JPH0629123B2 - Method for producing silicon ceramics - Google Patents

Method for producing silicon ceramics

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JPH0629123B2
JPH0629123B2 JP59193866A JP19386684A JPH0629123B2 JP H0629123 B2 JPH0629123 B2 JP H0629123B2 JP 59193866 A JP59193866 A JP 59193866A JP 19386684 A JP19386684 A JP 19386684A JP H0629123 B2 JPH0629123 B2 JP H0629123B2
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polysilazane
reaction
silicon
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ammonia
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孝司 庭田
俊一郎 田中
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Momentive Performance Materials Japan LLC
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Toshiba Corp
Toshiba Silicone Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明はケイ素セラミックスの製造方法に関し、さらに
詳しくは、高分子量のポリシラザンを原料としてケイ素
セラミックス材料、即ち窒化ケイ素、炭化ケイ素または
窒化ケイ素と炭化ケイ素との複合体を製造する方法に関
するものである。
Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing silicon ceramics, and more specifically, to a silicon ceramic material, that is, silicon nitride, silicon carbide or silicon nitride and silicon carbide using high molecular weight polysilazane as a raw material. The present invention relates to a method for producing a composite with.

[発明の技術的背景とその問題点] ケイ素−窒素−ケイ素結合を有するシラザンまたはポリ
シラザンを出発原料としたケイ素セラミックスの製造に
関する研究としては、以下に述べる4件が報告されてい
るのみである。
[Technical Background of the Invention and Problems Thereof] Only four studies described below have been reported as studies on the production of silicon ceramics using silazane or polysilazane having a silicon-nitrogen-silicon bond as a starting material.

西ドイツ特許第2,236,078号(1974)には、ジメチルジク
ロロシランとアンモニアとを気相または液相で接触させ
てポリシラザンオリゴマーを得、ついでこれを熱処理す
る方法が開示されている。また、ジャーナル・オブ・ア
プリケーション・ポリマー・サイエンス(Journal of Ap
plication Polymer Science),27,3751(1982)では、メチ
ルトリクロロシランとメチルアミンとを接触させてメチ
ルトリメチルアミノシランを生成させ、520℃で熱処理
してポリカルボシラザンを得た後、さらに約1,200℃で
熱処理する方法が報告されている。しかしながら、これ
らの方法ではいずれも高分子量のシラザンを得るのが困
難であり、ポリシラザンの熱処理においても蒸発などに
よりケイ素セラミックスを収率よく得ることが難しい。
West German Patent No. 2,236,078 (1974) discloses a method in which dimethyldichlorosilane and ammonia are brought into contact with each other in a gas phase or a liquid phase to obtain a polysilazane oligomer, and then the polysilazane oligomer is heat-treated. Also, the Journal of Application Polymer Science
Replication Polymer Science), 27 , 3751 (1982), methyltrichlorosilane and methylamine are contacted to generate methyltrimethylaminosilane, which is heat treated at 520 ° C to obtain polycarbosilazane, and then at about 1,200 ° C. A method of heat treatment has been reported. However, it is difficult to obtain a high molecular weight silazane by any of these methods, and it is difficult to obtain a silicon ceramics in a high yield due to evaporation even in the heat treatment of polysilazane.

さらに、コミュニケーション・オブ・アメリカン・セラ
ミックス・ソサィェティ(Commun. of Amer. Ceram. Soc
iety),C-13(1983)には、ジクロロシランにアンモニアを
接触させてポリシラザンを得、ついでそれを1,150℃で
熱処理する方法が開示されている。しかし、この方法で
は、得られるポリシラザンの安定性が乏しく、酸素の存
在下室温で容易に分解し、その一部がシロキサン化して
しまうという問題がある。
Furthermore, the Communication of American Ceramics Society (Commun. Of Amer. Ceram. Soc
(Ciety, C-13 (1983)) discloses a method of contacting dichlorosilane with ammonia to obtain polysilazane, and then heat treating it at 1,150 ° C. However, this method has a problem that the obtained polysilazane is poor in stability and is easily decomposed at room temperature in the presence of oxygen, and a part thereof is converted into siloxane.

