KR20150013173A - Refractory metal boride ceramics and methods of making thereof - Google Patents

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KR20150013173A
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테디 엠. 켈러
앤드류 사브
매튜 라스코스키
셰드 비. 콰드리
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미합중국 (관리부서 : 미합중국 해군성)
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Abstract

본 발명은 내화-금속 붕화물 및 탄소성 매트릭스의 나노입자들을 갖는 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 분말 형태로 있지 않다. 조성물은 금속 성분, 붕소 및 유기 성분을 포함한다. 상기 금속 성분은 내화 금속의 나노입자들 또는 입자들 또는 내화 금속 나노입자들로 분해될 수 있는 내화-금속 화합물이다. 상기 유기 성분은 적어도 60중량% 이상의 차르 수율을 갖는 유기 화합물 또는 상기 유기 화합물로부터 제조된 열경화성 물질이다. 본 발명은 내화 금속의 입자들 또는 내화-금속 나노입자들과 반응하거나 이들로 분해될 수 있는 내화-금속 화합물, 붕소 및 적어도 60중량%의 차르 수율을 갖는 유기 화합물을 배합하여 전구체 혼합물을 형성시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 분말 형태로 있지 않은, 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a composition having nanoparticles of refractory-metal boride and elastomeric matrix. The composition is not in powder form. The composition comprises a metal component, boron and an organic component. The metal component is a refractory metal compound that can be decomposed into nanoparticles or particles of refractory metal or refractory metal nanoparticles. The organic component is an organic compound having a Karr yield of at least 60% by weight or a thermosetting substance prepared from the organic compound. The present invention relates to refractory metal particles or refractory-metal compounds capable of reacting with or decomposing into refractory-metal nanoparticles, boron and organic compounds having a Karr yield of at least 60% by weight to form a precursor mixture ≪ / RTI > The present invention relates to compositions that are not in powder form.

Description

내화 금속 붕화물 세라믹 및 이의 제조 방법{REFRACTORY METAL BORIDE CERAMICS AND METHODS OF MAKING THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to refractory metal boride ceramics,

본 출원은 2013년 2월 15일자로 출원된 미국 비-가 특허 출원 번호 제13/768/219호, 2012년 1월 26일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/590,852호, 2012년 5월 1일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/640,744호, 2012년 7월 9일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/669,201호, 및 2012년 8월 28일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/693,930호의 우선권을 주장한다. 본 출원은 2013년 1월 25일자로 출원된 미국 비-가 특허 출원 번호 제13/749,794호의 부분 계속 출원이다. 이들 출원 및 모든 다른 공보 및 상기 비-가출원 전반에 걸쳐 언급된 특허 자료들은 본원에 참조로서 인용된다.This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 13/768/219 filed February 15, 2013, U.S. Provisional Application No. 61 / 590,852 filed January 26, 2012, May 1, 2012 U.S. Provisional Application No. 61 / 640,744, filed July 9, 2012, and U.S. Provisional Patent Application Serial No. 61 / 669,201, filed on August 28, 2012, and U.S. Provisional Application No. 61 / 693,930, filed August 28, . This application is a continuation-in-part of US Non-Patent Application No. 13 / 749,794 filed on January 25, 2013. These and all other publications and patent documents referred to throughout this non-provisional application are incorporated herein by reference.

본 출원은 일반적으로 티타늄 붕화물 및 지르코늄 붕화물과 같은 내화-금속 붕화물의 합성에 관한 것이다.
The present application relates generally to the synthesis of refractory-metal borides such as titanium borides and zirconium borides.

내화 전이 금속 붕화물(MB)은 공지된 최고의 융점(2600-3900℃) 및 또한 두드러진 경도, 화학적 안정성. 열 전도성, 내마모성, 전기촉매 활성 및 중성자 흡수 능력 중 일부를 갖는다. 이들 세라믹의 필름, 섬유 및 분말은 중합 전구체로부터 제조되었지만 대형의 모놀리틱 형태는 상기 중합 방법을 어렵게 한다. 내화 MB는 전형적으로 2000℃ 초과의 온도에서 고온 프레스 소결과 같은 분말 금속공학 방법에 의해 제조된다. 통상적으로 에너지 및 시간 집약적인 상기 기술에 의해 제조된 금속 붕화물 세라믹은 취성 물질을 유도하고 이는 부분적으로 대형 과립 구조 및 MB 입자 크기에서의 불균일성 때문이다.The refractory transition metal boride (MB) has a known highest melting point (2600-3900 ° C) and also a pronounced hardness, chemical stability. Thermal conductivity, abrasion resistance, electrocatalytic activity, and neutron absorption capability. Films, fibers and powders of these ceramics have been prepared from polymerization precursors, but large monolithic forms make the polymerization process difficult. Refractory MBs are typically produced by powder metallurgical methods such as hot press sintering at temperatures above 2000 ° C. The metal boride ceramics typically produced by the above energy- and time-intensive techniques induce brittle materials, which are partly due to the large granular structure and non-uniformity in MB particle size.

1960년대 후반 이후, 분쇄/가공, 볼 베어링, 무기, 섬유, 브레이크 라이닝 및 터빈 날과 같은 응용을 위해 고온 세라믹 물질에 관심이 있어 왔지만 구조적 응용은 전단 및 인장에 있어서 이들의 취성 및 취약성으로 인해 빈약하였다. 보다 최근에는 새로운 추진력 및 구조적 개념을 갖는 극초음속 비히클(마하 5-20)을 위한극고온 물질에 대한 관심이 부활하였다. 이들 비히클은 탄도 미사일, 극초음속 크루즈 미사일, 재입수 비히클. 우주 근접 비히클, 인터셉터 미사일 및 극초음속 크루즈 항공기를 포함하고 이들은 단일-용도 소모용 및 재활용 시스템으로 용이하게 나누어질 수 있다. 이들 소모용 및 재활용 우주 비히클, 차세대 로켓 엔진 및 극초음속 우주항공기는 2200℃ 초과의 온도에서 작동할 수 있는 강성 물질 및 구조적 성분들을 필요로하고 높은 용융 온도, 높은 강도, 환경적 내성(산화 내성) 및 열 전도성과 같은 여러 요건들을 동시에 충족해야만 한다. 극초음속 상업적 항공기는 뉴욕에서 로스엔젤레스까지 1시간 미만으로 여행할 수 있다. 따라서, 극초음속 비히클 및 무기에서 현재 증가하는 관심은 추진력 시스템 성분과 함께 날개 최첨단 기술 및 노이즈 팁에 대한 새로운 극 고온 물질의 필요성을 지적한다.Since the late 1960s, high temperature ceramic materials have been of interest for applications such as grinding / machining, ball bearings, weapons, fibers, brake linings and turbine blades, but structural applications have been poorly understood due to their brittleness and vulnerability in shear and tensile Respectively. More recently, interest in ultra-high temperature materials for hypersonic vehicles (Mach 5-20) with new propulsion and structural concepts has revived. These vehicles are ballistic missiles, hypersonic cruise missiles, re-entry vehicles. Space-proximity vehicles, interceptor missiles, and hypersonic cruise aircraft, which can be easily divided into single-use consumer and recycling systems. These consumable and recyclable space vehicles, next-generation rocket engines and hypersonic space aircraft require rigid materials and structural components that can operate at temperatures above 2200 ° C and exhibit high melting temperatures, high strength, environmental tolerance (oxidation resistance) And thermal conductivity. Hypersonic commercial aircraft can travel less than an hour from New York to Los Angeles. Therefore, the current growing interest in hypersonic vehicles and weapons points to the need for new extreme high temperature materials for wing cutting edge technology and noise tips, along with propulsion system components.

이들 응용을 위해, 요구되는 열물리적 및 열화학적 특성 및 성질을 갖는 성형된 성분으로 용이하게 프로세싱될 수 있고 2200℃를 초과하는 온도에서 일부 냉각 형태 없이 수행할 수 있는 물질이 개발되는 경우 진전될 것이다. 상기 물질은 현재 존재하지 않는다. 내화 사이질 전이 금속 붕화물은 극히 단단하고, 불활성인 내화 물질이다. 불행하게도, 이들은 또한 취성이고 가공하기가 어렵다.For these applications, it will be evolved if materials capable of being easily processed into molded components with the required thermo-physical and thermochemical properties and properties and capable of being carried out without some cooling form at temperatures above 2200 ° C . The material does not currently exist. Refractory interstitial transition metal borides are extremely hard, inert refractory materials. Unfortunately, they are also brittle and difficult to machine.

현재, 금속 화합물, 및 산화붕소 및 탄화붕소와 같은 붕소 공급원 및 금속 화합물(산화물 및 할로겐화물)로부터 금속 붕화물 세라믹을 형성하기 위한 시도는 분말 또는 불량하게 형성된 필름이 수득되게 하였다. 상기 혼합물이 가열되는 경우. 상기 결과는 통상적인 핵생성 및 성장 기획에서 할로겐화수소의 제거 및 금속 붕화물의 형성과 함께 금속 및 붕소의 "고온 원자들"의 혼합물이다. 벤젠에서 용매열 반응은 내화 금속 화합물(금속 할로겐화물)과 금속 나트륨의 존재하에 삼염화붕소와 같은 붕소 공급원간의 반응에 의존하고, 부산물로서 염화나트륨을 형성시킨다. 상기 현재 방법은 분말화된 금속 붕화물을 생성시키고 제어하기가 극히 어렵고 고유적으로 매우 불균일하여 신속한 반응 역학으로 인해 대형 마이크로미터 크기의 입자를 생성시킨다. 또 다른 방법은 분말화된 금속 붕화물 및 일산화탄소를 생성시키는 극히 높은 온도에서 금속 산화물과 탄화붕소의 반응을 포함했다.At present, attempts to form metal boride ceramics from metal compounds and boron sources such as boron oxide and boron carbide and metal compounds (oxides and halides) have resulted in powder or poorly formed films. When the mixture is heated. The result is a mixture of "hot atoms" of metal and boron with removal of hydrogen halide and formation of metal boride in conventional nucleation and growth planning. The solvent thermal reaction in benzene relies on the reaction between a boron source such as boron trichloride in the presence of a refractory metal compound (metal halide) and metal sodium, and forms sodium chloride as a by-product. The present process is extremely difficult and inherently very uneven to produce and control powdered metal boride, resulting in large micrometer sized particles due to rapid reaction kinetics. Another method involved the reaction of metal oxides with boron carbide at extremely high temperatures to produce powdered metal boride and carbon monoxide.

현재, 티타늄 붕화물, 지르코늄 붕화물 및 하프늄 붕화물과 같은 입자 크기가 작고 표면적이 높은 금속 붕화물에 대한 관심이 있고 이는 이들이 탄도 무기, 전자 및 열 전도성 물질, 진보된 초음속 엔진, 날카로운 형태의 재진입 비히클상의 기체 최첨단 기술 및 핵 반응기에 적용될 수 있기 때문이다. 적당한 고온을 요구하는 최첨단 기술 및 노이즈 캡 응용에 대한 내화 금속 붕화물에 관심이 있다. 상기 내화 금속 붕화물은 탄화규소와 같은 다른 세라믹과 배합되어 매우 높은 온도 영역에서 상기 물질의 산화 내성을 개선시킨다. 많은 상기 금속 붕화물은 또한 금속형 전도성 및/또는 특이한 자기 성질을 갖는다. 통상적으로 이들 물질은 고온 분말 기술에 의해 제조되었고, 이는 제어된 조성 및 거시적 성질을 갖는 균일한 물질을 생성하는 이들 능력에서 제한된다.
At present, there is interest in metal borides with small particle size and high surface area, such as titanium boride, zirconium boride and hafnium boride, which are used in ballistic inorganic, electronic and thermal conductive materials, advanced supersonic engines, Because it can be applied to gas state-of-the-art technologies and nuclear reactors on vehicles. We are interested in refractory metal borides for state-of-the-art technology and noise cap applications that require moderate high temperatures. The refractory metal boride is combined with other ceramics such as silicon carbide to improve the oxidation resistance of the material in a very high temperature range. Many of these metal borides also have metallic conductivity and / or unusual magnetic properties. These materials have typically been prepared by high temperature powder technology, which is limited in their ability to produce homogeneous materials with controlled composition and macroscopic properties.

본원은 내화-금속 붕화물 및 탄소성 매트릭스의 나노입자를 포함하는 조성물을 기재하고 있다. 상기 조성물은 분말 형태가 아니다.The present disclosure describes compositions comprising nanoparticles of refractory-metal borides and elastomeric matrices. The composition is not in powder form.

또한, 본원은 금속 성분, 붕소 및 유기 성분을 포함하는 조성물을 기재하고 있다. 상기 금속 성분은 내화 금속의 나노입자 또는 입자 및 내화-금속 나노입자로 분해될 수 있는 내화-금속 화합물로 부터 선택된다. 상기 유기 성분은 적어도 60중량%의 차르(char) 수율을 갖는 유기 화합물 및 상기 유기 화합물로부터 제조된 열경화성 물질로부터 선택된다.Also disclosed herein are compositions comprising a metal component, boron and an organic component. The metal component is selected from refractory metal compounds that can be decomposed into nanoparticles or particles of refractory metals and refractory-metal nanoparticles. The organic component is selected from an organic compound having a char yield of at least 60% by weight and a thermosetting material made from the organic compound.

또한, 본원은 내화 금속 또는 내화-금속 나노입자로 반응하거나 분해될 수 있는 내화-금속 화합물의 입자, 붕소 및 적어도 60중량%의 차르 수율을 갖는 유기 화합물과 배합하여 전구체 혼합물을 형성함을 포함하는 방법을 기재하고 있다.In addition, the present application is also directed to a process for forming a precursor mixture comprising combining refractory metal or particles of a refractory-metal compound that can be reacted or decomposed with refractory-metal nanoparticles, boron and an organic compound having a Karr yield of at least 60 wt% Method.

또한, 본원은,In addition,

내화 금속의 입자들 또는 내화-금속 나노입자로 분해될 수 있는 내화-금속 화합물, 붕소 및 유기 화합물의 전구체 혼합물을 제공하고; 상기 전구체 혼합물을 승압 및 내화-금속 나노입자를 형성하기 위해 내화-금속 화합물의 분해를 유발하는 온도에서 불활성 대기중에 상기 전구체 혼합물을 가열하여 금속 나노입자 조성물을 형성하고; 탄소성 매트릭스에서 내화-금속 붕화물의 나노입자를 포함하는 세라믹의 형성을 유발하는 온도에서 불활성 대기, 아르곤 또는 질소에서 상기 금속 나노입자 조성물을 가열함을 포함하는 방법을 기재하고 있다. 상기 유기 화합물은 승압에서 가열되는 경우 적어도 60중량%의 차르 수율을 갖는다.Providing a precursor mixture of refractory-metal compounds, boron and organic compounds capable of decomposing into particles of refractory metal or refractory-metal nanoparticles; Heating said precursor mixture in an inert atmosphere at a temperature that causes decomposition of the refractory-metal compound to form said precursor mixture to form step-up and refractory-metal nanoparticles to form a metal nanoparticle composition; And heating the metal nanoparticle composition in an inert atmosphere, argon or nitrogen at a temperature which causes formation of a ceramic comprising nanoparticles of refractory-metal boride in the elastomeric matrix. The organic compound has a Tard yield of at least 60% by weight when heated at elevated pressure.

또한, 본원은 내화-금속 붕화물의 나노입자를 포함하는 조성물을 기재하고 있다. 상기 조성물은 분말 형태가 아니다.Also disclosed herein are compositions comprising nanoparticles of refractory-metal boride. The composition is not in powder form.

또한, 본원은 상기 금속 성분 및 붕소를 포함하는 조성물을 기재하고 있다.In addition, the present application describes a composition comprising the metal component and boron.

또한 본원은 내화 금속의 입자 또는 내화-금속 나노입자로 분해될 수 있거나 붕소와 반응할 수 있는 내화-금속 화합물의 입자를 배합하여 전구체 혼합물을 형성하고, 내화 금속의 붕화물을 포함하는 나노입자의 형성을 유발하는 온도에서 불활성 대기 또는 진공하에서 상기 전구체 혼합물을 가열함을 포함하는 방법을 기재하고 있다.
The present invention also relates to a process for the preparation of nanoparticles comprising refractory metal particles or refractory-metal nanoparticles or particles of refractory-metal compounds capable of reacting with boron to form a precursor mixture, And heating the precursor mixture under an inert atmosphere or at a temperature to cause formation of the precursor mixture.

본 발명의 보다 완전한 설명은 하기의 실시예 양태 및 첨부된 도면을 참조로 제공될 것이다.
도 1은 상기된 조성물을 형성하는 방법을 도식적으로 설명하고 있다.
도 2는 열경화성 매트릭스(20)내에 매립된 금속 나노입자(10)를 도식적으로 설명하고 있다.
도 3은 붕소 원자 및 탄소 매트릭스(30) 기원의 탄소 원자의 나노입자(50)로의 전이(40)를 도식적으로 설명하고 있다.
도 4는 탄소성 매트릭스(70)에서 금속 붕화물 나노입자(60)를 도식적으로 설명하고 있다.
도 5는 TiB2 및 TiC 나노입자를 함유하는 샘플의 X-선 회절 분석(XRD)을 보여준다.
도 6은 TiB2 및 TiC 나노입자를 함유하는 샘플의 사진을 도시한다.
도 7은 ZrB2 및 ZrC 나노입자를 함유하는 샘플의 XRD를 도시한다.
도 8은 ZrB2 및 ZrC 나노입자를 함유하는 샘플의 사진을 도시한다.
도 9는 HfB2 및 HfC 나노입자를 함유하는 샘플의 XRD를 도시한다.
도 10은 HfB2 및 HfC 나노입자를 함유하는 샘플의 사진을 도시한다.
도 11은 WB2 및 WC 나노입자를 함유하는 샘플의 XRD를 도시한다.
도 12는 TaB2 및 TaC 나노입자를 함유하는 샘플의 XRD를 도시한다.
도 13은 TaB2 및 TaC 나노입자를 함유하는 샘플의 사진을 도시한다.
도 14는 TiB2, TiC, ZrB2, 및 ZrC 나노입자를 함유하는 샘플의 XRD를 도시한다.
도 15는 TaB2, TaC, HfB2, 및 HfC 나노입자를 함유하는 샘플의 XRD를 보여준다.
도 16은 ZrB2 나노입자만을 함유하는 샘플의 XRD를 도시한다.
도 17은 ZrB2, ZrC, 및 ZrN 나노입자를 함유하는 샘플의 XRD를 도시한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS A more complete description of the present invention will be provided by way of example embodiments and with reference to the accompanying drawings, in which: Fig.
Figure 1 illustrates schematically a method of forming the above compositions.
Figure 2 schematically illustrates the metal nanoparticles 10 embedded in the thermosetting matrix 20.
Figure 3 illustrates schematically the transition (40) of the boron atoms and carbon atoms from the carbon matrix (30) to the nanoparticles (50).
4 schematically illustrates metal boride nanoparticles 60 in the elastomeric matrix 70. FIG.
Figure 5 shows X-ray diffraction (XRD) of a sample containing TiB 2 and TiC nanoparticles.
Figure 6 shows a photograph of a sample containing TiB 2 and TiC nanoparticles.
Figure 7 shows an XRD of a sample containing ZrB 2 and ZrC nanoparticles.
8 shows a photograph of a sample containing ZrB 2 and ZrC nanoparticles.
Figure 9 shows the XRD of the samples containing HfB 2 and HfC nanoparticles.
Figure 10 shows a photograph of a sample containing HfB 2 and HfC nanoparticles.
Figure 11 shows the XRD of a sample containing WB 2 and WC nanoparticles.
Figure 12 shows the XRD of a sample containing TaB 2 and TaC nanoparticles.
13 shows a photograph of a sample containing TaB 2 and TaC nanoparticles.
Figure 14 illustrates the XRD of a sample containing TiB 2, TiC, ZrB2, ZrC, and nanoparticles.
15 shows an XRD of a sample containing TaB 2, TaC, HfB 2, HfC, and nanoparticles.
16 shows an XRD of a sample containing only ZrB 2 nanoparticles.
Figure 17 illustrates the XRD of a sample containing ZrB 2, ZrC, ZrN, and nanoparticles.

하기에서, 제한이 아닌 설명을 목적으로 세부 사항이 구체적으로 본원에 대한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 본 과제가 이들 특정 세부 사항으로부터 벗어나는 다른 양태로 수행될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 다른 경우에, 널리 공지된 방법 및 장치의 세부적인 기재는 불필요한 세부 사항으로 본원을 모호하게 하지 않도록 하기 위해 제외시켰다. 본원에 기재된 임의의 수치 범위는 범위 종점의 주변 오차 범위내 수치 및 범위내 모든 수치를 포함한다.In the following, for purposes of explanation and not limitation, the details are set forth in order to provide a thorough understanding of the subject matter. It will be apparent, however, to one skilled in the art that the present subject matter may be practiced in other manners that depart from these specific details. In other instances, detailed descriptions of well-known methods and apparatus have been omitted to avoid obscuring the subject matter with unnecessary detail. Any numerical range disclosed herein includes numerical values within the range of the peripheral error of the range end points and all numerical values within the range.

본원은 (1) 구조적 통합성을 갖는 성형된 조성물을 제공하는 1개의 단계에서 탄소 매트릭스의 존재 또는 부재하에 내화 금속 이붕화물(MB)(IV-VI 족)의 동일계 형성을 위한 방법, (2) 다양한 내화 금속 나노입자-붕소-탄소 전구체 조성물, (3) 이들의 성형된 열경화성 물질로의 전환, (4) 다단계에서 금속 붕화물 및 금속 붕화물-금속 카바이드 탄소 매트릭스 조성물, (5) 나노입자 금속 붕화물 및 나노입자 금속 붕화물-나노입자 금속 카바이드 탄소 매트릭스 조성물 및 (6) 섬유 보강된 나노입자 금속 붕화물-나노입자 금속 카바이드 탄소 매트릭스 혼성물을 기재하고 있다.(1) a method for in situ formation of a refractory metal diboride (MB) (IV-VI group) in the presence or absence of a carbon matrix in one step to provide a molded composition having structural integrity, (2) (3) conversion to molded thermosetting materials; (4) metal boride and metal boride-metal carbide carbon matrix compositions in multi-stages; (5) nanoparticle metal nanoparticles; Boron and nanoparticle metal boride-nanoparticle metal carbide carbon matrix compositions and (6) fiber-reinforced nanoparticle metal boride-nanoparticle metal carbide carbon matrix composites.

본원에 기재된 합성 방법은 나노입자 금속 붕화물의 형성을 유도할 수 있다. 강성의 성형된 내화 금속 붕화물 고체 성분/혼성물을 형성하기 위해, 상기 조성물은 압력하에 결속시켜 에어 포켓을 제거하고 반응물이 적어도 열소성 단계로 친밀하게 접촉하도록 할 수 있다. 따라서, 이의 근본적인 특성에 의해, 본 발명은 붕화물-금속 카바이드 탄소 혼성물이 액체 성형 과정(주사 성형, 주입 성형, 진공 성형, 스프레딩 등)에 의해 용이하게 성형될 수 있게 하고, 이는 고온 프레스 소결된 물질을 가공하는 것 보다 매우 저렴한 공정이다.The synthetic methods described herein can lead to the formation of nanoparticle metal boride. To form a rigid molded refractory metal boride solid component / hybrid, the composition may be bound under pressure to remove air pockets and allow the reactants to intimately contact at least in a thermo-firing step. Therefore, due to its fundamental properties, the present invention enables the boride-metal carbide carbon hybrid to be readily formed by a liquid molding process (injection molding, injection molding, vacuum molding, spreading, etc.) It is a much less expensive process than processing sintered materials.

