JPH07121802B2 - Method for producing silicon carbide - Google Patents

Method for producing silicon carbide

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JPH07121802B2
JPH07121802B2 JP62031514A JP3151487A JPH07121802B2 JP H07121802 B2 JPH07121802 B2 JP H07121802B2 JP 62031514 A JP62031514 A JP 62031514A JP 3151487 A JP3151487 A JP 3151487A JP H07121802 B2 JPH07121802 B2 JP H07121802B2
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silicon
polymer compound
containing polymer
present
ceramics
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正義 伊藤
亮 武内
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三井東圧化学株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、側鎖にシリル基(SinH2n+1基)を含有する特
定のポリオレフィン(含ケイ素高分子化合物)を高温下
で焼成して、炭化ケイ素を製造する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD The present invention is baked specific polyolefin containing a silyl group (Si n H 2n + 1 group) on the side chain (silicon-containing polymer compound) at a high temperature, The present invention relates to a method for producing silicon carbide.

〔背景技術〕[Background technology]

近年、含ケイ素セラミックスの技術開発状況は著しいも
のがあり、例えば炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(Si3
N4)、サイアロン、Si−Ti−C−O系セラミックス(チ
ラノ繊維、宇部興産)、SiC−B4C系セラミックス、Si3N
4−SiC複合系セラミックスなどが所謂ファインセラミッ
クとして注目されている。
In recent years, the technological development of silicon-containing ceramics has been remarkable, and for example, silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3
N 4 ), sialon, Si-Ti-C-O ceramics (Tyranno fiber, Ube Industries), SiC-B 4 C ceramics, Si 3 N
4- SiC composite ceramics are drawing attention as so-called fine ceramics.

これらのうち本発明にかかわる炭化ケイ素は粉末、ウィ
スカー、繊維などの形状のもが得られ、従来、種々の方
法により製造されている。例えば直接炭化法、還元
炭化法、気相合成法、ケイ素化合物の熱分解法など
である。直接炭化法は金属ケイ素を高温下(1400〜26
00℃)、コークスで還元するもので安価ではあるが、焼
結性のすぐれた微細結晶のSiCを得るには微細なシリカS
iO2が必要であり、かつ発熱反応であるため反応のコン
トロールが難しい。は還元炭化法はSiO2をコークスで
還元するもので、アルゴン中1500〜2000℃で反応させる
ことによりβ−SiCが得られまた同様な方法であるアチ
ソン法ではα−SiCが得られている。この方法は現在の
工業的方法の主流をなすものである。気相合成法はSi
Cl4、SiH4等と炭化水素とを1200℃以上で反応させるも
ので、高純度で超微粉のものが得られるが、原料は高価
であり、また生産性も低い。以上の方法で得られたセラ
ミックスは、いずれも粉末状のものであり、これから成
型品を得る為には焼結剤の存在下、高温高圧下で圧縮、
加工する必要がある。そのため加工には超大型のプレス
機械が必要であるばかりでなく、成型加工には制限があ
り複雑な形状のものを製作することが困難である。
Of these, the silicon carbide according to the present invention can be obtained in the form of powder, whiskers, fibers, etc., and has been conventionally produced by various methods. For example, a direct carbonization method, a reduction carbonization method, a vapor phase synthesis method, a thermal decomposition method of a silicon compound, and the like. The direct carbonization method uses metallic silicon at high temperature (1400-26
00 ℃), which is reduced by coke and is inexpensive, but fine silica S to obtain fine crystal SiC with excellent sinterability.
It is difficult to control the reaction because iO 2 is required and the reaction is exothermic. In the reduction carbonization method, SiO 2 is reduced by coke, β-SiC is obtained by reacting in argon at 1500 to 2000 ° C., and α-SiC is obtained by the similar method, Acheson method. This method is the mainstream of current industrial methods. The gas phase synthesis method is Si
It is a reaction of Cl 4 , SiH 4, etc. with hydrocarbons at 1200 ° C. or higher. Although high purity and ultra fine powder can be obtained, the raw material is expensive and the productivity is low. The ceramics obtained by the above method are all in powder form, and in order to obtain a molded product from them, compression is performed under high temperature and high pressure in the presence of a sintering agent,
It needs to be processed. Therefore, not only a very large press machine is required for processing, but also molding processing is limited and it is difficult to manufacture a complicated shape.

一方、ケイ素化合物の熱分解法は、易加工性のもので
下記に代表されるような、繰り返し構造単位を有する鎖
状または環状の含ケイ素高分子化合物をセラミックス用
プレポリマーとして熱分解させることにより得られる。
On the other hand, the thermal decomposition method of a silicon compound is such that a chain-like or cyclic silicon-containing polymer compound having a repeating structural unit is thermally decomposed as a prepolymer for ceramics, as represented by the easily processable one described below. can get.

