CN101845711B

CN101845711B - 一种碳化硅纳米无纺布及其制备方法

Info

Publication number: CN101845711B
Application number: CN2010102044824A
Authority: CN
Inventors: 温广武; 张晓东; 黄小萧; 耿欣; 朱建东; 孙梦
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2030-06-21
Also published as: CN101845711A

Abstract

一种碳化硅纳米无纺布及其制备方法，涉及SiC纳米线材料及其制备方法。本发明解决现有SiC纳米纤维在应用中易团聚、分散不均匀、难以形成固定形状的问题。无纺布由β-SiC单晶相纳米纤维自组装交叉叠加形成，厚度0.2~50mm，单根长度为50微米至5厘米。方法：凝胶溶胶法制得非晶态Si-B-O-C复合粉体，然后将复合粉体研磨后与乙醇混合得浆料，再将浆料涂在坩埚底部后将坩埚置于气氛烧结炉，在惰性气氛中热处理即可。碳化硅纳米无纺布解决SiC纳米纤维难以应用的弊端，作为增强相得的复合材料中纳米纤维分布均匀，复合材料性能提高。方法简单，制备周期短，大规模、高产率地制备SiC纳米无纺布。

Description

一种碳化硅纳米无纺布及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种SiC纳米线材料及其制备方法。

背景技术

无纺布，英文名nonweaven，又称作不织布或非织造布，是一种不需纺织而形成的织物，只是将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机撑列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成。与传统的纺织布相比，无纺布不是由一根一根的纱线交织、编结在一起的，而是将纤维直接通过物理的方法粘合在一起的，突破了传统的纺织原理，并具有工艺流程短、生产速度快，产量高、成本低、用途广、原料来源多等特点。

如今，无纺布已深入到国民经济的各个部门，广泛应用于医疗卫生及保健、服装与制鞋、皮革（合成革）、家用装饰材料、过滤材料、绝缘材料、包装材料、土木工程、建筑、水利、汽车工业、农业、军工国防等领域。例如粗而硬的椰壳纤维、细而软的棉短绒、玻璃短纤维、碳纤维、石墨纤维、不绣钢纤维等，都已被用于非织造布生产，以制得一些性能优异而为现代化工业发展必不可少的特殊工业用布。

碳化硅（SiC）是一种宽禁带半导体材料，具有宽带隙、高临界击穿电压、高热导率、高载流子迁移率等特点，在高频，大功率，耐高温，抗辐射照的半导体器件及紫外探测器和短波发光二极管等方面具有重要的应用前景。同时，SiC又具有优异的物理化学稳定性和力学性能，使其在结构材料和复合材料增强领域得到广泛应用。SiC纳米纤维，除了具备上述的诸多优异性能外，还因纳米尺寸效应和表面效应而具备一些新颖的光学、电学性能，并且具有极高的力学性能。近来，美国哈佛大学Lieber等人的研究成果表明：SiC纳米线的弹性模量可达610-660GPa，接近该材料的理论值。所以，SiC纳米纤维在增强复合材料领域具有极大的优势。

然而，SiC纳米纤维在实际应用中却出现了较多困难。例如，用作复合材料增强体使用时，SiC纳米纤维容易团聚而造成与基体混合不均匀等问题；用于光电子和催化领域时，也因难以成为固定形状而无法获得应用。这些客观存在的困难与问题，使SiC纳米纤维的应用受到极大的限制。若能将SiC纳米纤维做成“编制体”，上述的问题可以被解决。但是，SiC纳米纤维长度通常只有几十到几百微米，最长也只能达到毫米或厘米，无法满足纺织和编制的要求，也就无法实现“制备SiC纳米纤维编织体”的目标。所以，制备出SiC纳米纤维为基础的无纺布成为解决问题的唯一途径。

