JPH0384035A - ほう素、窒素およびけい素を基剤とする有機金属セラミック先駆物質 - Google Patents

ほう素、窒素およびけい素を基剤とする有機金属セラミック先駆物質

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JPH0384035A
JPH0384035A JP2202607A JP20260790A JPH0384035A JP H0384035 A JPH0384035 A JP H0384035A JP 2202607 A JP2202607 A JP 2202607A JP 20260790 A JP20260790 A JP 20260790A JP H0384035 A JPH0384035 A JP H0384035A
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    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08G79/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen, and carbon with or without the latter elements in the main chain of the macromolecule
    • C08G79/08Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen, and carbon with or without the latter elements in the main chain of the macromolecule a linkage containing boron

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は.ほう素および窒素を基剤とする有機金属ポリ
マーにして、該ポリマーを1000〜2000℃の温度
で熱分解することによりセラミック先駆物質として用い
ることに関する。
それ故、本発明は、応用として、窒化ほう素を特徴とす
る特に繊維形状のセラミック製品ないし物品の製造に上
記ポリマーを用いることに関する。
窒化ほう素は、その高温安定性、熱衝撃抵抗、高い化学
的不活性および非常に良好な熱伝導性故に益々探究され
ている物質であることが知られている。更に、その低い
導電性は該窒化ほう素をして優良な絶縁体としている。
窒化ほう素の種々の製造方法が今日知られている。
その一つは、三塩化ほう素とアンモニアとを気相で反応
させることにある。斯くして、微細な窒化ほう素粉末が
得られ、それを焼結させて嵩高な製品を得ることができ
る。しかしながら、得られる製品は、いくつかの応用で
非常に不都合となりつる微孔質を示す。
近年、窒化ほう素が先駆物質ポリマーの熱分解によって
製造しうることが発見された。
ポリマールートの益は取分け、この種の製品の造形とい
う可能性にあり、特に熱分解後窒化ほう素基剤繊維を得
ることの可能性にある。
斯くして、米国特許第4.581.468号は、トリク
ロロトリアルキルシリルボラゾール(環式化合物)に対
するアンモニアの作用(アンモノリシス)によって得ら
れる有機ほう素ポリマーを記載しており、また該ポリマ
ーが、紡糸に続く970℃での熱分解後窒化ほう素繊維
に達することを可能にすると6示している。
しかしながら、この特許文献に記載されている出発物質
の環式化合物は製造が非常に困難で、それ故コスト高で
あり、その結果工業的製造規模での応用という見込みは
生じ難い。
仏国特許出願第2.620.455号では、用いられる
ポリマー先駆物質は、トリハロボランと、ハロゲン原子
2個が直接結合しているほう素原子少なくとも1個を含
有する化合物との混合物と、NH,基少なくとも一つを
含有する化合物との反応生成物である。
仏国特許出願第2.620.443号は、この先駆物質
ポリマーから出発して、該先駆物質の、アンモニア下で