(a)パーメチルポリシラン (b)ポリシラスチレン(ただしXは0.8〜1.3であり、
Φはフェニル基を示す。以下、同じ。) (c)ポリカルボシラン (c)のポリカルボシランは、(a)のパーメチルポリ
シランや種々の有機ケイ素化合物、例えばテトラメチル
シラン、ジメチルジクロロシラン、ドデカメチルシクロ
ヘキサシランなどの熱分解により得られるので溶融性を
もち、かつベンゼン等の有機溶媒に可溶である。現在こ
の熱分解法で工業的に製造されているものとして、SiC
繊維(日本カーボン社、商標“ニカロン”)がある。こ
の繊維は、直接法で得られるジメチルジクロロシランを
出発原料に用い、下記式(I)、(II)、(III)に従
って製造されているもので、耐熱性のすぐれた高強度繊
維として樹脂、金属、セラミックスの補強材料としての
今後の需要の伸びが期待されている(特公昭57−2652
7、特公昭57−53892、特公昭57−38548)。
(A) Permethyl polysilane (B) Polysilastyrene (where X is 0.8 to 1.3,
Φ represents a phenyl group. same as below. ) (C) Polycarbosilane The polycarbosilane of (c) is obtained by thermal decomposition of permethylpolysilane of (a) or various organosilicon compounds such as tetramethylsilane, dimethyldichlorosilane, dodecamethylcyclohexasilane. Therefore, it has meltability and is soluble in an organic solvent such as benzene. As currently manufactured industrially by this pyrolysis method, SiC
There is a fiber (Nippon Carbon Co., Ltd., trademark "Nicalon"). This fiber is produced according to the following formulas (I), (II) and (III) using dimethyldichlorosilane obtained by the direct method as a starting material, and is a resin as a high strength fiber having excellent heat resistance, It is expected that demand for metal and ceramics as a reinforcing material will grow in the future (Japanese Patent Publication No. 57-2652).
7, JP-B-57-53892, JP-B-57-38548).

この方法における問題点は、製造工程が複雑であるこ
と、特に(I)においては溶媒中で金属ナトリウムを使
用するため未反応ナトリウムの除去が繁雑になること、
またポリマーの分別(低分子量ポリカルボシランの分離
除去)が必要であること、(II)の反応においては高温
高圧下(400℃、100気圧)で行う必要があること、加え
て総収率が低く(特に(II)、(III)の工程)、また
最終製品中の相当量含まれてくる遊離の炭素やシリカ
が、製品物性に悪影響を与えることである。
The problem with this method is that the manufacturing process is complicated, and in particular in (I), the removal of unreacted sodium is complicated due to the use of metallic sodium in the solvent,
In addition, it is necessary to separate the polymer (separation and removal of low molecular weight polycarbosilane), and to perform the reaction of (II) under high temperature and high pressure (400 ° C, 100 atm). Free carbon and silica, which are low (particularly in the steps (II) and (III)) and are contained in a large amount in the final product, adversely affect the physical properties of the product.

本発明者らは、以上述べた如き、従来のセラミックス用
プレポリマーに比較し、製造法が簡便で経済的、かつセ
ラミックス収率が高いなどの高性能な新規のセラミック
ス用プレポリマーの開発に鋭意努力し、本発明における
特定の含ケイ素高分子化合物を見出し本発明に至った。
As described above, the inventors of the present invention are keen to develop a new high performance prepolymer for ceramics, which has a simple manufacturing method, is economical, and has a high ceramic yield as compared with the conventional prepolymers for ceramics. Through efforts, the inventors have found a specific silicon-containing polymer compound in the present invention and have reached the present invention.

〔発明の要旨〕[Summary of Invention]

すなわち本発明は、一般式(1) (但し、mは0または1述至10の正の整数、nは2また
は3、R1は水素、アルキル基またはアリール基、R2はア
ルキレン基またはフェニレン基を示す) で表される繰り返し構造単位を含有する含ケイ素高分子
化合物を、500乃至2500℃の温度範囲で焼成することを
特徴とする炭化ケイ素の製造方法、である。
That is, the present invention has the general formula (1) (Wherein m is 0 or 1 and a positive integer from 1 to 10), n is 2 or 3, R 1 is hydrogen, an alkyl group or an aryl group, and R 2 is an alkylene group or a phenylene group. A method for producing silicon carbide, which comprises firing a silicon-containing polymer compound containing units in a temperature range of 500 to 2500 ° C.

