のジカルボシロキサ
ン、約1694のモノカルボシロキサンおよび約43%
のテトラオキシケイ素)を含んでいる組成を示している
。ピーク1はテトラカルボケイ素、ビーク2はジカルボ
シロキサン、ピーク3はモノカルボシロキサン、そして
ピーク4はテトラオキシケイ素である。第2〜4図を比
較すると分かるように、樹脂硬化オキシ炭化ケイ素ガラ
スは組成の点で「ニカロン(Nicalon) J繊維
と異なっており、また樹脂硬化オキシ炭化ケイ素ガラス
も「ニカロン(Nlcalon) Jも組成の点でオキ
シ炭化ケイ素ガラスと異なっている。
The spectrum of the crosslinked resin oxysilicon carbide glass shown in FIG.
% tetracarbosilicon, about 16% dicarbosiloxane, about 1694 monocarbosiloxane and about 43%
(tetraoxysilicon). Peak 1 is tetracarbosilicon, peak 2 is dicarbosiloxane, peak 3 is monocarbosiloxane, and peak 4 is tetraoxysilicon. As can be seen by comparing Figures 2 to 4, resin-cured oxysilicon carbide glass differs from Nicalon J fiber in terms of composition, and resin-cured oxysilicon glass also differs from Nicalon J fiber. It differs from silicon oxycarbide glass in terms of composition.

尖施例10 以下の方法によってオキシ炭化ケイ素ガラス繊維を作成
した。すなわち、前駆体樹脂とトルエンの溶液を1:1
の比で混合し、この樹脂の2重位%に当たる是のγ−ア
ミノプロピルトリエトキシシランを硬化剤として添加し
た。この溶液を引き伸ばしてストランドを形成できるよ
うになるまで架橋させた。直径9.5II+11の繊維
ブランクの端を樹脂溶液中に漬けて引−Lげることによ
って溶液から前駆体樹脂の繊維を引き伸ばした。この手
順を数回繰返した後、mMeを50℃に加へして乾燥し
、取板いを容易にするために充分に架橋した。次に繊釘
りを水門111書中に記載した方法に従って熱分解して
、直径約013III11のオキシ炭化ケイ素ガラス繊
f1tを形成した。
Tip Example 10 Silicon oxycarbide glass fibers were produced by the following method. That is, the solution of precursor resin and toluene was 1:1.
γ-aminopropyltriethoxysilane corresponding to 2% of the resin was added as a curing agent. The solution was crosslinked until it could be stretched to form strands. The fibers of the precursor resin were drawn out of the solution by dipping the ends of a 9.5II+11 diameter fiber blank into the resin solution and pulling. After repeating this procedure several times, the mMe was added to 50° C. to dry and crosslink sufficiently to facilitate removal. The fiber nails were then thermally decomposed according to the method described in Suimon 111 to form silicon oxycarbide glass fibers f1t having a diameter of about 013III11.

夫施例11 非晶質のオキシ炭化ケイ素セラミックマトリックスを有
するセラミック複合材を製造した。まず、前駆体樹脂3
重量部、0.2ミクロンの炭化ケイ素粉末3重量部、お
よびトルエン4重量部からなる溶浸材スラリーを作成し
た。このスラリーの攪拌済に連続炭素繊維トウを通して
引くことによってこのトウ中にスラリーを溶浸させた。
Example 11 A ceramic composite having an amorphous silicon oxycarbide ceramic matrix was produced. First, precursor resin 3
An infiltrant slurry was prepared consisting of 1 part by weight, 3 parts by weight of 0.2 micron silicon carbide powder, and 4 parts by weight of toluene. The slurry was infiltrated into the agitated continuous carbon fiber tow by drawing it through the tow.

