[0001] Aus der US Re. 31447 und US 4,446,169 ist bekannt, Schutzüberzüge auf Basis von Siliciumcarbid
aus Polysilanen herzustellen.
[0002] Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung einer thermisch und chemisch beständigen
Beschichtung mit einer Dicke von 5-2000 um auf metallischen und nichtmetallischen
Oberflächen.
[0003] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schutzüberzuges
auf Basis von Siliciumcarbid mit einer Dicke von 5-2000 um, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß ein Copolymer, erhältlich durch Umsetzung mindestens eines Disilans der Formel

worin R gleiche oder verschiedene einwertige Alkyl-, Alkenyl- oder Arylgruppen und
R
1 gleiche oder verschiedene, einwertige Alkylgruppen bedeutet, gegebenenfalls im Gemisch
mit einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat, mit mindestens einer Verbindung der
Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und R
2 die Methoxygruppe bedeutet oder die gleiche Bedeutung wie R hat, in Gegenwart von
mindestens einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und M ein Alkalimetall bedeutet, und
einer Verbindung der Formel

worin R
1 die oben dafür angegebene Bedeutung hat, R
3 gleiche oder verschiedene Alkenylgruppen bedeutet, x innerhalb des Bereiches von
0,5-1,5, y innerhalb des Bereiches von 3-5 und n innerhalb des Bereiches von 500-2000
liegt, auf das zu schützende Substrat aufgebracht wird und unter inerter Atmosphäre
oder im Vakuum bei Temperaturen im Bereich von 700-1400 ° C umgesetzt wird.
[0004] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Copolymer,
erhalten durch Umsetzung mindestens eines Disilans der Formel

worin R gleiche oder verschiedene einwertige Alkyl-, Alkenyl-oder Arylgruppen und
R
1 gleiche oder verschiedene, einwertige Alkylgruppen bedeutet, gegebenenfalls im Gemisch
mit einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat, mit mindestens einer Verbindung der
Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und R
2 die Methoxygruppe bedeutet oder die gleiche Bedeutung wie R hat, in Gegenwart von
mindestens einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und M ein Alkalimetall bedeutet, und
einer Verbindung der Formel

worin R
1 die oben dafür angegebene Bedeutung hat, R
3 gleiche oder verschiedene Alkenylgruppen bedeutet, x innerhalb des Bereiches von
0,5-1,5, y innerhalb des Bereiches von 3-5 und n innerhalb des Bereiches von 500-2000
liegt, eine Verbindung der Formel

worin R
1 und R
3 die oben dafür angegebene Bedeutung haben, a innerhalb des Bereiches von 0,3-0,4,
b innerhalb des Bereiches von 0,01-0,1, c innerhalb des Bereiches von 0,5-0,7 und
d innerhalb des Bereiches von 10-100 liegt, und Siliciumcarbid mit einer mittleren
Korngrößenverteilung von 0,5-10um, zugesetzt, dieses Gemisch auf das zu schützende
Substrat aufgebracht und unter inerter Atmosphäre oder im Vakuum bei Temperaturen
im Bereich von 700-1400 ° C umgesetzt.
[0005] Vorzugsweise enthalten Alkylgruppen R, R
1 und R
2 jeweils 1 bis 12 Kohlenstoffatome je Rest, wie der Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-,
n-Butyl-, sec.-Butyl und 2-Ethylhexylrest, sowie Dodecylreste. Beispiele für Arylreste
R und R
2 sind der Phenylrest und Xenylreste. Insbesondere wegen der leichten Zugänglichkeit
sind als Alkylgruppen R, R
1 und R
2 Methylgruppen bevorzugt. Das wichtigste Beispiel für eine Alkylenylgruppe R oder
R
3 ist die Vinylgruppe.
[0006] Als weiteres Beispiel für einen Rest R in der Verbindung der Formel

sei der tert.-Butylrest genannt. Das Alkalimetall kann Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium
oder Cäsium sein. Bevorzugt als Alkalimetall in der Verbindung der Formel

sind Natrium und Kalium.
[0007] Beispiele für bevorzugte Disilane sind 1,1,2-Trimethyl-1,2,2-trimethoxydisilan, 1-Phenyl-1,2-dimethyl-1,2,2-trimethoxydisilan
und 1-Vinyl-1,2-dimethyl-1,2,2-trimethoxydisilan. Das wichtigste Beispiel für eine
Verbindung der Formel

