DE19817680A1 - Verfahren zur Herstellung eines Siliciumbornitridkeramikpulvers - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines SiliciumbornitridkeramikpulversInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumbornitridkeramikpulvers mit niedrigem Kohlenstoffgehalt der allgemeinen Formel DOLLAR A Si¶x¶B¶y¶N¶z¶, DOLLAR A in welcher DOLLAR A x für die Zahlen 1 bis 15 steht, DOLLAR A y für die Zahlen 3 bis 10 steht und DOLLAR A z für die Zahlen 7 bis 15 steht, DOLLAR A sowie ein chloridhaltiges SiBN-Polymer, das man im Laufe des Herstellungsverfahrens isolieren kann.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen Sili
ciumbornitridkeramikpulvers der allgemeinen Formel
SixByNz
in welcher
x für die Zahlen 1 bis 15 steht,
y für die Zahlen 3 bis 10 steht und
z für die Zahlen 7 bis 15 steht, mit dem Formkörper hergestellt werden können, die sich durch hohe Thermobeständigkeit, hohe Oxidationsbeständigkeit, hohe Formbeständigkeit und niedrigem Kohlenstoffgehalt auszeichnen.
x für die Zahlen 1 bis 15 steht,
y für die Zahlen 3 bis 10 steht und
z für die Zahlen 7 bis 15 steht, mit dem Formkörper hergestellt werden können, die sich durch hohe Thermobeständigkeit, hohe Oxidationsbeständigkeit, hohe Formbeständigkeit und niedrigem Kohlenstoffgehalt auszeichnen.
Aus Baldus et al, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol. 271(1992) 821-826 ist bekannt,
daß diese Pulver üblicherweise zur Herstellung von Si3N4/BN-Kompositkeramiken
verwendet werden. Der Vorteil der Verwendung von Siliciumbornitridkeramikpulvern
gegenüber konventionellen Pulvermischungen aus Si3N4- und BN-Pulvern liegt in
deren besseren Sinteraktivität.
Aus DE-A-11 93 485 und US 3 676 343 ist bekannt, daß amorphes Siliciumbornitrid
über die Coammonolyse der Elementchloride BCl3 und SiCl4 mit Ammoniak im elek
trischen Lichtbogen bzw. durch anschließende Pyrolyse in NH3/N2 hergestellt werden
kann.
Nach JP 05 320 356 ist die Synthese auch über die Coammonolyse von Dihalosilanen
und Trihaloboranen in Anwesenheit von Lewis-Basen möglich.
Ein anderer Zugang zu Siliziumbornitridpulvern (SiBN-Pulvern) ergibt sich nach
Misawa et al (J. of Non-Crystalline Solids 95 & 96 (1987) 1119-1126) durch die Um
setzung von SiCl4, B2H6 und H2 in Anwesenheit von Ammoniak bei Temperaturen
zwischen 1100 und 1300°C (CVD-Verfahren).
Ein alternativer Weg zur Erzeugung der Siliciumbornitridkeramik wird in EP-A-
0 424 082 beschrieben. Hier wird ein lösliches Polysilazan mit einer löslichen bororga
nischen Verbindung in einem Lösungsmittel bei moderaten Bedingungen polymerisiert
und unter NH3/N2 pyrolysiert.
Sneddon et al (Chem. Mater. 7(11) (1995) 2203-12) führt die Copolymerisation von
Tris(trimethylsilylamino)silan (TTS) mit Borazin mit nachgeschalteter Pyrolyse bis
1400°C zu amorphen Si-B-N-Keramiken mit variablem Siliciumgehalt durch Kristalli
sation bei 1800°C führt zu teilkristallinen Produkten. Kristalline Phasen sind Si3N4
und SiC, BN liegt amorph vor.
Nach JP 04 272 227 können Chlorborazine mit kettenförmigen bzw. zyklischen
Polysilazanen copolymerisiert werden, die dann in Siliciumbornitridkeramiken (Fasern
oder Copmposite) durch thermische Behandlung umgewandelt werden.
Aus EP-A-0 502 399 ist bekannt, daß homogene, amorphe Siliciumbornitridpulver
durch Ammonolyse von TADB (Trichlorsilylaminodichlorboran), einem Single-
Source-Precursor, mit festem, flüssigem oder gasförmigem Ammoniak und anschlie
ßender Calcination und Pyrolyse in NH3/N2 hergestellt werden können.