然而，到目前为止尚未有SiC纳米无纺布的相关报道，为了解决上述SiC纳米纤维在实际应用中的缺点与不足，低成本、高产率地制备出一种SiC纳米无纺布已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳化硅纳米无纺布及其制备方法，解决现有SiC纳米纤维在实际应用中易团聚、分散不均匀、难以形成固定形状的问题。

本发明的碳化硅纳米无纺布是由SiC纳米纤维自组装交叉叠加在一起形成，呈三维空间网状结构，SiC纳米无纺布的厚度为0.2~50mm，其中，单根SiC纳米纤维为β-SiC的单晶相，直径50~200nm，长度为50微米至5厘米。

本发明的碳化硅纳米无纺布的制备方法是通过以下步骤实现的：

一、非晶态Si-B-O-C复合粉体的制备：a、按C和Si摩尔比为2~5:1的比例将蔗糖加入硅溶胶中，再加入硼酸，搅拌3~5h得复合溶胶，然后将复合溶胶在70~120℃的温度下放置60~84h得干凝胶粉，其中加入的硼酸质量与硅溶胶中硅摩尔量的比例为2~10g:1mol；b、将a步骤得到的干凝胶粉置于管式炉内，然后以8~12℃/s的升温速率加热到700~1000℃，保温0.5~2h，然后随炉冷却即得非晶态Si-B-O-C复合粉体，本步骤b过程中以500~1000mL/min的速率通入惰性气体；

二、SiC纳米无纺布的制备：a、将步骤一得到的非晶态Si-B-O-C复合粉体球磨20~120 min得细粉，然后将细粉加入无水乙醇中搅拌10~30min得浆料，将浆料涂覆在石墨坩埚底部，然后在室温下静置1~5h，其中非晶态Si-B-O-C复合粉体质量与无水乙醇体积的比例为1g:2~8mL；b、将步骤a得到的石墨坩埚放入气氛烧结炉中，然后将气氛烧结炉抽真空至0.1Pa时，再向气氛烧结炉中通惰性气体至炉中压力为0.1~1MPa，然后以8~12℃/min的速率从室温升至500~600℃，然后调节升温速率为3~6 ℃/min，继续升温至900℃时再调节升温速率为8~12℃/min，升温至1300~1800℃，保温2~20h，再以循环水将石墨坩埚冷却至室温，即得碳化硅纳米无纺布。

本发明的碳化硅纳米无纺布主要由单晶的β-SiC纳米纤维自组装相互交织而成，形成三维网状结构，外观为布或毡子状，无需外加机械压力或粘结剂情况下即可自组装生长而成，具有节能环保、工艺简单、成本低廉的优势。本发明的碳化硅纳米无纺布的尺寸（长度和宽度）可以无限大，只有反应设备的空间足够大，无纺布也可以无限大。

本发明的碳化硅纳米无纺布解决了现有碳化硅纳米纤维应用困难，应用过程中易团聚、分散不均匀、难以形成固定形状的缺点，由本发明的碳化硅纳米无纺布作为增强相得到的复合材料中SiC纳米纤维的分布均匀，所占体积分数大，得到的复合材料的机械性能更均衡，复合材料力学性能各向同性，并且抗断裂强度高，力学和热学性能大大提高，更适合高温的使用环境，扩大了复合材料的使用范围。用于光电子和催化领域时，具有固定形状而获得很好的应用。

本发明采用利用溶胶-凝胶法制备得到的非晶态Si-B-O-C复合粉体和无水乙醇作为原料，在气氛烧结炉中通过不同升温速率的分段式升温方式进行热处理即可自组装得到碳化硅纳米无纺布，碳化硅纳米无纺布的产率高，可高达60%。其中溶胶-凝胶法中选用硅溶胶和蔗糖分别作为Si源和C源，有利于促进碳热还原反应的进行，而且成本低，方法成熟，工艺简单。因此，本发明制备方法工艺简单、成本低、制备周期短，且能够实现对产物结构和形貌的控制，更重要的是可以大规模、高产率地制备得到SiC纳米无纺布。对SiC纳米纤维在复合材料、催化以及光电子等领域的应用具有重大的推动作用。