탄소 전구체의 부재하에, 금속 붕화물/질화물이 형성될 수 있다. 상기 물질. 방법 빛 조건은 탄소 화합물의 부재에 대한 경우를 제외하고는 본원의 다른 곳에서 기재된 바와 동일하다. 금속 및 붕소 전구체 조성물은 고압하의 형태로 성형되고 이어서 분리(주형으로부터 제거), 또는 주형에서 금속 붕화물 및 금속 질화물을 형성하기 위해 필요한 온도로 가열시킬 수 있다. 금속 붕화물은 아르곤 또는 헬륨 대기하에 가열시킴에 의해 형성될 수 있는 반면 금속 붕화물-금속 질화물은 질소 대기에서 가열시킴에 의해 형성되고 상기 금속 질화물은 고체 성분의 외형 부분 상에서 주로 형성된다. 상기된 방법은 탄소 전구체가 존재하지 않기 때문에 열경화성 물질을 생성시키지 못한다.In the absence of a carbon precursor, a metal boride / nitride can be formed. Said material. Method The light conditions are the same as described elsewhere herein except for the absence of carbon compounds. The metal and boron precursor compositions can be molded under high pressure and then heated to the temperature necessary to separate (remove from the mold), or to form metal borides and metal nitrides in the mold. The metal boride can be formed by heating under an argon or helium atmosphere, while the metal boride-metal nitride is formed by heating in a nitrogen atmosphere and the metal nitride is formed mainly on the outer part of the solid component. The above-described method does not produce a thermosetting material since no carbon precursor is present.

상기 방법은 금속 나노입자로부터 성형된 고체 형태의 내화 금속 (Ti, W, Nb, Zr, Mo, Cr, V, Ta, 및 Hf) 붕화물을 생성시킬 수 있다. 다수의 금속을 사용하는 혼합된 상이 또한 생성될 수 있다. 상기 세라믹은 나노입자로서 생성된다. a) 안정한 붕화물 또는 카바이드를 형성할 수 있고 고도로 반응성인 금속 나노입자로 분해되는 임의의 금속 화합물이 b) 붕소 원소 및 (c) 용융되고 단지 탄소 및 수소를 함유하는 탄소 전구체와 배합되는 경우, 상기 배합물은 열적으로 (d) 높은 수율의 순수한 금속 붕화물 및 금속 카바이드 둘다를 함유하고 능히 일부의 양이 순수한 탄소 상인 고체 형태로 전환될 수 있다. 형성된 금속 붕화물 및 금속 카바이드의 양은 전구체 조성물(금속 나노입자, 붕소 및 탄소 전구체)에 존재하는 붕소 원소 및 탄소 전구체의 양에 의존한다. 상기 적당한 금속 나노입자는 동일계에서 전구체 조성물내에서 금속 화합물의 열 분해물(카보닐 및 수소화물을 포함하지만 이에 제한되지 않는)로부터 형성된다. 상기 탄소원은 프로세싱가능한 방향족-함유 아세틸렌 또는 극히 높은 차르 수율을 나타내는 저분자량의 중합체로 용융될 수 있다. 상기 탄소 전구체는 C 및 H만을 함유하여 헤테로원자(예를 들어, 질소)가 금속 붕화물 및 금속 카바이드 탄소 매트릭스 조성물을 생성시키는 반응동안에 금속 나노입자의 사이질 부위로 혼입되지 않도록 보장할 수 있다. 상기 금속 붕화물 및 금속 카바이드는 불활성 조건하에서 고도로 반응성인 금속 나노입자와 붕소 원소와 탄소 전구체(400℃ 초과에서 분해)와의 반응으로부터 500 내지 1600℃ 사이에서 형성되고 상기 반응은 보다 고온에서 신속하게 일어난다. 상기 합성 공정이 발생하는 온도는 붕화물 및 카바이드 세라믹의 형성과 통상적으로 관련된 온도 보다 훨씬 미만일 수 있다. 상기 탄소 전구체는 이들이 수득한 나노구조 또는 무정형 탄성 탄소내에 형성됨에 따라 개별적으로 형성된 세라믹 나노입자를 함께 교착시키거나 결합시키기 위해 사용되거나 존재한다. 상기 형성된 탄소는 구조적 통합성을 제공하고 형성되는 높은 표면적 세라믹 나노입자에 대한 성형된 조성물을 보장하기 위한 매트릭스로서 작용한다. 압력은 열처리 및 반응물의 친밀한 접촉을 보장하고 임의의 보이드 또는 에어포켓을 제거하여 결함을 함유하지 않는 고밀도 세라믹을 보장하기 위해 성형된 열경화성 물질로의 전환 동안에 상기 조성물에 적용될 수 있다.The method may produce a solid refractory metal (Ti, W, Nb, Zr, Mo, Cr, V, Ta, and Hf) boride formed from metal nanoparticles. Mixed phases using multiple metals can also be generated. The ceramic is produced as nanoparticles. a) a metal compound capable of forming a stable boride or carbide and being decomposed into highly reactive metal nanoparticles, b) a boron element, and c) a carbon precursor which is melted and contains only carbon and hydrogen, The combination can be thermally converted into a solid form that contains both (d) a high yield of both pure metal boride and metal carbide, and possibly some of the amount is pure carbon. The amount of metal boride and metal carbide formed depends on the amount of boron element and carbon precursor present in the precursor composition (metal nanoparticles, boron and carbon precursor). The suitable metal nanoparticles are formed from the thermal decomposition of metal compounds (including, but not limited to, carbonyls and hydrides) in the precursor composition in situ. The carbon source may be processed into processible aromatics-containing acetylene or a low molecular weight polymer exhibiting an extremely high Kar yield. The carbon precursor may contain only C and H to ensure that hetero atoms (e.g., nitrogen) are not incorporated into the interstitial sites of the metal nanoparticles during the reaction to form the metal boride and metal carbide carbon matrix compositions. The metal boride and metal carbide are formed between 500 to 1600 ° C from the reaction of the highly reactive metal nanoparticles with the boron element and the carbon precursor (decomposed above 400 ° C) under inert conditions and the reaction occurs rapidly at higher temperatures . The temperature at which the synthesis process occurs may be much less than the temperatures typically associated with the formation of borides and carbide ceramics. The carbon precursors are used or are present for interlocking or bonding individually formed ceramic nanoparticles together as they are formed within the resulting nanostructured or amorphous elastic carbon. The formed carbon provides structural integrity and serves as a matrix for ensuring a molded composition for the high surface area ceramic nanoparticles formed. The pressure can be applied to the composition during conversion to a molded thermoset material to ensure heat treatment and intimate contact of the reactants and removal of any voids or air pockets to ensure high-density ceramics free from defects.

본원에 기재된 방법(도 1)에서, 금속 화합물은 붕소 원소 및 용융되는 탄소 전구체와 배합된다. 상기 탄소 전구체는 금속 화합물로부터 형성되는 금속 나노입자와 상호작용하는 기능성 불포화를 갖는 상기 중합체 또는 수지와 같은 화합물이다. 상기 불포화는 또한 탄소 전구체가 열경화성 또는 가교결합된 중합체를 형성하도록 용융물로부터의 전환을 진행하도록 한다. 전형적인 전구체 조성물은 붕소. 탄소 전구체 및 금속 화합물 또는 다수의 금속 화합물들을 포함한다. 상기 조성물을 가열하는 즉시, 탄소 전구체는 이의 융점에서 용융되고 불포화된 부위의 반응을 통해 성형된 고체 열경화성 물질(20)로 열적으로 전환될 수 있다. 상기 탄소 전구체는 또한 부분적으로 점도를 증가시키기 위해 B 단계로 경화될 수 있지만 가공성과, 전구체 조성물내의 균일성의 보유를 증진시키기 위해 여전히 용융될 수 있다. 상기 단계 또는 후속적인 단계 동안에 상기 금속 화합물은 열적으로 나노입자(10)로 분해될 수 있거나 상기 금속 분말은 유기 성분과 반응하여 고체 열경화성 물질에 매립된 나노입자를 형성할 수 있다(도 2).In the method described herein (Fig. 1), the metal compound is combined with the boron element and the carbon precursor to be melted. The carbon precursor is a compound such as the polymer or resin having functional unsaturation that interacts with metal nanoparticles formed from metal compounds. The unsaturation also allows the carbon precursor to proceed from the melt to form a thermosetting or crosslinked polymer. A typical precursor composition is boron. A carbon precursor and a metal compound or a plurality of metal compounds. Upon heating the composition, the carbon precursor may be thermally converted to a solid, thermoset material 20 that melts at its melting point and is formed through reaction of the unsaturated moiety. The carbon precursor may also be cured to the B stage to partially increase the viscosity, but may still be melted to improve processability and retention of uniformity within the precursor composition. The metal compound may be thermally decomposed into nanoparticles 10 or the metal powder may react with the organic components to form nanoparticles embedded in the solid thermosetting material during the above or subsequent steps (FIG. 2).

대안적으로, 금속 나노입자의 형성은 이후 보다 고온에서 연장된 열 처리인 공정에서 다음 단계 동안에 발생할 수 있다. 500℃ 초과의 열경화성 물질의 열 처리는 탄소 전구체(30)의 탄소화 및 또한 금속 나노입자(50)간의 반응(40)을 유도하고 붕소 공급원과 현재 탄소화된 탄소 전구체 둘다가 금속 붕화물 세라믹(주요 성분) 및 금속 카바이드 세라믹(소수 성분)의 나노입자(60)를 형성하도록 한다(도 3-4). 붕소 대 탄소 전구체의 큰 비율을 사용함에 의해 수득한 고체 성형된 세라믹은 주로 금속 붕화물을 함유하도록 조정될 수 있다. 또한, 반응성 금속 나노입자의 형성이 조기 열경화성 단계 대신 열 처리 단계 동안에 발생하도록 할 수 있다. 추가로, 충분히 높은 비율의 탄소 전구체가 사용되는 경우, 과량의 순수한 고체 탄소는 붕화물 및 카바이드 세라믹이 매립된 매트릭스로서 남아있을 것이다. 상기 반응은 또한 열경화성-형성 탄소 전구체없이 단지 내화 금속 화합물 및 붕소만을 사용하여 금속 붕화물만이 생성되도록 수행될 수 있다. 따라서, 수득한 조성물내 금속 붕화물, 금속 카바이드 및 탄소의 양은 전구체 조성물에 사용하기 위해 혼합된 각각의 개별 성분(금속 화합물, 붕소 및 용융된 프로세싱 가능한 탄소 화합물)의 양을 기준으로 다양할 수 있다. 상기 반응은 아르곤 또는 헬륨과 같은 비반응성인 불활성 가스 또는 진공하에서 수행된다.Alternatively, the formation of the metal nanoparticles may occur during the next step in the process, which is an extended thermal treatment at a higher temperature. Heat treatment of the thermosetting material above 500 캜 induces carbonization of the carbon precursor 30 and also reaction 40 between the metal nanoparticles 50 and both the boron source and the carbonized carbon precursor presently both form metal boride ceramics Main component) and metal carbide ceramics (minor component) nanoparticles 60 (Fig. 3-4). The solid formed ceramics obtained by using a large proportion of boron to carbon precursor can be adjusted to contain mainly metal borides. Also, the formation of reactive metal nanoparticles may occur during the thermal treatment step instead of the early thermosetting step. Additionally, if a sufficiently high proportion of carbon precursor is used, excess pure solid carbon will remain as a buried matrix of boride and carbide ceramics. The reaction can also be carried out so that only the metal boride is produced using only the refractory metal compound and boron without the thermoset-forming carbon precursor. Accordingly, the amount of metal boride, metal carbide, and carbon in the resulting composition may vary based on the amount of each individual component (metal compound, boron and molten processible carbon compound) mixed for use in the precursor composition . The reaction is carried out under non-reactive inert gas such as argon or helium or under vacuum.

동일한 반응이 질소 기류에서 수행되거나 상기 유기 화합물이 질소를 함유하는 경우. 금속 질화물 나노입자가 또한 형성될 수 있다. 조성물의 형태 및 두께에 따라, 금속 붕화물, 및 금속 질화물 및 금속 카바이드 둘다는 주로 질소가 친밀한 접촉 상태에 있을 수 없는 조성물의 내부상에 금속 카바이드와 금속 붕화물과 함께 형성될 수 있다.The same reaction is carried out in a stream of nitrogen or when the organic compound contains nitrogen. Metal nitride nanoparticles can also be formed. Depending on the form and thickness of the composition, both the metal boride, and the metal nitride and the metal carbide can be formed together with the metal carbide and the metal boride on the interior of the composition, where nitrogen can not be in intimate contact.

금속 염의 반응 및 금속 나노입자로의 분해는 1200℃까지 세라믹과의 반응과 함께 저온에서 일어날 수 있지만 적어도 1600℃까지 보다 높은 온도가 마이크로미터 크기의 금속 분말을 위해 요구될 수 있다. 보다 작은 크기의 입자는 대형 입자 크기 분말에 비해 보다 신속하게 반응하고 저온에서 총체적으로 소비될 수 있다. 금속 붕화물/카바이드/질화물의 입자 크기는 모다 높은 노출 온도가 보다 큰 입자 크기의 세라믹을 제공함으로 상향 온도 처리의 함수로서 조절될 수 있다.Reaction of the metal salt and decomposition into metal nanoparticles can occur at low temperatures with the reaction with ceramics up to 1200 ° C, but higher temperatures can be required for micrometer-sized metal powders to at least 1600 ° C. Smaller sized particles react faster than large particle size powders and can be consumed collectively at lower temperatures. The particle size of the metal boride / carbide / nitride can be adjusted as a function of the upward temperature treatment by providing a ceramic with a higher particle size at all higher exposure temperatures.

금속 화합물과 붕소 원소 대 탄소원의 전체 비율과 상관없이, 상기 내화 금속 붕화물 및 금속 카바이드는 나노입자로서 형성될 수 있다. 이것은 매우 바람직한 결과인데 그 이유는 세라믹의 균일한 나노입자 혼성물이 이들의 보다 통상적인 나노입자 대상물 보다 우수한 성질을 갖는 것으로 일반적으로 받아들여지고 있기 때문이다. 현재, 상기 세라믹은 극히 고온에서 소결 기술에 의해 마이크로미터 크기의 분말화된 입자로부터 조립된다. 과량의 탄소 원자는 금속 내용물과의 반응을 위해서 및 내화 금속 붕화물 및 카바이드가 결합되거나 반응이 화학양론적으로 능히 미량의 탄소 매트릭스와 함께 금속 붕화물 및 금속 카바이드만을 생성시키도록 수행될 수 있는 탄소 매트릭스의 형성을 보장하기 위해 가용할 수 있다. 수득한 조성물내에 금속 붕화물, 금속 카바이드 및 탄소의 양은 전구체 조성물에 사용하기 위해 혼합되는 각각의 개별 성분(금속 화합물, 붕소, 및 용융물 프로세싱가능한 탄소 화합물)의 양을 기초로 하여 다양할 수 있다. 반응이 질소 대기에서 수행되는 경우, 상기 금속 나노입자는 상응하는 금속 질화물을 제공하는 붕소와 탄소에 비해 질소와 우선적으로 반응할 수 있다.Regardless of the total proportion of metal compound and boron element to carbon source, the refractory metal boride and metal carbide can be formed as nanoparticles. This is a very desirable result because it is generally accepted that uniform nanoparticle hybrids of ceramics have properties superior to their more conventional nanoparticle objects. Currently, the ceramics are assembled from micron-sized powdered particles by sintering techniques at extremely high temperatures. Excess carbon atoms can be carried out for reaction with the metal content and for carbon to be carried out so that the refractory metal boride and carbide are combined or the reaction is stoichiometrically capable of producing only metal borides and metal carbides together with a trace amount of carbon matrix It can be used to ensure the formation of a matrix. The amount of metal boride, metal carbide, and carbon in the resulting composition may vary based on the amount of each individual component (metal compound, boron, and melt processible carbon compound) mixed for use in the precursor composition. When the reaction is carried out in a nitrogen atmosphere, the metal nanoparticles may preferentially react with nitrogen relative to boron and carbon, which provide the corresponding metal nitrides.

탄소, 세라믹 및 금속 섬유는 붕소, IV-VI족의 금속 화합물 및 아세틸렌-함유 방향족 화합물 또는 중합체(탄소원)로 구성된 전구체 조성물의 다양한 혼합물에 혼입될 수 있고 수득한 섬유-함유 혼합물은 성형된 고체로 전환되고 이어서 보다 높은 온도로 가열한다. 동일한 열처리 후 상기 정의된 단계는 금속 붕화물, 금속 카바이드, 탄소 및 보강 성분으로서 작용하도록 의도된 섬유의 임의의 비율의 조성물을 유도한다. 상기된 전구체 조성물(금속 염, 붕소, 및 탄소 전구체)은 연속 섬유 또는 절단된 섬유와 혼합하고 성형된 열경화성 형태로 전환될때까지 가열한다. 불활성 대기(아르곤)하에 500℃ 초과의 추가의 가열은 섬유 보강된 내화 금속 붕화물-금속 카바이드-탄소 매트릭스 혼성물을 형성시킨다. 형성되는 세라믹에 따라, 강성의 고체 형성된 혼성물은 3000℃ 초과의 구조적 응용을 위해 사용될 수 있다. 상기 혼성물은 물리적 성질이 온전하게 유지되어 변화하지 않도록 사용되도록 하기 위해 상향 온도에 노출될 수 있다. 상기 전구체 조성물은 특정 응용을 위해 이로울 수 있는 혼성물내 세라믹의 혼합물을 유도하는 상이한 내화 금속 화합물의 배합물을 함유할 수 있다.The carbon, ceramic and metal fibers can be incorporated into various mixtures of precursor compositions composed of boron, metal compounds of group IV-VI and acetylene-containing aromatic compounds or polymers (carbon sources) and the resulting fiber- And then heated to a higher temperature. After the same heat treatment, the above defined steps lead to a composition of metal boride, metal carbide, carbon and any proportion of fibers intended to act as a reinforcing component. The precursor compositions (metal salt, boron, and carbon precursor) described above are mixed with continuous or cut fibers and heated until converted to a molded thermoset form. Further heating above 500 ° C under an inert atmosphere (argon) forms a fiber-reinforced refractory metal boride-metal carbide-carbon matrix hybrid. Depending on the ceramic being formed, rigid solid formed hybrids can be used for structural applications above 3000C. The hybrids may be exposed to an upward temperature to ensure that the physical properties remain intact and are used unchanged. The precursor composition may contain a combination of different refractory metal compounds that induce a mixture of ceramics in the hybrid water that may be beneficial for a particular application.

상기된 바와 같이, 상기 금속 화합물, 붕소 및 탄소 전구체 조성물이 질소 대기에서 가열되는 경우, 금속 질화물-함유 세라믹은 질소를 금속 원자/나노입자의 격자로 직접 혼입함과 함께 형성될 수 있다. 따라서, 반응을 수행하기 위해 상기 대기를 변화시킴에 의해, 금속 붕화물/금속 카바이드/금속-매트릭스 조성물 또는 금속 붕화물/금속 질화물/금속 카바이드 금속-매트릭스 조성물 또는 이의 배합물을 선택적으로 형성할 수 있다. 섬유 실험이 질소 대기에서 수행되는 경우, 섬유 보강된 내화 금속 붕화물/금속 질화물/금속 질화물과의 금속 카바이드 탄소 매트릭스 혼성물은 특히 외부 표면상에 형성될 수 있다. 상기 혼성물은 3000℃ 초과에서 두드러진 산화 안정성 및 온도 수행능을 가질 수 있다.As described above, when the metal compound, boron and carbon precursor composition are heated in a nitrogen atmosphere, the metal nitride-containing ceramics can be formed with direct incorporation of nitrogen into the lattice of metal atoms / nanoparticles. Thus, the metal boride / metal carbide / metal-matrix composition or metal boride / metal nitride / metal carbide metal-matrix composition or combinations thereof can be selectively formed by changing the atmosphere to effect the reaction . When fiber experiments are performed in a nitrogen atmosphere, metal carbide carbon matrix hybrid with fiber reinforced refractory metal boride / metal nitride / metal nitride can be formed on the outer surface in particular. The hybrids may have significant oxidation stability and temperature performance at temperatures above 3000 < 0 > C.

성형된 고체 전구체 조성물은 압력하에 전구체 금속 성분. 붕소 및 탄소원 또는 금속 성분 및 붕소 조성물로부터 조립될 수 있다. 예를 들어, 금속 성분이 금속 수소화물인 경우, 다양한 전구체 조성물이 제형화될 수 있고 매우 작은 입자 크기, 예를 들어, 100㎛ 내지 10㎛ 까지의 크기로 전환되도록 분쇄될 수 있다. 성형된 펠렛 또는 다른 성형된 성분들은 작은 분쇄된 입자들이 친밀하게 접촉하도록 결속시키는 압력하에 수행되고 상기 압력 시스템으로부터 제거하기 위한 구조적 통합에 이어서 세라믹으로의 열 전환과 함께 수행될 수 있다. 성형된 전구체의 가열은 상기 금속 수소화물이 매우 반응성이고 나노입자 형태로서 붕소 및/또는 탄소원과 반응하도록 개시하는 원자 대 나노입자 크기 금속으로의 분해율을 조절하기 위해 매우 느린 비율(예를 들어, 10, 5, 3 또는 2℃/분)에서 주위 조건하에 발생한다. 상기 가열은 진공하에 또는 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 대기하에 수행될 수 있다. 가열율 및 금속 수소화물의 분해율을 조절함에 의해, 상기 금속 붕화물 또는 금속 붕화물/카바이드는 나노입자로서 형성되고 프로세싱이 진행됨에 따라 발열 반응은 고수율의 나노입자 세라믹을 수득하기 위해 필요한 승온으로의 느린 가열율 동안에 용이하게 조절될 수 있다. 금속 수소화물 및 붕소 또는 금속 수소화물, 붕소 및 탄소원은 밀접한 접촉하에 있기 때문에, 각 반응물의 원자(금속 및 붕소 또는 금속, 붕소 및 탄소 원자)는 경계선을 통과하여 용이하게 이동하여 형성되는 나노입자 금속 붕화물간의 강한 결합을 보장할 수 있다. 형성됨에 따라, 상기 세라믹 나노입자(금속 붕화물)는 고체 세라믹내에서 강한 상호작용을 나타내고 형성된 고체 성형된 세라믹은 강성, 단단함 및 구조적 통합성을 나타낸다.The molded solid precursor composition is a precursor metal component under pressure. Boron and carbon sources or metal components and boron compositions. For example, if the metal component is a metal hydride, the various precursor compositions can be formulated and milled to a very small particle size, e.g., a size of up to 100 [mu] m to 10 [mu] m. The molded pellets or other molded components can be carried out under pressure which binds the small comminuted particles in intimate contact and can be performed with structural conversion for removal from the pressure system followed by thermal conversion to ceramic. Heating of the molded precursor is carried out at a very slow rate (e. G., 10 < / RTI > to 10 < RTI ID = 0.0 > , 5, 3 or 2 [deg.] C / min) under ambient conditions. The heating can be carried out under vacuum or under an inert atmosphere such as argon or nitrogen. By controlling the heating rate and the decomposition rate of the metal hydride, the metal boride or the metal boride / carbide is formed as nanoparticles, and as the processing proceeds, the exothermic reaction takes place at the temperature required to obtain the nanoparticle ceramic of high yield Can be easily adjusted during a slow heating rate of < / RTI > Since the metal hydrides and the boron or metal hydrides, boron and carbon source are in intimate contact, the atoms (metal and boron or metal, boron and carbon atoms) of each reactant are bound to the nanoparticle metal Strong bonds between the borides can be ensured. As formed, the ceramic nanoparticles (metal borides) exhibit strong interactions in solid ceramics and the solid formed ceramics formed exhibit stiffness, rigidity and structural integrity.