〔発明の詳細な開示〕[Detailed Disclosure of the Invention]

以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明において使用するセラミックス用プレポリマーと
は、側鎖にシリル基(SinH2n+1基)を含む炭素系ポリマ
ーであって、一般式(1) で表される繰り返し構造単位を含有する含ケイ素高分子
化合物である。
The ceramic prepolymer for use in the present invention, there is provided a carbon-based polymer containing silyl group (Si n H 2n + 1 group) in the side chain, the general formula (1) Is a silicon-containing polymer compound containing a repeating structural unit represented by:

式(1)よりなる高分子化合物の重量度lは3以上で、
好ましくは10以上、更に好ましくは50以上である。ま
た、mは0または1乃至10の正の整数であり、セラミッ
クス収率(焼成体中のSi重量/含ケイ素高分子化合物中
のSi重量(%))の点からは小さい程好ましくは、最も
好ましくは0である。またnは2または3であって好ま
しくは2である。R1は水素、アルキル基またはアリール
基であって例えば−H、−CH3、−C2H5、i−C3H7、−
Φ(−Φはすでに述べた如くフェニル基を示す。以下同
じ。)、−Φ−CH3、−CH2−Φなどがあげられ、炭素数
の少ないもの程好ましく、水素が最も好ましい。R2はア
ルキレン基またはフェニレン基であって、例えば−CH2
−、(−CH2、(−CH2、−Φ−、−CH2−Φ−
などであるがR1と同様炭素数が小さい程好ましい。な
お、上記R1、R2は、−COOH、−NH2、−OHなどの官能基
を含んでいても良い。
The weight degree l of the polymer compound represented by the formula (1) is 3 or more,
It is preferably 10 or more, more preferably 50 or more. Further, m is 0 or a positive integer of 1 to 10, and the smaller the ceramics yield (Si weight in the fired body / Si weight in the silicon-containing polymer (%)), the more preferable. It is preferably 0. Further, n is 2 or 3, and preferably 2. R 1 is hydrogen, an alkyl group or an aryl group, for example, —H, —CH 3 , —C 2 H 5 , i—C 3 H 7 , or —
[Phi (- [Phi] represents a phenyl group as already mentioned hereinafter the same..), - Φ-CH 3, raised like -CH 2 - [Phi] is preferably higher with less number of carbon atoms, hydrogen being most preferred. R 2 is an alkylene group or a phenylene group, for example, —CH 2
-, (- CH 2) 2 , (- CH 2) 4, -Φ -, - CH 2 -Φ-
However, as with R 1 , the smaller the carbon number, the more preferable. The R 1 and R 2 may contain a functional group such as —COOH, —NH 2 , —OH.

また、本発明における含ケイ素高分子化合物は、一般式
(1)で表される同種類の繰り返し構造単位のみからな
る重合物であってもよいし、同じく一般式(1)で表さ
れる互いに異なる種類の繰り返し構造単位からなる重合
物であってもよい。勿論、これらのポリマーの立体規則
性に制限はなく、例えばアイソタクチック、シンジオタ
クチック、アタクチック等のいかなる立体構造のもので
も良い。この分子量は特に制限はないが、通常100乃至1
0,000,000好ましくは200乃至1,000,000程度のものが成
形性および溶剤への溶解度等の点で望ましい。
Further, the silicon-containing polymer compound in the present invention may be a polymer composed only of the same kind of repeating structural unit represented by the general formula (1), or may be the same as each other represented by the general formula (1). It may be a polymer composed of different types of repeating structural units. Of course, the stereoregularity of these polymers is not limited, and may have any stereostructure such as isotactic, syndiotactic, and atactic. The molecular weight is not particularly limited, but is usually 100 to 1
0,000,000, preferably about 200 to 1,000,000, is desirable in terms of moldability and solubility in a solvent.

また、該繰り返し構造単位とケイ素を含まないその他の
ビニル系ポリマー構造例えばエチレン、プロピレン、ス
チレン、塩化ビニル、ブテン、イシブテン、MMA等のビ
ニル系由来の繰り返し構造単位とからなる共重合物であ
っても良い。かかる共重合は、ランダム、交互、ブロッ
ク若しくはグラフト等の何れであっても構わない。この
場合、本発明の構造単位の部分は少なくとも0.1重量%
以上あることが望ましい。これらの共重合物の分子量は
特に制限はないが、通常、100乃至10,000,000好ましく
は200乃至1,000,000程度のものが成形性および溶剤への
溶解度等の点で望ましい。
Further, a copolymer composed of the repeating structural unit and another vinyl-based polymer structure containing no silicon, such as ethylene, propylene, styrene, vinyl chloride, butene, isibutene, and a repeating structural unit derived from vinyl such as MMA. Is also good. Such copolymerization may be random, alternating, block or graft. In this case, at least 0.1% by weight of the structural unit of the invention
It is desirable to have more than one. The molecular weight of these copolymers is not particularly limited, but generally 100 to 10,000,000, preferably about 200 to 1,000,000 is desirable in terms of moldability and solubility in a solvent.

