CN104790040A - 一种表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物，由质量百分比含量为97.5％～99.45％的碳化硅斜方晶须；质量百分比含量为0.01％～0.05％的氧化铝斜方晶须；表面经过Na₂SiF₆处理且质量百分比为0.01％-0.015％的高岭土制备而成。有上述成分制备获得的复合物较为均匀(大小，均匀性，面的规律性)，这些成分都经过了预处理，能够快速生产，显著降低了生产时间，提高了生产效率。另外，由于成分比例恰当，没有原料的浪费，能够降低生产成本。

Description

一种表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物

技术领域

本申请涉及材料领域，尤其涉及一种表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

背景技术

碳化硅(SiC)，又称金刚砂，由碳和硅化合形成分子式SiC。碳化硅可以通过多种形式得到，包括但不局限于填充陶瓷材料，粮食和纤维。大块的或颗粒状的碳化硅有很多用途，包括用作研磨或切割用具、建筑陶瓷、用于电子电路元件和加热元件。碳化硅也可以以晶须形式存在。通常在碳化硅的生产工业中晶须被定义为拥有高比例的长度直径比的碳化硅颗粒。不同尺寸和不同工艺制作得到的碳化硅晶须通常用于加强和巩固其他材料。

早期的碳化硅晶须是由稻谷壳在SiO₂气氛中高压生产得到。后来，碳化硅晶须是通过使用石油化工过程生产得到，而现在的碳化硅晶须，可以在高温下直接氟化得到。但是却造成了下面的问题：(i)需要非常高的温度前驱体才能反应生成预期的碳化硅，(ⅱ)会产生的一些处理繁琐且费用昂贵的石化衍生物(例如苯并恶嗪，甲苯)，(iii)需要昂贵的前驱体(如碳化硼)。例如，现有的典型传统工艺的已知反应方法是在温度高达2200℃下执行，远远超过1000℃。这就会造成需要具高温锅炉及重要生产条件控制的困难。例如，进料速度，加温区的温度控制，气态物质排放，热能排放，及电能质量监控等。

因此，目前对于碳化硅晶须的研究，都是为了克服一个或多个上面讨论的问题。但是，现有的生产技术仍然存在下面的问题，如：(一)会产生不符合规格的材料(“废料”)，造成生产效率低下；(二)增加生产时间；(三)增加生产成本。

发明内容

本发明了提供了一种表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物，包括：质量百分比含量为97.5％～99.45％的碳化硅斜方晶须，所述碳化硅斜方晶须的长度为0.5μm-0.7μm且表面经过湿法刻蚀处理；质量百分比含量为0.01％～0.05％的氧化铝斜方晶须，所述氧化铝斜方晶须的长度为0.7μm内且表面经过刻蚀处理；表面经过Na₂SiF₆处理且质量百分比为0.01％-0.015％的高岭土；其中，所述碳化硅斜方晶须、所述氧化铝斜方晶须、所述高岭土一并复合成所述碳化硅纳米晶须复合物，在所述碳化硅纳米晶须复合物中，所述碳化硅斜方晶须处于物理上的分离状态。

优选的，所述氧化铝斜方晶系晶须的长度为：0.35μm-0.4μm。

优选的，所述高岭土的纯度为99.99％。

优选的，所述碳化硅斜方晶系晶须包括β碳化硅。

优选的，表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物的制备方法为：利用湿法刻蚀来制备长度为0.7μm且表面经过刻蚀处理的氧化铝斜方晶须；粉碎所述氧化铝斜方晶须至0.35μm-0.4μm的尺寸，并通过湿法刻蚀改变所述氧化铝斜方晶须的所有表面；将干燥的高岭土与Na₂SiF₆混合；制备长度为0.5μm-0.7μm的碳化硅斜方晶须；将0.01％～0.05％的氧化铝斜方晶须掺杂到质量百分比为97.5％～99.45％的碳化硅斜方晶须中；氟化材料和掺入Na₂SiF₆的干燥的高岭土混合，获得混合材料；加热碳化硅斜方晶须、氧化铝斜方晶须、混合材料，以产生所述碳化硅纳米晶须复合物。

