KR20080071987A - 실리콘 카바이드 전구체 및 이의 용도 - Google Patents

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KR20080071987A
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powder
allyl
methyl
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KR1020087011590A
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치옹화 션
월터 제이. 셔우드
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스타파이어 시스템즈, 인크.
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Abstract

공중합체를 포함하는 실리콘 조성물이 제공된다. 상기 공중합체는 화학식
Figure 112008034374957-PCT00015
(여기서, R1은 메틸, 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고; R2는 알릴, 프로파길 또는 에티닐이고; x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다)으로 표시된다. 상기 언급된 공중합체를 사용하여 실리콘 카바이드 기재의 재료를 생성하는 방법, 및 이 방법으로 생성된 물품이 또한 제공된다.
실리콘 카바이드, 공중합체, 전구체

Description

실리콘 카바이드 전구체 및 이의 용도{SILICON CARBIDE PRECURSORS AND USES THEREOF}
본 발명은 실리콘 카바이드 전구체 및 이의 용도에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 3성분 실리콘 카바이드 전구체에 관한 것이다.
카보실란 중합체는 실리콘 카바이드 세라믹에 대한 전구체로 공지되어 있다. 실리콘 카바이드 전구체의 예가 휘트마쉬 등 (Whitmarsh et al.)의 미국 특허 제 5,153,295호에 기술되어 있고, 상기 특허의 전체 내용은 본원에 포함된다. 이들 중합체는 종종 프리세라믹 (preceramics) 중합체로 지칭되기도 한다. 휘트마쉬 등의 중합체는 Si-C 단위체 사이에의 결합의 전부가 실질적으로 "헤드-투-테일 (head-to-tail)"이라는 점, 즉 상기 결합의 실질적인 전부가 C에 결합된 Si 형태임을 특징으로 한다.
실리콘 카바이드는 다양한 형태의 기판과 고체 표면, 2차원 및 3차원 섬유 예비 성형품, 얀 (yarns), 펠트, 직물 재료, 튜브 보어 (tube bore) 및 예비 성형 부품을 포함하는 물질에 대한 코팅 물질로서 특별히 유용하다. 기판은 실리콘 카바이드 전구체 조성물을 도포하는 다양한 기술에 의해서 코팅될 수 있다. 실리콘 카바이드 전구체 조성물은 페인팅, 분무 및 액체 침윤과 같은 수단에 의해 기판에 도 포될 수 있다. 필요에 따라, 실리콘 카바이드 전구체 조성물이 경화된 후, 열분해되어, 실리콘 카바이드 코팅이 형성된다. 화학적 기상 침윤 및 화학적 기상 증착은 한 단계로 또는 복수의 단계로 저분자량의 기화가능한 전구체로부터 다양한 두께의 코팅을 형성하는 데 사용될 수 있다.
실리콘 카바이드는 다양한 적용 분야에 유용한 것으로 알려져 있다. 예컨대 전자, 엔진 부품, 저 마찰 베어링, 열 및 환경적 배리어 코팅, 브레이크를 포함하는 내마모성 부품 및 고강도, 열 안정성, 산화 및 마모 내성, 및 저 밀도가 요구되는 다른 적용 분야에서 유용한 것으로 알려져 있다. 따라서, 실리콘 카바이드 세라믹 재료를 생산하는데 사용될 수 있는 조성물을 개발할 필요가 남아있다.
개요
본 발명은 하기 화학식의 공중합체를 포함하는 실리콘 조성물을 제공한다:
Figure 112008034374957-PCT00001
상기 식에서,
R1은 메틸(methyl), 페닐(phenyl), 메톡시(methoxy), 에톡시(ethoxy) 또는 부톡시(butoxy)이고;
R2는 알릴(allyl), 프로파길(propargyl) 또는 에티닐(ethynyl)이고,
x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
일 구체예에서, 본 발명은 하기 화학식의 공중합체를 가열시키는 것을 포함하여, 실리콘 카바이드 기재 재료(silicon carbide based material)를 생성하는 방법을 제공한다:
Figure 112008034374957-PCT00002
상기 식에서,
R1은 메틸, 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고;
R2는 알릴, 프로파길 또는 에티닐이고,
x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
다른 구체예에서는,
a) 하나 이상의 분말, 하나 이상의 보강용 재료(reinforcement material), 액체 푸르푸랄(furfural), 촉매 및 하기 화학식의 공중합체를 포함하는 혼합물을 몰드 내에 위치시키는 단계;
b) 몰드에 약 500 psi 내지 약 5000 psi 범위 내의 압력을 인가하는 단계; 및
c) 몰딩된 혼합물을 약 700℃ 내지 약 1200℃ 범위 내 온도로 가열시키는 단계를 포함하는 조성물을 생성하는 방법이 제공된다:
Figure 112008034374957-PCT00003
상기 식에서,
R1은 메틸, 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고;
R2는 알릴, 프로파길 또는 에티닐이고,
x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
본 발명의 추가 일 구체예에는,
a) 하나 이상의 분말 및 하기 화학식의 공중합체를 포함하는 보강용 재료 및 슬러리를 노(furnace) 내에 위치시키는 단계;
b) 약 100 밀리토르 내지 약 500 밀리토르의 진공을 노에 인가하는 단계; 및
c) 보강용 재료 및 슬러리를 약 1200℃ 내지 약 1800℃ 범위 내 온도로 가열시키는 단계를 포함하는 조성물을 생성하는 방법이 제공된다:
Figure 112008034374957-PCT00004
상기 식에서,
R1은 메틸, 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고;
R2는 알릴, 프로파길 또는 에티닐이고,
x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
본 발명에 대한 설명
본 발명에 기술된 실리콘 카바이드 전구체는 3원 공중합체(3-component-copolyner)이다. 이 공중합체는 최종 실리콘 카바이드 물질을 생성하기 위gks 결합제 또는 코팅(coating)으로서 사용될 수 있다. 이 실리콘 카바이드 전구체 공중합체는 제어된 사이드 그룹(side group)을 지니며 헤드 투 테일 구성으로 탄소에 결합된 실리콘의 주쇄(backbone)를 갖는다.
본 발명의 실리콘 카바이드 전구체는 하기 화학식의 공중합체이다:
Figure 112008034374957-PCT00005
상기 식에서, R1은 각각 독립적으로 메틸, 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고; R2는 각각 독립적으로 알릴, 프로파길 또는 에티닐이며; x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다. 따라서, 상기 공중합체는 3개의 단량체 단위(3 components)를 포함한다. 일 구체예에서, n은 약 10 내지 약 140의 범위 내에 있으며, 일 구체예에서 n은 약 20 내지 약 80의 범위 내에 있다. 본 발명의 공중합체의 분자량은 약 500 Mn 내지 약 7000 Mn의 범위 내에 있으며, 일 구체예에서는 약 1000 Mn 내지 약 4000 Mn의 범위 내에 있다.
본 발명의 공중합체는 실리콘 (Si): 탄소 (C): 수소 (H)의 화학양론 비를 변화시킴으로써 화학양론적으로 변화될 수 있다. 상기 화학양론 비는 치환기, R1 및 R2를 변화시킴으로써 그리고 x, y 및 z의 값을 변화시킴으로써 조절되고 정해질 수 있다. 따라서, 상기 공중합체 전구체로부터 생성된 최종 실리콘 카바이드 생성물의 특성은 선택된 용도에 따라 상기 공중합체의 화학양론비를 결정하여 조절될 수 있다. 화학양론적 실리콘 카바이드 (SiC)로도 알려된 실리콘/탄소의 비가 약 1.0인 경우, SiC 세라믹은 열적으로 가장 안정하다. 상기 공중합체는 가장 많은 양의 실리콘 하이드라이드(silicon hydride)를 함유한다. 실리콘 하이드라이드는 금속, 옥사이드 및 탄소와 반응한다. 약 1400℃ 초과의 온도, 부식성 환경 또는 산화성 대기에서의 작동에 있어 안정성이 요구되는 경우에 대해서는 화학양론적 SiC가 가장 바람직하다. 화학양론적 SiC와 비교하여 탄소의 비가 높은 공중합체로부터 잉여의 탄소를 지닌 세라믹이 생성된다. 이에 따라 상기 공중합체는 화학양론적 SiC보다 반응성이 낮다. 금속 충전제, 예컨대 티타늄 카바이드, 하프늄 카바이드 및 지르코늄 카바이드가 사용되는 경우 2000℃ 초과의 온도에서 용융되는 고융점 카바이드를 형성시키는 경향이 있다. 이러한 높은 비의 탄소 공중합체는 또한 몰드 이형제 및 섬유 코팅으로서 기능한다. 더욱 낮은 Si-H 함량을 지니는 공중합체는 화학양론적 중합체보다 반응성이 낮으며, 섬유 코팅, 몰드 이형제, 유리 섬유 강화된 복합재의 저가 매트릭스 재료, 및 탄소 섬유 강화된 복합제 및 베어링과 같은 저 마찰 재료의 매트릭스로 전형적으로 사용된다. 낮은 수소 함량은 대개, 중합체의 실리콘 원자 상에 있는, 화학양론적 중합체보다 많은 탄소를 포함하는 치환기에 기인한다.
예를 들어, 본 발명의 일 구체예에서, R1은 메틸이고, R2는 알릴이고, x는 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y는 약 0.1 내지 약 0.15의 범위 내에 있고, z는 약 0.05 내지 약 0.1의 범위 내에 있다.
일 구체예에서, R1은 메틸이고, R2는 알릴이고, x는 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y는 약 0.07 내지 약 0.08의 범위 내에 있고, z는 약 0.07 내지 약 0.08의 범위 내에 있다.
일 구체예에서, R1은 페닐이고, R2는 알릴이고, x는 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y는 약 0.1 내지 약 0.3의 범위 내에 있고, z는 약 0.05 내지 약 0.3의 범위 내에 있다.
일 구체예에서, R1은 메틸이고, R2는 에티닐이고, x는 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y는 약 0.1 내지 약 0.3의 범위 내에 있고, z는 약 0.05 내지 약 0.3의 범위 내에 있다.
일 구체예에서, R1은 메틸이고, R2는 프로파길이고, x는 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y는 약 0.1 내지 약 0.3의 범위 내에 있고, z는 약 0.05 내지 약 0.3의 범위 내에 있다.
일 구체예에서, R1은 페닐이고, R2는 프로파길이고, x는 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y는 약 0.1 내지 약 0.3의 범위 내에 있고, z는 약 0.05 내지 약 0.3의 범위 내에 있다.
일 구체예에서, R1은 메틸이고, R2는 알릴이고, x는 약 0.1 내지 약 0.3의 범위 내에 있고, y는 약 0.6 내지 약 0.8의 범위 내에 있고, z는 약 0.1 내지 약 0.2의 범위 내에 있다.
일 구체예에서, R1은 메틸이고, R2는 알릴이고, x는 약 0.2 내지 약 0.25의 범위 내에 있고, y는 약 0.1 내지 약 0.2의 범위 내에 있고, z는 약 0.55 내지 약 0.7의 범위 내에 있다.
일 구체예에서, R1은 페닐이고, R2는 프로파길이고, x는 약 0.2 내지 약 0.25의 범위 내에 있고, y는 약 0.1 내지 약 0.2의 범위 내에 있고, z는 약 0.55 내지 약 0.7의 범위 내에 있다.
*일 구체예에서, R1은 페닐이고, R2는 알릴이고, x는 약 0.1 내지 약 0.3의 범위 내에 있고, y는 0.4이고, z는 약 0.35 내지 약 0.45의 범위 내에 있다.
일 구체예에서, R1은 메틸이고, R2는 각각 독립적으로 프로파길 또는 에티닐이다.
일 구체예에서, R1은 각각 독립적으로 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고, R2는 알릴이다.
