Кремниевокарбидные материалы на основе поликарбосилоксана, варианты применения и устройства - RU2707772C2

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

[0001] Настоящая заявка: (i) согласно Разделу 35 Кодекса законов США (U.S.C.), 119(е)(1), заявляет преимущество Предварительной патентной заявки США, серийный номер 62/055,397, с датой подачи 25 сентября 2014 года; (ii) согласно Разделу 35 U.S.C., 119(е)(1), заявляет преимущество Предварительной патентной заявки США, серийный номер 62/055,461, с датой подачи 25 сентября 2014 года; (iii) согласно Разделу 35 U.S.C., 119(е)(1), заявляет преимущество Предварительной патентной заявки США, серийный номер 62/055,497, с датой подачи 25 сентября 2014 года; и (iv) согласно Разделу 35 U.S.C., 119(е)(1), заявляет преимущество Предварительной патентной заявки США, серийный номер 62/112,025, с датой подачи 4 февраля 2015 года, все описания каждой из которых включены здесь ссылкой.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

[0002] Настоящие изобретения относятся к полиорганическим композициям, способам, структурам и материалам; образованным из полимеров предкерамическим и керамическим материалам и способам; и, в частности, к поликарбосилоксановым («polysilocarb») композициям, способам, структурам и материалам. Кроме того, настоящие изобретения относятся к способам получения композиций на основе Карбида Кремния (SiС) и SiС-композиций, структур, компонентов, материалов, и к устройствам для изготовления этих изделий; способам получения композиций на основе Карбида Кремния (SiС) и SiОС-композиций, структур, компонентов, материалов, и к устройствам для изготовления этих изделий; и, в частности, к SiС, который получается из поликарбосилоксановых материалов. Поликарбосилоксановые материалы и способы получения этих материалов раскрыты и описаны в патентных заявках США с серийными номерами 14/212,896, 14/324,056, 14/268,150 и 14/634,819, содержание каждой из которых включено здесь ссылкой во всей своей полноте.

[0003] Известны материалы, изготовленные или образованные из карбосилана или поликарбосилана (Si-С), силана или полисилана (Si-Si), силазана или полисилазана (Si-N-Si), карбида кремния (SiС), карбосилазана или поликарбосилазана (Si-N-Si-С-Si), силоксана или полисилоксанов (Si-О). Материалы этих общих типов имеют весьма многообещающие, но нереализованные перспективы; и оказались не нашедшими вариантов крупномасштабного применения или рыночного признания. Вместо этого их использование было низведено до очень узких, ограниченных, малообъемных, высокозатратных и весьма специфических вариантов применения, таких как керамический компонент сопла ракетного двигателя, или в качестве огнестойких пластин для космического челнока. Таким образом, они не получили широкого применения в качестве керамических материалов, и представляется, что они получили еще меньшее признание и применение для других областей использования.

[0004]Все из этих материалов, и способ, применяемый для их получения, в большей или меньшей степени не свободны от одного или многих недостатков, в том числе, например: они являются исключительно дорогостоящими и трудными в исполнении, обусловливая затраты до тысяч и десятков тысяч долларов за фунт; для них требуются исходный материалы высокой и очень высокой чистоты; способ, как правило, не в состоянии производить материалы, имеющие высокую чистоту; способ требует применения опасных органических растворителей, таких как толуол, тетрагидрофуран (THF), и гексан; материалы непригодны для формирования неармированных структур, имеющих любую подходящую прочность; при исполнении способа образуются нежелательные и опасные побочные продукты, такие как соляная кислота и шлам, который может содержать магний; исполнение способа требует проведения многочисленных реакционных стадий на основе растворителей и реагентов, связанных со стадиями отверждения и пиролиза; материалы не способны формировать должный препрег; и их общие физические свойства являются разнородными, например, хорошие температурные характеристики, но высокая хрупкость.

[0005]В результате, хотя и представлялись весьма многообещающими, материалы этих типов не смогли найти варианты широкомасштабного применения или признания на рынке, и оставались по существу объектами научной любознательности.

[0006] Карбид кремния (SiС) представляет собой соединение кремния (Si) и углерода (С), которое используется чрезвычайно широко, имеет многообразные варианты применения и потенциал для использования в будущем. Заслугой Юджина Ачесона по праву считается разработка первых способов промышленного получения карбида кремния, которые описаны и раскрыты в Патентах США №№ 492,767 и 560,291, полное содержание каждого из которых включено здесь ссылкой. Карбид кремния представляет собой в высшей степени разносторонний материал. Карбид кремния может иметь несколько форм, например, аморфную, кристаллическую, имеющую многие различные политипные модификации, и может формировать одно- (или моно-) и поликристаллические структуры. Карбид кремния находит применение, среди всего прочего, в абразивах, деталях фрикционных пар, и в электронных устройствах. Порошок карбида кремния, мелкозернистые фракции, гранулы или прочие малоразмерные и формованные изделия могут быть объединены друг с другом с использованием операций спекания с образованием деталей и конструкций.

[0007] Как правило, карбид кремния может действовать как полупроводник. В качестве материала он очень стабилен. Карбид кремния представляет собой очень твердый материал. Он является исключительно химически инертным, и не будет реагировать с любыми материалами при комнатной температуре.

[0008] В недавние годы возрастала потребность в высокочистом карбиде кремния, в особенности в высокочистых монокристаллических карбидных материалах, для применения в конечных изделиях, таких как полупроводник, но, как считается, оказалась неудовлетворенной. Например, «монокристаллы приобретают все большее и большее значение как подложка(-ки) для высокочастотных и высокомощных электронных устройств на основе карбида кремния», Wang, и др., в работе «Synthesis of High Power Sic Powder for High-resistivity SiC Single crystals Growth» («Синтез предназначенного для работы на высоких уровнях мощности порошкообразного SiС для выращивания высокоомных монокристаллов SiС»), стр. 118 (J. Mater. Sic. Technol. том 23, № 1, 2007) (далее Wang). Для получения этих конечных изделий из высокочистого карбида кремния порошкообразный карбид кремния в качестве исходного или сырьевого материала должен быть чрезвычайно чистым. Однако «имеющийся в продаже на рынке порошкообразный SiС обычно синтезируют карботермическим восстановлением кремнезема. К сожалению, он типично загрязнен до уровня, который делает его непригодным для выращивания SiС», Wang, на стр. 118.

[0009] Издавна существующая потребность в получении высокочистого карбида кремния и связанная с этим проблема, и неспособность создать технологически успешно действующий (как с технической, так и с экономической точки зрения) способ получения этого материала был также признан авторами Zwieback и др. в публикации 2013/0309496 («Zwieback»), в которой утверждается, что «в общем и целом для выращивания монокристаллов SiС является важной доступность исходного материала для высокочистого SiС, и является критически важной для получения полупроводниковых кристаллов SiС» (Zwieback в разделе 0007). Zwieback далее указывает, что прежние способы, в том числе способы на основе жидкостей, совершенно не в состоянии удовлетворить эту потребность: «в то время как на протяжении многих лет были разработаны многочисленные модификации процесса Ачесона, полученный SiС-материал всегда содержит высокие концентрации бора, азота, алюминия и других металлов, и непригоден в качестве исходного материала для выращивания кристаллов SiС подходящего для полупроводников качества» (Zwieback в разделе 0009); «массивный SiС товарного сорта, полученный способом CVD (химического осаждения из паровой фазы), не является достаточно чистым для использования в качестве источника для выращивания кристаллов SiС (Zwieback в разделе 0010); «полученный жидкостным способом SiС-материал содержит загрязнения в высоких концентрациях и непригоден для выращивания кристаллов SiС подходящего для полупроводников качества» (Zwieback в разделе 0011); и, прямой синтез SiС дает загрязненный материал, что «препятствует применению такого материала» (Zwieback в разделе 0015). Сам Zwieback изыскивает решение этой давнишней проблемы с помощью сложного многостадийного варианта того, что представляется как прямой процесс в описанной попытке получения высокочистого SiС. Как представляется, этот способ не является жизнеспособным ни в техническом, ни в экономическом отношении; и поэтому не может удовлетворить давнишнюю потребность в получении высокочистого SiС в промышленных масштабах.

[0010] Таким образом, хотя имеются другие известные способы получения карбида кремния, представляется, что ни один из этих способов не обеспечивает необходимой эффективности ни с технической позиции, ни в отношении производительности, ни в экономическом плане для достижения уровней чистоты, количеств и низкой стоимости, необходимых для промышленного использования и вариантов применения; и, в частности, для удовлетворения постоянно возрастающих потребностей в материале пригодного для полупроводниковых устройств сорта, и прочего развития в плане вариантов применения в промышленном масштабе. «Среди этих способов синтеза только CVD был успешно применен для получения порошка высокочистого SiС, но он непригоден для массового производства вследствие высоких затрат, связанных с CVD-технологией», Wang, на стр. 118.

[0011] В общем CVD имеет отношение к Химическому Осаждению из Паровой Фазы. CVD представляет собой один тип технологии осаждения из паров. В дополнение к CVD, технологии осаждения из паров включали бы PVD (Физическое Осаждение из Паровой Фазы), плазменно-химическое осаждение из паровой фазы, физический перенос газовой фазы (PVT), и другие.

[0012] Таким образом, для этих конечных продуктов и вариантов применения, среди прочих, которые требуют высокочистых материалов, существует постоянно возрастающая потребность в недорогом сырьевом материале для карбида кремния, который имеет чистоту по меньшей мере около 99,9%, по меньшей мере около 99,99%, по меньшей мере около 99,999%, по меньшей мере около 99,9999%, и по меньшей мере около 99,99999%, или выше. Однако представляется, что до вариантов осуществления настоящих изобретений эта потребность не была удовлетворена для всех практических целей.

[0013] Кроме того, представляется, что до вариантов осуществления настоящих изобретений высокочистые и сверхвысокой чистоты SiОС-материалы, и особенно в бóльших количествах, нежели мелкие лабораторные партии на уровне нескольких унций, никогда не были получены, и тем самым их важность, преимущества и потребность в таком материале были почти совершенно непризнанными и недооцененными.

[0014] Высокочистый монокристаллический кремниевокарбидный материал имеет многие желательные особенности и характеристики. Например, он является очень твердым, имея модуль Юнга около 424 ГПа. Поликристаллический карбид кремния также может иметь очень высокую твердость, в зависимости от структуры его зерен и прочих факторов.

[0015] Как применяемые здесь, если не оговаривается иное, термины в отношении удельного веса, который также называется кажущейся плотностью, должны иметь свои возможные в самом широком смысле значения, и, как правило, подразумевают вес в расчете на единицу объема структуры, например, пространственной формы материала. Эта характеристика включала бы внутреннюю пористость частицы как часть этого объема. Среди прочих методов, она может быть измерена с помощью маловязкой текучей среды, которая смачивает поверхность частицы.

[0016] Как используемые здесь, если не оговаривается иное, термины в отношении фактической плотности, которая также может называться истинной плотностью, должны иметь свои возможные в самом широком смысле значения, и, как правило, подразумевают вес в расчете на единицу объема материала, когда в таком материале отсутствуют полости. Это измерение и характеристика по существу исключает любую внутреннюю пористость в материале, например, не предусматривает никакие полости в материале.

[0017] Таким образом, совокупность пористых пенопластовых шариков (например, шариков Nerf^®) может быть использована для иллюстрации взаимосвязи между тремя характеристиками плотности. Вес шариков, заполняющих контейнер, представлял бы объемную плотность для шариков:

[0018]

(Объемная плотность=вес шариков/объем заполненного контейнера)

[0019] Вес одиночного шарика с учетом сферического объема шарика представлял бы его кажущуюся плотность:

[0020]

(Кажущаяся плотность=вес одного шарика/объем этого шарика)

[0021] Вес материала, составляющего каркас шарика, то есть, шарика, в котором удален весь поровый объем, в расчете на остальной объем этого материала, представлял бы фактическую плотность:

[0022]

(Фактическая плотность=вес материала/объем не содержащего пустоты материала)

[0023] Как применяемая здесь, если не оговорено иное, комнатная температура составляет 25°С. И стандартные температура и давление окружающей среды составляют 25°С и 1 атмосферу (0,1013 МПа).

[0024] Как правило, термин «около», как используемый здесь, если не оговорено иное, подразумевает включение отклонения или диапазона ±10%, экспериментальную или приборную погрешность, связанную с получением номинального значения, и предпочтительно наибольшего из них.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0025] Существовала давнишняя и неудовлетворенная потребность, помимо всего прочего, в способах получения SiС, экономически выгодном и менее затратном способе получения SiС высокой чистоты, и в устройствах, установках и оборудовании, в которых используется SiС, и в высокочистом SiС. Также существовала непризнанная, но давно назревшая и неосуществленная потребность, помимо всего прочего, в SiОС-керамических материалах сверхвысокой чистоты, например, до пяти девяток после запятой и выше, и в способах их получения.

[0026] Настоящие изобретения, помимо всего прочего, разрешают эти проблемы созданием композиций, материалов, изделий как продуктов производства, устройств и способов, описанных, раскрытых и заявленных здесь.

[0027] Таким образом, представлен способ получения карбида кремния, причем способ включает стадии, в которых: формируют не содержащую растворитель жидкость, включающую кремний, углерод и кислород; отверждают жидкость с образованием отвержденного материала, состоящего по существу из кремния, углерода и кислорода; выдерживают отвержденный материал при температуре менее 150°С; преобразуют отвержденный материал в керамический материал, состоящий по существу из кремния, углерода и кислорода; и удаляют по существу весь кислород из керамического материала.

[0028] Еще более того, представлены композиции, способы и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию, имеющую молярную долю от около 30% до 85% углерода, от около 5% до 40% кислорода, и от около 5% до 35% кремния; где жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию, имеющую молярную долю от около 50% до 65% углерода, от около 20% до 30% кислорода, и от около 15% до 20% кремния; предусматривается образование СО; предусматривается образование СО₂; где образуется карбид кремния, и причем карбид кремния имеет чистоту по меньшей мере 99,99%; где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет чистоту по меньшей мере 99,999%; где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет чистоту по меньшей мере 99,9999%; где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет чистоту по меньшей мере 99,999999% (8 девяток); где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет чистоту по меньшей мере 99,99999%; где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет менее, чем около 100 ч./млн Al; где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет менее, чем около 10 ч./млн Al; где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет менее, чем около 1 ч./млн Al; где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет менее, чем около 100 ч./млн В; где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет менее, чем около 10 ч./млн В; где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет менее, чем около 1 ч./млн В; где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет в совокупности менее, чем около 1000 ч./млн элементов, выбранных из группы, состоящей из Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Pr, Ce, Cr, S и As; где образуется карбид кремния, и где карбид кремния имеет в совокупности менее, чем около 500 ч./млн элементов, выбранных из группы, состоящей из Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ce, Cr, S и As; где карбид кремния имеет менее, чем около 100 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Pr, Ce, Cr, S и As; где карбид кремния имеет менее, чем около 100 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ce, Cr, S и As; где карбид кремния в совокупности имеет менее, чем около 50 ч./млн элементов, выбранных из группы, состоящей из Ti, Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ce, Cr, S и As; где жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию; и карбид кремния относится к альфа-типу; где жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию; и карбид кремния относится к бета-типу; где жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию, имеющую молярную долю от около 30% до 85% углерода, от около 5% до 40% кислорода, и от около 5% до 35% кремния; и карбид кремния относится к альфа-типу; где жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию, имеющую молярную долю от около 30% до 85% углерода, от около 5% до 40% кислорода, и от около 5% до 35% кремния; и карбид кремния относится к бета-типу; где получается карбид кремния, и где карбид кремния имеет чистоту по меньшей мере 99,9999%; и карбид кремния относится к альфа-типу; где получается карбид кремния, и где карбид кремния имеет менее, чем около 100 ч./млн Al; и карбид кремния относится к бета-типу; где получается карбид кремния, и где карбид кремния имеет менее, чем около 1 ч./млн Al; и карбид кремния относится к бета-типу: где кремний относится к бета-типу; где получается карбид кремния, и где карбид кремния имеет менее, чем около 1 ч./млн В; и карбид кремния относится к бета-типу; где получается карбид кремния, и карбид кремния имеет в совокупности менее, чем около 2000 ч./млн элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S и As; и карбид кремния относится к альфа-типу; где получается карбид кремния, и карбид кремния имеет в совокупности менее, чем около 500 ч./млн элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S и As; и карбид кремния относится к альфа-типу; где получается карбид кремния, и карбид кремния имеет в совокупности менее, чем около 100 ч./млн элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ce, Cr, S и As; и карбид кремния относится к бета-типу; и где получается карбид кремния, и карбид кремния имеет в совокупности менее, чем около 50 ч./млн элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, B, P и Pt; и карбид кремния относится к бета-типу.

[0029] В дополнение, представлен способ получения карбида кремния, причем способ включает стадии, в которых: формируют жидкость, включающую кремний, углерод и кислород; причем жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию, имеющую молярную долю от около 30% до 85% углерода, от около 5% до 40% кислорода, и от около 5% до 35% кремния; причем жидкостный материал имеет менее, чем около 100 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, B и P; отверждают жидкость с образованием отвержденного материала, состоящего по существу из кремния, углерода и кислорода; причем отвержденный материал имеет менее, чем около 100 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, B и P; преобразуют отвержденный материал в керамический материал, включающий кремний, углерод и кислород; причем керамический материал имеет менее, чем около 100 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, B и P; и удаляют по существу весь кислород из керамического материала, в результате чего получается SiС; причем SiС имеет менее, чем около 100 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, B и P.

[0030] Сверх того в дополнение, представлены композиции, способы и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где карбид кремния является поликристаллическим; где карбид кремния является монокристаллическим; где карбид кремния более чем на 99% принадлежит к альфа-типу; где карбид кремния более чем на 50% принадлежит к бета-типу; где карбид кремния находится в форме, выбранной из группы форм, состоящей из шайб, брикетов, брусков, гранул, дисков и таблеток; где карбид кремния имеет пространственную форму, причем пространственная форма имеет твердость менее, чем 1/3 твердости карбида кремния; где карбид кремния находится в пространственной форме, причем пространственная форма имеет твердость менее, чем 1/3 твердости карбида кремния; и где карбид кремния более чем на 50% принадлежит к бета-типу; и где жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию, имеющую молярную долю от около 50% до 65% углерода, от около 20% до 30% кислорода, и от около 15% до 20% кремния.

[0031] Кроме того, дополнительно представлен способ получения карбида кремния, причем способ включает стадии, в которых: добавляют катализатор к жидкости, включающей кремний, углерод, кислород; причем жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию, имеющую молярную долю от около 30% до 85% углерода, от около 5% до 40% кислорода, и от около 5% до 35% кремния; отверждают содержащую катализатор жидкость при температуре выше 70°С в присутствии инертного газа с образованием твердого материала, включающего кремний, углерод и кислород, и имеющего чистоту по меньшей мере около 99,99%; преобразуют отвержденный материал при температуре выше 1750°С в керамический материал, состоящий по существу из частиц карбида кремния, имеющих твердость, причем частицы имеют в совокупности менее 10 ч./млн Al, Fe и В; и формуют частицы карбида кремния с образованием пространственной формы, причем пространственная форма имеет твердость, которая составляет менее, чем 1/4 твердости частиц карбида кремния.

[0032] Более того, представлены композиции, способы и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где карбид кремния принадлежит к политипу, выбранному из группы, состоящей из 3С, 2Н, 4Н, 6Н, 8Н и 15R; где пространственная форма выбирается из группы форм, состоящей из шайб, брикетов, брусков, гранул, дисков, пилюль и таблеток; где твердость пространственной формы составляет менее 1/10 твердости частиц карбида кремния; где твердость пространственной формы составляет менее 1/20 твердости частиц карбида кремния; где карбид кремния принадлежит к политипам, выбранным из группы, состоящей из 3С, 2Н, 4Н, 6Н, 8Н и 15R; где пространственная форма выбирается из группы форм, состоящей из шайб, брикетов, брусков, гранул, дисков, пилюль и таблеток; и где твердость пространственной формы составляет менее 1/10 твердости частиц карбида кремния; где твердость пространственной формы составляет менее 1/30 твердости частиц карбида кремния; где карбид кремния принадлежит к политипам, выбранным из группы, состоящей из 3С, 2Н, 4Н, 6Н, 8Н и 15R; где пространственная форма выбирается из группы форм, состоящей из шайб, брикетов, брусков, гранул, дисков, пилюль и таблеток; и где твердость пространственной формы составляет менее 1/10 твердости частиц карбида кремния; где молярное отношение кремния к углероду и к кислороду в жидкости составляет около 25% Si, около 50% С и около 25% О; где молярное отношение кремния к углероду и к кислороду в жидкости составляет около 20% Si, около 60% С и около 20% О; где отношение кремния к углероду и к кислороду в жидкости составляет около 23% Si, около 54% С и около 23% О; где карбид кремния принадлежит к политипам, выбранным из группы, состоящей из 3С, 2Н, 4Н, 6Н, 8Н и 15R; где пространственная форма выбирается из группы форм, состоящей из шайб, брикетов, брусков, гранул, дисков, пилюль и таблеток; и где твердость пространственной формы составляет менее 1/10 твердости частиц карбида кремния; где молярное отношение кремния к углероду и к кислороду в жидкости составляет около 22% Si, около 56% С и около 22% О; и где молярное отношение кремния к углероду и к кислороду в жидкости составляет около 1,37 Si, около 2,73 С и около 1,37 О.

[0033] Кроме того, в дополнение представлены композиции, способы и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где пространственная форма карбида кремния имеет менее, чем около 50 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, В и Р; где пространственная форма карбида кремния имеет менее, чем около 40 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, В и Р; где пространственная форма карбида кремния имеет менее, чем около 100 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, В и Р, причем пространственная форма карбида кремния имеет менее, чем около 1000 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, В и Р; где пространственная форма карбида кремния имеет менее, чем около 50 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Ti, Al, Fe, В, Р, Pt, Cа, Mg, Li и Na; где пространственная форма карбида кремния имеет менее, чем около 50 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, В, Р, Pt, Cа, Mg, Li, Na, Ni, V, Pr, Се, Cr, S и As; где пространственная форма карбида кремния имеет менее, чем около 50 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, В, Р, Pt, Cа, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Се, Cr, S и As; и где пространственная форма карбида кремния имеет менее, чем около 50 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, В, Р, Pt, Cа, Mg, Li, Na, Ni, V, Pr, Се, Cr, S и As.

[0034] Кроме того, в дополнение представлены композиции, способы и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где карбид кремния имеет менее, чем около 90 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Ti, Al, Fe, В, Р, Pt, Cа, Се, Cr, S и As; где карбид кремния имеет менее, чем около 90 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Ti, Fe, Р, Pt, Са, Mg, Li, Na, Ni, Cr и As; где карбид кремния имеет менее, чем около 90 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, В, Р, Mg, Li, V, Се, Cr и S; где карбид кремния имеет менее, чем около 90 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, В и Р; где карбид кремния имеет менее, чем около 90 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Ti, Al, Fe, В, Р, Pt, Са, Се, Cr, S и As; где карбид кремния имеет менее, чем около 90 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Ti, Fe, Р, Pt, Са, Mg, Li, Na, Ni, Cr и As; где карбид кремния имеет менее, чем около 90 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Fe, В, Р, Mg, Li, V, Се, Cr и S; и где получается карбид кремния, и где карбид кремния имеет чистоту по меньшей мере 99,9999%; и карбид кремния относится к бета-типу.

[0035] Соответственно этому, представлена композиция образованного из полимера высокочистого керамического SiС, причем композиция включает: конфигурацию SiС₄; причем композиция определяет поверхность, причем поверхность композиции устойчива к окислению при стандартных температуре и давлении окружающей среды, благодаря чему поверхность по существу не содержит оксидный слой при стандартных температуре и давлении окружающей среды; и причем композиция в основном свободна от примесей, причем общее содержание примесей составляет менее 1 ч./млн.

[0036] Представлены способы, композиции и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где конфигурация SiС₄ выбирается из группы, состоящей из кубических структур и тетраэдрических структур; где конфигурация SiС₄ выбирается из группы, состоящей из гексагональных, ромбоэдрических и тригональных структур; где конфигурация SiС₄ выбирается из группы, состоящей из 3С-SiС, β-SiС, 2Н-SiС, 4Н-SiС, 6Н-SiС, 8Н, 10Н, 16Н, 18Н, 19Н, 15R, 21R, 24Н, 33R, 39R, 27R, 48Н и 51R; где конфигурация SiС₄ выбирается из группы, состоящей из последовательности АВСАВС упаковки атомов, последовательности АВАВ упаковки атомов, последовательности АВСВАВСВ упаковки атомов, и последовательности АВСАСВАВСАСВ упаковки атомов.

[0037] Кроме того, дополнительно представлен полупроводник, включающий SiС-пластину, выполненную из композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, имеющую запрещенную зону, причем запрещенная зона составляет от около 2,26 эВ до около 3,33 эВ.

[0038] В дополнение, представлен полупроводник, включающий SiС-пластину, выполненную из композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, имеющую запрещенную зону, причем запрещенная зона составляет более, чем около 2,20 эВ.

[0039] Кроме того, представлен полупроводник, включающий SiС-пластину, выполненную из композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, имеющую запрещенную зону, причем запрещенная зона составляет от около 2,26 эВ до около 3,33 эВ.

[0040] Еще в дополнение, представлено силовое устройство, включающее SiС-пластину, выполненную из композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, имеющую E_max, причем E_max составляет более, чем около 1 МВ/см.

[0041] Кроме того, представлено силовое устройство, включающее SiС-пластину, выполненную из композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, имеющую E_max, причем E_max составляет более, чем около 1,5 МВ/см.

[0042] Еще дополнительно, представлено силовое устройство, включающее SiС-пластину, выполненную из композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, имеющую E_max, причем E_max составляет более, чем около 2 МВ/см.

[0043] Кроме того, представлено силовое устройство, включающее SiС-пластину, выполненную из композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, имеющую E_max, причем E_max составляет более, чем около 2,5 МВ/см.

[0044] Более того, представлено высокочастотное устройство, включающее SiС-пластину, выполненную из композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, имеющую дрейфовую скорость насыщения 2×10⁷ см/сек².

[0045] Кроме того, дополнительно представлено изделие, выполненное из композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, имеющее теплопроводность, причем теплопроводность составляет более, чем около 4,0 Вт/(см·К) при комнатной температуре.

[0046] Кроме того, в дополнение представлено изделие, выполненное из композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, имеющее теплопроводность, причем теплопроводность составляет более, чем около 4,5 Вт/(см·К) при комнатной температуре.

[0047] Кроме того, дополнительно представлена рыхлая масса высокочистого образованного из полимера керамического SiС, включающая: образованные из полимера зернистые частицы SiС, причем частицы включают конфигурацию SiС₄; причем зернистые частицы определяют пространственную форму; причем зернистые частицы имеют фактическую плотность от около 3,0 г/см³ до около 3,5 г/см³, модуль упругости около 410 ГПа, и прочность на сжатие около 3900 МПа; причем пространственная форма имеет кажущуюся плотность менее, чем около 2,5 г/см³, модуль упругости менее, чем около 205 ГПа, и прочность на сжатие менее, чем около 2000 МПа; и причем пространственная форма по существу свободна от примесей, сообразно чему совокупные примеси, примеси, выбранные из группы, состоящей из Al, Fe, В и Р, составляют менее 10 ч./млн.

[0048] Кроме того, дополнительно представлены способы, композиции и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где пространственная форма определяет поверхность, причем поверхность по существу не содержит оксидный слой; где пространственная форма выбирается из группы форм, состоящей из шайб, брикетов, брусков, гранул, дисков, пилюль и таблеток; где пространственная форма выбирается из группы форм, состоящей из шайб, брикетов, брусков, гранул, дисков, пилюль и таблеток; где модуль упругости пространственной формы составляет менее, чем около 100 ГПа, и прочность на сжатие менее, чем около 1000 МПа; где модуль упругости пространственной формы составляет менее, чем около 100 ГПа, и прочность на сжатие менее, чем около 1000 МПа; где модуль упругости пространственной формы составляет менее, чем около 10 ГПа, и прочность на сжатие менее, чем около 500 МПа; где модуль упругости пространственной формы составляет менее, чем около 10 ГПа, и прочность на сжатие менее, чем около 500 МПа; рыхлая масса, в которой примеси составляют менее, чем около 1 ч./млн; рыхлая масса, в которой конфигурация SiС₄ выбирается из группы, состоящей из кубических структур и тетраэдрических структур; рыхлая масса, в которой конфигурация SiС₄ выбирается из группы, состоящей из гексагональных, ромбоэдрических и тригональных структур; рыхлая масса, в которой конфигурация SiС₄ выбирается из группы, состоящей из 3С-SiС, β-SiС, 2Н-SiС, 4Н-SiС, 6Н-SiС, 8Н, 10Н, 16Н, 18Н, 19Н, 15R, 21R, 24Н, 33R, 39R, 27R, 48Н и 51R; рыхлая масса, в которой конфигурация SiС₄ выбирается из группы, состоящей из последовательности АВСАВС упаковки атомов, последовательности АВАВ упаковки атомов, последовательности АВСВАВСВ упаковки атомов, и последовательности АВСАСВАВСАСВ упаковки атомов; и рыхлая масса, в которой конфигурация SiС₄ выбирается из группы, состоящей из последовательности АВСАВС упаковки атомов, последовательности АВАВ упаковки атомов, и последовательности АВСВАВСВ упаковки атомов.

[0049] Кроме того, в дополнение к этому представлен эпитаксиальный слой образованного из поликарбосилоксана SiС на подложке, причем эпитаксиальный слой образованного из поликарбосилоксана SiС выполнен из: композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, включающей: конфигурацию SiС₄; причем композиция определяет поверхность, причем поверхность композиции устойчива к окислению при стандартных температуре и давлении окружающей среды, благодаря чему поверхность по существу не содержит оксидный слой при стандартных температуре и давлении окружающей среды; и причем композиция в основном свободна от примесей, согласно чему общее содержание примесей составляет менее 1 ч./млн, сообразно чему эпитаксиальный слой образованного из поликарбосилоксана SiС по существу свободна от примесей, имея менее 1 ч./млн примесей.

[0050] В дополнение к этому, кроме того представлены способы, композиции и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где примеси выбираются из группы, состоящей из Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S и As; где примеси выбираются из группы, состоящей из Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S и As; где примеси выбираются из группы, состоящей из Al, Fe, B, P и N; где примеси выбираются из группы, состоящей из Al, Fe, B, P и Na; где примеси выбираются из группы, состоящей из Al, Fe, B, P и Na; где примеси выбираются из группы, состоящей из Al, B, и P; где подложка состоит из SiС; и где подложка состоит из Si; где подложка состоит из связующего слоя и SiОС.

[0051] Кроме того, дополнительно представлен эпитаксиальный слой образованного из поликарбосилоксана SiС на подложке, причем эпитаксиальный слой образованного из поликарбосилоксана SiС выполнен из: рыхлой массы высокочистого образованного из полимера керамического SiС, включающей: зернистые частицы образованного из полимера SiС, причем частицы включают конфигурацию SiС₄; причем зернистые частицы определяют пространственную форму; причем зернистые частицы имеют фактическую плотность от около 3,0 г/см³ до около 3,5 г/см³, модуль упругости около 410 ГПа, и прочность на сжатие около 3900 МПа; причем пространственная форма имеет кажущуюся плотность менее, чем около 2,5 г/см³, модуль упругости менее, чем около 205 ГПа, и прочность на сжатие менее, чем около 2000 МПа; и причем пространственная форма по существу свободна от примесей, сообразно чему совокупные примеси, примеси, выбранные из группы, состоящей из Al, Fe и В, составляют менее 10 ч./млн.

[0052] Кроме того, дополнительно представлен слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, включающий: слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, имеющий длину и диаметр, причем длина составляет более, чем около 1 дюйма (25,4 мм), и диаметр составляет более, чем около 2 дюймов (50,8 мм); причем слиток образованного из поликарбосилоксана SiС изготовлен осаждением из паровой фазы композиции высокочистого образованного из полимера керамического SiС, включающей: конфигурацию SiС₄; причем композиция определяет поверхность, причем поверхность композиции устойчива к окислению при стандартных температуре и давлении окружающей среды, благодаря чему поверхность по существу не содержит оксидный слой при стандартных температуре и давлении окружающей среды; и причем композиция по существу свободна от примесей, сообразно чему общее содержание примесей составляет менее 1 ч./млн; сообразно чему слиток образованного из поликарбосилоксана SiС по существу свободна от примесей, имея менее 1 ч./млн примесей, и по существу свободна от микропор.