优选的，所述氟化材料包括：四氟乙烯或聚四氟乙烯。

优选的，所述加热碳化硅斜方晶须、氧化铝斜方晶须、混合材料，具体为：在800-850℃的温度范围处理所述碳化硅斜方晶须、所述氧化铝斜方晶须、所述混合材料。

本发明还提供了一种复合泡沫塑料，包括如上述技术方案描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

优选的，所述复合泡沫塑料由以下步骤制备：混合所述碳化硅材料与大量微球体，获得混合物，所述碳化硅纳米晶须复合物所占质量百分比为7.5％-15％；将所述混合物同树脂基泡沫塑料复合材料混合，获得所述复合泡沫塑料。

本发明还提供了一种涂料，包括如上述技术方案描述的复合泡沫塑料。

本发明还提供了一种绝缘材料，包括如上述技术方案描述的复合泡沫塑料。

本发明还提供了一种制造电子元件，包括如上述技术方案描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

本发明还提供了一种机电设备，包括如上述技术方案描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

本发明还提供了一种陶瓷复合材料，包括如上述技术方案描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

本发明还提供了一种机械器件，包括如上述技术方案描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

本发明还提供了一种医疗器械，包括如上述技术方案描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

本发明还提供了一种的添加剂，添加于HNBR橡胶、浇铸聚氨酯、乙烯酯、玻璃纤维材料和热塑性聚氨酯弹性体中，包括如上述技术方案描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明描述了一种表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物，由质量百分比含量为97.5％～99.45％的碳化硅斜方晶须；质量百分比含量为0.01％～0.05％的氧化铝斜方晶须；表面经过Na₂SiF₆处理且质量百分比为0.01％-0.015％的高岭土制备而成。这些成分都经过了预处理，能够快速生产，显著降低了生产时间，提高了生产效率。另外，由于成分比例恰当，没有原料的浪费，能够降低生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例中碳化硅纳米晶须复合物的制备过程图；

图2为本发明实施例中复合物的电子显微镜图。

具体实施方式

为了使本发明申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本发明申请技术方案作详细描述。

本发明所公开的一个实施例中是一种组合物，特别是大量蚀刻的碳化硅参杂着少量的氧化铝组合而成的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。该晶须复合物有许多用途，包括下文详细描述的某些选定的用途。

本文所公开的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物的组分可表征为如下：

质量百分比含量为97.5％～99.45％的碳化硅斜方晶须，所述碳化硅斜方晶须的长度为0.5μm-0.7μm且表面经过湿法刻蚀处理。

质量百分比含量为0.01％～0.05％的氧化铝斜方晶须，所述氧化铝斜方晶须的长度为0.7μm内且表面经过刻蚀处理。

表面经过Na₂SiF₆处理且质量百分比为0.01％-0.015％的高岭土。

其中，所述碳化硅斜方晶须、所述氧化铝斜方晶须、所述高岭土一并复合成碳化硅纳米晶须复合物，在碳化硅纳米晶须复合物中，所述碳化硅斜方晶须处于物理上的分离状态。

优选的，氧化铝斜方晶须的长度为：0.35μm-0.4μm。

优选的，所述高岭土的纯度为99.99％。

优选的，碳化硅斜方晶须包括β碳化硅。

下面介绍表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物的制备方法，示意图请参看图1，具体的实施过程如下：

利用湿法刻蚀来制备长度为0.7μm且表面经过刻蚀处理的氧化铝斜方晶须；

粉碎所述氧化铝斜方晶须至0.35μm-0.4μm的尺寸，并通过湿法刻蚀改变所述氧化铝斜方晶须的所有表面；

将干燥的高岭土与Na₂SiF₆混合；

制备长度为0.5μm-0.7μm的碳化硅斜方晶须；

将0.01％～0.05％的氧化铝斜方晶须掺杂到质量百分比为97.5％～99.45％的碳化硅斜方晶须中；

氟化材料和掺入Na₂SiF₆的干燥的高岭土混合，获得混合材料；

加热碳化硅斜方晶须、氧化铝斜方晶须、混合材料，以产生碳化硅纳米晶须复合物。在加热过程中，可在800-850℃的温度范围处理所述氧化铝斜方晶须、所述碳化硅斜方晶须、所述混合材料。