トウは、個々の繊維を一賭にして織って作成したストラ
ンドである。溶浸したトウを六角ドラムに巻きつけて一
方向性の樹脂含浸パネルを形成した。トルエンを蒸発さ
せた後乾燥パネルをドラムから取出した。このパネルを
切ってテープとし、いくつかのテープを繊維の一方向性
配列を維持する矩形ダイ中で積重ねた。重J□□□した
テープに300MPaの圧力をかけながら、ダイをゆっ
くり200℃まで加熱して15分間維持した。樹脂は流
動して繊維トウとテープ層とのt81のギャップを埋め
て、m HEトウの回りを取囲む架橋した樹脂と炭化ケ
イ素粉末の連続したマトリックスを有するバーを形成し
た。このバーをグイから取出し、アルゴン雰囲気中、2
℃/分で1200’Cまで加熱し、30分間1200℃
に保つことによって熱分解した。セラミックフィラーを
結合する非晶質のオキシ炭化ケイ素ガラスのマトリック
スを有し、炭素繊維で強化されたセラミック複合材が形
成された。このセラミック複合材は密度が1.73g/
ccであり、開放気孔率は19容瓜%であった。この複
合材パネルから機械加工により小さいバーを作り、3点
曲げ試験を使用して機楓的性質を測定した。極限曲げ強
さは200MPaであり、破壊エネルギーは2,3Kj
/rrrより大きかった。この複合材は破壊時に繊維の
剥脱およびプルアウトを特徴とする非脆性亭動を示した
A tow is a strand created by weaving individual fibers together. The infiltrated tow was wrapped around a hexagonal drum to form a unidirectional resin-impregnated panel. After the toluene had evaporated, the dried panels were removed from the drum. The panels were cut into tapes and several tapes were stacked in a rectangular die that maintained the unidirectional alignment of the fibers. While applying a pressure of 300 MPa to the heavy tape, the die was slowly heated to 200° C. and maintained for 15 minutes. The resin flowed to fill the t81 gap between the fiber tow and the tape layer, forming a bar with a continuous matrix of crosslinked resin and silicon carbide powder surrounding the mHE tow. This bar was taken out from the Gui and placed in an argon atmosphere for 2 hours.
Heat to 1200'C at °C/min, 1200'C for 30 minutes
Pyrolyzed by keeping at A carbon fiber reinforced ceramic composite was formed having a matrix of amorphous silicon oxycarbide glass bonding the ceramic filler. This ceramic composite material has a density of 1.73g/
cc, and the open porosity was 19% by volume. Small bars were machined from this composite panel and the mechanical properties were measured using a three point bending test. The ultimate bending strength is 200MPa and the breaking energy is 2.3Kj
It was larger than /rrr. The composite exhibited non-brittle ebb and flow characterized by fiber debonding and pull-out upon fracture.

実施例12 実施例11に記載した手順を使用して第二のセラミック
複合材を形成した。しかし、溶浸材スラリーは、前駆体
樹脂が2重量部、3.5ミクロンの炭化ケイ素粉末が3
重量部、そしてトルエンが5重量部で構成されていた。
Example 12 A second ceramic composite was formed using the procedure described in Example 11. However, the infiltrant slurry contained 2 parts by weight of precursor resin and 3 parts by weight of 3.5 micron silicon carbide powder.
parts by weight, and 5 parts by weight of toluene.

セラミック繊維は、窒化ホウ素でコートした「ニカロン
(Nlcalon) J炭化ケイ素繊維であった。含浸
して圧密化した繊維パネルを熱分解して、密度が2.0
8g/cc、開放気孔率が18%、極限曲げ強さか31
2MPa1破壊エネルギーが2.4Kj/rr?のセラ
ミック複合材を形成した。
The ceramic fibers were Nlcalon J silicon carbide fibers coated with boron nitride. The impregnated and consolidated fiber panels were pyrolyzed to a density of 2.0
8g/cc, open porosity 18%, ultimate bending strength 31
2MPa1 fracture energy is 2.4Kj/rr? A ceramic composite was formed.

実施例13 実施例11の手順を使用して第三のセラミック複合材を
形成した。しかし、溶浸材スラリーは、前駆体樹脂が2
重量部、2ミクロンのムライト粉末が3重量部、そして
トルエンが5重量部で構成されていた。セラミック繊維
はアルミノホウケイ酸塩m維であった。ムライトは、化
学式2SiO・3A1203をqするアルミノケイ酸塩
の耐火性セラミックである。含浸して圧密化した繊維パ
ネルを熱分解して、密度が2.39g/ c c、開放
気孔率が13.5%、極限曲げ強さが200MPaの複
合セラミックスを形成した。
Example 13 A third ceramic composite was formed using the procedure of Example 11. However, the infiltrant slurry has a precursor resin of 2
parts by weight, 3 parts by weight of 2 micron mullite powder, and 5 parts by weight toluene. The ceramic fibers were aluminoborosilicate fibers. Mullite is an aluminosilicate refractory ceramic with the chemical formula 2SiO.3A1203. The impregnated and consolidated fiber panels were pyrolyzed to form a composite ceramic with a density of 2.39 g/cc, an open porosity of 13.5%, and an ultimate bending strength of 200 MPa.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、メチルシリコーン前駆体樹脂の熱分解中に測
定された重量損失のデータを示すグラフである。 第2図は、オキシ炭化ケイ素ガラスの29ケイ素核磁気
ノ(鳴スペクトルを示すグラフである。 第3図は、炭化ケイ素「ニカロン(Nlcalon) 
Jの29ケイ素核磁気共鳴スペクトルを示すグラフであ
る。 第4図は、樹脂硬化オキシ炭化ケイ素ガラスの29ケイ
素核磁気共鳴スペクトルを示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing weight loss data measured during pyrolysis of a methyl silicone precursor resin. Figure 2 is a graph showing the 29 silicon nuclear magnetic spectrum of silicon oxycarbide glass. Figure 3 is a graph showing the 29 silicon nuclear magnetic spectrum of silicon oxycarbide glass.