本发明步骤一a中加入了硼酸，使得溶胶凝胶化时间变短（3~5h），证明硼酸有促进交联的作用；步骤一a得到的干凝胶粉为红棕色，经步骤一b的热处理后干凝胶粉裂解后除去自由水和结合水得到黑色具有光泽的非晶态Si-B-O-C复合粉体。得到的非晶态Si-B-O-C复合粉体中SiO₂和C在纳米量级充分混合均匀，使得其可以在无水乙醇的作用下，经气氛烧结炉的热处理即可得到碳化硅纳米无纺布。

本发明步骤二a步骤中首先将非晶态Si-B-O-C复合粉体球磨成细粉状，再与无水乙醇混合得浆料，浆料中的非晶态Si-B-O-C复合粉体活性高；步骤二b中在600~900℃温度区间，采用较慢升温速率进行升温过程，使步骤二a的浆料中的乙醇分解，分解产物有利于SiC纳米线产量的提高，并且能够促进纳米纤维自组装成SiC纳米无纺布。

附图说明

图1是具体实施方式一的碳化硅纳米无纺布的宏观照片；图2是具体实施方式一中碳化硅纳米无纺布的XRD谱图；图3是具体实施方式一的碳化硅纳米无纺布的低倍扫描电镜（SEM）照片；图4是具体实施方式一的碳化硅纳米无纺布的高倍扫描电镜（SEM）照片；图5是具体实施方式三十四得到的碳化硅纳米无纺布中纳米纤维的透射电镜（TEM）照片；图6是对应于图5中纳米纤维的选取电子衍射斑点及标定。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式碳化硅纳米无纺布是由SiC纳米纤维自组装交叉叠加在一起形成，呈三维空间网状结构，SiC纳米无纺布的厚度为0.2~50mm，其中，单根SiC纳米纤维为β-SiC的单晶相，直径为50~200nm，长度为50微米至5厘米。

本实施方式的碳化硅纳米无纺布由β-SiC单晶纳米纤维组成，而且碳化硅纳米纤维相互交织，分布均匀，碳化硅纳米纤维尺度均一，单根碳化硅纳米纤维的长度能够达到厘米量级（主要分布在1毫米至2厘米），单根碳化硅纳米纤维的长径比达到10²~10⁵。

本实施方式的碳化硅纳米无纺布作为增强相得到的复合材料中SiC纳米纤维的分布均匀，所占体积分数大，得到的复合材料的机械性能更均衡，复合材料力学性能各向同性，并且抗断裂强度高，力学和热学性能大大提高，更适合高温的使用环境，扩大了复合材料的使用范围。

本实施方式制备得到的碳化硅纳米无纺布的宏观照片如图1所示，可见碳化硅纳米无纺布在宏观上呈布或毡子状，约5mm厚，纳米布的直径为15cm。

本实施方式对制备得到的碳化硅纳米无纺布进行X-射线衍射物相分析，XRD谱图如图2所示，结果显示只有β-SiC衍射峰存在，2θ=35.8°，2θ=60°，2θ=71.9°是β-SiC的析晶峰分别对应（111）、（220）、（311）晶面族。

本实施方式对碳化硅纳米无纺布进行扫描电子显微镜（SEM）测试，得到的碳化硅纳米无纺布的微观形貌，不同放大倍数的测试结果如图3和图4。可见，碳化硅无纺布中碳化硅纳米纤维的粗细均匀（50~200nm左右）、相互交叉叠加而成三维网络状结构。