Nachteilig an den Verfahren im Stand der Technik ist, daß hochwertige amorphe Sili
ciumbornitridkeramiken nur durch Ammonolyse von aufwendig hergestellten Mono
merverbindungen (Single Source Precursoren) oder reinen Si- und B-haltigen Aus
gangsstoffen synthetisiert werden können. Als eine weitere Möglichkeit kann die Ver
knüpfung der drei Elemente Si, B, und N nur über die Copolymerisation von aufwen
dig hergestellten Silazan-Präpolymeren mit niedermolekularen Borausgangsverbin
dungen realisiert werden.
Die Synthesen der Ausgangsverbindungen führen über umwelt- und gesundheitsge
fährdende Einsatzstoffe, die eines sensiblen Handlings bedürfen. In den meisten Fällen
bleiben Reststoffe zurück, die aufwendig entsorgt werden müssen.
Ein weiterer Nachteil besteht in der Luft- und Hydrolyseempfindlichkeit der herge
stellten Precursormoleküle und -polymere sowie der reinen Edukte (z. B. BCl3, SiCl4),
deren aufwendigen Herstellungs- und Reinigungsschritten bei ihrer Synthese und den
damit verbundenen Edukt- und Hilfsstoffkosten.
Die Aufgabe bestand darin, ein einfaches und zugleich umweltverträgliches Verfahren
unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte zur Herstellung eines Siliciumbor
nitridkeramikpulvers bereitzustellen, das nicht von Single-Source-Precursoren son
dern von einem chlorreichen Polymer ausgeht und welches die Nachteile der Single-
Source-Precusoren nicht aufweist. Infolgedessen entfällt die aufwendige Entsorgung
eines Abfallstoffes, des TADB-Sumpfes (TADB = Trichlorsilylaminodichlorboran).
Die Erfindung und damit die Lösung der Aufgabe betrifft ein Verfahren zur Herstel
lung eines amorphen Siliciumbornitridkeramikpulvers der allgemeinen Formel
SixByNz
in welcher
x für die Zahlen 1 bis 15 steht,
y für die Zahlen 3 bis 10 steht und
z für Zahlen 7 bis 15 steht,
dadurch gekennzeichnet, daß man entweder ein Stoffgemisch mit
20 bis 80 Gew.-% Bis(trichlorsilylamino)-chlorboran (TACB) und
20 bis 80 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan
(Stoffgemisch 1) bei mindestens 50°C über eine Zeitdauer von 72 Stunden in ein Stoffgemisch der Zusammensetzung
50 bis 70 Gew.-% TACB
10 bis 30 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan und
15 bis 30 Gew.-% Trichlorborazin
(= Stoffgemisch 2) überführt, dieses Stoffgemisch 2 entweder ohne thermische Vorbe handlung mit Ammoniak bei Temperaturen zwischen -200°C und +1400°C ammono lysiert und unter Schutzgas bei Temperaturen zwischen 800°C und 1550°C calciniert, oder Stoffgemisch 2 gegebenenfalls in einem weiteren Schritt bei Temperaturen grö ßer oder gleich 70°C
in ein Stoffgemisch der Zusammensetzung
25 bis 40 Gew.-% TACB
2 bis 10 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan
2 bis 10 Gew.-% Trichlorborazin und
40 bis 60 Gew.-% chloridhaltiges SiBN-Polymer
(= Stoffgemisch 3) thermisch überführt und dieses Stoffgemisch 3 dann mit Ammo niak bei Temperaturen zwischen -200°C und +1400°C ammonolysiert und unter Schutzgas bei Temperaturen zwischen 800°C und 1550°C calciniert, wobei die jewei lige Summe der Gewichtsprozente stets 100% ergibt.