It is a graph showing the 29 silicon nuclear magnetic resonance spectrum of J. FIG. 4 is a graph showing the 29 silicon nuclear magnetic resonance spectrum of resin-cured silicon oxycarbide glass.

Claims (33)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)約34〜48重量%のテトラオキシケイ素、約1
1〜29重量%のモノカルボシロキサン、約11〜27
重量%のジカルボシロキサン、約22重量%までのテト
ラカルボケイ素、およびガラスマトリックス中に分散し
た約3〜9重量%の元素状炭素からなる多原子単位中に
分布しているケイ素、酸素および炭素からなっており、
少なくとも1650℃までの温度で構造的に安定である
ガラス組成物。
(1) about 34-48% by weight of tetraoxysilicon, about 1
1-29% by weight monocarbosiloxane, about 11-27
silicon, oxygen and carbon distributed in polyatomic units consisting of weight percent dicarbosiloxane, up to about 22 weight percent tetracarbosilicon, and about 3 to 9 weight percent elemental carbon dispersed in a glass matrix. It consists of
A glass composition that is structurally stable at temperatures up to at least 1650°C.
(2)ケイ素、酸素および炭素が、約38〜48重量%
のテトラオキシケイ素、約11〜21重量%のモノカル
ボシロキサン、約11〜21重量%のジカルボシロキサ
ン、約12〜22重量%のテトラカルボケイ素、および
ガラスマトリックス中に分散した約3〜9重量%の元素
状炭素からなる多原子単位中に分布している、請求項1
記載のガラス。
(2) Silicon, oxygen and carbon approximately 38-48% by weight
of tetraoxysilicon, about 11-21% by weight monocarbosiloxane, about 11-21% by weight dicarbosiloxane, about 12-22% by weight tetracarbosilicon, and about 3-9% by weight dispersed in a glass matrix. % of elemental carbon distributed in polyatomic units consisting of % of elemental carbon.
Glass as described.
(3)ケイ素、酸素および炭素が、約34〜44重量%
のテトラオキシケイ素、約19〜29重量%のモノカル
ボシロキサン、約17〜27重量%のジカルボシロキサ
ン、約6重量%までのテトラカルボケイ素、およびガラ
スマトリックス中に分散した約3〜9重量%の元素状炭
素からなる多原子単位中に分布している、請求項1記載
のガラス。
(3) Silicon, oxygen and carbon are about 34-44% by weight
of tetraoxysilicon, about 19-29% by weight monocarbosiloxane, about 17-27% by weight dicarbosiloxane, up to about 6% tetracarbosilicon, and about 3-9% by weight dispersed in a glass matrix. 2. The glass of claim 1, wherein the glass is distributed in polyatomic units consisting of elemental carbon.
(4)オキシ炭化ケイ素ガラス塊としてケイ素、酸素お
よび炭素からなり、少なくとも1650℃までの温度で
構造的に安定であるガラス組成物であって、ケイ素原子
の約52〜66%が少なくとも1個の炭素原子に結合し
ており、約3〜9重量%の炭素がガラスマトリックス中
に分散した元素状炭素として存在しているガラス組成物
(4) A glass composition consisting of silicon, oxygen and carbon as a silicon oxycarbide glass mass and structurally stable at temperatures up to at least 1650°C, wherein about 52-66% of the silicon atoms contain at least one A glass composition in which about 3 to 9 weight percent carbon is bonded to carbon atoms and is present as elemental carbon dispersed within a glass matrix.
