硅组合物、用该组合物制备陶瓷制品的方法及所得陶瓷制品技术

本发明专利技术提供含至少１５ｗｔ％水解的硅化合物和至少３ｗｔ％粘合剂材料的硅组合物。该硅组合物用于制造陶瓷。水解的硅化合物可例如是通过水解较高沸点的有机卤代硅烷而生产的凝胶，其中所述较高沸点的有机卤代硅烷是在通过直接法制造有机卤代硅烷或卤代硅烷中生产的。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Silicon composition, method for producing ceramic product using the composition, and ceramic product obtained

The present invention provides a silicon composition containing at least 15wt% hydrolytic silicon compound and at least 3wt% binder material. The silicon composition is used in the manufacture of ceramics. The hydrolysis of silicon compounds such as is produced by hydrolysis of high boiling point organic halogenated silane gel, wherein the organic halide the higher boiling chlorosilanes are produced in the manufacture of organic halogenated silane or halogen silane in the generation by direct method.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含水解的硅化合物的硅组合物，和它在陶瓷制造中的用途。
技术介绍
有机卤代硅烷、烷氧基硅烷、卤代硅烷和尤其是甲基氯代硅烷是生产硅氧烷聚合物的结构单元。商业上通过所谓的“直接法”，任选地在催化剂存在下，使硅金属与有机卤化物或氯化氢反应生产有机卤代硅烷和卤代硅烷。直接法是本领域公知的，且例如在US-A-2380995中被公开。例如，在通过直接法商业生产甲基氯代硅烷中，在200℃至500℃的温度下，在催化剂存在下，通过在流化床内流过氯代甲烷气体，使硅粉流化，从而使微细的硅金属粉末与氯代甲烷反应。除了甲基氯代单硅烷和/或氯代单硅烷之外，由硅金属生产有机硅化合物或卤化硅的直接法和其它方法还产生较高沸点的硅化合物，特别是较高沸点的卤代硅烷，这些是化学活性物质。一旦与直接法的其它反应产物相分离，这些较高沸点的硅化合物可水解，获得凝胶固体混合物，下文称为“硅氧烷凝胶”，它是水解的硅化合物的混合物。例如在US-A-4408030、US-A-4690810和US-A-5876609中公开了生产这种固体或粒状硅氧烷凝胶的方法。本专利技术者现已发现一种将硅氧烷凝胶或其它水解的硅化合物加工成证明具有改进的物理和/或物理化学性能的陶瓷制品的有效方式。专利技术概述根据本专利技术的第一方面，提供一种硅组合物，它包括25-95wt％的硅氧烷凝胶和3-75wt％的粘合剂材料，所述硅氧烷凝胶的主要组分是水解的二硅烷。根据本专利技术的第二方面，提供一种硅组合物，它包括15-80wt％的水解的硅化合物，3-75wt％的粘合剂材料，和10-70wt％可与该水解化合物反应但不起粘合剂作用的固体试剂。本专利技术还包括制造陶瓷制品的方法，该方法包括使这种硅组合物成型，形成预陶瓷制品，和在升高的温度下焙烧该制品，而且还包括由此生产的陶瓷制品。本专利技术还包括在含粘土和氧化铝的预陶瓷组合物中水解的硅化合物作为添加剂的用途，其中在1450℃的温度下，焙烧所述预陶瓷组合物，形成能保持其形状的陶瓷制品。专利技术详述此处所使用的“粘土”以它在字典里的定义给出，即它指各种形式的水合硅铝酸盐，例如通式nAl2O3.mSiO2.xH2O的那些水合硅铝酸盐，其中x是水合度。此处所使用的“陶瓷”以它通常的定义给出，即在诸如泥土原材料和/或金属氧化物之类的材料上，通过热(称为焙烧)的作用制造的硬且发脆的产品。水解的硅化合物优选在有机硅材料或卤代硅烷的制造中生产的较高沸点的有机卤代硅烷的水解产物，例如通过水解在直接法的产品中的较高沸点的硅化合物而生产的硅氧烷凝胶。生产硅氧烷凝胶的典型步骤包括用碱例如石灰溶液中和(水解)较高沸点的硅化合物，降低其反应性并脱水，从而导致凝胶固体混合物。如此生产的硅氧烷凝胶的精确组成可以不同，典型地硅氧烷凝胶的主要组分是水解的二硅烷，也就是说，在硅氧烷凝胶内二硅烷的含量大于50％，例如60-80wt％。