[0053] В дополнение, представлены способы, композиции и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, длина которого составляет по меньшей мере 3 дюйма (76,2 мм); слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, длина которого составляет по меньшей мере 5 дюймов (127 мм); слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, длина которого составляет по меньшей мере 8 дюймов (203,2 мм); слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, длина которого составляет по меньшей мере 12 дюймов (304,8 мм); слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, диаметр которого составляет по меньшей мере 4 дюйма (101,6 мм); слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, диаметр которого составляет по меньшей мере 8 дюймов (203,2 мм); слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, диаметр которого составляет по меньшей мере 10 дюймов (254 мм); слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, диаметр которого составляет по меньшей мере 12 дюймов (304,8 мм); слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, диаметр которого составляет по меньшей мере 9 дюймов (228,6 мм), и длина составляет по меньшей мере 4 дюйма (101,6 мм); слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, диаметр которого составляет по меньшей мере 10 дюймов (254 мм), и длина составляет по меньшей мере 4 дюйма (101,6 мм); слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, диаметр которого составляет по меньшей мере 12 дюймов (304,8 мм), и длина составляет по меньшей мере 4 дюйма (101,6 мм); и слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, диаметр которого составляет по меньшей мере 11 дюймов (279,4 мм), и длина составляет по меньшей мере 4 дюйма (101,6 мм).

[0054] Кроме того, дополнительно представлен слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, имеющий длину и диаметр, причем длина составляет более, чем около 1 дюйма (25,4 мм), и диаметр составляет более, чем около 2 дюймов (50,8 мм); причем слиток образованного из поликарбосилоксана SiС изготовлен осаждением из паровой фазы рыхлой массы высокочистого образованного из полимера керамического SiС, причем рыхлая масса включает: зернистые частицы образованного из полимера SiС, причем частицы включают конфигурацию SiС₄; причем зернистые частицы определяют пространственную форму; причем зернистые частицы имеют фактическую плотность от около 3,0 г/см³ до около 3,5 г/см³, модуль упругости около 410 ГПа, и прочность на сжатие около 3900 МПа; и причем пространственная форма имеет кажущуюся плотность менее, чем около 2,0 г/см³, модуль упругости менее, чем около 100 ГПа, и прочность на сжатие менее, чем около 1000 МПа; причем пространственная форма по существу свободна от примесей, сообразно чему совокупные примеси, примеси, выбранные из группы, состоящей из Al, Fe, В, Р, Са, Mg, Na, Ni, Cr, S и As, составляют менее 10 ч./млн; и сообразно этому слиток образованного из поликарбосилоксана SiС по существу свободна от микропор.

[0055] Кроме того, дополнительно представлены слитки образованного из поликарбосилоксана SiС: где слиток имеет менее 5 микропор/см²; где слиток имеет менее 1 микропоры/см²; где слиток имеет менее 0,5 микропоры/см²; и где слиток имеет менее 0,1 микропоры/см².

[0056] В дополнение, представлен способ получения слитка образованного из поликарбосилоксана SiС, причем слиток образованного из поликарбосилоксана SiС имеет длину и диаметр, причем длина составляет более, чем около 1 дюйма (25,4 мм), и диаметр составляет более, чем около 2 дюймов (50,8 мм), причем способ включает: где слиток образованного из поликарбосилоксана SiС сформирован осаждением из паровой фазы массы высокочистого образованного из полимера керамического SiС, причем масса включает: зернистые частицы образованного из полимера SiС, причем частицы включают конфигурацию SiС₄; причем зернистые частицы определяют пространственную форму; причем зернистые частицы имеют фактическую плотность от около 3,0 г/см³ до около 3,5 г/см³, модуль упругости около 410 ГПа, и прочность на сжатие около 3900 МПа; и причем пространственная форма имеет объемную плотность менее, чем около 2,0 г/см³, модуль упругости менее, чем около 100 ГПа, и прочность на сжатие менее, чем около 1000 МПа; причем пространственная форма по существу свободна от примесей, сообразно чему совокупные примеси, примеси, выбранные из группы, состоящей из Al, Fe и В, составляют менее 10 ч./млн; и сообразно этому слиток образованного из поликарбосилоксана SiС имеет менее 1 микропоры/см².

[0057] Более того, представлен способ получения слитка образованного из поликарбосилоксана SiС, причем слиток образованного из поликарбосилоксана SiС имеет длину и диаметр, причем длина составляет более, чем около 1 дюйма (25,4 мм), и диаметр составляет более, чем около 2 дюймов (50,8 мм), причем способ включает: где слиток образованного из поликарбосилоксана SiС сформирован осаждением из паровой фазы рыхлой массы высокочистого образованного из полимера керамического SiС, причем рыхлая масса включает: зернистые частицы образованного из полимера SiС, причем частицы включают конфигурацию SiС₄; причем зернистые частицы определяют пространственную форму; причем зернистые частицы имеют фактическую плотность от около 3,0 г/см³ до около 3,5 г/см³, модуль упругости около 410 ГПа, и прочность на сжатие около 3900 МПа; и причем пространственная форма имеет кажущуюся плотность менее, чем около 2,0 г/см³, модуль упругости менее, чем около 100 ГПа, и прочность на сжатие менее, чем около 1000 МПа; причем пространственная форма по существу свободна от примесей, сообразно чему совокупные примеси, примеси, выбранные из группы, состоящей из Al, Fe, В, Р, Са, Mg, Na, Ni, Cr, S и As, составляют менее 10 ч./млн; и сообразно этому слиток образованного из поликарбосилоксана SiС по существу свободна от микропор.

[0058] Таким образом, представлен способ получения высокочистого оксикарбида кремния, причем способ включает стадии, в которых: проводят дистилляцию жидкости, включающей кремний, углерод и кислород; и отверждают жидкость с образованием отвержденного материала; причем отвержденный материал имеет чистоту по меньшей мере 99,999%.

[0059] Представлены способы, композиции и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию; где жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию, имеющую молярную долю от около 30% до 85% углерода, от около 5% до 40% кислорода, и от около 5% до 35% кремния; где жидкость представляет собой поликарбосилоксановую прекурсорную композицию, имеющую молярную долю от около 50% до 65% углерода, от около 20% до 30% кислорода, и от около 15% до 20% кремния; где отвержденный материал имеет чистоту по меньшей мере 99,999%; где отвержденный материал имеет чистоту по меньшей мере 99,9999%; где отвержденный материал содержит менее, чем около 100 ч./млн Al; где где отвержденный материал содержит менее, чем около 10 ч./млн Al; где отвержденный материал содержит менее, чем около 1 ч./млн Al; где отвержденный материал содержит менее, чем около 10 ч./млн В; где отвержденный материал содержит менее, чем около 100 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Ti, Fe, В и Р; и где отвержденный материал имеет менее, чем около 50 ч./млн в совокупности элементов, выбранных из группы, состоящей из Al, Ti, Fe, В и Р.

[0060] Кроме того, дополнительно представлен способ получения оксикарбида кремния, причем способ включает стадии, в которых: проводят дистилляцию жидкости, включающей кремний, углерод и кислород; отверждают жидкость с образованием отвержденного материала; и преобразуют отвержденный материал в керамический материал, состоящий по существу из кремния, углерода и кислорода.

[0061] Дополнительно представлены способы, композиции и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где керамический материал находится в форме, выбранной из группы форм, состоящей из шайб, брикетов, брусков, пилюль и таблеток; где керамический материал находится в пространственной форме, причем пространственная форма имеет твердость менее 1/3 твердости керамического материала; где керамический материал находится в пространственной форме, причем пространственная форма имеет твердость менее 1/4 твердости керамического материала.

[0062] Более того, представлен способ получения оксикарбида кремния, причем способ включает стадии, в которых: проводят дистилляцию жидкости, включающей кремний, кислород и углерод; причем подвергнутая дистилляции жидкость по существу свободна от загрязняющих примесей; отверждают подвергнутую дистилляции жидкость с образованием отвержденного материала, включающего кремний, углерод и кислород, причем отвержденный материал по существу свободна от загрязняющих примесей; и проводят пиролиз отвержденного материала с образованием твердого материала, состоящего по существу из кремния, углерода и кислорода.

[0063] Кроме того, еще в дополнение представлены способы, композиции и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где подвергнутую дистилляции жидкость объединяют со второй жидкостью; где подвергнутую дистилляции жидкость смешивают с поликарбосилоксановым прекурсором; где отношение кремния к углероду и к кислороду в отвержденном материале составляет около 25% Si, около 50% С и около 25% О; где отношение кремния к углероду и к кислороду в отвержденном материале составляет около 20% Si, около 60% С и около 20% О; где отношение кремния к углероду и к кислороду в отвержденном материале составляет около 23% Si, около 54% С и около 23% О; где отношение кремния к углероду и к кислороду в отвержденном материале составляет около 22% Si, около 56% С и около 22% О; и где молярное отношение кремния к углероду и к кислороду в отвержденном материале составляет около 1,37 Si, около 2,73 С и около 1,37 О; где подвергнутый пиролизу материал имеет чистоту по меньшей мере 99,99%; где подвергнутый пиролизу материал имеет чистоту по меньшей мере 99,999%; и где подвергнутый пиролизу материал имеет чистоту по меньшей мере 99,9999%.

[0064] Кроме того, дополнительно представлен способ получения оксикарбида кремния, причем способ включает стадии, в которых: проводят дистилляцию жидкости, включающей кремний, кислород и углерод, с образованием подвергнутой дистилляции жидкости, которая по существу свободна от загрязняющих примесей; и отверждают подвергнутую дистилляции жидкость с образованием отвержденного материала, включающего кремний, углерод и кислород, причем отвержденный материал по существу свободна от загрязняющих примесей.

[0065] Еще в дополнение представлен способ получения высокочистого материала, причем способ включает стадии, в которых: формируют жидкость, включающую кремний, кислород и углерод; проводят дистилляцию жидкости с образованием подвергнутой дистилляции жидкости; отверждают подвергнутую дистилляции жидкость с образованием отвержденного материала, включающего кремний, углерод и кислород; и проводят пиролиз жидкости с образованием керамического материала, состоящего по существу из кремния, углерода и кислорода.

[0066] Более того, представлен способ получения высокочистого материала, причем способ включает стадии, в которых: формируют жидкость, включающую кремний и углерод; проводят дистилляцию жидкости с образованием подвергнутой дистилляции жидкости; и отверждают подвергнутую дистилляции жидкость с образованием отвержденного материала, включающего кремний, углерод и кислород.

[0067] Кроме того, дополнительно представлен способ получения оксикарбида кремния, причем способ включает стадии, в которых: проводят дистилляцию жидкости, включающей кремний, углерод и кислород; преобразуют жидкость в первый материал, включающий кремний, углерод и кислород; и удаляют по существу весь кислород из первого материала, в результате чего получается второй материал.

[0068] Еще в дополнение к этому, представлен способ получения высокочистого оксикарбида кремния, причем способ включает стадии, в которых: проводят дистилляцию жидкости, включающей кремний, углерод и кислород; и преобразуют жидкость в твердый материал, состоящий по существу из кремния, кислорода и углерода.

[0069] Кроме того, дополнительно представлен способ получения оксикарбида кремния, причем способ включает стадии, в которых: формируют материал, включающий количество кремния, углерода и кислорода, причем материал представляет собой жидкость; проводят дистилляцию жидкости с образованием подвергнутой дистилляции жидкости, которая по существу свободна от загрязняющих примесей; преобразуют материал выполнением первого сегмента и второго сегмента; причем первый сегмент приводит к отвержденному материалу, включающему О, Si и С, и второй сегмент создает керамический материал, включающий О, Si и С; и в результате керамический материал имеет чистоту по меньшей мере около 99,99%.

[0070] Представлены способы, композиции и изделия, имеющие один или многие из следующих признаков: где образуются отходящие газы, которые улавливаются и подвергаются обработке; и где обработка отходящих газов представляет собой процесс, выбранный из группы, состоящей из сжигания отходящих газов в дожигателе, извлечения исходного материала из отходящих газов, и промывании отходящих газов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0071] ФИГ. 1 представляет технологическую схему одного варианта исполнения способа в соответствии с настоящими изобретениями.

[0072] ФИГ. 2А представляет перспективный вид сбоку единичной кубической структуры образованного из полимера SiС в соответствии с настоящими изобретениями.

[0073] ФИГ. 2В представляет вид сверху кубической структуры SiС из ФИГ. 2А.

[0074] ФИГ. 3А представляет перспективный вид сбоку тетраэдрической структуры образованного из полимера SiС в соответствии с настоящими изобретениями.

[0075] ФИГ. 3В представляет вид сверху тетраэдрической структуры SiС из ФИГ. 3А.

[0076] ФИГ. 4 представляет фазовую диаграмму трехкомпонентной системы в соответствии с настоящими изобретениями.

[0077] ФИГ. 4А показывает область вариантов исполнения композиций в соответствии с настоящими изобретениями на фазовой диаграмме трехкомпонентной системы из ФИГ. 4.

[0078] ФИГ. 4В показывает варианты исполнения трансформации, происходящей во время исполнения способов в соответствии с настоящими изобретениями, на фазовой диаграмме трехкомпонентной системы из ФИГ. 4.

[0079] ФИГ. 5 представляет схематическую диаграмму одного варианта исполнения системы для получения образованного из полимера SiОС и SiС в соответствии с настоящими изобретениями.

[0080] ФИГ. 6 представляет спектр образованного из полимера SiС в соответствии с настоящими изобретениями.

[0081] ФИГ. 7 представляет схематическое изображение в разрезе устройства для осаждения из паров в соответствии с настоящим изобретением.

[0082] ФИГ. 8 представляет схематическое изображение в разрезе устройства для осаждения из паров в соответствии с настоящим изобретением.

[0083] ФИГ. 9 представляет схематическое изображение в разрезе устройства для осаждения из паров в соответствии с настоящим изобретением.

[0084] ФИГ. 10 представляет кривые парциального давления для SiС, Si₂С и SiС₂.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0085] В общем и целом, настоящие изобретения относятся к химии органических производных кремния, образованным из полимеров керамическим материалам, и к способам; и, в частности, к таким материалами и способам получения материалов на основе поликарбосилоксана (SiОС) и Карбида Кремния (SiС), имеющим хорошую, высокую и исключительно высокую чистоту; и к получению SiОС- и SiС-компонентов, структур и устройств. Кроме того, и в частности, варианты осуществления настоящих изобретений относятся к получению высокочистого SiС, устройств на основе SiС, и содержащих SiС устройств и оборудования, из поликарбосилоксановых материалов.

[0086] Таким образом, настоящими изобретениями создана система новых материалов и основа, обеспечивающая многие разнообразные композиции, варианты применения и использования, которые не могли быть получены из прежних продуктов на основе кремния, и, в частности, не могли быть получены с использованием прежних продуктов на основе кремния при приемлемых затратах, объемах, производственных условиях, уровнях чистоты, правилах обращения и условиях обработки, помимо всего прочего.

[0087] В общем и целом, настоящие изобретения направлены на «поликарбосилоксановые» материалы, например, материал, содержащий кремний (Si), кислород (О) и углерод (С), и материалы, которые были преобразованы в разнообразные формы SiС из таких материалов. Поликарбосилоксановые материалы также могут содержать другие элементы. Поликарбосилоксановые материалы получаются из одной или многих композиций поликарбосилоксановых прекурсоров, или прекурсорных композиций. Поликарбосилоксановая прекурсорная композиция содержит один или многие функционализированные кремниевые полимеры, или мономеры, а также потенциально другие ингредиенты, например, такие как ингибиторы, катализаторы, инициаторы, модификаторы, легирующие добавки, и комбинации и вариации этих и прочих материалов и добавок. Материалы на основе оксикарбида кремния, или SiОС-композиции, и подобные термины, если специально не оговаривается иное, подразумевают поликарбосилоксановые материалы, которые были отверждены с образованием пластического или твердого материала, содержащего Si, О и С, и поликарбосилоксановые материалы, которые были подвергнуты пиролизу с образованием керамического материала, содержащего Si, О и С.

[0088] Поликарбосилоксановые композиции, процессы и способы, варианты применения, продукты и изделия, описаны и раскрыты в патентной заявке США с серийным номером 14/268,150, поданной 2 мая 2014 года, в патентной заявке США с серийным номером 14/634,814, поданной 28 февраля 2015 года, и в патентной заявке США с серийным номером 14/212,896, поданной 14 марта 2014 года, полное содержание каждой из которых включено здесь ссылкой.

[0089] Как правило, и предпочтительно, поликарбосилоксановая прекурсорная композиция первоначально представляет собой жидкость. Эта жидкая поликарбосилоксановая прекурсорная композиция затем отверждается с образованием твердого или полутвердого материала, например, пластика. Поликарбосилоксановая прекурсорная композиция может быть подвергнута обработке в процессе начального отверждения, для образования частично отвержденного материала, который также может называться, например, преформой, необработанным материалом, или предотвержденным материалом (никоим образом не подразумевая цвет материала). Затем необработанный материал может быть дополнительно отвержден. Таким образом, могут быть использованы одна или многие стадии отверждения. Материал может быть «окончательно отвержденным», то есть, будучи отвержденным до такого состояния, в котором материал имеет необходимую физическую прочность и другие свойства для его предполагаемого применения. Степень отверждения может быть до конечного отверждения (или «полного отверждения»), то есть, до состояния, в котором все или по существу все химические реакции прекратились (что определяется, например, отсутствием реакционноспособных групп в материале, или выравниванием кривой сокращения реакционноспособных групп со временем). Таким образом, материал может быть отвержден до различных степеней, в зависимости от его предполагаемого использования и назначения. Например, в некоторых ситуациях конечное отверждение и полное отверждение могут представлять собой одно и то же.

[0090] Отверждение может быть выполнено при стандартных температуре и давлении окружающей среды («SATP», 1 атмосфера (0,1013 МПа), 25°С), при температурах выше или ниже этой температуры, при давлениях выше или ниже этого давления, и в течение разнообразных периодов времени (как в непрерывном, так и в циклическом режиме, например, нагревание с последующими охлаждением и повторным нагреванием), от менее, чем одной минуты до минут, часов, дней (или потенциально дольше), и на воздухе, в жидкости, или в предварительно выбранной атмосфере, например, Аргона (Ar) или азота (N₂).

[0091] Поликарбосилоксановые прекурсорные композиции могут быть переработаны в неармированные, не содержащие наполнителей, композитные, армированные и содержащие наполнители структуры, полупродукты и конечные продукты, и комбинации и вариации материалов этих и прочих типов. Кроме того, эти структуры, полупродукты и конечные продукты могут быть отвержденными (например, доведенными до частичного отверждения, конечного отверждения или полного отверждения), неотвержденными, подвергнутыми пиролизу с образованием керамического материала, и обработанными в комбинациях и вариациях этих состояний (например, отвержденный материал может иметь наполнитель из подвергнутых пиролизу зерен, образованных из того же поликарбосилоксана, как и отвержденный материал).

[0092] Прекурсорные композиции могут быть использованы для формирования «беспримесного» материала (под «беспримесным» материалом подразумевается, что вся, и по существу вся структура выполнена из прекурсорного материала или не содержащей наполнитель композиции; и тем самым отсутствуют наполнители или армирующие материалы). Они могут быть использованы для формирования композитных материалов, например, армированных изделий. Они могут быть применены для получения неармированных материалов, которые представляют собой материалы, которые изготавливаются главным образом, по существу и предпочтительно только из прекурсорных материалов, например, пигментированная полисилоксановая структура, имеющая только прекурсорный материал и окрашивающую добавку, могла бы рассматриваться как неармированный материал.

[0093] При переработке поликарбосилоксановой прекурсорной композиции в структуру, деталь, полупродукт или конечный продукт, поликарбосилоксановая композиция может быть, например, напылена, залита, обработана в виде полимерной эмульсии, нанесена напылением при повышенной температуре, нанесена в виде красочного покрытия, отпрессована в форме, отформована, экструдирована, нанесена центрифугированием, залита по каплям, впрыснута или иным образом преобразована по существу в любую пространственную форму, в том числе планарную форму (которая все же имеет объем, но более близка к покрытию, оболочке, пленке или даже рабочей поверхности, где толщина является существенно меньшей, если не на несколько порядков величины меньшей, чем другие размеры), и предусматриваются их комбинации и вариации.

[0094] Поликарбосилоксановые прекурсорные композиции могут быть использованы с армирующими материалами с образованием композитного материала. Так, например, композицией может быть залит, пропитан, поглощен или иным образом объединен с ней армирующий материал, такой как углеродные волокна, стеклянное волокно, текстильная ткань, нетканый материал, рубленые волокна, металлический порошок, вспененные металлы, пенокерамические материалы, волокна, тросы, плетеные конструкции, керамические порошки, стеклянные порошки, углеродные порошки, графитовые порошки, керамические волокна, металлические порошки, карбидные гранулы или компоненты, штапельные волокна, пакля, наноструктуры вышеуказанных материалов, образованные из полимеров керамические материалы, любой другой материал, который соответствует температурным условиям процесса и конечного продукта, и предусматриваются их комбинации и вариации. Так, например, армирующие материалы могут представлять собой любые устойчивые при высокой температуре армирующие материалы, используемые в настоящее время, или пригодные к применению с существующими пластиками и керамическими композитными материалами. Кроме того, поскольку поликарбосилоксановая прекурсорная композиция может быть составлена для отверждения при более низкой температуре (например, SATP), или температуре отверждения, например, от около 100°F до около 400°F (38-204°С), армирующий материал может представлять собой полимеры, органические полимеры, такие как нейлоны, полипропилен и полиэтилен, а также арамидные волокна, такие как NOMEX или KEVLAR.

[0095] Армирующий материал также может быть выполнен из того же материала, или является его производным, что и композиция, которая была отформована в волокно и подвергнута пиролизу с образованием керамического материала, или же он может быть изготовлен из отличающегося материала прекурсорной композиции, который был отформован в волокно и подвергнут пиролизу с образованием керамического материала. В дополнение к керамическим волокнам, образованным из материалов прекурсорных композиций, которые могут быть применены в качестве армирующего материала, могут быть использованы другие пористые, по большей части пористые или непористые керамические структуры, образованные из материала прекурсорной композиции.

[0096] Поликарбосилоксановая прекурсорная композиция может быть использована для формирования материала с наполнителем. Материал с наполнителем был бы любым материалом, имеющим другие твердые, или полутвердые материалы, добавленные к поликарбосилоксановой прекурсорной композиции. Материал наполнителя может быть выбран для придания определенных свойств отвержденному изделию, керамическому продукту, или им обоим. Эти свойства могут иметь отношение или представлять собой эстетические, тактильные, термические, плотностные, радиационные, химические, магнитные, электрические характеристики, и комбинации и вариации этих и прочих характеристик. Эти свойства могут быть дополнительными к прочности. Таким образом, материал наполнителя может не влиять на прочность отвержденного или керамического материала, он может повышать прочность, или даже мог бы снижать прочность в некоторых ситуациях.

[0097] Материал наполнителя мог бы придавать, регулировать или повышать, например, удельное электрическое сопротивление, магнитные характеристики, характеристики запрещенной зоны, характеристики p-n-перехода, характеристики р-типа, характеристики n-типа, представлять собой легирующие добавки, обусловливать электрическую проводимость, полупроводниковые свойства, антистатические свойства, оптические свойства (например, отражательную способность, показатель преломления и радужную окраску), химическую устойчивость, коррозионную стойкость, износостойкость, устойчивость к истиранию, теплоизоляцию, УФ-стабильность, защиту от УФ-излучения, и прочие свойства, которые могут быть желательными, необходимыми, или обоими, в конечном продукте или материале.

[0098] Таким образом, материалы наполнителей могли бы включать медные токоподводящие проводники, теплопроводные наполнители, электропроводные наполнители, провода, оптические волокна, керамические окрашивающие добавки, пигменты, оксиды, красители, порошки, керамические мелкие фракции, образованные из полимеров керамические частицы, порообразователи, карбосиланы, силаны, силазаны, карбид кремния, карбосилазаны, силоксан, металлические порошки, керамические порошки, металлы, металлические комплексы, углерод, паклю, волокна, штапельные волокна, борсодержащие материалы, измельченные волокна, стекло, стеклянное волокно, и наноструктуры (в том числе наноструктуры вышеуказанных материалов), и это только некоторые примеры. Например, измельченные, образованные из полимеров керамические частицы, например, мелкие фракции или зерна, могут быть добавлены к поликарбосилоксановой композиции и затем отверждены с образованием содержащего наполнитель отвержденного пластического материала, который имеет свойства значительной жаростойкости, в качестве покрытия, или в устройстве или компоненте устройства.

[0099] Поликарбосилоксановая композиция и продукты, образованные или полученные из этой композиции, могут иметь металлы и комплексы металлов. Так, металлы в виде оксидов, карбидов или силицидов могут быть введены в прекурсорные композиции, и тем самым в кремнеземную матрицу в контролируемом режиме. Таким образом, предусматривается применение металлоорганических соединений, галогенидов металлов (хлорида, бромида, иодида), алкоксидов металлов и амидов металлов как производных переходных металлов, и затем сополимеризация в кремнеземную матрицу, путем введения в прекурсорную композицию.

[00100] Например, могут быть применены циклопентадиенильные производные переходных металлов. Циклопентадиенильные производные переходных металлов могут быть подразделены на два класса: бис-циклопентадиенильные комплексы; и моно-циклопентадиенильные комплексы. Циклопентадиенильные комплексы могут включать С₅Н₅, С₅Ме₅, С₅Н₄Ме, CH₅R₅ (где R=Me, Et, пропил, изопропил, бутил, изобутил, втор-бутил). В любом из этих случаев Si может быть непосредственно связан с циклопентадиенильным лигандом, или же Si-центр может быть соединен с алкильной цепью, которая, в свою очередь, присоединена к циклопентадиенильному лиганду.

[00101] Циклопентадиенильные комплексы, которые могут быть применены с прекурсорными композициями и в продуктах, могут включать: бис-циклопентадиенильные комплексы металлов первого ряда переходных металлов (титана, ванадия, хрома, железа, кобальта, никеля); второго ряда переходных металлов (циркония, молибдена, рутения, родия, палладия); третьего ряда переходных металлов (гафния, тантала, вольфрама, иридия, осмия, платины); ряда лантанидов (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho); и ряда актинидов (Ac, Th, Pa, U, Np).

[00102] Моно-циклопентадиенильные комплексы также могут быть использованы для придания металлической функциональности прекурсорным композициям, и включали бы моноциклопентадиенильные комплексы: переходных металлов первого ряда (титана, ванадия, хрома, железа, кобальта, никеля); переходных металлов второго ряда (циркония, молибдена, рутения, родия, палладия); переходных металлов третьего ряда (гафния, тантала, вольфрама, иридия, осмия, платины), предпочтительно будучи стабилизированными подходящими лигандами (например, хлоридом или карбонилом).

[00103] Для придания металлической функциональности прекурсорным композициям и продуктам также могут быть применены алкильные комплексы металлов. В этих алкильных комплексах Si-центр имеет алкильную группу (этильную, пропильную, бутильную, винильную, пропенильную, бутенильную), которая может быть непосредственно связана с переходным металлом сигма-связью. Кроме того, это было бы более подходящим для переходных металлов в конце рядов, таких как Pd, Rh, Pt, Ir.

[00104] Для придания металлической функциональности прекурсорным композициям и продуктам также могут быть использованы координационные комплексы металлов. В этих координационных комплексах Si-центр имеет ненасыщенную алкильную группу (винильную, пропенильную, бутенильную, ацетиленовую, бутадиенильную), которая может быть связана с карбонильными комплексами или еновыми комплексами металлов Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni. Si-центр также может быть присоединен к фенильному, замещенному фенильному или другому арильному соединению (пиридину, пиримидину), и фенильная или другая арильная группа может замещать карбонилы на металлических центрах.

[00105] Для придания металлической функциональности прекурсорным композициям и продуктам также могут быть применены алкоксиды металлов. Алкоксидные производные металлов могут быть смешаны с кремниевыми прекурсорными соединениями, и затем обработаны водой с образованием оксидов в то же время, как происходит сополимеризация полимера. Это также может быть выполнено с галогенидами металлов и амидами металлов. Это может быть сделано предпочтительно с использованием переходных металлов в начале рядов, среди них алюминием, галлием и индием, переходных металлов в конце рядов: Fe, Mn, Cu, и щелочноземельных металлов: Са, Sr, Ba, Mg.

[00106] Соединения, где Si непосредственно связан с металлическим центром, который стабилизирован галогенидными или органическими группами, также могут быть применены для сообщения металлической функциональности прекурсорным композициям и продуктам.

[00107] Кроме того, должно быть понятно, что металл и комплексы металлов могут быть в сплошной фазе после пиролиза, или последующей термической обработки. Композиции могут быть специально разработаны, чтобы реагировать с выбранными металлами для образования in-situ карбидов, оксидов металлов и прочих металлических соединений, общеизвестных как керметы (например, металлокерамические соединения). Композиции могут быть введены в реакции с выбранными металлами с образованием in-situ таких соединений, как муллит, алюмосиликат, и другие. Количество металла относительно количества кремнезема в композиции или в конечном продукте может составлять от около 0,1 мол.% до 99,9 мол.% или больше, около 1 мол.% или больше, около 10 мол.% или больше, и около 20 мольных процентов или больше. Вышеуказанное применение металлов с настоящими прекурсорными композициями может быть использовано для контроля и обеспечения предварительно заданных стехиометрических соотношений.

[00108] В поликарбосилоксановой смеси также может быть использован связующий материал в композитных структурах, такой как связующий материал для металла, керамического материала и неорганических матриц.

[00109] Материалы с наполнителем включали бы армирующие материалы. Во многих случаях отвержденные, а также подвергнутые пиролизу поликарбосилоксановые материалы с наполнителем могут рассматриваться как композитные материалы. Как правило, с этой точки зрения поликарбосилоксан составлял бы сплошную или матричную фазу (например, непрерывную или по существу непрерывную фазу), и наполнитель составлял бы дисперсную (например, несплошную) фазу.

[00110] Однако следует отметить, что указание на материал как «содержащий наполнитель» или «армированный» не подразумевает, что основная часть (либо по весу, либо по объему, или по обоим) этого материала представляет собой поликарбосилоксан. Так, как правило, отношение (либо по весу, либо по объему) поликарбосилоксана к материалу наполнителя могло бы составлять от около 0,1:99,9 до 99,9:0,1. Также могли бы наличествовать или использоваться меньшие количества материала наполнителя или поликарбосилоксана, но более типично они рассматривались бы как добавка, или назывались бы иначе. Таким образом, термины композит, материал с наполнителем, поликарбосилоксановые материалы с наполнителем, армированные материалы, поликарбосилоксановые армированные материалы, поликарбосилоксановые материалы с наполнителем, поликарбосилоксановые армированные материалы, и подобные такие термины следует рассматривать как не ограничивающиеся количествами и соотношениями компонентов материала, и тем самым в этом контексте им придается самое широкое по возможности значение.

[00111] В зависимости от конкретного варианта применения, продукта или конечного использования, наполнитель может быть равномерно распределен в прекурсорной композиции, неравномерно распределен с предварительно заданной скоростью осаждения, и может присутствовать с различными количествами в различных композициях, которые затем могут быть сформированы в продукт, имеющий предварительно заданные количества наполнителя в заранее заданных областях, например, в чередующихся слоях, имеющих различные концентрации наполнителя.

[00112] Как используемые здесь, если не оговаривается иное, термины %, вес.% и масс.% применяются взаимозаменяемо, и имеют отношение к весу первого компонента в процентном отношении к весу в целом, например, композиции, смеси, материала или продукта. Как применяемые здесь, если не оговаривается иное, термины «объемные %» и «% объема», и подобные такие термины, подразумевают объем первого компонента в процентном отношении к объему в целом, например, композиции, материала или продукта.

[00113] В разнообразные моменты во время процесса изготовления поликарбосилоксановые структуры, полупродукты и конечные продукты, и их комбинации и вариации, могут быть подвергнуты станочной обработке, измельчены, отформованы в пресс-форме, отштампованы, просверлены или иным образом механически обработаны с приданием формы.

[00114] Прекурсорные композиции предпочтительно являются прозрачными, или по существу бесцветными, и, как правило, являются прозрачными для света в области длин волн видимого излучения. В зависимости от состава, они могут иметь замутненный, молочно-белый или мутный внешний вид. Они также могут иметь окрашенные включения, пигменты или красящие добавки, а также окрашенный наполнитель (который может выдерживать условия пиролиза для керамических конечных продуктов, таких, какие применяются в керамической фаянсовой глазури). Прекурсор также может иметь желтый или янтарный цвет или оттенок, без необходимости в добавлении окрашивающего вещества.

