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DE4320784A1 - Co-polymeric boro-silazane(s) prodn. useful for prodn. of ceramics - by reacting mixts. of tris-di:chloro silyl-ethyl-borane(s) and di- or tri-chloro silane(s) with ammonia, for coating steel - Google Patents

Co-polymeric boro-silazane(s) prodn. useful for prodn. of ceramics - by reacting mixts. of tris-di:chloro silyl-ethyl-borane(s) and di- or tri-chloro silane(s) with ammonia, for coating steel

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Publication number
DE4320784A1
DE4320784A1 DE19934320784 DE4320784A DE4320784A1 DE 4320784 A1 DE4320784 A1 DE 4320784A1 DE 19934320784 DE19934320784 DE 19934320784 DE 4320784 A DE4320784 A DE 4320784A DE 4320784 A1 DE4320784 A1 DE 4320784A1
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DE
Germany
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prodn
ammonia
tris
atoms
formula
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19934320784
Other languages
German (de)
Inventor
Ralf Dr Riedel
Andreas Dipl Chem Kienzle
Guenter Prof Dr Petzow
Martin Dipl Ing Brueck
Tilo Dr Vaahs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoechst AG
Original Assignee
Hoechst AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoechst AG filed Critical Hoechst AG
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Publication of DE4320784A1 publication Critical patent/DE4320784A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The prodn. of copolymeric boro-silazanes (II) comprises reacting a mixt. of tris-silyl-borane(s) of formula B-(CH2H4-SiCl2X)3 (I) and chlorosilane(s) of formula R1SiCl3 or R2R3SiCl2 with ammonia; -C2H4- = -CH2-CH3- or -CHMe-; X = Cl or 1-4C aliphatic residue; and R1-R3 = H or 1-4C aliphatic residue. Also new are boro-silazane copolymers of formula (II), obtd. by the above prodn. R = 1-4C aliphatic residue; and a + b + c + d = 1. The amt. of ammonia used is pref. sufficient to saturate all the Si-Cl gps. and bind the obtd. HCl as NH4Cl, and cpd. (I) and the chlorosilane are reacted as a soln. in organic solvent. The reactants are mixed at -10 to +10 deg. C and the mixt. is heated to 10-100 deg. C. (I) are prepd., e.g. by reaction of corresp. vinyl silanes of formula CH2=CH-SiCl2X with BH3-THF as described in J. Organomet. Chem. 34 (1972) C0 and 135 (1977) 249, and in Zhur. Obshchei. Khim. 30 (1960) 3615. Pref. solvents are, e.g. cyclohexane, toluene, THF etc. USE/ADVANTAGE - (II) are new B-contg. polyislazanes, useful for the prodn. of B- and Si-contg. ceramics with improved adhesion, hardness and surface quality, which are useful for coating steel etc., esp. for the surface coating of machine components which are mechanically and chemically stressed. (II) may also be shaped before pyrolysis, e.g. to form ceramic fibres which are useful for reinforcement of Al (alloys) and ceramic components. The prodn. of ceramic materials comprises pyrolysis of (II) at 500-2000 deg. C under nitrogen or argon (for materials contg. Si, B, C and N) or in an ammonia-contg. atmos. (for materials contg. Si, B and N). Also new are ceramic materials as above, produced by the prodn.

Description

Die Erfindung betrifft neue copolymere Borsilazane, ihre Herstellung, ihre Weiterverarbeitung zu Bor und Silicium enthaltenden keramischen Materialien, sowie diese Materialien selbst. Die genannten keramischen Materialien werden durch Pyrolyse aus den copolymeren Borsilazanen erhalten.The invention relates to novel copolymers borosilazanes, their preparation, their Further processing to boron and silicon-containing ceramic materials, as well as these materials themselves. The cited ceramic materials are obtained by pyrolysis of the copolymer borosilazanes.

Die Herstellung von gewissen borsiliciumorganischen Polymeren und deren Pyrolyse zu Bor und Silicium enthaltenden keramischen Materialien ist bereits bekannt. R.R. Wills et al. (Cer. Bulletin 62 (1983) 905) beschreiben die Herstellung borhaltiger Polysiloxane durch Mischen von Alkoxysilanen mit Boralkoxiden B(OR)3 und anschließendem Sol-Gel-Prozeß. Sol-Gel-Prozesse sind jedoch als sehr langwierig bekannt; außerdem können Inhomogenitäten auftreten, weil durch mechanisches Vermischen eine ideal homogene Lösung mit idealer Verteilung von Siloxanen und Boralkoxid nicht herzustellen ist.The preparation of certain borosilicon organic polymers and their pyrolysis to boron and silicon-containing ceramic materials is already known. RR Wills et al. (Cer. Bulletin 62 (1983) 905) describe the preparation of boron-containing polysiloxanes by mixing alkoxysilanes with boron alkoxides B (OR) 3 and subsequent sol-gel process. Sol-gel processes, however, are known to be very tedious; In addition, inhomogeneities can occur because by mechanical mixing an ideally homogeneous solution with ideal distribution of siloxanes and boron alkoxide can not be produced.

Gemäß EP-A-0 325 483 werden Boroxine, cyclische Bor-Sauerstoff-Moleküle, mit Silazanen umgesetzt. Dabei müssen die Boroxine und Silazane separat synthetisiert und anschließend miteinander umgesetzt werden. Diese mehrstufige Synthese ist kompliziert und trotzdem sind Inhomogenitäten möglich.According to EP-A-0 325 483, boroxines, cyclic boron-oxygen molecules, implemented with silazanes. The boroxines and silazanes must be separated be synthesized and then reacted together. These Multistep synthesis is complicated and yet there are inhomogeneities possible.