优选的，在制备过程中，氟化材料可选用但不限于是：四氟乙烯或聚四氟乙烯。

下面介绍各种包含表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物的产品：

该产品可以是复合泡沫塑料，该复合泡沫塑料中包括表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

进一步的，所述复合泡沫塑料由以下步骤制备：

将碳化硅纳米晶须复合物与大量微球体混合，获得混合物，所述碳化硅材料所占质量百分比为7.5％-15％；将所述混合物同树脂基泡沫塑料复合材料混合，获得复合泡沫塑料。

该产品可以是一种涂料，该涂料中可包含复合泡沫塑料。

该产品可以是一种绝缘材料，该绝缘材料中可包含复合泡沫塑料。

该产品可以是一种制造电子元件，该制造电子元件包含上述实施例描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

该产品可以是一种机电设备，该机电设备包含上述实施例描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

该产品可以是一种陶瓷复合材料，该陶瓷复合材料包含上述实施例描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

该产品可以是一种机械器件，该机械器件包含上述实施例描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

该产品可以是一种医疗器械，该医疗器械包含上述实施例描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

该产品可以是一种的添加剂，添加于HNBR橡胶、浇铸聚氨酯、乙烯酯、玻璃纤维材料和热塑性聚氨酯弹性体中，该添加剂包含上述实施例描述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

在下面的实施例中，将对表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物进行全面的介绍。

首先介绍表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物的组成成分。

(ⅰ)碳化硅，长度为0.5μm-0.7μm，其表面经湿法蚀刻改造。

(ⅱ)氧化铝，长度为0.7μm，表面被蚀刻。另外，氧化铝可被进一步粉碎至0.35μm-0.4μm的均匀尺寸。

(iii)高岭土，经氟硅酸钠(Na₂SiF₆)处理。高岭土的纯度可达到99.99％。

本文的复合物可包括碳化硅和一个组合：(ⅰ)用氟硅酸钠(Na₂SiF₆)处理过的高岭土。氟硅酸钠是一种低成本且常用于氟化城市供水的白色结晶粉末。结合氧化铝(下文将描述)时，用氟硅酸钠处理过的高岭土用作掺合剂和直接氟化碳化硅的氟来源。(ⅱ)预蚀刻的氧化铝被用作迅速分散的混和剂。用Na₂SiF₆处理的高岭土和四氟乙烯或聚四氟乙烯(C₂F₄或C₂F₄)等为生成复合物的反应创建了一个“激活物质”。

特别地，高岭土确保任何随后使用的直接氟化材料(如聚四氟乙烯(PTFE)或四氟乙烯(TFE))的彻底分解和分散。在制造期间，碳化硅的直接氟化通过Na₂SiF₆开始，以使制造工艺成本较低。此外，预蚀刻后的氧化铝增加了所得组合物的结构和热质量，且独立地确保了氟化材料的完全分解和分散。

特别地，本发明所公开的组合物除了具有与莫来石晶须和βSialons相似或相同的品质，还具有氧化铝和碳化硅的机械和热学性能。例如，所公开的复合物可加入到环氧树脂/微球基质涂料、泡沫材料和设备中，可以提高所需的机械性能和热性能，而不显著改变宿主材料的比重或其他特殊性能。而具有特定比例的组合物还能够更有效地用于一些特定用途。

另外，本发明公开的复合物和现有的材料有如下区别：

有几种方法可区别本发明的复合物和已知的氧化铝晶须、典型的蚀刻碳化硅。

首先，本发明公开的复合物包含特定比例的碳化硅、高岭土、氧化铝。

其次，本发明的生产方法也有显著不同。碳化硅和氧化铝的结合对制备材料有有利性能。例如，氧化铝纳米晶须复合物的热冲击试验显示，当温度差达到900℃时抗弯强度不变。另一方面，当温度变化大于400℃时，通常氧化铝的抗弯强度会显著降低，但是由于是复合材料参杂着碳化硅，增强了韧性，并改善了抗热震性，因此，复合材料的抗弯强度不会有太大改变。