本発明で使用する上記含ケイ素高分子化合物は、本発明
の目的から、易加工性であること、およびセラミックス
収率が高いことが特に望ましいのは言うまでもないが、
これらセラミックス収率、モノマーの得られ易さ、およ
びポリマーの製造し易さ、溶融性、溶媒溶解性(加工
性)から、特に好ましい具体例としては、繰り返し構造
単位として、 の一種類または二種類以上を含む含ケイ素高分子化合物
およびこれらの共重合物があげられる。
Needless to say, it is particularly desirable that the silicon-containing polymer compound used in the present invention is easily processable and has a high ceramic yield, for the purpose of the present invention.
From these ceramics yields, the ease of obtaining monomers, the ease of producing polymers, the meltability, and the solvent solubility (workability), as a particularly preferred specific example, a repeating structural unit is: Examples thereof include silicon-containing polymer compounds containing one kind or two or more kinds and copolymers thereof.

本発明で使用する含ケイ素高分子化合物としては、上記
したものが使用されるが、特にその製造方法もしくは重
合方法が規定されものではなく、種々の方法により製造
したものを好適に用い得る。
As the silicon-containing polymer compound used in the present invention, those mentioned above are used, but the production method or polymerization method thereof is not particularly defined, and those produced by various methods can be preferably used.

例えば、シリル基(SinH2n+1基)を有するα−オレフィ
ンを、Ziegler−Natta型触媒(ハロゲン化チタン、ハロ
ゲン化バナジウム、ハロゲン化ジルコニウム等の遷移金
属塩とアルキルアルミニウム)により配位アニオン重合
させる方法;金属酸化物(CrO3、SiO2、Al2O3等)、水
素酸(H2SO4、H3PO4、HClO4、HCl等)、ルイス酸(B
F3、AlCl3、FeCl3、SnCl4等)触媒によりカチオン重合
させる方法;アルカリ金属(Li、Na、K等)、アルキル
アルカリ(C2H5Na、(C2H53Al、C6H5Li等)、水酸化
物(NaOH、KOH等)触媒によりアニオン重合させる方
法;過酸化物を開始剤に用いてラジカル重合させる方
法;などの種々の方法を採用し得る。当然のことなが
ら、重合は気相、液相のいずれでも、また溶媒、無溶媒
(塊状重合)のいずれにおいても実施し得る。またこれ
らの重合においては共存させる水素等によりポリマーの
分子量調節を容易に行い得る。
For example, an α-olefin having a silyl group (Si n H 2n + 1 group) is coordinated with a Ziegler-Natta type catalyst (transition metal salt such as titanium halide, vanadium halide, zirconium halide and alkylaluminum) as a coordinating anion. Polymerization method: metal oxide (CrO 3 , SiO 2 , Al 2 O 3, etc.), hydrogen acid (H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , HClO 4 , HCl, etc.), Lewis acid (B
F 3, AlCl 3, FeCl 3 , SnCl 4 and the like) method for cationic polymerization by catalyst; alkali metal (Li, Na, K, etc.), alkyl alkali (C 2 H 5 Na, ( C 2 H 5) 3 Al, C 6 H 5 Li etc.), a method of anionic polymerization using a hydroxide (NaOH, KOH, etc.) catalyst; a method of radical polymerization using a peroxide as an initiator; and the like. As a matter of course, the polymerization can be carried out in either a gas phase or a liquid phase, or in a solvent or without a solvent (bulk polymerization). Further, in these polymerizations, the molecular weight of the polymer can be easily adjusted by coexisting hydrogen and the like.

重合用モノマーとなるシリル基を含有するα−オレフィ
ンは、種々の方法で製造することができ、本発明におい
て特に制限するものではないが、例えば下式に示すよう
な方法を採用できる。
The silyl group-containing α-olefin serving as a polymerization monomer can be produced by various methods and is not particularly limited in the present invention. For example, the method represented by the following formula can be adopted.

