CN103038166A - 碳化硅及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种碳化硅制备方法。该方法包括将干燥硅源、固体碳源以及粘结剂相互混合起来并对所述混合源加热以形成碳化硅。

Description

碳化硅及其制造方法
技术领域
本公开内容涉及碳化硅及其制造方法。
背景技术
碳化硅SiC具有物理和化学稳定性以及优异的耐热性和导热性。因此，碳化硅具有良好的高温热稳定性和强度以及优异的耐磨性。所以，碳化硅正被广泛地用于高温材料、高温半导体、耐磨材料、汽车零部件等的制造领域中。
碳化硅可以通过对诸如硅源和碳源的混合源进行加热来制备。这里，要求提高产率，以便在碳化硅制备过程中一次获得大量的碳化硅。
发明内容
技术问题
实施方式提供能够提高产率的碳化硅制备过程以及使用该过程制备的碳化硅。
技术方案
在一个实施例中，一种碳化硅制备方法包括：将干燥硅源、固体碳源以及粘结剂相互混合起来；以及对所述混合源进行加热以形成碳化硅。
在另一个实施例中，一种碳化硅制备方法包括：将干燥硅源、固体碳源以及水、醇类或丙酮相互混合起来；以及对所述混合源进行加热以形成碳化硅。
实施例所述的碳化硅可以通过上述碳化硅制备方法来制备。
有益效果
根据所述碳化硅制备方法，使用含有粘结剂或水、异丙醇、甲醇、乙醇或丙酮的溶剂，可以使所述固体碳源和干燥硅源彼此粘结，从而增加放入高温炉中的混合源的数量。因此，在所述碳化硅制备方法中一次能够获得的碳化硅的数量可以增加。于是，产率就可以提高。
附图说明
图1是根据一个实施例的碳化硅制备过程的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图详细描述本发明的实施例。以下参考图1描述第一和第二实施例所述的碳化硅制备过程。
图1是根据第一和第二实施例所述的碳化硅制备过程的流程图。
参看图1，根据第一和第二实施例的碳化硅制备过程包括源混合过程ST10和加热过程ST20。
下面将详细描述根据第一实施例的碳化硅制备过程。
在源混合过程ST10中，准备干燥硅（Si）源、固体碳（C）源和粘结剂，然后使其相互混合。这里，将所述粘结剂溶于溶剂中，然后，将所述干燥硅源和固体碳源加入所述溶剂中，以使这些源混合。
所述干燥硅源可以包括含有Si的各种材料。例如，硅源可以包括硅石。另外，可以使用硅石粉、硅溶胶、硅胶、石英粉作为硅源。
所述固体碳源可以包括含有C的各种材料。可以使用石墨、碳黑、碳纳米管（CNT）、富勒烯（C60）作为固体碳源。
所述粘结剂可以包括固体碳源和干燥硅源在其中可以相互粘结的各种材料。所述粘结剂可以包括低聚物或多聚物。所述低聚物可以是碳基低聚物。所述低聚物或多聚物可以包括酚基树脂（phenol-based resin）、丙烯酸基树脂(acrylic-based resin)、聚氨酯基树脂（polyurethane-based resin）、聚乙烯醇基树脂（polyvinyl alcohol-based resin）、聚乙二醇基树脂（poly glycolic-based resin）以及环氧基树脂（epoxy-based resin）。
所述固体碳源中所含的碳与所述干燥硅源中所含的硅的摩尔比（下文中称作碳硅摩尔比）可在约1.5到约3的范围内。当碳硅摩尔比超过约3时，剩下未与硅反应的碳的数量增加，因为碳的数量太多了。因此，回收率（recoveryrate）会减小。另外，当碳硅摩尔比小于约1.5时，剩下未与碳反应的硅的数量增加，因为硅的数量太多了。因此，回收率会减小。就是说，碳硅摩尔比可以考虑回收率来确定。
考虑到在加热过程ST20中在高温下干燥硅源挥发成气态，碳硅摩尔比可以在约2到约2.8范围内。
所述固体碳源和干燥硅源可以通过所述粘结剂彼此粘结，从而减小了混合源的体积。所述粘结剂相对于固体碳源中所含的碳可具有约1%到约10%的重量。当所述粘结剂含量小于约1重量%时，会很难使固体碳源和干燥硅源顺利地彼此粘结。另外，当所述粘结剂含量大于约10重量%时，由于所述粘结剂中含有的碳，所述混合源中的碳硅比率会在希望的范围之外。因此，剩余碳的数量会增加。为了减小剩余碳的数量，所述粘结剂相对于碳来说可以具有约1%到约3%的重量。
所述溶剂可以包括能够溶解所述粘结剂的各种材料。例如，可以使用醇基或水基材料作为溶剂。
在其中加入了所述干燥硅源、固体碳源和粘结剂的溶剂可以通过简单的搅拌、磨碎机、球磨机进行混合，然后，可以使溶剂挥发以获得混合粉末。所述混合粉末可以用筛子进行过滤和回收，并在喷雾干燥器中进行干燥。
然后，在加热过程ST20中，对所述混合粉末（即，所述混合源）进行加热，以使所述硅源中所含的硅和所述固体碳源中所含的碳彼此反应，从而形成碳化硅。更详细地说，所述混合粉末放入石墨坩埚中，并放入高温炉（例如，石墨炉）中。然后，在石墨炉中对所述混合粉末进行加热。这里，对所述混合粉末进行加热的温度可以等于或大于约1300℃，加热时长等于或大于约30分钟，例如，加热时长约1小时到约7小时。所述高温炉的内部可以为真空，也可以是惰性气体（例如氩气或氢气）气氛。
在根据另一个实施例的碳化硅制备过程中，可以只混合所述溶剂而不是所述粘结剂。
所述溶剂可以是醇基或水基材料。所述溶剂可以包括水、异丙醇、甲醇、乙醇或丙酮。
所述固体碳源和所述干燥硅源可以通过所述溶剂相互粘结，从而减小混合源的体积。所述溶剂相对于固体碳源中所含的碳可具有约1%到约20%的重量。当所述溶剂含量小于1重量%时，会很难使固体碳源和干燥硅源顺利地彼此粘结。另外，当所述溶剂含量大于约20重量%时，由于所述溶剂中含有的碳，所述混合物中的碳硅比率会在希望的范围之外。因此，剩余碳的数量会增加。为了使剩余碳的数量最小化，所述溶剂相对于碳来说可以具有约1%到约10%的重量。
在根据所述实施例的碳化硅制备过程中，由于所述固体碳源和干燥硅源使用所述粘结剂相互粘结，因此，具有预定体积并要放入石墨坩埚中的混合源的量会增加。因此，放入高温炉中的混合源的量就可以增加。例如，与只使用普通的固体碳源和干燥硅源相比，所述混合源的量可以增加约2倍到约4倍。因此，在所述碳化硅制备方法中一次能够获得的碳化硅的量可以增加。于是，产率就可以提高。
另外，由于不需要单独的碳化过程，因此，所述碳化硅制备过程就简化了。
通过上述过程制备的碳化硅可以通过压力烧结过程加工成预定的形状。于是，所述加工过的碳化硅可以在沉积设备或晶片载体设备中用作基座。
下面将更详细地描述根据制备实例和对照例的碳化硅制备过程。提供制备实例不是用于限制本公开内容的范围，而是只用于例示的目的。
制备实例1
将作为粘结剂的酚基树脂溶解在作为溶剂的异丙醇（IPA）中。将硅石和碳黑加入所述溶液中，以通过球磨机混合所述硅石和碳黑。这里，碳黑中所含的碳与硅石中所含的硅的摩尔比可以为约2.0。使用筛子回收所述混合粉末的浆液，然后，在干燥器中干燥所回收的浆液。
将所述混合粉末填充容积为0.005升的石墨坩埚的约90%。然后，测量所述混合源的重量。之后，将所述混合源放入石墨炉中，并在约1800℃的温度下加热约2小时以制备碳化硅。
制备实例2
将硅石和碳黑加入异丙醇（IPA）中，以通过球磨机混合所述硅石和碳黑。这里，碳黑中所含的碳与硅石中所含的硅的摩尔比可以为约2.0。使用筛子回收所述混合粉末的浆液，然后，在喷雾干燥器中干燥所回收的浆液。
将所述混合粉末填充容积为0.005升的石墨坩埚的约90%。然后，测量所述混合源的重量。之后，将所述混合源放入石墨炉中，并在约1800℃的温度下加热约2小时以制备碳化硅。
对照例1
将硅石粉和碳黑通过球磨机相互混合。这里，碳黑中所含的碳与硅石粉中所含的硅的摩尔比可以为约2.0。使用筛子回收所述混合粉末。
将所述混合粉末充满容积为0.005升的石墨坩埚的约90%。然后，测量所述混合源的重量。之后，将所述混合源放入石墨炉中，并在约1800℃的温度下加热约2小时以制备碳化硅。
测量通过制备实例1和2以及对照例1制备的碳化硅的回收比（recoveryratio）和颗粒尺寸（D50）。下面的表1示出了制备实例1和2以及对照例1中填充在石墨坩埚中的混合源的重量以及碳化硅的回收比和颗粒尺寸（D50）。
表1
制备实例1 制备实例2 对照例1
混合源重量[Kg] 3 3 1
回收比[%] 30 30 30
颗粒尺寸（D50） 1.5 1.3 1.4
如表1所示，在制备实例1和2中，使用石墨坩埚承载并放入作为高温炉的石墨炉中的混合源的数量约为3Kg。另一方面，可以看到，在对照例1中，混合源的量仅为约1Kg。另外，可以看到，在制备实例1和2以及对照例1中制备的碳化硅的颗粒尺寸和回收比彼此相似。就是说，根据制备实例1和2，放入高温炉中的混合源的量可以增加，而又不使回收比和颗粒尺寸特性变差。因此，在所述碳化硅制备方法中一次能够获得的碳化硅的量可以增加。于是，产率就可以提高。
上述实施例中描述的特征、结构和效果被结合到本公开内容的至少一个实施例中，但并不限于只是一个实施例。此外，在一个实施例中例示的特征、结构和效果可以由本领域中的技术人员容易地组合和修改为另一个实施例。所以，这些组合和修改应该被解释为落入本公开内容的范围内。
尽管参考示意性实施例描述了实施例，但应该明白，本领域中的技术人员能够容易地构思出很多落在本公开内容的原理精神和范围内的其它的修改和实施例。具体说，在本公开内容、附图和所附权利要求的范围内，在主题组合配置的组成部分和/或配置中，各种变型和修改是可能的。

Claims (15)

1.一种碳化硅制备方法，该方法包括：
将干燥硅源、固体碳源以及粘结剂相互混合起来；以及
对所述混合源加热以形成碳化硅。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述粘结剂包括低聚物或多聚物。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述粘结剂包括从酚基树脂、丙烯酸基树脂、聚氨酯基树脂、聚乙烯醇基树脂、聚乙二醇基树脂以及环氧基树脂所构成的组中选出的至少一种材料。
4.如权利要求1所述的方法，其中，
所述粘结剂相对于所述固体碳源中所含的碳具有约1%到约10%的重量。
5.如权利要求4所述的方法，其中，
所述粘结剂相对于所述固体碳源中所含的碳具有约1%到约3%的重量。
6.如权利要求1所述的方法，其中，
所述固体碳源包括从石墨、碳黑、碳纳米管（CNT）、富勒烯（C60）所构成的组中选出的至少一种材料。
7.如权利要求1所述的方法，其中，
所述干燥硅源包括硅石。
8.如权利要求1所述的方法，其中，
在所述干燥硅源、所述固体碳源和所述粘结剂的混合过程中，所述固体碳源和所述干燥硅源被加入溶解有所述粘结剂的溶剂中。
9.如权利要求8所述的方法，其中，
所述溶剂为醇基或水基材料。
10.一种碳化硅制备方法，该方法包括：
将干燥硅源、固体碳源以及水、醇类或丙酮相互混合起来；以及
对所述混合源加热以形成碳化硅。
11.如权利要求10所述的方法，其中，
所述醇类包括异丙醇、甲醇、乙醇或丙酮。
12.如权利要求10所述的方法，其中，
所述溶剂相对于所述固体碳源中所含的碳具有约1%到约20%的重量。
13.如权利要求10所述的方法，其中，
所述溶剂相对于所述固体碳源中所含的碳具有约5%到约10%的重量。
14.如权利要求10所述的方法，其中，
所述固体碳源包括从石墨、碳黑、碳纳米管（CNT）、富勒烯（C60）所构成的组中选出的至少一种材料。
15.如权利要求10所述的方法，其中，
所述干燥硅源包括硅石。
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