综上分析，本实施方式得到的碳化硅纳米无纺布由SiC纳米纤维自组装交叉叠加在一起形成，SiC纳米无纺布的厚度为5mm，其中SiC纳米纤维为β-SiC单晶相，直径分布在50~200nm，单根纳米纤维粗细均匀、长径比为10²~10⁵。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是SiC纳米无纺布的厚度为5~40mm。其它参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是SiC纳米无纺布的厚度为10~30mm。其它参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是SiC纳米无纺布的厚度为20mm。其它参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是单根SiC纳米纤维为β-SiC的单晶相，直径为80~150nm，长度为90μm至5cm。其它参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是单根SiC纳米纤维为β-SiC的单晶相，直径为100~120nm，长度为1mm至2cm。其它参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式七：本实施方式如具体实施方式一所述的碳化硅纳米无纺布的制备方法是通过以下步骤实现的：

一、非晶态Si-B-O-C复合粉体的制备：a、按C和Si摩尔比为2~5:1的比例将蔗糖加入硅溶胶中，再加入硼酸，搅拌3~5h得复合溶胶，然后将复合溶胶在70~120℃的温度下放置60~84h得干凝胶粉，其中加入的硼酸与硅溶胶中氧化硅的质量比为1~5:30；b、将a步骤得到的干凝胶粉置于管式炉内，然后以8~12℃/s的升温速率加热到700~1000℃，保温0.5~2h，然后随炉冷却即得非晶态Si-B-O-C复合粉体；步骤一b中以500~1000mL/min的速率通入惰性气体；

二、SiC纳米无纺布的制备：a、将步骤一得到的非晶态Si-B-O-C复合粉体球磨20~120 min得细粉，然后向细粉中加入无水乙醇后搅拌10~30min得浆料，将浆料涂覆在石墨坩埚底部，然后在室温下静置1~5h，其中每克细粉中加入2~8mL的无水乙醇；b、将步骤a得到的石墨坩埚放入气氛烧结炉中，然后将气氛烧结炉抽真空至0.1Pa时，再向气氛烧结炉中通惰性气体至炉中压力为0.1~1MPa，然后以8~12℃/min的速率从室温升至500~600℃，然后调节升温速率为3~6 ℃/min，继续升温至900℃时，再调节升温速率为8~12℃/min，升温至1300~1800℃，保温2~20h，再以循环水将石墨坩埚冷却至室温，即得碳化硅纳米无纺布。

本实施方式制备得到的碳化硅纳米无纺布是由SiC纳米纤维自组装交叉叠加在一起形成，呈三维空间网状结构，SiC纳米无纺布的厚度为0.2~50mm，其中，单根SiC纳米纤维为β-SiC的单晶相，直径为50~200nm，长度为50微米至5厘米，长度主要分别在1mm~2cm。

本实施方式利用溶胶-凝胶法制备得到的球磨后的非晶态Si-B-O-C复合粉体和乙醇作为原料，非晶态Si-B-O-C复合粉体中的SiO₂和C活性高，可以促进碳热还原反应的进行；通过气氛烧结炉中600~900℃的升温阶段的较慢的升温速率，使酒精分解，其分解产物可以促进碳化硅纳米纤维的生产，并自组装得到碳化硅纳米无纺布，碳化硅纳米无纺布的产率高，达到60%。

本实施方式的制备方法工艺简单，操作方便，生产成本降低，制备周期短，且能够实现对产物结构和形貌的控制，更重要的是可以大规模、高产率地制备得到SiC纳米无纺布。

本实施方式的步骤一中的溶胶凝胶法具有制备粉末粒径小，组织均匀等优良性能，故本实施方式选用硅溶胶和蔗糖提供Si源和C源，并且这种原料选择可以促进碳热还原反应进行。硅溶胶和蔗糖充分混合得到复合溶胶，将复合溶胶加热出去自由水的到凝胶，此时SiO₂基团包覆着蔗糖分子基团。将此干凝胶在高温裂解，则蔗糖分子中除去内部的结合水得到C颗粒，同时除去凝胶中的自由水。