x für die Zahlen 1 bis 15 steht,
y für die Zahlen 3 bis 10 steht und
z für Zahlen 7 bis 15 steht,
dadurch gekennzeichnet, daß man entweder ein Stoffgemisch mit
20 bis 80 Gew.-% Bis(trichlorsilylamino)-chlorboran (TACB) und
20 bis 80 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan
(Stoffgemisch 1) bei mindestens 50°C über eine Zeitdauer von 72 Stunden in ein Stoffgemisch der Zusammensetzung
50 bis 70 Gew.-% TACB
10 bis 30 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan und
15 bis 30 Gew.-% Trichlorborazin
(= Stoffgemisch 2) überführt, dieses Stoffgemisch 2 entweder ohne thermische Vorbe handlung mit Ammoniak bei Temperaturen zwischen -200°C und +1400°C ammono lysiert und unter Schutzgas bei Temperaturen zwischen 800°C und 1550°C calciniert, oder Stoffgemisch 2 gegebenenfalls in einem weiteren Schritt bei Temperaturen grö ßer oder gleich 70°C
in ein Stoffgemisch der Zusammensetzung
25 bis 40 Gew.-% TACB
2 bis 10 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan
2 bis 10 Gew.-% Trichlorborazin und
40 bis 60 Gew.-% chloridhaltiges SiBN-Polymer
(= Stoffgemisch 3) thermisch überführt und dieses Stoffgemisch 3 dann mit Ammo niak bei Temperaturen zwischen -200°C und +1400°C ammonolysiert und unter Schutzgas bei Temperaturen zwischen 800°C und 1550°C calciniert, wobei die jewei lige Summe der Gewichtsprozente stets 100% ergibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung eines amor
phen Siliciumbornitridkeramikpulvers der allgemeinen Formel
SixByNz
in welcher
x für die Zahl 3 steht,
y für die Zahlen 8 oder 9 steht und
z für die Zahlen 12 oder 13 steht.
x für die Zahl 3 steht,
y für die Zahlen 8 oder 9 steht und
z für die Zahlen 12 oder 13 steht.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Siliciumbornitridkeramikpulver her
gestellt werden, deren BN-Gehalt (B = Bor, N = Stickstoff) zwischen 15 und 47
Gew.-% und deren Si3N4-Gehalt zwischen 53 und 85 Gew.-% einstellbar sind und die
darüber hinaus einen niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann Stoffgemisch 2 auch direkt, ohne
thermische Vorbehandlung, der Ammonolyse und Calcinierung unterzogen werden,
ohne daß dem erfindungsgemäßen Verfahren daraus eine Einschränkung erwächst.
Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des amorphen Silici
umbornitridkeramikpulvers ist die Verwendung von Stoffgemisch 3, das aus Stoff
gemisch 2 wie oben beschrieben hergestellt werden kann. Die Ammonolyse und
Calcinierung von Stoffgemisch 3 erfolgt analog zu der von Stoffgemisch 2.
Die Dauer der Pyrolyse beträgt zwischen 0 Minuten und 24 Stunden, bevorzugt zwi
schen 15 Minuten und 12 Stunden.
Der Druck der Atmosphäre beträgt zwischen 0,9 und 1,5 bar.
Die Dauer der Calcination beträgt zwischen 0 Minuten und 24 Stunden, bevorzugt
zwischen 15 Minuten und 12 Stunden. Die Calcination kann auch direkt nach der
Pyrolyse ohne intermediäres Abkühlen erfolgen.
Der Druck der Atmosphäre beträgt zwischen 0,9 und 1,5 bar.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können die erhaltenen amorphen Silicium
bornitridkeramikpulver durch eine anschließende Temperaturbehandlung zwischen
1500°C und 2200°C teilweise oder vollständig kristallisiert werden. Als röntgeno
graphisch nachweisbare kristalline Phasen bilden sich in erster Linie α- und β-Silici
umnitrid. Die Bildung von hexagonalem BN ist kinetisch gehemmt und findet nur bei
höheren Temperaturen und längeren Haltezeiten statt. Daneben kann die Bildung von
SiC beobachtet werden. Während der Kristallisation erhöht sich die Dichte der Silici
umbornitridkeramikpulver und die spezifische Oberfläche reduziert sich.
Die Kristallisation wird unter Schutzgas bzw. Inertgas wie N2 und/oder Argon durch
geführt.
Der Druck der Atmosphäre beträgt zwischen 0,9 bar und 100 bar, bevorzugt 1 bar bis
10 bar.
Die Zeitdauer der Auslagerung beträgt zwischen 5 Minuten und 4 Tagen, bevorzugt
10 Minuten bis 24 Stunden.
Die Kristallisation der Siliciumbornitridkeramikpulver kann auch direkt nach der
Calcination ohne intermediäres Abkühlen erfolgen.
Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des
TADB-Sumpfes als Ausgangsstoffgemisch zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Keramikpulvers anstelle von Stoffgemisch 1 und/oder Stoffgemisch 2 und/oder Stoff
gemisch 3.
Der TADB-Sumpf fällt bei der Herstellung des genannten Single-Source-Precursors
TADB (Trichlorsilylaminodichlorboran) als ein Reststoff an, der im Normalfall auf
wendig entsorgt werden müßte.
Durch Ammonolyse des Rohsumpfes oder des aufgereinigten Sumpfes mit Ammoniak
(fest, flüssig, gasförmig) bei Temperaturen zwischen 800°C und 1400°C und an
schließende Pyrolyse und Calcinierung bis maximal 1550°C kann das amorphe Silici
umbornitridkeramikpulver im Sinne der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
Die Reinigung des TADB-Sumpfes erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das Sumpf
gemisch mit einem inerten, unpolaren, aprotischen Lösungsmittel oder Lösungsmittel
gemisch versetzt wird. Bevorzugt werden Kohlenwasserstoffe wie Pentan und Hexan
eingesetzt, besonders bevorzugt Petrolether.
Der dabei ausgefällte polymere Feststoff erfindungsgemäß chloridhaltiges SiBN-Poly
mer, fallt in 11-70%iger Ausbeute an (bezogen auf eingesetztes Sumpfgemisch).
Je nach Anwendung kann das ausgefällte SiBN-Polymer abfiltriert und getrocknet
oder in ausgefällter Form weiterverwendet werden.
Durch Ammonolyse des chloridhaltigen SiBN-Polymers, auch in Kombination mit
Stoffgemisch 1 und/oder Stoffgemisch 2 und/oder Stoffgemisch 3, und anschließende
Pyrolyse und Calcinierung bis maximal 1550°C kann das erfindungsgemäße amorphe
Siliciumbornitridpulver hergestellt werden, das einen BN-Gehalt zwischen 15 und
47% und einen Si3N4-Gehalt zwischen 53 und 85% aufweist. Kristallisation führt zu
teilkristallinem Siliciumbornitridpulver.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform im Sinne der vorliegenden Erfin
dung wird das TADB-Sumpfgemisch bei einer Temperatur zwischen 78°C und 110°C,
bevorzugt zwischen 88° und 100°C, für die Dauer von 2 Stunden bis 4 Tagen unter
Rückfluß gehalten. Danach werden die Leichtsieder abdestilliert und das zurückblei
bende Produkt mit einem inerten, unpolaren, aprotischen Lösungsmittel wie Kohlen
wasserstoffe, besonders bevorzugt mit Petrolether, versetzt.
Erfindungsgemäß entsteht dann das chloridhaltige SiBN-Polymer zur Herstellung des
Keramikpulvers in 90%iger Ausbeute.
Wenn das chloridhaltige SiBN-Polymer in ausgefällter Form weiter umgesetzt oder
einer anderen Anwendung zugeführt werden soll, kann auf das Isolieren des Produk
tes verzichtet werden.
Der bevorzugte Aufarbeitungsschritt besteht in der Isolierung des ausgefällten
chloridhaltigen SiBN-Polymers durch Filtration und dessen Umsetzung mit Ammo
niak (fest, flüssig, gasförmig) bei Temperaturen zwischen -200°C und +1400°C. Die
anschließende Calcination bei Temperaturen zwischen 800°C und 1550°C führt zu
dem amorphen Siliciumbornitridpulver im Sinne der vorliegenden Erfindung. Kristalli
sation führt zu teilkristallinem Siliciumbornitridpulver.
Für die Reaktion mit NH3 kann man alle literaturbekannten Ammonolyseverfahren
von Siliciumtetrachlorid nutzen; das betrifft die Umsetzung mit festem bzw. flüssigem
Ammoniak bei tiefen Temperaturen (US-A-4 196 178), die Reaktion mit gasförmigem
Ammoniak in einem organischen Lösungsmittel (US-A-4 959 446) oder die Umse
tzung mit NH3 in einer Hochtemperaturreaktion unter Abspaltung von Chlorwasser
stoff (US-A-4 145 224).