さらには、特開昭第58-63725号公報に示されるように、
塩素含有ジシランとアンモニアとを接触させてポリシラ
ザンを得て、熱処理によりケイ素セラミックスを得る方
法が開示されている。この方法によれば、ポリシラザン
の高分子化が可能であると報告されているが、原料とな
る塩素含有ジシランは、塩素数が異なる混合物の状態で
使用されるため、一定の性状のポリシラザンを得ること
は難しい。また、このポリシラザンを1600℃で熱処理す
るとβ−炭化ケイ素のみが得られることが報告されてお
り、したがって、この方法では目的に応じて窒化ケイ素
を製造することは不可能である。
Furthermore, as shown in JP-A-58-63725,
A method is disclosed in which chlorine-containing disilane is contacted with ammonia to obtain polysilazane, and heat treatment is performed to obtain silicon ceramics. According to this method, it is reported that polysilazane can be polymerized, but since chlorine-containing disilane as a raw material is used in a state of a mixture having different chlorine numbers, polysilazane having a certain property is obtained. It's difficult. Further, it has been reported that only β-silicon carbide can be obtained by heat-treating this polysilazane at 1600 ° C. Therefore, it is impossible to produce silicon nitride according to the purpose by this method.

[発明の目的] 本発明は、オルガノハロシラン類の合成の際に副生し
て、蒸留により比較的容易に分離しやすい、ケイ素−水
素結合を有するハロシランを出発原料として高分子量の
ポリシラザンを得、さらにこのポリシラザンを原料とし
て容易かつ高収率にケイ素セラミックスを製造すること
を目的とする。
[Object of the Invention] The present invention obtains a high molecular weight polysilazane using a halosilane having a silicon-hydrogen bond, which is a by-product during the synthesis of organohalosilanes and is relatively easily separated by distillation, as a starting material. Furthermore, it is an object of the present invention to manufacture silicon ceramics easily and in high yield using this polysilazane as a raw material.

[発明の概要] 本発明者らは、上記目的を達成すべく検討を重ねた結
果、一般式RHSiXで示されるジハロシランを用い
た場合は、一般式RSiXで示されるジハロシラン
にくらべて高分子量のシラザンオリゴマーが得られ(上
記の二つの式中、Rは炭素数1〜6の一価の炭化水素基
を表し、Xはハロゲン原子を表す)、しかも得られたシ
ラザンオリゴマーは室温では比較的安定であるが、加熱
することにより容易にさらに高分子化することを見出し
た。さらには、このポリシラザンを高温下で熱処理する
ことにより収率よくケイ素セラミックスが得られること
を見出し、本発明を完成するに至った。
[Summary of the Invention] As a result of repeated studies to achieve the above object, the present inventors have found that when a dihalosilane represented by the general formula RHSiX 2 is used, the dihalosilane represented by the general formula R 2 SiX 2 is compared with the dihalosilane represented by the general formula R 2 SiX 2. A high molecular weight silazane oligomer is obtained (in the above two formulas, R represents a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and X represents a halogen atom), and the obtained silazane oligomer is at room temperature. Although it is relatively stable, it was found that the polymer is easily polymerized by heating. Furthermore, they found that silicon ceramics can be obtained in good yield by heat-treating this polysilazane at a high temperature, and completed the present invention.

すなわち、本発明は、ポリシラザンを用いるケイ素セラ
ミックスの製造方法において、 ポリシラザンとして、アンモニアと一般式: RHSiX (式中、RおよびXは前記と同義である。) で示されるジハロシランとを接触させた後、不活性かつ
無水の雰囲気下で50〜500℃で加熱することによ
り、高分子化させることにより得られる分子量が10,000
以上のポリシラザンを用い、該ポリシラザンを、500
〜1,000℃の温度範囲で予備的に熱処理した後、不
活性雰囲気または真空中で1200℃以上の温度で熱処理す
ることを特徴とする。
That is, in the present invention, in the method for producing silicon ceramics using polysilazane, as polysilazane, ammonia is brought into contact with a dihalosilane represented by the general formula: RHSiX 2 (wherein R and X have the same meanings as described above). Then, by heating at 50 to 500 ° C. under an inert and anhydrous atmosphere, the molecular weight obtained by polymerizing is 10,000.
Using the above polysilazane,
It is characterized in that after the preliminary heat treatment in the temperature range of up to 1,000 ° C, the heat treatment is carried out at a temperature of 1200 ° C or higher in an inert atmosphere or vacuum.