상기 방법은 도 1에 나타내고 도 2 내지 4에서 도식으로 나타낸다. 기재된 임의의 반응은 현재 청구된 방법 및 조성물로 제한되지 않는다. 내화 금속의 나노입자 형태는 붕소 원소 및 탄소 공급원과 매우 반응성이어서 금속 붕화물과 금속 카바이드의 형성 온도를 저하시키는 것으로 고려된다. 더욱이, 금속 나노입자 및 붕소 및 아마도 약간 초과량의 붕소 및 최소량의 탄소 전구체의 적어도 화학양론적인 양이 전구체 조성물에 포함될 수 있다. 임의의 과량의 붕소는 탄소와 반응하여 탄화붕소를 형성함으로써 잠재적으로 형성될 수 있는 금속 카바이드의 양을 감소시킨다. 이러한 유동성은 수득한 세라믹 탄소 매트릭스 혼성물의 성질을 다양하게 하고 조정하는 능력을 제공한다. 금속 붕화물 및 금속 카바이드 탄소-매트릭스 혼성물은 무정형 내지 나노튜브형에서 흑연형 탄소에 이르는 형태로 존재하는 상대적으로 탄성인 탄소의 존재로 인해 증진된 강성을 나타낼 것으로 예상된다.The method is shown in Fig. 1 and schematically in Figs. Any of the reactions described is not limited to the currently claimed methods and compositions. The nanoparticle morphology of the refractory metal is considered to be very reactive with the boron element and the carbon source, thereby lowering the formation temperature of the metal boride and the metal carbide. Furthermore, at least a stoichiometric amount of metal nanoparticles and boron and possibly a slight excess of boron and a minimal amount of carbon precursor may be included in the precursor composition. Any excess boron reacts with carbon to form boron carbide, thereby reducing the amount of metal carbide that can potentially be formed. This flowability provides the ability to vary and control the properties of the resulting ceramic carbon matrix hybrid. The metal boride and metal carbide carbon-matrix hybrids are expected to exhibit enhanced stiffness due to the presence of relatively elastic carbon present in amorphous or nanotubular to graphitic carbon form.

"탄성" 탄소 매트릭스의 고유 존재는 본래에 취성인 소결된 세라믹의 강하게 할 수 있다. 상기 탄소는 탄소의 고융점(>3000℃)으로 인해 극히 고온에서 강화된 세라믹의 작동을 가능하게 할 수 있다. 세라믹/탄소-매트릭스 조성물은 현재 상기 이유때문에 모색되고 있고 본 발명의 방법은 먼저 세라믹 분말을 형성하고 이어서 소결 조건하에서 금속 붕화물 성형된 조성물을 제조하는 통상적인 수단과는 대조적으로 처음으로 1단계로 혼성물을 직접적으로 제조할 수 있다. 단지 미량 또는 매우 소량의 탄소가 상기 효과를 성취하기 위해 요구될 수 있다. 또한, 세라믹 대 탄소의 비율은 금속-화합물 또는 금속 분말 대 붕소 원소 대 탄소-전구체의 비율을 근거로 용이하게 조정된다.The inherent presence of the "elastic" carbon matrix can intensify the inherently brittle sintered ceramics. The carbon can enable operation of the enhanced ceramic at extremely high temperatures due to the high melting point of carbon (> 3000 ° C). The ceramic / carbon-matrix composition is currently being sought for the above reasons and the method of the present invention is firstly carried out in a first step, in contrast to the conventional means of forming a ceramic powder and then producing a metal boride shaped composition under sintering conditions The hybrid can be directly produced. Only minor or very small amounts of carbon may be required to achieve this effect. In addition, the ratio of ceramic to carbon is readily adjusted based on the ratio of metal-compound or metal powder to boron element to carbon-precursor.

섬유-보강된 내화 금속 붕화물 탄소 매트릭스 혼성물은 환경적으로 극히 높은 온도 조건하에서 사용하기 위해 두드러진 기계적 성질을 나타낼 수 있다. 세분된 섬유 보강된 내화 나노입자 금속 붕화물 탄소 혼성물은 완전하게 밀집된 성형된 고체 성분들의 결속을 가능하게 하여 증가된 작동 온도 및 기계적 통합성이 거대한 경제적 이점으로 해석될 수 있는, 초음속 비히클 및 자동차, 및 핵 반응기 및 연료 전지를 위한 진보된 엔진 성분들과 같은 높은 스트레스 및 온도 응용에 사용하기 위한 높은 내균열성을 가질 수 있다. 상기 섬유 보강된 세라믹 혼성물은 강철 분쇄 및 석탄 화염 전기 설비에서와 같이 혼성물의 고온 성질 및 구조적 통합성을 필요로 하는 제조 설비의 건설에 이로울 수 있다. 상기 강성의 용이하게 성형된 세라믹 혼성물은 현재 서비스 중에 있는 것들보다 높은 내부 온도 및 스트레스에서 작동하도록 디자인된 차세대 제트 엔진 및 극초음속 비히클용 엔진, 진보된 자동차 엔진 및 지지체 성분 및 진보된 엔진 성분들 및 지지체 구조 성분의 설계에서 중요하다. 고온 선박 갑판은 금속 붕화물/금속 카바이드 세라믹-탄소 혼성물의 보다 우수한 내열성을 필요로 하는 항공기 캐리어를 위해 용이하게 조립될 수 있다. 또한, 조절가능한 형태로 용이하게 제조되는 경량, 강성 및 경질의 세라믹은 성형된 구조에서 반응기 또는 주형에서 다시 조립되는 보다 우수한 군사 무기의 조립을 위해 매우 중요할 수 있다. 1단계로 강성의 성형된 내화 금속 붕화물 성분을 제조하는 능력은 경제적 이점 및 성형된 성분으로의 가공 필요성의 제거로 인해 이들의 중요성을 증진시킨다.The fiber-reinforced refractory metal boride carbon matrix hybrid can exhibit prominent mechanical properties for use under environmentally extremely high temperature conditions. The finely divided fiber-reinforced refractory nanoparticles metal boride carbonaceous composite enables the bonding of fully dense molded solid components, which can be interpreted as a huge economic advantage of increased operating temperature and mechanical integrity. , And high crack resistance for use in high stress and temperature applications such as advanced engine components for nuclear reactors and fuel cells. The fiber-reinforced ceramic blend may be advantageous in the construction of manufacturing facilities that require high temperature properties and structural integrity of the blend, such as in a steel mill and coal flame electrical installation. The rigid, easily formed ceramic blend is a next generation jet engine and an engine for hypersonic vehicles designed to operate at a higher internal temperature and stress than those currently in service, advanced automotive engine and support components, and advanced engine components And in the design of support structural components. Hot ship decks can be easily assembled for aircraft carriers that require better heat resistance of metal boride / metal carbide ceramic-carbon blends. In addition, lightweight, rigid and rigid ceramics that are easily manufactured in an adjustable form can be very important for the assembly of better military weapons that are reassembled in a reactor or mold in a molded structure. The ability to produce rigid molded refractory metal boride components in one step enhances their importance due to their economic advantages and elimination of the need for machining into molded components.

상기된 방법은 상대적으로 좁은 크기 범위내에서 이미 잘 형성된 금속 나노입자로부터 나노크기의 금속 붕화물을 제조할 수 있다. 상기 방법은 과량의 붕소 및 탄소 공급원에 대한 금속 나노입자의 높은 반응성에 의해 크게 중재되는 것으로 나타나고 상기의 동력학은 금속 격자로의 붕소 및 탄소 삽입률 및 상기 세라믹의 형성을 위한 적당한 결정학적 위치에서 후속적 위치화에 의해 결정될 수 있고 이는 온도에 의해 상기 공정의 비율을 직접적으로 조절할 수 있음을 의미한다.The method described above can produce nano-sized metal borides from well-formed metal nanoparticles within a relatively narrow size range. The process appears to be largely mediated by the high reactivity of the metal nanoparticles to the excess boron and carbon source, and the kinetics described above suggest that the boron and carbon incorporation rates into the metal lattice and the subsequent rate at the proper crystallographic location for the formation of the ceramic Can be determined by redemetification, which means that the rate of the process can be directly controlled by the temperature.

용융될 수 있는 탄소 물질의 사용을 통한 세라믹 탄소 매트릭스 혼성물의 형성은 공지되어 있다. 그러나, 이들 기획에서, 상기 붕화물 세라믹 분말은 처음에 상이한 반응 화학을 사용하여 형성되고 이어서 후속적으로 탄화되는 전구체 탄소 물질에 첨가된다. 또한 이전의 문단 기재된 것과 유사한 공정(즉, "원자별로" 형성되는)에서 2000℃ 초과의 고온 반응에 의해 금속 산화물 및 붕소 카바이드로부터 금속 붕화물 분말을 형성할 수 있고 부산물로서 일산화탄소가 형성된다. 어느 경우에든 농도가 용이하게 조절될 수 있는 세라믹 나노입자를 제조하기 위한 금속 나노입자 및 붕소 원소의 반응으로부터 붕화물 세라믹이 형성되지 않는다.The formation of ceramic carbon matrix hybrids through the use of meltable carbon materials is known. However, in these schemes, the boride ceramic powder is first formed using different reaction chemistries and then added to the subsequently carbonized precursor carbon material. It is also possible to form metal boride powders from metal oxides and boron carbide by a high temperature reaction above 2000 ° C in a process similar to that described in the previous paragraph (ie, "atomically" formed) and carbon monoxide is formed as a byproduct. In either case, the boron carbide is not formed from the reaction of the metal nanoparticles and the boron element to produce ceramic nanoparticles whose concentration can be easily controlled.

상기 방법의 제1 단계에서, 3개의 성분은 배합되고 완전하게 혼합될 수 있다. 하나는 내화 금속 나노입자 또는 내화 금속의 입자로 분해될 수 있는 내화-금속 화합물일 수 있는 금속 성분이다. IV-VI족의 전이 금속인, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 텅스텐, 니오븀, 몰리브덴, 크로뮴, 탄탈륩 또는 바나듐을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 내화 금속이 사용될 수 있다. 순수한 금속이 사용되는 경우, 나노입자 형태 또는 분말과 같은 다른 입자 형태일 수 있다. 상기 금속 입자가 사용되는 경우, 상기 금속은 붕소 또는 유기 성분과 직접적으로 반응할 수 있다. 적합한 분말은 텅스텐 및 탄탈륨을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.In the first step of the process, the three components can be blended and mixed thoroughly. One is a refractory metal nanoparticle or a metal component that can be a refractory-metal compound that can be broken down into particles of a refractory metal. Any refractory metal, including, but not limited to, transition metals of Group IV-VI, including, but not limited to, titanium, zirconium, hafnium, tungsten, niobium, molybdenum, chromium, tantalum or vanadium may be used. When a pure metal is used, it may be in the form of nanoparticles or other particles such as powders. When the metal particles are used, the metal may be directly reactive with boron or an organic component. Suitable powders include, but are not limited to, tungsten and tantalum.

순수한 금속 대신, 금속 원자를 함유하는 화합물이 사용될 수 있다. 상기 화합물은 승온에서 분해되어 금속 원자를 방출하여 이들은 붕소 또는 유기 성분과 반응할 수 있다. 적합한 상기 화합물은 내화 금속의 염, 수소화물, 카보닐 화합물 또는 할로겐화물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예는 티타늄 수소화물, 지르코늄 수소화물 및 하프늄 수소화물을 포함한다. 본원에 기재된 금속과 함께 사용될 수 있는 화합물의 유형의 다른 예 및 양태는 문헌[참조: 미국 특허 제6,673,953호; 제6,770,583호; 제6,846,345호; 제6,884,861호; 제7,722,851호; 제7,819,938호; 제8,277,534호]에 기재된 것일 수 있다.Instead of a pure metal, a compound containing a metal atom may be used. The compounds decompose at elevated temperatures to release metal atoms that can react with boron or organic components. Suitable such compounds include, but are not limited to, salts, hydrides, carbonyl compounds or halides of refractory metals. Examples include titanium hydrides, zirconium hydrides and hafnium hydrides. Other examples and embodiments of the types of compounds that can be used with the metals described herein are described in U.S. Patent 6,673,953; 6,770,583; 6,846,345; 6,884,861; 7,722,851; 7,819,938; 8,277, 534].

제2 성분은 원소 형태의 붕소이다. 적합한 붕소는 분말 형태로 용이하게 가용하다. 95-97%의 붕소가 적합하고 보다 높은 순수한 붕소 분말(99%)이 바람직하다. 상기 붕소 분말은 분쇄되어 이의 입자 크기를 감소시킬 수 있다.The second component is elemental boron. Suitable boron is readily available in powder form. 95-97% boron is suitable and higher pure boron powder (99%) is preferred. The boron powder may be pulverized to reduce its particle size.

제3 성분은 적어도 60중량%의 차르 수율을 갖는 유기 화합물이다. 차르 수율은 또한 적어도 70중량%, 80중량%, 90중량%, 또는 95중량% 정도로 높을 수 있다. 잠재적인 화합물의 차르 수율은 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 대기에서 적어도 1시간동안 적어도 1000℃로 가열하기 전후 샘플 중량을 비교함에 의해 측정할 수 있다. 높은 차르 수율을 갖는 임의의 상기 화합물은 차르 수행이 반응 기작에 역할을 수행할 수 있으므로 사용될 수 있다. 상기 차르 수율은 가열 단계가 또한 승압에서 수행되는 경우 사용될 상기 압력에서 측정할 수 있다. 따라서, 대기압에서 낮은 차르 수율을 갖지만 기재된 방법이 수행되는 외부 압력 또는 조건하에서 높은 차르 수율을 갖는 화합물이 금속 붕화물, 카바이드 및 질화물을 생성하기 위해 적합할 수 있다. 상기 유기 화합물은 순수한 금속 붕화물 및 임의로 금속 질화물을 형성하기 위해 제거될 수 있다.The third component is an organic compound having a Karr yield of at least 60% by weight. The Tard yield may also be as high as at least 70 wt%, 80 wt%, 90 wt%, or 95 wt%. The Karr yield of potential compounds can be determined by comparing the sample weights before and after heating to at least 1000 ° C for at least 1 hour in an inert atmosphere such as nitrogen or argon. Any such compound with a high Karr yield can be used because the char performance can play a role in the reaction mechanism. The Karr yield can be measured at the pressure to be used when the heating step is also carried out at elevated pressure. Thus, compounds having a low Tard yield at atmospheric pressure but a high Tard yield under external pressure or conditions under which the described process is carried out may be suitable for producing metal borides, carbides and nitrides. The organic compound may be removed to form a pure metal boride and optionally a metal nitride.

특정 유기 화합물은 상호적으로 일치하는 특성들의 조합을 포함하는 하기의 임의의 특성을 나타낼 수 있다: 탄소 및 질소만을 함유하는 것; 방향족 및 아세틸렌 그룹을 함유하는 것; 탄소, 질소. 및 질소 또는 산소만을 함유하는 것; 산소를 함유하지 않는 것; 및 산소 이외의 질소 원자를 함유하는 것. 이것은 최대 400℃, 350℃, 300℃, 250℃, 200℃ 또는 150℃의 융점을 가질 수 있고 용융은 화합물의 중합 또는 분재 전에 일어날 수 있다. 유기 화합물의 예는 1,2,4,5-테트라키스(페닐에티닐)벤젠(TPEB), 4,4'-디에티닐바이페닐(DEBP), N,N'-(1,4-페닐렌디메틸리딘)-비스(3-에티닐아닐린)(PDEA), N,N'-(1,4-페닐렌디메틸리딘)-비스(3,4-디시아노아닐린)(디아닐프탈로니트릴), 및 1,3-비스(3,4-디시아노페녹시)벤젠 (레소르시놀 프탈로니트릴) 또는 이의 전구중합체를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. TPEB 또는 다른 적합한 유기 화합물의 전구중합체와 같은 전구중합체가 또한 사용될 수 있다. 상이한 화합물은 함께 혼합되고/되거나 전구체 조성물의 유기 화합물로서 사용하기 전에 전구중합체 단계로 반응될 수 있다. 유기 화합물내 질소 원자의 존재는 질소 대기의 사용없이 세라믹내 금속 질화물을 생성시킬 수 있다.Certain organic compounds may exhibit any of the following characteristics including combinations of mutually consistent characteristics: those containing only carbon and nitrogen; Those containing aromatic and acetylene groups; Carbon, nitrogen. And those containing only nitrogen or oxygen; Not containing oxygen; And containing nitrogen atoms other than oxygen. It can have a melting point of up to 400 ° C, 350 ° C, 300 ° C, 250 ° C, 200 ° C or 150 ° C and melting can take place prior to polymerization or bonsaiing of the compound. Examples of the organic compound include 1,2,4,5-tetrakis (phenylethynyl) benzene (TPEB), 4,4'-diethynylbiphenyl (DEBP), N, N ' N, N '- (1,4-phenylenedimethylidene) -bis (3,4-dicyanoaniline) (dianilphthalonitrile), And 1,3-bis (3,4-dicyanophenoxy) benzene (resorcinol phthalonitrile) or a precursor polymer thereof. A precursor polymer such as a precursor polymer of TPEB or other suitable organic compound may also be used. The different compounds may be mixed together and / or reacted with the precursor polymer prior to use as the organic compound of the precursor composition. The presence of nitrogen atoms in organic compounds can produce metal nitrides in ceramics without the use of a nitrogen atmosphere.

하나 이상의 금속, 금속 화합물 및/또는 유기 화합물이 사용될 수 있다. 2개 이상의 상이한 금속을 사용하여 세라믹내 2개의 상이한 금속 붕화물, 카바이드 및/또는 질화물을 생성시킬 수 있다. 또한, 일부 경우에 금속 성분 및 유기 성분이 동일한 화합물인 경우 단지 하나의 화합물이 사용될 수 있다. 상기 화합물은 탄소 및 수소 함량이 높아 높은 차르 수율을 생성시킬 뿐만 아니라 상기 화합물에 결합된 내화 금속을 가질 수 있다.One or more metals, metal compounds and / or organic compounds may be used. Two or more different metals may be used to produce two different metal borides, carbides and / or nitrides in the ceramic. Also, in some cases, only one compound may be used if the metal component and the organic component are the same compound. The compounds are high in carbon and hydrogen content and can produce refractory metals bound to the compounds as well as produce high Karr yields.

전구체 물질내 임의의 성분은 다수의 섬유 또는 기타 섬유이다. 섬유의 예는 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 및 금속 섬유를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 상기 섬유는 혼합물에 혼입될 수 있는 임의의 차원일 수 있고 보다 짧은 차원으로 절단되거나 쪼개질 수 있다.Any component in the precursor material is a plurality of fibers or other fibers. Examples of fibers include, but are not limited to, carbon fibers, ceramic fibers, and metal fibers. The fibers can be any dimension that can be incorporated into the blend and can be cut or split into shorter dimensions.

용융 단계에서 혼합될수 있고/있거나 압력하에 결속될 수 있는 전구체 혼합물은 이어서 가열 단계를 거쳐 금속 나노입자 조성물을 형성한다. 이것은 혼합물이 주형에 있는 동안 수행할 수 있다. 이것은 혼합물의 유기 성분이 이미 액체가 아닌 경우 용융될 것이고 상기 혼합물이 가열 동안에 주형에 채워지고 세라믹이 형성되는 경우 이의 형태를 유지하기때문에 최종 생성물이 주형과 동일한 형태를 갖도록 한다. 상기 전구체 혼합물은 내화-금속 나노입자를 형성하기 위해 내화-금속 화합물의 분해를 유발하는 온도에서 불활성 대기하에 가열한다. 유기 화합물이 휘발성인 경우, 상기 가열은 유기 화합물의 증발을 피하기 위해 압력하에 수행할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 상기 가열 단계는 금속 분말로부터 나노입자의 형성을 포함한다. 반응이 금속 분말로부터 진행됨에 따라 상기 금속 입자는 보다 작아지게 된다. 상기 방법을 계속 진행하기 위해 나노입자가 형성되는지를 입증할 필요가 없다. 그러나, SEM, TEM 또는 x-선 회절 분석(XRD)과 같은 나노입자를 검출하기 위한 임의의 공지된 기술이 경우에 따라 금속 성분이 적합하게 나노입자를 생성시키는지를 입증하기 위해 사용될 수 있다. 적합한 가열 온도는 150-500 또는 700℃를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.The precursor mixture, which may be mixed in the melting step and / or bound under pressure, then undergoes a heating step to form the metal nanoparticle composition. This can be done while the mixture is in the mold. This ensures that the final product will have the same shape as the mold, because it will melt if the organic component of the mixture is not already liquid, and if the mixture is filled into the mold during heating and the ceramic is formed, The precursor mixture is heated under an inert atmosphere at a temperature which causes decomposition of the refractory-metal compound to form refractory-metal nanoparticles. If the organic compound is volatile, the heating may be carried out under pressure to avoid evaporation of the organic compound. As used herein, the heating step involves the formation of nanoparticles from a metal powder. As the reaction proceeds from the metal powder, the metal particles become smaller. There is no need to prove that nanoparticles are formed to continue with the process. However, any known technique for detecting nanoparticles such as SEM, TEM, or x-ray diffraction analysis (XRD) can be used to demonstrate that the metal components suitably produce nanoparticles in some cases. Suitable heating temperatures include, but are not limited to, 150-500 or 700 ° C.

전구체의 가열은 또한 유기 화합물의 열경화성 물질로의 중합을 유발할 수 있다. 상기 금속 나노입자(10)는 이어서 도 2에 나타낸 바와 같이 열경화성 물질(20) 전반에 걸쳐 분산된다. 상기 유기 화합물은 또한 나노입자가 형성되기 전에 중합할 수 있다. 내화-금속 화합물 또는 전반에 걸쳐 분산된 내화 금속의 입자(나노입자를 포함하는)를 갖는 열경화성 물질은 최종 생성물로서 사용될 수 있다. 상기 열경화성 물질은 또한 목적하는 형태로 가공하고 이어서 가열하여 하기된 세라믹을 형성할 수 있다. 상기 열경화성 물질은 유기 화합물이 제외된 경우 형성되지 않는다.Heating of the precursor may also cause polymerization of the organic compound into the thermosetting material. The metal nanoparticles 10 are then dispersed throughout the thermosetting material 20, as shown in FIG. The organic compound may also be polymerized before nanoparticles are formed. A thermoset material having refractory-metal compounds or particles of refractory metal (including nanoparticles) dispersed throughout can be used as the final product. The thermosetting material may also be processed to the desired shape and then heated to form the following ceramic. The thermosetting material is not formed when the organic compound is excluded.

상기 금속 공급원은 중간체 형태의 고체로서 열경화성 물질에 균일하게 분산되거나 매립될 수 있다. 상기 단계에서, 상기 조성물은 추가의 가열 및 금속 공급원과 상기 생성 탄소 매트릭스와의 반응으로부터 세라믹으로의 전환시 보유할 형태를 가질 수 있다.The metal source can be uniformly dispersed or embedded in the thermosetting material as an intermediate solids solid. In this step, the composition may have a form to retain upon further heating and conversion of the metal source to the ceramic from the reaction of the product carbon matrix.

상기 전구체 혼합물은 매우 밀집된 세라믹 고체를 제공하거나 최종 생성물을 조밀하게 하기 위해 반응물이 밀접하게 접촉되는 것을 촉진시키는 압력하에 성형된 고체 성분으로 결속시킬 수 있다. 상기 전구체 혼합물은 외부 압력하에 압착시키고 압력으로부터 해제하고 이어서 열경화성 물질로 가열함에 이어서 세라믹으로 전환시킬 수 있다. 대안적으로, 상기 전구체 혼합물은 외부 압력하에 압착시키고 열경화성 물질 및 세라믹으로 가열하는 동안에 상기 압력을 유지시킬 수 있다.The precursor mixture may be bound to a molded solid component under pressure which promotes close contact of the reactants to provide a highly dense ceramic solid or to densify the final product. The precursor mixture may be converted to ceramics by squeezing under external pressure and releasing from pressure and then heating to a thermoset material. Alternatively, the precursor mixture may be squeezed under external pressure and maintained at the pressure during heating with the thermoset material and ceramic.