究其原因，氧化铝纳米晶须复合物抗热震性的提高可能与穿晶断裂模式有关。因为氧化铝纳米晶须复合物是由在常规粒径大小的氧化铝基质中分散的碳化硅“纳米粒子”组成的，纳米复合材料比纯氧化铝更耐严重磨损。结果表明，引入碳化硅所造成的磨损率的降低是由于脆性断裂导致的表面拉拔的减少，添加“纳米粒子”的碳化硅的主要作用是减小单个拔出物的尺寸(直径、深度)，这种情况一般认为是断裂模式的改变：由氧化铝晶间断裂变为纳米复合颗粒的穿晶断裂。增加碳化硅纳米粒子的体积比例(10％)，由脆性断裂导致裂解也被抑制，这是长程的孪晶或位错的形成受到阻碍的结果。如图2所示，是复合物的电子显微镜图，这些晶须的横向刻蚀程度很深，但是形貌并不均匀，正因如此，它可以与各种材料混合。

下面介绍制备表面刻蚀的氧化铝纳米晶须复合物的方法，包括：

使用稀释的氢氟酸(BHF)预湿氧化铝。

BHF预湿的碳化硅直接与氟化的氧化铝混合。在氟化过程中，由干高岭土和Na₂SiF₆作为氟化材料、掺合剂，并且可以在低温下和直接氟化源下进行混合。同样，PTFE或TFE也可以作为补充或新增的直接氟化剂加入。

制备方法通常还包括在800℃-850℃下加工该混合物。制备方法可选择性地包括但不限于使用旋转管煅烧炉或陶瓷炉作为加热加工装置。

这里所阐述的复合物和生产方法比起已知的合成物和方法来说具有几点优点。它的优点包括但不限于以下：

(1)加工时间相对较短，保证其在较低的成本下连续大量的生产。

(2)所制备的材料易于与其他物质均匀复合，例如可以制备成微球体填充在复合泡沫塑料中。

通过使用预处理的活化材料可以实现该复合物的快速生产。一般地，活化材料可包括预蚀刻氧化铝，Na₂SiF₆处理的高岭土和直接氟化材料。活化材料一般可以与碳化硅迅速混合，并且可以在高温和浓缩氮-空气-氟化氢的氛围中快速处理。特别地，加热高岭石(Al₂Si₂O₅(OH)₄)从室温到约750℃来产生偏高岭土(2Al₂Si₂O₇+4H₂O)，这是由于在600℃左右开始吸热分解，这个阶段会产生一种物质而变成伽马氧化铝(Si₃Al₄O₁₂+SiO₂)。该过程以前常用于生产_βSiAlONS，而现在可以用于生产莫来石晶须。

将活化材料(高岭土，PTFE或TFE)与干燥的碳化硅混合可生成长度任意的正交状碳化硅晶须。正是这些特征而使得该复合物生产的各种材料的热学和机械性能的增强，例如，复合泡沫塑料可以在深海工程中得以应用。类似的特征，尤其是随机分布的长度，使得材料的机械强度增强，例如乙烯基酯，凝胶涂料，浇铸聚氨酯等材料，主要就是由于掺合物长度的随机分布而使得其性能提高。

此处所公开的方法可以在较低的温度下进行，因为Na₂SiF₆开始放出气体的温度为500℃，它是本文所公开的选定实例上升温度的下限。这个初放气过程使碳化硅的蚀刻比其他已知方法要早得多，如此即增加了生产速度又降低了废气的排放量，特别是HF。从而能够降低洗涤和处理废水的设备成本。

与上述公开的实施方案相一致的一种具有代表性的过程如下：在微电子刻蚀池中用BHF对氧化铝进行刻蚀，当出现蚀刻角度斜方晶系结构时，说明氧化层被去除。高岭石/高岭土是通过混合与压缩和Na₂SiF₆混合的。经蚀刻的氧化铝与增强高岭石/高岭土以选定的比例均匀地混合。保存混合/润湿剂处理过的材料。将干蚀刻材料(四氟乙烯或聚四氟乙烯(C₂F₄ or C₂F_4x))以指定的比例稳定混合到所保存的共混/润湿剂中。当干蚀刻材料完全加入该混合物中后，持续搅拌一段特定时间，以确保所得到的混合材料尽可能地均匀。将一定量的氧化铝加入到该混合的蚀刻碳化硅、增强的高岭土和干法蚀刻的材料中，同时持续搅拌。最终的蚀刻如图2所示。此混合物被加热到约800℃-850℃，然后快速冷却。腔室的温度从800-850℃快速降到0℃以下，对均匀_βSiC/Al₂O₃晶须进行快速淬火。