ist 1,2-Dimethyl-1,1,2,2-tetramethoxydisilan.
[0008] Die Herstellung derartiger Silane ist bekannt, z.B. durch E. Hengge et al. in "Monatshefte
für Chemie" Band 105, (1974), Seite 671 bis 683, W.H. Atwell et al. in "Journal of
Organometallic Chemistry", Band 7, (1967), Seite 71 bis 78, E. Hengge et al. in "Monatshefte
für Chemie", Band 99, (1968), Seite 340 bis 346, und H. Watanabe et al. in "Journal
of Organometallic Chemistry", Band 128 (1977), Seite 173 bis 175.
[0009] Werden Disilane der Formel

mitverwendet, werden sie vorzugsweise in Mengen von 0,5Mol bis 1,5Mol je Mol Disilan
der Formel

eingesetzt.
[0010] Beispiele für Verbindungen der Formel

die bevorzugt eingesetzt werden, sind Dimethylmethoxysilan und Diphenylmethylsilan.
[0011] Vorzugsweise wird Verbindung der Formel

in Mengen von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent, insbesondere 2 bis 4 Gewichtsprozent, jeweils
bezogen auf das Gewicht der jeweils eingesetzten Menge an Disilan, verwendet.
[0012] Wichtige Beispiele für Verbindungen der Formel

sind Natriummethylat und Kaliumtert.-butylat.
[0013] Die Verbindung der Formel

dient als Katalysator. Vorzugsweise wird sie in Mengen von 0,2 bis 0,5 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gewicht der jeweils eingesetzten Menge an Disilan, verwendet.
[0014] Bei bevorzugten Verbindungen der Formel

ist R
1 ein Methylrest, R
3 ein Vinylrest, x im Bereich von 0,5-1,5, y im Bereich von 3-5 und n im Bereich von
500-2000.
[0015] Die Herstellung derartiger Verbindungen ist bekannt, z.B. aus W. Noll, Chemistry
and Technology of Silicones, Academic Press, Inc., London 1968.
[0016] Vorzugsweise werden beim erfindungsgemäßen Verfahren 0,1-10 Gew.-%, insbesondere
1-5 Gew.-% der Verbindung der Formel

bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Disilane,zugegeben.
[0017] Die Umsetzung mindestens eines Disilans der Formel

worin R gleiche oder verschiedene einwertige Alkyl-, Alkenyl-oder Arylgruppen und
R
1 gleiche oder verschiedene, einwertige Alkylgruppen bedeutet, gegebenenfalls im Gemisch
mit einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat, mit mindestens einer Verbindung der
Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und R
2 die Methoxygruppe bedeutet oder die gleiche Bedeutung wie R hat, in Gegenwart von
mindestens einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und M ein Alkalimetall bedeutet, mit
einer Verbindung der Formel

worin R
1 die oben dafür angegebene Bedeutung hat, R
3 gleiche oder verschiedene Alkenylgruppen bedeutet, x innerhalb des Bereiches von
0,5-1,5, y innerhalb des Bereiches von 3-5 und n innerhalb des Bereiches von 500-2000
liegt, erfolgt nach Vermischen der Reaktionsteilnehmer und Katalysator bei Temperaturen
von vorzugsweise 25 C bis 220 C und ist beendet, wenn kein momomeres Organomethoxysilan
mehr abdestilliert. Vorzugsweise wird diese Umsetzung beim Druck der umgebenden Atmosphäre,
also bei 1020 hPa (abs.) oder etwa 1020 hPa (abs.) durchgeführt.
[0018] Bei Beispielen für bevorzugte Verbindungen der Formel

ist R
1 ein Methylrest, R
3 ein Vinylrest, a im Bereich von 0,3-0,4, b im Bereich von 0,01-0,1, c im Bereich
von 0,5-0,7 und d im Bereich von 10-100. Die Herstellung derartiger Verbindungen ist
bekannt, z.B. aus W. Noll, Chemistry and Technology of Silicones, Academic Press,
Inc., London 1968.
[0019] Vorzugsweise werden 0,1-10 Gew.-%, insbesondere 3-5 Gew.-% der Verbindung der Formel

bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Disilane, zugesetzt.
[0020] Siliciumcarbid mit einer mittleren Korngrößenverteilung im Bereich von 0,5-10µm,
vorzugsweise 0,8-2µm ist kommerziell erhältlich. Es werden vorzugsweise 10-30 Gew.-%,
insbesondere 15-20Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Disilane, Siliciumcarbid
zugesetzt.
[0021] Die Herstellung eines Schutzüberzuges auf Basis von Siliciumcarbid mit einer Dicke
von 5-2000 um, erhältlich aus einem Copolymeren, durch Umsetzung mindestens eines
Disilans der Formel

worin R gleiche oder verschiedene einwertige Alkyl-, Alkenyloder Arylgruppen und R
1 gleiche oder verschiedene, einwertige Alkylgruppen bedeutet, gegebenenfalls im Gemisch
mit einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat, mit mindestens einer Verbindung der
Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und R
2 die Methoxygruppe bedeutet oder die gleiche Bedeutung wie R hat, in Gegenwart von
mindestens einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und M ein Alkalimetall bedeutet, und
einer Verbindung der Formel

worin R
1 die oben dafür angegebene Bedeutung hat, R
3 gleiche oder verschiedene Alkenylgruppen bedeutet, x innerhalb des Bereiches von
0,5-1,5, y innerhalb des Bereiches von 3-5 und n innerhalb des Bereiches von 500-2000
liegt, gegebenenfalls unter Zusatz einer Verbindung der Formel

worin R
1 und R
3 die oben dafür angegebene Bedeutung haben, a innerhalb des Bereiches von 0,3-0,4,
b innerhalb des Bereiches von 0,01-0,1, c innerhalb des Bereiches von 0,5-0,7 und
d innerhalb des Bereiches von 10-100 liegt, und Silciumcarbid mit einer mittleren
Korngrößenverteilung von 0,5-10µm erfolgt vorzugsweise in Gegenwart eines organischen
Lösungsmittels.
[0022] Bevorzugte Beispiele für derartige Lösungsmittel sind organische aromatische oder
aliphatische Kohlenwasserstoffe.
[0023] Insbesondere werden Toluol, Petrolether verschiedener Siedefraktionen oder Butylacetat
eingesetzt.
[0024] Die Auftragung der erfindungsgemäßen Beschichtung kann in beliebiger für das Auftragen
von flüssigen oder pastösen Stoffen auf Substrate geeigneter Weise z.B. durch Tauchen,
Sprühen, Streichen, Gießen oder Walzen erfolgen. Nach dem Auftragen wird die Beschichtung
vorzugsweise 15-60 Minuten bei Temperaturen von 10-100"C an der Luft getrocknet und
anschließend bei Temperaturen von 700-1400 ° C, vorzugsweise 900-1100 ° C unter inerter
Atmosphäre, beispielsweise erzeugt durch Spülen mit Inertgasen wie Argon oder Stickstoff,
oder im Vakuum umgesetzt.
[0025] Die erfindungsgemäßen Schutzüberzüge finden insbesondere Verwendung zur Erzeugung
thermisch und chemisch beständiger Oberflächenbeschichtungen auf Metallen, Keramik,
GlasKeramik, Faserwerkstoffen und Kohlenstoff. Besonders wichtig ist der Oxidationsschutz
von CFC (Carbon Fiber Reinforced Carbon), die Oberflächenversiegelung von poröser
Keramik oder Faserwerkstoffen und der Korrosionsschutz von Metallen.
Beispiel 1
Herstellung des Copolymeren
[0026] Ein Gemisch aus 120g (0,57 mol) 1,2-Dimethyl-1,1,2,2-tetramethoxydisilan, 180g (0,98
mol) 1,1,2-Trimethyl-1,2,2-trimethoxydisilan, 8,1 g (2,7 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht
der Disilane) Dimethylmethoxysilan und 12g Vinylsiloxan der Formel