본 발명의 공중합체는, 메톡시화된 클로로카보실란을 그리냐르 커플링(Grignard coupling) 시킨 후, 환원하여 얻어질 수 있다. 예를 들어, 상기 환원은 리튬 알루미늄 하이드라이드(LiAlH4), 나트륨 알루미늄 하이드라이드(NaAlH4), 나트륨 하이드라이드(NaH)등을 포함하는 유용한 환원제를 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 공중합체는 세라믹 재료의 형성에 사용될 수 있다. 특히, 상기 공중합체는 실리콘-탄소 주쇄 공중합체가 실리콘-탄소 주쇄의 사이드 그룹 상에 함유된 수소를 통하여 가교되는 실리콘 카바이드 세라믹 재료를 형성한다. 본원에서 사용된 "세라믹"은 고순도 세라믹, 반-세라믹 재료, 세라믹 유사 재료, 비결정형 세라믹 재료, 나노결정형 세라믹 재료 등을 지칭한다. 상기 세라믹은 실리콘 카바이드 전구체의 열분해, 플라즈마(plasma) 또는 플라즈마 강화 처리(plasma enhanced treatment), 레이저 가열(laser heating), 전기 아크 형성(electric arc forming) 및 혐기성 연소(anaeroboc combution)를 포함하는 다양한 열적 또는 방사 방법에 의해 형성될 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 공중합체는 이 공중합체의 가교 및 경화를 일으키는 열적 또는 방사 방법을 통해 고순도 실리콘 카바이드 세라믹을 생성하는데 사용된다. 본원에 사용된 "고순도"는 실리콘-탄소 주쇄, 즉 실리콘 카바이드를 포함하며; 총 세라믹 재료의 약 0.1 내지 약 4 중량% 범위 내의 탄소 불순물, 총 세라믹 재료의 0.1 내지 약 4 중량% 범위 내의 산소 불순물, 및 백만분율 수준의 다른 불순물을 함유하는 세라믹을 지칭한다. 일 구체예에서, 불순물의 수준은 총 세라믹 재료의 약 0.1 중량% 미만이다. 고순도 실리콘 카바이드 세라믹의 경화는 전형적으로 약 160℃ 내지 약 500℃ 범위 내의 온도에서 일어난다. 일 구체예에서, 경화는 약 200℃ 내지 약 300℃의 범위 내의 온도에서 일어난다. 공중합체는 약 30분 내지 약 240분의 범위 내의 기간 동안 전형적으로 가열된다. 촉매 없는 전형적인 열 경화 과정은 약 350℃ 내지 약 400℃ 범위 내의 온도에서 1시간 동안 수행된다.
본 발명의 실리콘 카바이드 전구체는 또한 경화된 세라믹 유사 코팅 및 매트릭스를 생성하는데 사용될 수 있다. 본원에 사용된 "세라믹 유사 재료 (near-ceramic materials)"는 경화되고 가열된 Si-H 및 C-H 결합 모두를 함유하는 Si 계열의 프리세라믹 재료를 칭한다. 상기 공중합체는, Si-H 결합은 상당 부분 제거 (즉, 약 80% 초과로)되나 C-H 결합의 대부분 (즉, 약 90% 초과)은 온전하게 남겨둠으로써 가교된다. 이에 의해 독특한 특성, 예컨대 유기 수지의 강도를(toughness)의 일부 지니나 약 500℃ 초과의 온도에서 지속적으로 사용할 수 있으며 약 1000 GPA 초과의 경도 (hardness)를 갖는 물질이 생성된다. 일 구체예에서, 상기 세라믹 유사 재료는 실리콘 카바이드 전구체를 약 400℃ 내지 약 650℃ 범위 내의 온도로 가열시킴으로써 생성된다. 일 구체예에서, 실리콘 카바이드 전구체는 약 500℃ 내지 약 700℃ 범위 내의 온도로 가열된다. 전형적으로, 전구체 공중합체 상의 원래 수소의 약 40%는 500℃에서 남아있으나 700℃에서는 단지 25%만 남아있다 (전구체 공중합체 중의, C-H와 비교한 Si-H의 비에 의존함). 일 구체예에서, 공중합체는 약 0.1℃/분 내지 약 15℃/분의 가열 속도로, 바람직하게는 약 0.5℃/분 내지 약 3℃/분의 가열 속도에서 가열되며, 약 5분 내지 약 2시간 범위 내의 시간 동안 유지된다. 상기 공중합체는 불활성 기체 환경 (예를 들어, 질소, 아르곤 또는 헬륨), 수소 기체 환경, 또는 이들의 조합 중에서 가열되어 세라믹 유사 재료를 생성시킬 수 있다.
본 발명의 세라믹 유사 재료는 약 30 GPa 초과의 강성 (stiffness) 및 실리콘의 열 팽창계수 (약 2 내지 3 ppm/℃)에 거의 근접한 열 팽창계수를 갖는 섬유유리 기재의 회로판에 사용될 수 있다. 상기 세라믹 유사 재료는 이외에도 내연성 및 내화염성을 갖는 가요성(flexible) 패널에 사용될 수 있다.
일 구체예에서, 비결정형 실리콘 카바이드 기재의 세라믹 매트릭스 및 코팅이 제조된다. 본원에 사용된 "비결정형 (amorphous)"은 인식가능한 결정 구조를 갖지 않는 유리와 유사한 성질의 실리콘 카바이드 재료를 지칭한다. 전형적으로, 비결정형 실리콘 카바이드 기재의 세라믹 재료는, 본 발명의 공중합체를 불활성 기체, 수소 기체, 또는 이들의 조합 하에서 약 700℃ 내지 약 1200℃의 온도로 가열시킴으로써 제조될 수 있고, 일 구체예에서는 약 850℃ 내지 약 900℃ 범위 내의 온도로 가열시킴으로써 제조될 수 있다. 전형적으로, 가열 속도는 약 0.1℃/분 내지 약 15℃/분이며, 바람직하게는 약 0.5℃/분 내지 약 3℃/분이다. 상기 온도는 약 5분 내지 약 2시간 범위 내의 기간 동안 유지된다. 또한 압력은 약 500 psi 내지 약 5000 psi 범위 내에서 몰드로 인가될 수 있다.
일 구체예에서, 공중합체는 가열 후에 재침윤(reinfiltrated)될 수 있다. 재침윤 중에, 물품이 노로부터 제거되고, 포획된 공기를 실질적으로 제거하기 위해 (여기서 약 99% 미만의 공기가 존재함) 진공 중에 배치되고, 본 발명의 공중합체가 주입되어 열분해 사이클 동안 세라믹화된 중합체로서의 수축에 의해 형성된 구멍/크랙을 채운다. 일 구체예에서, 진공은 약 10℃ 내지 약 80℃ 범위 내의 온도에서 약 100 내지 약 500 밀리토르의 압력 수준이다. 전형적으로, 상기 재침윤 과정 뒤에 다른 열분해 사이클이 뒤따른다. 일 구체예에서, 재침윤 후에 일어나는 열분해 사이클은 약 700℃ 내지 약 1200℃의 온도에 있으며, 일 구체예에서는 약 850℃ 내지 약 900℃ 범위 내 온도에 있다. 재침윤 및 열분해는 전형적으로 1 내지 16 사이클로 반복될 수 있다. 전형적으로, 사이클이 더 많은 횟수로 실시되면 물품의 기공율 (porosity)이 감소한다. 약 0.5% (기밀 또는 비다공성 물품을 생성하는데 사용될 수 있음) 내지 약 45% (여과를 위해 사용될 수 있음) 범위 내의 기공율을 갖는 물품이 제작될 수 있다. 일 구체예에서, 기공율은 약 2% 내지 약 10%의 범위 내에 있다.
비결정형 SiC 매트릭스 복합재는 낮거나 중간 정도의 에너지 마찰 재료, 예컨대 모터사이클 브레이크 로터, 자동차 브레이크 로터, 고 강성 회로판, 항공우주 적용을 위한 가요성의 C/SiC 얇은 구조물; 산업/화학적 공정 재료, 예컨대 증류탑 패킹 등으로 사용된다.
일 구체예에서, 나노결정형 Si-C 계열의 세라믹 매트릭스 및 코팅이 생성된다. 전형적으로, 나노결정형 SiC 계열의 재료는 본 발명의 공중합체를 약 1200℃ 내지 약 1800℃의 온도 및 일 구체예에서는 약 1600℃ 내지 약 1800℃의 온도로 가열시킴으로써 제조될 수 있다. 전형적으로, 가열 속도는 약 0.1℃/분 내지 약 15℃/분이며, 일 구체예에서는 약 0.5℃/분 내지 약 3℃/분이다. 전형적으로, 상기 온도는 약 5분 내지 약 3시간 범위 내의 기간 동안, 및 일 구체예에서는 약 1시간 내지 약 2시간 범위 내의 기간 동안 유지된다. 일 구체예에서, 가열은 불활성 기체, 수소 기체 또는 이들의 조합 하에서 수행된다. 전형적으로, 약 100 밀리토르 내지 약 500 밀리토르의 진공 압력이 노에 인가된다.
일 구체예에서, 공중합체는 상기 기술된 바와 같이 재침윤될 수 있다. 상기 재침윤 과정 뒤에 다른 열분해 사이클이 뒤따른다. 일 구체예에서, 재침윤 후의 열분해 사이클은 약 850℃ 내지 약 1600℃ 범위 내의 온도에서 일 구체예에서는 약 850℃ 내지 약 1000℃ 범위 내의 온도에서 일어날 수 있다. 재침윤 및 열분해는 약 0.5% (16 사이클) 내지 약 45% (1 사이클) 범위 내의 기공율을 갖는 나노결정형, SiC 계열의 세라믹 재료를 생성하도록 전형적으로 1 내지 16 사이클로 반복될 수 있다. 일 구체예에서, 상기 기공율은 약 2% 내지 약 10% 범위 내에 있다.
항공기, 대형 트럭, 기차 등에 대한 고 에너지 브레이크 로터와 같은 약 1400℃ 초과의 온도가 요구되는 적용에 대해서는 나노결정형 SiC 계열의 매트릭스가 사용된다. 적용의 다른 예에는 우주선 (재진입 동안 "열 차폐"로서 기능함) 또는 로켓 배기 노즐에 대한 열 보호 시스템이 포함된다. 이러한 구체예에서는 종종, 중합체가 하프늄 디보라이드, 하프늄 카바이드, 지르코늄 디보라이드, 지르코늄 옥사이드와 같은 하나 이상의 내화성 분말, 또는 하프늄, 지르코늄, 스트론튬, 티타늄 또는 탄탈륨 (전형적으로는 SiC 형성 공중합체와 혼화성인 액체인 부톡사이드 형태로)과 같은 내화성 금속으로 충전(充塡)된다.
열 처리 전에, 본 발명에 기술된 실리콘 카바이드 전구체 공중합체는 액체 형태로 되어 있다. 이 실리콘 카바이드 공중합체 전구체는 섬유, 섬유 계열의 복합재 및 직조된 구조를 코팅시키기 위한 액체 현탁액 중에 분말을 유지시키는 수단으로서 사용될 수 있다. 상기 실리콘 카바이드 공중합체는 또한 다공성 및 비다공성 재료를 결합, 밀봉 또는 코팅시키는데 사용될 수 있다. 다공성 재료를 코팅시키는 경우에, 공중합체는 윤활제, 밀봉제, 표면 경화제, 또는 이의 임의의 조합으로 기능할 수 있다. "다공성 재료"에는 흑연, 탄소/탄소 (C/C) 복합재, 및 옥사이드 기재 세라믹, 예컨대 알루미나, 내화벽돌, 내화점토, 노 절연체 등이 포함된다.
본 발명의 실리콘 카바이드 공중합체 전구체는 다양한 기판 형태 및 재료와 함께 사용될 수 있다. 전형적인 재료에는 흑연, 실리콘, 실리카 (석영), 알루미나, 지르코니아, 다양한 카바이드 (예를 들어, 붕소 카바이드, 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드, 크롬 등), 및 다른 옥사이드 및 나이트라이드 세라믹이 포함된다. 상기 공중합체는 다공성 기판에 대한 밀봉 코팅으로서, 또는 다공성 및 비다공성 모두의 기판에 대한 몰드 이형제로서 사용될 수 있다. 본 발명의 실리콘 카바이드 공중합체 전구체는, 전형적으로 분말과 혼합된 상기 전구체가 몰드로 몰딩되거나 압축되는 몰딩용 화합물을 형성시키는데 사용될 수 있다. 또한, 실리콘 카바이드 전구체는 다양한 유형의 금속 및 금속 합금을 코팅시키는데 사용될 수 있다. 여기에는 구리, 강철, 스테인레스 스틸, 니켈 합금, 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 청동, 몰리브데늄, 크롬 처리된 강철 등이 포함된다.