제2 가열 단계에서, 상기 금속 나노입자 조성물을 가열하여 세라믹을 형성한다. 상기 가열은 탄소성 매트릭스(70)에서 내화-금속 붕화물(60) 및 내화-금속 카바이드의 나노입자의 형성을 유발하는 온도에서 수행된다(도 4). 상기 탄소성 매트릭스는 흑연 탄소, 탄소 나노튜브 및/또는 무정형 탄소를 포함할 수 있다. 유기 화합물이 제외된 경우 탄소성 매트릭스는 없다. 질소가 존재하는 경우, 금속 질화물 나노입자가 형성될 수 있다. 내부 보다는 표면상에 보다 높은 농도의 질화물이 있을 수 있다. 적합한 가열 온도는 500-1900℃를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.In the second heating step, the metal nanoparticle composition is heated to form a ceramic. The heating is performed at a temperature that causes the formation of refractory-metal boride 60 and refractory-metal carbide nanoparticles in the elastomeric matrix 70 (FIG. 4). The elastomeric matrix may comprise graphite carbon, carbon nanotubes and / or amorphous carbon. When organic compounds are excluded, there is no elastomeric matrix. When nitrogen is present, metal nitride nanoparticles can be formed. There may be higher concentrations of nitride on the surface than inside. Suitable heating temperatures include, but are not limited to, 500-1900 占 폚.

형성될 수 있는 나노입자는 티타늄 붕화물, 티타늄 카바이드, 지르코늄 붕화물, 지르코늄 카바이드, 하프늄 붕화물, 하프늄 카바이드, 텅스텐 붕화물, 텅스텐 카바이드, 탄탈륨 붕화물, 탄탈륨 카바이드, 및 HfaC2를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 금속 붕화물 또는 카바이드 입자의 존재 및 조성은 SEM, TEM, 또는 XRD와 같이, 나노입자를 검출하기 위한 임의의 공지된 기술에 의해 다양할 수 있다. 상기 나노입자는 100 nm, 50 nm, 또는 30 nm 미만의 평균 직경을 가질 수 있다. 이들은 일반적으로 형태가 구형일 수 있거나 비-구형, 예를 들어, 나노막대일 수 있다.The nanoparticles that may be formed include but are not limited to titanium boride, titanium carbide, zirconium boride, zirconium carbide, hafnium boride, hafnium carbide, tungsten boride, tungsten carbide, tantalum carbide, and HfaC 2 It does not. The presence and composition of the metal boride or carbide particles may be varied by any known technique for detecting nanoparticles, such as SEM, TEM, or XRD. The nanoparticles may have an average diameter of less than 100 nm, 50 nm, or 30 nm. These can generally be spherical in shape or non-spherical, for example, nanorods.

상기 세라믹은 나노입자의 적어도 5중량%, 10중량%, 20중량%, 30중량%, 40중량%, 50중량%, 60중량%, 70중량%, 80중량%, 90중량%, 95중량%, 또는 99중량%를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 양의 나노입자를 포함할 수 있다. 나노입자의 %는 부분적으로 전구체 혼합물 중에 금속 대 붕화물 및 탄소원자의 몰 비율에 의해 결정할 수 있다. 1:1의 비율에서, 거의 모든 붕소 및 탄소는 나노입자에 혼입될 수 있고 소량 또는 미량의 탄소성 매트릭스가 잔류한다. 보다 높은 양의 붕소는 보다 높은 비율의 금속 붕화물 대 금속 카바이드 나노입자를 유도할 수 있다. 보다 높은 양의 유기 화합물과 함께, 금속 카바이드 나노입자의 분획은 보다 낮고 탄소성 매트릭스의 분획은 보다 높다. 상기 방법에 의해, 금속 대 붕소 대 유기물의 비율에서의 변화를 사용하여 아르곤과 같은 불활성 대기에서는 수행되는 경우 금속 붕화물 및 금속 카바이드의 혼합물을 제공하고 질소 대기에서 수행되는 경우 금속 붕화물, 금속 카바이드 및 금속 질화물을 제공할 수 있다. 금속 질화물이 생성되는 경우, 전구체 혼합물 중에 탄소 양의 상승은 세라믹내 금속 질화물의 양을 저하시킬 수 있다. 상기 유기 화합물이 제외되는 경우, 생성물은 거의 모두 나노입자이다.The ceramic comprises at least 5 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, 50 wt%, 60 wt%, 70 wt%, 80 wt%, 90 wt%, 95 wt% , Or 99% by weight of the nanoparticles of the present invention. The percentage of nanoparticles can be determined in part by the molar ratio of metal to boride and carbon atoms in the precursor mixture. At a ratio of 1: 1, nearly all boron and carbon can be incorporated into the nanoparticles and small amounts or trace amounts of the elastomeric matrix remain. Higher amounts of boron can lead to higher ratios of metal boride to metal carbide nanoparticles. With higher amounts of organic compounds, the fraction of metal carbide nanoparticles is lower and the fraction of elastomeric matrix is higher. By this method, changes in the ratio of metal to boron to organics can be used to provide a mixture of metal borides and metal carbides when carried out in an inert atmosphere, such as argon, and to provide metal borides, metal carbides And metal nitrides. When a metal nitride is produced, an increase in the amount of carbon in the precursor mixture may lower the amount of the metal nitride in the ceramic. When the organic compound is excluded, the product is almost all nanoparticles.

상기 세라믹은 분말로서 형성되지 않고 깨지지 않은 매쓰의 고체 형태일 수 있다. 이것은 20용적% 미만의 보이드 또는 10%, 5%, 또는 1%의 낮은 보이드 용적을 함유할 수 있다. 이것은 전구체 혼합물(고체인 경우)과 동일한 형태를 가질 수 있거나 가열 동안에 위치된 주형 형태를 취할 수 있다. 상기 세라믹은 이것이 취급되는 경우 허물어지지 않고 극한 힘을 사용하는 것 없이 형태 또는 브레이크를 변화시킬 수 없다는 점에서 이의 형태를 보유할 수 있다. 상기 세라믹 조성물은 강성의 경질일 수 있고 구조적 통합성을 가질 수 있다. 성질의 정도는 고체 세라믹 조성물 중에 탄소에 대한 세라믹의 양에 의존할 수 있다. 임의의 형태는 장치로의 혼입에 유용한 제품을 제조하기 위해 형성될 수 있다. 상기 제품은 모든 차원에서 적어도 1cm의 최소 크기를 갖기에 충분할 수 있다. 즉, 상기 제품의 전체 표면은 제품의 매쓰 중앙으로부터 적어도 5mm이다. 모든 차원에서 적어도 10cm의 최소 크기를 갖는 것과 같이 보다 큰 제품이 제조될 수 있다. 또한, 상기 조성물은 1 mm, 2 mm, 또는 5 mm와 같은 보다 작은 크기를 가질 수 있다. The ceramic may not be formed as a powder but may be in the form of a solid unbroken mass. It may contain less than 20% by volume of voids or a low void volume of 10%, 5%, or 1%. It may have the same form as the precursor mixture (if it is a solid) or may take the form of a mold located during heating. The ceramic can retain its shape in that it can not be deformed when it is handled and can not change its shape or brakes without the use of extreme forces. The ceramic composition may be rigid rigid and may have structural integrity. The degree of properties may depend on the amount of ceramic to carbon in the solid ceramic composition. Any form may be formed to produce a product useful for incorporation into an apparatus. The product may be sufficient to have a minimum size of at least 1 cm at all dimensions. That is, the entire surface of the article is at least 5 mm from the mass center of the article. Larger products can be manufactured, such as having a minimum size of at least 10 cm at all dimensions. In addition, the composition may have a smaller size such as 1 mm, 2 mm, or 5 mm.

상기 세라믹이 산소-함유 대기에서 가열되어 세라믹의 표면상에 내화 금속의 산화물이 형성되는 경우 제3 가열 단계가 또한 수행될 수 있다. 예를 들어, 산화티탄은 표면상에 형성될 수 있다. 상기 표면 산화는 추가의 산화로부터 세라믹의 내부를 보호할 수 있다.A third heating step may also be performed if the ceramic is heated in an oxygen-containing atmosphere to form an oxide of refractory metal on the surface of the ceramic. For example, titanium oxide can be formed on the surface. The surface oxidation can protect the interior of the ceramic from further oxidation.

상기 하기의 실시예는 특정 응용을 설명하기 위해 주어진다. 이들 특정 실시예는 본원의 기재 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 미국 가출원 번호 제61/590,852호; 제61/640,744호; 제61/669,201호; 제61/693,930호에 기재된 임의의 다른 적합한 방법 및 물질이 사용될 수 있다. 임의의 탄소 공급원, 붕소 원소 공급원. 금속 화합물 및/또는 본원에 기재된 다른 파라미터를 현재 기재된 방법에 임의의 조합으로 사용될 수 있고 본원에 기재된 임의의 물질 및/또는 파라미터와 조합될 수 있다.
The following examples are given to illustrate specific applications. These specific embodiments are not intended to limit the scope of the disclosure herein. U.S. Provisional Application No. 61 / 590,852; 61 / 640,744; 61 / 669,201; Any other suitable methods and materials described in U.S. 61 / 693,930 may be used. Any carbon source, a boron element source. Metal compounds and / or other parameters described herein may be used in any combination with the presently described methods and combined with any of the materials and / or parameters described herein.

실시예 1Example 1

1:2.1:0.01의 비율로 TiH 2 , 붕소, 및 TPEB의 전구체 조성물의 제형화 - TPEB (0.129g; 0.270 mmol), 붕소 (0.455g, 42.1mmol), 및 TiH2 (1.00g; 20.0 mmol)은 완전히 혼합하고 매트릭스 물질로서 작용하는 과량의 탄소와 결합되거나 매립된 내화 나노입자(TiB2)의 형성을 위한 전구체 조성물로서 사용하였다. 3개의 반응물의 비율은 기재된 제형화 방법에 의해 용이하게 다양하게 할 수 있다.
1: 2.1: 0.01 in a proportion of TiH 2, boron, and the formulation of the precursor composition of TPEB - TPEB (0.129g; 0.270 mmol ), boron (0.455g, 42.1mmol), and TiH 2 (1.00g; 20.0 mmol) Was used as a precursor composition for the formation of refractory nanoparticles (TiB 2 ) bound or buried with excess carbon fully mixed and acting as a matrix material. The ratio of the three reactants can be easily varied by the described formulation methods.

실시예 2Example 2

아르곤 대기하에 1400℃까지 분당 10℃로 가열함에 의한 1단계로 내화 TiB 2 세라믹 고체의 형성을 위한 조건을 결정하기 위한 예비 TGA-DSC 열 분석 연구 - 실시예 1에서 제조된 전구체 조성물의 샘플(16.8960mg)을 TGA 세라믹 팬으로 칭량하고 15분동안 아르곤 기류(110 cc/분)로 세정함에 이어서 고체 세라믹 물질을 생성시키는 Q600 TGA-DSC TA 기구를 사용하여 1400℃까지 분당 10℃로 TGA 챔버에서 가열하였다. 상기 DSC 서모그램은 약 194℃에서 작은 융점 흡열반응(TPEB) 및 약 282℃에서 발열반응 전이 피크(성형된 열경화성 중합체를 형성하기 위한 TPEB의 에티닐 그룹의 반응/경화)를 나타내었다. 상기 가열이 계속됨에 따라, 상기 DSC 서모그램은 480℃ 초과에서 개시하는 전이와 약 533℃에서의 흡열 반응에 이어서 약 590℃에서 발열반응 피크의 조합을 나타내었다. 1400℃로의 상기 열 처리 동안에 상기 샘플은 1400℃에서 단지 소량의 중량이 상실되고 96.78중량%를 보유한다. 상기 세라믹 탄소 고체 조성물은 1단계로 형성되었고 구조적 통합성을 나타내었다.
A preliminary TGA-DSC thermal analysis study to determine the conditions for the formation of refractory TiB 2 ceramic solids in one step by heating to 1400 ° C at 1400 ° C under an argon atmosphere - a sample of the precursor composition prepared in Example 1 (16.8960 mg) was weighed with a TGA ceramic pan and cleaned in a TGA chamber at 10 ° C per minute to 1400 ° C using a Q600 TGA-DSC TA instrument, which was flushed with argon stream (110 cc / min) for 15 minutes followed by a solid ceramic material Respectively. The DSC thermogram showed a small melting endothermic reaction (TPEB) at about 194 ° C and an exothermic transition peak at about 282 ° C (reaction / cure of the ethynyl group of TPEB to form a molded thermoset polymer). As the heating continued, the DSC thermogram showed a combination of exothermic reaction peaks at about 590 ° C followed by a transition beginning at 480 ° C and an endothermic reaction at about 533 ° C. During this heat treatment to 1400 占 폚, the sample only lost a small amount of weight at 1400 占 폚 and retained 96.78% by weight. The ceramic carbon solid composition was formed in one step and exhibited structural integrity.

실시예 3Example 3

아르곤 대기하에 1300℃까지의 조절된 가열에 의해 1단계로 나노입자 내화 TiB 2 세라믹 고체의 형성 - 실시예 1에서 제조된 전구체 조성물의 샘플 (88.8430 mg)은 TGA 세라믹 팬으로 칭량하고 편평한 표면과 함께 팩킹시키고 250℃까지 분당 10℃로 아르곤 대기하에 TGA 챔버에서 가열하고 250℃에서 2시간동안 성형된 고체 열경화성 중합체로 결속시킨다. 250℃로의 열처리 동안에, 상기 샘플은 TPEB의 융점으로 인해 약 195℃에서 흡열반응 전이를 나타내었다. 250℃에서 상기 등온 가열 처리로 TPEB내 에티닐 단위의 반응을 유발하고 상기 성형된 열경화성 중합체로 전환시켰다. 상기 중합성 열경화성 물질에 매립된 TiH2 및 붕소로 구성된 고체 중합성 샘플은 이어서 분당 3℃로 1300℃까지 서서히 가열하고 1300℃에서 3시간동안 가열하여 96.06중량%를 보유하는 고체 세라믹 물질을 수득하였다. 400℃ 초과에서, TiH2는 Ti 나노입자와 H2로 분해되고; 상기 H2는 샘플로부터 증발시켰다. 추가로 상기 500℃에서 1300℃까지 가열하여 고도로 반응성인 Ti 나노입자와, 단순한 탄소화 과정동안에 형성되는 과량의 탄소에 매립된 고수율의 TiB2 나노입자 및 소량의 TiC 나노입자의 형성을 유발하는 열 처리 동안에 TPEB의 탄소화로부터 형성되는 탄소원자들과의 반응을 유도하였다. 보다 중요하게, 상기 나노입자 내화 세라믹 매트릭스 혼성물은 1단계로 형성되었다. 고체 샘플의 XRD 분석(도 5)은 TiB2 (87%) 및 TiC (13%)의 형성과 함께 청명한 반응을 나타내었다. TiB2에 대한 입자 크기는 21.5 nm이고 TiC에 대해서는 12.4 nm이었다. 도 6은 전형적인 샘플의 사진을 보여준다.
Formation of nanoparticles in one step by a controlled heating refractory TiB 2 ceramic solid under an argon atmosphere up to 1300 ℃ - a sample of the precursor composition prepared in Example 1 (88.8430 mg), together with the weighed out and a flat surface in a TGA ceramic pan Packed and bonded to a solid thermosetting polymer molded in a TGA chamber at 250C under argon atmosphere to 10O < 0 > C per minute at 250 < 0 > C for 2 hours. During the heat treatment to 250 캜, the sample showed an endothermic transition at about 195 캜 due to the melting point of TPEB. The isothermal heat treatment at 250 占 폚 caused the reaction of the vinyl units in the TPEB to be converted into the thermosetting polymer. The solid polymeric sample composed of TiH 2 and boron embedded in the polymeric thermosetting material was then slowly heated to 1300 ° C at 3 ° C per minute and heated at 1300 ° C for 3 hours to obtain a solid ceramic material having 96.06% . Above 400 ° C, TiH 2 is decomposed to Ti nanoparticles and H 2 ; The H 2 was evaporated from the sample. Further heating to above 500 ° C to 1300 ° C results in the formation of highly reactive Ti nanoparticles and a high yield of TiB 2 nanoparticles and small amounts of TiC nanoparticles buried in excess carbon formed during the simple carbonization process Induced the reaction with carbon atoms formed from carbonization of TPEB during thermal treatment. More importantly, the nanoparticulate refractory ceramic matrix hybrid was formed in one step. XRD analysis of the solid samples (Figure 5) showed a clear response with formation of TiB 2 (87%) and TiC (13%). The particle size for TiB 2 was 21.5 nm and for TiC was 12.4 nm. Figure 6 shows a photograph of a typical sample.

실시예 4Example 4

ZrH 2 , 붕소, 및 TPEB (1:1:0.02)의 전구체 조성물의 제형화 - TPEB (0.100 g; 0.209 mmol), 붕소 (0.115 g, 10.6 mmol), 및 ZrH2 (1.00 g; 10.7 mmol)을 완전히 혼합하고 매트릭스 물질로서 작용하는 과량의 탄소와 결합되거나 매립된 내화 나노입자(ZrB2)의 형성을 위한 전구체 조성물로서 사용하였다. 3개의 반응물의 비율은 기재된 제형화 방법에 의해 용이하게 다양하게 할 수 있다.
ZrH 2, boron, and TPEB formulated in a precursor composition of a (1:: 1 0.02) - TPEB (0.100 g; 0.209 mmol), boron (0.115 g, 10.6 mmol), and ZrH2; a (1.00 g 10.7 mmol) completely Was used as a precursor composition for the formation of refractory nanoparticles (ZrB 2 ) which were mixed and bound to an excess of carbon to act as a matrix material. The ratio of the three reactants can be easily varied by the described formulation methods.

실시예 5Example 5

아르곤 대기하에 1400℃까지 분당 10℃로 가열함에 의해 1단계로 내화 ZrB 2 고체 세라믹 조성물의 형성 - 실시예 4에서 제조된 전구체 조성물의 샘플 (12.1180 mg)을 TGA 세라믹 팬으로 칭량하고, 편평한 표면과 함께 팩킹시키고 아르곤 기류 (110 cc/분)하에 10℃에서 1400℃까지 TGA 챔버내에서 가열하여 98.03중량%를 보유하는 고체 물질을 생성시켰다. 상기 열처리 동안에, 상기 샘플은 약 194℃(흡열반응 전이: TPEB)에서 용융되고 성형된 고체 열경화성 중합체로의 경화로 인해 약 292℃에서 발열반응 전이 피크를 나타내었다. 1400℃에서 실온으로 냉각시킨 후, 상기 고체 세라믹 조성물은 TGA 팬으로부터 제거하였다. 상기 성형된 고체 세라믹 내화 ZrB2 세라믹 탄소 혼성물은 1단계로 형성되었고 경질인 것으로 나타났고 구조적 통합성을 나타내었다.
Formation of refractory ZrB 2 solid ceramic composition in one step by heating to 1400 ° C under argon atmosphere to 10 ° C per minute - Samples (12.1180 mg) of the precursor composition prepared in Example 4 were weighed in a TGA ceramic pan and placed on a flat surface Packed together and heated in a TGA chamber from 10 ° C to 1400 ° C under an argon stream (110 cc / min) to produce a solid material having 98.03% by weight. During the heat treatment, the sample exhibited an exothermic reaction transition peak at about 292 占 폚 due to curing into a molded solid thermosetting polymer at about 194 占 폚 (endothermic reaction transition: TPEB). After cooling to 1400 ° C at room temperature, the solid ceramic composition was removed from the TGA pan. The molded solid ceramic refractory ZrB 2 ceramic carbonaceous material was formed in one stage and was hard and showed structural integrity.

실시예 6Example 6

아르곤 대기하에 1300℃까지 3℃/분의 조절된 가열에 의해 1단계로 나노입자 내화 ZrB 2 세라믹 고체의 형성 - 실시예 4에서와 같이 제조된 분말화된 조성물의 샘플(115.7420 mg)을 TGA 세라믹 팬으로 칭량하고 편평한 표면으로 팩킹시키고 분당 5℃로 250℃까지 아르곤 기류 (110cc/분)하에 TGA 챔버에서 가열하고 250℃에서 1시간동안 가열하여 성형된 고체 열경화성 중합체로 결속시켰다. 상기 열처리 동안에, 상기 샘플은 TPEB의 융점으로 인해 약 195℃에서 흡열반응 전이를 보여주었다. 250℃에서 상기 등온 열 처리로 TPEB 중에서 에티닐 단위를 반응시키고 성형된 고체 열경화성 중합체로 전환시켰다. 상기 수득한 열경화성 중합체는 중합체의 도메인에 매립된, 균일하게 분포된 ZrH2 및 붕소를 함유하였다. 500℃ 이상에서 추가로 가열하여 ZrH2를 Zr 나노입자 및 H2로 분해시키고 형성된 바와 같은 샘플로부터 H2를 증발시켰다. 상기 고체 열경화성 중합체 샘플은 분당 3℃로 1300℃까지 서서히 가열하고 상기 온도에서 3시간동안 방치하여 93.27중량%로 보유된 고체 세라믹 물질을 수득한다. 500℃에서 1300℃까지 가열하여 고도로 반응성 Zr 나노입자를 붕소와 단순한 탄소화 과정 동안에 TPEB의 분해로부터 형성된 생성되는 탄소 원자와 반응시켜 과량의 탄소에 매립된 ZrB2 및 ZrC 나노입자를 형성시켰다. 보다 중요하게, 신규한 내화 금속 세라믹 탄소 매트릭스 조성물은 1단계로 형성되었다. XRD 분석은 상기 열처리 동안에 형성된 생성물로서 무정형 탄소 매트릭스에 매립된 순수한 고수율의 ZrB2 및 ZrC 나노입자를 보여주었다. 상기 XRD 연구는 고체 탄소 세라믹 조성물내에서 각각 ZrB2 및 ZrC에 대해 평균 입자 크기가 35nm 및 32nm인 약 50/50 양의 ZrB2 및 ZrC 나노입자를 보여주었다.
Formation of nanoparticulate refractory ZrB 2 ceramic solids in one step by controlled heating at 3 ° C / min under 1300 ° C under an argon atmosphere - Samples (115.7420 mg) of the powdered composition prepared as in Example 4 were mixed with TGA ceramic Packed in a pan and packed into a flat surface and heated in a TGA chamber to 5O < 0 > C / minute to 250 < 0 > C under argon flow (110 cc / min) and heated at 250 [deg.] C for 1 hour to bond to the molded solid thermoset polymer. During the heat treatment, the sample showed an endothermic reaction transition at about 195 캜 due to the melting point of TPEB. Ethynyl units in TPEB were reacted at 250 < 0 > C by isothermal heat treatment and converted to molded solid thermosetting polymers. The resulting thermoset polymer contained homogeneously distributed ZrH 2 and boron, embedded in the domain of the polymer. Further heated at the above 500 ℃ and evaporated to H 2 from a sample, such as ZrH 2 was formed by decomposition Zr nanoparticles and H 2. The solid thermosetting polymer sample is slowly heated to 1300 DEG C at 3 DEG C per minute and left at that temperature for 3 hours to obtain a solid ceramic material held at 93.27 wt%. Highly reactive Zr nanoparticles were reacted with boron and the resulting carbon atoms formed from the decomposition of TPEB during the simple carbonization process by heating from 500 ° C to 1300 ° C to form excess carbon-embedded ZrB 2 and ZrC nanoparticles. More importantly, the novel refractory metal ceramic carbon matrix composition was formed in one step. XRD analysis showed pure high yield ZrB2 and ZrC nanoparticles embedded in amorphous carbon matrix as the product formed during the heat treatment. The XRD studies have shown each ZrB 2 and ZrC an average particle size of 35nm and 32nm in ZrB2 and ZrC nanoparticles of about 50/50 both for the solid carbon in the ceramic composition.