即ち、本発明の第1の特徴点は、ケイ素セラミックスの
原料として用いられるポリシラザンとして、アンモニア
と一般式: RHSiX (式中、RおよびXは前記と同義である。) で示されるジハロシランとを接触させる新規な反応によ
り得られるポリシラザンを用いることである。
That is, the first feature of the present invention is that, as polysilazane used as a raw material of silicon ceramics, ammonia and dihalosilane represented by the general formula: RHSiX 2 (wherein R and X have the same meanings as described above). It is to use polysilazane obtained by a novel reaction of contacting.

上記反応で用いられるジハロシランは一般式RHSiX
で示されるが、ここでRで表される炭素数1〜6の一
価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピ
ル基、ブチル基、ヘキシル基のようなアルキル基;ビニ
ル基、アリル基のようなアルケニル基;フェニル基など
が例示される。合成のしやすさなどからはメチル基また
はフェニル基が好ましい。Xはフッ素、塩素、臭素、ヨ
ウ素のハロゲン原子であるが、一般的には塩素原子であ
る。
The dihalosilane used in the above reaction has the general formula RHSiX
2 , the monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms represented by R is an alkyl group such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group or hexyl group; vinyl group And alkenyl groups such as allyl groups; phenyl groups and the like. A methyl group or a phenyl group is preferable from the viewpoint of ease of synthesis. X is a halogen atom such as fluorine, chlorine, bromine or iodine, but is generally a chlorine atom.

ポリシラザンを製造するに際しては、同一のR基のみを
有するジハロシランを用いてもよく、また相異なるR基
を有するジハロシランを所定の比に混合して用いてもよ
い。なお、ジハロシランは、一般的には直接法の副生成
物、塩素含有ジシランの塩酸による分解、グリニャール
反応などによって工業的に得られる。
In producing the polysilazane, dihalosilanes having only the same R group may be used, or dihalosilanes having different R groups may be mixed and used at a predetermined ratio. The dihalosilane is generally obtained industrially by a direct method by-product, decomposition of chlorine-containing disilane with hydrochloric acid, Grignard reaction and the like.

本発明で使用されるアンモニアは、ジハロシランの加水
分解および生成するシラザンオリゴマーの加水分解を防
ぐため、本質的に無水であることが好ましい。ここで本
質的に無水とは絶対的な無水の状態である必要はなく、
多少の水分は許容できるという意味である。
The ammonia used in the present invention is preferably essentially anhydrous so as to prevent hydrolysis of the dihalosilane and hydrolysis of the resulting silazane oligomer. Essentially anhydrous here does not have to be an absolute anhydrous state,
This means that some water is acceptable.

反応は、アンモニアとジハロシランが互いに接触すると
同時に進行し、アミノシラン化合物を経てポリシラザン
中間体が形成される。原料を添加する順序について何ら
制限はないが、アンモニアがガス状であるため、一般的
にはジハロシランにアンモニアを導入する方法がとられ
る。この場合、ジハロシラン1モルに対し、常温で1気
圧のアンモニアガスを通常約70〜100供給する。反応
が進行するに伴い、塩化アンモニウムの生成量が増え、
反応混合物の粘度を著しく高める。そのため、ジハロシ
ランを沸点の低い溶媒に加え、反応混合物の攪拌が均一
に行われるようにするのが望ましい。このような低沸点
溶媒としては、ペンタン、ヘプタン、ヘキサン、ベンゼ
ン、トルエンなどがあげられる。これらの溶媒は先述し
た理由から本質的に無水であることが好ましく、一般的
に乾燥したのちに使用する。かかる溶媒を用いる場合
は、通常、ジハロシラン100重量部に対し100〜1,000重
量部の溶媒が加えられる。
The reaction proceeds at the same time when ammonia and dihalosilane come into contact with each other to form a polysilazane intermediate via an aminosilane compound. There is no limitation on the order of adding the raw materials, but since ammonia is in a gaseous state, a method of introducing ammonia to dihalosilane is generally used. In this case, 1 mol of dihalosilane is usually supplied with ammonia gas at a pressure of 1 atm at a temperature of about 70 to 100. As the reaction proceeds, the amount of ammonium chloride produced increases,
The viscosity of the reaction mixture is significantly increased. Therefore, it is desirable to add dihalosilane to a solvent having a low boiling point so that the reaction mixture is uniformly stirred. Examples of such a low boiling point solvent include pentane, heptane, hexane, benzene, toluene and the like. It is preferable that these solvents are essentially anhydrous for the reasons described above, and they are generally used after drying. When such a solvent is used, usually 100 to 1,000 parts by weight of the solvent is added to 100 parts by weight of dihalosilane.