Gemäß EP-A-0 337 843 wird BCl3 mit Bis(trimethylsilyl)alkaliamid umgesetzt. Alkaliamide sind jedoch leicht entzündliche Verbindungen, die in der Handhabung Schwierigkeiten bereiten.According to EP-A-0 337 843, BCl 3 is reacted with bis (trimethylsilyl) alkali amide. However, alkali metal amides are highly flammable compounds that cause difficulties in handling.

Gemäß US-PS 4 906 763 werden siliciumhaltige Borazine in SiBN-Keramik überführt. Dabei geht man von Chlorborazinen aus und läßt diese mit Hexamethyldisilazan reagieren.According to US Pat. No. 4,906,763, silicon-containing borazines are in SiBN ceramic  transferred. It starts from chloroborazine and leaves it with Hexamethyldisilazane react.

Gemäß US-PS 4 780 337 werden SiH-haltige Polymere, u. a. Siloxane, mit Boralkenoxiden in einer Hydrosilylierungsreaktion (mit Platinverbindungen als Katalysatoren) umgesetzt. Dies führt u. a. auch zu borhaltigen Polysilazanen. Schwierigkeiten entstehen bei der Rückgewinnung des Katalysators und in der Herstellung der Boralkenoxide.According to US-PS 4,780,337 SiH-containing polymers, u. a. Siloxanes, with Boralkenoxiden in a hydrosilylation reaction (with platinum compounds as Catalysts) implemented. This leads u. a. also to boron-containing polysilazanes. Difficulties arise in the recovery of the catalyst and in the Production of Boralkenoxide.

Es wurde nun gefunden, daß man neue borsiliciumorganische Polymere, nämlich copolymere Borsilazane, auf einfache Weise aus einem Gemisch von Tris­ silylboranen der Formel (I)It has now been found that new organosilicon polymers, namely copolymers borosilazanes, in a simple manner from a mixture of tris silylboranes of the formula (I)

B[-C₂H₄-SiCl₂X]₃ (I)B [-C₂H₄-SiCl₂X] ₃ (I)

worin die Gruppe -C2H4- die Struktur -CH2-CH2- oder -CH(CH3)- hat und X ein Chloratom oder ein aliphatischer Rest mit 1-4 C-Atomen ist, und den Chlorsilanen R1SiCl3 und/oder R2R3SiCl2, wobei unabhängig voneinander R1, R2 und R3 H-Atome oder aliphatische Reste mit 1-4 C-Atomen sind, durch Umsetzung mit Ammoniak herstellen kann. Aus den erhaltenen copolymeren Borsilazanen kann man dann durch Pyrolyse in einfacher Weise Bor und Silicium enthaltende keramische Materialien herstellen.wherein the group -C 2 H 4 - has the structure -CH 2 -CH 2 - or -CH (CH 3 ) - and X is a chlorine atom or an aliphatic radical having 1-4 C-atoms, and the chlorosilanes R 1 SiCl 3 and / or R 2 R 3 SiCl 2 , wherein independently of one another R 1 , R 2 and R 3 are H atoms or aliphatic radicals having 1-4 C atoms, can be prepared by reaction with ammonia. From the copolymer borosilazanes obtained can then be prepared by pyrolysis in a simple manner boron and silicon-containing ceramic materials.

Ein Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von copolymeren Borsilazanen, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens ein Tris-silylboran der Formel (I)An object of the invention is therefore a process for the preparation of copolymer borosilazanes, characterized in that at least one Tris-silylborane of the formula (I)

B[-C₂H₄-SiCl₂X]₃ (I)B [-C₂H₄-SiCl₂X] ₃ (I)

worin die Gruppe -C2H4- die Struktur -CH2-CH2- oder -CH(CH3)- hat und X ein Chloratom oder ein aliphatischer Rest mit 1-4 C-Atomen ist, im Gemisch mit mindestens einem der Chlorsilane R1SiCl3 oder R2R3SiCl2, wobei unabhängig voneinander R1, R2 und R3 H-Atome oder aliphatische Reste mit 1-4 C-Atomen sind, mit Ammoniak umsetzt. wherein the group -C 2 H 4 - has the structure -CH 2 -CH 2 - or -CH (CH 3 ) - and X is a chlorine atom or an aliphatic radical having 1-4 C-atoms, in admixture with at least one of Chlorosilanes R 1 SiCl 3 or R 2 R 3 SiCl 2 , wherein independently of one another R 1 , R 2 and R 3 are H atoms or aliphatic radicals having 1-4 C atoms, with ammonia.