本实施方式得到的碳化硅纳米无纺布的大小由制备过程中使用的石墨坩埚的大小决定，可依具体应用相应的选择合适的石墨坩埚，得到预期的产品。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤一a中按C和Si摩尔比为3:1的比例将蔗糖加入硅溶胶中。其它步骤及参数与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是步骤一a中然后将复合溶胶在80~100℃的温度下放置68~76h得干凝胶粉。其它步骤及参数与具体实施方式七或八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是步骤一a中然后将复合溶胶在90℃的温度下放置72h得干凝胶粉。其它步骤及参数与具体实施方式七或八相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七至十之一不同的是步骤一a中加入的硼酸质量与硅溶胶中硅摩尔量的比例为4~8g:1mol。其它步骤及参数与具体实施方式七至十之一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式七至十之一不同的是步骤一a中加入的硼酸质量与硅溶胶中硅摩尔量的比例为6g:1mol。其它步骤及参数与具体实施方式七至十之一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式七至十二之一不同的是步骤一b中然后以9~11℃/s的升温速率加热到750~900℃。其它步骤及参数与具体实施方式七至十二之一相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式七至十二之一不同的是步骤一b中然后以10℃/s的升温速率加热到800℃。其它步骤及参数与具体实施方式七至十二之一相同。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式七至十四之一不同的是步骤一b中保温1~1.8h。其它步骤及参数与具体实施方式七至十四之一相同。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式七至十四之一不同的是步骤一b中保温1.5h。其它步骤及参数与具体实施方式七至十四之一相同。

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式七至十六之一不同的是步骤一b中以600~900mL/min的速率通入惰性气体。其它步骤及参数与具体实施方式七至十六之一相同。

具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式七至十六之一不同的是步骤一b中以800mL/min的速率通入惰性气体。其它步骤及参数与具体实施方式七至十六之一相同。

具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式七至十八之一不同的是步骤二a中球磨采用离心球磨机，控制转速为200~400转/分钟，料球质量比为1:2~6。其它步骤及参数与具体实施方式七至十八之一相同。

具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式七至十九之一不同的是步骤二a中将步骤一得到的非晶态Si-B-O-C复合粉体球磨60~100 min得细粉。其它步骤及参数与具体实施方式七至十九之一相同。

具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式七至十九之一不同的是步骤二a中将步骤一得到的非晶态Si-B-O-C复合粉体球磨80 min得细粉。其它步骤及参数与具体实施方式七至十九之一相同。

具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式七至二十一之一不同的是步骤二a中将细粉加入无水乙醇中搅拌20min得浆料。其它步骤及参数与具体实施方式七至二十一之一相同。

具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式七至二十二之一不同的是步骤二a中非晶态Si-B-O-C复合粉体质量与无水乙醇体积的比例为1g:4~7mL。其它步骤及参数与具体实施方式七至二十二之一相同。

具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式七至二十二之一不同的是步骤二a中非晶态Si-B-O-C复合粉体质量与无水乙醇体积的比例为1g:6mL。其它步骤及参数与具体实施方式七至二十二之一相同。

具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式七至二十四之一不同的是步骤二b中再向气氛烧结炉中通惰性气体至炉中压力为0.4~0.8MPa。其它步骤及参数与具体实施方式七至二十四之一相同。

具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式七至二十四之一不同的是步骤二b中再向气氛烧结炉中通惰性气体至炉中压力为0.6MPa。其它步骤及参数与具体实施方式七至二十四之一相同。

具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式七至二十六之一不同的是步骤二b中然后以9~11℃/min的速率从室温升至540~590℃。其它步骤及参数与具体实施方式七至二十七之一相同。

具体实施方式二十八：本实施方式与具体实施方式七至二十六之一不同的是步骤二b中然后以10℃/min的速率从室温升至580℃。其它步骤及参数与具体实施方式七至二十七之一相同。

具体实施方式二十九：本实施方式与具体实施方式七至二十八之一不同的是步骤二b中然后调节升温速率为5℃/min。其它步骤及参数与具体实施方式七至二十八之一相同。

具体实施方式三十：本实施方式与具体实施方式七至二十九之一不同的是步骤二b中再调节升温速率为9~11℃/min，升温至1500~1700℃。其它步骤及参数与具体实施方式七至二十九之一相同。