공중합체가 코팅으로 사용되는 경우, 페인팅, 침지, 분무 및 액체 침윤과 같은 다양한 수단에 의해 기판의 표면에 도포된 후에 분해시켜 실리콘 카바이드 코팅을 형성시킬 수 있다. 본원에 사용된 상기 용어 "기판"은, 코팅이 증착될 수 있는 하나 이상의 표면을 지닌 바디 (body)를 지칭한다. 바디에는 튜브, 블록, 섬유, 단섬유 또는 섬유와 다른 바디와의 조합체로 구성된 직물, 불규칙 형태의 비디, 및 탄소 코팅된 섬유와 같은 코팅된 표면, 또는 탄소 또는 다른 조성물, 예컨대 나이트라이드(nitride), 카바이드(carbide), 보라이드(boride) 등의 코팅을 지니는 다른 형태가 포함된다.
일 구체예에서, 상기 공중합체는 분말, 단결정, 절단 섬유 (chopped fiber), 연속 섬유, 플라이 (plies), 작은 판 (platelet), 펠트 등과 함께 사용될 수 있다. 구리, 알루미노보로실리케이트, 실리콘 카바이드 (SiC), 탄소, 피치계 탄소, 흑연, 알루미나, 알루미노실리케이트, S-유리, E-유리 (S-유리는 높은 온도 능력을 지닌 고강도, 저 알칼리 유리 섬유인 반면, E-유리는 본질적으로 섬유로 방사된 "창 유리"이다), 및 실리카가 포함되며, 다양한 섬유 구조물 (예컨대, 펠트, 직물, 브레이디드 (braided), 절단 섬유 및 니트)이 사용될 수 있다. 알루미노실리케이트 섬유의 예에는 하기한 것들에 한정되는 것은 아니나, 넥스텔 (Nextel) 312, 넥스텔 312 BN, 넥스텔 440, 넥스텔 550 및 넥스텔 720이며, 넥스텔 610은 알루미나 (알루미늄 옥사이드) 섬유 (모든 "넥스텔" 재료는 쓰리엠 컴퍼니의 상표명이다)이다. 실리콘 카바이드 유형의 섬유의 예에는 하기한 것들에 한정되는 것은 아니나, 티라노 (Tyranno) SA, 티라노 ZMI (이들은 모두 UBE 인더스트리즈의 상표명이다); Hi-니칼론 (Nicalon), Hi-니칼론 타입 S (이는 니폰 카본, 인코포레이티드의 상표명이다) 또는 실라믹 (Sylramic) (이는 다우 코닝/ATK의 상표명이다)이 포함된다.
일 구체예에서, 비-탄소 섬유는 두께가 약 0.01 마이크론 내지 약 0.55 마이크론인 섬유 코팅을 갖는다. 피로카본(pyrocarbon), 붕소 나이트라이드, 또는 붕소 나이트라이드/실리콘 카바이드, 또는 중합체 유도된 SiC, SiC-C 또는 Si-C-O와 같은 섬유 코팅은 약 500℃ 초과의 온도에서 제조되거나 사용되는 실리콘 카바이드 세라믹 생성물의 강도를 증강시키는데 사용될 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 SiC 형성 공중합체는 또한 탄소 섬유 강화된 재료에 대한 매트릭스로서 기능할 수 있다. 탄소-섬유 강화된 재료의 예에는 폴리아크릴로니트릴 계열의 탄소 섬유 직물, 석유 피치계 섬유, 절단 섬유, 펠트 및 이들의 조합이 포함된다. 탄소 섬유는 석유 피치 (콜 타르)계의 것이고 약 2000℃ 초과의 온도에서 가공되는 경우에, 중합체로부터 상기 섬유를 보호하는데 어떠한 섬유 코팅도 필요하지 않다. 그러나, 낮은 수소 함량 및 더욱 높은 페닐 치환기 함량 (화학양론적 SiC와 비교하여)을 지니는 SiC 계열의 공중합체는 섬유에 대한 공중합체 유래의 세라믹 매트릭스의 결합을 개선시켜 복합재의 강도를 증강시키는데 사용될 수 있다.
일 구체예에서, 폴리아크릴로니트릴 (PAN) 계열인 탄소 섬유 또는 직물이 사용되는 경우, 상기 섬유 또는 직물은 섬유를 안정화시키고 SiC 형성 공중합체 매트릭스에 상기 섬유를 사용할 수 있도록 최소 2시간 동안 최소 1600℃로 진공 또는 불활성 기체 중에서 열처리되거나 피로카본으로 코팅되어야 한다.
분말이 공중합체에 첨가되면, 슬러리가 형성된다. 슬러리는 전형적으로 세라믹 복합재에 대해 세라믹 코팅된 직물 또는 섬유를 형성시키는데 사용된다. 전형적으로, 상기 분말은 총 혼합물의 약 1 내지 약 50중량%의 범위 내로 존재한다. 일 구체예에서, 상기 분말은 총 혼합물의 약 2 내지 약 25중량%의 범위 내로 존재한다. 일 구체예에서, 분말은 총 혼합물의 약 10 내지 약 65%의 범위 내로 존재한다. 다공성 재료를 평활, 경화 또는 밀봉시키는데 사용된 슬러리는 전형적으로, 원하는 코팅의 두께 및 분말 크기에 따라 달라지나, 약 5 내지 약 20부피% 범위의 분말을 함유한다.
분말은 흑연, 실리콘, 실리카 (석영), 알루미나, 지르코니아, 다양한 카바이드 (예를 들어, 붕소 카바이드, 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드, 크롬 등), 및 다른 옥사이드 및 나이트라이드 세라믹을 포함한다. 고온의 내화성 카바이드, 보라이드, 옥사이드 및 나이트라이드 분말, 예컨대 하프늄 디보라이드, 하프늄 카바이드, 지르코늄 카바이드, 지르코늄 옥사이드 등이 또한 사용될 수 있다. 분말의 다른 예에는 유리질 탄소, 석유 코크, 구리, 철 분말, 티타늄, 지르코늄, 지르코니아, 실리카 (석영), 실리콘, 및 알루미늄, 실리콘, 붕소, 티타늄, 몰리브데늄, 텅스텐, 하프늄, 지르코늄, 니오븀, 크롬, 탄탈륨의 각각 또는 이의 혼합물의 보라이드, 카바이드, 나이트라이드 및 옥사이드가 포함된다. 일 구체예에서, 분말은 약 0.5 마이크론 내지 약 45 마이크론 범위 내의 크기를 갖는다. 본원에서 정의된 미세 분말에 대한 분말 크기는 약 10 나노미터 내지 약 7 마이크로미터의 범위 내일 수 있으며, 약 0.4 마이크로미터 내지 약 4 마이크로미터의 범위가 바람직하다. 일 구체예에서, 바이모달 (bimodal) 분말이 사용될 수 있다. 일 구체예에서, 상기 바이모달 분말은 약 4 마이크론 내지 약 7 마이크론 범위 내의 입자, 및 약 0.5 마이크론 내지 약 0.8 마이크론 범위 내의 입자를 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 공중합체는, 디카보란(decarborane)과 같은 소량 (1 내지 5질량%)의 물질을 용해시킴으로써 또는 붕소 함유 복합체 형태로 공중합체에 첨가된, 약 0.25 내지 약 5중량%의 붕소를 함유할 수 있다. 일반적으로, 몰딩 화합물에 대한 출발 조성물의 중합체 함량은 약 5 내지 약 25질량%의 중합체일 수 있으며, 바람직한 비율은 약 7 내지 약 15%이다. 분말의 양은 사용할 압축, 압출 또는 다른 성형 기술의 유형에 대한 조성물의 적절한 경도 (consistency)를 제공하도록 선택된다.
일 구체예에서, 공중합체에 하나 이상의 분말을 첨가하면, 최종 세라믹 재료가 분해 전에 견딜 수 있는 온도를 증가시킬 수 있다. 일 구체예에서, 하프늄 디보라이드, 하프늄 카바이드, 지르코늄 디보라이드, 지르코늄 카바이드, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드와 같은 하나 이상의 분말을 첨가하면, 분해 전에 약 1600℃ 내지 약 2800℃의 온도를 견딜 수 있는 최종 세라믹 재료가 생성된다.
일 구체예에서, 하나 이상의 분말의 첨가는 낮은 열 팽창율 (약 5 ppm/℃ 미만), 높은 탄성계수 (약 100 GPa 초과)의 세라믹 섬유, 유리 섬유 및/또는 탄소 섬유 강화된 회로판 또는 패키징용 제품을 생성하는데 이용할 수 있다. 그러한 용도에 대한 분말의 예에는 이들에 한정되는 것은 아니나 실리콘 카바이드, 붕소 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드가 포함된다.
일 구체예에서, 하나 이상의 분말의 첨가는 증류 또는 기체 스크러빙 (오염 제어) 탑 패킹과 같은 화학적 처리 부품에 대한 패킹 및 구조 재료를 생성하는데 이용할 수 있다. 그러한 용도에 대한 분말의 예에는 이들에 한정되는 것은 아니나 실리콘 카바이드, 탄소, 흑연, 붕소 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드가 포함된다.
최종 실리콘 카바이드 재료를 형성시키는데 백금 촉매가 또한 사용될 수 있다. 상기 백금 촉매는 중합체가 겔화되거나 경화되는 시점 또는 온도를 감소시킨다. 전형적으로, 백금 촉매는 제로 상태 (zero-state) 촉매이다. 제로 상태 백금 촉매의 예에는 클로로플래틴산(chloroplatinic acid) 및 대부분의 백금 착물이 포함된다. 일 구체예에서, 사용된 백금 촉매는 사용된 공중합체 질량의 약 1 백만분율 (ppm) 내지 약 15 ppm의 범위 내로 존재한다. 일 구체예에서, 플래티늄 촉매는 약 15 ppm 내지 약 50 ppm의 범위 내로 존재한다. 다른 대안적인 겔화/가교/경화제에는 붕소-수소 화합물, 예컨대 디카보란, 실라놀 함유 화합물, 및 대부분의 아민 화합물이 포함된다. 일 구체예에서, 사용된 대안적인 경화제는 사용된 공중합체 질량의 약 1 백만분율 (ppm) 내지 약 15 ppm의 범위 내로 존재한다. 일 구체예에서, 경화제는 약 15 ppm 내지 약 50 ppm의 범위 내로 존재한다.
일 구체예에서, 산소는 실리콘-산소 결합으로 실리콘 카바이드 세라믹 조성물 내로 도입될 수 있다. 산소의 도입은 실리콘 카바이드 공중합체 전구체 중에 메톡시, 에톡시 또는 부톡시의 사용을 통해서 이루어지거나 수분 환경에서 실리콘 카바이드 공중합체 전구체를 가열함에 의해 이루어질 수 있다. 본원에 사용된 "수분 환경"은 약 60% 이상의 상대 습도, 및 일 구체예에서는 약 80% 이상의 상대 습도를 지칭한다. 전형적으로, 온도는 약 90℃ 내지 약 200℃의 범위 내이며, 일 구체예에서는 약 125℃ 내지 약 180℃의 범위 내이다. 수분 환경에서의 가열은 전형적으로 약 1시간 내지 약 6시간의 기간 동안 실시된다. 일 구체예에서, 공중합체는 약 1시간 내지 약 2시간 범위 내의 기간 동안 약 160℃의 온도에서 수분 환경 중에서 가열된다. 전형적으로, 산소의 첨가에 의해 저 유전율의 세라믹 재료가 생성된다. 일 구체예에서, 상기 공중합체는 저 유전율의 코팅을 생성하는데 사용될 수 있다. 본원에 사용된 "저 유전율"은 약 -3.0 미만의 유전율을 의미한다.