の熱分解により、本質上窒化ほう素を基剤とするセラミ
ック製品がもたらされることを教示している。
K、A、 Andrinov、Bulletin of
 the Academy ofScience、 U
SSR,1962,3、p、 1757−1758の刊
行物は、式BX、のトリハロボランを式(RiSt)2
NHのヘキサアルキルジシラザンに導入して式%式% ジハロボランを製造することにある方法を教示している
。而して、この後者の生成物は単純な有機ほう素モノマ
ーに過ぎず、いずれにせよ該生成物はそのままでは適当
な窒化ほう素先駆物質を構成し得ない。
また、欧州出願第305.985号も、トリハロボラン
とジシラザンとの反応をきわめて一般的に記載しており
、減圧下若しくは不活性雰囲気下でセラミック化繊維を
製造するための先駆物質として得られる生成物の使用を
教示している。得られる生成物は、反応の作業条件に従
って調整しつる融解4度を有するが、しかしそれが10
00℃までの温度でセラミック物質に熱的に転化される
とき、高割合のけい素を有し且つ周囲空気への長期暴露
暗安定性に乏しい点で欠点がある。
本出願人の名で1988年10月6日に出願された仏国
特許出願88/1311および同じく本出願人の名で1
989年4月13日に出願された89105177は、
トリハロボランとジシラザンとの反応が特定の適用条件
で実施されねばならず、また該条件はセラミック先駆物
質として用いることのできるポリマーを得るのに必要で
あることを教示している。
米国特許出願第4.707.556号は、B−トリクロ
ロボラジンとジシラザンとの反応によるセラミックポリ
マーの製造を教示している。得られる先駆物質は、融解
温度が調整できないという欠点を示す特にヘキサンに可
溶の固体である。
従って、本発明の一つの目的は、物理化学的性質を制御
することのできる.ほう素、窒素およびけい素を基剤と
したポリマーを得ることである。
本発明の他の目的は、1000℃での熱分解時けい素含
分の低いセラミック物質をもたらす、ほう素、窒素およ
びけい素を基剤としたポリマーの取得方法を提示するこ
とである。
叙上および他の目的は、実際上.ほう素、窒素およびけ
い素を基剤とするポリマーの製造方法にして、トリハロ
ボランA少なくとも1種、ジシラザンB少なくとも1種
およびB−1−リクロロボラジンC少なくとも1種の混
合物の反応を含む方法に関する本発明によって達成され
る。
出発物質のトリハロボランAは次式: %式%(1) に相当する0式中、Xは塩素、臭素、よう素およびふっ
素より選ばれるハロゲンである。
出発物質のジシラザンBは次式: %式%(2) に相当する。式中、Rは同じか又は別異にして、水素お
よび炭化水素基より選ばれるが、但しけい素原子に直接
結合した水素原子は1個より多くない。
好ましい炭化水素基Rは、10個以下の炭素原子を含有
するアルキル、シクロアルキル、アルケニル、アリール
、アルキルアリールおよびアリールアルキル基である。
本発明に適するアルキル基のうち例として、メチル、エ
チル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチ
ルおよびオクチル基を挙げることができる。シクロアル
キル基としては、シクロペンチル、シクロヘキシルおよ
びシクロヘプチル基を挙げることができる。アルケニル
基としてはビニル基、アリール基としてはフェニルおよ
びナフチル基、アルキルアリール基としてはトリルおよ
びキシリル基そして最後にアリールアルキル基としては
ベンジルおよびフェニルエチル基を挙げることができる
本発明によって企図されるジシラザン化合物単独ないし
混合物の例は、 ((cos)sst)ヨNH1(Cm)Is(CHx)
zsi)JH((Cm)Is) tcHssi)JHl
 ((CHs) tsl) JH((CHm)*(CH
i=CI)SiliNHである。
本発明の好ましい具体化に従って、ヘキサアルキルジシ
ラザンは単独で使用され、或はテトラアルキルジアルケ
ニルジシラザンと混合される。