(なお、Si3H8の場合もこれに準ずる) これらの方法は、Si2H6あるいはSi3H8を原料に用いてお
り、特に、はVIII属金属を触媒に用いるヒドロシリ
ル化反応であり、容易に目的とするα−オレフィンを得
ることができる。蓋し、これらのジシラン、トリシラン
は近年、半導体用ガスとして注目されている新しいケイ
素原料であり、特にジシランは、モノシランにに比し
て、分解による堆積速度が遥かに速いなどの利点を有す
る等の点で、ポリシリコンやアモルファスシリコン用と
しての需要が拡大し、安価にかつ大量に製造されるよう
になったもので、今後いっそうこの傾向が進むと予想さ
れる新しいケイ素原料である。従って本発明におけるシ
リル基を含有する含ケイ素高分子化合物は、このSi2H6
あるいはSi3H8とオレフィンから得られるモノマーを重
合させることにより容易に、かつ安価に製造することが
可能である点に大きな意義があると云える。またこのSi
2H6あるいはSi3H8を利用した場合の本発明における含ケ
イ素高分子化合物は、前述の背景技術の項で述べたごと
く従来のアルキルクロロシランを原料とする例えば下記
の繰り返し構造単位を有するポリマー、例えば に比較し、その製造は非クロル系で実施することがで
き、腐食の心配もなくプロセスも極めて簡単なものとな
る。以上のことから、本発明における含ケイ素高分子化
合物は、将来さらに安価に製造することが可能になるも
のと思われる。
(The same applies to the case of Si 3 H 8 ) These methods use Si 2 H 6 or Si 3 H 8 as a raw material, and in particular, are hydrosilylation reactions using a Group VIII metal as a catalyst. The desired α-olefin can be easily obtained. In addition, these disilanes and trisilanes are new silicon raw materials that have been attracting attention as semiconductor gas in recent years. In view of the above, the demand for polysilicon and amorphous silicon has expanded, and it has come to be manufactured at low cost and in large quantities. It is a new silicon raw material that is expected to continue this trend in the future. Silicon-containing polymer compound containing a silyl group in the present invention is therefore the Si 2 H 6
Alternatively, it can be said that there is great significance in that it can be easily and inexpensively produced by polymerizing a monomer obtained from Si 3 H 8 and an olefin. Also this Si
The silicon-containing polymer compound in the present invention in the case of using 2 H 6 or Si 3 H 8 is, for example, a polymer having the following repeating structural unit from a conventional alkylchlorosilane as a raw material as described in the section of the background art. , For example In comparison, the production can be carried out in a non-chlorine system, and there is no fear of corrosion, and the process is extremely simple. From the above, it seems that the silicon-containing polymer compound of the present invention can be manufactured more inexpensively in the future.

更に本発明における含ケイ素高分子化合物は、重合が容
易であるばかりでなく、その加工性(溶融液の流れ性、
溶媒溶解性)もその分子量、立体規則性をコントロール
することにより容易に変化させることができる。さらに
また本発明の含ケイ素高分子化合物中に存在するシリル
基は極めて安定で、空気中においても室温では酸化され
ることなく、150℃近辺の高温でようやく酸化されるに
すぎない。
Further, the silicon-containing polymer compound in the present invention is not only easy to polymerize, but also its processability (flowability of the melt,
Solvent solubility) can be easily changed by controlling its molecular weight and stereoregularity. Furthermore, the silyl group present in the silicon-containing polymer of the present invention is extremely stable, and does not oxidize at room temperature even in air, but only at high temperatures near 150 ° C.

本発明における含ケイ素高分子化合物のセラミックス化
は従来のシリコン系プレポリマー、例えば を繰り返し構造単位とするプレポリマーを使用する場合
と基本的には同様な方法で行い得る。
In the present invention, the silicon-containing polymer compound is made into ceramics by using a conventional silicon-based prepolymer, for example, Basically, the same method as in the case of using a prepolymer having a repeating structural unit can be used.

すなわち本発明の含ケイ素高分子化合物が易加工性であ
ることを利用して、例えば通常の熱可塑性ポリマーのご
とく不活性ガス中にて射出成形、あるいは押出し成型等
の通常の樹脂加工技術を適用して所望の形態に成形加工
後、高温下(500乃至2500℃)で焼成する方法;加工性
を失わない程度にSiC粉或いはSi3N4粉等のセラミックス
粉末を混合後、同様に射出あるいは押出し成形し高温下
で焼成する方法(この場合には、混合させたSiC粉のバ
インダーのごとき働きが期待できるとともに、かかる働
きはごく少量のSiを含む含ケイ素高分子化合物により奏
されることが期待されるのである);あるいはSiC繊維
のごとく繊維状に紡糸加工後、高温下で焼成し、繊維状
セラミックスを製造するなどの任意の方法を採用でき
る。なお、プレポリマーを高温下で焼成しSiC粉とした
後、既存の方法のごとく圧縮成型することも勿論可能で
ある。
That is, by utilizing the fact that the silicon-containing polymer compound of the present invention is easily processable, a usual resin processing technique such as injection molding or extrusion molding in an inert gas like a normal thermoplastic polymer is applied. Then, after forming into the desired shape, firing at high temperature (500 to 2500 ° C); after mixing ceramic powder such as SiC powder or Si 3 N 4 powder to the extent that processability is not lost, injection or Method of extrusion molding and firing at high temperature (In this case, a function such as a binder of mixed SiC powder can be expected, and such a function can be achieved by a silicon-containing polymer compound containing a very small amount of Si. However, it is possible to employ any method such as producing a fibrous ceramic by spinning at a high temperature after spinning into a fiber like SiC fiber. It is of course possible to perform compression molding as in the existing method after firing the prepolymer at a high temperature to obtain SiC powder.