(5)樹脂硬化オキシ炭化ケイ素ガラス塊としてケイ素
、酸素および炭素からなり、少なくとも1650℃まで
の温度で構造的に安定であるガラス組成物であって、ケ
イ素原子の約56〜66%が少なくとも1個の炭素原子
に結合しており、約3〜9重量%の炭素がガラスマトリ
ックス中に分散した元素状炭素として存在しているガラ
ス組成物。
(5) A glass composition consisting of silicon, oxygen and carbon as a resin-cured silicon oxycarbide glass mass and structurally stable at temperatures up to at least 1650°C, wherein about 56-66% of the silicon atoms are at least A glass composition in which about 3-9% by weight of carbon is present as elemental carbon dispersed in a glass matrix.
(6)樹脂硬化オキシ炭化ケイ素ガラス塊としてケイ素
、酸素および炭素からなり、少なくとも1650℃まで
の温度で構造的に安定であるガラス組成物であって、ケ
イ素原子の約52〜62%が少なくとも1個の炭素原子
に結合しており、約3〜9重量%の炭素がガラスマトリ
ックス中に分散した元素状炭素として存在しているガラ
ス組成物。
(6) A glass composition consisting of silicon, oxygen and carbon as a resin-cured silicon oxycarbide glass mass and structurally stable at temperatures up to at least 1650°C, wherein about 52-62% of the silicon atoms are at least A glass composition in which about 3-9% by weight of carbon is present as elemental carbon dispersed in a glass matrix.
(7)非酸化性雰囲気中でメチルシリコーン前駆体樹脂
をこの樹脂が熱分解する温度に加熱することからなるガ
ラスの製造方法であって、前記加熱は熱分解する樹脂か
らの重量損失が実質的に終了する時までの期間実施し、
前記熱分解した樹脂は少なくとも1650℃までの温度
で構造的に安定であるオキシ炭化ケイ素ガラスを形成す
る方法。
(7) A method for producing glass comprising heating a methyl silicone precursor resin in a non-oxidizing atmosphere to a temperature at which the resin thermally decomposes, wherein said heating results in substantial weight loss from the thermally decomposing resin. Implemented for a period of time until the end of
A method of forming a silicon oxycarbide glass in which the pyrolyzed resin is structurally stable at temperatures up to at least 1650°C.
(8)前記加熱を900〜1650℃で実施する、請求
項7記載の方法。
(8) The method according to claim 7, wherein the heating is performed at a temperature of 900 to 1650°C.
(9)加熱ステップの前に、メチルシリコーン前駆体樹
脂を溶剤に溶解し硬化剤を添加することによって前記樹
脂を架橋するステップも含んでおり、これにより、熱分
解後に架橋樹脂オキシ炭化ケイ素ガラスが形成される、
請求項7記載の方法。
(9) Before the heating step, it also includes the step of crosslinking the methyl silicone precursor resin by dissolving it in a solvent and adding a curing agent, so that the crosslinked resin oxysilicon carbide glass forms after pyrolysis. It is formed,
The method according to claim 7.
(10)前記加熱を、樹脂からの重量損失が約11〜3
5%となるような期間実施する、請求項7記載の方法。
(10) When the heating is performed, the weight loss from the resin is about 11 to 3
8. The method of claim 7, wherein the method is carried out for a period of time such that 5%.
(11)前記加熱を水素ガス雰囲気中で実施する、請求
項7記載の方法。
(11) The method according to claim 7, wherein the heating is performed in a hydrogen gas atmosphere.
(12)前記加熱をヘリウムガス雰囲気中で実施する、
請求項7記載の方法。
(12) carrying out the heating in a helium gas atmosphere;
The method according to claim 7.
(13)非酸化性雰囲気中でメチルシリコーン前駆体樹
脂をこの樹脂が熱分解する温度に加熱し、この加熱を、
熱分解する樹脂からの重量損失が実質的に終了する時ま
での期間実施し、 得られたデポジットを粉砕してサイズが約0.1〜2ミ
クロンの粉末とし、 前記粉末を高密度化して物品にする熱と圧力をかけるこ
とによって前記粉末粒子を圧密化する ことからなる、オキシ炭化ケイ素ガラス物品の製造方法
(13) Heating the methyl silicone precursor resin in a non-oxidizing atmosphere to a temperature at which the resin thermally decomposes,
carried out for a period of time until the weight loss from the pyrolytic resin has substantially ceased, and the resulting deposit is ground into a powder of about 0.1 to 2 microns in size, and the powder is densified to produce an article. A method of making a silicon oxycarbide glass article comprising consolidating said powder particles by applying heat and pressure to produce a silicon oxycarbide glass article.