出発物質のB−トリクロロボラジンCは次式: 原子1〜6個のアルキル基より選ばれる。
出発化合物A、BおよびCは好ましくは下記モル比に従
って用いられる: 0.1<A/C<10、好ましくは 0.5<A/C<2. 1<B/ (A+C)<12、好ましくは5<B/ (
A+C)<8 反応は大気圧で生起しつるけれども、より高い圧力ない
しより低い圧力も明らかに規定外ではない。
A、Bおよび0間の反応は塊状で実施し得、或は好まし
くは、中性タイプの有機溶剤(ヘキサン、ペンタン、ト
ルエン、クロロベンゼン等)溶液で無水条件下実施する
ことができる。
反応混合物の温度は臨界的パラメーターではないが、一
般に一り0℃〜使用溶剤の還流温度でありうる。
より良好な構造を持つポリマーを形成するために、斯く
してまた、後続熱分解時の収率を高めるために、例えば
、反応混合物を溶剤の還流温度に高めることによって該
混合物を加熱することも亦有利でありうる。該加熱は二
三分〜数時間範囲の朋間行なわれる。しかしながら、こ
の加熱処理はほとんどの場合必要でない。
この反応段階の終りに、ポリマーが反応媒体から分離さ
れる。これは、それ自体既知の任意手段により、例えば
、不活性雰囲気下での清適、或は特に液体アンモニアに
よる抽出ないし相分離によって行なわれる。
斯くして回収されたポリマーは、随意溶剤を(蒸留その
他の方法により)除去し次いで乾燥した後、熱分解しつ
るポリマー先駆物質を形成する。
更に残留塩素含量を低下させる目的で、随意、得られた
ポリマーを後続工程で処理することができる。而して、
その処理は、塊状の或は好ましくは無水有機溶剤媒体(
ヘキサン、ペンタン、トルエン等)中のポリマーを、N
HI基少なくとも1種を含有する化合物(以下アミノリ
シス剤と呼称)と接触させることにある。
用いることのできるアミノリシス剤1のうち、アンモニ
ア、第一アミン、ジアミン(ヒドラジン、アルキルヒド
ラジン、ヒドラジド、アルキレンジアミン等)、アミド
、シリルアミンおよび類似物を挙げることができる。
用いられる化合物は好ましくは、次式 (4): に相当するものである。式中、基R′は水素原子、炭化
水素基およびシリル基から選ばれる。斯くして、下記の
ものが特に適している:アンモニア(R2=水素原子)
、 第一有機アミン(R2=アルキル、シクロアルキル、ア
リール、アルキルアリール又はアリールアルキル基)例
えばメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブ
チルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチ
ルアミンおよびオクチルアミン、シクロプロピルアミン
、フェニルアミン等、 シリルアミン特に、(トリエチルシリル)アミンの如き
トリオルガノシリルアミン又は(ヒドロジメチルシリル
)アミンの如きヒドロオルガノシリルアミン。
好ましいアミノリシス剤は第一アルキルアミンおよびア
ンモニアである。
更に好ましい具体化に従い、作業はアンモニアを用いて
実施される。
出発化合物A、BおよびCは任意の順序で反応器に導入
することができる。しかしながら、好ましくは、有機溶
剤溶液のCを以て好ましくは一20℃以下の塩度で出発
することが推奨される。次いで、化合物Aが(もし気体
なら)バブリングにより導入される。
AとCとの混合物を好ましくは一20℃以下の温度に保
持しながら、化合物Bを緩徐に流入させる。この添加時
間は好ましくは10分〜5時間である。Bを添加し終え
たとき、反応混合物を室温(20℃)に戻し、得られた
ポリマーを溶剤の除去によって析出させる。
本発明に従って得ることのできるほう素、窒素およびけ
い素を基剤としたポリマーは、400〜10.000好
ましくは600〜5000でありうる数平均分子量(M
n)を有する。
更に、該ポリマーは、600〜ioo、oo。
好ましくは700〜10.000範囲でありうる重量平
均分子量(M w )を有する。多分故性比(Pr)は
一般に1.1〜3である。
上記方法を実施する条件に依って、本発明に従ったポリ