本発明におけるプレポリマーの特色として、後述の実施
例において説明する如く、セラミックス(SiC)収率が
極めて高いこと、および焼成後のセラミックス中に遊離
の炭素がきわめて少ないことがあげられる。
The features of the prepolymer in the present invention are that the yield of ceramics (SiC) is extremely high and the amount of free carbon in the ceramics after firing is extremely small, as described in the examples below.

すなわち、例えば従来プレポリマーとして使用されてい
る不融不溶性ポリマーである下記の繰り返し構造単位か
らなるパーメチルポリシラン: は、不活性ガス下、常圧で高温焼成した場合には熱分解
によりオリゴマー化し、これが系外に飛散するためセラ
ミックス収率が極めて低く、オートクレーブ中高温高圧
下(100Kg/cm2程度)で反応させたり、あるいはポリボ
ロシロキサンなどの反応促進剤を添加するなどの方法が
行われている。また、下記の繰り返し構造単位からなる
ポリカルボシラン: を主体とするものは、現在SiC繊維用プレポリマーとし
て使用されているが、セラミックス収率はそこそこに良
いものの、遊離の炭素(10wt%程度)が多く、また繊維
として使用する場合には紡糸過程で行われる不融化処理
でSiO2(20wt%程度)が混入し、これらが繊維強度に悪
影響を与えるとされている。
That is, for example, a permethylpolysilane composed of the following repeating structural units, which is an infusible insoluble polymer conventionally used as a prepolymer: It is an inert gas, oligomerized by thermal decomposition when high temperature firing under normal pressure, which is very low ceramic yields to scatter out of the system, the reaction in an autoclave under high pressure and temperature (100 Kg / cm 2 or so) A method such as adding a reaction accelerator such as polyborosiloxane or the like is used. Further, polycarbosilane composed of the following repeating structural units: Is mainly used as a prepolymer for SiC fiber, but although the ceramic yield is reasonably good, it has a large amount of free carbon (about 10 wt%), and when used as a fiber, the spinning process It is said that SiO 2 (about 20 wt%) is mixed in the infusibilizing treatment performed in the above, and these adversely affect the fiber strength.

本発明における含ケイ素高分子化合物を焼成することに
より、炭化ケイ素を製造する方法は、セラミックス収率
が高く、遊離の炭素が少ない理由は明らかではないが、
熱分解過程で最初にシリル基のSi−H係合が切断され、
架橋しオリゴマーとして系外に飛散しにくくなること、
また、この分解水素がポリマーの炭化を防いでいるため
と推定される。
The method for producing silicon carbide by firing the silicon-containing polymer compound in the present invention has a high ceramic yield and a small amount of free carbon is not clear,
In the thermal decomposition process, the Si-H engagement of the silyl group is first broken,
Cross-linking to prevent it from scattering as an oligomer outside the system,
It is also presumed that this decomposed hydrogen prevents carbonization of the polymer.

また、例えば、本発明における含ケイ素高分子化合物が の場合には、該高分子化合物中の炭素原子とケイ素原子
の割合が最終セラミックスである(SiC)と同じ1対1
となるため、飛散する炭素も少なく、セラミックス収率
が向上するものと推察される。
Further, for example, the silicon-containing polymer compound in the present invention is In the case of, the ratio of carbon atoms to silicon atoms in the polymer compound is the same as that of the final ceramic (SiC), which is 1: 1.
Therefore, it is presumed that the amount of scattered carbon is small and the ceramic yield is improved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例によって説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