Die Abtrennung des anfallenden Ammoniumchlorids geschieht erfindungsgemäß
durch bekannte Methoden wie Sublimation oder Waschen mit flüssigem Ammoniak.
Besonders bevorzugt wird das Salz im Ammoniakstrom durch Pyrolyse des ammono
lysierten Produkts in einem Ofen zwischen 400 und 1000°C entfernt. Anschließend
wird das Material in einem Stickstoffstrom zwischen 800°C und 1550°C, besonders
bevorzugt aber bei 1500°C zur amorphen nitridischen Keramik calciniert. Wie oben
beschrieben führt Kristallisation zu teilkristallinem Produkt.
Das auf diese Weise dargestellte amorphe keramische Material besteht in den Haupt
komponenten aus Si, N und B und kann in Spuren auch C, Cl, H und O enthalten.
Bevorzugt sind Spuren von Kohlenstoff mit einer Obergrenze von 1,5 Gew.-%, insbe
sondere bevorzugt sind Spuren von Kohlenstoff kleiner oder gleich 0,25 Gew.-%.
Die Calcinierung wird unter Schutzgas durchgeführt. Besonders geeignet als Schutz
gas sind Stickstoff, Argon und/oder Ammoniak.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Beispiele verdeutlicht,
ohne jedoch auf diese eingeschränkt zu sein.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Siliciumbornitridkeramik
pulver zeichnen sich durch hohe Thermobeständigkeit sowie hohe Oxidationsempfind
lichkeit aus. Formkörper, die aus dem Siliziumkeramikpulver durch Verpressen herge
stellt werden, weisen zudem hohe Formbeständigkeit, Bruchfestigkeit sowie Schlag
zähigkeit auf.
Alle Arbeiten wurden in Schutzgasatmosphäre (N2 oder Argon) unter Verwendung
der Schlenktechnik durchgeführt.
In einem 3000 ml-Dreihalskolben werden 500 ml flüssiges Ammoniak (99.999%)
einkondensiert und 1100 ml Petrolether hinzugegeben. Anschließend tropft man unter
starkem Rühren langsam (1 Tropfen pro Sekunde) 180 g von Stoffgemisch 1 und/oder
Stoffgemisch 2 bei einer Temperatur von -78°C hinzu. Danach rührt man die
Suspension aus polymerem Ammonolyseprodukt, NH4Cl, flüssigem Ammoniak und
Petrolether noch ca. eine Stunde und läßt das überschüssige Ammoniak abdampfen.
Es wird noch eine Stunde zum Rückflußsieden erhitzt, um Reste von Ammoniak aus
dem Reaktionsgemisch zu entfernen. Nach der Filtration und Trocknung im Vakuum
bleibt ein weißer, salzhaltiger, polymerer Feststoff zurück.
In einem 2000 ml-Dreihalskolben werden 100 g von Stoffgemisch 3 und/oder TADB-
Sumpf in 1000 ml Hexan vorgelegt. Anschließend wird Ammoniak (99.999%) bei
-78°C bis zur Sättigung eingeleitet. Die Reaktionsmischung wird innerhalb von 48 h
auf Raumtemperatur erwärmt und eine Stunde zum Rückflußsieden erhitzt. Der ent
standene weiße polymere Feststoff wird abfiltriert und im Vakuum getrocknet.
In einem Dreihalskolben werden 1000 g TADB-Rohsumpf vorgelegt. Unter starkem
Rühren wird der Sumpf mit einer Menge Petrolether bei Raumtemperatur versetzt, die
sich zur eingewogenen Menge Sumpf wie 1 : 1 bis 1 : 10 verhalten kann. Das ausge
fällte, stark chloridhaltige SiBN-Polymer wird durch Filtration isoliert und unter Va
kuum getrocknet. Es kann auch direkt aus der Fäll-Lösung weiter umgesetzt werden.
Ausbeute: 11-70%
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
C 2.3%; Cl 45.5%; N 25.8%; O 1.5; B 12.7%; Si 11.4%
Ausbeute: 11-70%
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
C 2.3%; Cl 45.5%; N 25.8%; O 1.5; B 12.7%; Si 11.4%
In einem 2000 ml Dreihalskolben werden 1000 g TADB-Rohsumpf vorgelegt und
zum Sieden unter Rückfluß erhitzt. Das Gemisch wird für die Dauer von 2 Stunden
bis 4 Tagen auf einer Temperatur zwischen 78°C und 110°C gehalten. Im Laufe des
Rückflußsieden nimmt die Viskosität des Kolbeninhaltes stark zu. Die Leichtsieder
werden abdestilliert und der verbleibende zähflüssige, cremefarbene Rückstand mit
einer entsprechenden Menge Petrolether versetzt. Das ausgefällte, weiße, chloridhal
tige SiBN-Polymer wird durch Filtration isoliert und unter Vakuum getrocknet.