マーは室温で、低粘度ないし高粘度の油状物〜固体範囲
の形状を取りつる。
加えて、本発明に従ったポリマーは可融性であり、また
ほとんどの普通有機溶剤(ヘキサン、トルエン等)に可
溶である。その融解温度を制御することは本方法の実施
条件を用いるとき可能であり、而してその造形性が関係
する場合これは非常に有利である。
分光分析は、本発明に従ったポリマーが実際上ターポリ
マーであって、一方をAとBとの反応から得、他方をB
とCとの反応から得るポリマー2種の混合物ではないこ
とを示す。
もしそれが室温で固体状態であるなら随意溶融した後、
本発明に従ったポリマーを、直径が例えば10〜40μ
mのフィラメントに直接紡糸することができる。
次いで、得られたフィラメントは不融化し、その後、窒
化ほう素への転化目的で減圧下、不活性雰囲気(窒素、
アルゴン)中或はアンモニア下300−1800℃の温
度で熱分解せしめられる。
フィラメントは、セラミック化後、特に熱処理、水、ア
ンモニア、紫外線、電子ビームの作用によって或はこれ
ら手段の併用によって不融化する。
而して、得られたセラミック繊維は、セラミック/セラ
ミック、セラミック/金属又はセラミック/プラスチッ
クタイプの複合材料用補強構造として用いることができ
る。
はとんどの−殻間ケース(粉末が得られる)。
において、ポリマーは、該ポリマーが窒化ほう素基剤セ
ラミックへと完全に転化するまで繊維の場合と同じ条件
で直接熱分解される。
斯くして得られたセラミック材料は約0.1〜3質量%
の低いけい素含量を有する。
下記例は本発明を、その範囲を制限することなく例示す
る。
例中、 Mnは数平均分子量であり、 Mwは重量平均分子量であり、 Prは多分散性比であり、 TGAは熱重量分析であり、そして %は、特記せぬ限り重量による。
鮭−ユ(BCg s + (BCj−N)l) s +
 HMDZ)乾燥トルエン700mI2とB−トリクロ
ロボラジン20.3g(0,1モル)をlβ反応器に窒
素下装入する。
一30℃に冷却後、三塩化ほう素12.9g(0,11
モル)をバブリングによって反応器に導入する。
次いで、ヘキサメチルジシラザン106.5g(0,6
6モル)を50分間にわたって流入し、その間反応混合
物の温度を約−30℃に保持する。
添加し終えたとき、混合物を1時間撹拌しながら、温度
を周囲のそれに戻す。
窒素下での濾過後、斯くして得られた透明且つ無色の溶
液を煮つめて、白色フオーム形状をなすポリマー36g
を生成する。
得られたポリマーの特性値は下記の如くである: 生成物: トルエンに非常に可溶、 軟化温度=95℃、 110℃での生成物の融解で延伸時フィラメントを形成
、 Mn=1120゜ Mw=3880゜ Pr=345゜ TGA=ヘリウム下850℃で32.7%の残分。
この生成物の試料をアンモニア下t ooo℃までの温
度で熱分解したところ、BNの優勢な、非常に硬質の焼
結白色セラミックを得る。
1000℃で熱分解した試料に対するIRおよびラマン
分析は、得られたセラミックが本質上窒化ほう素BNよ
りなることを示す。
熱分解収率= 28.94%、 残留C氾含分く0.2%、 Si含分=1.4%。
比土u生1(BCj、  + HMDZ)乾燥トルエン
630mj2を窒素下1g反応器に装入し、−30℃に
冷却後、三塩化ほう素26g(0,22モル)をバブリ
ングによって反応器に導入する。
次いで、ヘキサメチルジシラザン107g(0,66モ
ル)を65分間にわたって流入し、その間反応混合物の
温度を約−25℃に保持する。
添加し終えたとき、混合物を1時間30分撹拌しながら
、温度を周囲のそれに戻す。
窒素下での濾過後、斯くして得られた溶液を煮つめて、
僅かに白い高流動油状物23gを生成する。
得られたポリマーの特性値は下記の如くである: TGA=ヘリウム下850℃で17.3%の残分。
コノ生成物の試料をアンモニア下1000”Cまでの温
度で熱分解したところ、Si含分5,5%のセラミック
を得る。
工較旦ユ((BCR−N旧s + HMDZ)乾燥トル