反応は、アンモニアとジハロシランが互いに接触すると
同時に進行することから、室温で反応を行うこともでき
る。また、反応を促進させるため、反応系を加熱しても
よい。一般には、反応を常圧下で行う場合、低沸点溶媒
が還流する温度まで加熱する。さらには、反応を促進す
る目的で、密封下で行ってもよい。反応時間は通常、0.
5〜5時間である。
Since the reaction proceeds simultaneously with the contact between ammonia and dihalosilane, the reaction can be carried out at room temperature. The reaction system may be heated to accelerate the reaction. Generally, when the reaction is carried out under normal pressure, it is heated to a temperature at which the low boiling point solvent refluxes. Furthermore, for the purpose of promoting the reaction, it may be carried out under a sealed condition. The reaction time is usually 0.
5 to 5 hours.

以上の反応によりポリシラザンが生成するが、最終の熱
処理工程において望ましいセラミックスを高収率で得る
ためには、分子量が10,000以上のポリシラザンを用いる
ことが、本発明の大きな特徴である。このようにポリシ
ラザンの分子量を高めるためには、上記反応により得ら
れたポリシラザンを不活性かつ本質的に無水の雰囲気内
で熱処理することが必要である。すなわち、例えば市販
の乾燥窒素、乾燥アルゴンなどにより、雰囲気を形成し
て熱処理を行う。この熱処理は、ポリシラザンを含む反
応混合物をそのまま該処理に付してもよいし、あるいは
反応混合物からポリシラザンを常法に従い単離して該処
理に付すことにより行ってもよい。反応混合物からのポ
リシラザンの単離は、例えば、副生したアンモニウム塩
をろ過し、ろ液を加熱または減圧処理して低沸点溶媒お
よび揮発性の生成物を除去することにより行われる。な
お、ポリシラザンを高分子化するための上記反応におい
て、ポリシラザンの重合度は加熱温度および時間により
設定でき、重合度が百数十から数万以上のポリシラザン
が任意に得られる。該反応は通常50〜500℃、好ましく
は150〜350℃の温度範囲内で行われるが、50℃未満では
重合反応が起りにくく、また500℃を越えると重合度の
調節が困難になりやすい。反応時間は通常、0.2〜10時
間である。
Although polysilazane is produced by the above reaction, the use of polysilazane having a molecular weight of 10,000 or more is a major feature of the present invention in order to obtain a desired ceramic in a high yield in the final heat treatment step. In order to increase the molecular weight of polysilazane as described above, it is necessary to heat-treat the polysilazane obtained by the above reaction in an inert and essentially anhydrous atmosphere. That is, heat treatment is performed by forming an atmosphere with, for example, commercially available dry nitrogen or dry argon. This heat treatment may be carried out by subjecting the reaction mixture containing polysilazane to the treatment as it is, or may be carried out by isolating polysilazane from the reaction mixture by a conventional method and subjecting it to the treatment. Isolation of polysilazane from the reaction mixture is carried out, for example, by filtering the by-produced ammonium salt and subjecting the filtrate to heat treatment or reduced pressure treatment to remove the low boiling point solvent and the volatile product. In the above reaction for polymerizing polysilazane, the degree of polymerization of polysilazane can be set by the heating temperature and time, and polysilazane having a degree of polymerization of hundreds of tens to tens of thousands or more can be arbitrarily obtained. The reaction is usually carried out in the temperature range of 50 to 500 ° C., preferably 150 to 350 ° C., but if it is lower than 50 ° C., the polymerization reaction does not easily occur, and if it exceeds 500 ° C., it becomes difficult to control the degree of polymerization. The reaction time is usually 0.2 to 10 hours.