具体实施方式三十一：本实施方式与具体实施方式七至二十九之一不同的是步骤二b中再调节升温速率为10℃/min，升温至1600℃。其它步骤及参数与具体实施方式七至二十九之一相同。

具体实施方式三十二：本实施方式与具体实施方式七至三十一之一不同的是步骤二b中保温5~15h。其它步骤及参数与具体实施方式七至三十一之一相同。

具体实施方式三十三：本实施方式与具体实施方式七至三十一之一不同的是步骤二b中保温10h。其它步骤及参数与具体实施方式七至三十一之一相同。

具体实施方式三十四：本实施方式碳化硅纳米无纺布的制备方法是通过以下步骤实现的：一、非晶态Si-B-O-C复合粉体的制备：a、按C和Si摩尔比为3:1的比例将蔗糖加入硅溶胶中，再加入硼酸，搅拌5h得复合溶胶，然后将复合溶胶在90℃的温度下放置72h得干凝胶粉，其中加入的硼酸质量与硅溶胶中硅摩尔量的比例为6g:1mol；b、将a步骤得到的干凝胶粉置于管式炉内，然后以10℃/s的升温速率加热到800℃，保温1.5h，然后随炉冷却即得非晶态Si-B-O-C复合粉体；步骤一b中以800mL/min的速率通入惰性气体；

二、SiC纳米无纺布的制备：a、将步骤一得到的非晶态Si-B-O-C复合粉体球磨80min得细粉，然后将细粉加入无水乙醇中搅拌20min得浆料，将浆料涂覆在石墨坩埚底部，然后在室温下静置3h，其中非晶态Si-B-O-C复合粉体质量与无水乙醇体积的比例为1g:6mL；b、将步骤a得到的石墨坩埚放入气氛烧结炉中，然后将气氛烧结炉抽真空至0.1Pa时，再向气氛烧结炉中通惰性气体至炉中压力为0.6MPa，然后以10℃/min的速率从室温升至600℃，然后调节升温速率为5℃/min，继续升温至900℃时，再调节升温速率为10℃/min，升温至1600℃，保温20h，再以循环水将石墨坩埚冷却至室温，即得碳化硅纳米无纺布。

本实施方式步骤二a中球磨采用离心球磨机，控制转速为300转/分钟，料球质量比为1:5。

本实施方式在石墨坩埚中充满了由碳化硅纳米纤维交叉缠绕形成的碳化硅纳米无纺布，从石墨坩埚中取出即得到直径为15cm，厚度为5cm的碳化硅纳米无纺布。本实施方式得到的碳化硅纳米无纺布的宏观形貌如图1所示。

本实施方式对制备得到的碳化硅纳米无纺布进行X-射线衍射物相分析，测试得到的XRD谱图与图2一致，如图2所示，结果显示只有β-SiC衍射峰存在，2θ=35.8°，2θ=60°，2θ=71.9°是β-SiC的析晶峰分别对应（111）、（220）、（311）晶面族。

本实施方式对碳化硅纳米无纺布进行扫描电子显微镜（SEM）测试，得到的碳化硅纳米无纺布的微观形貌与图4（放大2000倍）一致。由图4可知，本实施方式的碳化硅纳米无纺布中的碳化硅纳米纤维直径均一，分布均匀，单根碳化硅纳米纤维的长度能达到厘米量级。

本实施方式对得到的碳化硅纳米无纺布中的纳米纤维进行透射电镜（TEM）观察，如图5所示，碳化硅纳米纤维直径均匀，约为120nm。对于该纳米纤维进行选取电子衍射（SAED）分析，分析结果如图6所示，结果表明纳米纤维为结晶较好的β-SiC，由此可以验证碳化硅纳米无纺布是由β-SiC纳米纤维自组装而成。