エン620mj2とB−1−リクロロボラジン41g(
0,22モル)を窒素下lI2反応器に装入する。−2
5℃に冷却後、ヘキサメチルジシラザン107.7 g
 (0,67モル)を20分間にわたって流入し、その
間反応混合物の温度を約−25℃に保持する。添加し終
えたとき、混合物を2時間撹拌しながら、温度を周囲の
それに戻す。
窒素下でのン濾過後、斯くして得られた透明無色の溶液
を煮つめて、白色フオーム形状のポリマー45gを生成
する。
得られたポリマーの特性値は下記の如くである: 軟化温度=200℃、 240℃での生成物の融解で軟質ペーストを形成、 TGA=ヘリウム下850℃で437%の残分。
この生成物の試料をアンモニア下1000℃までの温度
で熱分解したところ、BNの優勢なセラミックを得る: 熱分解収率= 37.5%、 Si含量=3.4%。
鮭−A 下記のものを窒素下乾燥したlI2反応器に装入する: 例2で得たポリマー      10.5g、例3で得
たポリマー      10.8g。
次いで、混合物を均質化するためにトルエン100mj
2を加える。生成物を完全に溶がした後、溶剤を蒸発さ
せて ”’;+C玉、S  7’、I:粘着性固体19
.7gを生成する(蒸発時の減量1.58g)。
斯くして得た混合物のTGA=ヘリウム下850℃で3
8.5%。
鮭−亙 Q乞燥トルエン300mnとB−1−リクロロボラジン
29.9 g (0,162モル)をトリクロロボラン
6.3g(0,054モル)と−緒に、窒素下乾燥した
0、 5g反応器に装入する。
ヘキサメチルジシラザン104.6 g(0,648モ
ル)を1時間にわたって流入し、その間温度を反応混合
物で約−20”Cに保持する。
反応終了時、溶l夜を濾過し、次いで煮つめて白色固体
32.4gを生成する。
この生成物を1000’Cまでの温度でアンモニア下熱
分解してBNの優勢なセラミックを得る: 熱分解収率:37゜62%、 Si含分= 2.68%。
鯉−1 作業手順を例5のそれと同じにし、下記のものを導入す
る B −) IJりooボラジ:/9.75 g (0,
053モル)、 トリクロロボランlB、6g (0,159モル)、 ヘキサメチルジシラザン102.6 g(0,636モ
ル)、 乾燥トルエン       300mj2゜軟化温度が
200℃である脆性樹脂24.7 gを得る。
熱分解の作業手順を例5のそれと同じにする。
熱分解収率=36.29%、 Si含分= 0.80%。
鮭−1 作業手順を例5のそれと同じにし、下記のものを2β反
応器に導入するニ トリクロロボランl1g(0,094モル)、B−1−
リクロロボラジン17.3 g (0,094モル)、 ヘキサメチルジシラザン91g(0,564モル)、 乾燥トルエン        800m尼。
軟化温度が95℃である固体生成物31.2gを得る。
熱分解の作業手順を例5のそれと同じにする。
熱分解収率= 35.19%、 Si含分=1.45%。
例−一旦 作業手順を例5のそれと同じにし、下記のものを24反
応器に導入するニ トリクロロボラン 41g(0,35モル)、B−トリ
クロロボラジン7.1g(0,039モル)、 ヘキサメチルジシラザン188.4g(1,17モル)
、 乾燥トルエン        630mI2゜樹脂状の
生成物41gを得る。
熱分解の作業手順を例5のそれと同じにする。
熱分解収率= 25.66%、 Si含分= 0.43%。
作業手順を例5のそれと同じにし、 下記のも のを0.5色反応器に導入するニ トリクロロボラン36.8 (0,314モ ル) B−トリクロロボラジン14.46 g(0,078モ
ル)、 ヘキサメチルジシラザン189.8 g(1,18モル
)、 乾燥トルエン        400mβ。
樹脂状の生成物45.5gを得る。
この生成物を減圧平熱処理に付してその物理化学的特性
を改良する。処理温度は200℃であり、処理長さは、
0.5 k P aの圧力下4時間である。
軟化温度115℃、融解温度150℃の紡糸可能な固体
生成物を得る。
ポリマーの  および執  : 得られた生成物を、直径25〜35μmの7フイラメン