일 구체예에서, 추가의 첨가제가 최종 실리콘 카바이드 재료를 생성하는데 사용될 수 있다. 첨가제에는 액체 푸르푸랄 및 희석제, 예컨대 용매, 비극성 유기 액체 및 습윤제가 포함된다. 액체 푸르푸랄은 총 혼합물의 약 5 내지 약 15중량% 범위 내로 존재할 수 있다. 일 구체예에서, 액체 푸르푸랄은 총 혼합물의 약 25 내지 약 50중량%의 범위 내로 존재할 수 있다. 액체 푸르푸랄은 최종 세라믹 재료의 마찰 특성을 제어하기 위해 유리질 탄소 또는 흑연을 형성시키는데 사용될 수 있다. 용매는 공중합체를 희석시키는데 또한 사용될 수 있다. 용매의 예에는 헥산, 테트라히드로푸란 (THF), 부틸 에테르, 톨루엔, 아세톤 또는 다른 비극성 유기 용매가 포함된다. 일 구체예에서, 용매는 총 혼합물의 약 10 내지 약 95중량%의 범위 내로 존재한다. 일 구체예에서, 용매는 총 혼합물의 약 10 내지 약 20중량%의 범위 내로 존재한다. 비-극성 유기 액체에는 미네랄 스프리트 (mineral spirits) 등이 포함된다. 일 구체예에서, 미네랄 스피리트는 총 혼합물의 약 2 내지 약 15중량%의 범위 내로 존재한다. 습윤제의 예에는 폴리글리콜, 피시 오일, 올레산, 폴리올레산, 에틸렌 글리콜 등이 포함된다. 일 구체예에서, 습윤제는 총 혼합물의 약 0.2 내지 약 2 중량%의 범위 내로 존재할 수 있다.
하기 실시예는 본 발명의 다양한 구체예를 예시하는 것이다.
본 발명은 화학식 H-[ SiH 2 CH 2 ] xn [ SiMe (H) CH 2 ] yn [ SiRHCH 2 ] zn -H (여기서, R은 H, 알릴, 프로파길 및 에티닐기이고; x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다)의 조성물을 사용하여 신규한 프리세라믹 폴리카보실란을 생성하는 것을 포함한다.
하기 식에 도시된 바와 같이, 본 발명의 공중합체를 4 단계로 생성하였다:
Figure 112008034374957-PCT00006
(상기 식에서, x = 1 - y - z이거나 x + y + z = 1이다)
제 1 단계는 클로로메틸트리클로로실란의 부분 메톡시화를 수행하는 것이었다. 메톡시화 비, 즉 MeOH/Cl3SiCH2Cl의 몰비는 1.5 내지 2.5의 범위 내에 있었다. 가장 바람직한 비는 1.75이었다. 메톡시화로부터 수득된 생성물을 정제없이 후속하는 그리냐르 반응에 직접 사용하였다. 이후, 알릴 클로라이드를 THF 중에서 Cl1.25(OMe)1.75SiCH2Cl과 함께 혼합시켰다. 이 혼합물을 Mg 분말에 첨가하여 그리냐르 반응을 수행하였다. 얻어진 메톡시 치환된 중합체, [Si(OMe)2CH2](1-z)n[SiR2(OMe)CH2]zn는 또한 몇몇의 [Si(OMe)ClCH2] 단위체를 함유해야 하는데, 이 단위체는 [Si(OMe)2CH2] 단위체와 동일한 방식으로 [SiH2CH2] 구조로 환원될 수 있으며, 이에 따라 [Si(OMe)ClCH2] 단위체는 [Si(OMe)2CH2](1-z)n[SiR2(OMe)CH2]zn 식에 특 이적으로 포함되지 않는다. 알릴 클로라이드와 Cl1 .25(OMe)1.75SiCH2Cl을 혼합물에 첨가시킨 직후에, THF 중의 MeCl2SiCH2Cl를 첨가하여 그리냐르 반응을 계속하였다. 생성된 혼합물을 50℃ 하에 24시간 동안 교반하였다. 환원 반응은 LiAlH4를 첨가함으로써 수행되었다. 목적하는 중합체는 환원 반응으로부터의 혼합물을 수성 후처리 (aqueous work-up)하여 분리하였다.
시판되는 SMP-10 (AHPCS - Whitmarsh 등에 의한 미국특허 제 5,153,295호)의 저장 수명은 다량의 SiH3가 존재함에 의해서 수 개월로 제한된다. 본 발명에서, 그리냐르 단계에서 MeCl2SiCH2Cl을 첨가함에 의해, 최종 폴리카보실란은 시판되는 SMP-10에 비해 Si-H 기, 특히 SiH3 말단기를 덜 함유할 것이며, 이는 중합체의 저장 수명을 실질적으로 증가시킬 수 있었다.
(1) 메톡실화
3494.5 g (19 mol)의 클로로메틸트리클로로실란을 압력-균등화 적하 깔때기(pressure-equalizing dropping funnel), 자기 교반바, 및 질소 가스 배출구가 설치된 환류 응축기가 구비된 5 L의 삼구(three-necked) 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 이 가스 배출구에 연결된 타이곤(tygon) 튜브를 큰 플라스틱 컨테이너내의 물 위에 위치시켜 부산물인 HCl 가스를 흡수시켰다. 유입구 가스 튜브를 적하 깔때기의 상부에 연결시켜 플라스크를 질소 가스로 계속하여 플러싱하였다. 1064 g (33.25 mol)의 무수 메탄올을 3시간에 걸쳐 적가하면서 반응 용액을 자기적으로 교 반시켰다. 질소 가스의 플러싱이 부산물인 HCl가스를 물에 흡수시켜, 퍼징하는 반응을 지속시켰다. 메탄올의 첨가를 완료한 후, 용액을 12시간 동안 실온에서 추가로 교반시켰다. 이 공정으로부터의 최종 생성물의 조성은 약 70-75%의 Cl(MeO)2SiCH2Cl, 20-25%의 Cl2(MeO)SiCH2Cl, 및 0-5%의 (MeO)3SiCH2Cl이었다. 이 혼합물을 정제 없이 다음 단계 반응에 직접 이용하였다.
(2) Cl1 .25(OMe)1.75SiCH2Cl로부터의 그리냐르 커플링 반응
316.8 g (13.2 mol)의 Mg 분말 (-50 메쉬) 및 400 ml의 무수 테트라히드로푸란 (THF)를 12 L의 삼구 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 플라스크에는 적하 깔때기, 기계적 교반기, 및 가스 유출구가 장착되어 건조 질소가 공급되는 환류 응축기가 구비되어 있다. 1585 g의 Cl1 .25(OMe)1.75SiCH2Cl (9 mol)을 2 L의 무수 THF 및 76.5 g (1 mol)의 알릴클로라이드와 적하 깔때기에서 혼합하였다. Cl1 .25(OMe)1.75SiCH2Cl 혼합물을 Mg 분말에 첨가시킨 직후, 그리냐르 반응이 개시되었다. 용액이 따뜻해지고, 짙은 갈색을 나타내었다. 첨가시키는 동안, 출발물질의 첨가 속도 조절 및 냉수에 의한 반응 플라스크의 냉각에 의해, 반응 혼합물은 부드러운 환류에서 유지되었다. 출발 물질은 3시간동안 첨가된다. 생성된 혼합물을 실온에서 30-60분 동안 교반하였다. 이 단계에서, 화학식 [Si(OMe)2CH2]0.8n[Si(allyl)(OMe)CH2]0.1n을 갖는 중합체가 형성되었다.
(3) MeCl2SiCH2Cl로부터의 그리냐르 반응
163.5 g (1 mol)의 MeCl2SiCH2Cl 및 600 ml의 무수 THF를 상기 반응과 동일한 적하 깔때기에서 혼합시켰다. 수득된 용액을 Cl1 .25(OMe)1.75SiCH2Cl의 그리냐르 반응으로부터의 혼합물에 2시간 내에 첨가하였다. MeCl2SiCH2Cl로부터의 그리냐르 반응은 Cl1.25(OMe)1.75SiCH2Cl로부터의 그리냐르 반응과 매우 유사하였다. 반응물이 재가온되었을 때, 냉수로 냉각시켰다. MeCl2SiCH2Cl의 첨가가 완료된 후, 생성된 혼합물을 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 이후 생성된 맨틀을 12 L 플라스크에 넣고, 혼합물을 50℃까지 밤새 가열시켜 커플링 반응을 완료하였다. 이 단계에서, 화학식 [Si(OMe)2CH2]0.8n[SiMeClCH2]0.1n[Si(allyl)(OMe)CH2]0.1n을 갖는 중합체 (알릴-메톡시폴리카보실란)가 형성되었다.
(4) 환원
(3)으로부터의 혼합물이 담긴 반응 플라스크를 빙/수조(ice/water bath)에서 냉각시켰다. 이후, 1 L의 무수 THF 및 200 g의 LiAlH4 펠렛을 첨가시켜 알릴-메톡시폴리카보실란을 환원시켰다. 반응 용액이 따뜻해지고, LiAlH4 펠렛은 용해되었다. 용액이 매우 점성이 되어서 교반할 수 없을 때, 추가로 1 L의 THF를 첨가하였다. 환원에 의한 발열 시간은 약 2시간이었다. 발열 기간이 끝났을 때, 12 L 플라스크를 가열 맨틀 하에 두고 환원 반응물을 강하게 휘저으며 50℃에서 밤새 가열시켰다.
(5) 후처리(work-up)
30 L의 플라스틱 컨테이너에서, 2.2 L의 농축된 HCl을 10 kg의 분쇄된 얼음 및 1.5 L의 헥산과 혼합시켰다. 용액을 기계적 교반기에 의해 강하게 교반하였다. 환원 반응 (4)로부터의 혼합물을 빠르게 교반되는 냉 헥산/HCl 용액에 30분에 걸쳐 부었다. 일단 환원 혼합물의 첨가가 완료되면, 후처리 용액을 추가로 10분 동안 교반되었다. 교반을 정지시킨 후에, 황색 유기상이 수성층 위에 나타났다. 유기상을 분리하고, 500 ml의 묽은(1 M) HCl 용액으로 세척한 다음, Na2SO4 상에서 12시간 동안 건조시켰다. 마지막으로, 용매 (헥산/THF)를 회전 증발기에 의해 제거시켜 403 g의 투명한 점성 황색 중합체를 수득하였다. 이 중합체는 화학식 [SiH2CH2]0.8n[SiMe(H)CH2]0.1n[Si(allyl)(H)CH2]0.1n을 가졌고 분자량은 통상적으로 1000 내지 7000의 범위로 분포되었다.