综上分析，本实施方式得到的碳化硅纳米无纺布由SiC纳米纤维自组装交叉叠加在一起形成，SiC纳米无纺布的厚度为5cm，SiC纳米纤维由β-SiC单晶组成，β-SiC单晶纳米纤维的直径为120nm左右，单根纳米纤维的长度达到90μm至5cm。

具体实施方式三十五：本实施方式碳化硅纳米无纺布的制备方法是通过以下步骤实现的：一、非晶态Si-B-O-C复合粉体的制备：a、按C和Si摩尔比为3:1的比例将蔗糖加入硅溶胶中，再加入硼酸，搅拌5h得复合溶胶，然后将复合溶胶在90℃的温度下放置72h得干凝胶粉，其中加入的硼酸质量与硅溶胶中硅摩尔量的比例为6g:1mol；b、将a步骤得到的干凝胶粉置于管式炉内，然后以10℃/s的升温速率加热到800℃，保温1.5h，然后随炉冷却即得非晶态Si-B-O-C复合粉体；步骤一b中以800mL/min的速率通入惰性气体；

二、SiC纳米无纺布的制备：a、将步骤一得到的非晶态Si-B-O-C复合粉体球磨120min得细粉，然后将细粉加入无水乙醇中搅拌30min得浆料，将浆料涂覆在石墨坩埚底部，然后在室温下静置3h，其中非晶态Si-B-O-C复合粉体质量与无水乙醇体积的比例为1g:8mL；b、将步骤a得到的石墨坩埚放入气氛烧结炉中，然后将气氛烧结炉抽真空至0.1Pa时，再向气氛烧结炉中通惰性气体至炉中压力为1MPa，然后以10℃/min的速率从室温升至600℃，然后调节升温速率为5℃/min，继续升温至900℃时，再调节升温速率为10℃/min，升温至1800℃，保温10h，再以循环水将石墨坩埚冷却至室温，即得碳化硅纳米无纺布。

本实施方式在石墨坩埚中充满了由碳化硅纳米纤维交叉缠绕形成的碳化硅纳米无纺布，从石墨坩埚中取出即得到直径为15cm，厚度为3cm的碳化硅纳米无纺布。

本实施方式得到的碳化硅纳米无纺布由SiC纳米纤维自组装交叉叠加在一起形成，SiC纳米无纺布的厚度为3cm，SiC纳米纤维由β-SiC单晶组成，其中β-SiC单晶的直径为100~150nm，单根纳米纤维的长度90μm至5cm。

具体实施方式三十六：本实施方式碳化硅纳米无纺布的制备方法是通过以下步骤实现的：一、非晶态Si-B-O-C复合粉体的制备：a、按C和Si摩尔比为3:1的比例将蔗糖加入硅溶胶中，再加入硼酸，搅拌5h得复合溶胶，然后将复合溶胶在90℃的温度下放置72h得干凝胶粉，其中加入的硼酸质量与硅溶胶中硅摩尔量的比例为6g:1mol；b、将a步骤得到的干凝胶粉置于管式炉内，然后以10℃/s的升温速率加热到800℃，保温1.5h，然后随炉冷却即得非晶态Si-B-O-C复合粉体；步骤一b中以800mL/min的速率通入惰性气体；

二、SiC纳米无纺布的制备：a、将步骤一得到的非晶态Si-B-O-C复合粉体球磨40min得细粉，然后将细粉加入无水乙醇中搅拌30min得浆料，将浆料涂覆在石墨坩埚底部，然后在室温下静置5h，其中非晶态Si-B-O-C复合粉体质量与无水乙醇体积的比例为1g:2mL；b、将步骤a得到的石墨坩埚放入气氛烧结炉中，然后将气氛烧结炉抽真空至0.1Pa时，再向气氛烧结炉中通惰性气体至炉中压力为0.3MPa，然后以10℃/min的速率从室温升至600℃，然后调节升温速率为5℃/min，继续升温至900℃时，再调节升温速率为10℃/min，升温至1300℃，保温15h，再以循环水将石墨坩埚冷却至室温，即得碳化硅纳米无纺布。

本实施方式在石墨坩埚中充满了由碳化硅纳米纤维交叉缠绕形成的碳化硅纳米无纺布，从石墨坩埚中取出即得到直径为15cm，厚度为1cm的碳化硅纳米无纺布。

本实施方式得到的碳化硅纳米无纺布由SiC纳米纤维自组装交叉叠加在一起形成，SiC纳米无纺布的厚度为1cm，SiC纳米纤维由β-SiC单晶组成，其中β-SiC单晶纳米纤维的直径为120nm，单根SiC纳米纤维的长度达到1mm至1cm。

Claims

1.一种碳化硅纳米无纺布，其特征在于碳化硅纳米无纺布是由SiC纳米纤维自组装交叉叠加在一起形成，呈三维空间网状结构，SiC纳米无纺布的厚度为0.2～50mm，其中，单根SiC纳米纤维为β-SiC的单晶相，直径50～200nm，长度为50微米至5厘米。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅纳米无纺布，其特征在于SiC纳米无纺布的厚度为5～40mm。

3.根据权利要求1所述的一种碳化硅纳米无纺布，其特征在于SiC纳米无纺布的厚度为10～30mm。

4.如权利要求1所述的一种碳化硅纳米无纺布的制备方法，其特征在于碳化硅纳米无纺布的制备方法是通过以下步骤实现的：

一、非晶态Si-B-O-C复合粉体的制备：a、按C和Si摩尔比为2～5∶1的比例将蔗糖加入硅溶胶中，再加入硼酸，搅拌3～5h得复合溶胶，然后将复合溶胶在70～120℃的温度下放置60～84h得干凝胶粉，其中加入的硼酸质量与硅溶胶中硅摩尔量的比例为2～10g∶1mol；b、将a步骤得到的干凝胶粉置于管式炉内，然后以8～12℃/s的升温速率加热到700～1000℃，保温0.5～2h，然后随炉冷却即得非晶态Si-B-O-C复合粉体，本步骤b过程中以500～1000mL/min的速率通入惰性气体；

二、SiC纳米无纺布的制备：a、将步骤一得到的非晶态Si-B-O-C复合粉体球磨20～120min得细粉，然后将细粉加入无水乙醇中搅拌10～30min得浆料，将浆料涂覆在石墨坩埚底部，然后在室温下静置1～5h，其中非晶态Si-B-O-C复合粉体质量与无水乙醇体积的比例为1g∶2～8mL；b、将步骤a得到的石墨坩埚放入气氛烧结炉中，然后将气氛烧结炉抽真空至0.1Pa时，再向气氛烧结炉中通惰性气体至炉中压力为0.1～1MPa，然后以8～12℃/min的速率从室温升至500～600℃，然后调节升温速率为3～6℃/min，继续升温至900℃时，再调节升温速率为8～12℃/min，升温至1300～1800℃，保温2～20h，再以循环水将石墨坩埚冷却至室温，即得碳化硅纳米无纺布。

5.根据权利要求4所述的一种碳化硅纳米无纺布的制备方法，其特征在于步骤一a中加入的硼酸质量与硅溶胶中硅摩尔量的比例为4～8g∶1mol。

6.根据权利要求4或5所述的一种碳化硅纳米无纺布的制备方法，其特征在于步骤二a中球磨采用离心球磨机，控制转速为200～400转/分钟，料球质量比为1∶2～6。

7.根据权利要求6所述的一种碳化硅纳米无纺布的制备方法，其特征在于步骤二a中其中非晶态Si-B-O-C复合粉体质量与无水乙醇体积的比例为1g∶4～7mL。

8.根据权利要求4、5或7所述的一种碳化硅纳米无纺布的制备方法，其特征在于步骤二b中然后以9～11℃/min的速率从室温升至540～590℃。

9.根据权利要求4、5或7所述的一种碳化硅纳米无纺布的制备方法，其特征在于步骤二b中再调节升温速率为9～11℃/min，升温至1500～1700℃。