Ausbeute: < 90%
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
C 2.97%; H 1.85%, N 18.8%; O 0.66%; Cl 53.9%; B 9.77% Si 12.7%
Ausbeute: < 90%
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
C 2.97%; H 1.85%, N 18.8%; O 0.66%; Cl 53.9%; B 9.77% Si 12.7%
In einem 1000 ml Dreihalskolben werden 300 g des chloridhaltigen SiBN-Polymers
eingewogen. Die Zugabe eines inerten, unpolaren, aprotischen Lösungsmittels oder
Lösungsmittelgeinisches kann in beliebigem Verhältnis erfolgen oder unterbleiben.
Der Kolben wird auf -78°C abgekühlt und die Einleitung von NH3 (99.999%) unter
starkem Rühren begonnen. Nach 5 Stunden wird das Einleiten beendet. Das über
schüssige Ammoniak wird abgedampft und der zurückbleibende weiße Feststoff im
Vakuum von restlichem Ammoniak befreit.
In einem 2000 ml-Dreihalskolben werden 500 ml Ammoniak (99.999%) und 1100 ml
Hexan bei -78°C vorgelegt. Unter starkem Rühren werden dann 150 g des chlorid
haltigen SiBN-Polymers über einen Feststoffdosiertrichter langsam zudosiert. Die
Reaktionsmischung wird über einen Zeitraum von 24 h auf Raumtemperatur erwärmt
und noch eine Stunde zum Rückflußsieden erhitzt. Der weiße Feststoff wird abfiltriert
und im Vakuum getrocknet.
Das gemäß der Beispiele 1, 2, 5 und 6 erhaltene polymere Ammonolyseprodukt wird
in einer Quarzglasfritte im Ammoniakstrom auf 1000°C erhitzt und bei dieser Tempe
ratur eine Stunde getempert, um noch vorhandenes NH4Cl auszutreiben. Anschlie
ßend wird das Material im Kohlenstofftiegel unter Stickstoff auf 1500°C (10 K/min)
aufgeheizt und dort eine weitere Stunde calciniert.
Das polymere Ammonolyseprodukt hat sich vollständig zu einer nitridischen Keramik
umgewandelt, die röntgenamorph ist. Die Oberfläche wurde mittels BET bestimmt.
Oberfläche: 304 m2
/g
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
Si 37.2%; B 14.5%; O 1.5%; N 45.9%; C 0.1%; Cl < 0.01%
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
Si 37.2%; B 14.5%; O 1.5%; N 45.9%; C 0.1%; Cl < 0.01%
Oberfläche: 141 m2
/g
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
Si 36.3%; B 16.2%; O 1.7%; N 44.5%; C 0.2%; Cl < 0.01%
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
Si 36.3%; B 16.2%; O 1.7%; N 44.5%; C 0.2%; Cl < 0.01%
Oberfläche: 56 m2
/g
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
Si 24.5%; B 28.0%; O 0.7%; N 45.6%; C 0.06%; Cl < 0.01%
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
Si 24.5%; B 28.0%; O 0.7%; N 45.6%; C 0.06%; Cl < 0.01%
Oberfläche: 6 m2
/g
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
Si 25.3%; B 25.8%; O 1.2%; N 47.2%; C 0.1%; Cl < 0.01%
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):
Si 25.3%; B 25.8%; O 1.2%; N 47.2%; C 0.1%; Cl < 0.01%
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung eines Siliciumbornitridkeramikpulvers der allge
meinen Formel
SixByNz
in welcher
x für die Zahlen 1 bis 15 steht,
y für die Zahlen 3 bis 10 steht und
z für die Zahlen 7 bis 15 steht,
dadurch gekennzeichnet, daß man entweder ein Stoffgemisch 1 mit
20 bis 80 Gew.-% Bis(trichlorsilylamino)-chlorboran und
20 bis 80 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan
bei mindestens 50°C über eine Zeitdauer von 72 Stunden in ein Stoffgemisch 2 der Zusammensetzung
50 bis 70 Gew.-% TACB
10 bis 30 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan und
15 bis 30 Gew.-% Trichlorborazin
überführt, dieses Stoffgemisch 2 entweder ohne thermische Vorbehandlung mit Ammoniak bei Temperaturen zwischen -200°C und +1400°C ammonoly siert und unter Schutzgas bei Temperaturen zwischen 800°C und 1550°C, calciniert, oder Stoffgemisch 2 gegebenenfalls in einem weiteren Schritt bei Temperaturen größer oder gleich 70°C
in ein Stoffgemisch 3 der Zusammensetzung
25 bis 40 Gew.-% TACB
2 bis 10 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan
2 bis 10 Gew.-% Trichlorborazin und
40 bis 60 Gew.-% chloridhaltiges SiBN-Polymer
thermisch überführt und dieses dann mit Ammoniak bei Temperaturen zwi schen -200°C und +1400°C ammonolysiert und unter Schutzgas bei Tempera turen zwischen 800°C und 1550°C zu einem amorphen Siliciumbornitrid keramikpulver calciniert.