[00115] Прекурсорные композиции могут быть упакованы, отгружены или оставлены на хранение для позднейшего применения в формировании изделий, например, конструкций или деталей, или же они могут быть использованы непосредственно в этих процессах, например, непрерывном процессе изготовления продукта. Так, прекурсорная композиция может храниться, в порядке примера, в металлических бочках емкостью 55 галлонов (208 л), автоцистернах, железнодорожных цистернах, стационарных резервуарах-хранилищах на месте проведения работ, способных содержать сотни галлонов, и в транспортировочных мешках емкостью 1000 литров. Кроме того, в процессе изготовления композиции могут быть приготовлены и использованы в непрерывных и полунепрерывных процессах.

[00116] Настоящие композиции, помимо всего прочего, обеспечивают существенную гибкость в процессах разработки, системах, керамических материалах, имеющих характеристики обработки и работоспособность конечных изделий, удовлетворяющие предварительно заданным и конкретным критериям продуктивности. Так, например, вязкость прекурсорной композиции может быть предварительно задана составом, чтобы соответствовать конкретной морфологии армирующего материала, температура отверждения прекурсорной композиции может быть предварительно задана составом, чтобы получить препрег, имеющий протяженный срок хранения. Вязкость прекурсорной композиции может быть отрегулирована так, чтобы прекурсор легко протекал в армирующий материал препрега, тогда как в то же время будучи достаточно густым, чтобы предотвращать вытекание прекурсорной композиции или стекание с армирующего материала. Состав прекурсорной композиции также может быть, например, таким, что прочность отвержденной преформы является достаточной для обеспечения возможности черновой или начальной механической обработки преформы перед пиролизом.

[00117] Специализированный и предварительно определенный контроль того, когда химические реакции протекают в разнообразных стадиях процесса от сырьевого материала до готового конечного изделия, может содействовать снижению затрат, усилению контроля обработки, повышению надежности, повышению эффективности, улучшению характеристик продукта, возрастанию чистоты, и комбинациям и вариациям этих показателей или других преимуществ. Определение последовательности, когда протекают химические реакции, может быть главным образом основано на порядке обработки или получения прекурсоров, и порядке обработки или получения прекурсорных композиций; и также может быть основано на условиях отверждения и пиролиза. Кроме того, специализированный и предварительно определенный выбор этих стадий, составов и условий может обусловливать получение улучшенного продукта и технологических характеристик посредством химических реакций, молекулярных конфигураций и перегруппировок, микроструктурных конфигураций и перегруппировок, которые предпочтительно были заранее заданы и контролировались.

[00118] Со ссылкой на ФИГ. 1, представлена технологическая блок-схема 100 общего варианта исполнения, имеющего несколько вариантов осуществления обсуждаемых способов и систем. Так, имеется секция 101 приготовления прекурсора, где получаются поликарбосилоксановые прекурсорные композиции. Имеется секция 102 формирования и распределения, где получается жидкая прекурсорная композиция 103а для последующих секций.

[00119] Имеется секция 104 отверждения, где жидкий прекурсор 103а отверждается с образованием отвержденного материала 103b, который является по существу твердым, и предпочтительно твердым. Имеется секция 105 пиролиза, где отвержденный материал 103b преобразуется в керамический материал 103с, который предпочтительно представляет собой SiОС или SiС, и более предпочтительно SiОС или SiС высокой и очень высокой чистоты. Имеется секция 108 постобработки, где керамический материал 103с подвергается дополнительной обработке, например, промыванию, гранулированию, экстракции, размалыванию, просеиванию, и т.д. SiОС-керамический материал 114 может быть использован в любом числе («n» в фигуре) других секций 106 для получения полупродуктов и конечных продуктов, и для разнообразных вариантов применения. Подобным образом, подвергнутый дополнительной обработке SiОС-керамический материал 114р может быть применен в любом числе («n» в фигуре) других секций 109 для получения полупродуктов и конечных продуктов, и для разнообразных вариантов применения. Понятно, что секции 106 и 109 могут быть одинаковыми или различными секциями. Керамический SiС-материал 113 может быть использован в любом числе других секций 107 для получения полупродуктов и конечных продуктов, и для разнообразных вариантов применения. Подобным образом, подвергнутый дополнительной обработке SiС-керамический материал 113р может быть использован в секции 110, например, в процессе спекания. Подвергнутый дополнительной обработке SiС-керамический материал 113р может быть использован в секции 111, например, в процессе осаждения из паровой фазы для формирования слитков SiС для секции 112, например, переработки в SiС-пластины для применения, помимо всего прочего, в полупроводниках. Подвергнутый дополнительной обработке SiС-керамический материал 113р может быть использован в любом числе («n» в фигуре) других секций 115 для получения полупродуктов и конечных продуктов, и для разнообразных вариантов применения.

[00120] Одним из многих преимуществ настоящих изобретений является то, что секции 106, 107, 109, 110, 111 и 115 в принципе могут быть взаимозаменяемыми. Кроме того, эти секции могут представлять собой процессы, способы, варианты применения и использования, которые являются традиционными для Si. Так, одним из многих достоинств настоящих изобретений является пригодность к применению SiОС, SiС и комбинаций SiОС и SiС, и, в частности, SiОС, SiС и их комбинаций высокой чистоты и сверхвысокой чистоты, в промежуточных Si-продуктах, конечных Si-продуктах, вариантах применения Si и использования Si, и для них; и, в частности, для вариантов применения Si, где ранее предполагалось, что SiС был непригодным по экономическим соображениям, с точки зрения чистоты, и по другим причинам. Более предпочтительно, и одним из многих преимуществ настоящих изобретений является пригодность для получения SiС на необходимых уровнях чистоты, делая его равноценным или лучшим по эффективности, например, характеристикам, функциям, чем Si. Кроме того, одно из многих преимуществ настоящих изобретений состоит в пригодности к применению SiОС или SiС в промежуточных продуктах, конечных продуктах и вариантах применения и использования, где Si действовал или функционировал плохо, или вообще не работал, таких как высокотемпературные датчики и прочие, и новейшие варианты применения и использования.

[00121] В вариантах применения, требующих высокой чистоты и сверхвысокой чистоты, секции 101 и 102 получения прекурсора, например, их оборудование и процедуры, должны быть такими, чтобы устранять, избегать, предотвращать, и в комбинациях и вариациях этих условий, любое загрязнение (например, материалами, которые рассматриваются как примеси в конечном продукте) исходных материалов. Так, в одном варианте исполнения секция должна быть свободна (например, содержать малые количества, по существу не содержать, и вообще не содержать) следующие материалы: В, Na, Al, Р, Fe, тяжелые металлы, и галогены, и это только некоторые примеры. Для удаления загрязняющих примесей из исходных материалов и сырьевых материалов могут быть применены дистилляция, ионообменная фильтрация и способы очистки других типов.

[00122] В секциях 105, 106, 107, 108, 109, 110, (и 104 до такой степени, в какой она может быть объединена с еще одной секцией) нагревательное оборудование, например, печи, которое может быть использовано, может быть печью любого типа, которая может достигать желательных температур и поддерживать их, например, для пиролиза и конверсии в SiС, вплоть до около 2900°С, до около 2800°С, выше 2300°С, и предпочтительно в диапазоне от около 1200°С до около 2800°С. Нагревательное оборудование для стадии отверждения (например, в секции 104) в процессе может представлять собой любую печь, которая может достигать температур отверждения для отверждения образованного из жидкого полимера керамического прекурсорного материала, например, жидкой SiОС-композиции, с образованием твердого или полутвердого материала, например, отвержденного материала. Так, одна печь может быть применена для проведения всего процесса в целом от образованного из жидкого полимера керамического материала до SiС, или могут быть использованы две или три различных печи. В одном варианте исполнения одна печь используется для отверждения жидкого прекурсора в отвержденный SiОС-материал, и вторая, иная печь применяется для преобразования SiОС-материала в SiС.

[00123] Предпочтительно для вариантов применения, материалов и приложений, требующих высокой чистоты и сверхвысокой чистоты: таких как получение SiОС, получение SiС, спекание, прессование, формирование оптических устройств, получение слитков, выращивание кристалла для сигнального микропроцессора, формирование кристаллического слоя, формирование слоя, нанесение покрытий, или изготовление подложек, нагревательное оборудование, например, печи, по существу не содержат, и более предпочтительно не содержат любые материалы, которые рассматриваются как загрязняющие примеси в конечном изделии. Например, нагревательное оборудование, и, в частности, внутренние компоненты, и все компоненты в сообщении по текучей среде с внутренними компонентами, могут быть свободными (например, содержать малые количества, по существу не содержать, и вообще не содержать) следующие материалы: В, Na, Al, Р, Fe, и тяжелые металлы, и так далее. Для удаления любых примесей или загрязнений перед обработкой образованных из полимеров керамических материалов может быть проведен цикл очистки или продувки печей. Так, например, вакуумная обработка, цикл высокотемпературного нагревания, продувка инертным газом, таким как аргон, и комбинации и вариации этих стадий, предпочтительно могут быть применены для того, чтобы сделать печь свободной от загрязнений.

[00124] В качестве примера, эти печи могут включать: радиочастотные (RF) печи, микроволновые печи, камерные печи, трубчатые печи, печи для выращивания кристаллов, дугоплавильные печи, индукционные печи, обжиговые печи, печи с MoSi2-нагревательным элементом, газопламенные печи, углеродные печи, вакуумные печи. Печи могут содержать разделительные материалы, чтобы предотвращать контакт определенных материалов друг с другом при высокой температуре. Например, графит в контакте с оксидом алюминия при высокой температуре (>1500°С) может приводить к загрязнению алюминием конечного продукта, и тем самым прокладки могут быть применены для сведения к минимуму, сокращения или предотвращения этого обстоятельства. Все компоненты печи предпочтительно выполнены из высокочистого графита. Они также могут быть изготовлены из высокочистого SiС или покрыты им.

[00125] Печи в секциях 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110 могут контролировать, или иметь оборудование и устройства для такого контроля, среду внутри печи; и, в частности, среду рядом с материалом, который подвергается отверждению, пиролизу или конверсии. Так, может быть применено оборудование для создания условий вакуума, пониженного давления, предварительно заданных атмосфер (например, аргона), протекания или продувания газовых потоков, и их комбинаций и вариаций. Эти системы и устройства не должны содержать, или должны быть выполненными для сведения к минимуму и предпочтительно предотвращения попадания загрязнений или примесей в печь, и особенно в обрабатываемый материал.

[00126] В случае многих образованных из полимеров керамических материалов, и в особенности с некоторыми SiОС-материалами, во время пиролиза и конверсии происходит выделение из материалов отходящих газов. В некоторых ситуациях образованные отходящие газы могут быть горючими, могут содержать ценные извлекаемые материалы (например, Si), и их комбинации. Тем самым, и предпочтительно, печи имеют устройство для обработки отходящего газа, которое может устранять любые проблемы с воспламенением потока отходящих газов (например, дожигатель), которые могут удалять из газового потока и извлекать любые ценные материалы (например, газопромывные установки), и их комбинации, и другое оборудование и устройство для обработки и утилизации отходящего газа или газового потока.

[00127] В разнообразных секциях технологической схемы согласно ФИГ. 1 любое оборудование для временного хранения материала, чтобы выдерживать жидкие прекурсорные композиции во время отверждения, пиролиза, конверсии или других преобразований, может быть выполнено, например, из оксида алюминия, не содержащего связующий материал гексагонального нитрида бора (h-BN), графита, очищенного галогеном графита, пиролитического графита, SiС, CVD-осажденного SiC, образованного из полимера SiС, PVD-осажденного SiC. Также могут быть применены многообразные покрытия на этих материалах, включающие, но не ограничивающиеся таковыми, ТаС, SiС, пиролитический графит. Сам контейнер может представлять собой тигель, резервуар в форме лодки, обработанную на станке пресс-форму для образования любой желательной геометрической формы (пилюли, шайбы, сфероиды, эллипсоиды, и т.д.). Оно может быть или может не быть полностью замкнутым, но может иметь вентиляционные отверстия для возможности улетучивания газов. Предпочтительно используется пригнанная к резервуару крышка, и резервуар рассчитывается на обеспечение выдувания газов во время пиролиза и конверсии. Наиболее предпочтительно через резервуар также продувается инертный газ, например, со скоростью газообмена от около 0,5 объема резервуара в час до около 20, от около 5 объемов резервуара в час до около 15, и предпочтительно со скоростью, которая не превышает газообмена в 10 объемов резервуара в час.

[00128] Кроме того, будет понятно, что стрелки на технологической схеме, например, 150, в варианте исполнения согласно ФИГ. 1 приведены для целей общей иллюстрации, и что: разнообразные секции могли бы выполняться постадийно, или в периодическом процессе (в том числе в случае, где секции находятся в разных местах, разделены во времени, например, в несколько часов, несколько дней, месяцев, или дольше, и в обеих ситуациях); разнообразные секции могли бы выполняться в виде непрерывного процесса; одна или многие из разнообразных секций могли бы быть объединены, например, единый блок оборудования мог бы выполнять одну или многие операции различных секций; и предусматриваются их комбинации и вариации.

[00129] В вариантах исполнения секций согласно ФИГ. 1 жидкие прекурсоры отверждаются до твердого SiОС. Твердый SiОС затем подвергается пиролизу и преобразованию в SiС. В одном из этих вариантов исполнения SiОС может быть в пространственной форме, например, шайбы, таблетки или диска, которая затем непосредственно преобразуется в рыхлую массу SiС, без необходимости в стадиях промежуточной обработки. В одном из этих вариантов исполнения SiОС измельчают в гранулированный SiОС, и затем преобразуют в гранулированный SiС, который затем формуют с образованием пространственной формы, например, рыхлой массы SiС. В одном из этих вариантов исполнения SiОС формуют в SiС с частицами переменных размеров. Эти частицы затем измельчают до более мелких, и предпочтительно более однородных размеров, или гранул, и затем эти гранулы формуют, например, спрессовывают с образованием пространственной формы, или массы SiС. В этих, а также в других вариантах исполнения, когда получают SiС высокой чистоты и сверхвысокой чистоты, предпочтительно должно иметь все компоненты системы свободными от веществ, которые рассматриваются как загрязняющие примеси в вариантах последующего применения или процессах для SiС; или иметь эти компоненты огражденными, заключенными в оболочку или иным образом вовлеченными в стадии со смягченными условиями, проводимые, чтобы избежать попадания примесей в процесс и в SiС.

[00130] Как правило, и предпочтительно, варианты исполнения прекурсорных композиций предусматривают контролируемые и предварительно заданные количества, например, соотношения О, С и Si. Этим путем исходные структурные элементы для SiС по существу предпочтительно составляются в жидкий полимер, и предпочтительно блокируются в отвержденный материал. При предварительно заданных исходных структурных элементах, условия обработки могут затем предварительно выбираться и контролироваться для получения желательного конечного продукта, например, стехиометрически высокочистого и сверхвысокочистого SiС. Кроме того, соотношения исходных структурных элементов могут быть предварительно определены для обеспечения влияния или иным образом воздействия на реакции и перегруппировки, которые происходят во время процессов, например, один компонент может присутствовать сначала в избытке, чтобы инициировать процесс в конкретном направлении, например, для преимущественного образования СО перед SiО. Так, и кроме того, может быть возможным регулирование и предварительное задание типа, характеристик или формы, например, политипа, SiС, который получается, путем предварительного определения и контроля соотношений этих структурных элементов, любых добавок и технологических параметров.

[00131] В целях иллюстрации, взаимосвязь исходных структурных элементов, технологических условий и конечного продукта может быть отчасти разъяснена со ссылкой на диаграмму 400 состояния трехкомпонентной системы в ФИГ. 4. Каждый угол диаграммы 400 представляет 100%-ный структурный элемент, причем этот угол 401 представляет 100%-ный углерод, угол 402 представляет 100%-ный кислород, и угол 403 представляет 100%-ный кремний. Точка 404 на диаграмме 400 соответствует SiС, точка 405 на диаграмме 400 соответствует SiО₂, и точка 406 и 407 на диаграмме 400 соответствует СО₂ и СО, соответственно. Кроме того, основание 410 соответствует содержанию С в мол.%, правая сторона 411 соответствует содержанию О в мол.%, и левая сторона 412 соответствует содержанию Si в мол.%. (под мол.% Х подразумевается число молей Х относительно общего числа молей О, С и Si, в процентах). Таким образом, молярные отношения исходных материалов в партии прекурсорной композиции могут в общем составлять, и без ограничения, от около 30% до около 85% углерода, от около 5% до около 40% кислорода, и от около 5% до около 35% кремния. В вариантах исполнения исходных SiСО-материалов и отвержденных материалов молярное отношение С, Si и О предпочтительно может быть примерно внутри заштрихованной области 430 в ФИГ. 4А. Хотя рассматриваются соотношения снаружи этой области.

[00132] В общем и целом, способ получения SiС исходит из жидкой прекурсорной композиции до отвержденного материала, до подвергнутого пиролизу SiОС-материала, который преобразуется в SiС-материал (альфа, бета, или оба из них). Во время этих процессов - отверждения, пиролиза и конверсии, некоторые из различных структурных элементов утрачиваются, как правило, С и О. Si также может теряться, но предпочтительно процесс и прекурсор являются такими, что потеря Si является минимальной или отсутствует. Например, избыточный С, встроенный в прекурсор или поступающий из внешнего источника, например, в печь, будет инициировать предпочтительное образование СО перед SiО, приводя к меньшей потере Si. Чем выше степень сшивания, которая имеет место в отвержденном материале, тем ниже потери Si во время пиролиза и конверсии, и тем самым тем выше выход SiС.

[00133] Со ссылкой опять на диаграмму 400 трехкомпонентной системы, в ФИГ. 4В показан общий сдвиг в соотношении, который может быть прогнозирован для различных процессов. Будет понятно, что разнообразные стрелки обозначают только общие направления смещений для примеров технологических операций; и их наклоны могут варьировать в зависимости от фактических условий, например, если выделяются углеводороды, или СО₂, или те и другие. Так, удаление летучих углеводородов будет сдвигать соотношение в общем по направлению стрелки 450. Во время отверждения или последующего хранения материал может поглощать некоторое количество воды из атмосферы, сдвиг соотношения в результате чего показан стрелкой 451 (совокупные поглощение воды и потеря летучих компонентов). Сдвиг соотношения вследствие формирования SiО показан стрелкой 454. Сдвиг соотношения в результате образования СО показан стрелкой 453, и сдвиг соотношения вследствие образования СО₂ показан стрелкой 452. Будет понятно, что конечная цель процесса состоит в достижении соотношения материала от их исходного соотношения до базовой линии 410, и в некоторых ситуациях наиболее предпочтительно стехиометрического SiС, точки 404.

[00134] Возможность исходить из жидкого материала, например, прекурсорной маточной смеси, имея по существу все структурные элементы, например, Si и С, необходимые для получения SiС, обеспечивает существенное преимущество в отношении контроля примесей, загрязнений, и в получении высокочистого SiОС, который, в свою очередь, может быть преобразован в высокочистый SiС, или который может быть получен непосредственно в едином объединенном процессе или стадии. Так, варианты осуществления настоящих изобретений предусматривают формирование SiОС, который имеет чистоту по меньшей мере около 99,9% (3 девятки), по меньшей мере около 99,99% (4 девятки), по меньшей мере около 99,999% (5 девяток), и по меньшей мере около 99,9999% (6 девяток), и по меньшей мере около 99,99999% (7 девяток), или выше. Подобным образом, варианты осуществления настоящих изобретений предусматривают образование SiС, который имеет чистоту по меньшей мере около 99,9% (3 девятки), по меньшей мере около 99,99% (4 девятки), по меньшей мере около 99,999% (5 девяток), и по меньшей мере около 99,9999% (6 девяток), и по меньшей мере около 99,99999% (7 девяток), или выше. Эти показатели чистоты основываются на количестве SiОС или SiС, что может иметь место в отношении всех материалов, которые присутствуют или содержатся внутри данного образца продуктов SiОС или SiС.

[00135] Варианты исполнения данного SiС, образованного из поликарбосилоксана, и способов сокращают стоимость получением высокочистого и сверхвысокочистого SiС, в то же время повышая достигаемую чистоту, например, при более низкой стоимости высокочистых SiС-материалов. Таким образом, помимо всего прочего, варианты исполнения образованных из поликарбосилоксанов SiС-материалов и изделий имеют более низкие стоимости и повышенные характеристики, по сравнению с прежними SiС-, SiОС- и Si-материалами и продуктами. Так, помимо всего прочего, варианты исполнения образованных из поликарбосилоксанов SiС-материалов и изделий могут заменять SiС-, а также Si-материалы и продукты, во многих вариантах применения, и способны обеспечить новые, дополнительные и расширенные варианты применения, которые были недостижимыми с SiС- и Si-материалами и продуктами по техническим, экономическим, или обеим из них, причинам.

[00136] Варианты исполнения образованных из полимеров SiС-пластин включают, наряду с прочими, пластины с диаметром около 2 дюймов (50,8 мм) и меньше, пластины с диаметром около 3 дюймов (76,2 мм), пластины с диаметром около 4 дюймов (101,6 мм), пластины с диаметром около 5 дюймов (127 мм), пластины с диаметром около 6 дюймов (152,4 мм), пластины с диаметром около 7 дюймов (177,8 мм), пластины с диаметром около 12 дюймов (304,8 мм), и потенциально более крупные, пластины, имеющие диаметры от около 2 дюймов до около 8 дюймов (50,8-203,2 мм), пластины, имеющие диаметры от около 4 дюймов до около 6 дюймов (101,6-152,4 мм), с квадратной формой, круглой формой, и с другими формами, площадью поверхности на одной стороне около 1 квадратного дюйма (6,45 см²), около 4 квадратных дюймов (25,81 см²), около 10 квадратных дюймов (64,52 см²), и больше и меньше, толщину около 100 мкм, толщину около 200 мкм, толщину около 300 мкм, толщину около 500 мкм, толщину около 700 мкм, толщину от около 50 мкм до около 800 мкм, толщину от около 100 мкм до около 700 мкм, толщину от около 100 мкм до около 400 мкм, и бóльшую и меньшую толщину, и их комбинации и вариации.

[00137] В вариантах осуществления настоящих изобретений высокочистый SiС имеет низкие, очень низкие и ниже пределов обнаружения, количества материалов, которые создают существенные проблемы, или рассматриваются как примеси, при последующих обработке и изготовлении изделий, например, слитков, пластин, электронных компонентов, оптических компонентов и прочих полупродуктов и конечных продуктов на основе SiС.

[00138] Так, образованный из полимера высокочистый SiС, и, в частности, образованный из поликарбосилоксана высокочистый SiОС, а также высокочистый SiС, в который был преобразован SiОС, имеет чистоту по меньшей мере около 99,9%, по меньшей мере около 99,99%, по меньшей мере около 99,999%, и по меньшей мере около 99,9999%, и по меньшей мере около 99,99999%, или выше. Кроме того, следует отметить, что варианты осуществления настоящих изобретений включают образованные из полимера SiС и SiОС на любом уровне чистоты, в том числе на более низких уровнях чистоты, таких как 99,0%, 95%, 90% и ниже. Представляется, что эти варианты исполнения с более низкой, например, невысокой, чистотой, имеют и найдут важные варианты применения и приложения. Подобным образом, представляется, что варианты исполнения высокочистого SiС найдут варианты применения, приложения и создадут новые и неожиданные преимущества для вариантов применения, которые до настоящих изобретений ограничивались Si или иными материалами, нежели SiС.

[00139] Варианты осуществления настоящих изобретений включают использование высокочистого SiС при изготовлении пластин для вариантов применения в электронных устройствах и полупроводниковых элементах. Как в установке для осаждения из паровой фазы, так и в способах формирования слитков и пластин для последующего использования требуется высокочистый SiС. В частности, как изложено в Таблице 3, варианты исполнения образованных из полимеров высокочистых SiОС и SiС предпочтительно могут иметь низкие уровни содержания одного, более чем одного, и всех элементов в Таблице 3, которые в определенных установках для осаждения из паровой фазы, электронных устройствах и полупроводниковых элементах рассматриваются как примеси. Так, варианты исполнения образованного из поликарбосилоксана SiС могут не содержать примеси, по существу не содержать примеси, и содержать некоторые примеси, но имеют не более, чем количества, и комбинации количеств, приведенные в Таблице 3.

[00140] Таблица 3

[00141] В одном варианте исполнения Pr также может рассматриваться как примесь в некоторых вариантах применения, и если так считать, то пределы и количества из таблицы 3 могут быть применимы к Pr.

[00142] Если не оговаривается иное, то, когда приводится ссылка на такие применяемые здесь термины, как уровни чистоты, высокая чистота, % чистоты, % примесей, и подобные такие термины, избыточный углерод, то есть, сверх стехиометрического количества для SiС, не включается, не указывается, не рассматривается или не используется в расчетах или охарактеризовании материала. В некоторых вариантах применения избыточный углерод может оказывать незначительное влияние или не проявлять его на вариант применения или продукт, и тем самым не рассматривается как примесь. В других вариантах применения избыточный углерод может быть полезным, например, углерод может действовать как содействующая спеканию добавка; избыточный углерод может быть использован для устранения и компенсирования неоднородностей в установке и в процессах осаждения из паровой фазы.

[00143] В вариантах применения, где азот рассматривается как загрязнение, варианты исполнения образованных из поликарбосилоксанов SiС и SiОС могут иметь менее, чем около 1000 ч./млн, менее, чем около 100 ч./млн, менее, чем около 10 ч./млн, менее, чем около 1 ч./млн, и менее, чем около 0,1 ч./млн азота, и меньше.

[00144] В одном варианте исполнения образованного из поликарбосилоксана SiС он по существу не содержит кислород, и свободен от его присутствия в любой форме, либо связанным с Si или С, либо в виде оксидного слоя. Так, варианты исполнения образованного из поликарбосилоксана SiС могут иметь менее, чем около 1000 ч./млн, менее, чем около 100 ч./млн, менее, чем около 10 ч./млн, менее, чем около 1 ч./млн, и менее, чем около 0,1 ч./млн кислорода, и меньше. Образованный из поликарбосилоксана SiС проявляет устойчивость и не образует оксидный слой, будучи подвергнутым воздействию воздуха при стандартных температуре и давлении окружающей среды. Отсутствие оксидного слоя, то есть, свободный от оксидного слоя SiС, когда хранится в условиях окружающей среды, обеспечивает преимущества в последующих процессах изготовления, где оксидные слои могут рассматриваться как загрязняющие примеси, или иным образом мешать процессам изготовления.

[00145] Варианты исполнения образованного из поликарбосилоксана SiС представляют собой весьма разносторонние материалы. Они могут иметь несколько форм, например, аморфную, кристаллическую, имеющую многие различные политипы, и образовывать одно- (или моно-) и поликристаллические структуры. Одна, более чем одна, и комбинации этих разнообразных форм могут быть в одной партии, пространственной форме или образце образованного из поликарбосилоксана SiС. Так, настоящие образованные из поликарбосилоксана SiС-материалы находят применение, помимо прочих, в абразивах, деталях фрикционных пар, оптических устройствах, баллистических и ударостойких материалах, изоляционных материалах и в электронных устройствах.

[00146] Порошок, мелкие фракции, гранулы или прочие малоразмерные и фасонные формы образованного из поликарбосилоксана SiС могут быть объединены друг с другом обработкой спеканием с образованием конструкционных деталей и структур.

[00147] Связывание воедино, например, спрессовывание, спекание, формирование заготовок для прессования, образованного из полимера SiС согласно настоящим вариантам исполнения может быть выполнено любым традиционным способом, и может быть проведено с использованием содействующих спеканию материалов и прочих добавок, которые в настоящее время применяются в стандартных процессах. Варианты исполнения настоящего образованного из полимера сверхчистого SiС обеспечивают уникальные, и, как представляется, никогда ранее не достигнутые с SiС возможности иметь его частицы связанными друг с другом без необходимости в любых вспомогательных для спекания средствах или технологических добавках. Так, варианты исполнения настоящего сверхчистого SiС способны к самоспеканию, чем подразумевается, что они не нуждаются в присутствии любых содействующих спеканию материалов или добавок, чтобы быть соединенными или иным образом сформованными, например, спеченными или спрессованными, с образованием твердой и предпочтительно монолитной твердой формы. Самоспекаемые сверхчистые SiС-формовки могут быть значительно более прочными, чем соответствующая форма, которая была изготовлена с использованием интенсификаторов спекаемости. Таким образом, самоспекаемая SiС-формовка может быть в 2, 3, 4 или более раза более прочной, чем подобная SiС-формовка, в которой используются содействующие спеканию материалы. Можно предположить, что интенсификаторы спекаемости образуют связи или соединения между частицами SiС, и что эти связи из вспомогательных для спекания материалов являются значительно более слабыми, чем связи SiС-SiС, например, непосредственные связи в самоспекаемой формовке.

[00148] Варианты исполнения настоящего образованного из полимера SiС, и, в частности, сверхчистого SiС, сформированных в процессах осаждения из паровой фазы, процессах выращивания кристаллов, процессах связывания и других процессах, могут найти применение и быть использованными, наряду с прочими, в широкополосных усилителях, военных средствах связи, в радарах, телекоммуникациях, в каналах передачи данных и каналах передачи оперативных данных, центрах спутниковой связи и высокомощных электронных устройствах направленной радиопередачи, в светодиодах (LED), лазерах, осветительном оборудовании и датчиках. Кроме того, эти варианты исполнения могут найти применение и быть использованными в транзисторах, таких как транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT), в том числе монолитных микроволновых интегральных схемах (MMIC) на основе HEMT. Для этих транзисторов может быть использован конструктивный подход усилителя с распределенным усилением (бегущей волны), и с SiС с большей запрещенной зоной, позволяя достигать исключительно широких полос пропускания при малом посадочном месте на плате. Таким образом, варианты осуществления настоящих изобретений включали бы такие устройства и изделия, которые выполнены из образованного из полимера SiС или иным образом основаны на нем.

[00149] Варианты исполнения настоящего образованного из полимера SiС, и в особенности сверхчистого SiС, сформированных в процессах осаждения из паровой фазы, процессах выращивания кристаллов, процессах связывания и других процессах, могут также найти применение и быть использованными, помимо всего прочего, в тормозных роторах и сборных узлах, тормозных дисках и накладках, для изготовления драгоценных камней и полудрагоценных камней, ювелирных изделий, и для резки и абразивной обработки. Так, варианты осуществления настоящих изобретений могли бы включать такие устройства и изделия, которые изготовлены из образованного из полимера SiС или иным образом основаны на нем.

[00150] Варианты исполнения настоящего образованного из полимера SiС, и в особенности сверхчистого SiС, могут быть объединены с другими керамическими порошковыми композициями для достижения повышенных характеристик, снижения стоимости, и обоих из них, для процессов, в которых используются эти другие керамические порошки. Например, рассматриваются композиты BN/SiC/ZrO2, и смеси с другими жаростойкими/высокотехнологичными керамическими порошками, например, AlN, BC, BN, Al2O3, ZrO2, C, SiC, WC, и SiN, и многие другие. Таким образом, варианты осуществления настоящих изобретений могли бы включать такие устройства и изделия, которые изготовлены из образованного из полимера SiС или иным образом основаны на нем. Они также могут быть использованы в технологиях легирования металлов, например, для получения керметов, или других металлургических смесей и сплавов. Например, они могут быть так объединены с Ti, Fe, Ni и Со, и это только часть примеров. Так, например, они могут формировать сплавы из образованного из полимера SiС и Ti, сплавы из образованного из полимера SiС с железом, сплавы из образованного из полимера SiС и Ni, и сплавы из образованного из полимера SiС и Со.

[00151] Варианты исполнения керамических порошковых композиций из настоящего образованного из полимера SiС могут быть использованы, например, в качестве компонента или в конструкции: в футеровке обжиговой печи, в печных трубах, в звеньях ленточных печей, в печах с вращающимся подом, в форсунках, подшипниках, коррозионностойких уплотнениях, тиглях, огнеупорных материалах, системах теплозащиты, прямоточных реактивных двигателях/реактивных двигателях со сверхзвуковым сгоранием (RAM-Jet/SCRAM-Jet), или в любом устройстве, летящем со скоростью выше 3 Махов, в ракетах, космических челноках, носовых обтекателях ракет, и в системах защиты от удара передней кромки, в SiС/SiС-армированных композитах, в SiС/С-армированных композитах, в распыляемых в DC-магнетроне мишенях, в обшивке термопар, в насосных уплотнениях, и клапанных втулках.