mit einem mittleren Molekulargewicht von 125000 g/mol erwärmte sich nach Zugabe von
1,2g (0,4 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Disilane) Natriummethylat rasch
von 25 ° C auf 90 °C. Dann wurde das Gemisch auf 200 °C erwärmt, wobei 223g eines
Gemisches aus Dimethyldimethoxysilan und Methyltrimethoxysilan abdestillierten. Es
wurden 98g Rückstand erhalten. Der Rückstand wurde in 86g Toluol gelöst und die so
erhaltene Lösung bei 250 °C und 5 hPa (5 mbar) zur Entfernung des Lösungsmittels und
der Oligomeren durch einen Dünnschichtverdampfer gegeben. Es wurden 72g eines Copolymeren
mit einem mittleren Molekulargewicht von 1800g/mol erhalten.
Beispiel 2
Herstellung eines Schutzüberzuges auf Basis von Siliciumcarbid auf CFC (Carbon Fiber
Reinforced Carbon)
[0027] 14,9g einer 50-%igen Lösung des Copolymeren aus Beispiel 1 in Toluol, 2,7g 52-%iger
Vinylwasserglasharzlösung in Toluol, 4,0g Toluol und 17,1g Siliciumcarbidpulver wurden
intensiv gerührt. Dieses Gemisch eignet sich zum Pinselauftrag. Ein Teststäbchen aus
CFC mit den Maßen 100x10x5mm wurde mit dieser Zusammensetzung bestrichen. Nach 30min
wurde die Beschichtung klebfrei. Das Stäbchen wurde im Röhrenofen unter Argonspülung
auf 1000 ° C aufgeheizt und 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten. Nach Abkühlung
hatte sich auf dem Stäbchen eine gleichmäßige, rißfreie Siliciumcarbidschicht gebildet.
Das Teststäbchen zeigte nach 4 Stunden bei 1000 ° C an Luft keinen Gewichtsverlust.
1. Verfahren zur Herstellung eines Schutzüberzuges auf Basis von Siliciumcarbid mit
einer Dikke von 5-2000 um, dadurch gekennzeichnet, daß ein Copolymer, erhältlich durch
Umsetzung mindestens eines Disilans der Formel

worin R gleiche oder verschiedene einwertige Alkyl-, Alkenyl- oder Arylgruppen und
R
1 gleiche oder verschiedene, einwertige Alkylgruppen bedeutet, gegebenenfalls im Gemisch
mit einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat, mit mindestens einer Verbindung der
Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und R
2 die Methoxygruppe bedeutet oder die gleiche Bedeutung wie R hat, in Gegenwart von
mindestens einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und M ein Alkalimetall bedeutet, und
einer Verbindung der Formel

worin R
1 die oben dafür angegebene Bedeutung hat, R
3 gleiche oder verschiedene Alkenylgruppen bedeutet, x innerhalb des Bereiches von
0,5-1,5, y innerhalb des Bereiches von 3-5 und n innerhalb des Bereiches von 500-2000
liegt, auf das zu schützende Substrat aufgebracht wird und unter inerter Atmosphäre
oder im Vakuum bei Temperaturen im Bereich von 700-1400 ° C umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Copolymer, erhältlich durch
Umsetzung mindestens eines Disilans der Formel

worin R gleiche oder verschiedene einwertige Alkyl-, Alkenyl- oder Arylgruppen und
R
1 gleiche oder verschiedene, einwertige Alkylgruppen bedeutet, gegebenenfalls im Gemisch
mit einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat, mit mindestens einer Verbindung
der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und R
2 die Methoxygruppe bedeutet oder die gleiche Bedeutung wie R hat, in Gegenwart von
mindestens einer Verbindung der Formel

worin R die oben dafür angegebene Bedeutung hat und M ein Alkalimetall bedeutet, und
einer Verbindung der Formel

worin R
1 die oben dafür angegebene Bedeutung hat, R
3 gleiche oder verschiedene Alkenylgruppen bedeutet, x innerhalb des Bereiches von
0,5-1,5, y innerhalb des Bereiches von 3-5 und n innerhalb des Bereiches von 500-2000
liegt, eine Verbindung der Formel

worin R
1 und R
3 die oben dafür angegebene Bedeutung haben, a innerhalb des Bereiches von 0,3-0,4,
b innerhalb des Bereiches von 0,01-0,1, c innerhalb des Bereiches von 0,5-0,7 und
d innerhalb des Bereiches von 10-100 liegt, und Siliciumcarbid mit einer mittleren
Korngrößenverteilung von 0,5-10 um zugesetzt, dieses Gemisch auf das zu schützende
Substrat aufgebracht und unter inerter Atmosphäre oder im Vakuum bei Temperaturen
im Bereich von 700-1400 ° C umgesetzt wird.
1. Process for the production of a 5-2000 /1.m thick protective coating based on silicon
carbide characterised in that a copolymer obtainable by reacting at least one disilane
of the formula

in which R denotes identical or different monovalent alkyl, alkenyl or aryl groups
and R
1 denotes identical or different monovalent alkyl groups, if appropriate mixed with
a compound of the formula