(14)前記加熱ステップを900〜1650℃で実施
する、請求項13記載の方法。
(14) The method according to claim 13, wherein the heating step is performed at a temperature of 900 to 1650°C.
(15)前記加熱ステップを水素ガス雰囲気中で実施す
る、請求項13記載の方法。
(15) The method according to claim 13, wherein the heating step is performed in a hydrogen gas atmosphere.
(16)前記加熱ステップを、樹脂からの重量損失が約
11〜35%となるような期間実施する、請求項13記
載の方法。
16. The method of claim 13, wherein the heating step is conducted for a period of time such that the weight loss from the resin is about 11-35%.
(17)前記圧密化ステップが、少なくとも約5ksi
の一軸性圧力を粉末に作用させると共にその粉末を約1
550〜1650℃に加熱することからなる、請求項1
3記載の方法。
(17) the compacting step comprises at least about 5 ksi
Uniaxial pressure is applied to the powder and the powder is
Claim 1 comprising heating to 550-1650°C.
The method described in 3.
(18)前記圧密化ステップが、少なくとも約8ksi
の等方性圧力を粉末に作用させると共にその粉末を約1
200〜1600℃に加熱することからなる、請求項1
3記載の方法。
(18) the compacting step comprises at least about 8 ksi
An isotropic pressure of approximately 1 is applied to the powder, and the powder is
Claim 1 comprising heating to 200 to 1600°C.
The method described in 3.
(19)メチルシリコーン前駆体樹脂を溶剤に溶解し 硬化剤を添加して前記樹脂を架橋し、 この樹脂を成形して物品を形成し、 架橋樹脂から溶剤を蒸発させ、 非酸化性雰囲気中で前記樹脂をこの樹脂が熱分解する温
度に加熱し、この加熱を、熱分解する樹脂からの重量損
失が実質的に終了する時までの期間実施する ことからなる、架橋樹脂オキシ炭化ケイ素ガラス物品の
製造方法。
(19) Dissolving the methyl silicone precursor resin in a solvent and adding a curing agent to crosslink the resin, molding the resin to form an article, evaporating the solvent from the crosslinked resin, and dissolving the resin in a non-oxidizing atmosphere. a crosslinked resin oxysilicon carbide glass article comprising heating said resin to a temperature at which said resin pyrolyzes and carrying out said heating for a period of time until the weight loss from the pyrolysing resin substantially ceases. Production method.
(20)前記硬化剤が水酸化アンモニウムである、請求
項19記載の方法。
(20) The method according to claim 19, wherein the curing agent is ammonium hydroxide.
(21)前記硬化剤がケイ素含有アミンである、請求項
19記載の方法。
(21) The method of claim 19, wherein the curing agent is a silicon-containing amine.
(22)前記加熱ステップを900〜1650℃で実施
する、請求項19記載の方法。
(22) The method according to claim 19, wherein the heating step is performed at a temperature of 900 to 1650°C.
(23)前記加熱ステップを水素ガス雰囲気中で実施す
る、請求項19記載の方法。
(23) The method according to claim 19, wherein the heating step is performed in a hydrogen gas atmosphere.
(24)前記加熱ステップを真空中で実施する、請求項
19記載の方法。
(24) The method according to claim 19, wherein the heating step is performed in a vacuum.
(25)前記加熱ステップを、前記ガラス中でのボイド
の生成を最小にする加熱速度で実施する、請求項19記
載の方法。
25. The method of claim 19, wherein the heating step is performed at a heating rate that minimizes void formation in the glass.
(26)前記加熱ステップを、樹脂からの重量損失が約
11〜35%となるような期間実施する、請求項19記
載の方法。
26. The method of claim 19, wherein the heating step is conducted for a period of time such that the weight loss from the resin is about 11-35%.
(27)前記加熱ステップを、約1℃/分未満の加熱速
度で実施する、請求項19記載の方法。
27. The method of claim 19, wherein the heating step is performed at a heating rate of less than about 1° C./min.
(28)前記蒸発ステップを、前記樹脂中でのボイドの
生成を防ぐ蒸発速度で実施する、請求項19記載の方法
28. The method of claim 19, wherein the evaporation step is performed at an evaporation rate that prevents the formation of voids in the resin.