실시예 1
하기 공정을 이용하여 전자 기판용의 얇은 세라믹 복합재를 제조하였다:
길이 12.5 인치이고 폭 12.5 인치의 치수를 갖는 7개의 패브릭 플라이(fabric plies)를 상표명이 "넥스텔 312"인 알루미노보로실리케이트 섬유 직물의 롤에서 절단하였다. 이후 플라이를 32 부피%의 미세 알루미나 분말과 혼합된 본 발명의 공중합체 (여기에서, R1은 메틸이고 R2는 알릴이며 x는 0.8-0.9 범위이고 y는 0.05-0.1의 범위이며 z는 0.05-0.1의 범위이다)로 구성된 슬러리로 코팅하였다. 코팅된 직물 플라이를 0°, 60°, -60°, 90°, -60°, 60°, 0°레이업으로 겹쳐 쌓았다 (각도는 본원에서 "0"으로 정의되는 수직 방향에 대한 날실(warp) 또는 최 초 섬유 토우(tow)의 배향을 의미한다). 적층물을 몰드 이형제(mold release) 시트 (듀폰사 상표명 "캡톤(Kapton)®)로 코팅된 1/4" 두께의 강철 플레이트 위에 놓았다. 캡톤®두 번째 시트를 적층물 위에 놓았다. 0.065" 두께의 금속 끼움쇠 세트(set of 0.065"thick metal shims)를 적층물의 각 면 위의 플레이트에 위치시켜 두께를 조절하였다. 두 번째 강철 플레이트를 플라이를 덮고 있는 캡톤®시트 위에 두었다. 어셈블리를 미리 150℃로 가열된 수압 작동되는 가열된 플래튼 프레스로 위치시켰다. 프레스를 끼움쇠에 밀착시키고 온도를 분당 2도의 속도로 400℃까지 증가시키고 1시간 동안 유지시켰다. 이후 프레스를 냉각시키고, 어셈블리를 제거하였다. 프레싱된 플레이트를 어셈블리로부터 제거하고 캡톤®벗겨 내었다. 이후 플레이트를 두 개의 평평하고 부드러운 흑연 플레이트 사이에 놓고, 어셈블리를 열분해를 위해 불활성 가스 노로 위치시켰다. 노는 불활성 대기를 함유하고 산소를 배제하도록 스테인레스 강 레토르트(stainless steel retort)를 갖는다. 노는 250℃까지 분당 2도의 속도로 가열되고, 650℃까지 분당 1도의 속도로 가열되고, 800-900℃까지 분당 3도의 속도로 가열되었다. 이후 노를 분당 5℃ 이하의 속도로 냉각하였다. 냉각되면, 플레이트를 어셈블리로부터 떼어내고 고정되지 않은 잉여의 분말을 솔로 털어 내었다. 플레이트를 액체로 꽉 찬 컨테이너에 놓고 컨테이너를 진공 침윤을 위해 진공 챔버에 놓았다. 챔버를 250 밀리토르 미만의 압력으로 비우고 1/2시간 동안 유지하였다. 실리콘 카바이드 중합체가 챔버로 천천히 들어가 도록 하고 플레이트를 이것이 완전히 잠길 때까지 코팅하였다. 플레이트가 액체 중합체로 덮힌 후, 1/2시간동안 진공이 유지되었다. 이후 다시 챔버안으로 공기가 흐르고, 플레이트는 액체 중합체로부터 제거되었다. 플레이트의 잉여의 중합체를 닦아내고 플레이트를 몰리브덴 시트 위에 위치시켜 흑연 플레이트와의 결합을 방지하였다. 두 번째 몰리브덴 시트는, 두 번째 흑연 플레이트가 뒤따르는 플레이트의 상부에 위치되었다. 어셈블리를 불활성 가스 노에 위치시키고, 상기 기술된 대로 가공하였다. 열분해 사이클 및 진공 침윤을 4-6회 더 반복하거나, 질량 증가가 이전 플레이트 질량(이전 열분해 사이클 이후의 플레이트 질량)의 2% 미만이 될 때까지 반복하였다. 생성된 플레이트는 40%가 넘는 섬유 부피비와 대략 0.050-0.075 인치의 두께를 갖는다.
구체예에서, 상기 실시예는 단순히 코팅된 직물의 플라이의 수를 증가시키고 끼움쇠 또는 스페이서의 두께를 증가시켜 목적하는 두께를 유지함에 의해 더 두꺼운 성분(두께가 2 인치 이하인 플레이트들이 증거가 된다)들을 제조하는데 사용될 수 있었다.
실시예 2
하기 공정을 이용하여 매우 얇고 강성이 높은 복합재 시트를 제조하였다:
길이 12.5 인치이고 폭 12.5 인치의 치수를 갖는 4개의 패브릭 플라이를 진공 노에서 1800℃로 최소 2시간 동안 열 처리된 1k 토우 T-300 (폴리아크로니트릴 - PAN 기재) 탄소 섬유 직물의 롤에서 절단하였다. 이후 플라이를 공중합체 (여기 에서, R1은 메틸이고 R2는 에티닐이며 x는 0.70-0.80 범위이고 y는 0.05-0.1의 범위이며 z는 0.05-0.1의 범위이다) 중 42 부피%의 바이모드 (4-7 마이크론/0.5-0.8 마이크론) SiC 분말의 슬러리로 균일하게 코팅하였다. 코팅된 직물 플라이를 0°, 60°, -60°, 90°레이업으로 겹쳐 쌓았다. 적층물을 파치먼트지의 몰드 이형제 시트로 코팅된 1/2" 두께의 평평하고 부드러운 흑연 플레이트 위에 놓고 두 번째 파치먼트지 시트를 적층물 위에 놓았다. 0.032 인치 두께의 금속 끼움쇠 세트를 적층물의 각 면 위의 플레이트에 위치시켜 두께를 조절하였다. 두 번째 흑연 플레이트를 플라이를 덮고 있는 파치먼트지 시트 위에 두었다. 어셈블리를 수압 불활성 가스 고온 프레스(hydraulic actuated inert gas)안에 위치시켰다. 프레스를 끼움쇠에 밀착시키고 분당 1-2도로 650-850℃까지 아르곤하에 가열시키고 1시간 동안 유지시켰다. 이후, 프레스가 냉각되고 어셈블리가 제거된다. 프레싱된 플레이트를 어셈블리로부터 제거하고 몰드 이형제를 벗겨 내고 고정되지 않은 분말을 솔로 털어 내었다. 플레이트를 액체로 꽉 찬 컨테이너에 놓고 컨테이너를 진공 챔버에 놓았다. 챔버를 250 밀리토르 미만의 압력으로 비우고 1/2시간 동안 유지하였다. 실리콘 카바이드 중합체가 챔버로 천천히 들어가도록 하고 플레이트를 이것이 완전히 잠길 때까지 코팅하였다. 플레이트가 액체 중합체를 덮힌 후, 1/2시간동안 진공이 유지되었다. 이후 다시 챔버안으로 공기가 흐르고, 플레이트는 액체 중합체로부터 제거되었다. 플레이트의 잉여의 중합체를 닦아내고 플레이트를 몰리브덴 시트 위에 위치시켜 흑연 플레이트와의 결합을 방지하였다. 두 번째 몰리브덴 시트는 두번째 흑연 플레이트가 뒤따르느 플레이트의 상부에 위치되었다. 어셈블리를 불활성 가스 노에 위치시키고, 650-850℃로 가열 가공하였다 (섬유 유형에 따라). 진공 침윤, 열분해 사이클을 4-6회 더 반복하거나, 질량 증가가 이전 사이클 질량에 비해 2% 미만이 될 때까지 반복하였다. 생성된 플레이트는 40%가 넘는 섬유 부피 분획 및 대략 0.030-0.048 인치의 두께를 지녔다.
구체예에서, 상기 실시예는 단순히 코팅된 직물의 플라이의 수를 증가시키고 끼움쇠 또는 스페이서의 두께를 증가시켜 목적하는 두께를 유지함에 의해 더 두꺼운 성분(두께가 2 인치 이하인 플레이트들이 증거가 된다)들을 제조하는데 사용될 수 있었다. 구체예에서, 진공 고온 프레스도 불활성 가스 고온 프레스 대신 사용될 수 있었다.
실시예 3
높은 열 전도성 및 전기 전도성을 지니는 저마찰 재료를 본 발명의 공중합체 (여기에서, R1은 페닐이고 R2는 알릴이며 x는 0.15이고 y는 0.45이며 z는 0.4이다)를 이용하여 하기와 같이 제조하였다:
200 g의 절단된 구리 섬유 (대략 길이는 5 mm임)를 50 g의 체 분리되고 (200 메쉬) 열분해된 푸르푸랄과 혼합시켰다. 재료를 균일하게 분포될 때까지 건조 혼합시켰다. 25 g의 공중합체를 50 g의 푸르푸랄 액체와 혼합시켰다. 액체 중합체 배합물을 상기 분말 혼합물에 첨가시키고, 혼합물을 균일하게 혼합될 때까지 완전히 교반시켰다. 이후 혼합물을 직사각형 몰드로 프레싱하고 1000 psi를 가하였다. 이후 일부를 몰드로부터 제거하고, 여분의 수지를 닦아내고, 상기 일부를 흑연 플레이트 위에 위치시켰다. 상기 일부 및 플레이트를 불활성 가스 노에 두고 분당 0.25-0.5도로 질소하에 850-900℃까지 가열시키고 1시간 동안 유지하였다. 이후 상기 일부를 분당 5도 미만의 속도로 실온까지 냉각하였다. 고정되지 않은 분말을 솔로 털어 내었다. 상기 일부를 액체로 꽉 찬 컨테이너에 놓고 컨테이너를 진공 챔버에 놓았다. 챔버를 250 밀리토르 미만의 압력으로 비우고 1/2시간 동안 유지하였다. 공중합체가 챔버로 천천히 들어가도록 하고 플레이트를 이것이 완전히 잠길 때까지 코팅하였다. 플레이트가 액체 중합체로 덮힌 후, 1/2시간동안 진공이 유지되었다. 이후 다시 챔버안으로 공기가 흐르고, 플레이트는 액체 중합체로부터 제거하였다. 상기 일부의 여분의 중합체를 닦아내고 상기 일부를 몰리브덴 시트 위에 위치시켜 흑연 플레이트와의 결합을 방지하였다. 어셈블리를 불활성 가스 노에 위치시키고, 분당 1-2도의 속도로 아르곤하에 850-900℃로 가열시키고 1시간 동안 유지하였다. 냉각 후, 잉여의 열분해된 중합체를 솔로 털어 내었고, 상기 일부는 최종 기계가공을 위한 준비가 된 것이다. 상기 일부를, 예를 들어, 모터 브러쉬, 저마찰 베어링, 또는 슬리이딩 시일로서 이용할 수 있다. 다른 용도로는, 예를 들어 트롤러 슬리퍼, 전력 전달용 커뮤니케이터, 또는 부싱이 있다. 통상적으로, 재료의 마찰 계수는 약 0.2 미만이고, 열 전도성은 약 100 w/m-deg-K를 초과하며, 전기 전도성은 약 1 ohm을 초과한다.
구체예에서, 저마찰 재료는 총 혼합물 중 약 50 중량% 내지 약 80 중량%의 범위로 존재하는 절단된 구리 섬유, 총 혼합물 중 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 범위로 존재하는 유리질 탄소 분말, 및 총 혼합물 중 약 2 중량% 내지 약 10 중량%의 범위로 존재하는 흑연 분말을 이용하여 제조된다.