トよりなる繊維形状で押出紡糸し次いで繊維をリールで
巻取る。
上記繊維はアンモニアによる処理で不融化する。
次いで、該繊維をアンモニア下1ooo℃で熱分解して
、BNの優勢な、直径7.5〜12μmの7フイラメン
トよりなる繊維を得る。
繊維熱分解収率=32%。
区−11 乾燥トルエン758.9gに溶かしたB−1−リクロロ
ボラジン15.7g(0,85モル)をジャケット付き
3I2反応器に装入する。
これを−30℃に冷却し1次いでトリクロロボランlO
,03g(0,085モル)を導入する。
次いで、下記の混合物: ヘキサメチルジシラザン65.85 g(0,408モ
ル)、 テトラメチルジビニルジシラザン18.91g(0,1
02モル) を1時間にわたって一滴一滴導入し、その間温度を一2
5℃〜−23℃に保持する。
次いで、混合物を1時間室温で放置し、濾過する。透明
な溶液を回収する。溶剤を減圧下蒸発した後、生成物を
0.67kPaの圧力下60℃で1時間保持する0次い
で、白色粉末23gを回収する: 軟化温度:  110℃、 融解温度: 180℃。
生成物を下記条件に従ってアンモニア下熱分解する: 25℃〜400℃: 1℃/m1n(1時間のプラトー
)、 400℃〜1OOO℃: 3℃/ m  i  n(1
時間のプラトー)。
完全に白色のセラミックを収率37.07%で得る。
IRおよびラマン分析並びに微量分析は、窒化ほう素の
優勢なセラミックの形成を確認する。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.ほう素、窒素およびけい素を基剤とするポリマーの
    製造方法にして、式: BX_3(1) (式中Xは塩素、臭素、よう素およびふっ素より選ばれ
    るハロゲンである) に相当するトリハロボランA少なくとも1種と、式:(
    R_3Si)_2NH(2) (式中Rは同じか又は別異にして、水素および炭化水素
    基より選ばれるが、但しけい素原子に直接結合した水素
    原子は1個より多くない) に相当するジシラザンB少なくとも1種と、そして式: ▲数式、化学式、表等があります▼(3) (式中R_1は水素原子および、炭素原子1〜6個のア
    ルキル基より選ばれる) に相当するB−トリクロロボラジンC少なくとも1種の
    混合物の反応を含むことを特徴とする方法。
  2. 2.出発化合物A、BないしCが下記モル比:0.1<
    A/C<10、 1<B/(A+C)<12 に従って用いられることを特徴とする、特許請求の範囲
    第1項記載の方法。
  3. 3.出発化合物A,BないしCが下記モル比:0.5<
    A/C<2、 5<B/(A+C)<8 に従って用いられることを特徴とする、特許請求の範囲
    第1項記載の方法。
  4. 4.反応が中性タイプの有機溶媒溶液で実施されること
    を特徴とする、特許請求の範囲第1項〜3項のいずれか
    一項記載の方法。
  5. 5.Bがヘキサアルキルジシラザンとテトラアルキルジ
    シラザンとの混合物であることを特徴とする、特許請求
    の範囲第1項〜4項のいずれか一項記載の方法。
  6. 6.AがBCl_3であり、Bがヘキサメチルジシラザ
    ンであり、そしてCが式: ▲数式、化学式、表等があります▼ を有することを特徴とする、特許請求の範囲第1項〜4
    項のいずれか一項記載の方法。
  7. 7.特許請求の範囲第1項〜6項のいずれか一項記載の
    方法により得ることのできるポリマーがアミノリシス剤
    によって処理されることを特徴とする、特許請求の範囲
    第1項〜6項のいずれか一項記載の方法。
  8. 8.特許請求の範囲第1項〜7項のいずれか一項記載の
    方法により得ることのできるポリマーを用いた、該ポリ
    マーの熱分解による窒化ほう素基剤セラミック粉末の製
    造方法。
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