[00152] Варианты исполнения настоящих образованных из полимеров SiС, SiОС и, в частности, сверхчистых SiС и SiОС, сформированных в процессах осаждения из паровой фазы, процессах выращивания кристаллов, процессах связывания и других процессах, могут найти применение и быть использованными в многослойных структурах, например, таких как слой на подложке. Этот слой может быть кристаллическим, монокристаллическим, поликристаллическим или аморфным. Могут быть структуры, которые имеют многие различные слои, например, слой подложки, связующий слой, слой SiС, слой SiОС, и другие материалы. В одном варианте исполнения может быть применен сапфир в качестве подложки для эпитаксиального слоя SiС. Приемлемой подложкой может быть также GaN. Связующий слой может быть использован для ослабления несоответствия решеток между кристаллическими решетками с разнородными параметрами. Так, например, где SiОС применяется в качестве подложки, он может иметь связующий слой для поддерживания SiС, и выращенный на нем слой GaN.

[00153] В одном варианте исполнения этого способа, высокочистый, образованный из полимера SiС, и предпочтительно очень мелкозернистый, например, менее, чем около 100 мкм, менее, чем около 10 мкм, имеющий чистоту около 99,999%, предпочтительно около 99,9999%, и более предпочтительно около 99,99999%, может быть подвергнут спеканию с образованием оптических компонентов. Эти оптические компоненты могут быть прозрачными для излучения с выбранными длинами волн, например, 360-800 нм. Они могут иметь показатели преломления около 2,65 в видимой области спектра. Они могут иметь хорошие и высокие оптические характеристики, будучи свободными от аберраций, окклюзий, и прочих оптических дефектов. Они обладают прочностью (например, химической устойчивостью, сопротивлением истиранию, термостойкостью, твердостью материала SiС). Так, например, они могут обеспечивать значительные улучшения для оконных или прозрачных элементов, например, экранов на мобильных телефонах, планшетах, сенсорных экранах и тому подобных. Они также могут быть использованы для корпусов этих устройств. Эти образованные из полимера SiС-окна могут быть особенно благоприятными в требуемых вариантах применения, где, например, существуют суровые условия окружающей среды или обстоятельства использования. Они могут быть применены во многих оптических приборах, включающих: генерирование света, например, в лазерах, лазерных диодах, или других источниках света; направление и пропускание света, например, в оптических волокнах, окнах, призмах, линзах, оптических устройствах, зеркалах и элементах полного внутреннего отражения (например, блоках, призмах, которые имеют отношение к полному внутреннему отражению для направления света).

[00154] В дополнение к УФ, видимому и ИК-излучению, оптические SiС-компоненты могут найти применение в областях, где используется более коротковолновое электромагнитное излучение, такое как микроволновое, волны миллиметровой длины, рентгеновское излучение, и высокоэнергетические пучки.

[00155] Варианты исполнения образованного из поликарбосилоксана SiС, в частности, высокочистого SiС, имеют уникальные свойства, которые, помимо всего прочего, делают их преимущественными и желательными для применения в электронных устройствах, солнечных энергетических установках, в отраслях промышленности и вариантах применения, имеющих отношение к передаче энергии. Они могут действовать как полупроводниковый материал, который является очень стабильным и пригодным для нескольких желательных вариантов применения, в том числе высокомощных, высокочастотных, высокотемпературных, и в коррозионно-агрессивных условиях среды и использования. Образованный из полимера SiС представляет собой очень твердый материал с модулем Юнга 424 ГПа. Он по существу химически инертен, и не будет реагировать с любыми материалами при комнатной температуре.

[00156] Кроме того, представляется, что до настоящих изобретений, со всех практических точек зрения, было по существу невозможно что-нибудь диффундировать в карбид кремния, так что в такой мере, в какой требуется введение в материал легирующих добавок, они могут быть добавлены с помощью прекурсора, и тем самым присутствовать в контролируемом режиме и количестве для выращивания с образованием слитка или иной структуры. Варианты исполнения прекурсорных композиций могут предусматривать легирующую добавку или комплексы, которые вносят и связывают легирующую добавку с керамическим материалом, и затем конверсию SiС так, что в процессе осаждения из паровой фазы легирующая добавка находится в доступной и удобной форме.

[00157] В дополнение, легирующие примеси или другие добавки для придания специально заданных или предварительно определенных свойств пластинам, слоям и структурам, которые изготавливаются из образованных из полимера SiС и SiОС согласно вариантам исполнения, могут быть использованы с настоящими образованными из полимеров материалами как их часть или в сочетании с ними. В этих вариантах исполнения такие улучшающие характеристики добавки не рассматривались бы как загрязняющие примеси, поскольку они предполагаются присутствующими в конечном продукте, при необходимости содержащимися в нем. Улучшающие характеристики добавки могут быть введены в жидкие прекурсорные материалы. В зависимости от природы улучшающей характеристики добавки, она может быть частью скелета прекурсора, она может быть комплексована или составлять часть комплекса, для введения ее в жидкие прекурсоры, или она может присутствовать в других формах, которые будут в состоянии обеспечивать ее сохранность (например, быть в форме, которая позволяет ей функционировать, как предполагается в конечном материале). Улучшающая характеристики добавка также может быть добавлена в виде покрытия на порошкообразном SiС- или SiОС-материале, может быть добавлена в виде пара или газа во время обработки, или может быть в порошкообразной форме и смешана с образованными из полимера SiС- или SiОС-частицами, наряду с прочими примерами. Кроме того, форма и условия, в которых присутствует улучшающая характеристики добавка, предпочтительно должны быть такими, чтобы она оказывала минимальное, и более предпочтительно не оказывала вообще, вредное влияние на условия обработки, продолжительность обработки и качество конечного продукта. Так, образованный из поликарбосилоксана SiС, имеющий чистоту свыше 5 девяток, чистоту более 6 девяток, и чистоту свыше 7 девяток, может иметь улучшающую характеристики добавку в некоторых количествах. Эти количества могут составлять от около 0,01% до около 50%, от около 0,1% до около 5%, от около 1% до около 10%, менее 25%, менее 20%, менее 10%, и менее 1%, а также бóльшие и меньшие количества, в зависимости от добавки и предварительно заданных свойств, которые, как предполагается, сообщаются с ее помощью.

[00158] Карбид кремния, как правило, не имеет жидкостной фазы, вместо этого он возгоняется в вакууме при температурах выше, чем около 1800°С. Со ссылкой на ФИГ. 10, представлена схема кривой парциального давления для SiС. Как правило, в промышленных и коммерческих вариантах применения условия регулируются так, что сублимация происходит при температурах около 2500°С и выше. Когда карбид кремния возгоняется, он обычно образует пар, состоящий из Si, SiС и SiС₂. В общем считалось, что соотношение этих различных компонентов в парах карбида кремния определяла температура. Однако настоящие изобретения, помимо всего прочего, обеспечивают возможность предварительно выбирать и контролировать соотношение этих компонентов в парах SiС, например, регулированием количества избыточного углерода, присутствующего в образованном из поликарбосилоксана SiС. Кроме того, вариацией в контролируемом режиме пористости образованного из поликарбосилоксана SiС, количества присутствующего избыточного углерода, или обоих из них (когда используется в качестве исходного материала в процессе осаждения из паровой фазы), например, при наличии слоев SiС-материала, имеющего различные предварительно заданные количества содержащегося избыточного углерода, формирование паров SiС может варьировать в контролируемом режиме, и регулируемо изменяться во времени.

[00159] Образованный из поликарбосилоксана SiС, и слитки, пластины и другие структуры из SiС, которые изготовлены из образованного из поликарбосилоксана SiС, проявляют полиморфизм, и, как правило, одномерный полиморфизм называется политипией. Так, образованный из поликарбосилоксана SiС может присутствовать во многих, теоретически бесчисленных, различных политипах. Как используемый здесь, если четко не оговорено иное, термин политипия, политипы, и подобные такие термины, должны иметь свое самое широкое возможное значение, и могли бы включать самые многообразные каркасы, структуры и конфигурации, в которых сформированы тетраэдрические формы карбида кремния (SiС₄). В общем эти политипы подразделяются на две модификации - альфа (α) и бета (β). ФИГУРЫ 2А и 2В, и 3А и 3В показывают вид сбоку и вид сверху, соответственно, единичной кубической и тетраэдрической структуры образованного из полимера SiС. Так, в ФИГУРАХ 2А и В показана единичная кубическая конфигурация SiС, с Si в виде белых кружков, например, 200, и С в виде черных кружков, например, 201. В ФИГУРАХ 3А и В показана единичная тетраэдрическая конфигурация SiС, с Si в виде белых кружков, например, 300, и С в виде черных кружков, например, 301.

[00160] Варианты исполнения альфа-модификации образованного из поликарбосилоксана SiС обычно содержат гексагональные (Н), ромбоэдрические (R), тригональные (Т) структуры, и могут содержать их комбинации. Бета-модификация типично содержит кубическую (С) структуру или структуру цинковой обманки. Так, например, политипы образованного из поликарбосилоксана карбида кремния включали бы: 3C-SiC (β-SiC или β 3C-SiC), который имеет последовательность ABCABC...упаковки атомов; 2H-SiC, который имеет последовательность ABAB...упаковки атомов; 4H-SiC, который имеет последовательность ABCBABCB...упаковки атомов; и 6H-SiC (общая форма альфа-карбида кремния, α 6H-SiC), который имеет последовательность ABCACBABCACB...упаковки атомов. Примеры других форм альфа-карбида кремния включали бы 8H, 10H, 16H, 18H, 19H, 15R, 21R, 24H, 33R, 39R, 27R, 48H, и 51R.

[00161] Варианты исполнения образованного из поликарбосилоксана SiС могут быть поликристаллическими или одно(моно-)кристаллическими. Как правило, в поликристаллических материалах присутствуют границы зерен как поверхности раздела между двумя зернами или кристаллитами материалов. Эти границы зерен могут находиться между зернами одного и того же политипа, имеющими различные ориентации, или между зернами различных политипов, имеющих одинаковые или различающиеся ориентации, и их комбинации и вариации. Монокристаллические структуры сформированы из единого политипа и по существу не имеют границ зерен.

[00162] Варианты осуществления настоящих изобретений обеспечивают возможность удовлетворения потребности в высокочистом карбиде кремния, и, в частности, в высокочистых монокристаллических карбидных материалах для применения в конечных продуктах, таких как полупроводники. Так, для этих конечных продуктов и вариантов применения, которые требуют высокочистых материалов, желательно иметь недорогой сырьевой материал для карбида кремния, который имеет чистоту по меньшей мере около 99,9%, по меньшей мере около 99,99%, по меньшей мере около 99,999%, и по меньшей мере около 99,9999%, и по меньшей мере около 99,99999%, или выше.

[00163] Высокочистый монокристаллический кремниевокарбидный материал имеет многочисленные желательные признаки и характеристики. Например, он является очень твердым, имеющим модуль Юнга 424 ГПа. Поликристаллический карбид кремния также может иметь очень высокую твердость, в зависимости от его зернистой структуры и других факторов.

[00164] Варианты исполнения настоящего образованного из поликарбосилоксана SiС включали бы возможность обеспечивать более крупный диаметр или поперечное сечение (например, около 5 дюймов (127 мм), свыше 5 дюймов (127 мм), около 6 дюймов (152,4 мм), более 7 дюймов (177,8 мм), около 8 дюймов (203,2 мм), более 8 дюймов (203,2 мм), свыше 9 дюймов (228,6 мм), около 12 дюймов (304,8 мм), и больше) затравочных кристаллов, слитков и других структур. Такие структуры с большими диаметром или поперечным сечением предпочтительно могут иметь чистоту по меньшей мере около 99,9%, по меньшей мере около 99,99%, по меньшей мере около 99,999%, и по меньшей мере около 99,9999%, и по меньшей мере около 99,99999%, или выше.

[00165] Варианты осуществления настоящих изобретений включают изделия, например, полупроводники, из карбида кремния, имеющие запрещенную зону, которая варьирует в зависимости от политипа между 2,39 эВ для (бета-SiС) 3С-SiС до 3,33 эВ для 2Н-SiС. 4Н-SiС имеет запрещенную зону 3,265 эВ. Альфа-карбид кремния (6Н-SiС) имеет запрещенную зону 3,023 эВ. Эти запрещенные зоны являются более широкими, чем для Si, который имеет запрещенную зону 1,11 эВ. Широкая запрещенная зона позволяет кремниевокарбидным материалам работать в датчиках, например, газочувствительном сенсоре, который действует в средах с высокой температурой, например, до около 1000°С. Например, газочувствительный сенсор на основе карбида кремния может иметь времена срабатывания всего в несколько миллисекунд, когда работает при температурах около 1000°С.

[00166] Варианты исполнения материалов, выполненных из образованного из полимера SiС, SiОС и, в частности, высокочистых образованных из полимера SiС и SiОС, могут быть использованы в источниках питания и в вариантах применения силовых устройств. Для вариантов применения силовых устройств может быть важной характеристика напряженности электрического поля пробоя E_max. Эта характеристика представляет собой количественный показатель того, насколько высокой может быть наибольшая напряженность поля в материале до возникновения пробоя материала (например, катастрофического пробоя). Значение E_max зависит от уровней легирования, но в общем и целом для SiС-материала и Si-материала, имеющих одинаковые уровни легирования, E_max для SiС может быть более высоким на 4-10 порядков величины. E_max и относительная E_max также могут рассматриваться с позиции относительных прочностей устройства, выполненного с расчетом на то же запирающее напряжение. Так, Si-устройство, рассчитанное на запирающее напряжение 2 кВ, имело бы критическую напряженность поля около 0,2 МВ/см, и подобное SiС-устройство имело бы критическую напряженность поля около 2,49 МВ/см.

[00167] Варианты исполнения материалов, изготовленных из образованного из полимера SiС, SiОС и, в частности, высокочистых образованных из полимера SiС и SiОС, могут быть использованы в высокочастотных устройствах, и для вариантов применения, связанных с высокими частотами. Для высокочастотных устройств важной характеристикой может быть дрейфовая скорость насыщения. Карбид кремния имеет дрейфовую скорость насыщения 2×10⁷ см/сек², тогда как подобная дрейфовая скорость насыщения для кремния составляет примерно половину этой величины. Высокие дрейфовые скорости насыщения являются благоприятными, если не необходимыми, для твердотельных устройств с большим усилением. Таким образом, с вариантами осуществления настоящих изобретений, обеспечивающими высокую чистоту, низкую стоимость (например, экономическую эффективность) карбида кремния, теперь может становиться предпочтительным выбор из материалов, перспективных для таких устройств. Однако представляется, что это был выбор, который технология в принципе не могла бы обеспечить до настоящих изобретений ввиду затрат, связанных с использованием карбида кремния; и затруднительности, если не невозможности, получения необходимой чистоты.

[00168] Варианты исполнения материалов, изготовленных из образованного из полимера SiС, SiОС и, в частности, высокочистых образованных из полимера SiС и SiОС, могут быть использованы в вариантах применения, связанных с высокой теплопроводностью. Теплопроводность карбида кремния является более высокой, тем у меди при комнатной температуре, и, как представляется, может быть превосходящей теплопроводность большинства, если не всех, металлов. Например, теплопроводность серебра составляет 4,18 Вт/(см·К), и для меди составляет 4,0 Вт/(см·К) при комнатной температуре. Высокочистый карбид кремния может иметь теплопроводность при комнатной температуре более, чем около 4,0 Вт/(см·К), более, чем около 4,5 Вт/(см·К), около 4,9 Вт/(см·К), и больше.

[00169] Варианты осуществления настоящих изобретений, и усовершенствования в обработке SiС и материалах, обеспечиваемые настоящими изобретениями, могут заменить кремниевые материалы во многих, в большинстве, если практически не во всех электронных устройствах и в прочих вариантах применения; а также дополнительно и внове, в вариантах применения и приложения сверх традиционно используемых полупроводников и электронных элементов на основе кремния.

[00170] Варианты исполнения образованного из поликарбосилоксана высокочистого SiС, например, имеющего чистоту по меньшей мере около 99,9%, по меньшей мере около 99,99%, по меньшей мере около 99,999%, и по меньшей мере около 99,9999%, и по меньшей мере около 99,99999%, или выше, могут иметь многие различные политипы. Образованные из поликарбосилоксана высокочистые SiС и SiОС могут присутствовать в альфа-модификации (α), бета-модификации (β), или в их комбинациях и вариациях. Варианты исполнения альфа-модификации образованного из поликарбосилоксана высокочистого SiС обычно содержат гексагональную (Н), ромбоэдрическую (R), тригональную (Т) структуры, и могут содержать их комбинации. Бета-модификация образованного из поликарбосилоксана высокочистого SiС типично содержит кубическую (С), или типа цинковой обманки, структуру. Так, например, политипы образованного из поликарбосилоксана высокочистого карбида кремния включали бы: 3C-SiC (β-SiC или β 3C-SiC); 2H-SiC; 4H-SiC; и 6H-SiC (общая форма альфа-карбида кремния, α 6H-SiC), который имеет последовательность ABCACBABCACB...упаковки атомов. Примеры других форм альфа-карбида кремния включали бы 8H, 10H, 16H, 18H, 19H, 15R, 21R, 24H, 33R, 39R, 27R, 48H, и 51R. Варианты исполнения образованного из поликарбосилоксана высокочистого SiС могут быть поликристаллическими или одно(моно-)-кристаллическими. Высокочистый SiОС и образованный из SiОС SiС могут быть в аморфной форме.

[00171] Варианты осуществления настоящих изобретений в состоянии создать и представляют высокочистые SiОС и SiС в форме пространственных структур, например, шайб, брикетов, брусков, блоков, таблеток, пилюль, пластинок, дисков, гранул, кубиков, шариков, стержней, случайных форм, и т.д. Эти пространственные структуры имеют размеры в широком диапазоне, как правило, от около 1/16 дюйм³ (1,02 см³)) до около 1 фут³ (0,03 м³), хотя рассматриваются бóльшие и меньшие объемы. Варианты исполнения пространственных структур могут быть очень мягкими, и рассыпчатыми, или рыхлыми, предпочтительно способными разваливаться при умеренном сдавливании рукой. Так, эти рыхлые пространственные структуры SiС могут иметь: модуль упругости менее, чем около 200 ГПа, менее, чем около 150 ГПа, менее, чем около 75 ГПа, и менее, чем около 10 ГПа, и меньше; твердость менее, чем около 1400 кгс/мм², менее, чем около 800 кгс/мм², менее, чем около 400 кгс/мм², менее, чем около 100 кгс/мм², и меньше; и прочность на сжатие менее, чем около 1850 МПа, менее, чем около 1000 МПа, менее, чем около 750 МПа, менее, чем около 200 МПа, менее, чем около 50 МПа, и меньше. Таким образом, эти рыхлые пространственные структуры SiС являются значительно более слабыми, чем составляющий их SiС-материал, который образует их структуру, и который имеет описанные в литературе значения модуля упругости около 410 ГПа, твердость около 2800 кгс/мм², и прочность на сжатие около 3900 МПа. Фактическая плотность SiС, измеренная методом гелиевой пикнометрии, составляет от около 3,0 до 3,5 г/см³, или от около 3,1 до 3,4 г/см³, или от около 3,2 до 3,3 г/см³. Кажущаяся плотность, или удельный вес, рыхлых пространственных структур SiС, например, гранул, таблеток, и т.д., может быть значительно более низкой.

[00172] Масса SiС (например, пространственная структура гранулярных частиц SiС, рыхлая масса) предпочтительно, и типично, имеет кажущуюся плотность, которая является существенно более низкой, чем ее фактическая плотность, например, фактическая плотность гранулы SiС могла бы составлять от около 3,1 г/см³ до 3,3 г/см³. Как правило, и типично, кажущаяся и фактическая плотность гранулированного SiС, который получен измельчением рыхлой массы, являются по существу одинаковыми. Кажущаяся плотность рыхлой массы (например, шайбы, гранулы, диска или пластинки) может быть менее, чем около 3 г/см³, менее, чем около 2 г/см³, менее, чем около 1 г/см³, и меньше, и может составлять от около 0,5 г/см³ до около 1,5 г/см³, от около 0,4 г/см³ до около 2 г/см³. Объемная плотность частиц SiС может быть менее, чем около 3,0 г/см³, менее, чем около 2,0 г/см³, менее, чем около 1 г/см³, и от около 0,1 г/см³ до около 2 г/см³, от 0,5 г/см³ до около 1,5 г/см³. Также предусматриваются бóльшие и меньшие величины кажущейся плотности и объемной плотности. Более того, заданные, то есть, предварительно и точно определенные, величины кажущейся плотности рыхлой массы образованного из полимера SiС могут быть созданы для соответствия последующим процессам изготовления, и предпочтительно их интенсификации, и более предпочтительно их оптимизации. Например, при изготовлении пластины методом CVD рыхлая масса из гранул SiС может иметь кажущуюся плотность, которая специально проектируется и точно согласуется для соответствия конкретной CVD-установке. Этим путем каждая CVD-установка на предприятии может иметь индивидуально подобранное исходное сырье, которое позволяет оптимизировать производительность каждой установки для применения этого сырьевого материала (например, рыхлой массы SiС), имеющей предварительно и точно заданную кажущуюся плотность.

[00173] Рыхлые пространственные структуры SiС тем самым могут быть легко и быстро измельчены до более мелких частиц SiС, имеющих типичные характеристики прочности SiС. Более мелкие частицы могут быть мельче, чем около 10 мм в диаметре, мельче, чем около 1 мм в диаметре, мельче, чем около 0,01 мм в диаметре, мельче, чем около 100 мкм (микрон) в диаметре, мельче, чем около 10 мкм в диаметре, и мельче, чем около 1 мкм, от менее, чем около 500 нм (нанометров), до менее, чем около 100 нм, и будет понятно, что принимаются во внимание меньшие и бóльшие размеры.

[00174] Так, варианты осуществления настоящих изобретений обеспечивают формирование рыхлой массы или пространственной формы SiС из SiОС-прекурсора, и получение из этой рыхлой массы SiС гранулированного SiС. Гранулированный SiС имеет значительно более высокую прочность, нежели объемные свойства рыхлой массы SiС. Например, гранулированный SiС может иметь модуль упругости, который является примерно вдвое более высоким, чем для массы SiС, примерно втрое более высоким, чем для массы SiС, примерно вчетверо более высоким, чем для массы SiС, и больше; гранулированный SiС может иметь твердость, которая является примерно вдвое большей, чем для массы SiС, примерно втрое большей, чем для массы SiС, примерно вчетверо большей, чем для массы SiС, и больше; гранулированный SiС может иметь прочность на сжатие, которая является примерно вдвое большей, чем для массы SiС, примерно втрое большей, чем для массы SiС, примерно вчетверо большей, чем для массы SiС, и больше; и предусматриваются комбинации и вариации этих повышенных характеристик, имеющих отношение к прочности.

[00175] Рыхлая масса SiС, которая получена, например, способом согласно варианту исполнения в ФИГ. 1 (например, 103с секции 108), может быть измельчена до гранулированного SiС с использованием размалывающего оборудования, такого как шаровая мельница, дисковая дробилка, роторно-статорная мельница, молотковая дробилка, струйная мельница, вальцовая мельница, бисерная мельница, мельница для размалывания в среде, дробилка, гомогенизатор, двухплитная мельница, тестомеситель, и измельчающие, размалывающие и обрабатывающие устройства других типов.

[00176] Рыхлая масса SiС имеет собственную пористость. Эта пористость предпочтительно представляет собой открытоячеистую пористость, или по большей части открытоячеистую пористость. В этом случае рыхлая масса обычно обеспечивает значительно бóльшую доступную площадь поверхности, чем гранулированный SiС, поскольку гранулы плотно упакованы друг с другом. Так, например, если рыхлые диски SiС были использованы в процессе осаждения из паровой фазы для получения слитков SiС (для последующего преобразования в SiС-пластины), эти рыхлые диски SiС создавали бы значительно более высокую площадь поверхности, с которой образуются пары SiС, и значительно более длинные пути движения паров SiС, чем это типично могло бы получаться при использовании гранулированного SiС в таком процессе. Как представляется, увеличенная площадь поверхности и удлиненные пути движения обеспечивают возможность повышения скорости роста слитка SiС, качества слитка SiС (и тем самым последующих пластин), и обеих этих характеристик. Рыхлые диски SiС, например, масса SiС, могут быть более простыми в обращении, измерении и применении, чем гранулированный SiС-материал.

[00177] Рыхлая масса SiС предпочтительно, и типично, имеет кажущуюся плотность, которая является значительно более низкой, чем ее фактическая плотность, например, фактическая плотность могла бы составлять около 3,2 г/см³. Как правило, гранулированный SiС, который получен измельчением рыхлой массы, имеет кажущуюся и фактическую плотность, которые являются по существу идентичными, например, от около 3,1 до 3,3 г/см³.

[00178] Сила, необходимая для разрушения рыхлой массы SiС до гранулированной формы, является минимальной по сравнению с силой, которая требовалась в случае традиционных способов изготовления SiС (например, карботермическим восстановлением кремнезема, типа метода Ачесона или на его основе). Как правило, традиционные способы образуют партию SiС в монолитной форме, имеющей прочность, как у SiС, и типично должны быть гранулированы, например, раздроблены, разрезаны, шевингованы, или размолоты до применимых размеров. Таким образом, варианты осуществления настоящих изобретений устраняют необходимость в таком тяжелом или высокопрочном измельчительном оборудовании для гранулирования монолитного SiС. Кроме того, они исключают большие затраты на энергию, например, электрическую, для работы такого измельчительного оборудования. Они также весьма значительно сокращают время, требуемое для гранулирования SiС. При использовании этого тяжелого измельчительного оборудования гранулирование монолитного SiС до применимых размеров могло бы занять неделю или больше недели. Тогда как рыхлая масса SiС согласно варианту осуществления настоящих изобретений может быть гранулирована в течение всего нескольких часов, одного часа, менее одного часа, менее 30 минут, нескольких минут, и меньше. Например, этот процесс измельчения может представлять собой секцию 108 дополнительной обработки согласно варианту исполнения в ФИГ. 1.

[00179] Характеристики образованного из поликарбосилоксана высокочистого SiС обеспечивают ряд преимуществ и выгод для применения, например, в качестве источника Si и С или исходного материала в процессах, системах и установках осаждения из паровой фазы, среди прочих способов выращивания или создания SiС-массы, структуры, изделия или пространственной формы. Эти характеристики включают: способность иметь чистоту на высоких уровнях, высокие уровни чистоты, способность контролировать распределение частиц по величине (по форме, размеру, и по обоим из них); предварительно заданное распределение частиц по величине; способность иметь пространственные формы; предварительно заданные пространственные формы (например, шайбы, таблетки, диски, и т.д.); способность иметь пористость и регулировать пористость; предварительно заданную пористость; способность регулировать количество углерода; предварительно заданные количества углерода (как избыточные, то есть, сверх стехиометрического соотношения, обедненные, то есть, ниже стехиометрического соотношения, так и стехиометрические); и комбинации и вариации этих и прочих характеристик. В то время как дополнительные преимущества настоящих изобретений можно видеть в данный момент и в качестве примера, эти преимущества в процессах осаждения из паровой фазы включали бы сокращение продолжительности выращивания слитка или другой структуры, более длительные сроки эксплуатации установки до ее очистки, способность оптимизировать установку, способность выращивать слитки или другие структуры большего диаметра, способность повысить качество, способность сократить проблематичные зоны, проблемные участки или возникновение проблемных дефектов (например, пор, окклюзий, нарушений структуры) в слитке или другой структуре, снижение расходов, лучший контроль процесса, и их комбинации и вариации.

[00180] Должно быть понятно, что главы в этом описании применяются с целью ясности, и никоим образом не для ограничения. Таким образом, способы и раскрываемые подробности, описываемые под заголовком, следует читать в контексте всего этого описания в целом, в том числе разнообразные примеры. Применение глав в этом описании не должно ограничивать объем охраны настоящих изобретений.

Общие способы получения поликарбосилоксанового прекурсора

[00181] Типично композиции образованных из полимера керамических прекурсоров, и, в частности, композиции поликарбосилоксановых прекурсоров, как правило, могут быть сформированы способами трех типов, хотя могут быть использованы другие способы, и вариации и комбинации этих способов. Эти способы в общем включают объединение прекурсоров для формирования прекурсорной композиции. Способ одного типа по большей части включает смешение друг с другом прекурсорных материалов предпочтительно в способе без применения растворителя, причем по существу не протекают химические реакции, например, «способ смешения». Способ другого типа обычно предусматривает химические реакции, например, «способ реакционного типа», с образованием заданных, например, специально предназначенных прекурсорных композиций, которые могли бы быть мономерными, димерными, тримерными или полимерными. В способе третьего типа происходит химическая реакция двух или более компонентов в не содержащей растворитель среде, например, «способ типа реакционного смешения». Как правило, в способе смешения по существу все, и предпочтительно все из химических реакций, протекают во время последующей обработки, такой как в ходе отверждения, пиролиза, и обоих из них.

[00182] Должно быть понятно, что эти термины - способ реакционного типа, способ типа реакционного смешения и способ типа смешения - применяются для удобства и в качестве короткой ссылки. Эти термины не являются и не должны считаться ограничивающими. Например, реакционный процесс может быть использован для создания прекурсорного материала, который затем применяется в способе смешения с еще одним прекурсорным материалом.

[00183] Способы этих типов описаны в данном описании, наряду с другими местами, под соответственными для них заголовками. Должно быть понятно, что инструкции для одного способа под одним заголовком и инструкции для других способов под другими заголовками могут быть применимыми друг для друга, а также быть применимыми в других секциях, вариантах исполнения и инструкциях в этом описании, и наоборот. Исходные или прекурсорные материалы для способа одного типа могут быть использованы в способах других типов. Кроме того, должно быть понятно, что способы, описываемые под этими заголовками, следует читать в контексте всего этого описания в целом, в том числе с разнообразными примерами и вариантами исполнения.

[00184] Должно быть понятно, что комбинации и вариации этих способов могут быть использованы в формировании прекурсорной композиции, и в создании промежуточных, конечных и готовых продуктов. В зависимости от конкретного способа и желательных характеристик продукта, прекурсоры и исходные материалы для способа одного типа могут быть применены в другом. Композиция из способа типа смешения может быть использована в качестве прекурсора или компонента в способе реакционного типа, или в способе типа реакционного смешения. Подобным образом, композиция из способа реакционного типа может быть использована в способе типа смешения и в способе реакционного смешения. Точно так же композиция из способа типа реакционного смешения может быть применена в способе типа смешения и в способе реакционного типа. Таким образом, и предпочтительно, оптимальные условия и характеристики из других способов могут быть объединены и использованы для создания экономически выгодного и эффективного способа и конечного продукта. Эти способы обеспечивают высокую степень гибкости для создания заранее заданных признаков для промежуточных, конечных и готовых продуктов, и тем самым любые из этих способов, и их комбинации, могут давать конкретный предварительно определенный продукт. При выборе, способ какого типа является предпочтительным, могут учитываться такие факторы, как стоимость, управляемость, срок хранения, масштабирование, простота изготовления, и т.д.

[00185] В дополнение к имеющимся в продаже на рынке, прекурсоры могут быть приготовлены способом типа алкоксилирования, например, способом этоксилирования. В этом способе хлорсиланы реагируют с этанолом в присутствии катализатора, например, HCl, с образованием прекурсорных материалов, каковые материалы затем могут быть введены в реакции с образованием прекурсоров с более длинными цепями. Также могут быть применены другие спирты, например, метанол. Так, например, SiCl₄, SiCl₃H, SiCl₂(CH₃)₂, SiCl₂(CH₃)H, Si(CH₃)₃Cl, Si(CH₃)ClH, реагируют с этанолом СН₃СН₂ОН с образованием прекурсоров. В некоторых из этих реакций фенолы могут быть источником феноксигруппы, которая может замещать атом водорода, который был соединен с кремнием. Для проведения реакций могут понадобиться одна, две или более стадий.