실시예 7Example 7

ZrH 2 , 붕소 및 TPEB (1:2.0:0.02)의 전구체 조성물의 제형화 - TPEB (0.100 g; 0.209 mmol), 붕소(0.233 g, 21.5 mmol), 및 ZrH2 (1.00 g; 10.7 mmol)를 완전히 혼합하고 매트릭스 물질로서 작용하는 과량의 탄소와 매립되거나 결합된 내화 나노입자 ZrB2의 형성을 위한 전구체 조성물로서 사용하였다. 3개의 반응물의 비율은 상기된 제형화 방법에 의해 용이하게 다양하게 할 수 있다.
ZrH 2, boron and TPEB (1: 2.0: 0.02) formulation of the precursor composition of the - TPEB (0.100 g; 0.209 mmol ), boron (0.233 g, 21.5 mmol), and ZrH 2; a (1.00 g 10.7 mmol) completely Was used as a precursor composition for the formation of ZrB 2 , a refractory nanoparticle buried or bonded with an excess of carbon mixed and acting as a matrix material. The ratio of the three reactants can easily be varied by the above-described formulation method.

실시예 8Example 8

화학양론적 양의 붕소를 사용하여 아르곤 대기하에 1400℃까지 3℃/분으로 조절된 가열에 의해 1단계로 생성된 고체 세라믹내 ZrC에 상대적인 고수율의 나노입자 내화 ZrB 2 의 형성 - 실시예 7에서와 같이 제조된 분말화된 조성물의 샘플(115.7420 mg)을 TGA 세라믹 팬으로 칭량하고 편평한 표면으로 팩킹시키고 분당 5℃로 250℃까지 아르곤 기류 (110cc/분)하에 TGA 챔버에서 가열하고 250℃에서 1시간동안 가열하여 성형된 고체 열경화성 중합체로 결속시켰다. 상기 열처리 동안에, 상기 샘플은 TPEB의 융점으로 인해 약 195℃에서 흡열반응 전이를 보여주었다. 250℃에서 상기 등온 열 처리로 TPEB 중에서 에티닐 단위를 반응시키고 성형된 고체 열경화성 중합체로 전환시켰다. 상기 수득한 열경화성 중합체는 중합체의 도메인에 매립된, 균일하게 분포된 1몰의 ZrH2 및 2몰의 붕소를 함유하였다. 500℃ 이상에서 추가로 가열하여 ZrH2를 Zr 나노입자 및 H2로 분해시키고 형성된 바와 같은 H2를 상기 샘플로부터 증발시켰다. 상기 고체 열경화성 중합체 샘플은 분당 3℃로 1400℃까지 서서히 가열하고 상기 온도에서 3시간동안 방치하여 97.27중량%로 보유된 구조적 통합성을 갖는 세라믹 고체를 수득한다. 500℃에서 1400℃까지 가열하여 고도로 반응성인 Zr 나노입자를 붕소와 단순한 탄소화 과정 동안에 TPEB의 분해로부터 형성된 생성되는 탄소 원자와 반응시켜 과량의 탄소에 매립된 ZrB2 및 ZrC 나노입자를 형성시켰다. 내화 금속 세라믹 탄소 매트릭스 조성물은 1단계로 형성되었다. XRD 분석(도 7)은 상기 열처리 동안에 형성된 생성물로서 무정형 탄소 매트릭스에 매립된 ZrC에 상대적으로 순수한 고수율의 ZrB2 나노입자를 보여주었다. 상기 XRD 연구는 각각 ZrB2 및 ZrC에 대해 평균 입자 크기가 46nm 및 19.6nm인 약 75/25 양의 ZrB2 및 ZrC 나노입자를 보여주었다. 도 8은 전형적인 샘플의 사진을 보여준다.
Stoichiometric with the amount of boron and relative to the solid ceramic within ZrC produced in one step by a controlled heating to the 3 ℃ / min under an argon atmosphere up to 1400 ℃ nanoparticles yield refractory ZrB 2 formed of - Example 7 (115.7420 mg) were weighed with a TGA ceramic pan and packed onto a flat surface and heated in a TGA chamber to 5O < 0 > C / minute to 250 < 0 > C under argon flow (110 cc / min) Lt; / RTI > for 1 hour to bind to the molded solid thermosetting polymer. During the heat treatment, the sample showed an endothermic reaction transition at about 195 캜 due to the melting point of TPEB. Ethynyl units in TPEB were reacted at 250 < 0 > C by isothermal heat treatment and converted to molded solid thermosetting polymers. The obtained thermosetting polymer contained 1 mole of ZrH 2 and 2 moles of boron uniformly distributed, embedded in the domain of the polymer. Further heated at the above 500 ℃ and evaporated to H 2 equal to ZrH 2 as digested with Zr nanoparticles and H 2 was formed from the sample. The solid thermoset polymer sample is slowly heated to 3O < 0 > C / minute to 1400 < 0 > C and left at that temperature for 3 hours to obtain a ceramic solid having structural integrity retained at 97.27% by weight. By heating from 500 ° C to 1400 ° C, highly reactive Zr nanoparticles were reacted with boron and the resulting carbon atoms formed from the decomposition of TPEB during the simple carbonization process to form excess carbon-embedded ZrB 2 and ZrC nanoparticles. The refractory metal ceramic carbon matrix composition was formed in one step. XRD analysis (FIG. 7) showed ZrB 2 nanoparticles relatively pure and high yield relative to ZrC embedded in an amorphous carbon matrix as a product formed during the heat treatment. The XRD study showed a mean particle size of 46nm and 19.6nm of ZrC and ZrB2 nanoparticles of about 75/25 both for each of ZrC and ZrB 2. Figure 8 shows a photograph of a typical sample.

실시예 9Example 9

ZrH 2 , 붕소 및 TPEB (1:2:0:0.006)의 전구체 조성물의 제형화 - TPEB (0.033 g; 0.069 mmol), 붕소(0.233 g, 21.5 mmol), 및 ZrH2 (1.00 g; 10.7 mmol)를 완전히 혼합하고 매트릭스 물질로서 작용하는 과량의 탄소와 매립되거나 결합된 내화 나노입자 ZrB2의 형성을 위한 전구체 조성물로서 사용하였다. 3개의 반응물의 비율은 상기된 제형화 방법에 의해 용이하게 다양하게 할 수 있다.
ZrH 2, boron and TPEB formulated in a precursor composition of a (1: 2:: 0 0.006 ) - TPEB (0.033 g; 0.069 mmol), boron (0.233 g, 21.5 mmol), and ZrH 2 (1.00 g; 10.7 mmol ) were fully mixed and used as the precursor composition for the formation of excess carbon and the embedded or bonded refractory nanoparticles ZrB 2 which serves as a matrix material. The ratio of the three reactants can easily be varied by the above-described formulation method.

실시예 10Example 10

화학양론적 양의 붕소 및 보다 소량의 TPEB를 사용하여 아르곤 대기하에 1300℃까지 3℃/분으로 조절된 가열에 의해 1단계로 생성된 고체 세라믹내 ZrC 나노입자에 상대적인 고수율의 나노입자 내화 ZrB 2 의 형성 - 실시예 9에서와 같이 제조된 분말화된 조성물의 샘플(114.8850 mg)을 TGA 팬으로 칭량하고 편평한 표면으로 팩킹시키고 분당 10℃로 250℃까지 아르곤 기류 (110cc/분)하에 TGA 챔버에서 가열하고 250℃에서 1시간동안 가열하여 성형된 고체 열경화성 중합체로 결속시켰다. 250℃에서 상기 등온 열 처리로 TPEB 중에서 에티닐 단위를 반응시키고 성형된 고체 열경화성 중합체로 전환시켰다. 상기 수득한 열경화성 중합체는 중합체의 도메인에 매립된, 균일하게 분포된 ZrH2 및 붕소를 함유하였다. 상기 고체 열경화성 중합체 샘플은 분당 3℃로 1300℃까지 서서히 가열하고 상기 온도에서 3시간동안 방치하여 98.01중량%로 보유된 구조적 통합성을 갖는 세라믹 고체를 수득한다. 500℃에서 1300℃까지 가열하여 고도로 반응성인 Zr 나노입자를 붕소 및, 실시예 4 및 7의 전구체 조성물과 비교하여 보다 소량으로 존재하는 TPEB의 분해로부터 형성된 생성되는 탄소 원자와 반응시켰다. 내화 금속 세라믹 탄소 매트릭스 조성물은 1단계로 형성되었다. XRD 분석은 상기 열처리 동안에 형성된 생성물로서 무정형 탄소 매트릭스에 매립된 ZrC 나노입자에 상대적으로 순수한 고수율의 ZrB2 나노입자를 보여주었다. 상기 XRD 연구는 각각 ZrB2 및 ZrC에 대해 평균 입자 크기가 29.3nm 및 27.9nm인 약 85% 수율의 ZrB2 나노입자 및 15% 수율의 ZrC 나노입자를 보여주었다.
High yield nanoparticles in ZrC nanoparticles in a solid phase produced in one step by heating at 3 ° C / min to 1300 ° C under argon atmospheres using stoichiometric amounts of boron and a smaller amount of TPEB ZrB 2 is formed of - example powdered sample of the composition prepared as in 9 (114.8850 mg) the TGA chamber under a stream of argon (110cc / min) to weighed by TGA pan and packed into a flat surface and 250 ℃ per minute 10 ℃ Lt; RTI ID = 0.0 > 250 C < / RTI > for 1 hour to bond to the molded solid thermosetting polymer. Ethynyl units in TPEB were reacted at 250 < 0 > C by isothermal heat treatment and converted to molded solid thermosetting polymers. The resulting thermoset polymer contained homogeneously distributed ZrH 2 and boron, embedded in the domain of the polymer. The solid thermoset polymer sample is slowly heated to 1300 占 폚 at 3 占 폚 per minute and left at this temperature for 3 hours to obtain a ceramic solid having structural integrity of 98.01% by weight. By heating from 500 ° C to 1300 ° C, the highly reactive Zr nanoparticles were reacted with the resulting carbon atoms formed from decomposition of boron and TPEB present in smaller amounts compared to the precursor compositions of Examples 4 and 7. The refractory metal ceramic carbon matrix composition was formed in one step. XRD analysis showed relatively pure and high yield of ZrB 2 nanoparticles on the ZrC nanoparticles embedded in the amorphous carbon matrix as the product formed during the heat treatment. The XRD study showed about 85% yield of ZrB 2 nanoparticles and 15% yield of ZrC nanoparticles with average particle sizes of 29.3 nm and 27.9 nm for ZrB 2 and ZrC, respectively.

실시예 11Example 11

HfH 2 , 붕소 및 TPEB (1:2.1:0.01)의 전구체 조성물의 제형화 - TPEB (0.035 g; 0.073 mmol), 붕소(0.126 g, 11.6 mmol), 및 HfH2 (1.00 g; 5.56 mmol)를 완전히 혼합하고 매트릭스 물질로서 작용하는 과량의 탄소와 매립되거나 결합된 내화 나노입자 HfB2의 형성을 위한 전구체 조성물로서 사용하였다. 2개의 반응물의 비율은 상기된 제형화 방법에 의해 용이하게 다양하게 할 수 있다.
HfH 2, boron and TPEB formulated in a precursor composition of a (1:: 2.1 0.01) - TPEB (0.035 g; 0.073 mmol), boron (0.126 g, 11.6 mmol), and HfH 2; a (1.00 g 5.56 mmol) completely mixed and used as the precursor composition for the formation of excess carbon and the embedded or bonded refractory nanoparticles HfB 2 which acts as a matrix material. The ratio of the two reactants can easily be varied by the above-described formulation methods.

실시예 12Example 12

아르곤 대기하에 10℃/분으로 1400℃까지 가열함에 의해 1단계로 내화 HfB 2 세라믹 고체의 형성을 위한 조건을 결정하기 위한 예비 TGA-DSC 열 분석 연구 - 실시예 11에서 제조된 전구체 조성물의 샘플(30.9100mg)을 세라믹 팬으로 칭량하고 편평한 평면으로 팩킹시키고 15분동안 아르곤 기류(110 cc/분)로 세정함에 이어서 98.47중량%를 보유하는 고체 세라믹 물질을 생성시키는 Q600 TGA-DSC TA 기구를 사용하여 1400℃까지 분당 10℃로 TGA 챔버에서 가열하였다. 상기 DSC 서모그램은 약 194℃에서 작은 융점 흡열반응(TPEB) 및 약 282℃에서 발열반응 전이 피크(성형된 열경화성 중합체를 형성하기 위한 TPEB의 에티닐 그룹의 반응/경화)를 나타내었다. 상기 DSC 서모그램은 약 535℃ 및 728℃에서 2개의 발열반응 전이 피크를 보여주었다. 상기 가열이 계속됨에 따라, 상기 DSC 서모그램은 약 1142℃까지는 편평하였지만 발열반응 전이를 나타내기 시작했고 이는 1400℃의 최종 온도까지 계속되었다. 1400℃로의 상기 열 처리 동안에 상기 샘플은 1400℃에서 단지 소량의 중량이 상실되고 98.47중량%를 보유한다. 상기 세라믹 탄소 고체 조성물은 1단계로 형성되었고 구조적 통합성을 나타내었다.
A preliminary TGA-DSC thermal analysis study to determine the conditions for the formation of refractory HfB 2 ceramic solids in one step by heating to 1400 ° C at 10 ° C / min under an argon atmosphere - a sample of the precursor composition prepared in Example 11 30.9100 mg) were weighed out with a ceramic pan and packed in a flat plane and cleaned with argon stream (110 cc / min) for 15 minutes followed by a Q600 TGA-DSC TA instrument to produce a solid ceramic material having 98.47% Lt; RTI ID = 0.0 > 10 C < / RTI > The DSC thermogram showed a small melting endothermic reaction (TPEB) at about 194 ° C and an exothermic transition peak at about 282 ° C (reaction / cure of the ethynyl group of TPEB to form a molded thermoset polymer). The DSC thermogram showed two exothermic reaction transition peaks at about 535 ° C and 728 ° C. As the heating continued, the DSC thermogram was flat to about 1142 ° C, but began to exhibit an exothermic transition, which continued to a final temperature of 1400 ° C. During this heat treatment to 1400 占 폚, the sample only lost a small amount of weight at 1400 占 폚 and retained 98.47% by weight. The ceramic carbon solid composition was formed in one step and exhibited structural integrity.

실시예 13Example 13

아르곤 대기하에 1300℃까지 3℃/분의 조절된 가열에 의해 1단계로 나노입자 내화 HfB 2 고체 세라믹의 형성 - 실시예 11에서와 같이 제조된 분말화된 조성물의 샘플(115.7420 mg)을 세라믹 팬으로 칭량하고 편평한 표면으로 팩킹시키고 분당 10℃로 250℃까지 아르곤 기류 (110cc/분)하에 TGA 챔버에서 가열하고 250℃에서 1시간동안 가열하여 성형된 고체 열경화성 중합체로 결속시켰다. 상기 열처리 동안에, 상기 샘플은 TPEB의 융점으로 인해 약 195℃에서 흡열반응 전이를 보여주었다. 250℃에서 상기 등온 열 처리로 TPEB 중에서 에티닐 단위를 반응시키고 성형된 고체 열경화성 중합체로 전환시켰다. 상기 수득한 열경화성 중합체는 중합체의 도메인에 매립된, 균일하게 분포된 HfH2 및 붕소를 함유하였다. 500℃ 이상에서 추가로 가열하여 HfH2를 Hf 나노입자 및 H2로 분해시키고 형성된 바와 같은 H2는 샘플로부터 증발되는 반면, 고도로 반응성인 Hf 나노입자는 붕소 원소, 및 TPEB의 탄소화로부터 형성된 탄소 원자와 상호작용한다. 상기 고체 열경화성 중합체 샘플은 분당 3℃로 1300℃까지 서서히 가열하고 상기 1300℃에서 3시간동안 가열하여 98.49중량%로 보유된 구조적 통합성을 갖는 세라믹 고체를 수득한다. 상기 신규한 내화 금속 세라믹 탄소 매트릭스 조성물은 1단계로 형성되었다. XRD 분석(도 9)은 상기 열처리 동안에 형성된 생성물로서 무정형 탄소 매트릭스에 매립된 순수한 고수율의 HfB2 (87%) 및 HfC (13%) 나노입자를 보여주었다. 상기 XRD 연구는 HfB2 및 HfC에 대해 각각 31.3nm 및 30.5nm의 평균 입자 크기를 보여주었다. 도 10은 전형적인 샘플의 사진을 보여준다.
Nanoparticles refractory HfB 2 solid ceramic formed in one step by a controlled heating of a 3 ℃ / min under an argon atmosphere up to 1300 ℃ - the powdered sample (115.7420 mg) of the composition prepared as in Example 11 ceramic pan And heated in a TGA chamber under argon flow (110 cc / min) to 10O < 0 > C / minute to 250 < 0 > C and heated at 250 [deg.] C for 1 hour to bond with the molded solid thermosetting polymer. During the heat treatment, the sample showed an endothermic reaction transition at about 195 캜 due to the melting point of TPEB. Ethynyl units in TPEB were reacted at 250 < 0 > C by isothermal heat treatment and converted to molded solid thermosetting polymers. The obtained thermosetting polymer contained homogeneously distributed HfH 2 and boron, embedded in the domain of the polymer. Further heated at the above 500 ℃ and H 2 as the HfH 2 described decomposition and formed from a Hf nanoparticles and H 2, on the other hand to be evaporated from the sample, a highly reactive Hf nanoparticles carbon formed from the carbonization of the boron element, and TPEB Interact with atoms. The solid thermoset polymer sample was slowly heated to 1300 占 폚 at 3 占 폚 / minute and heated at 1300 占 폚 for 3 hours to obtain a ceramic solid having structural integrity retained at 98.49% by weight. The new refractory metal ceramic carbon matrix composition was formed in one step. XRD analysis (Figure 9) showed pure high yield HfB 2 (87%) and HfC (13%) nanoparticles embedded in amorphous carbon matrix as the product formed during the heat treatment. The XRD study showed an average particle size of 31.3 nm and 30.5 nm for HfB 2 and HfC, respectively. Figure 10 shows a photograph of a typical sample.

실시예 14Example 14

텅스텐, 붕소 및 TPEB (1:1.2:0.01)의 전구체 조성물의 제형화 - TPEB (0.018 g; 0.038 mmol), 붕소(0.035 g, 3.24 mmol), 및 텅스텐 (0.500 g; 2.72 mmol) 분말을 완전히 혼합하고 매트릭스 물질로서 작용하는 과량의 탄소와 매립되거나 결합된 내화 나노입자 WB의 형성을 위한 전구체 조성물로서 사용하였다. 3개의 반응물의 비율은 상기된 제형화 방법에 의해 용이하게 다양하게 할 수 있다.
(0.018 g; 0.038 mmol), boron (0.035 g, 3.24 mmol), and tungsten (0.500 g; 2.72 mmol) powder were thoroughly mixed with each other to form a precursor composition of tungsten, boron and TPEB And used as a precursor composition for the formation of refractory nanoparticles WB that are buried or bound with an excess of carbon acting as a matrix material. The ratio of the three reactants can easily be varied by the above-described formulation method.

실시예 15Example 15

아르곤 대기하에 10℃/분으로 1400℃까지 가열함에 의해 1단계로 내화 WB 세라믹 고체의 형성을 위한 조건을 결정하기 위한 예비 TGA-DSC 열 분석 연구 - 실시예 14에서 제조된 전구체 조성물의 샘플(16.8960mg)을 세라믹 팬으로 칭량하고 편평한 평면으로 팩킹시키고 15분동안 아르곤 기류(110 cc/분)로 세정함에 이어서 Q600 TGA-DSC TA 기구를 사용하여 1400℃까지 분당 10℃로 TGA 챔버에서 가열하여 97.03중량%가 보유된 고체 세라믹 물질을 생성시켰다. 1400℃로의 열 처리 동안에 상기 샘플은 약 1100℃에서 작은 발열반응 피크를 나타내었고 약 1188℃에서는 보다 강한 발열반응이 개시되었다. 상기 세라믹 탄소 고체 조성물은 구조적 통합성을 나타내었다.
A preliminary TGA-DSC thermal analysis study to determine the conditions for the formation of refractory WB ceramic solids in one step by heating to 1400 ° C at 10 ° C / min under an argon atmosphere - a sample of the precursor composition prepared in Example 14 (16.8960 mg) were weighed out with a ceramic pan and packed in a flat plane and rinsed with argon stream (110 cc / min) for 15 minutes followed by heating in a TGA chamber to 10O < 0 > C / min to 1400 [deg.] C using a Q600 TGA- % ≪ / RTI > retained solid ceramic material. During the heat treatment to 1400 ° C, the sample showed a small exothermic reaction peak at about 1100 ° C and a stronger exothermic reaction at about 1188 ° C. The ceramic carbon solid composition exhibited structural integrity.

실시예 16Example 16

아르곤 대기하에 1300℃까지 2℃/분의 조절된 가열에 의해 1단계로 나노입자 내화 WB 고체 세라믹의 형성 - 실시예 14에서와 같이 제조된 분말화된 조성물의 샘플(115.7420 mg)을 세라믹 팬으로 칭량하고 편평한 표면으로 팩킹시키고 분당 10℃로 250℃까지 아르곤 기류 (110cc/분)하에 TGA 챔버에서 가열하고 250℃에서 1시간동안 가열하여 성형된 고체 열경화성 중합체로 결속시켰다. 상기 열처리 동안에, 상기 샘플은 TPEB의 융점으로 인해 약 195℃에서 흡열반응 전이를 보여주었다. 250℃에서 상기 등온 열 처리로 TPEB 중에서 에티닐 단위를 반응시키고 성형된 고체 열경화성 중합체로 전환시켰다. 상기 수득한 열경화성 중합체는 중합체의 도메인에 매립된, 균일하게 분포된 텅스텐 및 붕소 원소를 함유하였다. 상기 열경화성 중합체 조성물을 추가로 가열하여 붕소 원소, 및 TPEB의 탄소화로부터 형성된 탄소 원자와 상호작용하는 미세화된 텅스텐 입자를 수득하였다. 상기 고체 열경화성 중합체 샘플은 분당 2℃로 1300℃까지 서서히 가열하고 상기 1300℃에서 3시간동안 가열하여 97.31중량%로 보유된 탄소 세라믹 고체를 수득한다. 상기 내화 금속 세라믹 탄소 매트릭스 조성물은 1단계로 형성되었고 이의 구조적 통합성을 보유하였다. XRD 분석(도 11)은 무정형 탄소 매트릭스에 매립된 소량의 WC 나노입자와 함께 평균 입자 크기 24nm인 고수율의 매우 순수한 WB 나노입자를 보여주었다.
Formation of a nanoparticulate refractory WB solid ceramic in one step by controlled heating at 2 DEG C / min to 1300 DEG C under an argon atmosphere - A sample of the powdered composition (115.7420 mg) prepared as in Example 14 was placed in a ceramic pan Packed with a weighed flat surface and heated in a TGA chamber to 10O < 0 > C / minute to 250 < 0 > C under argon flow (110 cc / min) and heated at 250 [deg.] C for 1 hour to bond to the molded solid thermoset polymer. During the heat treatment, the sample showed an endothermic reaction transition at about 195 캜 due to the melting point of TPEB. Ethynyl units in TPEB were reacted at 250 < 0 > C by isothermal heat treatment and converted to molded solid thermosetting polymers. The obtained thermosetting polymer contained uniformly distributed tungsten and boron elements embedded in the domain of the polymer. The thermosetting polymer composition was further heated to obtain micronized tungsten particles interacting with the boron element and carbon atoms formed from the carbonization of TPEB. The solid thermoset polymer sample is heated slowly to 1300 占 폚 at 2 占 폚 per minute and heated at 1300 占 폚 for 3 hours to obtain a carbon ceramic solid retained at 97.31% by weight. The refractory metal ceramic carbon matrix composition was formed in one step and retained its structural integrity. XRD analysis (Figure 11) showed very pure WB nanoparticles with a high average yield of 24 nm with a small amount of WC nanoparticles embedded in the amorphous carbon matrix.