실시예 4
매우 높은 온도 용량을 지니는 탄소 섬유 강화된 재료를 하기 공정을 이용하여 제조하였다:
슬러리를 본 발명의 공중합체(여기에서, R1은 메틸이고 R2는 알릴이며 x는 0.8-0.9의 범위이고 y는 0.05-0.1의 범위이고 z는 0.05-0.1의 범위이다), 하프늄 디보라이드 분말, 하프늄 카바이드 분말, 및 SiC 분말을 이용하여 제조하였다. 슬러리 조성은 약 60-75 질량%의 하프늄 디보라이드 분말, 약 5-10 질량%의 하프늄 카바이드 분말, 약 1-5 질량%의 실리케이트 형성 재료, 예컨대 지르코늄 옥사이드 분말 (모든 분말은 0.5-4 마이크론 크기 범위로 존재할 것이다), 및 15-25 질량%의 본 발명의 공중합체 (여기에서, R1은 페닐이고 R2는 알릴이며 x는 0.8-0.9의 범위이고 y는 0.05-0.1의 범위이며 z는 0.05-0.1의 범위이다)일 것이다. 중합체 함량은 요구되는 슬러리 유동성을 최적화하도록 조정될 수 있었다. 3K 토우 그라녹(Granoc) CN-80 평직 피치계 탄소 섬유의 플라이를 13" x 13" 크기로 절단하였다. 각 플라이를 슬러리로 코팅된 테플론(Teflon) 롤러를 통해 이동시킴에 의해 플라이를 슬러리로 균일하게 코팅하였다. 플라이를 2회 통과시켜 균일한 로딩을 확보하였다. 코팅되면, 12개의 플라이를 "준-등방성(quasi-isotropic)" 레이-업을 이용하여 겹쳐 쌓고, 파치먼트지의 몰드 이형제 시트로 코팅된 1/2" 두께의 평평하 고 부드러운 흑연 플레이트 위에 위치시켰다. 두 번째 파치먼트지 시트를 적층물 위에 놓았다. 0.125" 두께의 금속 끼움쇠 세트를 적층물의 각 면 위의 플레이트에 위치시켜 두께를 조절하였다. 두 번째 흑연 플레이트를 플라이를 덮고 있는 파치먼트지 시트 위에 두었다. 어셈블리를 수압 작동되는 불활성 가스 고온 프레스로 위치시켰다. 프레스를 끼움쇠에 밀착시키고 분당 약 1-2도로 850-900℃까지 아르곤하에 가열시키고 1시간 동안 유지시켰다. 이후 프레스를 냉각시키고, 어셈블리를 제거하였다. 프레싱된 플레이트를 어셈블리로부터 제거하고 몰드 이형제를 벗겨 내고 고정되지 않은 분말을 솔로 털어 내었다. 플레이트를 액체로 꽉 찬 컨테이너에 놓고 컨테이너를 진공 챔버에 놓았다. 챔버를 약 250 밀리토르 미만의 압력으로 비우고 1/2시간 동안 유지하였다. 실리콘 카바이드 중합체가 챔버로 천천히 들어가도록 하고 플레이트를 이것이 완전히 잠길 때까지 코팅하였다. 플레이트가 액체 중합체에 의해 덮힌 후, 진공을 1/2시간 동안 유지하였다. 다시 챔버안으로 공기가 흐르고 플레이트를 액체 중합체로부터 제거하였다. 플레이트의 잉여의 중합체를 닦아내고 몰리브덴 시트 위에 위치시켜 흑연 플레이트와의 결합을 방지하였다. 두 번째 몰리브덴 시트를 플레이트의 상부에 이어 두 번째 흑연 플레이트에 놓았다. 어셈블리를 불활성 가스 노에 위치시키고 상기 기술된 대로 가공하였다. 진공 침윤, 열분해 사이클을 4-6회 더 반복하거나, 질량 증가가 이전 사이클 질량에 비해 2% 미만이 될 때까지 반복하였다. 생성된 플레이트는 40%가 넘는 섬유 부피 분획 및 약 0.120 인치의 두께를 지녔다. 플레이트는 약 4500℉ 이하의 온도에서 단시간 (약 5-15분) 견딜 수 있었다.
실시예 5
하기 공정을 이용하여 고온, 내화학성, 또는 방사선내성 성분을 제조하였다:
싸이텍 코퍼레이션(Cytec Corporation)으로부터 수득된 AS-4 탄소 섬유 (PAN 기재 탄소 섬유) 직물을 코팅된 평탄소 강 맨드릴(plain carbon steel mandrel) 위로 꼬아서 1.5" ID 튜브를 형성하였다. 이형 공중합체 (여기에서, R1은 페닐이고 R2는 알릴이며 x는 0.2-0.4의 범위이고 y는 0.4-0.6의 범위이고 z는 0.1-0.2의 범위이다)를 SiC 분말과 혼합시켜 중합체에 대한 분말의 질량비가 70%가 되게 하였다. 혼합물/슬러리를 지르코니아 밀링 매질(zirconia milling media)을 이용하여 2시간 이상 볼 밀링시켜 균일한 슬러리를 형성하였다. 슬러리를 꼬아진 튜브(맨드릴 위에 있음) 위로 도포시켜 튜브의 질량 증가가 코팅되지 않은 꼬아진 재료에 비해 50% 내지 100%가 되게 하였다. 질량 증가가 높을수록 더 강하고 더 조밀한 튜브가 제공된다. 코팅되면, 튜브를 불활성 가스 노에 두고 분당 1-3℃ (바람직하게는 2℃)로 850℃의 온도까지 가열시키고 1시간 동안 유지하였다. 이후 일부를 분당 5℃ 또는 그 미만으로 냉각시켰다. 냉각되면, 튜브를 맨드릴로부터 제거하고 목적하는 길이로 절단하였다. 튜브를 상기 슬러리에 1/2 시간 동안 가라앉히고, 상기 일부를 제거하고, 잉여의 슬러리를 재사용을 위해 배수시킴에 의해 추가의 조밀화 및 강화를 달성할 수 있었다. 이후 상기 일부를 흑연 또는 강철 트레이에 놓고 불활성 가스 노에 위치시키고 분당 1-3℃ (바람직하게는 2℃)로 850℃의 온도까지 가열시키고 1시간 동안 유지하였다. 이후 상기 일부를 분당 5℃ 이하의 속도로 냉각시 켰다. 필요한 경우 SiC 슬러리 또는 순수 중합체를 이용한 추가의 사이클을 이용하여 더 강하고, 더 조밀하며, 더욱 가스-꽉 찬(gas-tight) 성분을 제조할 수 있었다. 상기 기술된 공정 또는 약간 변경된 수단에 의해 제조된 일부를 하기와 같이 이용할 수 있다:
1. 제조된 대로 또는 재침윤물로서 - 증류 또는 스크러버 컬럼 패킹 또는 컬럼 구조물과 같은 화학 공정 장비.
2. 더 빈틈없는 다층 꼬여진 튜브 이용, 및 택일 슬러리 또는 순수 수지를 지니는 적어도 8개의 침윤 사이클을 이용하여 가스-꽉 찬 열 교환기 튜브를 제조할 수 있다.
3. 빈틈없는 다층 편조 또는 필라멘트 와인딩 구조의 SiC 섬유 이용 및 택일 슬러리 또는 순수 수지를 지니는 적어도 8개의 침윤 사이클을 이용하여 가스-꽉 찬 매우 고온 수용가능한(high temperature capable) 핵 연료 로드 튜브를 제조할 수 있다.
4. 넥스텔 312, 넥스텔 312BN, 넥스텔 440 (알루미나-실리카-보론 섬유), 넥스텔 550, 650, 720 - 알루미나-실리카 섬유 및 넥스텔 601 - 알루미나 섬유 (모든 넥스텔은 3M사의 상표명임); 실리콘 카바이드 섬유, 예컨대 티라노 SA, 티라노 ZMI (모두 UBE 인더스트리사의 상표명임), Hi 니칼론, Hi-니칼론 타입 S (니뽄 탄소 주식회사의 상표명임) 또는 실라믹(다우 코닝/ATK의 상표명임)과 같은 비-탄소 섬유 유형을 이용할 수 있었다.
5. 튜브는 슬러리 코팅된 패브릭을 굴림(rolling)에 의해 상기 공정에 따라 형성될 수 있었다.
실시예 6
하기 공정을 이용하여 복합재 또는 세라믹 기판에 대한 표면 고르기(surface leveling) 및 경화를 수행하였다:
이형 공중합체 (여기에서, R1은 페닐이고 R2는 알릴이며 x는 0.3-0.5의 범위이고 y는 0.2-0.3의 범위이고 z는 0.3-0.5의 범위이다), 헥산, 미네랄 스피리트, 및 SiC 분말의 슬러리를 제조하였다. 슬러리는 58%의 SiC 분말 및 30%의 실리콘 카바이드 중합체였다. 중합체를 5.6%의 헥산 용매, 5.6%의 미네랄 스피리트, 및 0.5%의 폴리글리콜 습윤제로 희석시켰다. 슬러리를 지르코니아 매질을 이용하여 최소 2시간 동안 볼 밀링시켰다. 일단 밀링되면, 슬러리를 기판 표면 위로 도포하거나 스핀 코팅시키고, 건조되게 하였다.
저온을 적용하는 동안 (즉, 약 500℃ 미만) 코팅을 2-단계 경화 공정에 의해 하기와 같이 경화시켰다: 약 160℃ 내지 약 180℃의 온도에서 적어도 1시간 동안 습기 있는 공기 중에서 (습도 약 70% 초과) 가열시키는 제1 단계. 제2 단계는 불활성 가스에서 400-500℃로 가열시키고, 적어도 1시간 동안 유지시키는 것이다.
고온을 적용하는 동안 (즉, 약 500℃ 초과)의 가공을 하기와 같이 수행하였다: 코팅된 기판을 불활성 가스 노에 놓고 분당 약 0.5℃ 내지 분당 약 1℃의 속도로 약 850℃의 온도까지 가열시키고 1시간 동안 유지하였다. 이후 상기 일부를 분당 약 5℃의 속도로 냉각시키거나 실온 미만으로 냉각시켰다. 후속하여 순수 수지 로 코팅시킨 후 경화 및/또는 열분해를 이용하여 코팅을 추가로 경화시키고 평탄하게 할 수 있었다.
상기 공정을 다공성 알루미나/SiC 튜브 및 도가니에서 기공을 실링/감소시키는데 이용하여 더욱 가스가 꽉 찬 성분을 제공할 뿐 아니라 흑연 및 탄소/탄소 복합 재료를 실링/경화시켰다.
실시예 7
하기 공정을 이용하여 UV 경화가능한 다양한 유전 상수의 표면 및 평평한(leveling) 코팅을 제조하였다:
본 발명의 공중합체 (여기에서, R1은 메틸이고 R2는 에티닐이며 x는 0.3-0.5의 범위이고 y는 0.2-0.3의 범위이며 z는 0.3-0.4의 범위이다)를 세라믹 회로판 또는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판에 스피닝 또는 분무에 의해 도포하였다. 코팅을 UV-B 조명에 노출시켜 에티닐기를 통해 가교시킴에 의해 중합체를 경화시켰다. 대안적으로, 산소를 코팅에 포함시켜 흐르는 습기 있는 공기 (즉, 습도가 약 70%를 초과함)의 공급원을 제공하고 기판을 약 160℃ 내지 약 180℃ 범위의 온도까지 가열시킴에 의해 유전 상수를 낮출 수 있었다. 코팅을 불활성 가스에서 약 350℃ 내지 약 500℃의 온도까지 가열시킴에 의해 코팅을 추가로 경화시킬 수 있다. 상기 공정은 전자 기판상에 매우 얇은 (0.2-1.2 마이크로미터) 코팅을 생성하는데 사용되었다.
실시예 8
하기 공정을 이용하여 오토바이, 자동차 및 트럭용 세라믹 복합재 브레이크 로터를 제조하였다:
길이 12.5 인치이고 폭 12.5 인치의 치수를 갖는 12개의 패브릭 플라이를 진공 노에서 1800℃로 최소 2시간 동안 열 처리된 1k 토우 T-300 (폴리아크로니트릴-기재) 탄소 섬유 직물 롤에서 절단하였다. 이후 플라이를 본 발명의 공중합체 (여기에서, R1은 메틸이고 R2는 알릴이며 x는 0.15-0.25의 범위이고 y는 0.45-0.5의 범위이며 z는 0.3-0.5의 범위이다) 중 42 부피%의 바이모드 (4-7 마이크론/0.5-0.8 마이크론) SiC 분말의 슬러리로 균일하게 코팅하였다. 코팅된 직물 플라이를 0°, 60°, -60°, 90°레이업으로 겹쳐 쌓았다. 적층물을 파치먼트지의 몰드 이형제 시트로 코팅된 1/2" 두께의 평평하고 부드러운 흑연 플레이트 위에 놓았다. 두 번째 파치먼트지 시트를 적층물 위에 놓았다. 0.120 인치 두께의 금속 끼움쇠 세트를 적층물의 각 면 위의 플레이트에 위치시켜 두께를 조절하였다. 두 번째 흑연 플레이트를 플라이를 덮고 있는 파치먼트지 시트 위에 두었다. 어셈블리를 수압 작동되는 불활성 가스 고온 프레스로 위치시켰다. 프레스를 끼움쇠에 밀착시키고 분당 1-2℃로 약 650℃ 내지 약 850℃까지 아르곤 하에 가열시키고 1시간 동안 유지시켰다. 이후 프레스를 냉각시키고, 어셈블리를 제거하였다. 프레싱된 플레이트를 어셈블리로부터 제거하고 몰드 이형제를 벗겨 내고 고정되지 않은 분말을 솔로 털어 내었다. 플레이트를 액체로 꽉 찬 컨테이너에 놓고 컨테이너를 진공 챔버에 놓았다. 챔버를 250 밀리토르 미만의 압력으로 비우고 1/2시간 동안 유지하였 다.