in which R has the meaning given above for this radical, with at least one compound
of the formula

in which R has the meaning given above for this radical and R
2 denotes the methoxy group or has the same meaning as R, in the presence of at least
one compound of the formula

in which R has the meaning given above for this radical and M denotes an alkali metal,
and a compound of the formula

in which R
1 has the meaning given above for this radical, R
3 denotes identical or different alkenyl groups, x lies within the range from 0.5 to
1.5, y lies within the range from 3 to 5 and n lies within the range from 500 to 2,000
is applied to the substrate to be protected and reacted under an inert atmosphere
or in vacuo at temperatures in the range from 700 to 1,400°C.
2. Process according to Claim 1, characterised in that the copolymer obtainable by
reacting at least one disilane of the formula

in which R denotes identical or different monovalent alkyl, alkenyl or aryl groups
and R
1 denotes identical or different monovalent alkyl groups, if appropriate mixed with
a compound of the formula

in which R has the meaning given above for this radical, with at least one compound
of the formula

in which R has the meaning given above for this radical and R
2 denotes the methoxy group or has the same meaning as R, in the presence of at least
one compound of the formula

in which R has the meaning given above for this radical and M denotes an alkali
metal, and a compound of the formula

in which R
1 has the meaning given above for this radical, R
3 denotes identical or different alkenyl groups, x lies within the range from 0.5 to
1.5, y lies within the range from 3 to 5 and n lies within the range from 500 to 2,000,
a compound of the formula

in which R
1 and R
3 have the meaning given above for this radical, a lies within the range from 0.3 to
0.4, b lies within the range from 0.01 to 0.1, c lies within the range from 0.5 to
0.7, and d lies within the range from 10 to 100, and silicon carbide having a mean
particle size distribution of 0.5-10 µm, is added, this mixture is applied to the
substrate to be protected and reacted under an inert atmosphere or in vacuo at temperatures
in the range from 700 to 1,400°C.
1. Procédé de formation d'un revêtement protecteur à base de carbure de silicium,
d'une épaisseur de 5 à 2000 um, procédé caractérisé en ce que l'on applique sur le
substrat à protéger un copolymère pouvant être obtenu par réaction d'un ou de plusieurs
disilanes de formule

R représentant des alkyles, alcényles ou aryles monovalents identiques ou différents
et R
1 des alkyles monovalents identiques ou différents, éventuellement mélangés avec un
composé de formule

R ayant la même signification que ci-dessus, avec un ou plusieurs composés de formule

R ayant également la même signification que ci-dessus et R
2 étant un groupe méthoxy ou ayant la même signification que R, en présence d'un ou
de plusieurs composés de formule

R ayant également la signification précédente et M désignant un métal alcalin, et
d'un composé de formule

R
1 ayant la signification indiquée ci-dessus, R
3 représentant des alcényles identiques ou différents, x étant un nombre de 0,5 à 1,5,
y un nombre de 3 à 5 et n un nombre de 500 à 2000, puis on fait réagir à des températures
de 700 à 14000 C dans une atmosphère inerte ou sous vide.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute au copolymère
obtenu par réaction d'un ou de plusieurs disilanes de formule

R représentant des alkyles, alcényles ou aryles monovalents identiques ou différents
et R
1 des alkyles monovalents identiques ou différents, éventuellement mélangés avec un
composé de formule

R ayant la même signification que ci-dessus, avec un ou plusieurs composés de formule

R ayant également la même signification que ci-dessus et R
2 étant un groupe méthoxy ou étant identique à R, en présence d'un ou de plusieurs
composés de formule

R ayant également la signification précédente et M désignant un métal alcalin, et
d'un composé de formule

R
1 ayant la même signification que ci-dessus, R
3 représentant des alcényles identiques ou différents, x étant un nombre de 0,5 à 1,5,
y un nombre de 3 à 5 et n un nombre de 500 à 2000, un composé de formule

dans laquelle R
1 et R
3 ont les significations précédemment indiquées, a est un nombre de 0,3 à 0,4, b un
nombre de 0,01 à 0,1, c un nombre de 0,5 à 0,7 et d un nombre de 10 à 100, ainsi que
du carbure de silicium en grains d'une dimension moyenne de 0,5 à 10 µm, on applique
ce mélange sur le substrat à protéger et on fait réagir à des températures de 700
à 1400 ° C dans une atmosphère inerte ou sous vide.