실시예 17Example 17

탄탈륨, 붕소 및 TPEB (1:2.1:0.01)의 전구체 조성물의 제형화 - TPEB (0.018 g; 0.038 mmol), 붕소(0.063 g, 5.83 mmol), 및 탄탈륨 (0.500 g; 2.76 mmol)을 완전히 혼합하고 매트릭스 물질로서 작용하는 과량의 탄소와 매립되거나 결합된 내화 나노입자 TaB2의 형성을 위한 전구체 조성물로서 사용하였다. 3개의 반응물의 비율은 상기된 제형화 방법에 의해 용이하게 다양하게 할 수 있다.
Formulation of a precursor composition of tantalum, boron and TPEB (1: 2.1: 0.01) TPEB (0.018 g; 0.038 mmol), boron (0.063 g, 5.83 mmol), and tantalum (0.500 g; 2.76 mmol) Was used as a precursor composition for the formation of refractory nanoparticles TaB 2 , embedded or bound with excess carbon serving as a matrix material. The ratio of the three reactants can easily be varied by the above-described formulation method.

실시예 18Example 18

아르곤 대기하에 1400℃까지 조절된 가열에 의해 1단계로 나노입자 내화 TaB 2 세라믹 고체의 형성 - 실시예 17에서와 같이 제조된 전구체 조성물의 샘플 (100.3100 mg)을 세라믹 팬으로 칭량하고 편평한 표면으로 팩킹시키고 아르곤 기류(110cc/분)하에 15분동안 세정하고 이어서 분당 10℃로 250℃까지 TGA 챔버에서 가열하고 250℃에서 1시간동안 가열하였다. 이어서 상기 수득한 고체 열경화성 중합체는 분당 2℃로 1300℃까지 가열하고 1300℃에서 3시간동안 가열함에 이어서 분당 1℃로 1400℃까지 가열하고 1400℃에서 1시간동안 가열하였다. XRD 분석(도 12)은 고체 세라믹 조성물내 고수율의 TaB2 (93.8%) 및 소량의 TaC(6.2%>) 나노입자를 보여주었다. 상기 XRD 연구는 TaB2 및 TaC에 대해 각각 24nm 및 20nm의 평균 입자 크기를 보여주었다. 도 13은 전형적인 샘플의 사진을 보여준다.
Nano in one step by a controlled heating under an argon atmosphere up to 1400 ℃ particulate refractory TaB 2 ceramic formation of a solid-in Example 17 was weighed samples (100.3100 mg) of the resulting precursor composition as in the ceramic pan and packed into a flat surface Deg.] C and argon stream (110 cc / min) for 15 minutes and then heated to 10 < 0 > C / minute in a TGA chamber to 250 < 0 > C and heated at 250 [deg.] C for 1 hour. The solid thermosetting polymer obtained was then heated to 1300 ° C at 2 ° C per minute and heated at 1300 ° C for 3 hours, followed by 1 ° C per minute to 1400 ° C and at 1400 ° C for 1 hour. XRD analysis (FIG. 12) showed high yields of TaB 2 (93.8%) and small amounts of TaC (6.2%) nanoparticles in the solid ceramic composition. The XRD study showed average particle sizes of 24 nm and 20 nm for TaB 2 and TaC, respectively. Figure 13 shows a photograph of a typical sample.

실시예 19Example 19

1300℃까지 가열함에 의해 1단계로 나노입자 내화 TiB 2 및 ZrB 2 고체 세라믹 조성물의 형성 - 실시예 1 및 9에서와 같이 제조된 동일 양(55 mg)의 TiH2/붕소/TPEB 및 ZrH2/붕소/TPEB를 완전히 혼합하였다. 상기 혼합물의 샘플(83.9220 mg)을 세라믹 팬으로 칭량하고, 편평한 표면으로 팩킹시키고 아르곤 기류(110cc/분)로 15분동안 세정하고 이어서 분당 10℃로 250℃까지 TGA 챔버에서 가열하고 250℃에서 1시간동안 가열하였다. 이어서 상기 고체 열경화성 중합체는 분당 2℃로 1300℃까지 가열하고 1300℃에서 3시간동안 가열하여 97.24중량%가 보유된 성형된 고체 세라믹 고체를 수득하였다. 상기 탄소 세라믹 고체를 제거하고 구조적 통합성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. XRD 분석(도 14)은 ZrB2 (74%, 19.3 nm의 입자 크기), TiB2(12.3%), TiC(∼3.5%), 및 ZrC (∼10%) (이 모두는 탄소 매트릭스 내에 매립되어 있다)를 포함하는, 형성된 세라믹 나노입자 물질의 매우 복잡한 혼합물을 보여주었다. 상기된 %는 샘플 내 결정 물질이다. 상기 XRD는 너무 복잡하여 일부 세라믹에 대해서 나노입자 크기를 측정할 수 없었다.
Formation of nanoparticle refractory TiB 2 and ZrB 2 solid ceramic compositions in one step by heating to 1300 ° C. The same amounts (55 mg) of TiH 2 / boron / TPEB and ZrH 2 / The boron / TPEB was thoroughly mixed. A sample of this mixture (83.9220 mg) was weighed with a ceramic pan, packed onto a flat surface and rinsed with argon stream (110 cc / min) for 15 minutes and then heated in a TGA chamber to 10 & / RTI > The solid thermosetting polymer was then heated to 1300 캜 at 2 캜 / minute and heated at 1300 캜 for 3 hours to obtain a molded solid ceramic solid retained at 97.24% by weight. Removing the carbon ceramic solids and exhibiting structural integrity. XRD analysis (Figure 14) shows that ZrB 2 (74%, particle size of 19.3 nm), TiB 2 (12.3%), TiC (~3.5%) and ZrC (~10% ), A very complex mixture of formed ceramic nanoparticle materials. The above% is the crystalline material in the sample. The XRD was too complex to measure nanoparticle size for some ceramics.

실시예 20Example 20

1400℃까지 가열함에 의해 1단계로 나노입자 내화 HfB 2 및 TaB 2 고체 세라믹 조성물의 형성 - 실시예 11 및 17에서와 같이 제조된 동일 양(77 mg)의 HfH2/붕소/TPEB 및 Ta 분말/붕소/TPEB를 완전히 혼합하였다. 상기 혼합물의 샘플(143.3430 mg)을 세라믹 팬으로 칭량하고, 편평한 표면으로 팩킹시키고 아르곤 기류(110cc/분)로 15분동안 세정하고 이어서 분당 10℃로 250℃까지 TGA 챔버에서 가열하고 250℃에서 1시간동안 가열하였다. 이어서 상기 고체 열경화성 중합체는 분당 2℃로 1300℃까지 가열하고 1300℃에서 3시간동안 가열함에 이어서 분당 1℃로 1400℃까지 가열하고 1400℃에서 1시간동안 가열하여 98.36중량%가 보유된 성형된 고체 세라믹 고체를 수득하였다. 상기 탄소 세라믹 고체를 제거하고 구조적 통합성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. XRD 분석(도 15)은 TaB2 (61.8%, 26.5 nm의 입자 크기), HfB2(26.5%), TiC(8.2%), 및 HaTaC (2.4%)를 포함하는, 형성된 세라믹 나노입자 물질의 매우 복잡한 혼합물을 보여주었다. 상기된 %는 샘플내 결정 물질이다. 상기 XRD는 너무 복잡하여 일부 세라믹에 대해서 나노입자 크기를 측정할 수 없었다.
Formation of nanoparticle refractory HfB 2 and TaB 2 solid ceramic compositions in one step by heating to 1400 ° C. The same amounts (77 mg) of HfH 2 / boron / TPEB and Ta powder / The boron / TPEB was thoroughly mixed. A sample of the mixture (143.3430 mg) was weighed with a ceramic pan, packed onto a flat surface and rinsed with argon stream (110 cc / min) for 15 minutes and then heated in a TGA chamber to 10 & / RTI > The solid thermoset polymer is then heated to 1300 ° C at 2 ° C per minute and heated at 1300 ° C for 3 hours, followed by heating to 1400 ° C per minute at 1 ° C and 1 hour at 1400 ° C to obtain a molded solid A ceramic solid was obtained. Removing the carbon ceramic solids and exhibiting structural integrity. The XRD analysis (Figure 15) revealed that a very high percentage of the formed ceramic nanoparticle material, including TaB 2 (61.8%, 26.5 nm particle size), HfB 2 (26.5%), TiC (8.2%), and HaTaC Complex mixtures. The above% is the crystalline material in the sample. The XRD was too complex to measure nanoparticle size for some ceramics.

실시예 21Example 21

TiH 2 , 붕소 및 DEBP (1:2.1:0.03)의 전구체 조성물의 제형화 - DEBP (0.108 g; 0.534 mmol), 붕소(0.455 g, 42.1 mmol), 및 TiH2 (1.00 g; 20.0 mmol)을 완전히 혼합하고 매트릭스 물질로서 작용하는 과량의 탄소와 매립되거나 결합된 내화 나노입자 티타늄 붕화물(TiB2)의 형성을 위한 전구체 조성물로서 사용하였다. 3개의 반응물의 비율은 상기된 제형화 방법에 의해 용이하게 다양하게 할 수 있다.
TiH 2, boron and DEBP (1: 2.1: 0.03) formulation of the precursor composition screen of - DEBP (0.108 g; 0.534 mmol ), boron (0.455 g, 42.1 mmol), and TiH 2; a (1.00 g 20.0 mmol) completely Was used as a precursor composition for the formation of refractory nanoparticle titanium boride (TiB 2 ) which was mixed and overburdened with carbon to act as a matrix material. The ratio of the three reactants can easily be varied by the above-described formulation method.

실시예 22Example 22

1300℃로 가열함에 의해 1단계로 TiH 2 , 붕소, 및 탄소원으로서 DEBP로부터 나노입자 TiB 2 고체 세라믹 조성물의 형성 - 실시예 21에서와 같이 제조된 분말화된 조성물의 샘플(68.1378 mg)을 세라믹 팬으로 칭량하고, 편평한 표면으로 팩킹시키고, 아르곤 기류 (110cc/분) 하에 분당 40℃로 250℃까지 TGA 챔버에서 가열하고 250℃에서 1시간동안 가열하여 성형된 고체 열경화성 중합체로 결속시켰다. 상기 수득한 열경화성 중합체는 상기 중합체의 도메인내 매립된, 균일하게 분포된 티타늄 수소화물(TiH2) 및 붕소 원소를 함유하였다. 상기 고체 열경화성 중합체 샘플은 분당 2℃로 1300℃까지 서서히 가열하고 1300℃에서 3시간동안 가열하여 93.89중량%가 보유된 탄소 세라믹 고체를 수득하였다. 상기 내화 금속 세라믹 탄소 매트릭스 조성물은 1단계로 형성되었고 이의 구조적 통합성을 보유하였다.
Formation of nanoparticle TiB 2 solid ceramic composition from DEBP as TiH 2 , boron, and carbon source in one step by heating to 1300 ° C - Samples (68.1378 mg) of the powdered composition prepared as in Example 21, Packed with a flat surface and bound to the molded solid thermosetting polymer by heating in a TGA chamber at 40 DEG C per minute to 250 DEG C under an argon stream (110 cc / min) and heating at 250 DEG C for 1 hour. A thermoset polymer thus obtained is contained within the buried, uniformly distributed titanium hydride (TiH 2), and boron element domain of the polymer. The solid thermoset polymer sample was slowly heated to 1300 占 폚 at 2 占 폚 per minute and heated at 1300 占 폚 for 3 hours to obtain a 93,89 weight% retained carbon ceramic solid. The refractory metal ceramic carbon matrix composition was formed in one step and retained its structural integrity.

실시예 23Example 23

TiH 2 , 붕소, 및 TPEB 탄소 섬유 중합체 혼성물의 제형화 - 알루미늄 포일로부터 형성된 직경 0.5의 주형으로 실시예 1에서와 같이 제조된 전구체 조성물 (1.8567 g의 TiH2, 붕소, 및 TPEB 혼합물)을 위치시키고 소량의 쪼개진 탄소 섬유를 첨가하고 혼합하였다. 상기 혼합물을 240℃까지 가열하여 TPEB를 용융시키고 상기 용융된 조성물을 편평한 표면으로 압착시켜 편평한 표면으로 결속시켰다. 이어서 상기 수득한 탄소 섬유-전구체 조성물은 아르곤 기류하에 1시간동안 260 내지 270℃에서 가열하여 성형된 탄소 섬유-함유 중합체성 열경화성 물질로 고화시키고, 여기서, TiH2 및 붕소는 섬유-보강된 중합체 열경화성 혼성물내에 매립되어 있다. 상기 성형된 고체 탄소 섬유 중합체성 혼성물은 상기 주형으로부터 제거하였다.
Formulation of TiH 2 , Boron, and TPEB Carbon Fiber Polymer Hybrids - The precursor composition (1.8567 g of TiH 2 , boron, and TPEB mixture) prepared as in Example 1 was placed into a mold of diameter 0.5 formed from aluminum foil A small amount of cleaved carbon fiber was added and mixed. The mixture was heated to 240 DEG C to melt the TPEB and the melted composition was pressed to a flat surface to bond to a flat surface. The resulting carbon fiber-precursor composition is then heated at 260-270 ° C for 1 hour in an argon stream to solidify it into a shaped carbon fiber-containing polymeric thermoset material, where TiH 2 and boron are fiber-reinforced polymer thermoset And embedded in the hybrid water. The molded solid carbon fiber polymeric hybrid was removed from the mold.

실시예 24Example 24

TiH 2 및 붕소 탄소 섬유 중합체성 혼성물의 TiB 2 탄소 섬유 세라믹 혼성물로의 전환 - 열경화성 중합체성 섬유 보강된 혼성물내에 TiH2 및 붕소가 균일하게 분포된 실시예 23에서 제조된 고체 성형된 탄소 섬유 중합체성 혼성물을 오븐에 위치시키고 아르곤 기류하에 분당 3℃로 1200℃까지 가열하고 상기 온도에서 2시간동안 방치하였다. 상기 수득한 세라믹-탄소 보강된 혼성물을 분당 3℃로 냉각시켜 실온으로 복귀시켰다. 상기 고체 섬유 보강된 혼성물 샘플은 XRD로 특성 분석하고 탄소 매트릭스 및 탄소 섬유내 매립된 내화 TiB2 나노입자 및 소량의 TiC 나노입자를 함유하는 것으로 밝혀졌다.
TiH 2 and boron, carbon fiber polymeric mixed water TiB 2 carbon fiber ceramic mixed transition to the water-heat-curable polymer fibers with a TiH 2 and boron, in the reinforced hybrid uniformly distributed embodiment, the solid prepared in Example 23, molded carbon fiber The polymeric hybrids were placed in an oven and heated to 3O < 0 > C / minute and 1200 < 0 > C / minute under an argon stream and left at this temperature for 2 hours. The obtained ceramic-carbon reinforced hybrid was cooled to 3 캜 / minute and returned to room temperature. The solid fiber reinforced hybrid sample was characterized by XRD and found to contain buried refractory TiB 2 nanoparticles and small amounts of TiC nanoparticles in a carbon matrix and carbon fiber.

실시예 25Example 25

ZrH 2 , 붕소 및 TPEB 탄소 섬유 중합체성 혼성물의 형성 - 알루미늄 포일로부터 조립된 0.5 직경의 주형으로 실시예 7에서와 같이 제조된 전구체 조성물(2.145 g의 ZrH2, 붕소, 및 TPEB 혼합물)을 위치시키고 소량의 쪼개진 탄소 섬유를 첨가하고 혼합하였다. 상기 혼합물을 240℃로 가열하여 TPEB를 용융시키고 상기 용융된 조성물을 편평한 표면으로 압착시키고 편평한 표면으로 결속시켰다. 상기 수득한 탄소 섬유-전구체 조성물을 아르곤 기류하에 260 내지 270℃에서 1시간동안 가열하여 성형된 탄소 섬유-함유 중합체성 열경화성 물질로 고형화시켰다. ZrH2 및 붕소가 균일하게 분포된 상기 고체 성형된 탄소 섬유 중합체성 혼성물을 상기 주형으로부터 제거하였다.
Placing an embodiment as a template for the 0.5 diameter assembled from aluminum foil Example 7 The precursor prepared as in composition (2.145 g of ZrH 2, boron, and TPEB mixture) - ZrH 2, boron and TPEB carbon fiber polymeric hybrid formation of A small amount of cleaved carbon fiber was added and mixed. The mixture was heated to 240 DEG C to melt the TPEB and the molten composition was squeezed to a flat surface and tied to a flat surface. The obtained carbon fiber-precursor composition was heated at 260 to 270 ° C for 1 hour under an argon stream to solidify the carbon fiber-containing polymeric thermoset material into a molded carbon fiber-containing polymeric thermosetting material. The solid molded carbon fiber polymeric homogeneously distributed ZrH 2 and boron was removed from the mold.

실시예 26Example 26

ZrH 2 및 붕소 탄소 섬유 중합체성 혼성물의 ZrB 2 탄소 섬유 세라믹 혼성물로의 전환 - 실시예 25에서 제조된 고체 성형된 탄소 섬유 중합체성 혼성물을 오븐에 위치시키고 아르곤 기류하에 분당 3℃로 1200℃까지 가열하고 상기 온도에서 3시간동안 방치하였다. 상기 수득한 세라믹-탄소 섬유 보강된 혼성물을 분당 3℃로 냉각시키면서 실온으로 복귀시켰다.
ZrH 2 and boron, carbon fiber polymeric mixed water ZrB 2 carbon fiber ceramic conversion to mixed with a water-minute 3 ℃ position the embodiment, the solid molded carbon fiber polymeric hybrid prepared in Example 25 in the oven and placed under an argon stream 1200 ℃ And allowed to stand at the above temperature for 3 hours. The resultant ceramic-carbon fiber-reinforced hybrid was cooled to room temperature while cooling to 3 캜 / minute.

실시예 27Example 27

HfH 2 , 붕소, 및 TPEB 탄소 섬유 중합체성 혼성물의 형성 - 알루미늄 포일로부터 조립된 0.5 직경의 주형으로 실시예 11에서와 같이 제조된 전구체 조성물(2.8558 g의 HfH2, 붕소, 및 TPEB 혼합물)을 위치시키고 소량의 쪼개진 탄소 섬유를 첨가하고 혼합하였다. 상기 조성물을 240℃로 가열하여 TPEB를 용융시키고 상기 용융된 조성물을 편평한 표면으로 압착시켜 편평한 표면으로 결속시켰다. 상기 수득한 탄소 섬유-전구체 조성물을 아르곤 기류하에 260 내지 270℃에서 1시간동안 가열하여 성형된 탄소 섬유-함유 중합체성 열경화성 물질로 고형화시켰다. HfH2 및 붕소가 균일하게 분포된 상기 고체 성형된 탄소 섬유 중합체성 혼성물을 상기 주형으로부터 제거하였다.
Formation of HfH 2 , Boron, and TPEB Carbon Fiber Polymeric Composites - The precursor composition (2.8558 g of HfH 2 , boron, and TPEB mixture) prepared as in Example 11 was placed into a 0.5 diameter mold assembled from aluminum foil And a small amount of cleaved carbon fiber was added and mixed. The composition was heated to 240 DEG C to melt the TPEB and the melted composition was pressed to a flat surface to bond to a flat surface. The obtained carbon fiber-precursor composition was heated at 260 to 270 ° C for 1 hour under an argon stream to solidify the carbon fiber-containing polymeric thermoset material into a molded carbon fiber-containing polymeric thermosetting material. The solid molded carbon fiber polymeric hybrid with homogeneously distributed HfH 2 and boron was removed from the mold.

실시예 28Example 28

HfH 2 및 붕소 탄소 섬유 중합체성 혼성물의 HfB 2 탄소 섬유 세라믹 혼성물로의 전환 - 실시예 27에서 제조된 고체 성형된 탄소 섬유 중합체성 혼성물을 오븐에 위치시키고 아르곤 기류하에 분당 3℃로 1200℃까지 가열하고 상기 온도에서 4시간동안 방치하였다. 상기 수득한 세라믹-탄소 섬유 보강된 혼성물을 분당 3℃로 냉각시키면서 실온으로 복귀시켰다.
Conversion of HfH 2 and boron-carbon fiber polymeric hybrids to HfB 2 carbon fiber ceramic hybrids The solid molded carbon fiber polymeric hybrids prepared in Example 27 were placed in an oven and heated to 3 ° C./minute at 1200 ° C. And left at this temperature for 4 hours. The resultant ceramic-carbon fiber-reinforced hybrid was cooled to room temperature while cooling to 3 캜 / minute.

실시예 29Example 29

TPEB의 전구중합체 조성물의 제형화 - TPEB (10.30 g; 21.5 mmol)를 알루미늄 판금에 위치시키고 260℃에서 40분동안 또는 상기 혼합물이 금속 주걱으로 교반하기에 점성이 있을때까지 가열하였다. 상기 혼합물을 냉각시키고 작은 조각으로 부수고 2분동안 볼 분쇄하여 미세 검정 분말을 수득하였다.
Formulation of the precursor polymer composition of TPEB TPEB (10.30 g; 21.5 mmol) was placed on aluminum sheet and heated at 260 占 폚 for 40 minutes or until the mixture was viscous to stir with a metal spatula. The mixture was cooled and crushed into small pieces and ball milled for 2 minutes to obtain a fine black powder.

실시예 30Example 30

TiH 2 , 붕소, TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 제형화 및 성형된 펠렛의 형성 - 실시예 29 기원의 TPEB 전구중합체 (0.129 g; 0.270 mmol), 붕소 (0.455 g, 42.1 mmol), 및 TiH2 (1.00 g; 42.1 mmol)을 5분동안 볼 분쇄하여 진홍-검정 미세 분말을 수득하였다. 상기 분말을 13mm 펠렛 프레스에 위치시키고 1분동안 10,000 파운드에서 압착시켰다.
TiH 2, boron, TPEB formulation of the precursor composition of the bulb the polymerization and formation of the molded pellets - Example TPEB prepolymers of 29 origin (0.129 g; 0.270 mmol), boron (0.455 g, 42.1 mmol), and TiH 2 ( 1.00 g; 42.1 mmol) was ball-milled for 5 minutes to obtain a crimson-black fine powder. The powder was placed in a 13 mm pellet press and squeezed at 10,000 pounds for 1 minute.

실시예 31Example 31

TiH 2 , 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 고체 성형된 열경화성 물질로의 전환 - 실시예 30 기원의 펠렛을 노에 위치시키고 분당 아르곤 대기하에 분당 20℃로 200℃까지 가열하고 상기 온도에서 10시간(밤새)동안 방치하여 강성의 성형된 중합체성 열경화성 고체를 형성시켰다. 상기 TiH2 및 붕소는 고체 열경화성 물질에 균일하게 분산되어 있다.
TiH 2, boron, and TPEB bulb transition to a solid molded thermoset material of the precursor composition of the polymer-position of the pellets of Example 30 originating in the furnace and heated to 200 ℃ under per minute argon atmosphere per minute 20 ℃ and at the temperature 10 (Overnight) to form a rigid molded polymeric thermosetting solid. TiH 2 and the boron is uniformly dispersed in a solid thermoplastic material.