在下面所述的各种用途中，所产生的材料被加入到另一种材料，产品或结构中，例如，复合泡沫塑料。公开的范围包括所引用的方法和组合物或由该方法制成的产品。

本发明公开的方法应该与已知的碳化硅或氧化铝晶须的制备方法区别开来。例如，已知的生产方法包括将PTFE与碳化硅或氧化铝混合，接着加热混合物使PTFE闪蒸到HF中，从而使HF刻蚀材料。这里所公开的方法至少在三种方式上不同：使用的高岭土阻止PTFE或其它氟化添加剂团聚。利用BHF蚀刻氧化铝的同时，作为在混合工序中的研磨剂和生产构成材料。材料中同时包含氧化铝和碳化硅。

本发明的制备方法中，复合物混合好，机械强度更高，具有较好的热传导特性，并且由该生产技术得到的产品比用其它方法制得的更均匀。

所公开的方法提供了独特的生产优势，包括但不限于：更完整地分解氟化剂，例如聚四氟乙烯，更好地与被刻蚀的材料混合，从而使得生产更快并且能得到更均匀地混合/分散的产品。更快的生产速度使成本降低。更均匀的组合物使其更容易与其他材料混合，例如炭黑和复合泡沫材料。催化过程时较快的上升时间使其在加工容器中的停留时间缩短，从而导致较低的生产成本。较快的上升时间导致更多的蚀刻气体在材料表面停留更长的时间，因此，上升时间越快，有用的蚀刻气体就会产生的越快越多，而且没用的气体产生的越少。特别是，加热PTFE生成的毒性气体量大约在温度从350上升至500℃之间会达到最大值。在温度高于650℃时，所产生的主要气体是二氧化碳和四氟化碳。为了保证最大的安全性，在加热温度段是350-500℃区间必须快速升温。

在350～500℃之间得到的不良气体包括强劲的的化学战剂(全氟异丁烯)和四氟乙烯(包括其他不良气体)。

(全氟异丁烯(PFIB)，也被称为1,1,3,3,3-五氟-2(三氟甲基)丙-1-烯，是一种碳氟烯烃。它是一种疏水性，沸点为7℃的反应性气体。它是一种强电体，是光气毒性的10倍。吸入它可导致肺水肿，这可能是致命的。TFE四氟乙烯(C₂F₄)是一种无色无味的气体，它与空气接触时，可形成爆炸性过氧化物。它是在聚四氟乙烯上的四氟乙烯)。

由于安全性问题不能得到显著的降低，这些不良的气体的洗涤大大增加了生产成本。而本发明提供的方法将快速的升温，主要是使用BHF和预湿材料来显著缩短加热时间，以“跳”过此毒热区，这种方法极大地缩短了物料的加热阶段(“升温时间”)，降低了超过一半的时间，将在炉/煅烧炉中的时间从25-28秒降到10秒。

另外，本发明的方法相较于先前的方法在生产每个既定的生产量时，使用了较少的聚氟乙烯。聚氟乙烯是在生产蚀刻碳化硅过程中最为昂贵的材料。因此，所公开的复合物可以比其它方法处理制备的组合物的成本更低。

在各种应用中使用的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

上述制备的复合物可以用于各种各样的实际应用中。而选定的用途将在下文中详细描述。当然，本发明公开的范围仅是本发明的复合物的一些特定的使用范围，在其他范围或者产品中使用到本发明的复合物，也应当属于本发明的保护范围之内。

增强复合泡沫塑料的热学和机械性能，无论是制造聚氨酯，聚丙烯或环氧树脂的复合物可用在深海工程的应用。

上述制备的复合物的一种方法包括：增加表面刻蚀的氧化铝纳米晶须复合物的质量百分比至7.5％-15％，混合到微球体中。然后将这种混合物混合到树脂基泡沫塑料复合材料中，制备成复合泡沫塑料，应用于水下立管，进水管和用于石油，天然气和采矿行业中的关键金属零部件的深海下绝热。

海下，特别是深海下，复合泡沫塑料是加入一种或者多种尺寸的微球的环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯材料。微球通常从燃煤电站飞尘副产物中得到，即使微球中含有大量的钙、硅、铝、铁，它的质量也非常轻。当然也可以通过用热塑性聚合物来得到微球，但是这种方式比将飞尘从废浮层中提取出要贵的多。近来，人造玻璃微球应用越来越多，将泡沫先驱体材料与微球的结合，并加入本发明公开的刻蚀复合物，使得最终得到的涂层拥有更好的机械性能和热学性能。随着流体管线长度的增加，这些热学和机械性能变得越来越重要。

例如，当流体管线超过40公里(25哩)时,我们曾经认为其很长，但在现在看来是很普通的长度。同样的，增加外海钻井的深度(一般情况下，它是1.6到3.2公里)。需要更加注意其保温性能，从而增加了热学和机械性能操作的范围。

机械性能的增加使得复合泡沫塑料可以像我们这里形容的一样被生产制造出来，例如弯曲性能，提高的耐粒子碰撞的性能或者说减震性能，提高了抵抗海水侵蚀的能力。除此之外，包含有复合物的复合泡沫塑料还能够扩大了能承受更大温度的使用范围，通过在深海环境中的HAST测试，其温度适用范围从170°F.增加到360°F.。现场的测试也证实了这结果，然而其使用寿命是否会大于10年，还需要等待时间的验证。而复合泡沫材料可以具有几十年的寿命，一般的结果都能获得20-25年的使用寿命，当然，在深海下环境中，材料通常的寿命只有2-3年。因此依据本发明专利公开的方法制备的复合泡沫材料在增强其机械性能和热承的保护下具有更长的使用寿命。

本发明的复合物相比于原始碳化硅展现出更高的热稳定性和耐冲击性。除此之外，与原始碳化硅相比，该复合材料还具有不减弱维度，导电性，电阻率，介电性能，抗压强度和密度不衰减的特征。因此，此次披露的材料可以容易地用于许多产品，材料或当前由氧化铝或碳化硅构成的装置的制造中。下面将就一些应用进行探讨。

此次披露的复合物可能被用于高温高功率电子元件及其组件的制造，不仅限于11kV-25kV高电压，低电容变压器测试台或二硼化锆装置。

通常人们希望在保持电学性能及机械性能的同时，高功率电子元件尺寸尽可能的小。将此复合材料用于电子装置，由于所得材料会很薄且小，在增加强度的同时并无太大质量的增加。

本发明披露的复合物还可以适于许多微波及波导方面的应用，而且还可以用于要求高电阻率及高介电强度的低陶瓷技术应用中，比如高压绝缘体和火花塞。

本发明披露的复合物还可以和未经处理的氧化铝掺杂，作为氧化物混合器而用于大气压电浆焰还原加工，也可用于PVD，CVD及低压真空等离子溅射。此应用显示了该复合材料对于降低等离子体喷涂工件过程的接触时间方面有着很好的潜力，但其准确的机理不甚明了，仍在研究之中。目前已知，当考虑可重复性的散件加工时其热分布性质会更具规律性和一致性，同时喷涂时间会减少25-28％。喷涂时间的减少会大大提高每次班组的喷涂件数量，这就提高了机器使用率同时降低了生产成本。

批量生产的炭黑是一种无定形且具有高比表面积的碳材料，通常在轮胎产业中用作色素且可以增强其机械性能。炭黑也能在轮胎橡胶中提供最好的热传导性能。本文所公开复合物能够有效的加固各种橡胶材料。加入本文所公开的复合物生产的炭黑能够增强的轮胎橡胶中的炭黑的机械性能。另外，本文中公开的材料为轮胎中提供的碳黑热传导功能不会因为低导热性的复合材料晶须而受到损害。试验表明，向炭黑中添加质量百分比为1.75％至2.5％的碳化硅晶须，炭黑的机械性能会增强15-18％，并且对热导率没有影响。

碳化硅晶须复合物由于其化学吸收挥发组分含量，因此不会使炭黑失去相对其他材料的优势，而碳化硅晶须复合物涂敷时间的减少，可以明显增加涂覆物品数量，提高设备利用率，降低生产成本。

另外，本发明的复合物还可以和未处理的碳化硅掺杂作为碳质基底用于大气压电浆焰的还原加工，同时也可用于PVD，CVD及低压真空等离子溅射。

另外，本发明的复合物还可与未处理的氧化铝或氧化铝复合材料混合而作为复合结构元件用于特殊轴承、医疗植入体或类似装置。例如，在航空航天应用领域，高强度重量轻十分重要。经此复合材料增强的陶瓷结构强度大约为未经增强的氧化铝或氧化铝复合材料的1.85-2倍。

另外，本发明的复合物还可与未处理的氧化铝或氧化铝复合材料混合以用于高分子涂层材料(如聚氨酯阻挡涂层)。实验室基线测试(如硬度及泰伯耗损测试)表明，加入该复合材料的涂层的使用寿命较未加该复合材料的涂层要长很多。例如，向木地板的高分子涂层中加入重量为5％的氧化铝复合材料与简单的加入氧化铝相比，其涂层强度及使用寿命提高了10倍。

本发明的复合物还可以和不同的橡胶成分及橡胶复合材料混合。例如，其可与氢化丁腈橡胶(HNBR)掺杂而用于像石油生产井下防爆密封件、和用于飞机以及和高性能引擎中等的高速旋转式或高速回复式高温密封件。

经碳化硅处理的HNBR防爆密封件(BOP)密封件多次呈现出较未经处理的防爆密封件要增加3倍或3倍以上的使用寿命。例如，一系列的测试表明，相较于一般的钻管通过100,000英尺推拉就会磨损的防爆密封件，经碳化硅处理过的防爆密封件可以让钻管推拉通过超过295.000英尺——提升了1.9倍。已知的研究结果表明，经处理的氢化丁腈橡胶表面的基于摩擦性的耐磨性整体上提升了3倍，转轴密封件的磨损减少了70％，且减少了70％的粘滑测试时间，这些与以上数据一致。

可以预料，向柔性聚氨酯(TPU)中加入体积比为1.5％或小于1.5％的此复合物会使其工作寿命显著提高，如柔性软管在疲劳前的柔性循环次数可以显著提升3.5％以上。同样，此次公开的复合物还可以加入到TPU涂层中，而使其性能得到显著提升，特别是能够提高涂料在使用中的抗磨损性能。例如，基于使用数据，加入5％的碳化硅能使其材料的磨损降低一半，加入10％的碳化硅会是材料磨损进一步的减少12％-15％。

同样地，复合物还可掺合浇铸聚氨酯(C-PU)，比如在旋液分离器的接口，可以在旋液分离操作中减少一半的材料磨损。

在环氧树脂和乙烯树脂凝胶涂层中，复合物的加入也可以表現出操作过程中材料抗磨损的特性。在这个操作中，发现环氧树脂涂层部分的材料可减少高达42％的磨损。将复合物与其他任意一种基质或材料混合来增强其材料强度、耐用度、摩擦特性、热力学特性或它的其他任何特性保持用于其它用途均在专利的应用范围之内。

本发明介绍的复合物的组成比率可以有变化，这样可以在不改变复合材料成分基本性质情况下来实现特定性能。尤其是氧化铝与碳化硅的比例可以改变来实现所选择的性能特性而不改变该组合物的基本性质。

下面的表1中列出了本发明复合物经反复试验了的主要的应用领域。表中“氧化铝”指的是刻蚀的氧化铝和按照普通方法制造氧化铝复合材料，而不是市面上销售的非刻蚀的氧化铝。

表1

应当注意，本发明公开各种具体陈述的权利要求包括各种元素的排列，每个多重独立的权利要求是合并了每个附属权利要求和独立权利要求。这样的排列是很明确在本专利的权利要求范围之内的。当这个发明被具体展现出来并且用一系列的具体示例体现出来的时候，所属领域的专业人员可以理解在没有偏离发明的精神和范畴情况下，形式的改变以及元素排列的细节都在本专利权利要求的限定范围内。这里所有的引用均是通过参考纳入其发明的整体。