두 번째 유형 (보다 화학량론의 SiC 형성)의 실리콘 카바이드 형성 공중합체 (여기에서, R1은 메틸이고 R2는 알릴이고 x는 0.75-0.85의 범위이고 y는 0.05-0.1의 범위이고 z는 0.1-0.2의 범위이다)가 챔버로 천천히 들어가도록 하고 플레이트를 이것이 완전히 잠길 때까지 코팅하였다. 플레이트가 액체 중합체로 덮힌 후, 1/2시간동안 진동이 유지되었다. 이후 질소를 챔버로 다시 빼내고 챔버를 약 50 psi로 가압하였다. 이 압력을 대략 2시간 동안 유지하고, 대기압에 도달할 때까지 챔버를 천천히 배기시켰다 (1/2 시간 초과). 플레이트를 액체 중합체로부터 제거하였다. 플레이트의 잉여의 중합체를 닦아내고 플레이트를 몰리브덴 시트 위에 위치시켜 흑연 플레이트와의 결합을 방지하였다. 두 번째 몰리브덴 시트를 플레이트의 상부에 이어 두 번째 흑연 플레이트에 놓았다. 어셈블리를 불활성 가스 노에 위치시키고, 약 850℃ 내지 약 1000℃의 온도로 가열 가공하였다. 진공 침윤, 압력 침윤, 및 열분해 사이클을 4-6회 더 반복하거나, 질량 증가가 이전 사이클 질량에 비해 2% 미만이 될 때까지 반복하였다. 생성된 플레이트는 40%가 넘는 섬유 부피 분획 및 대략 0.120-0.135 인치의 두께를 지녔다.
상기 다양한 기재 및 다른 특징 및 기능 또는 이들의 대안책이 필요에 따라 다른 상이한 많은 시스템 또는 적용에 조합될 수 있음이 이해될 것이다. 또한 현재 뜻하지 않거나 예기치 않은 다양한 대안, 변경, 변형 또는 개선이 이후 당업자에 의해 이루어질 수 있으며, 이것은 하기 청구항에 의해 포함되도록 의도된다.
실리콘 카바이드는 다양한 적용 분야, 예컨대 전자, 엔진 부품, 저 마찰 베어링, 열 및 환경적 배리어 코팅, 내마모성 부품, 예컨대 브레이크, 및 고강도, 열 안정성, 산화 및 마모 내성, 및 저 밀도가 요구되는 다른 적용 분야에서 유용한 것으로 인식되어 있는 세라믹 재료로서 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (63)

  1. 하기 화학식의 공중합체를 포함하는 실리콘 조성물:
    Figure 112008034374957-PCT00007
    상기 식에서,
    R1은 메틸, 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고;
    R2는 알릴, 프로파길 또는 에티닐이고,
    x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
  2. 제 1항에 있어서, R1이 메틸이고, R2가 알릴이고, x가 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y가 약 0.1 내지 약 0.15의 범위 내에 있고, z가 약 0.05 내지 약 0.1의 범위 내에 있는 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, R1이 메틸이고, R2가 알릴이고, x가 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y가 약 0.07 내지 약 0.08의 범위 내에 있고, z가 약 0.07 내지 약 0.08의 범위 내에 있는 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, R1이 페닐이고, R2가 알릴이고, x가 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y가 약 0.1 내지 약 0.3의 범위 내에 있고, z가 약 0.05 내지 약 0.3의 범위 내에 있는 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, R1이 메틸이고, R2가 에티닐이고, x가 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y가 약 0.1 내지 약 0.3의 범위 내에 있고, z가 약 0.05 내지 약 0.3의 범위 내에 있는 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, R1이 메틸이고, R2가 프로파길이고, x가 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y가 약 0.1 내지 약 0.3의 범위 내에 있고, z가 약 0.05 내지 약 0.3의 범위 내에 있는 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, R1이 페닐이고, R2가 프로파길이고, x가 약 0.6 내지 약 0.9의 범위 내에 있고, y가 약 0.1 내지 약 0.3의 범위 내에 있고, z가 약 0.05 내지 약 0.3의 범위 내에 있는 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, R1이 메틸이고, R2가 알릴이고, x가 약 0.1 내지 약 0.3의 범위 내에 있고, y가 약 0.6 내지 약 0.8의 범위 내에 있고, z가 약 0.1 내지 약 0.2의 범위 내에 있는 조성물.
  9. 제 1항에 있어서, R1이 메틸이고, R2가 알릴이고, x가 약 0.2 내지 약 0.25의 범위 내에 있고, y가 약 0.1 내지 약 0.2의 범위 내에 있고, z가 약 0.55 내지 약 0.7의 범위 내에 있는 조성물.
  10. 제 1항에 있어서, R1이 페닐이고, R2가 프로파길이고, x가 약 0.2 내지 약 0.25의 범위 내에 있고, y가 약 0.1 내지 약 0.2의 범위 내에 있고, z가 약 0.55 내지 약 0.7의 범위 내에 있는 조성물.
  11. 제 1항에 있어서, R1이 페닐이고, R2가 알릴이고, x가 약 0.1 내지 약 0.2의 범위 내에 있고, y가 약 0.40 내지 약 0.45의 범위 내에 있고, z가 약 0.40 내지 약 0.45의 범위 내에 있는 조성물.
  12. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 분말을 추가로 포함하는 조성물.
  13. 제 12항에 있어서, 분말이 약 0.5 마이크론 내지 약 45 마이크론 범위 내의 크기를 갖는 조성물.
  14. 제 12항에 있어서, 분말이 하프늄 디보라이드, 하프늄 카바이드, 지르코늄 디보라이드, 지르코늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 실리콘 나이트라이드, 붕소 카 바이드, 흑연 또는 이들의 조합체를 포함하는 조성물.
  15. 하기 화학식의 공중합체를 포함하는 실리콘 조성물:
    Figure 112008034374957-PCT00008
    상기 식에서,
    R1은 메틸이고;
    R2는 프로파길 또는 에티닐이고,
    x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
  16. 하기 화학식의 공중합체를 포함하는 실리콘 조성물:
    Figure 112008034374957-PCT00009
    상기 식에서,
    R1은 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고;
    R2는 알릴이고,
    x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
  17. 하기 화학식의 공중합체를 가열시키는 것을 포함하여, 실리콘 카바이드 기재의 재료를 생성하는 방법:
    Figure 112008034374957-PCT00010
    상기 식에서,
    R1은 메틸, 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고;
    R2는 알릴, 프로파길 또는 에티닐이고,
    x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
  18. 제 17항에 있어서, 공중합체가 약 160℃ 내지 약 500℃ 범위 내의 온도로 가열되는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 공중합체가 약 30분 내지 약 240분 범위 내의 기간 동안 가열되는 방법.
  20. 제 17항에 있어서, 공중합체가 백금 계열 촉매와 함께 가열되는 방법.
  21. 제 17항에 있어서, 공중합체가 약 1시간 내지 약 6시간 동안 약 60% 이상의 상대 습도에서 약 90℃ 내지 약 200℃ 범위 내의 온도로 가열되는 방법.
  22. 제 17항에 있어서, R2가 에티닐 기인 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 공중합체가 원자외선 (UV) 조명을 통해 경화되는 방법.
  24. 제 17항에 있어서, 공중합체가 약 400℃ 내지 약 650℃ 범위 내의 온도로 가열되는 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 공중합체가 불활성 기체, 수소 기체 또는 이들의 조합체의 환경 중에서 가열되는 방법.
  26. 제 17항에 있어서, 공중합체가 약 700℃ 내지 약 1200℃ 범위 내의 온도로 가열되는 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 공중합체가 불활성 기체, 수소 기체 또는 이들의 조합체의 환경 중에서 가열되는 방법.
  28. 제 17항에 있어서, 공중합체가 약 1200℃ 내지 약 1800℃ 범위 내의 온도로 가열되는 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 공중합체가 불활성 기체, 수소 기체 또는 이들의 조합체의 환경 중에서 가열되는 방법.
  30. 제 17항에 있어서, 공중합체가 약 0.5 마이크론 내지 약 45 마이크론 범위 내의 크기를 갖는 분말화된 내화성 재료와 혼합되는 방법.
  31. 제 30항에 있어서, 분말화된 내화성 재료가 하프늄 디보라이드, 하프늄 카바이드, 지르코늄 디보라이드, 지르코늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 실리콘 나이트라이드, 또는 이들의 조합체인 방법.
  32. 제 17항에 있어서, 공중합체가 실리콘 카바이드, 붕소 카바이드, 실리콘 나이트라이드, 탄소, 흑연 또는 이들의 조합체와 혼합되는 방법.
  33. 제 17항에 있어서, R1이 메틸이고; R2가 프로파길 또는 에티닐인 방법.
  34. 제 17항에 있어서, R1이 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고; R2가 알릴인 방법.
  35. 제 17항의 방법에 의해 생성된 실리콘 카바이드 기재의 재료.
  36. 제 35항에 있어서, 약 0.1% 미만의 불순물을 함유하는 실리콘 카바이드 기재의 재료.
  37. 제 35항에 있어서, 실질적으로 1:1의 탄소에 대한 실리콘의 화학양론성 (stoichiometry)을 갖는 실리콘 카바이드 기재의 재료.
  38. 제 35항에 있어서, 조절된 실리콘, 탄소 및 수소 비를 갖는 실리콘 카바이드 기재의 재료.
  39. 조성물을 생성하는 방법으로서,
    a) 하나 이상의 분말, 하나 이상의 보강용 재료, 액체 푸르푸랄, 촉매, 및 하기 화학식의 공중합체를 포함하는 혼합물을 몰드 내에 위치시키는 단계;
    b) 몰드에 약 500 psi 내지 약 5000 psi 범위 내의 압력을 인가하는 단계; 및
    c) 몰딩된 혼합물을 약 700℃ 내지 약 1200℃ 범위 내 온도로 가열시키는 단계를 포함하는 방법:
    Figure 112008034374957-PCT00011
    상기 식에서,
    R1은 메틸, 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고;
    R2는 알릴, 프로파길 또는 에티닐이고,
    x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
  40. 제 39항에 있어서, 하나 이상의 분말이 유리질 탄소 분말, 흑연 분말, 붕소 나이트라이드, 실리콘 나이트라이드, 석유 코크, 구리 분말, 철 분말, 티타늄 분말, 지르코늄 분말 또는 이들의 조합체를 포함하는 방법.
  41. 제 39항에 있어서, 하나 이상의 보강용 재료가 절단된 (chopped) 구리 섬유인 방법.
  42. 제 41항에 있어서, 절단된 구리 섬유가 총 혼합물의 약 50 내지 약 80중량% 범위 내로 존재하는 방법.
  43. 제 40항에 있어서, 분말이 총 혼합물의 약 5 내지 약 15중량% 범위 내로 존재하는 유리질 탄소 분말인 방법.
  44. 제 40항에 있어서, 분말이 총 혼합물의 약 2 내지 약 10중량% 범위 내로 존재하는 흑연 분말인 방법.
  45. 제 39항에 있어서, 공중합체가 총 혼합물의 약 5 내지 약 15중량% 범위 내로 존재하는 방법.
  46. 제 39항에 있어서, 액체 푸르푸랄이 총 혼합물의 약 5 내지 약 15중량% 범위 내로 존재하는 방법.
  47. 제 39항에 있어서, 가열 단계가 약 0.1℃/분 내지 약 1℃/분 범위 내의 속도로 수행되는 방법.
  48. 제 39항에 있어서, 가열 단계가 약 1 내지 약 8시간 범위 내의 기간 동안 약 850℃ 내지 약 900℃ 범위 내의 온도를 유지하는 것을 포함하는 방법.