[00186] Прекурсорные материалы также могут быть получены с использованием ацетиленового реакционного подхода. В общем, есть несколько известных путей присоединения ацетилена к Si-Н. Так, например, тетраметилциклотетрасилоксан может быть введен в реакцию с ацетиленом в присутствии катализатора с образованием тетраметилтетравинилциклотетрасилоксана. Затем этот продукт может быть подвергнут раскрытию цикла и полимеризации, чтобы сформировать линейные винилметилсилоксаны. В альтернативном варианте, типичные винилсиланы могут быть получены реакцией метилдихлорсилана (образованного прямым процессом, или процессом Рохова) с ацетиленом. Затем эти мономеры могут быть очищены (поскольку они могут быть в некоторой степени беспорядочными) с образованием винилметилдихлорсилана. Затем винильный мономер может быть полимеризован путем гидролиза с образованием многих циклических и линейных силоксанов, имеющих цепи с разнообразной длиной, в том числе, например, разнообразные циклотетрасилоксаны (например, D₄ʹ) и разнообразные циклопентасилоксаны (например, D₅ʹ). Однако эти пути являются дорогостоящими, и существовала давнишняя и возрастающая потребность в более дешевом источнике сырьевого материала для получения винилсиланов. До настоящих изобретений не представлялось, что в процессе присоединения ацетилена для получения винилсиланов могла бы быть использована MHF (метилгидросиликоновая жидкость). MHF является менее дорогостоящей, чем винилметильное производное (либо линейное, либо циклическое), и присоединение ацетилена к MHF с образованием винильного производного, помимо всего прочего, удовлетворяет давнишнюю потребность в создании более экономически эффективного материала и при относительно небольших затратах. При проведении этого присоединения должны учитываться и контролироваться, наряду с прочими, следующие параметры: подводимое сырье (D₄ʹ, линейные метилгидросиликоновые жидкости); температура; отношение ацетилена к Si-Н; гомогенные катализаторы (Карштедта, дилаурат дибутилолова, без катализатора, катализатор Карштедта с ингибитором, хлорплатиновая кислота, катализатор Эшби); катализаторы на носителе (Pt на углероде, Pt на оксиде алюминия, Pd на оксиде алюминия); величины расхода потока (жидкого сырья, ацетиленового сырья); давление; и концентрация катализатора. Примеры вариантов исполнения реакций, предусматриваемых для присоединения ацетилена к MHF (циклической или линейной), приведены в Таблицах А и В. Таблица А представляет реакции с ацетиленом периодического действия. Таблица В представляет реакции с ацетиленом непрерывного действия. Должно быть понятно, что могут быть применены процессы периодического действия, непрерывные процессы, подача MHF и ацетилена в режиме противотока, непрерывная рециркуляция прошедшего один цикл материала для достижения более высоких степеней конверсии, и комбинации и вариации этих и других способов.

[00187] ТАБЛИЦА А: РЕАКЦИИ С АЦЕТИЛЕНОМ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

[00188] ТАБЛИЦА В: РЕАКЦИИ С АЦЕТИЛЕНОМ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

(D4ʹ представляет тетраметилтетрагидроциклотетрасилоксан)

[00189] Варианты исполнения с использованием Реактора высокого давления непрерывного действия («CHPR») могут быть предпочтительными, наряду с другими соображениями, потому, что: степень конверсии в реакции экономит больше ацетилена, необходимого в жидкостной фазе; трубчатые реакторы обеспечивают давления, которые, в свою очередь, повышают растворимость ацетилена; реакция с гексином более экономична по концентрации и времени (например, 100 часов); можно устранить гомогенный катализатор и тем самым исключить реакцию гидросилилирования с образованными винильными производными по завершении процесса; и применение гетерогенного (твердого) катализатора для сохранения целостности продукта повышает срок годности, увеличивает срок хранения, и их комбинации и вариации.

[00190] При обеспечении разнообразных условий в реакциях присоединения ацетилена некоторыми факторами могут быть: замедление сшивания путем разбавления ацетилена и снижения концентрации катализатора; и степень конверсии (при использовании гетерогенного катализатора) может быть более низкой для более крупных линейных молекул сравнительно с более мелкими молекулами.

[00191] Присутствие и состояние винильных производных и степени конверсии винильных производных могут быть определены, помимо других вариантов: методом FT-IR (ИК-спектроскопии с Фурье-преобразованием) на наличие поглощения винильных групп, снижение SiН-поглощения; методом¹Н-ЯМР на присутствие винильных групп и сокращение SiН; методом¹³С-ЯМР на присутствие винильных групп.

[00192] Как используемые здесь, если не оговаривается иное, термины %, вес.% и масс.% применяются взаимозаменяемо и относятся к весу первого компонента как процентной доле от всего веса в целом, например, композиции, смеси, материала или продукта. Как используемые здесь, если не оговаривается иное, термины «об.%», «% объема», и подобные такие термины, имеют отношение к объему первого компонента как процентной доле от всего объема в целом, например, композиции, материала или продукта.

Способ типа смешения

[00193] Прекурсорные материалы могут представлять собой метилгидропроизводное, и замещенные и модифицированные метилгидропроизводные добавки с силоксановым скелетом, реакционноспособные мономеры, продукты реакций добавок с силоксановым скелетом с силановым модификатором или органическим модификатором, и другие материалы подобных типов, такие как материалы на основе силанов, материалы на основе силазанов, материалы на основе карбосиланов, материалы на фенол-формальдегидной основе, и их комбинации и вариации. Прекурсоры предпочтительно представляют собой жидкости при комнатной температуре, хотя они могут быть твердыми веществами, которые расплавляются, и которые растворимы в одном из других прекурсоров. (Однако в этой ситуации должно быть понятно, что, когда один прекурсор растворяет другой, тем не менее его нельзя рассматривать как «растворитель», так как этот термин используется в отношении способов согласно прототипу, в которых применяются не образующие составную часть растворители, например, растворители, которые не формируют часть или компонент конечного продукта, подвергаются обработке как отходы, или те и другие.)

[00194] Прекурсоры смешиваются друг с другом в резервуаре, предпочтительно при комнатной температуре. К этой смеси прекурсорных материалов предпочтительно добавляются малые количества, и более предпочтительно вообще не добавляются, растворители, например, вода, органические растворители, полярные растворители, неполярные растворители, гексан, тетрагидрофуран (THF), толуол. Каждый прекурсорный материал предпочтительно способен смешиваться с другими, например, они могут быть смешаны в любых относительных количествах, или в любых пропорциях, и не будут разделяться или осаждаться. Здесь «прекурсорная смесь» или «поликарбосилоксановая прекурсорная композиция» конкурируют (отмечая, что, если используется только одиночный прекурсор, материал был бы просто «поликарбосилоксановым прекурсором», или «поликарбосилоксановой прекурсорной композицией», или «композицией»). Даже если композиция является готовой, к ней могут быть добавлены наполнители и упрочнители. В предпочтительных вариантах исполнения композиции, внутри композиции по существу не протекают, и более предпочтительно вообще не имеют места химические реакции, например, сшивание или полимеризация, когда композицию смешивают, или когда композицию выдерживают в резервуаре, на препреге, или в течение периода времени до отверждения.

[00195] Прекурсоры могут быть смешаны в атмосферах и условиях многообразных типов, например, на воздухе, в инертном газе, N₂, аргоне, в потоке газа, в неподвижном газе, при пониженном давлении, при повышенном давлении, при давлении окружающей среды, и в их комбинациях и вариациях.

[00196] Кроме того, ингибиторы, такие как циклогексан, 1-этинил-1-циклогексанол (который может быть приобретен в фирме ALDRICH), октаметилциклотетрасилоксан, и тетраметилтетравинилциклотетрасилоксан, могут быть добавлены к поликарбосилоксановой прекурсорной композиции, например, с образованием ингибированной поликарбосилоксановой прекурсорной композиции. Следует отметить, что тетраметилтетравинилциклотетрасилоксан может действовать и как реактант, и как замедлитель реакции (например, ингибитор), в зависимости от присутствующего количества и температуры, например, при комнатной температуре он является ингибитором, и при повышенных температурах представляет собой реактант. К поликарбосилоксановой прекурсорной композиции также могут быть добавлены другие материалы, например, с образованием содержащей наполнитель поликарбосилоксановой прекурсорной композиции, здесь при обработке, предусматривающей наполнители, такие как SiС-порошок, сажа, песок, образованные из полимера керамические частицы, пигменты, частицы, нанотрубки, нитевидные кристаллы-усы, или другие материалы, обсуждаемые в этом описании или иным образом известные в технологии. Кроме того, композиция как с ингибиторами, так и с наполнителями рассматривалась бы как ингибированная содержащая наполнитель поликарбосилоксановая прекурсорная композиция.

[00197] В зависимости от конкретных прекурсоров и их относительных количеств в поликарбосилоксановой прекурсорной композиции, поликарбосилоксановые прекурсорные композиции могут иметь сроки хранения при комнатной температуре свыше 12 часов, более 1 дня, более 1 недели, более 1 месяца, и в течение лет или более. Эти прекурсорные композиции могут иметь сроки годности при высоких температурах, например, при температуре около 90°F (32,2°С), свыше 12 часов, более 1 дня, более 1 недели, более 1 месяца, и в течение лет или более. Применение ингибиторов может еще в большей степени увеличить продолжительность срока хранения при более высоких температурах, и при их комбинациях и вариациях. Применение ингибиторов также может обеспечивать благоприятные условия в ходе изготовления и в коммерческих процессах благодаря регулированию скорости реакции так, что она протекает в желательных и предназначенных для этого частях процесса или производственной системы.

[00198] Как используемому здесь, термину «срок хранения» должно быть придано его самое широкое возможное значение, если не оговаривается иное, и он включал бы, например, пригодность композиции к использованию для предполагаемой для него цели, или жизнеспособность, например, функционирование, для предполагаемого применения, на уровне 100% сравнительно со свежеприготовленной композицией, по меньшей мере примерно на уровне 90% сравнительно со свежеприготовленной композицией, по меньшей мере примерно на уровне 80% сравнительно со свежеприготовленной композицией, и по меньшей мере примерно на уровне 70% сравнительно со свежеприготовленной композицией.

[00199] Прекурсоры и прекурсорные композиции предпочтительно представляют собой неопасные материалы. Они имеют температуры вспышки, которые предпочтительно составляют выше, чем около 70°С, выше около 80°С, выше около 100°С, и выше около 300°С, и более. Они предпочтительно не является коррозионно-агрессивными. Они предпочтительно могут иметь низкое давление паров, могут иметь слабый запах или не иметь его, и могут не вызывать раздражения или слабо раздражать кожу.

[00200] Может быть применен катализатор или инициатор, и может быть добавлен во время, перед тем, незадолго до того, или заблаговременно до того, как прекурсорная композиция составляется или формируется в структуру, перед отверждением. Катализ содействует, развивает и активизирует отверждение прекурсорной композиции с образованием преформы.

[00201] Период времени, где прекурсорная композиция остается применимой для отверждения после того, как добавлен катализатор, называется «сроком годности в контейнере», например, насколько долго включающая катализатор композиция может оставаться в содержащем ее резервуаре, прежде чем она должна будет использована. В зависимости от конкретного состава, от того, добавлен ли ингибитор, и если так, применяемого количества, условий хранения, например, температуры, атмосферы с низким содержанием О₂, и потенциально других факторов, прекурсорные композиции могут иметь сроки годности в контейнере, например, от около 5 минут до около 10 дней, от около 1 дня до около 6 дней, от около 4 до 5 дней, около 30 минут, около 15 минут, от около 1 часа до около 24 часов, от около 12 часов до около 24 часов.

[00202] Катализатор может представлять собой любой катализатор на основе платины (Pt), который может быть разбавлен в диапазонах, например: от около 0,01 части на миллион (ч./млн) Pt до около 250 ч./млн Pt, около 0,03 ч./млн Pt, около 0,1 ч./млн Pt, около 0,2 ч./млн Pt, около 0,5 ч./млн Pt, от около 0,02 до около 0,5 ч./млн Pt, от около 1 ч./млн до 200 ч./млн Pt, и предпочтительно, для некоторых вариантов применения и вариантов исполнения, от около 5 ч./млн до 50 ч./млн Pt. Катализатор может быть катализатором на основе пероксида с периодом полураспада, например, 10 часов при температуре выше 90°С при концентрации между 0,1% и 3% пероксида, и около 0,5% и 2% пероксида. Он может быть пероксидом на основе органического соединения. Он может представлять собой любой металлоорганический катализатор, способный реагировать с Si-Н-связями, Si-ОН-связями, или ненасыщенными углеродными связями, причем эти катализаторы могут включать: дилаурат дибутилолова, октоат цинка, пероксиды, металлоорганические соединения, например, титана, циркония, родия, иридия, палладия, кобальта или никеля. Катализаторы также могут быть любыми другими катализаторами типа или на основе родия, рения, иридия, палладия, никеля и рутения. Могут быть использованы комбинации и вариации этих и прочих катализаторов. Катализаторы могут быть приобретены от фирмы ARKEMA под торговым наименованием LUPEROX, например, LUPEROX 231; и от фирмы Johnson Matthey под торговыми наименованиями: катализатор Карстедта, катализатор Эшби, катализатор Спайера.

[00203] Кроме того, могут быть применены специально предназначенные и заданные комбинации этих и других катализаторов так, что они согласуются с конкретными композициями, и тем самым избирательно и точно катализируют реакцию конкретных компонентов. Более того, применение согласованных систем катализатора-композиции этих типов может быть предусмотрено для создания продуктов с предварительно заданными характеристиками, например, такими как структуры пор, пористость, плотности, профили плотности, высокая чистота, сверхвысокая чистота, и прочие морфологические параметры или характеристики отвержденных структур и керамических материалов.

[00204] В этом способе типа смешения для получения прекурсорной композиции химические реакции или молекулярные перегруппировки предпочтительно происходят только во время приготовления исходных материалов, в процессе отверждения и в процессе пиролиза. Химические реакции, например, полимеризации, восстановления, конденсации, замещения, имеют место или используются при приготовлении исходного материала или прекурсора. При формировании поликарбосилоксановой прекурсорной композиции способом типа смешения химические реакции и молекулярные перегруппировки предпочтительно не протекают и по существу не происходят. Эти варианты исполнения данного способа типа смешения, которые исключают необходимость в применении полимеризации или других реакций во время приготовления прекурсорной композиции и не предусматривают их, обеспечивают значительные преимущества перед прежними способами получения образованных из полимеров керамических материалов. В вариантах исполнения этих композиций и способов типа смешения полимеризация, сшивание или другие химические реакции предпочтительно протекают главным образом, предпочтительно по существу, и более предпочтительно исключительно во время процесса отверждения.

[00205] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как метилгидропроизводное (МН), формула которого показана ниже.

[00206] Материал МН может иметь молекулярную массу («mw», которая может быть измерена как средневзвешенная молекулярная масса в атомных единицах массы (amu) или в г/моль) от около 400 г/моль до около 10000 г/моль, от около 600 г/моль до около 3000 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 20 сП до около 60 сП. Процентная доля метилсилоксановых структурных единиц «Х» может составлять от 1% до 100%. Процентная доля диметилсилоксановых структурных единиц «Y» может составлять от 0% до 99%. Этот прекурсор может быть использован для создания скелета сшитых структур, а также придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу. Этот прекурсор, помимо всего прочего, также может быть модифицирован введением в реакцию с ненасыщенными углеродными соединениями для формирования новых, или дополнительных, прекурсоров. Как правило, метилгидросиликоновая жидкость (MHF) имеет минимальные количества фрагментов «Y», и более предпочтительно количество «Y» для всех практических целей равно нулю.

[00207] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как винилзамещенный полидиметилсилоксан, формула которого показана ниже.

[00208] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 400 г/моль до около 10000 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 50 сП до около 2000 сП. Процентная доля метилвинилсилоксановых структурных единиц «Х» может составлять от 1% до 100%. Процентная доля диметилсилоксановых структурных единиц «Y» может составлять от 0% до 99%. Значение Х предпочтительно составляет около 100%. Этот прекурсор может быть использован для снижения плотности сшивания и улучшения ударной вязкости, а также для придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00209] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как винилзамещенный и имеющий концевые винильные группы полидиметилсилоксан, формула которого показана ниже.

[00210] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 500 г/моль до около 15000 г/моль, и предпочтительно может иметь молекулярную массу от около 500 г/моль до 1000 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 10 сП до около 200 сП. Процентная доля метилвинилсилоксановых структурных единиц «Х» может составлять от 1% до 100%. Процентная доля диметилсилоксановых структурных единиц «Y» может составлять от 0% до 99%. Этот прекурсор может быть использован для создания разветвлений и снижения температуры отверждения, а также для придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00211] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как винилзамещенный и имеющий концевые атомы водорода полидиметилсилоксан, формула которого показана ниже.

[00212] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 300 г/моль до около 10000 г/моль, и предпочтительно может иметь молекулярную массу от около 400 г/моль до 800 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 20 сП до около 300 сП. Процентная доля метилвинилсилоксановых структурных единиц «Х» может составлять от 1% до 100%. Процентная доля диметилсилоксановых структурных единиц «Y» может составлять от 0% до 99%. Этот прекурсор может быть использован для создания разветвлений и снижения температуры отверждения, а также для придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00213] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как полидиметилсилоксан с концевыми аллильными группами, формула которого показана ниже.

[00214] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 400 г/моль до около 10000 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 40 сП до около 400 сП. Повторяющиеся структурные единицы являются одинаковыми. Этот прекурсор может быть использован для придания способности к УФ-отверждению и для удлинения полимерной цепи, а также для сообщения других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00215] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как полидиметилсилоксан с концевыми винильными группами, формула которого показана ниже.

[00216] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 200 г/моль до около 5000 г/моль, и предпочтительно может иметь молекулярную массу от около 400 г/моль до 1500 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 10 сП до около 400 сП. Повторяющиеся структурные единицы являются одинаковыми. Этот прекурсор может быть использован в качестве удлинителя полимерной цепи, для повышения ударной вязкости и для снижения температуры отверждения, например, до комнатной температуры, а также для сообщения других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00217] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как полидиметилсилоксан с концевыми силанольными (гидроксилсодержащими) фрагментами, формула которого показана ниже.

[00218] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 400 г/моль до около 10000 г/моль, и предпочтительно может иметь молекулярную массу от около 600 г/моль до 1000 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 30 сП до около 400 сП. Повторяющиеся структурные единицы являются одинаковыми. Этот прекурсор может быть использован в качестве удлинителя полимерной цепи, для создания механизма упрочнения, может формировать пористость нано- и микромасштаба, и позволяет проводить отверждение при комнатной температуре, а также для придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00219] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как винилзамещенный диметилсилоксан с концевыми силанольными (гидроксилсодержащими) фрагментами, формула которого показана ниже.

[00220] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 400 г/моль до около 10000 г/моль, и предпочтительно может иметь молекулярную массу от около 600 г/моль до 1000 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 30 сП до около 400 сП. Процентная доля метилвинилсилоксановых структурных единиц «Х» может составлять от 1% до 100%. Процентная доля диметилсилоксановых структурных единиц «Y» может составлять от 0% до 99%. Этот прекурсор, помимо всего прочего, может быть использован в системе двойного отверждения; при этом система двойного отверждения может обеспечивать возможность применения механизмов многократного отверждения в единственной композиции. Например, могут быть использованы как отверждение конденсационного типа, так и отверждение присоединительного типа. Этим, в свою очередь, создается возможность иметь сложные профили отверждения, которые, например, могут предусматривать начальное отверждение одного типа и конечное отверждение отдельного типа отверждения.

[00221] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как полидиметилсилоксан с концевыми водородными (гидридными) атомами, формула которого показана ниже.

[00222] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 200 г/моль до около 10000 г/моль, и предпочтительно может иметь молекулярную массу от около 500 г/моль до 1500 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 20 сП до около 400 сП. Повторяющиеся структурные единицы являются одинаковыми. Этот прекурсор может быть использован в качестве удлинителя полимерной цепи, в качестве упрочняющего агента, и позволяет проводить отверждение при более низкой температуре, например, при комнатной температуре, а также для придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00223] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как силоксан с двумя фенильными группами на обоих концах (который также может быть назван имеющим концевые фенильные группы), формула которого показана ниже.

[00224] Здесь R представляет собой реакционноспособную группу, такую как винильная, гидроксильная группа или атом водорода. Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 500 г/моль до около 2000 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 80 сП до около 300 сП. Процентная доля метил-R-силоксановых структурных единиц «Х» может составлять от 1% до 100%. Процентная доля диметилсилоксановых структурных единиц «Y» может составлять от 0% до 99%. Этот прекурсор может быть использован для создания упрочняющего агента, и для регулирования показателя преломления полимера для согласования с показателем преломления стекла разнообразных типов, для формирования, например, прозрачного стекловолокна, а также для придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00225] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как силоксан с одной концевой фенильной группой (который также может быть назван имеющим три концевых метильных группы и концевую фенильную группу силоксаном), формула которого показана ниже.

[00226] В этом случае R представляет собой реакционноспособную группу, такую как винильная, гидроксильная группа или атом водорода. Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 500 г/моль до около 2000 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 80 сП до около 300 сП. Процентная доля метил-R-силоксановых структурных единиц «Х» может составлять от 1% до 100%. Процентная доля диметилсилоксановых структурных единиц «Y» может составлять от 0% до 99%. Этот прекурсор может быть использован для создания упрочняющего агента и для регулирования показателя преломления полимера для согласования с показателем преломления стекла разнообразных типов, для формирования, например, прозрачного стекловолокна, а также для придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00227] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как дифенилдиметилполисилоксан, формула которого показана ниже.

[00228] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 500 г/моль до около 20000 г/моль, и может иметь молекулярную массу от около 800 до около 4000, и может иметь вязкость предпочтительно от около 100 сП до около 800 сП. Процентная доля диметилсилоксановых структурных единиц «Х» может составлять от 25% до 95%. Процентная доля дифенилсилоксановых структурных единиц «Y» может составлять от 5% до 75%. Этот прекурсор может быть использован для создания характеристик, подобных силоксану с одной концевой фенильной группой, а также для придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00229] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как дифенилдиметилполисилоксан с концевыми винильными группами, формула которого показана ниже.

[00230] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 400 г/моль до около 20000 г/моль, и может иметь молекулярную массу от около 800 до около 2000, и может иметь вязкость предпочтительно от около 80 сП до около 600 сП. Процентная доля диметилсилоксановых структурных единиц «Х» может составлять от 25% до 95%. Процентная доля дифенилсилоксановых структурных единиц «Y» может составлять от 5% до 75%. Этот прекурсор может быть использован для проведения удлинения цепи, создания упрочняющего агента, изменения или модифицирования показателя преломления, и для улучшений высокотемпературной термической стабильности отвержденного материала, а также для придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00231] Прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как дифенилдиметилполисилоксан с концевыми гидроксильными группами, формула которого показана ниже.

[00232] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw) от около 400 г/моль до около 20000 г/моль, и может иметь молекулярную массу от около 800 до около 2000, и может иметь вязкость предпочтительно от около 80 сП до около 400 сП. Процентная доля диметилсилоксановых структурных единиц «Х» может составлять от 25% до 95%. Процентная доля дифенилсилоксановых структурных единиц «Y» может составлять от 5% до 75%. Этот прекурсор может быть использован для проведения удлинения цепи, создания упрочняющего агента, изменения или модифицирования показателя преломления, и для улучшений высокотемпературной термической стабильности отвержденного материала, может создавать пористость нано- и микромасштаба, а также применен для придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00233] Этот прекурсор может представлять собой добавку с силоксановым скелетом, такую как фенилэтилполисилоксан с концевыми метильными группами (который также может называться диметилполисилоксаном со стирильными, то есть, винилбензольными, группами), формула которого показана ниже.

[00234] Этот прекурсор может иметь молекулярную массу (mw), которая может составлять от около 800 г/моль до по меньшей мере около 10000 г/моль, до по меньшей мере около 20000 г/моль, и может иметь вязкость предпочтительно от около 50 сП до около 350 сП. Процентная доля стирил(винилбензол)силоксановых структурных единиц «Х» может составлять от 1% до 60%. Процентная доля диметилсилоксановых структурных единиц «Y» может составлять от 40% до 99%. Этот прекурсор может быть использован для обеспечения повышенной ударной вязкости, снижения экзотермичности реакции отверждения, может изменять или модифицировать показатель преломления, корректировать показатель преломления полимера для согласования с показателем преломления стекла разнообразных типов, для формирования, например, прозрачного стекловолокна, а также для придания других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу.

[00235] В качестве реакционноспособных молекул в композиции могут быть применены многообразные циклосилоксаны. Они могут быть описаны следующей системой номенклатуры или формулой: D_xD*_y, где «D» представляет диметилсилоксильную структурную единицу, и «D*» представляет замещенную метилсилоксильную структурную единицу, где «*»-группа могла бы быть винильной, аллильной группой, атомом водорода, гидроксильной, фенильной, стирильной, алкильной, циклопентадиенильной, или другой органической группой, x составляет от 0-8, y>=1, и x+y составляет от 3-8.

[00236] Прекурсорная смесь также может содержать сшивающие агенты не на основе кремния, быть продуктом реакции сшивающего агента на некремниевой основе и добавки с силоксановым скелетом, и представлять собой их комбинации и вариации. Сшивающие агенты на некремниевой основе предназначаются для сшивания во время отверждения и обеспечивают способность к этому. Например, сшивающие агенты на некремниевой основе, которые могут быть использованы, включают: циклопентадиен (CP), метилциклопентадиен (MeCP), дициклопентадиен («DCPD»), метилдициклопентадиен (MeDCPD), трициклопентадиен (TCPD), пиперилен, дивинилбензол, изопрен, норборнадиен, винилнорборнен, пропенилнорборнен, изопропенилнорборнен, метилвинилнорборнен, бициклононадиен, метилбициклононадиен, пропадиен, 4-винилциклогексен, 1,3-гептадиен, циклогептадиен, 1,3-бутадиен, циклооктадиен, и их изомеры. В общем и целом, в качестве сшивающего агента может быть использован любой углеводород, который содержит две (или больше) непредельных С=С-связей, которые могут реагировать с Si-Н, Si-ОН или другими Si-связями в прекурсоре. Некоторые органические материалы, содержащие кислород, азот и серу, также могут действовать как сшивающие вещества.

[00237] Прекурсор может представлять собой реакционноспособный мономер. Они включали бы такие молекулы, как тетраметилтетравинилциклотетрасилоксан («TV»), формула которого показана ниже.

[00238] Этот прекурсор может быть использован для создания разветвляющего агента, реагента для трехмерного сшивания, а также для сообщения других признаков и характеристик сшитой преформе и керамическому материалу. (Также следует отметить, что в определенных композициях, например, свыше 2%, и при определенных температурах, например, от примерно комнатной температуры до около 60°С, этот прекурсор может действовать как ингибитор сшивания, например, он может замедлять сшивание водородных и винильных групп.)

[00239] Прекурсор может представлять собой реакционноспособный мономер, например, такой как тривинилциклотетрасилоксан,

[00240] дивинилциклотетрасилоксан,

[00241] тривинилмоногидроциклотетрасилоксан,

[00242] дивинилдигидроциклотетрасилоксан,

[00243] и гексаметилциклотетрасилоксан, такой как

[00244] Прекурсор может представлять собой силановый модификатор, такой как винилфенилметилсилан, дифенилсилан, дифенилметилсилан, и фенилметилсилан (некоторые из которых могут быть использованы в качестве блокирующего концевого фрагмента или концевой группы). Эти силановые модификаторы могут создавать удлинители цепи и разветвляющие агенты. Они также улучшают ударную вязкость, изменяют показатель преломления, и улучшают стабильность отвержденного материала при высокотемпературном отверждении, а также повышают прочность отвержденного материала, помимо всего прочего. Прекурсор, такой как дифенилметилсилан, может действовать как агент концевого блокирования, который также может улучшать ударную вязкость, изменять показатель преломления, и улучшать стабильность отвержденного материала при высокотемпературном отверждении, а также повышать прочность отвержденного материала, помимо всего прочего.

[00245] Прекурсор может быть продуктом реакции силанового модификатора с имеющей винильную концевую группу добавкой с силоксановым скелетом. Прекурсор может представлять собой продукт реакции силанового модификатора с имеющей концевой атом водорода добавкой с силоксановым скелетом. Прекурсор может быть продуктом реакции силанового модификатора с TV. Прекурсор может представлять собой продукт реакции силана. Прекурсор может быть продуктом реакции силанового модификатора с циклосилоксаном, при учете пространственных затруднений. Прекурсор может быть частично гидролизованным тетраэтилортосиликатом, таким как TES 40 или Silbond 40. Прекурсор также может представлять собой метилсесквисилоксан, такой как SR-350, производства фирмы General Electric Company, Уилтон, Коннектикут. Прекурсор также может представлять собой фенилметилсилоксан, такой как 604 от фирмы Wacker Chemie AG. Прекурсор также может представлять собой метилфенилвинилсилоксан, такой как Н62 С от фирмы Wacker Chemie AG.

[00246] Прекурсоры также могут быть выбраны из следующих продуктов: SiSiB® HF2020, МЕТИЛГИДРОСИЛИКОНОВАЯ ЖИДКОСТЬ С ТРИМЕТИЛСИЛИЛЬНЫМИ КОНЦЕВЫМИ ГРУППАМИ 63148-57-2; SiSiB® HF2050, МЕТИЛГИДРОСИЛОКСАН-ДИМЕТИЛСИЛОКСАНОВЫЙ СОПОЛИМЕР С ТРИМЕТИЛСИЛИЛЬНЫМИ КОНЦЕВЫМИ ГРУППАМИ 68037-59-2; SiSiB® HF2060, МЕТИЛГИДРОСИЛОКСАН-ДИМЕТИЛСИЛОКСАНОВЫЙ СОПОЛИМЕР С КОНЦЕВЫМИ АТОМАМИ ВОДОРОДА 69013-23-6; SiSiB® HF2038, ПОЛИДИФЕНИЛСИЛОКСАН С КОНЦЕВЫМИ АТОМАМИ ВОДОРОДА; SiSiB® HF2068, МЕТИЛГИДРОСИЛОКСАН-ДИМЕТИЛСИЛОКСАНОВЫЙ СОПОЛИМЕР С КОНЦЕВЫМИ АТОМАМИ ВОДОРОДА 115487-49-5; SiSiB® HF2078, ПОЛИ(ФЕНИЛДИМЕТИЛСИЛОКСИ)СИЛОКСАН С КОНЦЕВЫМИ АТОМАМИ ВОДОРОДА, ФЕНИЛСИЛСЕСКВИОКСАН, С КОНЦЕВЫМИ АТОМАМИ ВОДОРОДА 68952-30-7; SiSiB® VF6060, ВИНИЛМЕТИЛДИМЕТИЛПОЛИСИЛОКСАНОВЫЕ СОПОЛИМЕРЫ С ВИНИЛДИМЕТИЛЬНЫМИ КОНЦЕВЫМИ ГРУППАМИ 68083-18-1; SiSiB® VF6862, ДИМЕТИЛДИФЕНИЛПОЛИСИЛОКСАНОВЫЙ СОПОЛИМЕР С ВИНИЛДИМЕТИЛЬНЫМИ КОНЦЕВЫМИ ГРУППАМИ 68951-96-2; SiSiB® VF6872, ДИМЕТИЛ-МЕТИЛВИНИЛ-ДИФЕНИЛПОЛИСИЛОКСАНОВЫЙ СОПОЛИМЕР С ВИНИЛДИМЕТИЛЬНЫМИ КОНЦЕВЫМИ ГРУППАМИ; SiSiB® PC9401, 1,1,3,3-ТЕТРАМЕТИЛ-1,3-ДИВИНИЛДИСИЛОКСАН 2627-95-4; SiSiB® PF1070, ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАН С СИЛАНОЛЬНЫМИ КОНЦЕВЫМИ ГРУППАМИ (OF1070) 70131-67-8; SiSiB® OF1070, ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАН С СИЛАНОЛЬНЫМИ КОНЦЕВЫМИ ГРУППАМИ 70131-67-8; ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАН С КОНЦЕВЫМИ БЛОКИРУЮЩИМИ OH-ГРУППАМИ, ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАН С ГИДРОКСИЛЬНЫМИ КОНЦЕВЫМИ ГРУППАМИ 73138-87-1; SiSiB® VF6030, ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАН С ВИНИЛЬНЫМИ КОНЦЕВЫМИ ГРУППАМИ 68083-19-2; и SiSiB® HF2030, ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАНОВАЯ ЖИДКОСТЬ С КОНЦЕВЫМИ АТОМАМИ ВОДОРОДА 70900-21-9.

[00247] Таким образом, в дополнение к прекурсорам предшествующего типа, предусматривается, что прекурсор может представлять собой соединение следующей общей формулы.

