生产低氧化硅、二氧化硅和/或碳化硅平面平行结构的方法,采用这些方法获得的平面平行结技术

本申请叙述了采用ＰＶＤ方法生产的产品，该产品由厚度２０－２０００ｎｍ尺寸小于１ｍｍ的薄平面平行结构组成。生产是采用气化器使低氧化硅在经过的载体上发生缩合进行的。载体在低氧化硅缩合前，采用可溶性的无机或有机分离剂以ＰＶＤ方法预涂覆。所有的步骤，包括通过溶解分离产品的步骤在内，都可以在不同的地点连续和同时进行。作为最终步骤，可以在含氧气体中在大气压和温度高于２００℃下，将ＳｉＯ↓［ｙ］氧化成ＳｉＯ↓［２］，也可以在含碳的气体中在５００－１５００℃下，在平面平行结构的表面上将ＳｉＯ↓［ｙ］转化成ＳｉＣ。采用这种方法生产的产品具有厚度非常均匀的特点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
,采用这些方法获得的平面平 ...的制作方法
本专利技术涉及生产低氧化硅、二氧化硅和/或碳化硅平面平行结构(plane-parallel structures)的方法，和采用这些方法获得的平面平行结构和它们的应用。低氧化硅(SiOy)被理解为硅与氧的组合或化合物，其中氧的含量不足以完全地氧化硅。在本专利申请的正文中，规定低氧化硅一词也包括一氧化硅(即SiO或SiOy，其中y＝1)。采用二氧化硅平面平行结构作为催化剂载体，按照已知的方法应用在化学上，可以对催化剂材料获得大的活性表面面积，同时按单位面积一般具有较低的重量0.1-1.0g/m2。所述的平面平行结构在表面涂料工业领域得到进一步应用，在该领域中，希望混用的无色结构尽可能具有与表面涂料相同的折射率，以改善表面涂层的耐磨性能。另一些应用是低欧姆导电的表面涂料，在这种情况下，平面平行结构进一步涂覆高电导率的金属。它们也适合作为其它涂料的载体。已经知道采用PVD方法将二氧化硅直接气相沉积在表面上。为此，在几乎所有的情况下，为了避免液态二氧化硅与要求气化温度1700-1900℃的坩埚材料发生化学反应，使用水冷却铜坩埚的电子束进行的气化。其实例可以在US-5 792 550中找到，也可以在US-3 438 796中找到以氧化铝和氧化硅双层的形式改善包装膜的阻挡层性能。根据后者的说明书，采用SiO2直接气化的方法生产包括铝和SiO2多层复合物的有色结构，根据其中的实施例II和III，SiO2层位于空气界面的表面上，起保护层的作用。US 6 150 022也叙述了在铝两侧上的SiO2保护层，随后采用溶解的方法将这个三层的复合物分离，破裂成小的碎片。在打印墨水和具有高反射率的表面涂料中使用这些碎片。有时使用透明的玻璃颗粒作为添加剂，将其与表面涂料混合，提高它们的表面硬度和耐磨性能。按照US 4 985 380，从二氧化硅、氧化硼、和氧化铝的熔融混合物获得熔融形式的玻璃。根据其专利说明书，根据一种与生产肥皂泡相似的方法，由熔融的玻璃吹制直径1-5cm的薄壁球体。然后将球体冷却，打破，和磨碎，用作表面涂料的添加剂。生产的艰苦方式和获得的约2μm玻璃颗粒不均匀的壁厚，限制了所述方法的应用。US 6 342 272宣称使用的粉末包括二氧化硅、玻璃、云母、和其它保护层材料，采用热喷洒方法将它们加到合成树脂涂料中。这种方法需要二层聚合物和一层所述的无机材料。这种方法不适合应用在大的面积上。采用已知的溶胶方法生产的ORMOCER产品，由无机-有机混合聚合物组成，根据Fraunhofer Silicatforschung的资料，它也适合提高表面涂料的耐磨性能。然而，它们不能形成平面平行的单纯无机结构，而是生成硅醇盐网络。生产方法是不连续的，不能控制颗粒的厚度。根据US 5 312 701的类似方法，采用由勃姆石、TEOS(有机硅化合物)、硼酸、和α-氧化铝组成的溶胶固化的方法，以湿法生产平面平行的陶瓷结构。形成包含SiO2的平面平行结构，厚度为1-15μm。其中提到应用它们作为耐磨表面涂料的填料。这种方法需要的时间长，根据实施例8，必须搅拌3天，然后进行冻干，并在1300℃下烘烤3h。这种方法不能准确地控制厚度，而且是不连续的方法。按照US 3 123 498和4 168 986，还知道首先在载体上气相沉积盐层，然后在相同的真空度下直接在顶上沉积产品层，可以生产小面积的平面平行结构。然后使载体与水接触，在产品层下面的盐层溶解，产品层破裂成小的平面平行结构。进一步加工获得的悬浮液，可以分离平面平行结构。在这种方法中，是重要的平面平行结构本身不溶解在所使用的溶剂中。不用盐类，也可以使有机材料气化。当它们溶解在有机溶剂中时，在它们顶上的产品层就破裂成小的平面平行结构。