실시예 32Example 32

TiH 2 , 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 고체 성형된 열경화성 물질로의 전환 - 실시예 30에서와 같이 제조된 또 다른 펠렛을 노에 위치시키고 아르곤 대기하에 분당 20℃로 250℃까지 가열하고 상기 온도에서 2시간동안 방치하여 강성의 성형된 중합체성 열경화성 고체를 형성시켰다.
Conversion of the precursor composition of TiH 2 , boron, and TPEB precursor polymers to solid molded thermoset materials - Another pellet prepared as in Example 30 was placed in a furnace and heated to 250 ° C at 20 ° C per minute under an argon atmosphere And allowed to stand at that temperature for 2 hours to form a rigid molded polymeric thermosetting solid.

실시예 33Example 33

아르곤 대기하에 10℃/분으로 1400℃까지 가열함에 의해 1단계로 내화 TiB 2 고체 세라믹의 형성 - 실시예 31 기원의 성형된 중합체성 열경화성 고체 (1.55 g)를 3" 튜브 노에 위치시키고, 아르곤 기류하에 분당 2℃로 1400℃까지 가열하고 1400℃에서 2시간동안 방치하여 97.8중량%가 보유된 고체 밀집된 세라믹을 수득하였다. 상기 고체 세라믹을 노로부터 제거하고 XRD로 특성 분석하여 매트릭스로서 과량의 탄소에서 소량의 TiC와 함께 나노입자 크기의 TiB2를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 상기 TiB2-TiC 탄소 고체 조성물은 1단계로 형성되었고 큰 구조적 통합성, 경질 및 강성을 나타내었다.
Refractory TiB 2 is formed of solid ceramic in one step by heating to 10 ℃ / min under an argon atmosphere up to 1400 ℃ - a polymeric thermoset solid (1.55 g) formed in Example 31 origin 3 and "position in the tube furnace, argon Heated to 1400 DEG C at 2 DEG C per minute and left for 2 hours at 1400 DEG C to obtain a solid densified ceramic holding 97.8 wt%. The solid ceramic was removed from the furnace and characterized by XRD to yield an excess of carbon in combination with a small amount of TiC it was found to form a TiB 2 nano-particle size. the TiB 2 -TiC carbon solid composition was formed in one step exhibited greater structural integrity, hard and rigid.

실시예 34Example 34

TiH 2 , 붕소 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 제형화, 성형된 펠렛의 형성 및 1단계로 내화 TiC 고체 세라믹 탄소 조성물로의 직접적인 전환 - 실시예 29에서 제조된 TPEB 전구중합체 (0.129 g; 0.270 mmol), 붕소 (0.455 g, 42.1 mmol), 및 TiH2 (1.00 g; 42.1 mmol)를 5분동안 볼 분쇄하여 진홍-검정 미세 분말을 수득하였다. 상기 분말을 13mm 펠렛 프레스에 위치시키고 1분동안 10,000 파운드로 압착시켰다. 이어서 상기 펠렛을 노에 위치시키고 아르곤 대기하에 분당 20℃로 250℃까지 가열하고 상기 온도에서 30분동안 방치시키고 이어서 아르곤 기류(100 cc/분)하에 분당 2℃로 1200℃까지 가열하고 1200℃에서 3시간동안 방치하여 97.1중량%가 보유된 고체 밀집된 세라믹을 수득하였다. 냉각시 상기 고체 세라믹을 노로부터 제거하고 XRD로 특성 분석하고 매트릭스로서 과량의 탄소내 소량의 TiC와 함께 나노입자 크기의 TiB2를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 상기 TiB2-TiC 탄소 고체 조성물은 1단계로 형성되었고 큰 구조적 통합성, 경질 및 강성을 나타냈다.
Formulation of precursor compositions of TiH 2 , boron and TPEB precursor polymers, formation of molded pellets and direct conversion to refractory TiC solid ceramic carbon composition in one step - TPEB precursor polymer prepared in Example 29 (0.129 g; 0.270 mmol ), Boron (0.455 g, 42.1 mmol), and TiH2 (1.00 g; 42.1 mmol) were ball milled for 5 minutes to obtain a crimson-black fine powder. The powder was placed in a 13 mm pellet press and squeezed at 10,000 pounds for 1 minute. The pellet was then placed in a furnace and heated to 250 ° C at 20 ° C per minute under an argon atmosphere and allowed to stand at this temperature for 30 minutes and then heated to 1200 ° C at 2 ° C per minute under an argon stream (100 cc / min) And left for 3 hours to obtain a solid dense ceramic holding 97.1% by weight. Upon cooling, the solid ceramic was removed from the furnace and characterized by XRD and found to form nanoparticle-sized TiB 2 with a small amount of TiC in the excess carbon as matrix. The TiB 2 -TiC carbon solid composition was formed in one step and exhibited large structural integrity, rigidity and stiffness.

실시예 35Example 35

텅스텐 분말, 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 제형화 및 펠렛 형성 - 실시예 29 기원의 TPEB 전구중합체(0.018 g; 0.038 mmol), 붕소 (0.035 g, 3.24 mmol), 및 텅스텐 분말 (0.500 g; 2.72 mmol)을 5분동안 볼 분쇄하여 진홍-검정 미세 분말을 수득하였다. 상기 분말을 13mm 펠렛 프레스에 위치시키고 10초동안 10,000 파운드로 압착시켰다.
Formulation and Pellet Formation of a Precursor Composition of Tungsten Powder, Boron, and TPEB Precursor Polymers - TPEB precursor polymer from Example 29 (0.018 g; 0.038 mmol), boron (0.035 g, 3.24 mmol), and tungsten powder ; 2.72 mmol) was ball-milled for 5 minutes to obtain a crimson-black fine powder. The powder was placed in a 13 mm pellet press and squeezed at 10,000 pounds for 10 seconds.

실시예 36Example 36

텅스텐 분말. 붕소 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 고체 성형된 열경화성 물질로의 전환 - 실시예 35 기원의 펠렛을 노에 위치시키고 아르곤 대기하에 분당 20℃로 215℃까지 가열하고 상기 온도에서 10시간(밤새)동안 방치시켜 강성의 성형된 중합체성 고체를 수득하였다. 상기 텅스텐 및 붕소 분말은 고체 열경화성 물질에 균일하게 분산되어 있다.
Tungsten powder. Conversion of the precursor composition of boron and TPEB precursor polymers to solid molded thermoset materials - The pellets of Example 35 were placed in a furnace and heated to 20 ° C at 215 ° C per minute under an argon atmosphere and at this temperature for 10 hours (overnight) And allowed to stand to obtain a rigid molded polymeric solid. The tungsten and boron powder are uniformly dispersed in the solid thermosetting material.

실시예 37Example 37

아르곤 대기하에 2℃/분으로 1500℃까지 가열함에 의해 1단계로 내화 WB 고체 세라믹의 형성 - 실시예 36 기원의 경화된 열경화성 펠렛(0.525 g)을 3" 튜브 노에 위치시키고, 아르곤 기류(100cc/분)하에 분당 2℃로 1500℃까지 가열하고 1500℃에서 2시간동안 방치하여 99.5중량%가 보유된 고체 밀집된 세라믹을 수득하였다. 냉각시, 상기 고체 세라믹을 노로부터 제거하고 XRD 특성 분석하고 매트릭스로서 과량의 탄소내 나노입자 크기의 순수한 WB 및 소량의 나노입자 크기의 WC를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 모든 텅스텐이 반응하였다. 상기 WB-WC 탄소 고체 조성물은 1단계로 형성되었고 구조적 통합성, 경질 및 강성을 나타내었다.
Formation of refractory WB solid ceramic in one step by heating to 2O < 0 > C / min under argon atmosphere to 2O < 0 > C / min- Example 36. Place the cured thermoset pellets (0.525 g) from Example 36 in a 3 "tube furnace, / Min) at 2 [deg.] C per minute to 1500 [deg.] C and left at 1500 [deg.] C for 2 hours to obtain a solid densified ceramic retained at 99.5% by weight. Upon cooling, the solid ceramic was removed from the furnace, The WB-WC carbon solid composition was formed in one step and was characterized by structural integrity, rigidity, and mechanical strength. The WB-WC carbon solid composition was found to form pure WB with nanoparticles in excess of carbon size and WC with a small amount of nanoparticle size. And stiffness.

실시예 38Example 38

HfH2, 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구 조성물의 제형화 - 실시예 29 기원의 TPEB 전구중합체(0.070 g; 0.146 mmol), 붕소 (0.252 g, 23.3 mmol), 및 하프늄 수소화물(2.00 g; 11.1 mmol)을 5분동안 볼 분쇄하여 진홍-검정 미세 분말을 수득하였다. 상기 분말을 13mm 펠렛 프레스에 위치시키고 10초동안 10,000 파운드로 압착시켰다.
(0.070 g; 0.146 mmol), boron (0.252 g, 23.3 mmol), and hafnium hydride (2.00 g; 11.1 mmol) were added to a solution of the precursor composition of HfH2, boron, and TPEB precursor polymer ) Was ball milled for 5 minutes to obtain a crimson-black fine powder. The powder was placed in a 13 mm pellet press and squeezed at 10,000 pounds for 10 seconds.

실시예 39Example 39

HfH 2 , 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 고체 성형된 열경화성 물질로의 전환 - 실시예 38 기원의 펠렛을 노에 위치시키고 아르곤 대기하에 분당 20℃로 210℃까지 가열하고 상기 온도에서 10시간(밤새) 방치시켜 강성의 성형된 중합체성 고체를 수득하였다. 상기 하프늄 수소화물 및 붕소 분말은 상기 고체 열경화성 물질에 균일하게 분산되어 있다.
Conversion of the precursor composition of HfH 2 , boron, and TPEB precursor polymers to solid molded thermoset materials - the pellets of Example 38 were placed in a furnace and heated to 210 ° C at 20 ° C per minute under an argon atmosphere and heated at this temperature for 10 hours (Overnight) to give a rigid molded polymeric solid. The hafnium hydride and the boron powder are uniformly dispersed in the solid thermosetting material.

실시예 40Example 40

아르곤 대기하에 분당 2℃로 1500℃까지 가열함에 의해 1단계로 내화 HfB 2 고체 세라믹의 형성 - 실시예 39 기원의 경화된 열경화성 펠렛 (2.29 g)을 3" 튜브 노에 위치시키고, 아르곤 기류(100cc/분)하에 분당 2℃로 1500℃까지 가열하고 1500℃에서 2시간동안 방치하여 99.4중량%가 보유된 고체 밀집된 세라믹을 수득하였다. 냉각시, 상기 고체 세라믹을 노로부터 제거하고 XRD로 특성 분석하고 매트릭스로서 과량의 탄소내 소량의 나노입자 크기의 HfC과 함께 주로 순수한 나노입자 크기의 HfB2를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 상기 HfB2-HfC 탄소 고체 조성물은 1단계로 형성되었고 구조적 통합성, 경질 및 경도를 나타내었다.
Formation of refractory HfB 2 solid ceramic in one step by heating to 2 ° C per minute and up to 1500 ° C under an argon atmosphere- cured thermosetting pellets (2.29 g) from Example 39 were placed in a 3 "tube furnace and argon stream / Min) at 2 [deg.] C per minute to 1500 [deg.] C and left at 1500 [deg.] C for 2 hours to obtain a solid densified ceramic holding 99.4% by weight. Upon cooling, the solid ceramic was removed from the furnace and characterized by XRD It has been found that the HfB 2 -HfC carbon solid composition is formed in one step and is characterized by structural integrity, rigidity and elasticity, and as a matrix it is found to form predominantly pure nanoparticle size HfB 2 with a small amount of nanoparticle size HfC in excess of carbon. Respectively.

실시예 41Example 41

ZrH 2 , 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 제형화 - 실시예 29 기원의 TPEB 전구중합체 (0.050 g; 0.105 mmol), 붕소 (0.116 g, 10.7 mmol), 및 지르코늄 수소화물 (0.500 g; 5.36 mmol)을 5분동안 볼 분쇄하여 진홍-검정 미세 분말을 수득하였다. 상기 분말은 13mm 펠렛 프레스에 위치시키고 10초동안 8,000 파운드로 압착시켰다.
(0.050 g; 0.105 mmol), boron (0.116 g, 10.7 mmol), and zirconium hydride (0.500 g; 5.36 mmol) were added to a solution of the precursor composition of ZrH 2 , boron, and TPEB precursor polymer . mmol) was ball-milled for 5 minutes to obtain a crimson-black fine powder. The powder was placed in a 13 mm pellet press and squeezed at 8,000 pounds for 10 seconds.

실시예 42Example 42

ZrH 2 , 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 고체 성형된 열경화성 물질로의 전환 - 실시예 41 기원의 펠렛을 노에 위치시키고 아르곤 대기하에 분당 20℃로 210℃까지 가열하고 상기 온도에서 10시간(밤새) 동안 방치시켜 강성의 성형된 중합체성 고체를 형성시켰다. 상기 지르코늄 수화물 및 붕소 분말은 상기 고체 열경화성 물질에 균일하게 분산되어 있다.
ZrH 2, boron, and TPEB transition to a precursor polymer precursor composition of the solid molded thermosetting material-heated to the pellets of Example 41 origin per minute 20 ℃ was placed in a furnace under an argon atmosphere 210 ℃ and 10 hours at the temperature (Overnight) to form a rigid molded polymeric solid. The zirconium hydrate and the boron powder are uniformly dispersed in the solid thermosetting material.

실시예 43Example 43

아르곤 대기하에 분당 2℃로 1400℃까지 가열함에 의해 1단계로 내화 ZrB 2 고체 세라믹의 형성 - 실시예 42 기원의 경화된 열경화성 펠렛(0.625 g)을 3" 튜브 노에 위치시키고, 아르곤 기류(100cc/분)하에 분당 2℃로 1400℃까지 가열하고 1400℃에서 2시간동안 방치하여 98.5중량%가 보유된 고체 밀집된 세라믹을 수득하였다. 냉각시, 상기 고체 세라믹을 노로부터 제거하고 XRD로 특성 분석하고 매트릭스로서 과량의 탄소내 나노입자 크기의 순수한 ZrB2 및 소량의 나노입자 크기의 ZrC를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 상기 ZrB2-ZrC 탄소 고체 조성물은 1단계로 형성되었고 구조적 통합성, 경질 및 강성을 나타내었다.
Refractory ZrB 2 is formed of solid ceramic in one step by heating under an argon atmosphere per minute 2 ℃ to 1400 ℃ - the thermosetting pellets (0.625 g) hardening of Example 42 origin 3 and "position in the tube furnace, a stream of argon (100cc / Min) to 1400 DEG C at 2 DEG C per minute and left at 1400 DEG C for 2 hours to obtain a solid densified ceramic having 98.5 wt% retention. Upon cooling, the solid ceramic was removed from the furnace and characterized by XRD as a matrix has been found to form a pure ZrB 2 and a small amount of nano-particle size of ZrC in the nanoparticle size excess carbon. the ZrB 2 -ZrC carbon solid composition has been formed by step 1, the structural integrity, hard and rigid Respectively.

실시예 44Example 44

쪼개진 섬유를 함유하는 TiH 2 , 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 제형화 - 실시예 29 기원의 TPEB 전구중합체 (1.29 g; 2.70 mmol), 붕소 (4.55 g, 42.1 mmol), 및 TiH2 (10.00 g; 200 mmol)는 5분동안 볼 분쇄하여 진홍-검정 미세 분말을 수득하였다. 쪼개진 섬유 (1.00 g, ¼" 길이)를 첨가하고 고체 혼합물을 100mL의 아세톤중에 위치시키고 6시간동안 교반하였다. 상기 용매를 제거하고 고체 혼합물을 2½" 펠렛 다이에 위치시키고 1분동안 10,000 파운드로 압착시켰다.
Formulation of a precursor composition of TiH 2 , boron, and TPEB precursor polymers containing cleaved fibers- TPEB precursor polymer from Example 29 (1.29 g; 2.70 mmol), boron (4.55 g, 42.1 mmol), and TiH 2 10.00 g; 200 mmol) was ball-milled for 5 minutes to obtain a crimson-black fine powder. The solids mixture was removed and the solid mixture was placed in a 2½ " pellet die and compressed at 10,000 pounds for 1 minute. ≪ RTI ID = 0.0 > .

실시예 45Example 45

쪼개진 섬유를 함유하는 TiH 2 , 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 열경화성 물질로의 전환 - 실시예 44 기원의 2½" 펠렛을 노에 위치시키고 아르곤 대기하에 분당 20℃로 210℃까지 가열하고 상기 온도에서 10시간(밤새)동안 방치하여 강성의 성형된 중합체성 탄소 섬유 보강된 열경화성 고체를 형성시켰다. 상기 티타늄 수소화물 및 붕소 분말은 고체 열경화성-탄소 섬유 혼성물에 균일하게 분산되어 있다.
Conversion of precursor compositions of TiH 2 , boron, and TPEB precursor polymers containing cleaved fibers to thermoset materials - 2½ "pellets of Example 44 were placed in a furnace and heated to 210 ° C at 20 ° C per minute under an argon atmosphere, At room temperature for 10 hours (overnight) to form a rigid molded polymeric carbon fiber reinforced thermoset solid. The titanium hydride and boron powder are uniformly dispersed in a solid thermoset-carbon fiber hybrid.

실시예 46Example 46

아르곤 대기하에 분당 2℃로 1400℃까지 가열함에 의해 1단계로 내화 탄소 섬유 보강된 TiB 2 고체 세라믹의 형성 - 실시예 45 기원의 탄소 섬유-함유 성형된 중합체성 열경화성 펠렛(15.7g)을 3" 튜브 노에 위치시키고 아르곤 기류(100cc/분)하에 분당 2℃로 1400℃까지 가열하여 97.2중량%가 보유된 고체 밀집된 탄소 섬유 보강된 세라믹을 수득하였다. 냉각시, 상기 고체 탄소 섬유 보강된 세라믹을 노로부터 제거하고 XRD로 특성 분석하고 탄소-탄소 섬유 혼성물내 나노입자 크기의 TiB2 및 나노입자 크기의 TiC를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 상기 TiB2-TiC 탄소-탄소 섬유 고체 조성물은 섬유 보강이 내포된 큰 구조적 통합성을 나타내었다.
Formation of Refractory Carbon Fiber Reinforced TiB 2 Solid Ceramics in One Step by Heating to 2 ° C / min and 1400 ° C / min under argon atmosphere- Carbon fiber-containing molded polymeric thermosetting pellets of Example 45 (15.7g) Heated to 1400 DEG C at 2 DEG C per minute under an argon stream (100 cc / min) to obtain a solid densified carbon fiber-reinforced ceramic having 97.2 wt% retained. It was found that the TiB 2 -TiC carbon-carbon fiber solid composition was removed from the furnace and characterized by XRD and forming nanoparticle size TiB 2 and nanoparticle size TiC 2 in the carbon-carbon fiber hybrid. Which is a significant structural integration.

실시예 47Example 47

쪼개진 섬유를 함유하는 ZrH 2 , 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 제형화 - 실시예 29 기원의 TPEB 전구중합체 (1.00 g; 2.09 mmol), 붕소 (2.32 g, 21.5 mmol), 및 ZrH2 (10.00 g; 107 mmol)를 5분동안 볼 분쇄하여 진홍-검정 미세 분말을 수득하였다. 쪼개진 섬유(0.50 g, ¼" 길이)를 첨가하고 상기 고체 혼합물을 100ml의 아세톤중에 위치시키고 4시간동안 교반하였다. 상기 용매를 제거하고 고체 혼합물을 2½" 펠렛 다이에 위치시키고 1분동안 10,000 파운드로 압착시켰다.
ZrH 2, boron, and TPEB bulb formulated in a precursor composition of a polymer containing a cleaved fiber - TPEB precursor polymer of Example 29 the origin (1.00 g; 2.09 mmol), boron (2.32 g, 21.5 mmol), and ZrH 2 ( 10.00 g; 107 mmol) was ball-milled for 5 minutes to obtain a crimson-black fine powder. The solids mixture was removed and the solid mixture was placed in a 2 "pellet die and pelletized at 10,000 pounds per minute (1 < RTI ID = 0.0 >Lt; / RTI >

실시예 48Example 48

쪼개진 섬유를 함유하는 TiH 2 , 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 열경화성 물질로의 전환 - 실시예 47 기원의 2½" 펠렛을 노에 위치시키고 아르곤 대기하에 분당 20℃로 210℃까지 가열하고 상기 온도에서 10시간(밤새) 방치하여 강성의 성형된 탄소 섬유 보강된 중합체성 고체를 형성시켰다. 상기 지르코늄 수소화물 및 붕소 분말은 고체 열경화성-탄소 섬유 혼성물에 균일하게 분산되어 있다.
Conversion of precursor compositions of TiH 2 , boron, and TPEB precursor polymers containing cleaved fibers to thermoset materials - 2½ "pellets of Example 47 were placed in a furnace and heated to 210 ° C at 20 ° C per minute under an argon atmosphere, At room temperature for 10 hours (overnight) to form a rigid molded carbon fiber reinforced polymeric solid. The zirconium hydride and boron powder are uniformly dispersed in a solid thermoset-carbon fiber hybrid.

실시예 49Example 49

아르곤 대기하에 2℃/분으로 1500℃까지 가열함에 의해 1단계로 내화 ZrB 2 고체 탄소 섬유 보강된 세라믹의 형성 - 실시예 48 기원의 탄소 섬유-함유 성형된 중합체성 열경화성 펠렛 (12.5 g)을 3" 튜브 노에 위치시키고 아르곤 기류(100cc/분)하에 분당 2℃로 1500℃까지 가열하여 97.5중량%가 보유된 고체 밀집된 탄소 섬유 보강된 세라믹을 수득하였다. 상기 고체 탄소 섬유 보강된 세라믹을 노로부터 제거하고 XRD로 특성 분석하고 탄소-탄소 섬유 혼성물내 나노입자 크기의 ZrB2 및 나노입자 크기의 ZrC를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 상기 ZrB2-ZrC 탄소-탄소 섬유 고체 조성물은 섬유 보강이 내포된 큰 구조적 통합성을 나타냈다.
Formation of refractory ZrB 2 solid carbon fiber reinforced ceramic in one step by heating to 2O < 0 > C / min under argon atmosphere to 1500 [deg.] C - Example 12 Carbon fiber- Heated to 1500 DEG C at 2 DEG C per minute under an argon stream (100 cc / min) to obtain a solid densified carbon fiber reinforced ceramic retained at 97.5 wt%. The solid carbon fiber reinforced ceramic was removed from the furnace And characterized by XRD and forming ZrB 2 of nanoparticle size and ZrC of nanoparticle size in the carbon-carbon fiber hybrid. The ZrB 2 -ZrC carbon-carbon fiber solid composition was found to have a large Structural integrity.

실시예 50Example 50

ZrH 2 및 붕소의 전구체 조성물의 제형화 - 지르코늄 수소화물 (0.500 g; 5.36 mmol) 및 붕소(0.116 g, 10.7 mmol)를 1분동안 볼 분쇄하여 회색 미세 분말을 수득하였다. 상기 분말을 6mm 펠렛 프레스에 위치시키고 10초동안 4,000 파운드로 압착시켰다.
Formulation of ZrH 2 and boron precursor composition Zirconium hydride (0.500 g; 5.36 mmol) and boron (0.116 g, 10.7 mmol) were ball milled for one minute to give a gray fine powder. The powder was placed in a 6 mm pellet press and squeezed at 4,000 pounds for 10 seconds.