[00248] В которой концевые блокирующие группы Е₁ и Е₂ выбираются из таких групп, как триметилсилильная (-Si(CH₃)₃), диметилгидроксисилильная (-Si(CH₃)₂OH), диметилгидросилильная (-Si(CH₃)₂H), диметилвинилсилильная (-Si(CH₃)₂(CH=CH₂)), (-Si(CH₃)₂(C₆H₅)) и диметилалкоксисилильная (-Si(CH₃)₂(OR). Группы R, такие как R₁, R₂, R₃ и R₄, все могут быть различными, или одна или более могут быть одинаковыми. Так, например, R₂ является такой же, как R₃, R₃ является такой же, как R₄, R₁ и R₂ отличаются от R₃ и R₄, которые являются одинаковыми, и т.д. Группы R выбираются из таких групп, как атом водорода (-H), метильная (Me)(-C), этильная (-C-C), винильная (-C=C), алкильная (-R)(C_nH_2n+1), аллильная (-C-C=C), арильная (ʹR), фенильная (Ph)(-C₆H₅), метоксильная (-O-C), этоксильная (-O-C-C), силоксильная (-O-Si-R₃), алкоксильная (-O-R), гидроксильная (-O-H), фенилэтильная (-C-C-C₆H₅) и метилфенилэтильная (-C-C(-C)(-C₆H₅).

[00249] Как правило, варианты исполнения композиций для поликарбосилоксановых композиций могут иметь, например, от около 0% до 50% МН, от около 20% до около 99% МН, от около 0% до около 30% добавок с силоксановым скелетом, от около 1% до около 60% реакционноспособных мономеров, от около 30% до около 100% TV, и от около 0% до около 90% продуктов реакций добавок с силоксановым скелетом с силановым модификатором или продуктов реакций с органическим модификатором.

[00250] При смешении композиций должно быть затрачено достаточное время, чтобы обеспечить прекурсорам возможность становиться эффективно смешанными и диспергированными. Как правило, достаточным является перемешивание в течение от около 15 минут до одного часа. Обычно прекурсорные композиции в относительной степени, и по существу нечувствительны к сдвиговым нагрузкам, и тем самым тип насосов или смесительных устройств не является критически важным. Кроме того, следует отметить, что в композициях с более высокой вязкостью может потребоваться дополнительное время смешения. Температура композиций во время смешения предпочтительно должна поддерживаться ниже около 45°С, и предпочтительно около 10°С. (Следует отметить, что эти условия смешения предусматриваются для композиций с предварительно внесенным катализатором.)

Способ реакционного типа

[00251] В способе реакционного типа, как правило, для объединения одного, двух или многих прекурсоров используется химическая реакция, обычно в присутствии растворителя, с образованием прекурсорной композиции, которая по существу составлена единственным полимером, который затем может быть обработан катализатором, отвержден и подвергнут пиролизу. Этот способ создает возможность сформировать точно рассчитанные прекурсорные композиции, которые, будучи отвержденными, могут образовывать пластики, имеющие уникальные и желательные свойства, такие как высокотемпературные, огнестойкость и негорючесть, прочность, и другие характеристики. Отвержденные материалы также могут быть подвергнуты пиролизу с образованием керамических материалов, имеющих уникальные свойства. Способ реакционного типа позволяет заранее определенным образом сбалансировать различные типы функциональности в конечном продукте выбором функциональных групп для введения в полимер, который составляет прекурсорную композицию, например, фенильные группы, которые обычно не используются в керамических материалах, но обеспечивают благоприятные условия для придания высокотемпературных характеристик пластикам, и стирильные группы, которые обычно не придают высокотемпературные свойства пластикам, но благоприятны для керамических материалов.

[00252] Как правило, заданный полимер для применения в качестве прекурсорной композиции формируется взаимодействием прекурсоров в реакции конденсации с образованием полимерной прекурсорной композиции. Эта прекурсорная композиция затем отверждается с образованием преформы в результате реакции гидролиза. Реакция конденсации образует полимер показанного ниже типа.

[00253] Здесь группы R₁ и R₂ в полимерных структурных единицах могут представлять собой атом водорода (-H), метильную (Me)(-C), этильную (-C-C), винильную (-C=C), алкильную (-R)(C_nH_2n+1), ненасыщенную алкильную (-C_nH_2n-1), циклическую алкильную (-C_nH_2n-1), аллильную (-C-C=C), бутенильную (-C₄H₇), пентенильную (-C₅H₉), циклопентенильную (-C₅H₇), метилциклопентенильную (-C₅H₆(CH₃)), норборненильную (-C_xH_Y, где X=7-15, и Y=9-18), арильную (ʹR), фенильную (Ph)(-C₆H₅), циклогептенильную (-C₇H₁₁), циклооктенильную (-C₈H₁₃), этоксильную (-O-C-C), силоксильную (-O-Si-R₃), метоксильную (-O-C), алкоксильную (-O-R), гидроксильную (-O-H), фенилэтильную (-C-C-C₆H₅), метилфенилэтильную (-C-C(-C)(-C₆H₅)), и винилфенилэтильную (-C-C(C₆H₄(-C=C))) группы. Радикалы R₁ и R₂ могут быть одинаковыми или различными. Заданные прекурсорные полимеры могут иметь несколько различных полимерных структурных единиц, например, A₁, A₂, A_n, и могут включать в целом 10, 20 или более структурных единиц, или могут содержать только структурные единицы одного вида, например, MHF, образованная реакционным процессом, может иметь структурные единицы только одного вида.

[00254] Варианты исполнения могут включать прекурсоры, которые среди прочих содержат триэтоксиметилсилан, диэтоксиметилфенилсилан, диэтоксиметилсилан, диэтоксиметилвинилсилан, диметилэтоксивинилсилан, диэтоксидиметилсилан, этоксидиметилфенилсилан, диэтоксидигидросилан, триэтоксифенилсилан, диэтокситриметилгидросилоксан, диэтоксиметилтриметилсилоксан, триметилэтоксисилан, дифенилдиэтоксисилан, диметилэтоксигидросилоксан, и комбинации и вариации этих и других прекурсоров, в том числе других прекурсоров, указанных в этом описании.

[00255] Концевые структурные единицы, Si End 1 и Si End 2, могут иметь происхождение из прекурсоров диметилэтоксивинилсилана, этоксидиметилфенилсилана, и триметилэтоксисилана. Кроме того, если процесс полимеризации контролируется надлежащим образом, концевая блокирующая гидроксильная группа может быть получена из прекурсоров, используемых для формирования повторяющихся структурных единиц полимера.

[00256] Как правило, прекурсоры добавляют в резервуар с этанолом (или другим материалом для поглощения тепла, например, для создания теплопроводной массы), избыточным количеством воды и соляной кислотой (или другим источником протонов). Эту смесь нагревают, пока не будет достигнута ее энергия активации, после чего протекает типично экзотермическая реакция. Как правило, в этой реакции вода реагирует с этоксигруппой на кремнии прекурсорного мономера, образуя гидроксильную группу (с этанолом в качестве побочного продукта). Как только сформируется, эта гидроксильная группа вступает во взаимодействие с этоксигруппой на кремнии еще одного прекурсорного мономера, результатом чего является реакция полимеризации. Эта реакция полимеризации продолжается, пока не будет построена цепь с желательной(-ными) длиной(-ами).

[00257] Факторами контроля для определения длины цепи, наряду с прочими, являются: выбранные мономеры (как правило, чем мельче мономеры, тем больше их может быть добавлено, прежде чем они начнут навиваться и связываться между собой); количество и момент реакции, где вводятся концевые блокирующие агенты; и количество воды и скорость добавления, наряду с прочими. Таким образом, длины цепей могут соответствовать молекулярным массам от около 180 г/моль (с вязкостью около 5 сП) до около 65000 г/моль (с вязкостью около 10000 сП), более, чем около 1000 г/моль, более, чем около 10000 г/моль, более, чем около 50000 г/моль, и больше. Кроме того, полимеризованная прекурсорная композиция может иметь, и обычно содержит, полимеры с различными молекулярными массами, которые могут быть предварительно заданы для создания технологических характеристик композиции, отвержденной заготовки и керамического продукта.

[00258] По завершении реакции полимеризации материал переносят в разделительное устройство, например, в делительную воронку, которая содержит деминерализованную воду в количестве, которое составляет величину, например, от около 1,2-кратной до около 1,5-кратной массы материала. Эту смесь тщательно перемешивают в течение примерно менее 1 минуты, и предпочтительно от около 5 до 30 секунд. После перемешивания материал оставляют для осаждения и разделения, что может занять от около 1 до 2 часов. Полимер представляет собой материал более высокой плотности, и удаляется из резервуара. Этот выделенный полимер затем высушивают либо нагреванием в неглубокой тарелке при температуре 90°С в течение около двух часов; или, предпочтительно, пропускают через дистилляционную установку с испарением из тонкой пленки для удаления любых остаточных воды и этанола. В альтернативном варианте, добавляют бикарбонат натрия в количестве, достаточном, чтобы забуферить водный слой до значения рН от около 4 до около 7. Кроме того, понятно, что могут быть использованы другие, и промышленные, режимы смешения, проведения реакций и выделения полимера из материала.

[00259] В процессе отверждения полимерных прекурсорных композиций из способа реакционного типа предпочтительно применяется катализатор. Могут быть использованы такие же полимеры, как применяемые для отверждения прекурсорных композиций из способа типа смешения. Следует отметить, что, как правило, в отличие от композиций типа смешения, катализатор необязательно требуется для отверждения полимера реакционного типа. Также могут быть применены ингибиторы. Однако, если катализатор не применяется, возрастает продолжительность реакции, и скорости реакции будут меньшими. Отверждение и пиролиз отвержденного материала из реакционного процесса по существу являются такими же, как отверждение и пиролиз отвержденного материала из способа смешения и способа реакционного смешения.

[00260] Способ реакционного типа может быть исполнен в атмосферах и условиях многообразных типов, например, на воздухе, в инертном газе, N₂, аргоне, в потоке газа, в неподвижном газе, при пониженном давлении, при давлении окружающей среды, при повышенном давлении, и в их комбинациях и вариациях.

Способ типа реакционного смешения

[00261] В способе типа реакционного смешения прекурсоры реагируют с образованием прекурсорной композиции в отсутствие растворителя. Например, в одном варианте исполнения способ типа реакционного смешения имеет дело с прекурсорной композицией, которая получена из MHF и дициклопентадиена («DCPD»).При использовании способа реакционного смешения получается MHF/DCPD-полимер, и этот полимер используется в качестве прекурсорной композиции. (Он может быть применен как таковой с образованием отвержденного или подвергнутого пиролизу продукта, или в качестве прекурсора в смесительном или реакционном способах.) Используют MHF с известной молекулярной массой и эквивалентной массой по водороду; «Р01» (Р01 представляет 2%-ный Pt(0)-тетравинилциклотетрасилоксановый комплекс в тетравинилциклотетрасилоксане, 20-кратно разбавленный до комплекса с 0,1% Pt(0). Тем самым создаются 10 ч./млн Pt для каждого 1% загрузки массы катализатора) катализатор с 0,20 вес.% исходного MHF-материала (с известным активным эквивалентным весом), от 40 до 90%; и дициклопентадиен с чистотой ≥83%, от 10 до 60%. В одном варианте исполнения способа для реакции может быть применен герметично закрываемый реакционный резервуар с мешалкой. Реакцию проводят в плотно закрытом резервуаре, в атмосфере воздуха; хотя может быть применена атмосфера других типов. Реакцию предпочтительно проводят при атмосферном давлении, но могут быть использованы более высокие и более низкие давления. Кроме того, способ типа реакционного смешения может быть исполнен в атмосферах и условиях многообразных типов, например, на воздухе, в инертном газе, N₂, аргоне, в потоке газа, в неподвижном газе, при пониженном давлении, при давлении окружающей среды, при повышенном давлении, и в их комбинациях и вариациях.

[00262] В одном варианте исполнения 850 граммов MHF (85% от всей полимерной смеси) добавляют в реакционный резервуар и нагревают до температуры около 50°С. Как только достигается эта температура, нагреватель отключают, и к MHF в реакционном резервуаре добавляют 0,20% по весу платинового катализатора Р01. Обычно при добавлении катализатора будут образовываться пузырьки, и температура будет поначалу повышаться приблизительно на 2-20°С.

[00263] Когда температура начинает снижаться, в реакционный резервуар добавляют около 150 г DCPD (15% всей полимерной смеси). Температура может снизиться на дополнительную величину, например, примерно на 5-7°С.

[00264] В этот момент реакционного процесса температуру в реакционном резервуаре контролируют для поддерживания предварительно заданного профиля температуры во времени, и для слежения за повышением температуры, которое может быть результатом экзотермической реакции. Температуру реакционного резервуара предпочтительно регулируют, отслеживают и контролируют на протяжении всего процесса.

[00265] В одном варианте исполнения MHF/DCPD-реакционного процесса профиль температуры может быть следующим: позволяют температуре достигнуть примерно 80°С (это может занять ~15-40 минут, в зависимости от количества присутствующих материалов), затем температура будет возрастать до максимума при ~104°С, и как только температура начинает снижаться, температуру настройки нагревателя повышают до 100°С, и температуру реакционной смеси отслеживают для обеспечения того, что температура полимера удерживается выше 80°С в течение минимально в целом около 2 часов, и максимально в целом около 4 часов. После 2-4 часов выдерживания при температуре выше 80°С нагреватель отключают, и полимер охлаждают до температуры окружающей среды. Будет понятно, что в более крупных и более мелких партиях, непрерывных, полунепрерывных и других типах процессов профили температуры и времени могут быть различными.

[00266] В более крупном масштабе, и в промышленных операциях, могут быть применены периодический, непрерывный режим, и их комбинации. Для контроля реакции, профилей температуры и других процессов во время реакции на промышленном предприятии могут быть использованы системы автоматизации и контроля.

[00267] Таблица С представляет разнообразные варианты исполнения способов реакционного смешения.

[00268] Таблица С

[00269] В вышеприведенной таблице «степень полимеризации» представляет число мономерных структурных единиц, или повторяющихся структурных единиц, которые соединены друг с другом с образованием полимера. «Эквиваленты_/моль» имеют отношение к молярным массам эквивалентов. «Граммы/моль винильных групп» подразумевают количество данного полимера, необходимое для создания 1 молярного эквивалента винильной функциональности. «VMH» означает метилвинильную жидкость, линейный винилсодержащий материал из процесса этоксилирования, который может быть замещен TV. Числа «0200» и т.д. для VT представляют вязкость в сантипуазах для этого конкретного VT.

Отверждение и пиролиз

[00270] Прекурсорные композиции, в том числе поликарбосилоксановые прекурсорные композиции из способов вышеуказанных типов, а также других способов, могут быть отверждены с образованием твердого, полутвердого или подобного пластику материала. Как правило, прекурсорные композиции разливают, формуют или иным образом преобразуют в преформу, которая включала бы любую пространственную структуру, или форму, в том числе тонкие и толстые пленки. При отверждении поликарбосилоксановая прекурсорная композиция может быть обработана в ходе начального отверждения для создания частично отвержденного материала, который также может быть назван, например, преформой, сырьевым материалом или отвержденной заготовкой (не имея в виду ничего относительно цвета материала). Затем предотвержденный материал может быть подвергнут дополнительному отверждению. Таким образом, могут быть применены одна или многие стадии отверждения. Материал может быть «окончательно отвержденным», то есть, будучи отвержденным до такой степени, в которой материал имеет необходимую физическую прочность и другие свойства для его предполагаемого назначения. Степень отверждения может достигать конечного отверждения (или «полного отверждения»), то есть, до уровня, на котором все или по существу все химические реакции прекратились (что определяется, например, по отсутствию реакционноспособных групп в материале, или по выравниванию снижения количества реакционноспособных групп со временем). Так, материал может быть отвержден до различных степеней, в зависимости от предполагаемого для него применения и назначения. Например, в некоторых ситуациях конечное отверждение и полное отверждение могут представлять собой одно и то же. Условия отверждения, такие как атмосфера и температура, могут влиять на состав отвержденного материала.

[00271] При преобразовании прекурсорной композиции в структуру, или преформу, прекурсорная композиция, например, поликарбосилоксановая композиция, может быть отформована, например, с использованием следующих способов: набрызгивания, распылительной сушки, распыления, пульверизации, разделения с фазовым превращением, растекания, термического напыления, вытягивания, каплепадения, формирования капель в жидкости и в жидкостных системах с поверхностно-активным веществом, окрашивания, литья в пресс-форму, формования, экструдирования, прядения, ультразвуковой обработки, вибрационной обработки, полимеризации в растворе, эмульсионной полимеризации, микроэмульсионной полимеризации, впрыскивания, инжекционного формования, или иным образом обработки с образованием по существу любой пространственной формы. Эти пространственные формы могут включать, например, следующие: сферы, таблетки, кольца, линзы, диски, пластинки, конусы, формы усеченного конуса, кубики, параллелепипеды, пучки, угольники, каналы, полые замкнутые камеры, полые сферы, блоки, листы, покрытия, пленки, оболочки, дисперсные частицы, бруски, стержни, уголки, слябы, колонны, волокна, рубленые волокна, трубы, чашки, трубки, и комбинации и вариации этих и других более сложных форм, как технических, так и архитектурных.

[00272] Стадия формования, стадии отверждения и стадии пиролиза могут быть проведены в процессах периодического действия, партиями, непрерывно, с временными задержками (например, материал хранится или выдерживается между стадиями), и в комбинациях и вариациях последовательностей обработки этих и других типов. Кроме того, прекурсоры могут быть частично отверждены, или процесс отверждения может быть инициирован и запущен до того, как прекурсор будет отформован в пространственную форму. Эти стадии, и их разнообразные комбинации, могут быть, и в некоторых вариантах исполнения являются предпочтительными, проведены в контролируемых и предварительно заданных условиях (например, материал подвергают воздействию предварительно определенной атмосферы, и при профиле температуры на протяжении всей его обработки, например, при пониженном содержании кислорода, с выдерживанием температуры отвержденной преформы на уровне около 140°С перед пиролизом). Кроме того, должно быть понятно, что система, оборудование или технологические стадии для формования, отверждения и пиролиза могут быть одним и тем же оборудованием, оборудованием непрерывного действия, оборудованием периодического действия или сопряженным, и в комбинациях и вариациях промышленных процессов этих и других типов. Так, например, способом распылительной сушки могут быть сформированы отвержденные частицы, которые подаются непосредственно в реактор с псевдоожиженным слоем для пиролиза.

[00273] Поликарбосилоксановые прекурсорные композиции могут быть сформированы в беспримесные, неармированные, ненаполненные, композитные, армированные и содержащие наполнитель структуры, промежуточные продукты, конечные продукты, и комбинации и вариации этих и прочих материалов композиционных типов. Кроме того, эти структуры, промежуточные продукты и конечные продукты могут быть отверждены (например, предварительно отверждены до заготовки, окончательно отверждены, или полностью отверждены), не отверждены, подвергнуты пиролизу до керамического материала, и могут представлять собой комбинации и вариации этих опепаций (например, отвержденный материал может содержать наполнитель из подвергнутого пиролизу материала, образованного из того же поликарбосилоксана, что и отвержденный материал).

[00274] Прекурсорные композиции могут быть использованы для формирования «беспримесного» материала (под «беспримесным» материалом подразумевается, что вся, и по существу вся структура выполнена из прекурсорного материала или композиции без наполнителя; и тем самым отсутствуют наполнители или армирующие элементы).

[00275] Поликарбосилоксановые прекурсорные композиции могут быть использованы для нанесения покрытия или импрегнирования текстильной ткани или нетканого материала, изготовленных, например, из углеродного волокна, стеклянных волокон или волокон, выполненных из поликарбосилоксановой прекурсорной композиции (с таким же или отличающимся составом), для формирования материала препрега. Так, поликарбосилоксановые прекурсорные композиции могут быть применены для формирования композитных материалов, например, армированных изделий. Например, композицией может быть залит, пропитан, абсорбирован или иным образом объединен с нею армирующий материал, такой как углеродные волокна, стеклянное волокно, текстильная ткань, графен, углеродные нанотрубки, тонкие пленки, осадки, песок, нетканый материал, рубленые волокна, волокна, шнур, плетеные структуры, керамические порошки, стеклянные порошки, углеродные порошки, графитовые порошки, керамические волокна, металлические порошки, карбидные гранулы или компоненты, штапельные волокна, пакля, наноструктуры вышеуказанных материалов, образованные из полимеров керамические материалы, любые другие материалы, которые соответствуют температурным условиям процесса и конечного продукта, и их комбинации и вариации. Армирующий материал также может быть выполнен или образован из такого же материала, как композиция, которая была отформована в волокно и подвергнута пиролизу с образованием керамического материала, или может быть изготовлен из материала иной прекурсорной композиции, которая была переработана в волокно и подвергнута пиролизу с образованием керамического материала.

[00276] Поликарбосилоксановая прекурсорная композиция может быть использована для образования материала с наполнителем. Материал с наполнителем представлял бы собой любой материал, имеющий другие твердые или полутвердые материалы, добавленные к поликарбосилоксановой прекурсорной композиции. Материал с наполнителем может быть выбран для придания определенных свойств отвержденному материалу, керамическому продукту или им обоим. Эти свойства могут иметь отношение, или быть таковыми, например, к эстетическим, тактильным, термическим, плотностным, радиационным, химическим, стоимостным, магнитным, электрическим характеристикам, и комбинациям и вариациям этих и прочих свойств. Эти свойства могут быть дополнительными к прочности. Таким образом, материал наполнителя может не влиять на прочность отвержденного или керамического материала, он может повышать прочность, или даже мог бы снижать прочность в некоторых ситуациях. Материал наполнителя мог бы сообщать цвет, магнитные свойства, характеристики огнестойкости, негорючесть, теплостойкость, электрическую проводимость, антистатические свойства, оптические свойства (например, отражательную способность, показатель преломления и радужную окраску), эстетические свойства (такие как похожий на камень внешний вид в строительных материалах), химическую устойчивость, коррозионную стойкость, износостойкость, снижение стоимости, устойчивость к истиранию, теплоизоляцию, УФ-стабильность, защиту от УФ-излучения, и прочие свойства, которые могут быть желательными, необходимыми, или обоими, в конечном продукте или материале. Так, материалы наполнителей могли бы включать сажу, медные токоподводящие проводники, теплопроводные наполнители, электропроводные наполнители, провода, оптические волокна, керамические окрашивающие добавки, пигменты, оксиды, песок, красители, порошки, керамические мелкие фракции, образованные из полимеров керамические частицы, порообразователи, карбосиланы, силаны, силазаны, карбид кремния, карбосилазаны, силоксан, порошки, керамические порошки, металлы, металлические комплексы, углерод, паклю, волокна, штапельные волокна, борсодержащие материалы, измельченные волокна, стекло, стеклянное волокно, стеклоткань, и наноструктуры (в том числе наноструктуры вышеуказанных материалов), и это только некоторые примеры.

[00277] Поликарбосилоксановая композиция и продукты, образованные или изготовленные из этой композиции, могут содержать металлы и комплексы металлов. Материалы с наполнителями включали бы армированные материалы. Во многих случаях отвержденные, а также подвергнутые пиролизу поликарбосилоксановые материалы с наполнителями можно рассматривать как композитные материалы. Как правило, с этой точки зрения поликарбосилоксан составлял бы объемную, или матричную фазу (например, сплошную или по существу сплошную фазу), и наполнитель составлял бы дисперсную (например, несплошную) фазу. В зависимости от конкретного варианта применения, продукта или конечного использования, наполнитель может быть равномерно распределен в прекурсорной композиции, неравномерно распределен, распределен в предварительно заданном и контролируемом градиенте распределения (таком, как согласно заранее определенной скорости осаждения), и может иметь различные количества в различных композициях, которые затем могут быть сформованы в продукт, имеющий предварительно заданные количества наполнителя в заранее определенных зонах (например, полосчатые слои, имеющие различные концентрации наполнителя). Однако следует отметить, что указание на материал как «содержащий наполнитель» или «армированный» не подразумевает, что основная часть (либо по весу, либо по объему, или по обоим) этого материала представляет собой поликарбосилоксан. Так, как правило, отношение (либо по весу, либо по объему) поликарбосилоксана к материалу наполнителя могло бы составлять от около 0,1:99,9 до 99,9:0,1.

[00278] Поликарбосилоксановые прекурсорные композиции могут быть использованы для формирования неармированных материалов, которые представляют собой материалы, которые представляют собой материалы, которые изготавливаются главным образом, по существу и предпочтительно только из прекурсорных материалов; но также могут включать композиции, имеющие наполнители или добавки, которое не придают прочность.

[00279] Отверждение может быть выполнено при стандартных температуре и давлении окружающей среды («SATP», 1 атмосфера (0,1013 МПа), 25°С), при температурах выше или ниже этой температуры, при давлениях выше или ниже этого давления, и в течение разнообразных периодов времени. Отверждение может быть проведено при разнообразных режимах нагревания, скорости нагревания и профилях температуры (например, продолжительностях и температурах выдерживания, при непрерывном изменении температуры, циклическом изменении температуры, например, при нагревании с последующими выдерживанием, охлаждением, повторным нагреванием, и т.д.). Продолжительность отверждения может составлять от нескольких секунд (например, менее, чем около 1 секунды, менее 5 секунд), до менее одной минуты, до минут, часов, дней (или потенциально дольше). Отверждение также может быть проведено в окружающей среде любого типа, включающей, например, газ, жидкость, воздух, воду, содержащую поверхностно-активное вещество жидкость, инертные атмосферы, N₂, аргон, поток газа (например, продувочный газ), неподвижный газ, атмосфера с пониженным содержанием О₂, при пониженном давлении, повышенном давлении, давлении окружающей среды, контролируемом парциальном давлении, и комбинациях и вариациях этих и других условий обработки. Для высокочистых материалов печь, контейнеры, обрабатывающее оборудование, атмосфера, и прочие компоненты установки для отверждения и проведения процесса являются чистыми, по существу не содержащими и не вносящими в отвержденный материал любые элементы или материалы, которые рассматривались бы как примеси или загрязнения. В одном варианте исполнения среда, в которой проводится отверждение, например, печь, атмосфера, контейнер, и их комбинации и вариации, может иметь материалы, которые могут быть внесены или повлияют, например, на состав, катализ, стехиометрию, свойства, характеристики, и их комбинации и вариации, преформы, керамического материала и конечных вариантов применения или продуктов.

[00280] В вариантах исполнения процесса отверждения, отверждение предпочтительно происходит при температурах в диапазоне от около 5°С или более, от около 20°С до около 250°С, от около 20°С до около 150°С, от около 75°С до около 125°С, и от около 80°С до 90°С. Хотя могут быть применены более высокие и более низкие температуры и разнообразные профили нагревания (например, скорости изменения температуры во времени («скорость подъема», например, Δ градусов/время), продолжительностей выдерживания, и температур).

[00281] Условия отверждения, например, температура, время, скорость повышения температуры, могут быть зависящими, и в некоторых вариантах исполнения могут быть предварительно заданными, в целом или отчасти, композицией для соответствия, например, размеру преформы, контурам преформы, или выдерживанию заготовки в пресс-форме для предотвращения растрескивания под действием напряжений, газовыделению, или другим явлениям, связанным с процессом отверждения. Кроме того, условия отверждения могут быть такими, чтобы обеспечивать благоприятный режим, предпочтительно контролируемым образом, который прежде мог восприниматься как проблемы, связанные с процессом отверждения. Так, например, газовыделение может быть использовано для создания вспененного материала, имеющего либо открытоячеистую, либо замкнутую структуру. Подобным образом, условия отверждения могут быть использованы для создания или регулирования микроструктуры и наноструктуры материала. В общем и целом, условия отверждения могут быть применены для влияния, контроля или модифицирования кинетических характеристик и термодинамических параметров процесса, которые, помимо всего прочего, могут обусловливать морфологию, работоспособность, характеристики и функции.

[00282] При отверждении поликарбосилоксановой прекурсорной композиции происходит реакция сшивания, которая в некоторых вариантах исполнения создает сшитую структуру, имеющую, помимо всего прочего, -R₁-Si-С-С-Si-О-Si-С-С-Si-R₂-, где R₁ и R₂ варьируют в зависимости от использованных в композиции прекурсоров и основываются на них. В одном варианте исполнения отвержденных материалов они могут иметь сшитую структуру, имеющую 3-координированные кремниевые центры с еще одним атомом кремния, отделенным менее, чем 5 атомами между атомами кремния.

[00283] Во время процесса отверждения некоторые композиции могут проявлять экзотермическое взаимодействие, то есть, реакцию с саморазогреванием, которая может генерировать небольшое количество тепла, чтобы содействовать реакции отверждения или стимулировать ее, или которая может создавать большое количество тепла, которое может потребовать управления и отведения во избежание проблем, таких как растрескивание вследствие напряжений. Во время отверждения типично происходит газовыделение и приводит к потере материала, каковая потеря в принципе определяется количеством оставшегося материала, например, выход процесса отверждения. Варианты исполнения композиций, условия отверждения и поликарбосилоксановые прекурсорные композиции согласно вариантам осуществления настоящих изобретений могут иметь выходы процесса отверждения по меньшей мере около 90%, около 92%, около 100%. Фактически при отверждении на воздухе материалы могут давать выходы процесса отверждения выше 100%, например, около 101-105%, в результате абсорбции кислорода из воздуха. Кроме того, во время отверждения материал обычно претерпевает усадку, причем эта усадка, в зависимости от композиции, условий отверждения и характера контуров преформы, и от того, является ли преформа армированной, беспримесной или неармированной, может составлять от около 20%, менее 20%, менее, чем около 15%, менее, чем около 5%, менее, чем около 1%, менее, чем около 0,5%, менее, чем около 0,25%, и меньше.

[00284] Отверждение преформы может быть выполнено с использованием нагревательного устройства любого типа, или сообразно механизмам, способам или морфологиям, которые обеспечивают требуемый уровень температуры и контроля среды, например, нагретых водяных бань, электрических печей, микроволновых печей, газовых печей, печей, нагнетанием нагретого воздуха, колонн, распылительной сушки, реакторов с падающей пленкой, реакторов с псевдоожиженным слоем, лазеров, элементов косвенного нагрева, прямым нагреванием, нагреванием инфракрасным излучением, УФ-облучением, радиочастотной (RF) печи, in-situ во время эмульгирования при смешении в условиях высоких сдвиговых нагрузок, in-situ во время эмульгирования с помощью ультразвукового облучения.

[00285] Отвержденные преформы, как неармированные, беспримесные, с наполнителем или армированные, могут быть использованы в качестве самостоятельного изделия, конечного продукта, готового изделия, или предварительно изготовленного продукта, который позднее может быть подвергнут механической обработке или переработке. Преформы также могут быть подвергнуты пиролизу, который преобразует материал преформы в керамический материал.

[00286] При пиролизе преформы, или отвержденной структуры, или отвержденного материала, его нагревают до температуры от около 600°С до около 2300°С; от около 650°С до около 1200°С, от около 800°С до около 1300°С, от около 900°С до около 1200°С, и от около 950°С до около 1150°С. При этих температурах типично все органические структуры либо удаляются, либо объединяются с неорганическими компонентами с образованием керамического материала. Как правило, при температурах в диапазоне от около 650°С до 1200°С образованный материал представляет собой аморфную стекловидную керамику. Будучи нагретым выше около 1200°С, материал обычно может формировать нанокристаллические структуры, или микрокристаллические структуры, такие как SiС, Si3N₄, SiCN, β SiС, и выше 1900°С может образовывать α-SiС-структуру, и при температурах 2200°С и выше типично образуется α-SiС-структура. Подвергнутые пиролизу, например, керамические материалы, могут быть монокристаллическими, поликристаллическими, аморфными, и представлять собой комбинации, вариации и подгруппы с морфологиями этих и других типов.

[00287] Пиролиз может быть проведен при различных условиях нагревания и окружающей среды, которые, помимо всего прочего, предпочтительно включают термический контроль, кинетический контроль, и их комбинации и вариации. Например, пиролиз может предусматривать разнообразные скорости повышения температуры при нагревании, циклы нагревания и условия окружающей среды. В некоторых вариантах исполнения температура может быть повышена, и предусматривается выдерживание при предварительно заданной температуре, чтобы содействовать известным превращениям (например, газообразованию, испарению, молекулярным перегруппировкам, и т.д.), и затем повышена до следующей температуры выдерживания соответственно следующему превращению. Пиролиз может происходить в восстановительной атмосфере, окислительной атмосфере, атмосфере с низким содержанием О₂, в высококалорийном газе (например, внутри пламени или непосредственно рядом с ним), инертной атмосфере, N₂, аргоне, воздухе, при пониженном давлении, давлении окружающей среды, повышенном давлении, в потоке газа (например, продувочного газа, имеющего величину расхода потока, например, от около 15,0 GHSV (объемной скорости подачи газа) до около 0,1 GHSV, от около 6,3 GHSV до около 3,1 GHSV, и около 3,9 GHSV), в неподвижном газе, и в их комбинациях и вариациях.