  49. 제 39항에 있어서,
    d) 약 10℃ 내지 약 80℃ 범위 내의 온도에서 약 100 밀리토르 내지 약 500 밀리토르의 진공을 몰딩된 혼합물에 인가하는 단계;
    e) 하기 화학식의 공중합체를 몰딩된 혼합물에 첨가하는 단계; 및
    f) 공중합체 및 몰딩된 혼합물을 약 700℃ 내지 약 1200℃ 범위 내의 온도로 가열시키는 단계를 추가로 포함하는 방법:
    Figure 112008034374957-PCT00012
    상기 식에서,
    R1은 메틸, 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고;
    R2는 알릴, 프로파길 또는 에티닐이고,
    x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
  50. 제 49항에 있어서, 공중합체를 첨가하는 단계가 촉매와 함께 액체 푸르푸랄을 몰딩된 혼합물에 첨가하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  51. 제 50항에 있어서, 공중합체를 첨가하는 단계가 총 첨가된 혼합물의 약 50 내지 75중량%의 범위 내로 존재하는 공중합체, 및 총 첨가된 혼합물의 25 내지 50중량%의 범위 내로 존재하는 액체 푸르푸랄을 촉매와 함께 포함하는 방법.
  52. 제 39항의 방법으로 생성된 물품.
  53. 제 52항에 있어서, 약 0.2 미만의 마찰 계수, 약 100 w/m-deg-K 초과의 열 전도도, 및 약 1 ohm 초과의 전기 전도도를 갖는 물품.
  54. 제 52항에 있어서, 모터 브러쉬, 트롤러 슬리퍼 (troller slipper), 전력 전달용 커뮤니케이터, 베어링 또는 부싱인 물품.
  55. 조성물을 생성하는 방법으로서,
    a) 하나 이상의 분말 및 하기 화학식의 공중합체를 포함하는 보강용 재료 및 슬러리를 노 내에 위치시키는 단계;
    b) 약 100 밀리토르 내지 약 500 밀리토르의 진공을 노에 인가하는 단계; 및
    c) 보강용 재료 및 슬러리를 약 1200℃ 내지 약 1800℃ 범위 내 온도로 가열시키는 단계를 포함하는 방법:
    Figure 112008034374957-PCT00013
    상기 식에서,
    R1은 메틸, 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고;
    R2는 알릴, 프로파길 또는 에티닐이고,
    x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
  56. 제 55항에 있어서, 가열 단계가 약 1 내지 약 3시간 범위 내의 기간 동안 수행되는 방법.
  57. 제 55항에 있어서, 슬러리가 슬러리의 약 10 내지 약 65 중량% 범위 내로 존재하는 바이모드 (bimodal) 실리콘-카바이드 분말을 포함하는 방법.
  58. 제 57항에 있어서, 바이모드 실리콘-카바이드 분말이 약 4 내지 약 7 마이크론 범위 내의 입자, 및 약 0.5 내지 약 0.8 마이크론 범위 내의 입자를 포함하는 방법.
  59. 제 55항에 있어서, 보강용 재료가 폴리아크릴로니트릴 계열의 탄소 섬유 직물, 석유 피치계 섬유, 절단 섬유, 펠트 또는 이들의 조합체인 방법.
  60. 제 55항에 있어서,
    d) 약 10℃ 내지 약 80℃의 온도 범위에서 약 100 밀리토르 내지 약 500 밀리토르의 진공을 노에 인가하여 공기를 실질적으로 제거하는 단계;
    e) 하기 화학식의 공중합체를 몰딩된 혼합물에 첨가하는 단계; 및
    f) 공중합체 및 몰딩된 혼합물을 약 850℃ 내지 약 1000℃ 범위 내의 온도로 가열시키는 단계를 추가로 포함하는 방법:
    Figure 112008034374957-PCT00014
    상기 식에서,
    R1은 메틸, 페닐, 메톡시, 에톡시 또는 부톡시이고;
    R2는 알릴, 프로파길 또는 에티닐이고,
    x + y + z = 1이며, 단 x, y 및 z는 0이 아니다.
  61. 제 60항에 있어서, 단계 (d) 내지 (f)가 약 2% 내지 약 10%의 개 기공율 (open porosity)을 갖는 물품을 생성하도록 반복되는 방법.
  62. 제 55항의 방법으로 생성된 물품.
  63. 제 62항에 있어서, 물품이 브레이크 로터인 방법.
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007114392A1 (ja) * 2006-03-30 2007-10-11 Kyocera Corporation 配線基板および実装構造体
JP5470687B2 (ja) 2007-08-10 2014-04-16 富士通株式会社 シリコン化合物、紫外線吸収体、多層配線装置の製造方法および多層配線装置
JP2010115832A (ja) * 2008-11-12 2010-05-27 Panasonic Corp ブロックコポリマーの自己組織化促進方法及びそれを用いたブロックコポリマーの自己組織化パターン形成方法
WO2010141432A1 (en) 2009-06-02 2010-12-09 Rogers Corporation Thermally conductive circuit subassemblies, method of manufacture thereof, and articles formed therefrom
EP2480618A4 (en) * 2009-09-25 2014-03-05 Ferrotec Usa Corp HIGH RESISTANCE MIXING FOR ADHESION AND COATING
CN101768457B (zh) * 2010-01-28 2013-03-13 鞍钢股份有限公司 非煤系复合添加剂及其在炼焦中的应用
CN102093564B (zh) * 2010-12-31 2012-12-19 北京航空航天大学 碳化硅陶瓷前驱体热固性聚硅烷树脂的制备
US9581030B2 (en) 2011-01-21 2017-02-28 Lockheed Martin Corporation Ultra high temperature environmental protection coating
US10781319B2 (en) 2011-01-21 2020-09-22 Lockheed Martin Corporation Ultra high temperature environmental protection coating
US20120304620A1 (en) * 2011-06-01 2012-12-06 Aerojet-General Corporation Catalyst, gas generator, and thruster with improved thermal capability and corrosion resistance
FR2977578B1 (fr) * 2011-07-06 2013-07-05 Produits Refractaires Procede de fabrication de carbure de silicium
WO2013180764A1 (en) 2012-01-20 2013-12-05 Free Form Fibers Llc High strength ceramic fibers and methods of fabrication
US9657409B2 (en) 2013-05-02 2017-05-23 Melior Innovations, Inc. High purity SiOC and SiC, methods compositions and applications
US11091370B2 (en) 2013-05-02 2021-08-17 Pallidus, Inc. Polysilocarb based silicon carbide materials, applications and devices
US11014819B2 (en) 2013-05-02 2021-05-25 Pallidus, Inc. Methods of providing high purity SiOC and SiC materials
US9919972B2 (en) 2013-05-02 2018-03-20 Melior Innovations, Inc. Pressed and self sintered polymer derived SiC materials, applications and devices
US10322936B2 (en) 2013-05-02 2019-06-18 Pallidus, Inc. High purity polysilocarb materials, applications and processes
EP3046892B1 (en) * 2013-09-19 2020-03-04 United Technologies Corporation Method for densifying a cmc article
CN104140537B (zh) * 2014-07-21 2017-05-10 航天材料及工艺研究所 一种杂化液态前驱体、采用该前驱体制备ZrC‑SiC超高温陶瓷及其复合材料的方法
US9718735B2 (en) * 2015-02-03 2017-08-01 General Electric Company CMC turbine components and methods of forming CMC turbine components
CN106626023A (zh) * 2016-09-23 2017-05-10 钦州学院 坭兴陶与金属的结合工艺
CA3037763A1 (en) * 2016-09-28 2018-04-05 Free Form Fibers, Llc Multi-composition fiber with refractory additive(s) and method of making
WO2019005525A1 (en) 2017-06-26 2019-01-03 Free Form Fibers, Llc HIGH-TEMPERATURE VITRO CERAMIC MATRIX WITH INCORPORATED FIBER REINFORCEMENT FIBERS
WO2019005911A1 (en) 2017-06-27 2019-01-03 Free Form Fibers, Llc HIGH PERFORMANCE FUNCTIONAL FIBROUS STRUCTURE
CN112806103A (zh) 2018-10-02 2021-05-14 罗杰斯公司 包含经涂覆的氮化硼的印刷电路板基板
CN109762351B (zh) * 2018-12-24 2021-05-14 湖南鑫长胜材料科技有限公司 一种改性沥青及其制备方法
EP4034061A4 (en) 2019-09-25 2023-10-18 Free Form Fibers, LLC NON-WOVEN FABRICS IN MICRO-MATTS AND COMPOSITE OR HYBRID MATERIALS AND COMPOSITES REINFORCED THEREWITH
US11365290B2 (en) * 2019-11-22 2022-06-21 Raytheon Technologies Corporation Modified preceramic polymers, method of making and ceramic matrix composite formed therefrom
CN111020746B (zh) * 2019-12-25 2022-07-19 南方科技大学 一种SiC/ZrC复合纤维及其制备方法和用途
FR3111135B1 (fr) * 2020-06-09 2023-01-13 Safran Ceram Procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite à l’aide d’un copolymère réticulé hybride
US11761085B2 (en) 2020-08-31 2023-09-19 Free Form Fibers, Llc Composite tape with LCVD-formed additive material in constituent layer(s)
CN112126064B (zh) * 2020-09-24 2022-04-05 宁波曙翔新材料股份有限公司 一种固态碳化硅陶瓷先驱体的制备方法
CN113999397B (zh) * 2021-11-15 2023-04-14 航天特种材料及工艺技术研究所 一种低成本液态聚碳硅烷的制备方法及应用

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5394314A (en) * 1977-01-27 1978-08-18 Kyoto Ceramic Method of obtaining sintered silicon carbide of high density from polycarbosilane
JPS6046131B2 (ja) * 1980-11-11 1985-10-14 宇部興産株式会社 ポリカルボシランの製造法
US4472591A (en) * 1983-03-28 1984-09-18 Union Carbide Corporation Hydrosilyl-modified polycarbosilane precursors for silicon carbide
US4783516A (en) * 1983-03-31 1988-11-08 Union Carbide Corporation Polysilane precursors containing olefinic groups for silicon carbide
US4631179A (en) * 1985-05-28 1986-12-23 Ethyl Corporation Process for the production of silicon carbide by the pyrolysis of a polycarbosilane polymer
US4761458A (en) * 1987-08-17 1988-08-02 Dow Corning Corporation Preceramic polycarbosilane derivatives
US5082872A (en) * 1987-11-12 1992-01-21 Dow Corning Corporation Infusible preceramic polymers via ultraviolet treatment in the presence of a reactive gas
US5004610A (en) * 1988-06-14 1991-04-02 Alza Corporation Subsaturated nicotine transdermal therapeutic system
US4923716A (en) * 1988-09-26 1990-05-08 Hughes Aircraft Company Chemical vapor desposition of silicon carbide
US5153295A (en) * 1990-07-20 1992-10-06 Rensselaer Polytechnic Institute Carbosilane polymer precursors to silicon carbide ceramics
US5202405A (en) * 1990-08-27 1993-04-13 E. I. Du Pont De Nemours And Company Silicon carbide precursors
US5300614A (en) * 1990-08-27 1994-04-05 E. I. Du Pont De Nemours And Company Silicon carbide precursors
US5171792A (en) * 1991-09-10 1992-12-15 University Of Southern California Crosslinkable saturated and unsaturated carbosilane polymers and formulations
US6403750B1 (en) * 1999-06-03 2002-06-11 Edward J. A. Pope Apparatus and process for making ceramic composites from photo-curable pre-ceramic polymers
US6225238B1 (en) * 1999-06-07 2001-05-01 Allied Signal Inc Low dielectric constant polyorganosilicon coatings generated from polycarbosilanes
US6841256B2 (en) * 1999-06-07 2005-01-11 Honeywell International Inc. Low dielectric constant polyorganosilicon materials generated from polycarbosilanes
US6761975B1 (en) * 1999-12-23 2004-07-13 Honeywell International Inc. Polycarbosilane adhesion promoters for low dielectric constant polymeric materials
JP2001354856A (ja) * 2000-06-09 2001-12-25 Dow Corning Asia Ltd ポリシリレンメチレン混成体およびその製造方法並びに成型体およびその製造方法
JP2003273100A (ja) * 2002-03-18 2003-09-26 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
US20040138046A1 (en) * 2003-01-10 2004-07-15 Sherwood Walter J. Ceramic forming polymer derived ceramic composite and methods
FR2857660B1 (fr) * 2003-07-18 2006-03-03 Snecma Propulsion Solide Structure composite thermostructurale a gradient de composition et son procede de fabrication

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