(29)約38〜48重量%のテトラオキシケイ素、約
11〜21重量%のモノカルボシロキサン、約11〜2
1重量%のジカルボシロキサン、約12〜22重量%の
テトラカルボケイ素、およびガラスマトリックス中に分
散した約3〜9重量%の元素状炭素からなる多原子単位
中に分布しているケイ素、酸素および炭素からなるガラ
ス繊維。
(29) about 38-48% by weight tetraoxysilicon, about 11-21% by weight monocarbosiloxane, about 11-2
Silicon, oxygen distributed in polyatomic units consisting of 1% by weight dicarbosiloxane, about 12-22% by weight tetracarbosilicon, and about 3-9% by weight elemental carbon dispersed in a glass matrix. and glass fibers made of carbon.
(30)メチルシリコーン前駆体樹脂を溶剤に溶解し溶
解した樹脂に硬化剤を添加し、この樹脂を繊維に成形す
ることができる粘度になるまで架橋させ、 この樹脂を引き伸ばして繊維を形成し、 この樹脂から溶剤を蒸発させ、 非酸化性雰囲気中で前記樹脂をこの樹脂が熱分解する温
度に加熱し、この加熱を、熱分解する樹脂からの重量損
失が実質的に終了する時までの期間実施する ことからなる、オキシ炭化ケイ素ガラス繊維の製造方法
(30) Dissolving a methyl silicone precursor resin in a solvent, adding a curing agent to the dissolved resin, crosslinking this resin until it has a viscosity that can be formed into fibers, and stretching this resin to form fibers, evaporating the solvent from the resin, heating the resin in a non-oxidizing atmosphere to a temperature at which the resin decomposes, and continuing the heating for a period of time until weight loss from the pyrolytic resin substantially ceases. A method for producing silicon oxycarbide glass fibers, comprising carrying out the steps.
(31)セラミックフィラーを結合するオキシ炭化ケイ
素ガラスのマトリックス内に少なくとも1種のセラミッ
クファイバーを含む複合セラミックスであって、前記ガ
ラスが、約34〜48重量%のテトラオキシケイ素、約
11〜29重量%のモノカルボシロキサン、約11〜2
7重量%のジカルボシロキサン、およびガラスマトリッ
クス中に分散した約3〜9重量%の元素状炭素からなる
多原子単位中に分布しているケイ素、酸素および炭素か
らなる複合セラミックス。
(31) A composite ceramic comprising at least one ceramic fiber within a matrix of silicon oxycarbide glass bonding a ceramic filler, wherein the glass comprises about 34-48% by weight of tetraoxysilicon, about 11-29% by weight % monocarbosiloxane, about 11-2
A composite ceramic consisting of silicon, oxygen and carbon distributed in polyatomic units consisting of 7% by weight dicarbosiloxane and about 3-9% by weight elemental carbon dispersed in a glass matrix.
(32)前駆体樹脂を溶剤に溶解しこの樹脂に粒子状セ
ラミックフィラーを添加して複合樹脂を形成し、 少なくとも1種のセラミックファイバーに複合樹脂を含
浸し、 この含浸したファイバーを成形して複合材とし、 この含浸したファイバーから溶剤を蒸発させ、 非酸化性雰囲気中で前記成形ファイバーを前記樹脂が熱
分解する温度に加熱し、この加熱を、熱分解する樹脂か
らの重量損失が実質的に終了する時までの期間実施する
ことにより、セラミックファイバーを取囲むオキシ炭化
ケイ素ガラスおよびセラミックフィラーのマトリックス
を形成する ことからなる、セラミック複合材の製造方法。
(32) Dissolving the precursor resin in a solvent and adding particulate ceramic filler to this resin to form a composite resin, impregnating at least one type of ceramic fiber with the composite resin, and molding the impregnated fiber to form a composite resin. a material, evaporate the solvent from the impregnated fibers, and heat the shaped fibers in a non-oxidizing atmosphere to a temperature at which the resin pyrolyzes; A method of manufacturing a ceramic composite comprising forming a matrix of silicon oxycarbide glass and ceramic filler surrounding ceramic fibers by carrying out the process for a period of time up to the end of the process.
(33)加熱ステップの前に、熱と圧力をかけることに
よって、含浸したファイバーの層を圧密化してファイバ
ーの回りに連続な複合樹脂マトリックスを形成するステ
ップも含んでいる、請求項32記載の方法。
33. The method of claim 32, further comprising the step of consolidating the layer of impregnated fibers to form a continuous composite resin matrix around the fibers by applying heat and pressure prior to the heating step. .
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