本発明の次の特徴点は、前記反応により得られたポリシ
ラザンがケイ素セラミックスを製造するための原料とし
て使用し得るという、新たな用途を見出したことにあ
る。即ち、本発明では最後に、アンモニアとジハロシラ
ンとの接触反応により得られたポリシラザンを更に高分
子化させるための上記反応に付して得られたポリシラザ
ンをそのまま、または精製した後、1,200℃以上の温度
で熱処理するのである。この熱処理は、ポリシラザンの
酸化反応を防ぐため、窒素ガス、アルゴンガスなどの不
活性雰囲気下または真空中で行われる。加熱温度は1,20
0℃以上、好ましくは1,300〜1,800℃の温度範囲であ
る。1,200℃未満では、結晶質のケイ素セラミックスを
得ることができず、また経済性および生成したセラミッ
クスの昇華防止という観点からはあまり高温にすること
は好ましくない。加熱時間は通常0.1〜30時間である。
なお、ポリシラザンの熱処理時に副生するガスによる加
熱炉の損傷を防止するという理由から、1,200℃以上で
処理する前に、予めポリシラザンを500〜1,000℃の温度
範囲内で0.1〜10時間熱処理し、副生成物の除去を行
う。
The next feature of the present invention is to find a new application in which the polysilazane obtained by the above reaction can be used as a raw material for producing silicon ceramics. That is, in the present invention, finally, the polysilazane obtained by the above reaction for further polymerizing the polysilazane obtained by the catalytic reaction of ammonia and dihalosilane is used as it is, or after purification, at 1,200 ° C. or higher. It is heat-treated at a temperature. This heat treatment is performed under an inert atmosphere such as nitrogen gas or argon gas or in vacuum in order to prevent the oxidation reaction of polysilazane. The heating temperature is 1,20
The temperature range is 0 ° C or higher, preferably 1,300 to 1,800 ° C. If the temperature is lower than 1,200 ° C., it is not possible to obtain crystalline silicon ceramics, and it is not preferable to raise the temperature too high from the viewpoint of economy and prevention of sublimation of the generated ceramics. The heating time is usually 0.1 to 30 hours.
In addition, in order to prevent damage to the heating furnace due to the gas by-produced during the heat treatment of polysilazane, before the treatment at 1,200 ° C or higher, the polysilazane is preliminarily heat-treated in the temperature range of 500 to 1,000 ° C for 0.1 to 10 hours, By-products are removed.

上記反応においては、一種または二種以上のポリシラザ
ンを任意に用いることができる。有機基として炭素数の
少ない炭化水素基を有するポリシラザン(例えば、Rが
低級アルキル基のジハロシランをアンモニアと反応させ
ることにより得られる)を原料として用いた場合は、主
に窒化ケイ素が得られ、一方、有機基としてフェニル基
を有するポリシラザン(Rがフェニル基のジハロシラン
をアンモニアと反応させることにより得られる)を原料
として用いた場合は、主に炭化ケイ素が得られる。ま
た、両ポリシラザンを適宜の割合で配合することによ
り、窒化ケイ素と炭化ケイ素とが所望の割合で混在した
ケイ素セラミックス複合体を得ることができる。
In the above reaction, one kind or two or more kinds of polysilazanes can be optionally used. When polysilazane having a hydrocarbon group having a small number of carbon atoms as an organic group (for example, obtained by reacting dihalosilane in which R is a lower alkyl group with ammonia) is used as a raw material, silicon nitride is mainly obtained, while When polysilazane having a phenyl group as an organic group (obtained by reacting dihalosilane in which R is a phenyl group with ammonia) is used as a raw material, silicon carbide is mainly obtained. Further, by blending both polysilazanes in an appropriate ratio, it is possible to obtain a silicon ceramic composite in which silicon nitride and silicon carbide are mixed in a desired ratio.

[発明の効果] 本発明によれば、ケイ素セラミックスを容易にかつ高収
率で得ることができる。さらには、出発原料のジハロシ
ランまたは直接の原料のポリシラザンのケイ素原子に結
合する有機基を適宜に選択することにより、窒化ケイ素
または炭化ケイ素からなるケイ素セラミックス、あるい
は窒化ケイ素と炭化ケイ素とが混在したケイ素セラミッ
クス複合体が得られる。また、有機基が異なる二種以上
の原料を適宜に用いることにより、ケイ素セラミックス
複合体中の窒化ケイ素と炭化ケイ素との混在比を自由に
調節することができる。したがって、本発明は、ケイ素
セラミックスの製造方法として工業的にきわめて有用な
ものである。
[Effects of the Invention] According to the present invention, silicon ceramics can be easily obtained in high yield. Furthermore, by appropriately selecting an organic group that binds to a silicon atom of a starting material, dihalosilane, or a direct material, polysilazane, silicon ceramics composed of silicon nitride or silicon carbide, or silicon mixed with silicon nitride and silicon carbide. A ceramic composite is obtained. Further, by appropriately using two or more kinds of raw materials having different organic groups, the mixing ratio of silicon nitride and silicon carbide in the silicon ceramic composite can be freely adjusted. Therefore, the present invention is industrially very useful as a method for producing silicon ceramics.