実施例1 Si2H6とアセチレンを文献(ジャーナル オブ アメリ
カン ケミカル ソサイアテイ(Journal of American
Chemical Society),76,3897(1954))に準じて反応さ
せ、ビニルジシラン(CH2=CHSi2H5)を製造した。次に
窒素雰囲気下にてこのビニルジシラン38.4g、オレフィ
ン重合用三塩化チタン型触媒(東邦チタン社製)1g、Al
(i−C4H933.3ml、n−ヘプタン150mlを容量200mlの
オートクレーブに仕込み、70℃にて4時間反応させた。
反応終了後、反応液をメタノール中に装入し、ポリマー
中の触媒残渣を除去すると同時に生成したポリマーを析
出させた。得られたポリマーは19gでIR、元素分析等の
結果から の繰り返し構造単位を有する含ケイ素高分子化合物であ
ることを確認した。なお、このポリマーは空気中室温で
安定で、約150℃で急激にシリル基が消失しシロキサン
結合が生成した。また結晶化度は約40%、融点は170乃
至180℃であった。また、この平均分子量は約70000であ
った(粘度法による。以下と同じ)。
Example 1 Si 2 H 6 and acetylene were used in the literature (Journal of American Chemical Society).
Chemical Society), 76, 3897 (1954)) to produce vinyldisilane (CH 2 = CHSi 2 H 5 ). Next, in a nitrogen atmosphere, 38.4 g of this vinyldisilane, 1 g of titanium trichloride type catalyst for olefin polymerization (manufactured by Toho Titanium Co., Ltd.), Al
3.3 ml of (i-C 4 H 9 ) 3 and 150 ml of n-heptane were placed in an autoclave having a volume of 200 ml and reacted at 70 ° C for 4 hours.
After the completion of the reaction, the reaction solution was charged into methanol to remove the catalyst residue in the polymer and at the same time to precipitate the produced polymer. The obtained polymer weighs 19 g, and the results of IR, elemental analysis, etc. It was confirmed to be a silicon-containing polymer compound having a repeating structural unit of The polymer was stable in air at room temperature, and the silyl group rapidly disappeared at about 150 ° C to form a siloxane bond. The crystallinity was about 40% and the melting point was 170 to 180 ° C. The average molecular weight was about 70,000 (by the viscosity method, the same as the following).

次に上記ポリマー0.5gを内径15mmの石英製焼成管に入
れ、アルゴン気流中(流速50ml/min)昇温速度5℃/min
で1400℃にまで昇温加熱した。セラミックス収率は57wt
%(Siベースで72%)で、焼成物を更に2000℃まで焼成
しX線回析で調べたが遊離の炭素による回析ピークは認
められなかった。
Next, 0.5 g of the above polymer was put into a quartz baking tube having an inner diameter of 15 mm, and the temperature was raised in an argon stream (flow rate 50 ml / min) at a rate of 5 ° C./min.
The temperature was raised to 1400 ° C. Ceramics yield is 57wt
% (72% based on Si), the calcined product was further calcined to 2000 ° C. and examined by X-ray diffraction, but no diffraction peak due to free carbon was observed.

実施例2 実施例1において、三塩化チタン型触媒、Al(i−C
4H9、n−ヘプタンのかわりにそれぞれCp2Zr(C
H320.5g、メモリアルモキサン(〔Al(CH3)0〕
16-20)9g、トルエン150mlを用い、反応温度20℃にて10
時間反応を行った以外は実施例1と同様に実験を行い、 の繰り返し構造単位の含ケイ素高分子化合物を得た。
Example 2 In Example 1, titanium trichloride type catalyst, Al (iC)
4 H 9 ) 3 , n-heptane instead of Cp 2 Zr (C
H 3 ) 2 0.5 g, memorial moxane ([Al (CH 3 ) 0]
16-20 ) 9g, toluene 150ml, reaction temperature 20 ℃ 10
An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that the reaction was carried out for a time. A silicon-containing polymer compound having a repeating structural unit of was obtained.

このポリマーの評価結果を第1表に示す。The evaluation results of this polymer are shown in Table 1.

実施例3、4 実施例1において、重合用モノマーとしてビニルジシラ
ンのかわりにビニルトリシラン、プロピルジシラン、ブ
テニルジシランを用いた以外は実施例1と同様に実験行
い、それぞれ の繰り返し構造単位の含ケイ素高分子化合物を得た。
Examples 3 and 4 Experiments were carried out in the same manner as in Example 1 except that vinyltrisilane, propyldisilane and butenyldisilane were used instead of vinyldisilane as the polymerization monomer, A silicon-containing polymer compound having a repeating structural unit of was obtained.

このポリマーの評価結果を第1表に示す。The evaluation results of this polymer are shown in Table 1.