실시예 51Example 51

아르곤 대기하에 3℃/분으로 1300℃까지 조절된 가열에 의해 1단계로 순수한 나노입자 내화 ZrB 2 세라믹 고체의 형성 - 실시예 50에서와 같이 제조된 ZrH2-붕소 펠렛(133.187 mg)을 TGA 챔버에 위치시키고 분당 5℃로 250℃까지 가열함에 이어서 분당 3℃로 1300℃까지 가열하고 100cc/분의 아르곤 기류하에 1300℃에서 3시간동안 방치하여 97.77중량%가 보유된 고체 세라믹 물질(순수한 ZrB2)을 수득하였다. 500℃에서 1300℃까지 가열하여 ZrH2의 분해로부터 형성된 고도로 반응성인 Zr 나노입자를 붕소와 반응시켜 나노입자 ZrB2를 형성시켰다. 상기 신규한 내화 금속 세라믹 ZrB2를 1단계로 형성시켰다. 세라믹 펠렛의 XRD (도 16)는 평균 입자 크기 36.7nm인 순수한 ZrB2를 보여주었다. 상기 세라믹 펠렛은 큰 구조적 통합성, 경질 및 강성을 나타내었다.
The ZrH 2 prepared as in Example 50 - - Pure nanoparticles refractory ZrB formation of two ceramic solid in one step by a controlled heating under an argon atmosphere up to 1300 ℃ to 3 ℃ / min, boron pellets (133.187 mg) TGA chamber position and heated to 250 ℃ as then the solid ceramic material, 97.77% by weight is retained by heating to 1300 ℃ per minute 3 ℃ and allowed to stand at 1300 ℃ under an argon stream of 100cc / min for 3 hours per 5 ℃ (pure ZrB 2 ). Highly reactive Zr nanoparticles formed from the decomposition of ZrH 2 were reacted with boron by heating from 500 ° C to 1300 ° C to form nanoparticles ZrB 2 . The new refractory metal ceramic ZrB 2 was formed in one step. XRD (FIG. 16) of the ceramic pellets showed pure ZrB 2 with an average particle size of 36.7 nm. The ceramic pellets exhibited large structural integrity, rigidity and rigidity.

실시예 52Example 52

TiH 2 , 붕소, 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 제형화 및 성형된 펠렛의 형성 - 실시예 29 기원의 TPEB 전구중합체(0.129 g; 0.270 mmol), 붕소 (0.455 g, 42.1 mmol), 및 TiH2 (1.00 g; 42.1 mmol)를 1분동안 볼 분쇄하여 진홍-검정 미세 분말을 수득하였다. 상기 분말을 6mm 펠렛 프레스에 위치시키고 1초동안 4,000 파운드로 압착시켰다.
TiH 2, boron, and TPEB a precursor composition in the formulations of the bulb the polymerization and formation of the molded pellets - TPEB precursor polymer of Example 29 the origin (0.129 g; 0.270 mmol), boron (0.455 g, 42.1 mmol), and TiH 2 (1.00 g; 42.1 mmol) was ball-milled for 1 minute to obtain a crimson-black fine powder. The powder was placed in a 6 mm pellet press and squeezed at 4,000 pounds per second.

실시예 53Example 53

질소 대기하에 1300℃까지 조절된 가열에 의해 1단계로 나노입자 내화 TiB 2 , TiN, 및 TiC 세라믹 고체의 형성 - 실시예 52에서 제조된 펠렛(198.992 mg)을 TGA 챔버에 위치시키고 질소 기류 100cc/분으로 분당 5℃로 250℃까지 가열하고 250℃에서 1시간동안 가열하여 성형된 고체 열경화성 중합체로 결속시켰다. 250℃에서 등온 가열 처리로 TPEB에서 에티닐 단위를 반응시키고 성형된 열경화성 중합체로 전환시켰다. 이어서 중합체성 열경화성 물질내 매립된 TiH2 및 붕소로 구성된 상기 고체 중합체성 샘플을 분당 3℃로 1300℃까지 서서히 가열하고 1300℃에서 3시간동안 가열하여 고체 세라믹 물질을 수득하고, 이것은 초기 중량에 비해 약 12중량% 증가하였다. 400℃ 이상에서, TiH2의 분해로 Ti 나노입자 및 H2가 생성되고 H2는 상기 샘플로부터 증발된다. 500℃ 이상에서 1300℃까지의 추가의 가열로 고도로 반응성인 Ti 나노입자를 붕소, 질소 및 가열 처리 동안에 TPEB의 탄소화로부터 형성된 생성되는 탄소 원자와 반응시켰다. 냉각시, 상기 고체 세라믹을 노로부터 제거하고 XRD로 특성 분석하고 단순한 탄소화 과정 동안에 형성된 과량의 탄소내 매립된 소량의 TiB2 및 Tic 나노입자와 함께 대량의 TiN 나노입자를 함유하는 것으로 밝혀졌다. 상기 TiB2-TiN-TiC 탄소 고체 조성물은 1단계로 형성되었고 큰 구조적 통합성, 경질 및 강성을 나타내었다.
Formation of nanoparticles refractory TiB 2, TiN, and TiC ceramic solid in one step by a controlled heating under a nitrogen atmosphere up to 1300 ℃ - positioning the pellets (198.992 mg) prepared in Example 52 to the TGA chamber and a nitrogen gas flow 100cc / Min to 5O < 0 > C / min and 250 < 0 > C for 1 hour to bind the molded solid thermosetting polymer. Ethynyl units were reacted and converted to molded thermoset polymers in TPEB by isothermal heat treatment at 250 캜. Then the polymeric said solid polymeric sample consisting of thermosetting material within the buried TiH 2 and boron per minute 3 ℃ slowly heated to 1300 ℃ and by heating at 1300 ℃ for 3 hours to give the solid ceramic material, and this is compared to the initial weight And increased by about 12% by weight. Above 400 ℃, TiH Ti nanoparticles and H 2 in second decomposition of the H 2 is generated and is evaporated from the sample. With additional heating from above 500 ° C to 1300 ° C, highly reactive Ti nanoparticles were reacted with the resulting carbon atoms formed from boron, nitrogen and carbonization of TPEB during the heat treatment. Upon cooling, the solid ceramic was removed from the furnace and characterized by XRD and found to contain large amounts of TiN nanoparticles along with small amounts of TiB 2 and Tic nanoparticles embedded in excess carbon formed during the simple carbonization process. The TiB 2 -TiN-TiC carbon solid composition was formed in one step and exhibited large structural integrity, rigidity and rigidity.

실시예 54Example 54

ZrH 2 , 붕소 및 TPEB 전구중합체의 전구체 조성물의 제형화 - TPEB 전구중합체 (0.050 g; 0.105 mmol), 붕소 (0.116 g, 10.7 mmol), 및 지르코늄 수소화물 (0.500 g; 5.36 mmol)을 1분동안 볼 분쇄하여 진홍-검정 미세 분말을 수득하였다. 분말을 6mm 펠렛 프레스에 위치시키고 10초동안 4,000 파운드로 압착시켰다.
(0.050 g; 0.105 mmol), boron (0.116 g, 10.7 mmol), and zirconium hydride (0.500 g; 5.36 mmol) were added dropwise over 1 min to a solution of the precursor composition of ZrH 2 , boron and TPEB precursor polymer Followed by ball milling to obtain a crimson-black fine powder. The powder was placed in a 6 mm pellet press and squeezed at 4,000 pounds for 10 seconds.

실시예 55Example 55

질소 대기하에 1300℃까지 조절된 가열에 의해 1단계로 나노입자 내화 ZrB 2 , ZrN, 및 ZrC 세라믹 고체의 형성 - 실시예 54에서 제조된 펠렛 전구체 조성물 (200.819 mg)을 TGA 챔버에 위치시키고 100cc/분의 질소 기류하에 분당 5℃로 250℃까지 가열하고 250℃에서 1시간동안 방치하고 이어서 분당 3℃로 1300℃까지 가열하고 1300℃에서 3시간동안 방치하여 고체 밀집된 세라믹을 수득하였고 이는 질소와의 반응으로 인해 중량을 증가시켰다(샘플의 최종 중량은 220.755 mg 이었다). 냉각시, 상기 고체 세라믹을 노로부터 제거하고, XRD(도 17)로 특성 분석하고 단순한 탄소화 과정 동안에 형성된 과량의 탄소내 매립된 소량의 ZrB2 및 ZrC 나노입자와 함께 대량의 ZrN을 함유하는 것으로 밝혀졌다. 상기 ZrB2-ZrN-ZrC 탄소 고체 조성물은 1단계로 형성되었고 큰 구조적 통합성, 경질 및 강성을 나타냈다.
Formation of nanoparticle refractory ZrB 2 , ZrN, and ZrC ceramic solids in one step by heating to 1300 ° C under a nitrogen atmosphere- The pellet precursor composition (200.819 mg) prepared in Example 54 was placed in a TGA chamber and heated to 100 cc / Heated to 250 ° C at a rate of 5 ° C per minute and allowed to stand at 250 ° C for 1 hour and then heated to 1300 ° C at 3 ° C per minute and left at 1300 ° C for 3 hours to obtain a solid dense ceramic, The weight was increased due to the reaction (the final weight of the sample was 220.755 mg). By removing the cooling during the solid ceramic from the furnace and containing a large amount of ZrN in with XRD (FIG. 17) to the characterization and simple carbonization process, a small amount of ZrB 2 and ZrC nanoparticles within the buried excess of carbon formed during the It turned out. The ZrB 2 -ZrN-ZrC carbon solid composition was formed in one step exhibited a greater structural integrity, hard and rigid.

자명하게 많은 변형 및 변화가 상기 교시의 관점에서 가능하다. 따라서 청구된 사항은 구체적으로 기재된 것 이외의 다른 방식으로 수행될 수 있는 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 관사 "a," "an," "the," 또는 "said"를 사용하는 청구된 요소들의 참조는 상기 요소를 단수로 제한하는 것으로 해석되지 말아야 한다.
Obviously many modifications and variations are possible in view of the above teachings. It is therefore to be understood that the claimed subject matter may be practiced other than as specifically described. For example, references to claimed elements using articles "a,""an,""the," or "said" should not be construed as limiting the element in a singular.

Claims (41)

내화-금속 붕화물의 나노입자들; 및
탄소성 매트릭스를 포함하고, 분말 형태로 존재하지 않는, 조성물.
Refractory - nanoparticles of metal boride; And
Wherein the composition comprises an elastomeric matrix and is not present in powder form.
제1항에 있어서, 상기 나노입자들이 티타늄 붕화물을 포함하는, 조성물.The composition of claim 1, wherein the nanoparticles comprise titanium boride. 제1항에 있어서, 상기 나노입자들이 지르코늄 붕화물, 하프늄 붕화물, 텅스텐 붕화물 또는 탄탈륨 붕화물을 포함하는, 조성물.The composition of claim 1, wherein the nanoparticles comprise zirconium boride, hafnium boride, tungsten boride, or tantalum boride. 제1항에 있어서, 상기 내화 금속이 IV-VI 족 전이 금속, 니오븀, 몰리브덴, 크롬 또는 바나듐인, 조성물.The composition of claim 1, wherein the refractory metal is an IV-VI transition metal, niobium, molybdenum, chromium, or vanadium. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 적어도 5중량%의 나노입자들을 포함하는, 조성물.The composition of claim 1, wherein the composition comprises at least 5% by weight of nanoparticles. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 적어도 99중량%의 나노입자들을 포함하는, 조성물.The composition of claim 1, wherein the composition comprises at least 99% by weight of nanoparticles. 제1항에 있어서, 상기 나노입자들의 평균 직경이 100nm 미만인, 조성물.2. The composition of claim 1, wherein the average diameter of the nanoparticles is less than 100 nm. 제1항에 있어서, 상기 탄소성 매트릭스가 흑연 탄소, 탄소 나노튜브 또는 무정형 탄소를 포함하는, 조성물.The composition of claim 1, wherein the elastomeric matrix comprises graphite carbon, carbon nanotubes, or amorphous carbon. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 내화 금속의 탄화물 또는 질화물을 포함하는 나노입자들을 포함하는, 조성물.The composition of claim 1, wherein the composition comprises nanoparticles comprising carbide or nitride of a refractory metal. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유 또는 금속 섬유를 추가로 포함하는, 조성물.The composition of claim 1, wherein the composition further comprises fibers, carbon fibers, ceramic fibers or metal fibers. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 20중량% 미만의 보이드(void) 용적을 함유하는, 조성물.The composition of claim 1, wherein the composition contains a void volume of less than 20% by weight. 제1항에 따른 조성물을 포함하는 제품으로서, 모든 차원에서 적어도 1mm의 최소 크기를 갖는 깨지지 않은 매쓰(mass)로서 고체 형태인 제품.10. An article comprising a composition according to claim 1 in solid form as an unbreakable mass having a minimum size of at least 1 mm at all dimensions. 제12항에 있어서, 상기 제품의 표면이 내화 금속의 산화물을 포함하는, 제품. 13. The article of claim 12, wherein the surface of the article comprises an oxide of refractory metal. 내화 금속의 나노입자들 또는 입자들, 및
내화 금속 나노입자들로 분해될 수 있는 내화-금속 화합물로부터 선택되는 금속 성분;
붕소; 및
적어도 60중량%의 차르(char) 수율을 갖는 유기 화합물, 및
상기 유기 화합물로부터 제조된 열경화성 물질로부터 선택되는 유기 성분
을 포함하는, 조성물.
Nanoparticles or particles of refractory metal, and
A refractory metal component that can be decomposed into refractory metal nanoparticles;
boron; And
An organic compound having a char yield of at least 60% by weight, and
An organic component selected from a thermosetting material prepared from the organic compound
≪ / RTI >
제14항에 있어서, 상기 내화 금속이 티타늄인, 조성물. 15. The composition of claim 14, wherein the refractory metal is titanium. 제14항에 있어서, 상기 내화 금속이 IV-VI 족 전이 금속, 지르코늄, 하프늄, 텅스텐, 니오븀, 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 또는 바나듐인, 조성물.15. The composition of claim 14, wherein the refractory metal is an IV-VI transition metal, zirconium, hafnium, tungsten, niobium, molybdenum, chromium, tantalum or vanadium. 제14항에 있어서, 상기 금속 성분이 내화 금속의 염, 수소화물, 카보닐 화합물 또는 할로겐화물; 상기 내화 금속의 입자들, 텅스텐 분말 또는 탄탈륨 분말; 또는 티타늄 수소화물, 지르코늄 수소화물 또는 하프늄 수소화물인, 조성물.15. The method of claim 14, wherein the metal component is selected from the group consisting of salts, hydrides, carbonyl compounds or halides of refractory metals; Particles of refractory metal, tungsten powder or tantalum powder; Or a titanium hydride, a zirconium hydride or a hafnium hydride. 제14항에 있어서, 상기 유기 화합물이
탄소 및 수소만을 함유하거나;
방향족 및 아세틸렌 그룹을 함유하거나;
탄소, 수소 및 질소 또는 산소만을 함유하거나;
산소를 함유하지 않거나;
산소 이외에 헤테로원자를 함유하는, 조성물.
15. The method according to claim 14,
Containing only carbon and hydrogen;
Aromatic and acetylene groups;
Containing only carbon, hydrogen and nitrogen or oxygen;
Oxygen-free;
Lt; RTI ID = 0.0 > oxygen. ≪ / RTI >
제14항에 있어서, 상기 유기 화합물이 1,2,4,5-테트라키스(페닐에티닐)벤젠 또는 이의 전구중합체, 4,4'-디에티닐바이페닐, N,N'-(1,4-페닐렌디메틸리딘)-비스-(3-에티닐아닐린), 디아닐프탈로니트릴, 또는 레소르시놀 프탈로니트릴 또는 이의 전구중합체인, 조성물.The method of claim 14, wherein the organic compound is selected from the group consisting of 1,2,4,5-tetrakis (phenylethynyl) benzene or a precursor polymer thereof, 4,4'-diethynylbiphenyl, N, N ' - phenylenedimethylidene) -bis- (3-ethynyl aniline), dianilphthalonitrile, or resorcinol phthalonitrile or a precursor polymer thereof. 제14항에 있어서, 상기 금속 성분 및 상기 유기 성분이 동일한 화합물인, 조성물.15. The composition of claim 14, wherein the metal component and the organic component are the same compound. 제14항에 있어서, 상기 붕소 및 상기 내화-금속 화합물 또는 내화 금속의 입자들이 열경화성 물질에 분산되어 있는, 조성물.15. The composition of claim 14, wherein the boron and particles of the refractory-metal compound or refractory metal are dispersed in a thermoset material. 제14항에 있어서, 상기 조성물이 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유 또는 금속 섬유를 포함하는, 조성물.15. The composition of claim 14, wherein the composition comprises fibers, carbon fibers, ceramic fibers or metal fibers. 내화 금속의 입자들 또는 내화-금속 나노입자들로 분해되거나 이들과 반응할 수 있는 내화-금속 화합물, 붕소, 및 적어도 60중량%의 차르 수율을 갖는 유기 화합물을 배합하여 전구체 혼합물을 형성시키는 단계를 포함하는, 방법.Metal compound, boron, and an organic compound having a Charge yield of at least 60 wt%, which are capable of decomposing or reacting with particles of refractory metal or refractory-metal nanoparticles to form a precursor mixture / RTI > 제23항에 있어서, 상기 전구체 혼합물을 주형 또는 성형된 반응기에 위치시키는 단계를 더 포함하는, 방법.24. The method of claim 23, further comprising positioning the precursor mixture in a mold or a shaped reactor. 제23항에 있어서, 내화-금속 나노입자들을 형성하기 위해 내화-금속 화합물 또는 입자들의 분해 또는 반응을 유발하는 온도에서 불활성 대기 또는 진공하에 상기 전구체 혼합물을 가열하여 금속 나노입자 조성물을 형성시키는 단계를 더 포함하는, 방법.24. The method of claim 23, further comprising heating the precursor mixture under inert atmosphere or vacuum at a temperature that causes decomposition or reaction of the refractory-metal compound or particles to form refractory-metal nanoparticles to form the metal nanoparticle composition ≪ / RTI > 제25항에 있어서, 상기 전구체 혼합물의 가열이 상기 유기 화합물의 열경화성 물질로의 중합을 유발하는, 방법.26. The method of claim 25, wherein heating of the precursor mixture results in polymerization of the organic compound into a thermoset material. 제25항에 있어서, 상기 전구체 혼합물의 가열이 150 내지 600℃에서 수행되는, 방법.26. The method of claim 25, wherein heating of the precursor mixture is performed at 150 to 600 < 0 > C. 제25항에 있어서, 탄소성 매트릭스에서 내화-금속 붕화물의 나노입자들을 포함하는 세라믹의 형성을 유발하는 온도에서 불활성 대기, 아르곤, 질소 또는 진공하에 상기 금속 나노입자 조성물을 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.26. The method of claim 25 further comprising heating the metal nanoparticle composition under inert atmosphere, argon, nitrogen, or vacuum at a temperature that causes formation of a ceramic comprising refractory-metal boride nanoparticles in the elastomeric matrix How to. 제28항에 있어서, 상기 금속 나노입자 조성물의 가열이 500 내지 1900℃에서 수행되는, 방법.29. The method of claim 28, wherein the heating of the metal nanoparticle composition is performed at 500-1900 < 0 > C. 제28항에 있어서, 상기 금속 나노입자 조성물의 가열이 상기 내화 금속의 탄화물 또는 질화물을 포함하는 나노입자의 형성을 유발하는, 방법.29. The method of claim 28, wherein heating of the metal nanoparticle composition results in the formation of nanoparticles comprising carbide or nitride of the refractory metal. 제28항에 있어서, 상기 세라믹의 표면상에 상기 내화 금속의 산화물을 형성하도록 산소-함유 대기에서 상기 세라믹을 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.29. The method of claim 28, further comprising heating the ceramic in an oxygen-containing atmosphere to form an oxide of the refractory metal on the surface of the ceramic. 내화-금속 나노입자들, 붕소 및 유기 화합물로 분해될 수 있는 내화-금속 화합물 또는 내화 금속의 입자들의 전구체 혼합물을 제공하는 단계;
내화-금속 나노입자들을 형성하여 금속 나노입자 조성물을 형성하도록 상기 내화-금속 화합물의 분해를 야기하는 승압 및 온도에서 불활성 대기 또는 진공 내 상기 전구체 혼합물을 가열하는 단계;
탄소성 매트릭스 내 내화-금속 붕화물의 나노입자들을 포함하는 세라믹의 형성을 유발하는 온도에서 불활성 대기, 아르곤, 질소 또는 진공 내에서 상기 금속 나노입자 조성물을 가열하는 단계를 포함하고,
상기 유기 화합물이 승압에서 가열되는 경우 적어도 60중량%의 차르 수율을 갖는, 방법.
Providing a precursor mixture of refractory metal nanoparticles, boron and particles of a refractory-metal compound or refractory metal that can be decomposed into an organic compound;
Heating the precursor mixture in an inert atmosphere or in a vacuum at elevated pressures and temperatures to form refractory-metal nanoparticles to cause decomposition of the refractory-metal compound to form a metal nanoparticle composition;
Heating the metal nanoparticle composition in an inert atmosphere, argon, nitrogen or vacuum at a temperature which causes formation of a ceramic comprising nanoparticles of refractory metal boride in the elastomeric matrix,
Wherein the organic compound has a Tertiary yield of at least 60% by weight when heated at elevated pressure.
내화-금속 붕화물의 나노입자들을 포함하고, 분말 형태로 존재하지 않는, 조성물.Wherein the composition comprises nanoparticles of a refractory metal boride and is not present in powder form. 제33항에 있어서, 상기 나노입자들이 지르코늄 붕화물을 포함하는, 조성물.34. The composition of claim 33, wherein the nanoparticles comprise a zirconium boride. 제33항에 있어서, 상기 내화 금속이 IV-VI 족 전이 금속, 티타늄, 하프늄, 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀, 몰리브덴, 크롬 또는 바나듐인, 조성물.34. The composition of claim 33, wherein the refractory metal is an IV-VI transition metal, titanium, hafnium, tungsten, tantalum, niobium, molybdenum, chromium, or vanadium. 제33항에 있어서, 상기 조성물이 적어도 99중량%의 나노입자들을 포함하는, 조성물.34. The composition of claim 33, wherein the composition comprises at least 99% by weight of nanoparticles. 제33항에 따른 조성물을 포함하는 제품으로서, 모든 차원에서 적어도 1mm의 최소 크기를 갖는, 깨지지 않은 매쓰로서 고체 형태인, 제품.33. An article comprising a composition according to claim 33, wherein the article is in solid form as unbreakable mass having a minimum size of at least 1 mm at all dimensions. 내화 금속의 나노입자들 또는 입자들, 및
내화 금속 나노입자들로 분해될 수 있는 내화-금속 화합물로부터 선택되는 금속 성분; 및
붕소
를 포함하는, 조성물.
Nanoparticles or particles of refractory metal, and
A refractory metal component that can be decomposed into refractory metal nanoparticles; And
boron
≪ / RTI >
전구체 혼합물을 형성하도록 붕소와 내화-금속 나노입자들로 반응할 수 있거나 또는 분해할 수 있는 내화-금속 화합물 또는 내화 금속의 입자들을 배합하는 단계; 및
상기 내화 금속의 붕화물을 갖는 나노입자들의 형성을 유발하는 온도에서 불활성 대기 또는 진공 내에서 상기 전구체 혼합물을 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
Metal particles or particles of refractory metal capable of reacting with or decomposing with boron and refractory-metal nanoparticles to form a precursor mixture; And
Heating the precursor mixture in an inert atmosphere or vacuum at a temperature that causes formation of nanoparticles having a boride of the refractory metal.
제39항에 있어서, 상기 전구체 혼합물을 가열 전에 주형 또는 성형된 반응기에 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.40. The method of claim 39, further comprising the step of placing the precursor mixture in a mold or molded reactor prior to heating. 제39항에 있어서, 상기 전구체 혼합물의 가열이 500 내지 1900℃에서 수행되는, 방법.40. The method of claim 39, wherein heating of the precursor mixture is performed at 500 to 1900 占 폚.
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