SixByNz
in welcher
x für die Zahlen 1 bis 15 steht,
y für die Zahlen 3 bis 10 steht und
z für die Zahlen 7 bis 15 steht,
dadurch gekennzeichnet, daß man entweder ein Stoffgemisch 1 mit
20 bis 80 Gew.-% Bis(trichlorsilylamino)-chlorboran und
20 bis 80 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan
bei mindestens 50°C über eine Zeitdauer von 72 Stunden in ein Stoffgemisch 2 der Zusammensetzung
50 bis 70 Gew.-% TACB
10 bis 30 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan und
15 bis 30 Gew.-% Trichlorborazin
überführt, dieses Stoffgemisch 2 entweder ohne thermische Vorbehandlung mit Ammoniak bei Temperaturen zwischen -200°C und +1400°C ammonoly siert und unter Schutzgas bei Temperaturen zwischen 800°C und 1550°C, calciniert, oder Stoffgemisch 2 gegebenenfalls in einem weiteren Schritt bei Temperaturen größer oder gleich 70°C
in ein Stoffgemisch 3 der Zusammensetzung
25 bis 40 Gew.-% TACB
2 bis 10 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan
2 bis 10 Gew.-% Trichlorborazin und
40 bis 60 Gew.-% chloridhaltiges SiBN-Polymer
thermisch überführt und dieses dann mit Ammoniak bei Temperaturen zwi schen -200°C und +1400°C ammonolysiert und unter Schutzgas bei Tempera turen zwischen 800°C und 1550°C zu einem amorphen Siliciumbornitrid keramikpulver calciniert.
2. Verfahren zur Herstellung eines Siliciumbornitridkeramikpulvers der allge
meinen Formel SixByNz gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
x für die Zahl 3 steht,
y für die Zahlen 8 oder 9 steht und
z für die Zahlen 12 oder 13 steht.
x für die Zahl 3 steht,
y für die Zahlen 8 oder 9 steht und
z für die Zahlen 12 oder 13 steht.
3. Verfahren zur Herstellung eines Siliciumbornitridkeramikpulvers der allge
meinen Formel SixByNz gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von
einem Stoffgemisch der Zusammensetzung
50 bis 70 Gew.-% TACB
10 bis 30 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan und
15 bis 30 Gew.-% Trichlorborazin
(Stoffgemisch 2) ausgegangen wird.
50 bis 70 Gew.-% TACB
10 bis 30 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan und
15 bis 30 Gew.-% Trichlorborazin
(Stoffgemisch 2) ausgegangen wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines Siliciumbornitridkeramikpulvers der allge
meinen Formel SixByNz gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von
einem Stoffgemisch der Zusammensetzung
25 bis 40 Gew.-% TACB
2 bis 10 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan
2 bis 10 Gew.-% Trichlorborazin und
40 bis 60 Gew.-% chloridhaltiges SiBN-Polymer
(Stoffgemisch 3) ausgegangen wird.