比較例1、2 ポリマーとして、 なる繰り返し構造単位のパーメチルポリシラン(新日曹
化工社製、平均分子量約2000)および、 なる繰り返し構造単位のポリカルボシラン(パーメチル
ポリシランをオートクレーブ中400℃、100気圧にて時間
加熱焼成して得られたもの)をそれぞれ用いた以外は、
実施例1と同様にポリマー評価を行った。
Comparative Examples 1 and 2 As the polymer, And a repeating structural unit of permethylpolysilane (produced by Shin Nisso Kako Co., Ltd., average molecular weight about 2000), and Except that polycarbosilane having a repeating structural unit (which was obtained by heating and firing permethylpolysilane in an autoclave at 400 ° C. and 100 atm for an hour) was used.
Polymer evaluation was performed in the same manner as in Example 1.

結果を第1表に示す。The results are shown in Table 1.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は、新規な含ケイ素高分子化合物をセラミックス
(炭化ケイ素)用プレポリマーとして使用する炭化ケイ
素セラミックスの製造方法を提供するものである。本発
明において使用するプレポリマーは、可塑性、溶媒溶解
製等にすぐれ、易加工性のものであるばかりでなく、従
来のプレポリマー(ポリシラン、ポリカルボシラン等)
に比較しセラミックス収率が高い。その上焼成して得ら
れるセラミックス中に遊離の炭素が少ないなどのすぐれ
た特色を有している。なお、このプレポリマーは例え
ば、工業的に入取容易なモノシランあるいはジシランか
らシリル基を含有するα−オレフィンを製造し、該α−
オレフィンを重合すること等により容易に製造すること
が可能である。
The present invention provides a method for producing silicon carbide ceramics using a novel silicon-containing polymer compound as a prepolymer for ceramics (silicon carbide). The prepolymer used in the present invention is not only excellent in plasticity and solvent solubility and easy to process, but also conventional prepolymers (polysilane, polycarbosilane, etc.)
The ceramic yield is higher than that of. Moreover, it has excellent characteristics such as low free carbon in the ceramics obtained by firing. In addition, this prepolymer is produced, for example, by producing an α-olefin containing a silyl group from monosilane or disilane which is industrially readily available,
It can be easily produced by polymerizing an olefin.

また、本発明においては、大型の設備を必要とする従来
のセラミックス粉末の加圧成型法とは異なり、本発明で
規定する特定の易加工性の含ケイ素高分子化合物をプレ
ポリマーとするため、これを成型加工後、焼成すること
で任意の形状の炭化ケイ素セラミックス成型体を得るこ
とができることはいうまでもない。
Further, in the present invention, unlike the conventional pressure molding method of ceramic powder that requires a large-scale facility, the specific easily processable silicon-containing polymer compound defined in the present invention is used as a prepolymer, Needless to say, a silicon carbide ceramic molded body having an arbitrary shape can be obtained by molding and firing this.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一般式 (但し、mは0または1乃至10の正の整数、nは2また
は3、R1は水素、アルキル基またはアリール基、R2はア
ルキレン基またはフェニレン基、を示す) で表わされる繰り返し構造単位を含有する含ケイ素高分
子化合物を500乃至2500℃の温度範囲で焼成することを
特徴とする炭化ケイ素の製造方法。
1. A general formula (Provided that m is 0 or a positive integer of 1 to 10, n is 2 or 3, R 1 is hydrogen, an alkyl group or an aryl group, and R 2 is an alkylene group or a phenylene group). 1. A method for producing silicon carbide, which comprises firing a silicon-containing polymer compound containing C in a temperature range of 500 to 2500 ° C.
【請求項2】nが2である特許請求の範囲第1項記載の
製造方法。
2. The manufacturing method according to claim 1, wherein n is 2.
【請求項3】含ケイ素高分子化合物がビニルジシランの
重合体である特許請求の範囲第1項記載の方法。
3. The method according to claim 1, wherein the silicon-containing polymer compound is a polymer of vinyldisilane.
【請求項4】含ケイ素高分子化合物がブテニルジシラン
の重合体である特許請求の範囲第1項記載の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the silicon-containing polymer compound is a polymer of butenyldisilane.
【請求項5】含ケイ素高分子化合物を成型加工後、焼成
する特許請求の範囲第1項記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the silicon-containing polymer compound is molded and then fired.
【請求項6】含ケイ素高分子化合物にあらかじめ製造さ
れたセラミックス粉末を添加・混合した後成型加工を行
い、しかる後焼成する特許請求の範囲第1項記載の方
法。
6. The method according to claim 1, wherein the ceramic powder prepared in advance is added to and mixed with the silicon-containing polymer compound, followed by molding and then firing.
【請求項7】含ケイ素高分子化合物を繊維状に紡糸加工
した後、焼成する特許請求の範囲第5項記載の方法。
7. The method according to claim 5, wherein the silicon-containing polymer compound is spun into a fibrous state and then fired.
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