[発明の実施例] 実施例1 ポリシラザンの製造 攪拌器の付いた耐圧反応容器に、メチルジクロロシラン
CH3HSiCl2100重量部および低沸点溶媒としてn-ヘキサン
440重量部を仕込んだ。その後、耐圧反応容器に付いた
ガス導入口より乾燥アンモニアを吹込んだ。アンモニア
を吹込むと同時に圧力が上昇し、反応温度も上昇した。
反応温度を80℃以下に調整するように、徐々にアンモニ
アガスを導入しつづけ、30分後には反応よる発熱および
アンモニアガスの圧力低下が見られなくなった。アンモ
ニアガスの供給量は50重量部であった。ついでアンモニ
アガスの導入を中止し、さらに30分間攪拌を続けた後、
反応物を耐圧反応容器から取り出した。しかる後、アン
モニウム塩をろ過し、得られた液を減圧下で蒸留して
低沸点生成物およびn-ヘキサンを除去し、比較的粘稠な
ポリシラザンオリゴマー35.8重量部を得た。
[Examples of the Invention] Example 1 Production of Polysilazane Methyldichlorosilane was placed in a pressure resistant reaction vessel equipped with a stirrer.
100 parts by weight of CH 3 HSiCl 2 and n-hexane as low boiling point solvent
440 parts by weight were charged. After that, dry ammonia was blown into the pressure-resistant reaction vessel through a gas inlet. At the same time when the ammonia was blown in, the pressure rose and the reaction temperature rose.
Ammonia gas was gradually introduced so as to adjust the reaction temperature to 80 ° C. or lower, and after 30 minutes, heat generation due to the reaction and decrease in ammonia gas pressure were no longer observed. The supply amount of ammonia gas was 50 parts by weight. Then the introduction of ammonia gas was stopped, and after stirring for another 30 minutes,
The reaction product was taken out of the pressure resistant reactor. Thereafter, the ammonium salt was filtered off, and the obtained liquid was distilled under reduced pressure to remove low-boiling products and n-hexane to obtain 35.8 parts by weight of a relatively viscous polysilazane oligomer.

次に、このポリシラザンオリゴマー30重量部を再び耐圧
反応容器に入れ、窒素ガス置換を行った後、種々の加熱
条件下で熱処理を行った。熱処理終了後、室温にまで冷
却したところ、分解ガスが発生しており、残留圧力が観
察された。分解ガスを放出し、分解物を除去したとこ
ろ、白色ないし透明のポリシラザン樹脂が得られた。そ
の結果を表1に示す。なお、第1表のポリシラザンNO.
4は、樹脂状の固体であって、アセトン、n−ヘキサン
などの溶媒に不溶であるため、分子量の測定が不可能で
あったが、その性状が樹脂状の固体であって、アセト
ン、n−ヘキサンなどの溶媒に不溶であることから、タ
ール状で溶媒(アセトン、n−ヘキサンなど)可溶性の
半固体であるポリシラザンNO.3に比べて、より大きな
分子量を有することは明らかである。
Next, 30 parts by weight of this polysilazane oligomer was placed again in the pressure-resistant reaction vessel, nitrogen gas substitution was performed, and then heat treatment was performed under various heating conditions. After completion of the heat treatment, when cooled to room temperature, decomposition gas was generated and residual pressure was observed. When the decomposed gas was released and the decomposed product was removed, a white to transparent polysilazane resin was obtained. The results are shown in Table 1. In addition, polysilazane NO.
No. 4 was a resinous solid, which was insoluble in a solvent such as acetone or n-hexane, and thus the molecular weight could not be measured. Since it is insoluble in a solvent such as -hexane, it has a larger molecular weight than polysilazane NO.3, which is a tar-like and solvent (acetone, n-hexane, etc.) soluble semi-solid.

ケイ素セラミックスの製造 第1表NO.1〜4のポリシラザンを窒化ケイ素製ルツボ
に入れ、窒素ガスを導入しながら750℃で1時間加熱
し、黒色の固形物を得た。
Production of Silicon Ceramics Polysilazanes No. 1 to No. 4 in Table 1 were put into a silicon nitride crucible and heated at 750 ° C. for 1 hour while introducing nitrogen gas to obtain a black solid substance.