硅氧烷凝胶也可含有亚甲基硅烷，也就是说含有＞Si-CH2-Si＜部分的化合物。硅氧烷凝胶的其余部分包括各种材料，典型地包括铁、硅金属、铜、有机材料和盐(例如氯化钙)。硅氧烷凝胶可以以其被生产的形式使用或以例如可通过分离未胶凝固体和/或通过除去盐而改性的形式使用。可在较高沸点的硅化合物水解之前，将它们过滤，这将除去衍生于直接法反应容器的未胶凝固体材料如硅金属、铁和铜。可在硅氧烷凝胶形成之后洗涤硅氧烷凝胶，以除去至少部分可溶盐如氯化钙。洗涤步骤可与进一步的分离步骤结合，以除去重的矿物相，例如可在离心机中进行洗涤步骤。在赋予陶瓷改进的物理和物理化学性能方面，呈凝胶形式的水解的硅化合物通常最有效。与未改性的凝胶/固体混合物相比，未胶凝的固体和盐已从其中分离的改性凝胶可通常以较低含量使用，获得同样的陶瓷耐热性，和可形成更好物理性能的陶瓷。也可用其它方法生产包括二硅烷在内的较高沸点的硅化合物，例如在铜存在下由硅和甲醇制造三甲氧基硅烷和四甲氧基硅烷的称为Direct TMS的方法。如上所述优选采用脱水法，水解来自该方法的较高沸点的硅化合物流，产生适用于本专利技术的水解的硅化合物。此处除非另有说明，所有组分的wt％是硅组合物(焙烧之前)或陶瓷组合物(根据具体情况而定)总重量的重量百分数。组分的wt％是指该组分的干重，除非另有说明。在焙烧之前，对于在硅组合物内的硅氧烷凝胶和其它水解的硅化合物给出的wt％是水合硅氧烷凝胶材料的重量百分数，所述水合硅氧烷凝胶典型地含有约40-50wt％的水。水解的硅化合物(例如硅氧烷凝胶)在硅组合物内的含量可从约15wt％，优选从25wt％一直变化到约95，优选一直到80wt％。例如，水解的硅化合物的存在量可以是硅组合物的至少40或50wt％。粘合剂材料通常是改进硅组合物各成分粘接的材料。优选粘合剂材料与水解的硅化合物反应。能中和卤代硅烷的材料通常与硅氧烷凝胶在一定程度上反应。合适的粘合剂材料包括粘土和金属氢氧化物，例如氢氧化铝或氢氧化镁。粘合剂材料在硅组合物内的含量可从约3wt％变化到约75wt％，这取决于所使用的特定粘合剂材料和在由硅组合物制造的陶瓷制品内所需的性能。优选硅组合物含有至少5wt％，优选至少10wt％的粘合剂材料。特别有用的粘合剂材料是粘土。合适的粘土可以以3-75wt％，优选3-30wt％，更优选5-25wt％，和仍更优选5-20wt％存在于硅组合物内。在本专利技术中，适合用作粘合剂的通常已知的粘土的实例包括漂白土、膨润土、高岭土(陶土)、蒙脱土和硅藻土。优选富氧化铝的粘土。这些粘土通常与水解的硅化合物反应。当粘土作为粘合剂材料存在时，在硅组合物内的湿硅氧烷凝胶或类似的水解的硅化合物与干燥粘土的重量比范围合适地为30∶1到1∶2，优选20∶1到1∶2，更优选10∶1到2∶1。硅组合物可另外含有与水解的硅化合物反应但不起粘合剂作用的固体试剂。当粘合剂材料不与水解的硅化合物反应时，强烈优选存在这种固体试剂，和在许多情况下，甚至当粘合剂材料与水解的硅化合物反应时，优选存在这种固体试剂。这种固体试剂的实例是金属氧化物。优选的金属氧化物是氧化铝(Al2O3)；氧化锆、氧化钛或氧化镁是替代物。可供替代的固体试剂是金属盐，如碳酸锆、硝酸锆或碳酸镁。与水解的硅化合物反应但不起粘合剂作用的固体试剂优选以至少10wt％，特别地10-70wt％存在于硅组合物内。氧化铝例如可以以约20-70wt％，优选30-50wt％存在于硅组合物内。硅组合物可例如包括至少25，特别地25-70wt％的水解的硅化合物，至少10wt％，特别地10-55wt％的粘合剂材料，和至少20wt％，特别地20-65wt％可与水解的硅化合物反应但不起粘合剂作用的固体试剂。也可存在其它额外的组分。特别地，可存在将硅组合物转化成有用的陶瓷中可用的组分或给由此形成的陶瓷上赋予有用特征的组分。有用的额外组分包括下述(i)压制助剂，它例如在硅组合物的挤出中辅助降低所要求的压力。有用的压制助剂包括润滑固体材料，例如石墨、脂肪酸或硬脂酸铝。压制助剂合适地以0.01-0.5wt％的用量存在于硅组合物中。(ii)“开放(openiong)剂”，它辅助干燥由硅组合物制造的陶瓷制品。诸如氧化铝之类的固体试剂通常具有这种性能，但硅组合物可选择性地或另外含有非反应性开放剂。有用的开放剂包括例如氧化硅，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅组合物，它包含２５－９５ｗｔ％硅氧烷凝胶和３－７５ｗｔ％的粘合剂材料，所述硅氧烷凝胶的主要组分是水解的二硅烷。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H德梅斯，H法肯勒，
申请(专利权)人：陶氏康宁公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]