Entwicklung eines kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung präkeramischer Polymere für Si/B/N/C-Keramiken über Silazanspaltung

• Applicants: Professor Dr. Martin Jansen; Professor Dr.-Ing. Ulrich Nieken
• Subject Area: Solid State and Surface Chemistry, Material Synthesis
• Term: from 2008 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 59082109

Keramische Materialien des Si/B/N/C-Systems zeigen im Vergleich zu den besten derzeit verfügbaren Hochtemperaturkeramiken eine deutlich verbesserte mechanische und chemische Temperaturbeständigkeit. Voraussetzung ist, dass im Zuge ihrer Herstellung auf strikten Sauerstoffausschluss geachtet wird. Derartig restriktive Bedingungen konnten bisher nur in Laborsynthesen und für kleine Mustermengen eingehalten werden. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung von Precursoren für diese Materialien, mit dem ihre bisherige mehrstufige, diskontinuierliche Herstellung deutlich vereinfacht werden kann. Aufgetretene Qualitätsschwankungen sollen durch das neue Verfahren drastisch reduziert und Mustermengen für die Entwicklung und Prüfung von Endprodukten auf breiter Basis in guter Verfügbarkeit zugänglich gemacht werden. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Synthese der Einkomponentenvorläufer Cl3Si-NH-BCl2 (TADB) und Cl2MeSi-NH-BCl2 (MADB) sowie deren Vernetzung zum präkeramischen Polymer. Das Projekt soll in enger interdisziplinärer Kooperation zwischen Chemikern und Verfahrensingenieuren bearbeitet werden. Die Chemiker sollen ihr Wissen über das Stoffsystem und ihre Expertise auf dem Gebiet der Analytik einbringen, wohingegen die Verfahrenstechniker ihre Kompetenz zur quantitativen Beschreibung und Auslegung von Reaktions- und Stofftrennprozessen und zur Prozessintegration beisteuern sollen. Das Projekt ist auf vier Jahre, aufgeteilt in zwei Phasen, ausgelegt. In der ersten Phase sollen die maßgeblichen Reaktionsschritte quantifiziert werden. Auf Basis der grundlegenden thermodynamischen und kinetischen Daten soll ein geeignetes Verfahren entworfen und ausgelegt werden. Thermodynamische Parameter der beteiligten instabilen und/oder hydrolyseempfindlichen Zwischenprodukte sollen durch quantenmechanische Berechnungen bestimmt werden. Auf Basis der kinetischen Daten soll ein Syntheseprozess mit den dafür erforderlichen Apparaten konzipiert und ausgelegt und in der zweiten Phase im Miniplant-Maßstab erprobt werden. Die dabei entwickelte Methodik kann als Modell für die technische Auslegung der Silazanspaltung dienen, die in vielen Bereichen der chemischen Molekülsynthese, z. B. der Wirkstoffforschung und der organischen Feinchemie, eine wichtige Rolle spielt.

• DFG Programme: Research Grants