Die als Ausgangsprodukte eingesetzten Tris-silylborane der Formel B[-C2H4-SiCl2X]3 können nach P.R. Jones et al. (J. Organomet. Chem. 34 (1972) C9), T.F.O. Lim et al. (J. Organomet. Chem. 135 (1977) 249) und B.M. Mikailev et al. (Zhur. Obshchei. Khim. 30 (1960) 3615; C.A. (55) 20920) hergestellt werden, indem man entsprechende Vinylsilane der Formel CH2=CH-SiCl2X mit BH3·THF (Tetrahydrofuran) umsetzt. Dabei entsteht im allgemeinen ein Gemisch von 1- und 2-Substitutionsprodukten (mit -CH(CH3)- bzw. -CH2-CH2-Gruppen). Diese können getrennt und dann einzeln erfindungsgemäß umgesetzt werden, jedoch ist es auch ohne weiteres möglich, das Gemisch, wie es in der Reaktion entsteht, als solches einzusetzen. Man kann aber auch aus mehreren verschiedenen Vinylsilanen durch Umsetzung mit BH3·THF zuerst verschiedene Tris-silylboran-Gemische herstellen, dann diese Gemische jeweils in ihre beiden 1- und 2-Substitutionsprodukte auftrennen und daraus neue Gemische, z. B. nur aus 1-Substitutionsprodukten oder nur aus 2-Substitutionsprodukten herstellen und dann erfindungsgemäß umsetzen. Durch dieses Mischen von vorher isolierten Reinkomponenten kann man zu Mischungen gelangen, die durch die Vinylsilan-Umsetzung mit BH3·THF nicht direkt erhalten werden können.The tris-silylboranes of the formula B [-C 2 H 4 -SiCl 2 X] 3 used as starting materials can be prepared according to PR Jones et al. (J Organomet Chem 34 (1972) C9), TFO Lim et al. (J. Organomet. Chem. 135 (1977) 249) and BM Mikailev et al. (Zhur. Obshchei, Khim., 30 (1960) 3615; CA (55) 20920) can be prepared by reacting corresponding vinylsilanes of the formula CH 2 = CH-SiCl 2 X with BH 3 .THF (tetrahydrofuran). This generally produces a mixture of 1- and 2-substitution products (with -CH (CH 3 ) - or -CH 2 -CH 2 groups). These can be separated and then reacted individually according to the invention, but it is also readily possible to use the mixture as it arises in the reaction as such. However, it is also possible to first prepare various tris-silylborane mixtures from several different vinylsilanes by reaction with BH 3 .THF, then to separate these mixtures into their two 1- and 2-substitution products and to prepare new mixtures thereof, eg. B. only from 1-substitution products or only from 2-substitution products and then implement according to the invention. This mixing of previously isolated pure components can lead to mixtures which can not be obtained directly by the vinylsilane reaction with BH 3 .THF.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren weiterhin eingesetzten Chlorsilane R1SiCl3 und R2R3Cl2 sind handelsüblich.The chlorosilanes R 1 SiCl 3 and R 2 R 3 Cl 2 further used in the process according to the invention are commercially available.

Zur Herstellung der copolymeren Borsilazane werden vorzugsweise die Tris-silylborane und die Chlorsilane gemeinsam in einem organischen Lösungsmittel vorgelegt, welches sich inert gegenüber den Reaktanten - Tris-silylboran, Chlorsilan und Ammoniak - verhält. Geeignet sind z. B. gesättigte aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe wie n-Pentan, Cyclohexan, Toluol oder chlorierte Kohlenwasserstoffe wie Chloroform oder Chlorbenzol, oder Ether wie Diethylether oder THF, und dann mit Ammoniak bis zur Sättigung vermischt. Die Sättigung tritt dann ein, wenn alle Si-Cl-Funktionen durch NH-Gruppen substituiert sind. Ammoniak kann dabei als Gas oder als Flüssigkeit zudosiert werden. For the preparation of the copolymer borosilazanes are preferably the Tris-silylboranes and the chlorosilanes together in an organic solvent which is inert towards the reactants - tris-silylborane, Chlorosilane and ammonia - behaves. Suitable z. Saturated aliphatic or aromatic hydrocarbons such as n-pentane, cyclohexane, toluene or chlorinated hydrocarbons such as chloroform or chlorobenzene, or ethers such as Diethyl ether or THF, and then mixed with ammonia to saturation. The Saturation occurs when all Si-Cl functions are due to NH groups are substituted. Ammonia can be added as a gas or as a liquid become.  

Da die Reaktion exotherm ist, wird beim Zusammengeben der Reaktanten vorzugsweise zunächst die Temperatur bei -10°C bis +10°C gehalten und anschließend auf Temperaturen von 10°C bis 100°C erhitzt, vorzugsweise auf 20°C bis 50°C.Since the reaction is exothermic, mixing of the reactants becomes Preferably, first the temperature is kept at -10 ° C to + 10 ° C and subsequently heated to temperatures of 10 ° C to 100 ° C, preferably on 20 ° C to 50 ° C.

Bei der Reaktion entsteht NH4Cl, das durch Extraktion mit einem inerten organischen Lösungsmittel vom copolymeren Borsilazan abgetrennt werden kann. Hierfür sind dieselben Lösungsmittel geeignet wie zum Lösen der Tris-silylborane und der Chlorsilane.The reaction produces NH 4 Cl, which can be separated from the copolymer borosilazane by extraction with an inert organic solvent. For this purpose, the same solvents are suitable as for dissolving the tris-silylborane and the chlorosilanes.

Falls erwünscht, kann das Verfahren auch unter vermindertem Druck durchgeführt werden. Auch bei Drucken im Bereich von 1 bis 10 bar kann gearbeitet werden.If desired, the process can also be carried out under reduced pressure be performed. Even at pressures in the range of 1 to 10 bar can to be worked.

Das Verfahren kann auch kontinuierlich gestaltet werden.The process can also be designed continuously.

Die auf diese Weise hergestellten neuen copolymeren Borsilazane haben eine molekulare Struktur, die durch die Formel (II)The novel copolymeric borosilazanes prepared in this way have one molecular structure represented by the formula (II)

wiedergegeben werden kann, worin die Gruppe -C2H4- die Struktur -CH2-CH2- oder -CH(CH3)- hat, R ein aliphatischer Rest mit 1-4 C-Atomen und unabhängig voneinander R1, R2 und R3 H-Atome oder aliphatische Reste mit 1-4 C-Atomen sind, und a, b, c, d die Molfraktionen der vier Struktureinheiten bedeuten. Dabei gilt a+b+c+d = 1.in which the group -C 2 H 4 - has the structure -CH 2 -CH 2 - or -CH (CH 3 ) -, R is an aliphatic radical having 1-4 C atoms and independently of one another R 1 , R 2 and R 3 are H atoms or aliphatic radicals having 1-4 C atoms, and a, b, c, d denote the mole fractions of the four structural units. Where a + b + c + d = 1.

Wird B[-C2H4-SiCl3]3 und R2R3SiCl2 (jeweils 50 mol-%) eingesetzt, so istIf B [-C 2 H 4 -SiCl 3 ] 3 and R 2 R 3 SiCl 2 (in each case 50 mol%) are used, then

a= 0,5 , c= 0,5 und b=d = 0.a = 0.5, c = 0.5 and b = d = 0.

Wird B[-C2H4-SiCl2CH3]3 (30 mol-%) und CH3SiCl3 (70 mol-%) eingesetzt, so ist b= 0,3, d= 0,7 und a = c = 0, sowie R = R1 = CH3.When B [-C 2 H 4 -SiCl 2 CH 3 ] 3 (30 mol%) and CH 3 SiCl 3 (70 mol%) are used, b = 0.3, d = 0.7 and a = c = 0, and R = R 1 = CH 3 .

Wird ein Gemisch aus 25 Mol.-% B[-C2H4-SiCl3]3, 25 Mol.-% B[-C2H4-SiCl2CH3]3, 25 Mol-% (CH3)2SiCl2 und 25 Mol.-% CH3SiCl3 eingesetzt, so ist a = b = c = d = 0,25 und R = R1 = R2 = R3 = CH3.If a mixture of 25 mol .-% B [-C 2 H 4 -SiCl 3 ] 3 , 25 mol .-% B [-C 2 H 4 -SiCl 2 CH 3 ] 3 , 25 mol% (CH 3 ) 2 SiCl 2 and 25 mol .-% CH 3 SiCl 3 is used, then a = b = c = d = 0.25 and R = R 1 = R 2 = R 3 = CH 3 .

Um die 1- und 2-Boraneinheiten im Polymer zu unterscheiden, wird die Molfraktion a der alkylfreien Boraneinheit aufgeteilt in a1 für den Anteil der 1-Boraneinheit (-CH(CH3)-) und a2 für den Anteil der 2-Boraneinheit (-CH2-CH2-) und analog die Molfraktion b der den Alkylrest R enthaltenden Boraneinheit in b1 (1-Boraneinheit) und b2 (2-Boraneinheit).In order to distinguish the 1- and 2-borane units in the polymer, the mole fraction a of the alkyl-free borane unit is divided into a 1 for the proportion of 1-borane unit (-CH (CH 3 ) -) and a 2 for the proportion of 2-borane unit (-CH 2 -CH 2 -) and analogously the molar fraction b of the borane moiety containing the alkyl radical R in b 1 (1-borane unit) and b 2 (2-borane unit).

In ähnlicher Weise kann der Anteil verschiedener Alkylreste R unterschiedlicher Länge angegeben werden, indem die Molfraktionen b1 (1-Boraneinheit) und b2 (2-Boraneinheit) in b1 1, b1 2, b1 3, b1 4 und b2 1, b2 2, b2 3, b2 4 aufgeteilt werden, wobei der obere Index die Anzahl der C-Atome im Rest R wiedergibt, also z. B. b1 2 und b2 2 als Molfraktionen für die 1- bzw. 2-Boraneinheit mit R = C2H5. Analog für R1, R2, R3.Similarly, the proportion of different alkyl radicals R of different lengths can be given by the molar fractions b 1 (1-borane unit) and b 2 (2-borane unit) in b 1 1 , b 1 2 , b 1 3 , b 1 4 and b 2 1 , b 2 2 , b 2 3 , b 2 4 are divided, wherein the upper index represents the number of C atoms in the radical R, ie z. B. b 1 2 and b 2 2 as Mole fractions for the 1- or 2-borane unit with R = C 2 H. 5 Analogously for R 1 , R 2 , R 3 .

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind demgemäß copolymere Borsilazane der allgemeinen Formel (II)Another object of the present invention are accordingly copolymers Borosilazanes of the general formula (II)

worin die Gruppe -C2H4- die Struktur -CH2-CH2 oder -CH(CH3)- hat, R ein aliphatischer Rest mit 1-4 C-Atomen und unabhängig voneinander R1, R2 und R3 H-Atome oder aliphatische Reste mit 1-4 C-Atomen sind und a, b, c und d die Molfraktionen der jeweiligen Struktureinheiten bedeuten, wobei a + b + c + d = 1 gilt.wherein the group -C 2 H 4 - has the structure -CH 2 -CH 2 or -CH (CH 3 ) -, R is an aliphatic radical having 1-4 C atoms and independently R 1 , R 2 and R 3 H Are atoms or aliphatic radicals with 1-4 C atoms and a, b, c and d denote the mole fractions of the respective structural units, where a + b + c + d = 1.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind copolymere Borsilazane dadurch erhältlich, daß man mindestens ein Tris-silylboran der Formel (I)Another object of the present invention are copolymers borosilazanes obtainable by reacting at least one tris-silylborane of the formula (I)

B[-C₂H₄-SiCl₂X]₃ (I)B [-C₂H₄-SiCl₂X] ₃ (I)

worin die Gruppe -C2H4- die Struktur -CH2-CH2- oder -CH(CH3)- hat und X ein Chloratom oder ein aliphatischer Rest mit 1-4 C-Atomen ist, im Gemisch mit mindestens einem der Chlorsilane R1SiCl3 oder R2R3SiCl2, wobei unabhängig voneinander R1, R2 und R3 H-Atome oder aliphatische Reste mit 1-4 C-Atomen sind, mit Ammoniak umsetzt.wherein the group -C 2 H 4 - has the structure -CH 2 -CH 2 - or -CH (CH 3 ) - and X is a chlorine atom or an aliphatic radical having 1-4 C-atoms, in admixture with at least one of Chlorosilanes R 1 SiCl 3 or R 2 R 3 SiCl 2 , wherein independently of one another R 1 , R 2 and R 3 are H atoms or aliphatic radicals having 1-4 C atoms, with ammonia.

Die bevorzugten Ausführungsformen dieser Umsetzung sind bereits oben angegeben worden. Über die Zusammensetzung des Gemisches aus Tris-silylboran und Chlorsilan kann man die Zusammensetzung der copolymeren Borsilazane steuern.The preferred embodiments of this reaction are already above been specified. About the composition of the mixture Tris-silylborane and chlorosilane can be the composition of the copolymers Borsilazane control.

Die erfindungsgemäßen copolymeren Borsilazane sind sehr homogen in Bezug auf die Elementverteilung von B, Si, C, N. Sie können durch Pyrolyse in inerter Stickstoff- oder Argonatmosphäre bei Temperaturen von 500 bis 2000°C, vorzugsweise 800 bis 1400°C, zu amorphen, dichten Materialien pyrolysiert werden, die im wesentlichen aus Si, C, N und B bestehen und in Spuren auch H und O enthalten können.The copolymer borosilazanes according to the invention are very homogeneous in relation on the elemental distribution of B, Si, C, N. They can be prepared by pyrolysis in inert Nitrogen or argon atmosphere at temperatures of 500 to 2000 ° C, preferably 800 to 1400 ° C, pyrolyzed to amorphous, dense materials consisting essentially of Si, C, N and B and in traces also H and O may contain.

Ein besonderer Vorteil ist, daß sich die copolymeren Borsilazane vor der Pyrolyse nach verschiedenen Verfahren zu dreidimensionalen Formkörpern formen lassen.A particular advantage is that the copolymeric borosilazanes prior to pyrolysis can be formed into three-dimensional shaped bodies by various methods.

Eine wichtige Methode der Formgebung ist das Ziehen von Fasern. Dabei lassen sich Fasern aus hochviskosen Lösungen des copolymeren Borsilazans in Lösemitteln, wie Toluol, THF oder Hexan ziehen. Das Faserziehen geschieht vorteilhafterweise mittels Spinndüsen von 80 bis 350 µm Durchmesser. Durch anschließendes Strecken wird der Faden verjüngt, so daß nach der Pyrolyse ein sehr fester Faden von 2 bis 20 µm, insbesondere 5 bis 15 µm Durchmesser entsteht. Die durch anschließende Pyrolyse hergestellten Fasern finden Verwendung als mechanische Verstärkungseinlagerungen in faserverstärktem Aluminium, Aluminiumlegierungen und Keramikbauteilen.An important method of shaping is the drawing of fibers. Let it go fibers from highly viscous solutions of the copolymer borosilazane in  Solvents such as toluene, THF or hexane pull. The fiber drawing happens advantageously by means of spinnerets of 80 to 350 microns in diameter. By subsequent stretching, the thread is tapered, so that after pyrolysis very strong thread of 2 to 20 microns, in particular 5 to 15 microns in diameter arises. Find the fibers produced by subsequent pyrolysis Use as mechanical reinforcements in fiber reinforced Aluminum, aluminum alloys and ceramic components.

Eine weitere wichtige Verarbeitungsmöglichkeit der copolymeren Borsilazane ist die Herstellung dichter, gut haftender, amorpher keramischer Beschichtungen auf Metallen, insbesondere Stählen. Die Beschichtung erfolgt mit Hilfe einer Lösung des copolymeren Borsilazans in organischen Lösungsmitteln wie Toluol, THF oder Hexan. Die pyrolytische Umwandlung in eine amorphe Schicht erfolgt im gleichen Temperaturbereich von 500 bis 2000°C, vorzugsweise 800 bis 1400°C, unter Inertgas wie oben bei den dreidimensionalen Formkörpern beschrieben.Another important processing option for the copolymeric borosilazanes is the production of dense, well adhering, amorphous ceramic coatings on metals, in particular steels. The coating is done with the help of a Solution of the copolymer borosilazane in organic solvents such as toluene, THF or hexane. The pyrolytic transformation into an amorphous layer takes place in the same temperature range from 500 to 2000 ° C, preferably 800 to 1400 ° C, under inert gas as above for the three-dimensional moldings described.

Die keramischen Beschichtungen eignen sich wegen ihrer hervorragenden Haftung, hohen Härte und Oberflächengüte besonders zur Oberflächenveredlung von mechanisch und chemisch beanspruchten Maschinenbauteilen.The ceramic coatings are suitable because of their excellent Adhesion, high hardness and surface quality especially for surface finishing of mechanically and chemically stressed machine components.

Weiter kann man die oben beschriebenen copolymeren Borsilazane mit gleichhoher keramischer Ausbeute von 70 bis 90% statt in Inertgas auch in NH3-Atmosphäre pyrolysieren. Dabei resultiert ein praktisch kohlenstofffreier, glasklarer, farbloser Werkstoff. Bei der Pyrolyse in NH3 bei 1000°C oder höher liegt der C-Gehalt unterhalb 0,5 Gew.-%. Das Pyrolyseprodukt besteht aus praktisch reinem amorphen SiBN. Die Pyrolyse in NH3 läßt sich auf alle nach den oben beschriebenen Formgebungsverfahren hergestellten Formkörpern, also aus Pulvern geformte Körper, Fasern, Beschichtungen anwenden.Next you can pyrolyze the copolymer borosilazanes described above with the same high ceramic yield of 70 to 90% instead of in inert gas in NH 3 atmosphere. This results in a virtually carbon-free, crystal clear, colorless material. In the pyrolysis in NH 3 at 1000 ° C or higher, the C content is below 0.5 wt .-%. The pyrolysis product consists of practically pure amorphous SiBN. The pyrolysis in NH 3 can be applied to all moldings produced by the shaping processes described above, that is to say from powders shaped bodies, fibers, coatings.

Weitere Gegenstände der Erfindung sind daher die Herstellung von Si, B, C und N enthaltendem keramischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß man die oben erwähnten, durch ihre Formel oder ihr Herstellungsverfahren charakterisierten copolymeren Borsilazane in inerter Stickstoff- oder Argonatmosphäre bei 500 bis 2000°C, vorzugsweise 800 bis 1400°C, pyrolysiert, sowie das dadurch erhältliche keramische Material selbst.Further objects of the invention are therefore the production of Si, B, C and N-containing ceramic material, characterized in that the  mentioned above, by their formula or their method of production characterized copolymeric borosilazanes in inert nitrogen or Argon atmosphere at 500 to 2000 ° C, preferably 800 to 1400 ° C, pyrolyzed, as well as the thereby obtainable ceramic material itself.

Weitere Gegenstände der Erfindung sind die Herstellung von Si, B und N enthaltendem keramischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß man die oben erwähnten, durch ihre Formel oder ihr Herstellungsverfahren charakterisierten copolymeren Borsilazane in Ammoniak enthaltender Atmosphäre bei 500 bis 2000°C, vorzugsweise 800 bis 1400°C, pyrolysiert, sowie das dadurch erhältliche keramische Material selbst.Further objects of the invention are the production of Si, B and N. containing ceramic material, characterized in that the mentioned above, by their formula or their method of production characterized copolymeric borosilazanes in ammonia-containing Atmosphere at 500 to 2000 ° C, preferably 800 to 1400 ° C, pyrolyzed, as well as the thereby obtainable ceramic material itself.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.The following examples illustrate the invention.

Versuchsbericht 1Experiment report 1 Herstellung von Tris[(dichlormethylsilyl)ethyl]boranPreparation of tris [(dichloromethylsilyl) ethyl] borane

Zu einer auf 0°C gekühlten Lösung von 200 ml (216 g, 1,53 mol) Dichlormethylvinylsilan in 255 ml Toluol wurden unter starkem Rühren 255 ml einer 2-molaren Lösung von Dimethylsulfidboran (0,51 mol BH3) in Toluol langsam zugetropft. Die Temperatur wurde dabei unter 10°C gehalten. Nach dem Zutropfen wurde die Reaktionsmischung noch 5 Stunden bei 0°C gerührt und dann weitere 36 Stunden bei Raumtemperatur. Nach Abzug des Lösungsmittels im Vakuum konnten 223 g Tris[(dichlormethylsilyl)ethyl]boran isoliert werden.To a cooled to 0 ° C solution of 200 ml (216 g, 1.53 mol) of dichloromethylvinylsilane in 255 ml of toluene was added dropwise with vigorous stirring 255 ml of a 2 molar solution of Dimethylsulfidboran (0.51 mol BH 3 ) in toluene , The temperature was kept below 10 ° C. After the dropwise addition, the reaction mixture was stirred for 5 hours at 0 ° C and then for a further 36 hours at room temperature. After removal of the solvent in vacuo, 223 g of tris [(dichloromethylsilyl) ethyl] borane could be isolated.

Versuchsbericht 2Test report 2 Herstellung von Tris[(trichlorsilyl)ethyl]boranPreparation of tris [(trichlorosilyl) ethyl] borane

Zu einer auf 0°C gekühlten Lösung von 200 ml (254 g, 1 ,57 mol) Trichlorvinylsilan in 255 ml Toluol, wurden unter starkem Rühren 262 ml einer 2-molaren Lösung von Dimethylsulfidboran (0,52 mol BH3) in Toluol langsam zugetropft. Die Temperatur wurde dabei unter 10°C gehalten. Nach dem Zutropfen wurde die Reaktionsmischung noch 5 Stunden bei 0°C gerührt und dann weitere 36 Stunden bei Raumtemperatur. Nach Abzug des Lösungsmittels im Vakuum konnten 190 g Tris[(trichlorsilyl)ethyl]boran isoliert werden.To a cooled to 0 ° C solution of 200 ml (254 g, 1, 57 mol) of trichlorovinylsilane in 255 ml of toluene, with vigorous stirring 262 ml of a 2 molar solution of dimethylsulfide borane (0.52 mol of BH 3 ) in toluene slowly dropwise. The temperature was kept below 10 ° C. After the dropwise addition, the reaction mixture was stirred for 5 hours at 0 ° C and then for a further 36 hours at room temperature. After removal of the solvent in vacuo 190 g of tris [(trichlorosilyl) ethyl] borane could be isolated.

Beide hergestellten Tris-silylborane sind farblose, ölige Flüssigkeiten, die sich an der Luft von selbst entzünden, wenn ihnen eine große Oberfläche zur Verfügung gestellt wird (z. B. auf Zellstoff).Both prepared tris-silylboranes are colorless, oily liquids that adhere to ignite the air of their own accord if they have a large surface available (eg on pulp).

Beispiel 1example 1 Umsetzung eines Gemisches aus Tris[(dichlormethylsilyl)ethyl]boran und Dimethyldichlorsilan mit AmmoniakReaction of a mixture of tris [(dichloromethylsilyl) ethyl] borane and Dimethyldichlorosilane with ammonia

10 g (0,022 mol) Tris[(dichlormethylsilyl)ethyl]boran und 2.8 g (0,022 mol) Dimethyldichlorsilan wurden in 150 ml THF vorgelegt, und über ein Gaseinleitungsrohr wurde Ammoniak eingeleitet. Gleichzeitig wurde die Reaktionsmischung auf etwa 5°C gekühlt.10 g (0.022 mol) of tris [(dichloromethylsilyl) ethyl] borane and 2.8 g (0.022 mol) Dimethyldichlorosilane were placed in 150 ml of THF, and over a Gas inlet tube was introduced ammonia. At the same time the Reaction mixture cooled to about 5 ° C.

Nach der Sättigung aller SiCl-Gruppen mit Ammoniak, erkenntlich am beginnenden Rückfluß des NH3 am Trockeneiskühler, wurde auf 25°C erwärmt und das ausgefallene NH4Cl über eine Filtervorrichtung unter N2 als Schutzgas abgetrennt.After saturation of all SiCl groups with ammonia, recognizable by the onset of reflux of NH 3 on a dry ice condenser, was heated to 25 ° C and the precipitated NH 4 Cl was separated via a filter device under N 2 as a protective gas.

Das Lösungsmittel und alle leichtflüchtigen Anteile der Reaktionsmischung wurden über eine Destillation unter erniedrigtem Druck entfernt. Dabei blieb das copolymere Borsilazan als farbloses Pulver zurück. The solvent and all volatile components of the reaction mixture were removed by distillation under reduced pressure. It remained that way copolymers borosilazane back as a colorless powder.  

Diesem ist die folgende Struktur zuzuordnen:This is to be assigned the following structure:

Diese Struktur wurde durch die Elementaranalyse bestätigt und entspricht der allgemeinen Formel (II) mit a=d=0 und b=c= 0,5 sowie R=R2=R3= CH3.This structure was confirmed by elemental analysis and corresponds to the general formula (II) with a = d = 0 and b = c = 0.5 and R = R 2 = R 3 = CH 3 .

Beispiele 2-6Examples 2-6

Die Arbeitsweise entsprach dem Beispiel 1, jedoch wurden andere Gemische mit NH3 umgesetzt. Im folgenden werden als Abkürzungen benutzt:
Tris[(dichlormethylsilyl)ethyl]boran: TDS
Tris[(trichlorsilyl)ethyl]boran: TTS
The procedure was similar to Example 1, but other mixtures were reacted with NH 3 . The following abbreviations are used:
Tris [(dichloromethylsilyl) ethyl] borane: TDS
Tris [(trichlorosilyl) ethyl] borane: TTS

Beispiel 7Example 7 Umsetzung eines Gemisches aus Tris[(dichlormethylsilyl)ethyl]boran und Trichlorvinylsilan mit AmmoniakReaction of a mixture of tris [(dichloromethylsilyl) ethyl] borane and Trichlorovinylsilane with ammonia

In einem 1000-ml-Dreihalskolben mit Innenthermometer, Trockeneiskühler (mit Kühlmischung aus Aceton und Trockeneis), Gaseinleitungsrohr und Magnetrührer werden 62,5 g (0,144 mol) Tris[(dichlormethylsilyl)ethyl]boran und 63,5 g (0,393 mol) Trichlorvinylsilan in 500 ml THF vorgelegt, und über ein Gaseinleitungsrohr wurde Ammoniak unter Rühren eingeleitet. Gleichzeitig wurde die Reaktionsmischung auf etwa -10°C gekühlt.In a 1000 ml three-necked flask with internal thermometer, dry ice condenser (with Cooling mixture of acetone and dry ice), gas inlet tube and Magnetic stirrer 62.5 g (0.144 mol) of tris [(dichloromethylsilyl) ethyl] borane and 63.5 g (0.393 mol) of trichlorovinylsilane in 500 ml of THF submitted, and over a Gas inlet tube was introduced ammonia with stirring. simultaneously The reaction mixture was cooled to about -10 ° C.

Nach der Sättigung aller SiCl-Gruppen mit Ammoniak, erkenntlich am beginnenden Rückfluß des NH3 am Trockeneiskühler, wurde noch eine Stunde unter Ammoniakrückfluß gerührt, dann auf 25°C erwärmt und das ausgefallene NH4Cl über eine Filtervorrichtung unter N2 als Schutzgas abgetrennt.After saturation of all SiCl groups with ammonia, recognizable by the onset of reflux of NH 3 on dry ice, was stirred for one more hour under ammonia reflux, then heated to 25 ° C and separated the precipitated NH 4 Cl via a filter device under N 2 as a protective gas.

Man erhielt eine milchig trübe Lösung, die erst durch Zentrifugieren bei 15000 U/min als klare Lösung anfiel.This gave a milky turbid solution, which only by centrifuging at 15000 rpm as a clear solution.

GPC-Messungen dieser Lösung zeigten zwei Peaks mit folgenden Werten:GPC measurements of this solution showed two peaks with the following values:

Die Lösung wurde vom Lösungsmittel befreit, wobei das polymere Material schließlich als schwach gelbes Pulver anfiel.The solution was freed from the solvent using the polymeric material finally came as a pale yellow powder.

Die Elementaranalyse zeigte (in Gew.-%):Elemental analysis showed (in wt%):

CC 25,4725.47 HH 7,487.48 NN 6,286.28 ClCl 0,30.3 SiSi nicht bestimmtnot determined BB nicht bestimmt not determined Summetotal 39,5339.53

Beispiel 8Example 8 Pyrolyse des in Beispiel 7 erhaltenen Polymeren in ArgonPyrolysis of the polymer obtained in Example 7 in argon

Nach dem Trocknen des in Beispiel 7 erhaltenen Polymeren im Argonstrom bei 50 bis 60°C erfolgte die Pyrolyse in einem Schlenkgefäß aus Quarzglas unter Argonatmosphäre. Mit einer Aufheizrate von 1 Grad pro Minute wurde bis zu einer Endtemperatur von 1100°C aufgeheizt, mit 1 Stunde Haltezeit bei dieser Temperatur.After drying the polymer obtained in Example 7 in an argon stream at 50 to 60 ° C, the pyrolysis was carried out in a Schlenk vessel made of quartz glass Argon atmosphere. With a heating rate of 1 degree per minute was up to a final temperature of 1100 ° C heated, with 1 hour hold time at this Temperature.

Die keramische Ausbeute betrug 54 Gew.-%.The ceramic yield was 54% by weight.

Die Elementaranalyse zeigte:The elemental analysis showed:

CC 23,3 Gew.-%23.3% by weight OO 1,7 Gew.-%1.7% by weight NN 21,3 Gew.-%21.3% by weight SiSi 48,0 Gew.-%48.0% by weight

Beispiel 9Example 9 Pyrolyse des in Beispiel 7 erhaltenen Polymeren in NH3 Pyrolysis of the polymer obtained in Example 7 in NH 3

Nach dem Trocknen des Polymeren aus Beispiel 7 im Ammoniakstrom bei 50 bis 60°C erfolgte die Pyrolyse in einem Schlenkgefäß aus Quarzglas unter Ammoniakatmosphäre. Mit einer Aufheizrate von 2 Grad pro Minute wurde bis zu einer Endtemperatur von 1100°C aufgeheizt, mit 1 Stunde Haltezeit bei dieser Temperatur.After drying the polymer from Example 7 in the ammonia stream at 50 to 60 ° C, the pyrolysis was carried out in a Schlenk vessel made of quartz glass Ammonia atmosphere. With a heating rate of 2 degrees per minute was up heated to a final temperature of 1100 ° C, with 1 hour hold at this temperature.

Die keramische Ausbeute betrug 60 Gew.-%.The ceramic yield was 60% by weight.

Die Elementaranalyse zeigte einen C-Gehalt von 0,1 Gew.-%.The elemental analysis showed a C content of 0.1 wt .-%.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von copolymeren Borsilazanen, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens ein Tris-silylboran der Formel (I) B[-C₂H₄-SiCl₂X]₃ (I)worin die Gruppe -C2H4- die Struktur -CH2-CH2- oder -CH(CH3)- hat und X ein Chloratom oder ein aliphatischer Rest mit 1-4 C-Atomen ist, im Gemisch mit mindestens einem der Chlorsilane R1SiCl3 oder R2R3SiCl2, wobei unabhängig voneinander R1, R2 und R3 H-Atome oder aliphatische Reste mit 1-4 C-Atomen sind, mit Ammoniak umsetzt.1. A process for the preparation of copolymer borosilazanes, characterized in that at least one tris-silylborane of the formula (I) B [-C₂H₄-SiCl₂X] ₃ (I) wherein the group -C 2 H 4 - the structure -CH 2 - CH 2 - or -CH (CH 3 ) - and X is a chlorine atom or an aliphatic radical having 1-4 C atoms, in admixture with at least one of the chlorosilanes R 1 SiCl 3 or R 2 R 3 SiCl 2 , wherein independently R 1 , R 2 and R 3 are H atoms or aliphatic radicals having 1-4 C atoms, reacted with ammonia. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Ammoniak in einer Menge einsetzt, die sämtliche SiCl-Gruppen absättigt und entstehendes HCl als NH4Cl bindet.2. The method according to claim 1, characterized in that one uses ammonia in an amount which saturates all SiCl groups and resulting HCl as NH 4 Cl binds. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tris-silylboran und das Chlorsilan in einem organischen Lösungsmittel gelöst und dann umgesetzt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Tris-silylborane and the chlorosilane dissolved in an organic solvent and then be implemented. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Zusammengeben der Reaktanten eine Temperatur von -10°C bis +10°C einhält und anschließend auf 10 bis 100°C erhitzt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized that when combining the reactants, a temperature of -10 ° C to + 10 ° C and then heated to 10 to 100 ° C. 5. Copolymere Borsilazane der allgemeinen Formel (II) worin die Gruppe -C2H4- die Struktur -CH2-CH2 oder -CH(CH3)- hat, R ein aliphatischer Rest mit 1-4 C-Atomen und unabhängig voneinander R1, R2 und R3 H-Atome oder aliphatische Reste mit 1-4 C-Atomen sind und a, b, c, d die Molfraktionen der Struktureinheiten bedeuten, wobei a + b + c + d = 1 gilt.5. Copolymers Borsilazanes of the general formula (II) wherein the group -C 2 H 4 - has the structure -CH 2 -CH 2 or -CH (CH 3 ) -, R is an aliphatic radical having 1-4 C atoms and independently R 1 , R 2 and R 3 H Are atoms or aliphatic radicals having 1-4 C atoms, and a, b, c, d denote the mole fractions of the structural units, where a + b + c + d = 1. 6. Copolymere Borsilazane, erhältlich nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.6. Copolymers Borosilazanes, obtainable by the process according to one of Claims 1 to 4. 7. Verfahren zur Herstellung von Si, B, C und N enthaltendem keramischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß man copolymere Borsilazane gemäß Anspruch 5 oder 6 in inerter Stickstoff- oder Argonatmosphäre bei 500°C bis 2000°C pyrolysiert.7. A process for the preparation of Si, B, C and N containing ceramic Material, characterized in that copolymeric borosilazanes according to Claim 5 or 6 in inert nitrogen or argon atmosphere at 500 ° C to Pyrolyzed at 2000 ° C. 8. Si, B, C und N enthaltendes keramisches Material, erhältlich nach dem Verfahren gemäß Anspruch 7.8. Si, B, C and N containing ceramic material obtainable according to the Method according to claim 7. 9. Verfahren zur Herstellung von Si, B und N enthaltendem keramischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß man copolymere Borsilazane gemäß Anspruch 5 oder 6 in Ammoniak enthaltender Atmosphäre bei 500°C bis 2000°C pyrolysiert.9. A process for the preparation of Si, B and N containing ceramic Material, characterized in that copolymeric borosilazanes according to Claim 5 or 6 in ammonia-containing atmosphere at 500 ° C to Pyrolyzed at 2000 ° C. 10. Si, B und N enthaltendes keramisches Material, erhältlich nach dem Verfahren gemäß Anspruch 9.10. Si, B and N containing ceramic material obtainable according to the Method according to claim 9.
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