ついで、この固形物を1,600℃で1時間加熱し、外観が
灰色の固体を得た。得られた固体は、分子量が小さいポ
リシラザンから生成したものほど硬い性状である。この
固体についてX線回折による分析を行い、さらに既知試
料の検量線より、重量法にてケイ素セラミックス中の各
種成分の生成比を算出した。得られた結果を第2表に示
した。なお、第2表以降で収率とは、アンモニアと一般
式:RHSiX(式中、RおよびXは前記と同義であ
る)で示されるジハロシランとを接触させて得られ、以
降の反応(すなわち、不活性かつ無水の雰囲気下で50
〜500℃で加熱することにより、分子量10,000
以上に高分子化させる反応)に用いられるポリシラザン
の重量に対する、得られたケイ素セラミックスの重量の
比である(%で表示する)。
Then, this solid was heated at 1,600 ° C. for 1 hour to obtain a solid having a gray appearance. The obtained solid is harder than that produced from polysilazane having a small molecular weight. This solid was analyzed by X-ray diffraction, and the production ratio of various components in silicon ceramics was calculated by the gravimetric method from the calibration curve of a known sample. The results obtained are shown in Table 2. In Table 2 and the following, the yield is obtained by contacting ammonia with a dihalosilane represented by the general formula: RHSiX 2 (wherein R and X have the same meanings as described above), and the subsequent reaction (ie, 50 in an inert, anhydrous atmosphere
Molecular weight of 10,000 by heating at ~ 500 ° C
It is the ratio of the weight of the obtained silicon ceramics to the weight of the polysilazane used in the above-mentioned polymerization reaction) (expressed in%).

実施例2 黒色の固形物の加熱温度を1,700℃にしたこと以外は実
施例1と同様の方法にて、灰色のケイ素セラミックス固
体を得た。各種成分の生成比と収率を第3表に示した。
Example 2 A gray silicon ceramic solid was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature of the black solid was 1,700 ° C. The production ratios and yields of various components are shown in Table 3.

実施例3 ポリシラザンの製造 ジハロシランとしてフェニルジクロロシランC6H5HSiCl2
100重量部を用いたこと以外は実施例1と同様の方法で
アンモニアガスと反応させた。反応温度が最高81℃まで
上昇したが、40分後には温度低下がみられ、アンモニア
ガスの圧力低下も少なくなった。アンモニアガスの供給
量は40重量部であった。ついで反応開始1時間後にアン
モニアガスの導入を中止し、さらに30分間攪拌を続け
た。反応終了後、アンモニウム塩をろ別し、さらにn-ヘ
キサンを減圧下で取り除いたところ、粘稠なポリシラザ
ンオリゴマー36重量部が得られた。
Example 3 Preparation of polysilazane Phenyldichlorosilane C 6 H 5 HSiCl 2 as dihalosilane
Reaction was carried out with ammonia gas in the same manner as in Example 1 except that 100 parts by weight was used. Although the reaction temperature rose to a maximum of 81 ° C, the temperature dropped after 40 minutes and the pressure drop of ammonia gas also decreased. The supply amount of ammonia gas was 40 parts by weight. Then, 1 hour after the start of the reaction, the introduction of ammonia gas was stopped, and the stirring was continued for another 30 minutes. After completion of the reaction, ammonium salt was filtered off, and n-hexane was removed under reduced pressure to obtain 36 parts by weight of viscous polysilazane oligomer.

次に、このポリシラザンオリゴマー36重量部を実施例1
と同様に、300℃の温度で2時間熱処理を行ったとこ
ろ、少量の液体の他に、固体状のポリシラザン樹脂34重
量部が得られた。該固体状のポリシラザン樹脂は、アセ
トン、n−ヘキサンなどの溶媒に不溶なため分子量の測
定が不可能であった。
Next, 36 parts by weight of this polysilazane oligomer was added to Example 1
When heat treatment was carried out at a temperature of 300 ° C. for 2 hours in the same manner as above, 34 parts by weight of solid polysilazane resin was obtained in addition to a small amount of liquid. Since the solid polysilazane resin is insoluble in solvents such as acetone and n-hexane, the molecular weight could not be measured.