[00288] Пиролиз проводят на протяжении периода времени, который предпочтительно приводит к полному пиролизу преформы. Для высокочистых материалов печь, контейнеры, обрабатывающее оборудование, и прочие компоненты установки для пиролиза являются чистыми, по существу не содержащими и не вносящими в подвергнутый пиролизу материал любые элементы или материалы, которые рассматривались бы как примеси или загрязнения. Постоянная величина расхода потока «продувочного» газа может содействовать продувке печи во время образования летучих веществ. В одном варианте исполнения среда, в которой проводится пиролиз, например, печь, атмосфера, контейнер, и их комбинации и вариации, может иметь материалы, которые могут быть внесены или повлияют, например, на состав, стехиометрические отношения, свойства, характеристики, и их комбинации и вариации, керамического материала и конечных вариантов применения или продуктов.

[00289] Во время пиролиза может происходить потеря материала вследствие газовыделения. Количество материала, остающегося в конце стадии, или цикла, пиролиза, называется выходом обугливания (или выходом пиролиза). Композиции и поликарбосилоксановые прекурсорные композиции согласно вариантам исполнения данных композиций могут иметь выходы обугливания для формирования SiОС по меньшей мере около 60%, около 70%, около 80%, и по меньшей мере около 90%, по меньшей мере около 91%, и больше. Фактически при пиролизе на воздухе материалы могут иметь выходы обугливания существенно выше 91%, которые могут достигать 100%. Чтобы избежать разложения материала при пиролизе на воздухе (следует отметить, что обычно пиролиз проводят в инертных атмосферах, атмосфере с пониженным содержанием кислорода, по существу инертной атмосфере, атмосферах с минимальным содержанием кислорода, и их комбинациях и вариациях), могут быть использованы специальные точно рассчитанные композиции. Например, композиции с высоким содержанием фенильных групп (по меньшей мере около 11%, и предпочтительно по меньшей мере около 20% по весу фенильных групп), композиции с высоким содержанием аллильных групп (по меньшей мере от около 15% до около 60%), могут быть применены для пиролиза на воздухе, чтобы уменьшить степень разложения материала.

[00290] Начальная, или первая, стадия пиролиза для формирования SiОС, в некоторых вариантах исполнения и для некоторых вариантов применения, обычно дает структуру, которая является не очень плотной, и, например, может не достигать плотности, необходимой для предполагаемого ее применения. Однако в некоторых примерах, таких как использование легковесных сфер, проппантов, пигментов и прочих, первый пиролиз может быть, и типично является, достаточным. Так, обычно на подвергнутом пиролизу материале может быть выполнен процесс повторной пропитки, чтобы добавить дополнительный материал поликарбосилоксановой прекурсорной композиции для заполнения, или наполнения, полостей и промежутков в структуре. Этот материал повторной пропитки затем может быть отвержден и подвергнут повторному пиролизу. (В некоторых вариантах исполнения материалы повторной пропитки отверждают, но пиролизу не подвергают). Это процесс пиролиза, повторной пропитки может быть повторен один, два, три, и вплоть до 10 или более раз для получения желательной плотности конечного продукта.

[00291] В некоторых вариантах исполнения при пиролизе в Si-О-С-керамическом материале присутствуют графеновые, графитовые, структуры аморфного углерода, и их комбинации и вариации. Распределение кремниевых частиц, состоящих из SiОхCy-структур, которые приводят к SiО4, SiО3С, SiО2С2, SiОС3, и SiС4, которые формируются в разнообразных соотношениях, обусловливается выбором прекурсоров и историей их обработки. Углерод обычно связан между соседними атомами углерода и/или атомом кремния. Как правило, в керамическом состоянии углерод в высокой степени не координирован с атомом кислорода, так что кислород по большей части координирован с атомом кремния.

[00292] Пиролиз может быть проведен в любом нагревательном устройстве, которое поддерживает требуемую температуру и контроль среды. Так, например, пиролиз может быть выполнен с использованием печей с газовым отоплением, электрических печей, прямым нагреванием, косвенным нагревом, в псевдоожиженных слоях, обжиговых печах, туннельных обжиговых печах, камерных обжиговых печах, печах с выкатным подом, установках типа коксования, с помощью лазеров, микроволновых печей, и комбинаций и вариаций этих и прочих нагревательных устройств и систем, которые могут достигать необходимых для пиролиза температур.

[00293] Специальный и предварительно определенный контроль того, когда химические реакции, формирования и перегруппировки происходят на разных стадиях процесса от сырьевого материала до конечного готового продукта, может обеспечивать снижение затрат, усиление технологического контроля, повышение надежности, возрастание эффективности, улучшение характеристик продукта, повышение чистоты, и комбинации и вариации этих и других благоприятных обстоятельств. Последовательность того, когда происходят эти преобразования, может основываться на обработке или формировании прекурсоров, и на обработке или формировании прекурсорных композиций; и также может основываться на условиях отверждения и пиролиза. Кроме того, специальный и предварительно определенный выбор этих стадий, композиций и условий может обеспечивать улучшенные характеристики продукта и обработки в результате разнообразных превращений, например, химических реакций; молекулярных построений и перегруппировок; и микроструктурных построений и перегруппировок.

[00294] В разнообразные моменты во время процесса изготовления образованные из полимеров керамические структуры, например, поликарбосилоксановые структуры, промежуточные продукты и конечные продукты, и их комбинации и вариации, могут быть подвергнуты станочной обработке, размолоты, опрессованы в форме, отформованы, просверлены, протравлены, или иным образом механически обработаны и сформованы.

[00295] Исходные материалы, прекурсорные композиции, поликарбосилоксановые прекурсорные композиции, а также способы составления композиций, изготовления, формования, отверждения и пиролиза прекурсорных материалов с образованием образованных из полимеров материалов, структур и керамических материалов, изложены в Опубликованных патентных заявках США, с публикациями №№ 2014/0274658, 2014/0343220, 2014/0326453 и 2015/0175750, и в Патентных заявках США с серийными номерами 62/106,094 и 62/193,046, полное содержание каждой из которых включено здесь ссылкой.

Предпочтительные отверждение и пиролиз для SiС, образованного из SiОС

[00296] При получении SiС и материалов, используемых для получения SiС, в одном предпочтительном варианте исполнения поликарбосилоксановые прекурсоры могут быть смешаны при давлении предпочтительно около 1 атмосферы (0,1013 МПа) в очищенном воздухе.

[00297] При получении SiС и материалов, используемых для получения SiС, отверждение предпочтительно происходит при температурах в диапазоне от около 20°С до около 150°С, от около 75°С до около 125°С, и от около 80°С до 90°С. Отверждение проводится в течение периода времени, который предпочтительно имеет результатом полностью отвержденный материал. Отверждение может происходить в воздушной или в инертной атмосфере, и предпочтительно отверждение протекает в атмосфере аргона при давлении окружающей среды. Для высокочистых материалов печь, контейнеры, обрабатывающее оборудование и прочие компоненты установки для отверждения наиболее предпочтительно являются чистыми, по существу не содержащими и не вносящими в отвержденный материал любые элементы или материалы, которые рассматривались бы как примеси или загрязнения.

[00298] При получении SiС и материалов, используемых для получения SiС, пиролиз предпочтительно происходит при температурах в диапазоне от около 800°С до около 1300°С, от около 900°С до около 1200°С, и от около 950°С до 1150°С. Пиролиз проводится в течение периода времени, который предпочтительно имеет результатом полный пиролиз преформы. Пиролиз предпочтительно проводится в инертном газе, например, аргоне, и более предпочтительно в потоке газообразного аргона при давлении окружающей среды или близком к нему. Газ может протекать с величиной расхода от около 1200 см³/мин до около 200 см³/мин, от около 800 см³/мин до около 400 см³/мин, и около 500 см³/мин. Предпочтительно выполняется первоначальное вакуумирование обрабатывающей печи откачиванием воздуха до пониженного давления по меньшей мере ниже 10^-3 мм рт.ст. (0,133 Па), и повторное повышение давления до уровня выше 100 мм рт.ст. (13,3 кПа) нагнетанием инертного газа, например, аргона. Более предпочтительно вакуумирование перед повторным повышением давления выполняется до давления ниже 10^-5 мм рт.ст. (0,00133 Па). Процесс вакуумирования может быть выполнен, возможно, от нуля до >4 раз перед обработкой. Для высокочистых материалов печь, контейнеры, обрабатывающее оборудование и прочие компоненты установки для отверждения наиболее предпочтительно являются чистыми, по существу не содержащими и не вносящими в отвержденный материал любые элементы или материалы, которые рассматривались бы как примеси или загрязнения.

[00299] В вариантах исполнения, где требуются низкие уровни содержания N и О, предпочтительным является применение вакуума, предпочтительно с использованием турбонасоса, до достижения давления 10^-6 мм рт.ст. (0,000133 Па), и повторное заполнение инертным газом. Этот процесс продувки может быть выполнен однократно, или многократно, до достижения низких уровней. Постоянная скорость течения «продувочного» газа может содействовать продуванию печи во время выделения летучих веществ.

[00300] При получении SiС предпочтительно керамический SiОС преобразуют в SiС в последующих или продолженных стадиях пиролиза или конверсии. Стадия конверсии SiОС может быть частью, например, продолжением, пиролиза SiОС-преформы, или может представлять собой совершенно отдельную стадию по времени, месту проведения, или обоим из них. В зависимости от желательного типа SiС стадия конверсии может быть проведена при температурах от около 1200°С до около 2550°С, и от около 1300°С до 1700°С. Как правило, при температурах от около 1600°С до 1900°С более благоприятным с течением времени является образование бета-типов. При температурах выше 1900°С преимущественным является формирование альфа-типов со временем. Конверсия предпочтительно происходит в инертном газе, например, аргоне, и более предпочтительно в потоке инертного газа при атмосферном или близком к нему давлении. Газ может протекать с величиной расхода от около 600 см³/мин до около 10 см³/мин, от около 300 см³/мин до около 50 см³/мин, и от около 80 см³/мин до около 40 см³/мин. Для высокочистых материалов печь, контейнеры, обрабатывающее оборудование и прочие компоненты установки для отверждения наиболее предпочтительно являются чистыми, по существу не содержащими и не вносящими в SiС любые элементы или материалы, которые рассматривались бы как примеси или загрязнения.

[00301] Последующие выходы SiС, образованного из SiОС, как правило, составляют от около 10% до 50%, обычно от 30% до 40%, хотя могут быть получены более высокие и более низкие уровни.

[00302] При получении высокочистого SiС действия, связанные с приготовлением, отверждением, пиролизом и конверсией материала, наиболее предпочтительно предпринимаются в условиях чистого помещения, например, согласно стандарту ISO 14644-1 для чистых помещений, соответственно по меньшей мере ISO 5, по меньшей мере ISO 4, по меньшей мере ISO 3, по меньшей мере ISO 2, и по меньшей мере ISO 1. В одном варианте исполнения стадии обработки материала проводятся в чистом помещении соответственно по меньшей мере ISO 5, тогда как менее чистое помещение (ISO>5) используется для стадий пиролиза и конверсии.

[00303] Нижеследующие примеры приведены для иллюстрации разнообразных вариантов исполнения, наряду с прочими, прекурсорных композиций, процессов, способов, устройств, изделий, композиций и вариантов применения настоящих изобретений. Эти примеры предназначены для целей иллюстрирования, и не должны рассматриваться как каким-то образом ограничивающие область настоящих изобретений. Применяемые в примерах процентные доли, если не оговаривается иное, представляют весовые проценты от всей партии, преформы или структуры.

[00304] Примеры

[00305] ПРИМЕР 1

[00306] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 41% MHF и 59% TV. Эта прекурсорная композиция имеет 0,68 моля атомов водорода, 0,68 моля винильных групп и 1,37 моля метильных групп. Прекурсорная композиция имеет следующие молярные количества Si, С и О в расчете на 100 г композиции.

[00307] По расчетам, SiОС, образованный из этой композиции, будет иметь расчетные 1,37 моля С после того, как был удален весь СО, и имеет 0% избыточного С.

[00308] ПРИМЕР 2

[00309] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 90% фенилэтилполисилоксана с концевыми метильными группами (имеющего 27% фрагментов Х) и 10% TV. Эта прекурсорная композиция имеет 1,05 моля атомов водорода, 0,38 моля винильных групп, 0,26 моля фенильных групп и 1,17 моля метильных групп. Прекурсорная композиция имеет следующие молярные количества Si, С и О в расчете на 100 г композиции.

[00310] По расчетам, SiОС, образованный из этой композиции, будет иметь расчетные 2,31 моля С после того, как был удален весь СО, и имеет 98% избыточного С.

[00311] ПРИМЕР 3

[00312] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 70% фенилэтилполисилоксана с концевыми метильными группами (имеющего 14% фрагментов Х) и 30% TV. Эта прекурсорная композиция имеет 0,93 моля атомов водорода, 0,48 моля винильных групп, 0,13 моля фенильных групп и 1,28 моля метильных групп. Прекурсорная композиция имеет следующие молярные количества Si, С и О в расчете на 100 г композиции.

[00313] По расчетам, SiОС, образованный из этой композиции, будет иметь расчетные 1,77 моля С после того, как был удален весь СО, и имеет 38% избыточного С.

[00314] ПРИМЕР 4

[00315] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 50% фенилэтилполисилоксана с концевыми метильными группами (имеющего 20% фрагментов Х) и 50% TV. Эта прекурсорная композиция имеет 0,67 моля атомов водорода, 0,68 моля винильных групп, 0,10 моля фенильных групп и 1,25 моля метильных групп. Прекурсорная композиция имеет следующие молярные количества Si, С и О в расчете на 100 г композиции.

[00316] По расчетам, SiОС, образованный из этой композиции, будет иметь расчетные 1,93 моля С после того, как был удален весь СО, и имеет 55% избыточного С.

[00317] ПРИМЕР 5

[00318] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 65% фенилэтилполисилоксана с концевыми метильными группами (имеющего 40% фрагментов Х) и 35% TV. Эта прекурсорная композиция имеет 0,65 моля атомов водорода, 0,66 моля винильных групп, 0,25 моля фенильных групп и 1,06 моля метильных групп. Прекурсорная композиция имеет следующие молярные количества Si, С и О в расчете на 100 г композиции.

[00319] По расчетам, SiОС, образованный из этой композиции, будет иметь расчетные 2,81 моля С после того, как был удален весь СО, и имеет 166% избыточного С.

[00320] ПРИМЕР 6

[00321] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 65% MHF и 35% дициклопентадиена (DCPD). Эта прекурсорная композиция имеет 1,08 моля атомов водорода, 0,53 моля винильных групп, 0,0 моля фенильных групп и 1,08 моля метильных групп. Прекурсорная композиция имеет следующие молярные количества Si, С и О в расчете на 100 г композиции.

[00322] По расчетам, SiОС, образованный из этой композиции, будет иметь расчетные 2,65 моля С после того, как был удален весь СО, и имеет 144% избыточного С.

[00323] ПРИМЕР 7

[00324] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 82% MHF и 18% дициклопентадиена (DCPD). Эта прекурсорная композиция имеет 1,37 моля атомов водорода, 0,27 моля винильных групп, 0,0 моля фенильных групп и 1,37 моля метильных групп. Прекурсорная композиция имеет следующие молярные количества Si, С и О в расчете на 100 г композиции.

[00325] По расчетам, SiОС, образованный из этой композиции, будет иметь расчетные 1,37 моля С после того, как был удален весь СО, и имеет 0% избыточного С.

[00326] ПРИМЕР 8

[00327] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 46% MHF, 34% TV и 20% VT. Эта прекурсорная композиция имеет 0,77 моля атомов водорода, 0,40 моля винильных групп, 0,0 моля фенильных групп и 1,43 моля метильных групп. Прекурсорная композиция имеет следующие молярные количества Si, С и О в расчете на 100 г композиции.

[00328] По расчетам, SiОС, образованный из этой композиции, будет иметь расчетные 0,53 моля С после того, как был удален весь СО, и имеет 63% недостатка С, или на 63% обеднен С.

[00329] ПРИМЕР 9

[00330] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 70% MHF, 20% TV и 10% VT. Эта прекурсорная композиция имеет 1,17 моля атомов водорода, 0,23 моля винильных групп, 0,0 моля фенильных групп и 1,53 моля метильных групп. Прекурсорная композиция имеет следующие молярные количества Si, С и О в расчете на 100 г композиции.

[00331] По расчетам, SiОС, образованный из этой композиции, будет иметь расчетные 0,33 моля С после того, как был удален весь СО, и имеет 78% недостатка С, или на 78% обеднен С.

[00332] ПРИМЕР 10

[00333] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 95% MHF и 5% TV.

[00334] ПРИМЕР 11

[00335] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 50% фенилэтилполисилоксана с концевыми метильными группами (имеющего 20% фрагментов Х) и 50% TV 95% MHF.

[00336] ПРИМЕР 12

[00337] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 54% фенилэтилполисилоксана с концевыми метильными группами (имеющего 25% фрагментов Х) и 46% TV.

[00338] ПРИМЕР 13

[00339] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом при комнатной температуре 57% фенилэтилполисилоксана с концевыми метильными группами (имеющего 30% фрагментов Х) и 43% TV.

[00340] ПРИМЕР 14

[00341] Получают около 100 граммов поликарбосилоксановой композиции. Композицию смешивают при комнатной температуре в течение 15 минут, и затем добавляют 1% катализатора, и смесь перемешивают в течение дополнительных 10 минут. Катализатор имеет 10 ч./млн Pt в короткоцепочечном полисилоксане с концевыми винильными группами.

[00342] Композицию выливают в лоток из алюминиевой фольги с покрытием из тефлона (PTFE, политетрафторэтилена), и отверждают в течение 2,5 часов при температуре 90°С в аргоне или воздухе.

[00343] Отвержденный полимер механически измельчают до размеров, которые соответствуют керамическим лодочкам (например, тиглям, которые имеют длину 3,5 дюйма (89 мм)×ширину 2,5 дюйма (63,5 мм)×глубину 5/8 дюйма (16 мм); и помещают в эти керамические лодочки. Керамические лодочки, содержащие отвержденный полимер, нагревают в реторте из нержавеющей стали, заполненной газообразным аргоном, протекающим с величиной расхода потока 500 см³/мин, в следующем порядке:

- от комнатной температуры до 82,2°С со скоростью нагревания 82,2°С/час, с 1 часом выдерживания при 82,2°С;

- от 82,2°С до 182°С со скоростью нагревания 48,9°С/час, с 1 часом выдерживания при 182°С;

- от 182°С до 210°С со скоростью нагревания 48,9°С/час, с 2 часами выдерживания при 210°С;

- от 210°С до 1100°С со скоростью нагревания 115,6°С/час, с 1 часом выдерживания при 110°С; и

- с охлаждением в печи до температуры 204,4°С перед ее открыванием.

[00344] Подвергнутый пиролизу материал помещают в графитовые лодочки, причем подвергнутый пиролизу материал находится в форме порошка или кусочков. Графитовые лодочки помещают в трубчатую печь для производства глинозема с двумя торцевыми блоками изоляции и крышками, чтобы обеспечить поступление потока газа и выпуск отработанного газа наружу. Через трубчатую печь пропускают газообразный аргон со скоростью 50 см³/мин. Затем материал нагревают до температуры 1650°С в течение периода времени 10 часов (при скорости повышения температуры около 3°С/мин), и выдерживают при этой температуре в течение дополнительных 10 часов. Затем печь медленно охлаждают до температуры 700°С в течение периода времени 5 часов, затем печь дополнительно охлаждают, причем торцевые крышки снимают, когда температура составляет по меньшей мере ниже 300°С.

[00345] Полученный SiС, образованный из поликарбосилоксана, извлекают из печи.

[00346] ПРИМЕР 15

[00347] Поликарбосилоксановую композицию готовят в среде чистого помещения с использованием стеклянной посуды, которая была очищена так, чтобы по существу удалить все потенциальные примеси, в особенности включающие Al, Fe и В. Композицию смешивают при комнатной температуре в течение времени от около 10 до 20 минут, и затем добавляют от 0,25% до 2% раствора катализатора, и смесь перемешивают в течение дополнительных 10 минут. Раствор катализатора имеет 10 ч./млн Pt. Конечная содержащая катализатор композиция имеет между 10 и 50 млрд^-1 Pt.

[00348] В среде чистого помещения композицию помещают в колбу или банку из PFA (перфторалкоксиполимера), продувают аргоном и плотно закрывают крышкой. Композицию отверждают в течение от 1,5 часов до 4 часов при температуре от 75°С до 160°С.

[00349] В среде чистого помещения отвержденный полимер помещают в керамические тигли. Затем заполненные тигли накрывают керамическими крышками и помещают в керамическую реторту, заполненную газообразным аргоном, протекающим с величиной расхода потока 500 см³/мин. Тигли, печь и все связанное с ними оснащение и оборудование являются чистыми и по существу не содержащими загрязнений; и в особенности такими, что они не представляют собой источники Al или В. Тигли нагревают со скоростью повышения температуры от около 30°С до около 180°С/час в следующем порядке:

- от комнатной температуры до 1000°С со скоростью нагревания 180°С/час, с 2 часами выдерживания при 1000°С; и

- с охлаждением печи до температуры 204,4°С перед ее открыванием.

[00350] Подвергнутый пиролизу материал помещают в графитовые лодочки, причем подвергнутый пиролизу материал находится в форме порошка или кусочков. Графитовые лодочки помещают в трубчатую печь для производства глинозема с двумя торцевыми блоками изоляции и крышками, чтобы обеспечить поступление потока газа и выпуск отработанного газа наружу. Тигли, печь и все связанное с ними оснащение и оборудование являются чистыми и по существу не содержащими загрязнений; и в особенности такими, что они не являются источником Al, Fe или В. Через трубчатую печь пропускают газообразный аргон со скоростью 50 см³/мин. Затем материал нагревают до температуры от 1400°С до 1650°С в течение периода времени от 7 до 15 часов (при скорости повышения температуры около 3°С/мин), и выдерживают при этой температуре в течение дополнительных 10 часов. Затем печь медленно охлаждают до температуры 700°С в течение периода времени 5 часов, затем печь дополнительно охлаждают, причем торцевые крышки снимают, когда температура составляет по меньшей мере ниже 300°С.

[00351] Полученный SiС, образованный из поликарбосилоксана, извлекают из печи.

[00352] ПРИМЕР 15а

[00353] Процесс подобно Примеру 15 проводят с использованием графитовой вакуумируемой печи с изоляцией из очищенного графита и каналами для обеспечения поступления потока газа и выведения отработанного газа/вакуумирования. Затем через графитовую печь пропускают поток газообразного аргона с величиной подачи между 1 и 6 объемами продуваемой горячей зоны в час. Затем материал нагревают до температуры от 25°С до 2100°С. Этот процесс может обеспечивать получение SiС с чистотой 6 девяток, и еще более чистого.

[00354] Пример 15b

[00355] В процессе, подобном процессам Примеров 15 и 15а, скорости нагревания, охлаждения, и их обоих во время пиролиза и во время конверсии могут составлять от около 1°С/мин до около 30°C/мин, от около 3°С/мин до около 20°C/мин, от около 10°С/мин до около 20°C/мин, и более медленные и более быстрые скорости, а также комбинации переменных скоростей, например, 1 час при скорости около 5°С/мин и 3 часа при около 10°С/мин. Продолжительности выдерживания при конкретной повышенной температуре могут составлять от около 0,25 часа до около 24 часов, от около 1 часа до около 12 часов, от около 3 часов до около 8 часов, менее 24 часов, менее 12 часов, менее 8 часов, также могут быть применены более длительные и более короткие продолжительности, а также комбинации и вариации продолжительностей выдерживания в конкретном цикле нагревания.

[00356] ПРИМЕР 16

[00357] Поликарбосилоксановую композицию готовят в среде чистого помещения с использованием стеклянной посуды, которая была очищена так, чтобы по существу удалить все потенциальные примеси. Композицию смешивают при комнатной температуре до однородного состояния смеси, и затем добавляют катализатор, и смесь дополнительно перемешивают для распределения катализатора. Затем поликарбосилоксановую композицию перерабатывают в высокочистый SiС в непрерывном процессе следующим образом.

[00358] В среде чистого помещения композицию помещают в графитовый контейнер и отверждают до полного отверждения. Без извлечения отвержденного материала из печи, отвержденный материал преобразуют в SiОС и затем в SiС. Во время этих нагреваний через печь пропускают поток инертного нереакционноспособного газа, отвержденный полимер помещают в керамические тигли. (Хотя N₂ иногда считается инертным, при получении высокочистых SiОС и SiС предпочтительно избегают его применения при нагреваниях для пиролиза или конверсии, поскольку он может реагировать с Si, образуя содержащие нитриды частицы, например, такие как: оксинитрид кремния, нитрид кремния и карбонитриды кремния).

[00359] Полученный SiС, образованный из поликарбосилоксана, извлекают из печи.

[00360] ПРИМЕР 17

[00361] Со ссылкой на ФИГ. 5, представлена схематическое перспективное изображение последовательности технологических операций одного варианта исполнения системы и способа получения образованного из SiОС SiС, и получения таких материалов с более низкой чистотой, и более предпочтительно с более высокой чистотой (например, 3 девятки, 4 девятки, 5 девяток или более, и предпочтительно 6 девяток или более). Трубопровод, вентили и внутренние поверхности системы, содержащей прекурсоры и другие материалы, выполнены из материалов или покрыты материалами, которые не будут загрязнять, например, составлять источник примесей, SiОС и образованный из него SiС. Резервуары-хранилища 150а, 150b содержат жидкие поликарбосилоксановые прекурсоры. В этом варианте исполнения один или оба, или ни один из прекурсоров, могут быть пропущены через дистилляционное устройство 151а и дистилляционное устройство 151b для удаления любых примесей из жидкого прекурсора. Затем жидкие прекурсоры переводятся в смесительный резервуар 152, где они смешиваются с образованием прекурсорной маточной смеси и добавлением катализатора. В среде чистого помещения 157а прекурсорная маточная смесь загружается в резервуары 153 для размещения в печи 154. Печь 154 имеет впускной канал 161 для продувочного газа и трубопровод 162 для выведения отходящего газа. Затем загруженный и отвержденный материал переносится в условиях чистого помещения в несколько печей 155а, 155b, 155с для пиролиза, где он из SiОС преобразуется в SiС. Печи имеют впускные трубопроводы 158а, 158b, 158с для продувочного газа, соответственно, и по два трубопровода 159а и 160а, 159b и 160b, 169с и 160с для выведения отходящего газа, соответственно. Полученный SiС, образованный из SiОС, затем упаковывают 156 в среде чистого помещения 157b для отгрузки или использования в других процессах. Отходящие газы могут быть подвергнуты обработке, очищены, и исходные материалы могут быть извлечены в установке 163 для обработки отходящего газа, имеющей впускной трубопровод 164, который собирает отходящие газы из различных блоков в системе.

[00362] ПРИМЕР 18

[00363] SiС, полученный в процессе Примера 16, имеет чистоту 99,999, и имеет спектр рентгеновской дифракции согласно ФИГ. 6. Спектр основывается на «положении [°2-тета](медь)», где область 601 спектра соответствует 7,551[°]; 2,496[°], где область 602 спектра соответствует 16,737[°]; 3,994[°], где область 603 спектра соответствует 35,644[°]; Si C; 1,498[°], где область 604 спектра соответствует 41,357[°]; Si C; 1,498[°], где область 605 спектра соответствует 59,977[°]; Si C; 1,498[°], где область 606 спектра соответствует 71,730[°]; Si C; 1,498[°], где область 607 спектра соответствует 75,461[°]; Si C; 1,498[°], где область 608 спектра соответствует 89,958[°]; Si C; 1,498[°], где область 609 спектра соответствует 100,722[°]; Si C; 1,498[°], где область 610 спектра соответствует 104,874[°]; Si C; 1,997[°], и где область 611 спектра соответствует 119,903[°]; Si C; 1,498[°].

[00364] ПРИМЕР 19

[00365] Смешали поликарбосилоксановую композицию, имеющую 40% MHF и 60% TV, и 2% Pt-катализатора. Содержащая катализатор композиция имела 97,4 млрд^-1 (частей на миллиард) Al, 108,6 млрд^-1 В, не поддающееся измерению количество Р, и 96 млрд^-1 Pt. Композицию с добавленным катализатором вылили в графитовый резервуар, который был помещен в трубчатую печь, имеющую алюминиевую трубу с графитовой облицовкой. Печь нагревали со скоростью повышения температуры 3°С/мин, пока температура не достигла 1675°С, где температуру поддерживали в течение 10 часов. Через печь на протяжении всего процесса нагревания пропускали поток аргона. Полученный SiС имел чистоту 3 девятки (то есть, чистоту 99,9%), имея следующие примеси (в ч./млн): Al 9,8, Fe 3,4, В 4,1, Р 0,97, Pt 30, Са 70, Mg 70, Li 53, Na 26, Ni 1,5, V 0,3, Pr 0,35, Се 0,08, Cr 0,67, S 0,18, As 0,5.

[00366] ПРИМЕР 20

[00367] SiС-материал с чистотой 3 девятки из Примера 19 вымачивают в кислотной промывной ванне (с раствором 10% HNO3+5%HCl), и затем промывают деминерализованной водой. Промытый SiС имеет чистоту 5 девяток.

[00368] ПРИМЕР 21

[00369] Процесс из Примера 19 проводили в условиях чистого помещения и согласно методикам. Трубчатую печь для глинозема заменили на керамическую печь, В, Fe и Р удалили из исходных материалов, то есть MHF и TV, с помощью ионообменной смолы, такой как Amberlite IRA743, вымыванием или дистилляцией. Полученный карбид кремния имеет чистоту 5 девяток.

[00370] ПРИМЕР 22

[00371] SiС-материал из Примера 21 промывают и прополаскивают, и очищенный материал имеет чистоту 6 девяток.

[00372] ПРИМЕР 23

[00373] Исходные материалы первоначально имеют 500 млрд^-1 (частей на миллиард) Al, 5000 млрд^-1 Fe, 500 млрд^-1 В, 1700 млрд^-1 Р. С использованием условий чистого помещения и методик для этого примера, исходные материалы очищают фильтрацией. Из исходных материалов получают поликарбосилоксановую композицию, имеющую 40% MHF и 60% TV, смешивают, и добавляют к ней 0,25% раствора Pt-катализатора. Композиция с катализатором имеет менее, чем около 50 млрд^-1 Al, менее, чем около 50 млрд^-1 Fe, менее, чем около 50 млрд^-1 В, менее, чем и около 50 млрд^-1 Р и около 96 млрд^-1 Pt. Композицию с катализатором выливают в графитовый резервуар, который помещают в печь, имеющую керамическую внутреннюю облицовку. В печь помещают щиток, чтобы, по меньшей мере частично, отделить нагревательный элемент от графитового резервуара. Печь нагревают со скоростью повышения температуры 2,5°С/мин, пока температура не достигает 1700°С, после чего температуру поддерживают в течение 12 часов. На протяжении всего нагревания через печь пропускают поток аргона. Полученный SiС имеет чистоту 5 девяток, будучи содержащим следующие примеси (в ч./млн): Al 2,1, Fe 0,58, В 0,24, Р 0,97, Pt 0,41, Са <0,5, Mg <0,05, Li <0,01, Na 0,09, Ni 1,5, V <0,01, Pr <0,05, Се <0,05, Cr <0,1, S <0,1, As <0,5. SiС главным образом относится к бета-типу.

[00374] ПРИМЕР 24

[00375] SiС-материал из Примера 23 промывают и прополаскивают, и очищенный материал имеет чистоту 6 девяток.

[00376] ПРИМЕР 25

[00377] С использованием условий чистого помещения и методик для этого примера, из очищенных исходных материалов получают поликарбосилоксановую композицию, имеющую 40% MHF и 60% TV, смешивают, и добавляют к ней 0,25% Pt-катализатора. Композицию с катализатором выливают в графитовый резервуар, который помещают в печь, имеющую керамическую внутреннюю облицовку. Печь нагревают со скоростью повышения температуры 3°С/мин, пока температура не достигает 2250°С, после чего температуру поддерживают в течение 12 часов. На протяжении всей процедуры нагревания через печь пропускают поток аргона. Полученный SiС имеет чистоту 6 девяток, SiС относится к альфа-типу.