它们的实例包括WO00/62943和US 5 811 183。所述的材料是蜜胺、三嗪、硅化或氟化的丙烯酸单体。在US 5 811 183中将类似的有机单体称作能被气相沉积的分离剂层。DE 4 342 574和US 5 239 611叙述了一氧化硅的气化，以便在塑料膜上获得阻挡层涂层，如W.Nassel所著“涂覆SiO膜的生产、性质、加工、和应用”(“关于膜真空涂覆的第七次国际会议论文集(Proceedingsof 7thinternational Conference on Vacuum Web Coating)”(ISBN 0-939997-15-0))。一氧化硅的优点是，它不与高温金属的坩埚材料反应，或只发生轻微的反应，它在真空中在1450℃下每单位时间已经大量地气化，它能从耐热来源非常迅速地气化。然而，这些层固有的颜色是SiO典型的棕黄色，这对许多应用是不希望的。机械强度比SiO2低。在EP 0 608 388 B1中，叙述了不需要使用PVD方法生产SiO2平面平行结构的另一种方法。将液态的水玻璃膜施加到无端的塑料带上，干燥，用酸处理，再次干燥，用机械方法与带分离，洗涤，然后烘干。与下面叙述的本专利技术相比，这种方法的缺点是，和PVD方法一样，不能将产品的层厚度准确地控制到几纳米。此外，还需要采取措施防护形成的酸蒸气，塑料带也必需相当频繁地更换，因为其表面在生产过程中被磨损。从现有技术也知道，在空气中加热到400℃以上，可以将气相沉积的SiO层完全转化成SiO2。所述的氧化转化在涂覆的制品例如玻璃或陶瓷的情况下是可行的，但在塑料的情况下则不可行。对其的解决办法是，使一般都知道的约10-2Pa的SiO活性蒸气与氧同时进入气化室中。然而，这是在每秒几毫克极慢的气化速率下才是可能的，要以工业规模生产SiO2平面平行结构，这就太低了。计算表明，在活性蒸气的情况下，将1mol SiO氧化成SiO2需要加入至少16g氧(＝1/2mol)，这相当于在10-2Pa下11.2×107l的气体量。为了达到所述的目的，气化速率必需至少2.2g/s SiO(0.05mol)，这相当于每秒钟加入至少5.6百万升在10-2Pa下的氧气。因为不是每个氧分子都与SiO分子反应，所以过量的氧必须连续地泵送出去，这超出了甚至是最大PVD装置的技术可能性。由于实践的原因，不可能采用在载体本身上的热氧化，也不可能在氧存在下采用低氧化硅活性蒸气进行旨在生产无色透明SiO2平面平行结构的氧化，正如下面详细解释的，根据本专利技术，热氧化被推迟到较后的步骤进行，这些步骤与技术上可行的气相沉积速率无关。Setiowati和Kimura在“从一氧化硅和甲烷合成碳化硅粉末”(美国陶瓷学会杂志(Journal of the American Ceramic Soc.)，80(3)卷，1997，757-760页)中叙述了在温度1400-1600℃下从反应气体SiO和CH4生产SiC的纳米粉末和所谓的晶须。根据US 5 618 510，通过在800-2000℃与SiO蒸气反应，将碳纤维完全转化成SiC纤维。然而，这两种方法都不适合从它们的表面开始将SiO2平面平行结构至少部分地转化成碳化硅。本专利技术的问题是提供以工业量生产低氧化硅、二氧化硅、和/或碳化硅平面平行结构的方法，获得的平面平行结构厚度为20-2000nm、和长度和宽度尺寸都小于0.2mm的平面平行结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产ＳｉＯ↓［ｙ］平面平行结构的方法，其中０．９５≤ｙ≤１．８，优选１．１≤ｙ≤１．８，该方法包括下列步骤：ａ）在可移动的载体上气相沉积一种分离剂，产生一层分离剂层，ｂ）在所述分离剂层上气相沉积一种ＳｉＯ↓［ｙ］层， ｃ）将所述分离剂层溶解在一种溶剂中，ｄ）将ＳｉＯ↓［ｙ］与溶剂分离，在这种方法中，在步骤ｂ）中的ＳｉＯ↓［ｙ］层是由气化器气相沉积的，所述气化器的装料包括Ｓｉ和ＳｉＯ↓［２］的混合物、ＳｉＯ↓［ｙ］、或它们的混合物，Ｓｉ 与ＳｉＯ↓［２］的重量比例优选０．１５∶１－０．７５∶１，尤其是包含化学计算量的Ｓｉ和ＳｉＯ↓［２］的混合物，而步骤ｃ）是在压力高于步骤ａ）和ｂ）但低于大气压的压力下进行的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H维纳特，P布亚德，R海恩茨，
申请(专利权)人：西巴特殊化学品控股有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]