しかし、この実施例におけるシラザン化反応で得られた
粘稠なポリシラザンオリゴマー36部を、300℃で1
時間の熱処理を行ったところ、タール状でアセトンに可
溶なポリシラザン樹脂34部が、少量の液状物とともに
得られた。このポリシラザン樹脂の分子量を測定したと
ころ、180,000であった。したがって、前記の実
施例3の固体状ポリシラザン樹脂は、樹脂状の固体であ
って、アセトンに不溶であることから、前記のタール状
でアセトンに可溶な半固体であるポリシラザン樹脂との
比較より、180,000を超える分子量を有すること
は明らかである。
However, 36 parts of the viscous polysilazane oligomer obtained by the silazaneization reaction in this Example was treated with 1 part at 300 ° C.
After heat treatment for a period of time, 34 parts of a tar-like, acetone-soluble polysilazane resin was obtained together with a small amount of a liquid material. When the molecular weight of this polysilazane resin was measured, it was 180,000. Therefore, since the solid polysilazane resin of Example 3 is a resinous solid and insoluble in acetone, comparison with the polysilazane resin which is a tar-like, semi-solid soluble in acetone, , Having a molecular weight above 180,000.

ケイ素セラミックスの製造 上記反応により得られたポリシラザンを実施例1と同様
の方法にて加熱することにより、ケイ素セラミックスを
得た。得られたセラミックスはβ−Si3N4がきわめて微
量しか存在しないβ−SiCからなり、その収率は23%で
あった。
Production of Silicon Ceramics The polysilazane obtained by the above reaction was heated in the same manner as in Example 1 to obtain silicon ceramics. The obtained ceramics consisted of β-SiC with very small amount of β-Si 3 N 4 , and the yield was 23%.

実施例4 第1表NO.4のポリシラザン樹脂と実施例3にて得られ
たポリシラザン樹脂を各々粉砕して粉末状にし、種々の
割合で混合した後、実施例1と同様の方法にて加熱する
ことにより、第4表に示したケイ素セラミックスを得
た。
Example 4 The polysilazane resin of No. 4 in Table 1 and the polysilazane resin obtained in Example 3 were pulverized into powders, mixed at various ratios, and then heated in the same manner as in Example 1. By doing so, the silicon ceramics shown in Table 4 were obtained.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庭田 孝司 群馬県太田市西新町133番地 東芝シリコ ーン株式会社内 (72)発明者 田中 俊一郎 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜金属工場内 (56)参考文献 特開 昭49−69717(JP,A) 特開 昭60−226890(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takashi Niwata 133 Nishishinmachi, Ota-shi, Gunma Toshiba Silicon Corporation (72) Inventor Shunichiro Tanaka, 8 Shinsita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Yokohama Metal Factory (56) References JP-A-49-69717 (JP, A) JP-A-60-226890 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ポリシラザンを用いるケイ素セラミックス
の製造方法において、 ポリシラザンとして、アンモニアと一般式: RHSiX (式中、Rは炭素数1〜6の一価の炭化水素基を表し、
Xはハロゲン原子を表す) で示されるジハロシランとを接触させた後、不活性かつ
無水の雰囲気下で50〜500℃で加熱することによ
り、高分子化させることにより得られる分子量が10,
000以上のポリシラザンを用い、該ポリシラザンを5
00〜1,000℃の温度範囲で予備的に熱処理した
後、不活性雰囲気または真空中で1200℃以上の温度
で熱処理することを特徴とするケイ素セラミックスの製
造方法。
1. A method for producing silicon ceramics using polysilazane, wherein the polysilazane is ammonia and the general formula: RHSiX 2 (wherein R represents a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms,
X represents a halogen atom) and then heated at 50 to 500 ° C. under an inert and anhydrous atmosphere to obtain a polymer having a molecular weight of 10,
000 or more polysilazane is used, and the polysilazane is 5
A method for producing a silicon ceramics, which comprises performing a preliminary heat treatment in a temperature range of 00 to 1,000 ° C. and then performing a heat treatment at a temperature of 1200 ° C. or higher in an inert atmosphere or a vacuum.
【請求項2】ポリシラザンの加熱処理温度が1,300
〜1,800℃である特許請求の範囲第1項記載のケイ
素セラミックスの製造方法。
2. The heat treatment temperature of polysilazane is 1,300.
The method for producing silicon ceramics according to claim 1, wherein the temperature is 1800C.
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