[00378] ПРИМЕР 26

[00379] Поликарбосилоксановую композицию готовят в среде чистого помещения с использованием стеклянной посуды, которая была очищена так, чтобы по существу удалить все потенциальные примеси. Композицию смешивают при комнатной температуре до однородного состояния смешения, и затем добавляют катализатор, и смесь дополнительно перемешивают для распределения катализатора. Затем поликарбосилоксановую композицию перерабатывают в высокочистый SiОС в непрерывном процессе, следующим образом.

[00380] В среде чистого помещения композицию помещают в графитовый контейнер и отверждают до состояния полного отверждения. Без извлечения отвержденного материала из печи, отвержденный материал преобразуют в SiОС. Во время этого нагревания через печь пропускают поток инертного нереакционноспособного газа, например, аргона. Полученный SiОС, образованный из поликарбосилоксана, извлекают из печи. Он может быть промыт, и имеет чистоту около 99,9999 (например, 6 девяток), с уровнями содержания Al и В менее 0,1 ч./млн. SiОС хранят в условиях чистого помещения и согласно инстукциям для защиты его от загрязнения, для последующего использования.

[00381] ПРИМЕР 27

[00382] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом 30% MHF-прекурсора, имеющего молекулярную массу около 800, и 70% TV-прекурсора, полидиметилсилоксан с аллильными концевыми группами, имеющий молекулярную массу около 500, смешивают друг с другом в резервуаре и оставляют на хранение для последующего использования в получении SiОС и SiС. Поликарбосилоксановая композиция имеет хороший срок годности при хранении при комнатной температуре, и прекурсоры не реагировали и не реагируют друг с другом. Поликарбосилоксановая композиция имеет вязкость около 10 cП.

[00383] ПРИМЕР 28

[00384] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом 10% MHF-прекурсора, имеющего молекулярную массу около 800, и 73% фенилэтилполисилоксана с метильными концевыми группами (имеющего 10% фрагментов Х) и с молекулярной массой около 1000, и 16% TV-прекурсора, и 1% прекурсора с концевыми ОН-группами, полидиметилсилоксана с концевыми силанольными (гидроксилсодержащими) группами, имеющего молекулярную массу около 1000, смешивают друг с другом в резервуаре и оставляют на хранение для последующего использования в получении SiОС и SiС. Поликарбосилоксановая композиция имеет хороший срок годности при хранении при комнатной температуре, и прекурсоры не реагировали и не реагируют друг с другом. Поликарбосилоксановая композиция имеет вязкость около 18 cП.

[00385] ПРИМЕР 29

[00386] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом 0-90% MHF-прекурсора, имеющего молекулярную массу около 800, и 0-90% фенилэтилполисилоксана с метильными концевыми группами (имеющего 10% фрагментов Х) и с молекулярной массой около 1000, и 0-30% TV-прекурсора, и 0-30% прекурсора с концевыми винильными группами, полидиметилсилоксана с концевыми аллильными группами, имеющего молекулярную массу около 9400, и 0-20% прекурсора с концевыми ОН-группами, полидиметилсилоксана с концевыми силанольными (гидроксилсодержащими) группами, имеющего молекулярную массу около 800, смешивают друг с другом в резервуаре и оставляют на хранение для последующего использования в получении SiОС и SiС. Поликарбосилоксановая композиция имеет хороший срок годности при хранении при комнатной температуре, и прекурсоры не реагировали и не реагируют друг с другом. Поликарбосилоксановая композиция имеет вязкость около 100 cП.

[00387] ПРИМЕР 30

[00388] С использованием способа типа смешения составляют поликарбосилоксановую композицию. Композицию готовят смешением друг с другом 20-80% MHF-прекурсора, имеющего молекулярную массу около 800, и 0-10% TV-прекурсора, и 5-80% прекурсора с концевыми винильными группами, полидиметилсилоксана с концевыми аллильными группами, имеющего молекулярную массу около, смешивают друг с другом в резервуаре и оставляют на хранение для последующего использования в получении SiОС и SiС. Поликарбосилоксановая композиция имеет хороший срок годности при хранении при комнатной температуре, и прекурсоры не реагировали и не реагируют друг с другом. Поликарбосилоксановая композиция имеет вязкость около 300 cП.

[00389] ПРИМЕР 31

[00390] С использованием способа реакционного типа приготовили прекурсорную композицию с использованием следующего состава. Температуру реакции поддерживали при 61°С в течение 21 часа.

[00391] ПРИМЕР 32

[00392] С использованием способа реакционного типа приготовили прекурсорную композицию с использованием следующего состава. Температуру реакции поддерживали при 72°С в течение 21 часа.

[00393] ПРИМЕР 33

[00394] С использованием способа реакционного типа приготовили прекурсорную композицию с использованием следующего состава. Температуру реакции поддерживали при 61°С в течение 21 часа.

[00395] ПРИМЕР 34

[00396] С использованием способа реакционного типа приготовили прекурсорную композицию с использованием следующего состава. Температуру реакции поддерживали при 61°С в течение 21 часа.

[00397] ПРИМЕР 35

[00398] С использованием способа реакционного типа приготовили прекурсорную композицию с использованием следующего состава. Температуру реакции поддерживали при 61°С в течение 21 часа.

[00399] ПРИМЕР 35

[00400] Со ссылкой на ФИГ. 7, схематически показано изображение в разрезе устройства для выращивания SiС-кристаллов и кристаллических структур. Устройство 700 для осаждения из паровой фазы имеет резервуар 701, который связан (например, термически связан, позиционирован для подачи электромагнитной энергии, имеет намотанными вокруг него) с разнообразными нагревательными элементами, например, 702. Нагревательные элементы предназначены и действуют для создания по меньшей мере двух различных температурных зон, Зоны А, 702а, и Зоны В, 702b. Внутри резервуара 701 находится образованный из полимера керамический материал 703, который представляет собой источник Si и С. Кроме того, внутри резервуара 701 размещается деталь 704 для инициирования роста кристалла.

[00401] Так, в общем, образованный из полимера керамический материал 703 нагревают до температуры в Зоне А 702а, чтобы вызвать сублимацию SiС, как правило, температуры выше, чем около 2000°С. Пары Si С затем поднимаются в температурную Зону В, которая является более холодной, чем Зона А. Пары Si С осаждаются на детали-инициаторе 704.

[00402] Понятно, что схематическое изображение устройства 700 является иллюстрацией в порядке инструкции, весьма упрощено, и что коммерческие и промышленные устройства могут иметь дополнительные компоненты, такие как контрольные системы, мониторы, устройства для обработки газов, и прочие устройства, и также могут иметь различные конфигурации, в настоящее время известные квалифицированным специалистам в этой области технологии, а также новые устройства и конфигурации, которые могут быть основаны, отчасти, на инструкциях этого описания.

[00403] ПРИМЕР 35а

[00404] В устройстве 701 для осаждения из паровой фазы образованного из полимера керамического материала 703 находится высокочистый SiОС. Температуру Зоны А постепенно повышают и поддерживают при заданных температурах для преобразования SiОС и SiС, и затем инициируют сублимацию SiС и формирование кристалла SiС на детали-инициаторе 704.

[00405] ПРИМЕР 35b

[00406] В этом примере деталь-инициатор 704 представляет собой затравочный кристалл, и SiС, который осаждается из образованного из полимера SiС в Зоне А, формирует монокристаллический слиток. Этот слиток затем разрезают с образованием пластин из образованного из поликарбосилоксана SiС.

[00407] ПРИМЕР 35с

[00408] В этом примере деталь-инициатор 704 представляет собой Si-подложку, и SiС из образованного из полимера SiС в Зоне А осаждается на подложку как эпитаксиальный слой образованного из поликарбосилоксана SiС на Si-подложке.

[00409] ПРИМЕР 35d

[00410] В устройстве 701 для осаждения из паровой фазы образованного из полимера керамического материала 703 находится высокочистый SiОС, имеющий чистоту 6 девяток. Температуру Зоны А постепенно повышают и поддерживают при заданных температурах для преобразования SiОС и SiС, и затем инициируют сублимацию SiС и формирование кристалла SiС на детали-инициаторе 704.

[00411] ПРИМЕР 35е

[00412] В устройстве 701 для осаждения из паровой фазы образованного из полимера керамического материала 703 находится высокочистый SiОС, имеющий менее 20 ч./млн Al. Температуру Зоны А постепенно повышают и поддерживают при заданных температурах для преобразования SiОС и SiС, и затем инициируют сублимацию SiС и формирование кристалла SiС на детали-инициаторе 704.

[00413] ПРИМЕР 35f

[00414] В устройстве 701 для осаждения из паровой фазы образованного из полимера керамического материала 703 находится высокочистый SiОС, имеющий менее 20 ч./млн Al. SiС возгоняется с образованием кристалла SiС на детали-инициаторе 704, которая представляет собой затравочный кристалл.

[00415] ПРИМЕР 36

[00416] Устройство 701 для осаждения из паровой фазы представляет собой реактор с горячей стенкой.

[00417] ПРИМЕР 37

[00418] Устройство 701 для осаждения из паровой фазы представляет собой реактор для групповой обработки многочисленных пластин.

[00419] ПРИМЕР 38

[00420] Устройство 701 для осаждения из паровой фазы представляет собой трубообразный реактор с вертикальной горячей стенкой.

[00421] ПРИМЕР 39

[00422] Слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, имеющий длину около 1 дюйма (25,4 мм) и диаметр около 4 дюймов (101,6 мм). Слиток принадлежит к альфа-типу и не содержит микропор. Слиток, имеющий менее 100, менее 10, и предпочтительно ни одной микропоры.

[00423] ПРИМЕР 39а

[00424] Слиток образованного из поликарбосилоксана SiС имеет плотность микропор <10/см², <5/см², <1/см², <0,5/см², и наиболее предпочтительно <0,1/см².

[00425] ПРИМЕР 40

[00426] Из образованного из поликарбосилоксана SiС изготавливают полевой транзистор структуры металл-полупроводник (MESFET). Этот MESFET встраивают в составное полупроводниковое устройство, работающее в частотном диапазоне 45 ГГц.

[00427] ПРИМЕР 41

[00428] Из образованного из поликарбосилоксана SiС изготавливают полевой транзистор структуры металл-полупроводник (MESFET). Этот MESFET встраивают в компонент базовой станции сотовой связи.

[00429] ПРИМЕР 42

[00430] Слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, имеющий длину около 2 дюймов (50,8 мм) и диаметр около 4 дюймов (101,6 мм). Слиток легирован с образованием р-пластин для полупроводникового устройства.

[00431] ПРИМЕР 43

[00432] Слиток образованного из поликарбосилоксана SiС, имеющий длину около 2 дюймов (50,8 мм) и диаметр около 4 дюймов (101,6 мм). Слиток легирован с образованием n-пластин для полупроводникового устройства.

[00433] ПРИМЕР 44

[00434] Со ссылкой на ФИГ. 8, схематически показано изображение в разрезе устройства для выращивания SiС-кристаллов и кристаллических структур. Устройство 800 для осаждения из паровой фазы имеет резервуар 801, который связан с источниками 802 тепла. Источники тепла, и резервуар и источники тепла, могут быть любыми из устройств, представленных в этом описании, или которые известны в технологии. Источники тепла предназначены и действуют для создания по меньшей мере двух различных температурных зон, Зоны А, 802а, и Зоны В, 802b. Внутри резервуара 801 находится образованный из полимера керамический материал 803, который представляет собой источник Si и С. Образованный из полимера керамический материал 803 представляет собой поликарбосилоксан Примера 6, который был отвержден и преобразован в SiС согласно Примеру 14. Кроме того, внутри резервуара 801 размещается деталь 804 для инициирования роста кристалла.

[00435] Так, в общем, образованный из полимера керамический материал 803 нагревают до температуры в Зоне А 802а, чтобы вызвать сублимацию SiС, как правило, температуры выше, чем около 2400°С. Пары Si С затем поднимаются в температурную Зону В, которая является более холодной, чем Зона А. Пары Si С осаждаются на детали-инициаторе 804.

[00436] Понятно, что схематическое изображение устройства 800 является иллюстрацией в порядке инструкции, весьма упрощено, и что коммерческие и промышленные устройства могут иметь дополнительные компоненты, такие как контрольные системы, мониторы, устройства для обработки газов, и прочие устройства, и также могут иметь различные конфигурации, в настоящее время известные квалифицированным специалистам в этой области технологии, а также новые устройства и конфигурации, которые могут быть основаны, отчасти, на инструкциях этого описания.

[00437] ПРИМЕР 45

[00438] Со ссылкой на ФИГ. 9, схематически показано изображение в разрезе устройства для выращивания SiС-кристаллов и кристаллических структур. Устройство 900 для осаждения из паровой фазы имеет резервуар 901, который связан с источниками 902 тепла. Источники тепла, и резервуар и источники тепла, могут быть любыми из устройств, представленных в этом описании, или которые известны в технологии. Источники тепла предназначены и действуют для создания по меньшей мере двух различных температурных зон, Зоны А, 902а, и Зоны В, 902b. Внутри резервуара 901 находится образованный из полимера керамический материал 903, который представляет собой источник Si и С. Образованный из полимера керамический материал 903 представляет собой поликарбосилоксан Примера 7, который был отвержден и преобразован в SiС согласно Примеру 15. Кроме того, внутри резервуара 901 размещается деталь 904 для инициирования роста кристалла.

[00439] Так, в общем, образованный из полимера керамический материал 903 нагревают до температуры в Зоне А 902а, чтобы вызвать сублимацию SiС, как правило, температуры выше, чем около 2500°С. Пары Si С затем поднимаются в температурную Зону В, которая является более холодной, чем Зона А. Пары Si С осаждаются на детали-инициаторе 904.

[00440] Понятно, что схематическое изображение устройства 900 является иллюстрацией в порядке инструкции, весьма упрощено, и что коммерческие и промышленные устройства могут иметь дополнительные компоненты, такие как контрольные системы, мониторы, устройства для обработки газов, и прочие устройства, и также могут иметь различные конфигурации, в настоящее время известные квалифицированным специалистам в этой области технологии, а также новые устройства и конфигурации, которые могут быть основаны, отчасти, на инструкциях этого описания.

[00441] ПРИМЕР 46

[00442] Как представляется, избыточный или добавленный углерод в образованном из поликарбосилоксана SiС-материале действует как интенсификатор спекаемости. Образованный из поликарбосилоксана SiС, имеющий чистоту по меньшей мере около 7 девяток, имеющий от около 0,05% до 0,5% избыточного углерода, формируется в мелких частицах, размером около 0,1 мкм. Эти частицы затем спекаются друг с другом с образованием SiС-изделия. Для формирования твердого SiС-изделия не требуется дополнительный вспомогательный для спекания компонент. Это «спеченное углеродом» изделие является значительно более прочным, чем подобное изделие, которое сформировано с использованием традиционного интенсификатора спекаемости.

[00443] ПРИМЕР 46а

[00444] Образованный из поликарбосилоксана SiС, имеющий чистоту по меньшей мере 7 девяток, образуется в виде мелких частиц, около 0,1 мкм. Затем эти частицы спекаются друг с другом с образованием SiС-изделия. Для формирования твердого SiС-изделия не требуется дополнительный вспомогательный для спекания компонент. Это «самоспекаемое» изделие является существенно более прочным, чем подобное изделие, которое сформировано с использованием традиционного интенсификатора спекаемости.

[00445] ПРИМЕР 47

[00446] Образованный из поликарбосилоксана высокочистый SiС формируют в виде мелких частиц. Размер частиц является достаточно малым, чтобы не влиять на предварительно выбранную длину волны, или диапазон длин волн, света. SiС-частицы спекают друг с другом с образованием оптического элемента, который является прозрачным для света с предварительно выбранной длиной волны.

[00447] ПРИМЕР 48

[00448] Блок образованного из поликарбосилоксана SiС является пористым. Блок поликарбосилоксанового материала предназначен для использования в устройстве для осаждения из паровой фазы.

[00449] ПРИМЕР 49

[00450] Частица образованного из поликарбосилоксана SiС, которая по существу не содержит оксидный слой на ее поверхности.

[00451] ПРИМЕР 50

[00452] Высокотемпературный датчик на основе газочувствительного полевого транзистора из образованного из поликарбосилоксана SiС с полупроводниковым SiС-материалом, имеющим запрещенную зону около 3,2 эВ. Этот датчик способен работать при столь высоких температурах, как 1000°С.

[00453] ПРИМЕР 51

[00454] Двухоперационный диодный тиристор (GTO) с коммутируемым затвором на основе образованного из поликарбосилоксана SiС представляет собой компонент трезфазного преобразователя постояного тока в переменный. Это устройство может обеспечивать напряжение около 1200 В непроводящего в прямом направлении состояния тиристора и регулируемую плотность 500 А/см².

[00455] ПРИМЕР 52

[00456] Частицы образованного из поликарбосилоксана SiС, имеющие средний диаметр менее 0,25 мкм (и предпочтительно около 0,1 мкм или меньше), по существу не содержат оксидный слой на своей поверхности. Частицы SiС готовы к прессованию (RTP), например, они могут быть подвергнуты спеканию с образованием пространственной формы с минимальным применением интенсификаторов спекаемости, и предпочтительно без необходимости в интенсификаторах спекаемости. «Самоспекаемое» SiС-изделие является существенно более прочным, чем подобное SiС-изделие, которое сформировано с использованием интенсификаторов спекаемости.

[00457] ПРИМЕР 52а

[00458] Частицы SiС Примера 52, в которых частицы образованного из поликарбосилоксана высокочистого SiС имеют чистоту по меньшей мере 5 девяток, спекают с образованием SiС-оптического устройства.

[00459] ПРИМЕР 52b

[00460] Частицы SiС Примера 52, в которых частицы образованного из поликарбосилоксана высокочистого SiС имеют чистоту по меньшей мере 3 девятки, спекают с образованием SiС-пластины.

[00461] ПРИМЕР 52с

[00462] Частицы SiС Примера 52, в которых частицы образованного из поликарбосилоксана высокочистого SiС имеют чистоту по меньшей мере 7 девяток, спекают с образованием SiС-пластины, предпочтительно без применения интенсификаторов спекаемости.

[00463] ПРИМЕР 53

[00464] Прекурсорную композицию приготовили с использованием полимеризации 20 г тетравинилтетраметилциклотетрасилоксана с 0,5% пероксидного катализатора Luperox 231. Композицию отвердили при температуре 115°С в течение 60 минут. Отвержденный полимер преобразовали в SiС при температуре 1675°С. Измеренная конечная плотность составляла 3,2 г/см³.

[00465] ПРИМЕР 54

[00466] 200 г тетравинилтетраметилциклотетрасилоксана очистили дистилляцией перед применением. Прекурсорную композицию приготовили с использованием 20 г перегнанного тетравинилтетраметилциклотетрасилоксана, и добавили 0,5% катализатора Luperox 231. Композицию отвердили при температуре 115°С в течение 60 минут. Отвержденный полимер преобразовали в SiС при температуре 1675°С. Измеренная конечная плотность составляла 3,2 г/см³.

[00467] ПРИМЕР 55

[00468] Прекурсорную композицию приготовили с использованием 2 г MH и 18 г TV. Добавили 0,5% Luperox 231, а также 2 ч./млн Pt-катализатора. Композицию отвердили при температуре 115°С в течение 60 минут. Отвержденный полимер преобразовали в SiС при температуре 1675°С. Измеренная конечная плотность составляла 3,2 г/см³.

[00469] ПРИМЕР 56

[00470] Прекурсорную композицию приготовили с использованием 99% MH и 1% раствора Pt-катализатора (10 ч./млн). Композицию отвердили при температуре 115°С в течение 60 минут, и подвергли пиролизу при температуре 1000°С в течение 2 часов.

[00471] ПРИМЕР 57

[00472] К поликарбосилоксановым композициям Примеров 1-3 добавляют пероксидный катализатор, и эти содержащие катализатор композиции добавляют по каплям (например, с падением капель композиции внутрь) в нагретую до 50-120°С баню с горячей водой для отверждения композиции. Продолжительность выдерживания в бане с горячей водой составляла около 1-2 минут. Отвержденные каплевидные структуры затем подвергли пиролизу при температуре 950°С в течение около 60 минут. Подвергнутые пиролизу структуры представляли собой полые сферы с плотностями менее, чем около 1 г/см³, с диаметрами от около 60 микрон (мкм) до около 2 мм, и величинами прочности на раздавливание около 0,5-2 ksi (3,45-13,8 МПа). Эти полые сферы затем размалывают до частиц с размером менее 1 микрона (мкм).

[00473] ПРИМЕР 58

[00474] К каждой из поликарбосилоксановых смесей Примеров 4-10 добавляют 10 ч./млн платинового катализатора, и эти содержащие катализатор смеси прикапывают на тарелку с образованием капель, и отверждают в термостате с циркуляцией воздуха при температуре около 125°С в течение около 30 минут. Отвержденные каплевидные структуры представляли собой слегка некруглые бусинки с плотностями около 1,1-1,7 г/см³, диаметрами от около 200 микрон (мкм) до около 2 мм, и величинами прочности на раздавливание около 3-7 ksi (20,7-48,3 МПа).

[00475] ПРИМЕР 59

[00476] Содержащую пероксидный катализатор поликарбосилоксановую смесь добавляют в водяную баню с температурой 50-95°С при интенсивном перемешивании, и предпочтительно в присутствии поверхностно-активного вещества, который более предпочтительно не представляет собой загрязняющую примесь. Затем предварительно отвержденные бусинки субмикронного размера (например, <1 мкм), которые сформировались в водяной бане, извлекают из водяной бани. Затем предварительно отвержденные бусинки отверждают, подвергают пиролизу и преобразуют в SiС.

[00477] ПРИМЕР 60

[00478] Содержащую пероксидный катализатор поликарбосилоксановую смесь добавляют в водяную баню с температурой 50-95°С при интенсивном перемешивании, и предпочтительно в присутствии поверхностно-активного вещества, который более предпочтительно не представляет собой загрязняющую примесь. Затем предварительно отвержденные бусинки субмикронного размера (например, <1 мкм), которые сформировались в водяной бане, извлекают из водяной бани. Затем предварительно отвержденные бусинки могут быть удалены из воды или оставлены в воде, для последующего использования, например, преобразования в SiС.

[00479] ПРИМЕР 61

[00480] Содержащую пероксидный катализатор поликарбосилоксановую смесь из Примеров 1-13 добавляют в водяную баню с температурой 80°С при интенсивном перемешивании, и предпочтительно в присутствии поверхностно-активного вещества, который более предпочтительно не представляет собой загрязняющую примесь. Затем предварительно отвержденные бусинки величиной 2 мкм, которые сформировались в водяной бане, извлекают из водяной бани. Затем предварительно отвержденные бусинки отверждают и подвергают пиролизу.

[00481] ПРИМЕР 62

[00482] Содержащую платиновый катализатор поликарбосилоксановую смесь из Примеров 1-13 добавляют в водяную баню с температурой 100°С при перемешивании. Затем предварительно отвержденные бусинки величиной 2 мм, которые сформировались в водяной бане, извлекают из водяной бани. Затем предварительно отвержденные бусинки отверждают, подвергают пиролизу и преобразуют в SiС.

[00483] ПРИМЕР 63

[00484] Содержащую пероксидный катализатор поликарбосилоксановую смесь добавляют в водяную баню с температурой 50-95°С при интенсивном перемешивании, и предпочтительно в присутствии поверхностно-активного вещества, который более предпочтительно не представляет собой загрязняющую примесь. Затем предварительно отвержденные бусинки величиной 5 мкм (например, <1), которые сформировались в водяной бане, извлекают из водяной бани. Затем предварительно отвержденные бусинки отверждают, подвергают пиролизу и преобразуют в SiС.

[00485] ПРИМЕР 64

[00486] Содержащую пероксидный катализатор поликарбосилоксановую смесь добавляют в водяную баню с температурой 95°С при интенсивном перемешивании, и предпочтительно в присутствии поверхностно-активного вещества, который более предпочтительно не представляет собой загрязняющую примесь. Затем предварительно отвержденные бусинки, которые сформировались в водяной бане, извлекают из водяной бани. Затем предварительно отвержденные бусинки могут быть удалены из воды или оставлены в воде, для последующего использования, например, преобразования в SiС.

[00487] ПРИМЕР 65

[00488] Содержащую пероксидный катализатор поликарбосилоксановую смесь из Примеров 1-13 добавляют в водяную баню с температурой 80°С при интенсивном перемешивании, и предпочтительно в присутствии поверхностно-активного вещества, который более предпочтительно не представляет собой загрязняющую примесь. Затем предварительно отвержденные бусинки величиной 2 мкм, которые сформировались в водяной бане, извлекают из водяной бани. Затем предварительно отвержденные бусинки отверждают, подвергают пиролизу и преобразуют в SiС.

[00489] ПРИМЕР 66

[00490] Содержащую платиновый катализатор поликарбосилоксановую смесь из Примеров 1-13 добавляют в водяную баню с температурой 100°С при перемешивании. Затем предварительно отвержденные бусинки величиной 2 мм, которые сформировались в водяной бане, извлекают из водяной бани. Затем предварительно отвержденные бусинки отверждают, подвергают пиролизу и преобразуют в SiС.

[00491] ПРИМЕР 67

[00492] Частицы образованного из поликарбосилоксана SiС, имеющие средний диаметр около 0,4 мкм, по существу не содержат оксидный слой на своей поверхности. Частицы SiС готовы к прессованию (RTP), например, они могут быть подвергнуты спеканию с образованием пространственной формы с минимальным применением интенсификаторов спекаемости, и предпочтительно без необходимости в интенсификаторах спекаемости.

[00493] ПРИМЕР 68

[00494] Частицы образованного из поликарбосилоксана SiС, имеющие средний диаметр около 0,6 мкм, по существу не содержат оксидный слой на своей поверхности. Частицы SiС готовы к прессованию (RTP), например, они могут быть подвергнуты спеканию с образованием пространственной формы с минимальным применением интенсификаторов спекаемости, и предпочтительно без необходимости в интенсификаторах спекаемости.

[00495] ПРИМЕР 69

[00496] Частицы образованного из поликарбосилоксана SiС, имеющие средний диаметр от около 0,4 до 0,6 мкм, по существу не содержат оксидный слой на своей поверхности. Частицы SiС готовы к прессованию (RTP), например, они могут быть подвергнуты спеканию с образованием пространственной формы с минимальным применением интенсификаторов спекаемости, и предпочтительно без необходимости в интенсификаторах спекаемости.

[00497] ПРИМЕР 70

[00498] Формируют противоударный защитный экран с использованием одного или многих слоев образованного из поликарбосилоксана высокочистого карбида кремния, спеченного с образованием листового материала. Слои образованного из поликарбосилоксана карбида кремния присоединяют к подложке. Слои являются армированными и могут быть сделаны такими с переменными конфигурациями переплетения между слоями. Композитные слоистые структуры обеспечивают защиту от ударных волн, пуль и взрывов. Этот экран может весить меньше, чем традиционные экраны и броня, в то же время обеспечивая равную или лучшую защиту.

[00499] ПРИМЕР 71

[00500] Формируют противоударный защитный экран с использованием одного или многих слоев образованного из поликарбосилоксана высокочистого карбида кремния, имеющего чистоту 6 девяток, без кислорода, и частицы величиной 0,1 микрона (мкм) спекают без необходимости в интенсификаторе спекаемости с образованием листового материала. Листы из образованного из поликарбосилоксана карбида кремния используют в качестве компонента противоударного защитного экрана. Он может быть применен для персонального бронежилета и брони транспортного средства.

[00501] ПРИМЕР 72

[00502] Баллистическая композитная структура имеет 12 слоев из стеклоткани с удельным весом 1200 г/квадратный метр, 20 слоев однонаправленного углеродного волокна, ориентированного на 0,45-45,90 в 5 секциях с образованием 20 слоев, и 1 слоя образованного из поликарбосилоксана карбида кремния в качестве лицевого листа. Стеклоткань может быть соединена между собой с использованием поликарбосилоксановой смеси и с горячим прессованием при температуре 150-160°С в течение 1-2 часов и минимальным давлением 500 psi (3,44 МПа) с образованием стекловолоконной пластины. 20 слоев ткани из углеродного волокна могут быть соединены друг с другом с образованием пластины из углеродного волокна. Стекловолоконную пластину, пластину из углеродного волокна и лист образованного из поликарбосилоксана карбида кремния соединяют в одну стадию с использованием поликарбосилоксановой смеси как связующего материала между листом карбида кремния и пластиной из углеродного волокна, и между пластиной из углеродного волокна и стекловолоконной пластиной.

[00503] ПРИМЕР 73

[00504] Сверхчистый SiОС из композиций, представленных в этом описании, и имеющий чистоту по меньшей мере около 5 девяток, и предпочтительно около 6 девяток, используют для изготовления прозрачных SiОС-изделий в процессах, раскрытых и описанных в Патенте США № 5,180,694, полное описание которого включено здесь ссылкой.

[00505] ПРИМЕР 74

[00506] Сверхчистый SiОС из композиций, представленных в этом описании, и имеющий чистоту по меньшей мере около 5 девяток, и предпочтительно около 6 девяток, используют для получения SiОС-слоев и покрытий на изделиях и в процессах, раскрытых и описанных в Патенте США № 8,981,564.

[00507] ПРИМЕР 75

[00508] Сверхчистый SiОС из композиций, представленных в этом описании, и имеющий чистоту по меньшей мере около 5 девяток, и предпочтительно около 6 девяток, используют для получения SiОС-слоев и покрытий на изделиях и в процессах, раскрытых и описанных в Патенте США № 8,778,814.

[00509] Следует отметить, что нет необходимости рассматривать или обсуждать теорию, лежащую в основе новых и новаторских способов, материалов, характеристик или прочих благоприятных признаков и свойств, которые являются предметом вариантов осуществления настоящих изобретений или связаны с ними. Тем не менее, разнообразные теории приведены в этом описании для дополнительного развития технологии в этой области. Эти теории предлагаются в этом описании, и если определенным образом не оговаривается иное, никоим образом не ставят пределы, не ограничивают или не сужают область защиты, требуемую для заявленных изобретений. Эти теории по большей части не требуются или не практикуются для использования настоящих изобретений. Кроме того, понятно, что настоящие изобретения могут вести к новым, и до сих пор неизвестным теориям для объяснения функциональных признаков вариантов исполнения способов, изделий, материалов, устройств и систем в настоящих изобретениях; и такие разработанные впоследствии теории не должны ограничивать область защиты, требуемую для настоящих изобретений.

[00510] Разнообразные варианты исполнения композиций, маточных смесей, материалов, составов, устройств, систем, установкок, технологических действий и способов, изложенные в этом описании, могут быть использованы в разнообразных областях, где находят применение SiС и Si, а также в других областях, где применение SiС, Si и обоих из них было неэффективным (по соображениям либо стоимости, либо работоспособности, или ввиду обоих факторов). Кроме того, эти разнообразные варианты исполнения, изложенные в этом описании, могут быть применены в различных и многообразных сочетаниях друг с другом. Так, например, конфигурации, приведенные в разнообразных вариантах исполнения в этом описании, может быть использованы друг с другом; и область защиты, требуемая для настоящих изобретений, не ограничивается одними конкретными вариантом исполнения, конфигурацией или компоновкой, которые описаны в конкретном варианте исполнения, примере или в варианте исполнения в конкретной Фигуре.

[00511] Изобретения могут быть исполнены в других формах, нежели те, которые конкретно раскрыты здесь, без выхода за пределы их смысла или существенных характеристик. Описанные варианты исполнения должны рассматриваться во всех отношениях только как иллюстративные, и неограничивающие.

Реферат

Изобретения относятся к химической и полупроводниковой промышленности. Объединяют первую жидкость, включающую кремний, углерод и кислород, со второй жидкостью, содержащей углерод. Получают поликарбосилоксановую прекурсорную композицию, имеющую молярную долю углерода от около 30% до 85%, кислорода - от около 5% до 40% и кремния - от около 5% до 35%. После отверждения этой композиции получают материал состава SiOC, который конвертируют в SiС сверхвысокой чистоты в виде гранул, объединяют их с образованным из полимера керамическим прекурсором и спекают при температуре выше 1200°С. Полученную таким образом структуру из SiC помещают в устройство для осаждения из паровой фазы и формируют слиток из монокристаллического SiC. Слиток можно разрезать на пластины, разрезать и протравить с получением полупроводника или полевого транзистора структуры металл-полупроводник. Изделие содержит карбид кремния сверхвысокой чистоты, по меньшей мере 99,9999%, при этом общее содержание примесей, выбранных из Al, Fe, B, P, Pt, Ca, Mg, Li, Na, Ni, V, Ti, Ce, Cr, S и As, составляет менее 1 ч./млн. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 18 табл., 10 ил., 75 пр.

Формула