25 bis 40 Gew.-% TACB
2 bis 10 Gew.-% Bis(trimethylsilylamino)-dichlorsilan
2 bis 10 Gew.-% Trichlorborazin und
40 bis 60 Gew.-% chloridhaltiges SiBN-Polymer
(Stoffgemisch 3) ausgegangen wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines Siliciumbornitridkeramikpulvers der allge
meinen Formel SixByNz, in welcher
x für die Zahlen 1 bis 15 steht,
y für die Zahlen 3 bis 10 steht und
z für die Zahlen 7 bis 15 steht,
dadurch gekennzeichnet, daß man TADB-Sumpfgemisch bei einer Temperatur zwischen 78°C und 110°C für die Dauer von 2 Stunden bis 4 Tagen unter Rückfluß hält, danach die Leichtsieder abdestilliert, das zurückbleibende Pro dukt mit einem inerten, unpolaren, aprotischen Lösungsmittel versetzt, das ausgefällte chloridhaltige SiBN-Polymer durch Filtration isoliert, mit Ammo niak bei Temperaturen zwischen -200°C und 1400°C umsetzt und schließlich bei Temperaturen zwischen 800°C und 1550°C zu einem amorphen Silicium bornitridkeramikpulver calciniert.
x für die Zahlen 1 bis 15 steht,
y für die Zahlen 3 bis 10 steht und
z für die Zahlen 7 bis 15 steht,
dadurch gekennzeichnet, daß man TADB-Sumpfgemisch bei einer Temperatur zwischen 78°C und 110°C für die Dauer von 2 Stunden bis 4 Tagen unter Rückfluß hält, danach die Leichtsieder abdestilliert, das zurückbleibende Pro dukt mit einem inerten, unpolaren, aprotischen Lösungsmittel versetzt, das ausgefällte chloridhaltige SiBN-Polymer durch Filtration isoliert, mit Ammo niak bei Temperaturen zwischen -200°C und 1400°C umsetzt und schließlich bei Temperaturen zwischen 800°C und 1550°C zu einem amorphen Silicium bornitridkeramikpulver calciniert.
6. Chloridhaltiges SiBN-Polymer erhältlich durch
- i) thermische Behandlung von TADB-Sumpfgemisch bei einer Tempera tur zwischen 78°C und 110°C für die Dauer von 2 Stunden bis 4 Tagen unter Rückflußsieden,
- ii) abdestillieren der leichtsiedenden Anteile,
- iii) versetzen des Rückstands mit einem inerten, unpolaren, aprotischen Lösungsmittel und
- iv) trocknen des durch Filtration isolierten chloridhaltigen SiBN-Polymers im Vakuum.
7. Formkörper erhältlich durch Verpressen des durch Ammonolyse umgewandel
ten Si BN-Polymers gemäß Anspruch 6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998117680 DE19817680A1 (de) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Verfahren zur Herstellung eines Siliciumbornitridkeramikpulvers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998117680 DE19817680A1 (de) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Verfahren zur Herstellung eines Siliciumbornitridkeramikpulvers |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19817680A1 true DE19817680A1 (de) | 1999-10-28 |
Family
ID=7865250
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998117680 Withdrawn DE19817680A1 (de) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | Verfahren zur Herstellung eines Siliciumbornitridkeramikpulvers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19817680A1 (de) |
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---|---|---|---|---|
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CN114621448A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-06-14 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种氮化硅先驱体的制备方法 |
CN116178013A (zh) * | 2023-01-12 | 2023-05-30 | 宁波杭州湾新材料研究院 | 一种硅硼原子比可控的SiBN陶瓷先驱体的制备方法 |
-
1998
- 1998-04-21 DE DE1998117680 patent/DE19817680A1/de not_active Withdrawn
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CN102604108A (zh) * | 2012-03-15 | 2012-07-25 | 中国科学院化学研究所 | 有机硅粘结剂及其专用硅硼碳氮聚合物 |
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CN114621448A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-06-14 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种氮化硅先驱体的制备方法 |
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CN116178013A (zh) * | 2023-01-12 | 2023-05-30 | 宁波杭州湾新材料研究院 | 一种硅硼原子比可控的SiBN陶瓷先驱体的制备方法 |
CN116178013B (zh) * | 2023-01-12 | 2024-01-30 | 宁波杭州湾新材料研究院 | 一种硅硼原子比可控的SiBN陶瓷先驱体的制备方法 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |