ホウ酸トリエチルを添加したフェノール樹脂-オルトケイ酸テトラエチル複合体からの炭化ケイ素の生成機構

Abstract

SiC微粒子のための混成ゲル状前駆体をオルトケイ酸テトラエチル、ホウ酸トリエチルおよびフェノール樹脂から成る液状混合物から合成した。触媒添加後、混濁分散液を透明溶液に転化し、連続撹拌条件下でゲル化した。各種組成の合成ゲルを真空乾燥し、粉砕し、SiC粉末向けの前駆体が生成する規定の条件で焼成した。合成前駆体のNMR(核磁気共鳴)研究結果は、乾燥前駆体内に低次元Si-O-Si骨格に対応するQ2およびQ3ユニットが形成することを示した。1,273Kでの熱分解の後、3次元Si-O-Si骨格に対応するQ4に帰属する単一シグナルを観測した。1,873Kにおけるこれらの前駆体内のSiC沈積過程をX線回折解析と粉体形態学を用いて検討した。出発混合物の組成はゲル化工程時の混合物の透明性および得られた前駆体中のシリコン環境にはほとんど影響を与えなかった。しかし、形態と結果的な粉末サイズは出発混合物の樹脂とホウ酸含有量に大きく左右された。

Hybrid gel precursors for SiC fine particles were synthesized from the liquid mixtures composed of tetraethyl orthosilicate, triethyl borate and phenol resin. After the addition of catalyst, the turbid dispersion was converted into the transparent solution and was gelled under continuous stirring. The synthesized gels with various compositions were dried under vacuum, crushed and pyrolyzed with an appointed conditions to yield the precursors for SiC powder. NMR (Nuclear Magnetic Resonance) study of the synthesized precursors indicates the formation of Q2 and Q3 units in the dried precursors, which would correspond to the low dimensional Si-O-Si networks. After the pyrolysis at 1,273 K, the single signal assigned to Q4 is observed, which corresponds to three-dimensional Si-O-Si network. The SiC precipitation process in these precursors at 1,873 K was investigated in terms of X-ray diffraction analysis and powder morphology. The composition of the starting mixture hardly influenced the mixture transparency during the gelation process and the silicon environments in the obtained precursors. The morphology and the size of the resulting powders, however, strongly depend on the resin and borate content in the starting mixtures.