本发明公开的权利要求条例是出于说明和描述的目的，而不是为了详尽的或者限制性的介绍。权利要求的范围不受限制于以下声明的范围。图表中的描述和展现为了更好地解释各种具体化的原则，实际应用，同时让专业人员在意识到很多的形式的变更和修改都是可能的以便适应一些特定的用途的情况下，能了解各种具体化。

尽管已描述了本发明专利公开权利要求的申请的优选实施例，但本领域内的专业人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。显然，各种改动和变型都不脱离了本申请权利要求及其等同技术的范围的精神和范围之内。则本申请权利要求也包含这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物，其特征在于，包括：

质量百分比含量为97.5％～99.45％的碳化硅斜方晶须，所述碳化硅斜方晶须的长度为0.5μm-0.7μm且表面经过湿法刻蚀处理；

质量百分比含量为0.01％～0.05％的氧化铝斜方晶须，所述氧化铝斜方晶须的长度为0.7μm内且表面经过刻蚀处理；

表面经过Na₂SiF₆处理且质量百分比为0.01％-0.015％的高岭土；

其中，所述碳化硅斜方晶须、所述氧化铝斜方晶须、所述高岭土一并复合成所述碳化硅纳米晶须复合物，在所述碳化硅纳米晶须复合物中，所述碳化硅斜方晶须处于物理上的分离状态。

2.如权利要求1所述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物，其特征在于，所述氧化铝斜方晶须的长度为：0.35μm-0.4μm。

3.如权利要求1所述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物，其特征在于，所述高岭土的纯度为99.99％。

4.如权利要求1所述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物，其特征在于，所述碳化硅斜方晶须包括β碳化硅。

5.如权利要求1所述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物，其特征在于，表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物的制备方法为：

利用湿法刻蚀来制备所述氧化铝斜方晶须；

粉碎所述氧化铝斜方晶须至0.35μm-0.4μm的尺寸，并通过湿法刻蚀改变所述氧化铝斜方晶须的所有表面；

将干燥的高岭土与Na₂SiF₆混合；

制备所述碳化硅斜方晶须；

将0.01％～0.05％的氧化铝斜方晶须掺杂到质量百分比为97.5％～99.45％的碳化硅斜方晶须中；

混合氟化材料和掺入Na₂SiF₆的干燥的高岭土，获得混合材料；

加热碳化硅斜方晶须、氧化铝斜方晶须、混合材料，以产生所述碳化硅纳米晶须复合物。

6.如权利要求5所述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物，其特征在于，所述氟化材料包括：四氟乙烯或聚四氟乙烯。

7.如权利要求1所述的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物，其特征在于，所述加热碳化硅斜方晶须、氧化铝斜方晶须、混合材料，具体为：

在800-850℃的温度范围处理所述碳化硅斜方晶须、所述氧化铝斜方晶须、所述混合材料。

8.一种复合泡沫塑料，其特征在于，包括如上述权利要求1-7任一权项的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

9.如权利要求8所述的复合泡沫塑料，其特征在于，所述复合泡沫塑料由以下步骤制备：

将所述碳化硅纳米晶须复合物与大量微球体混合，获得混合物，所述碳化硅纳米晶须复合物所占质量百分比为7.5％-15％；

将所述混合物同树脂基泡沫塑料复合材料混合，获得所述复合泡沫塑料。

10.一种涂料，其特征在于，包括如上述权利要求8所述的复合泡沫塑料。

11.一种绝缘材料，其特征在于，包括如上述权利要求8所述的复合泡沫塑料。

12.一种制造电子元件，其特征在于，包括如上述权利要求1-7任一权项的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

13.一种机电设备，其特征在于，包括如上述权利要求1-7任一权项的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

14.一种陶瓷复合材料，其特征在于，包括如上述权利要求1-7任一权项的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

15.一种机械器件，其特征在于，包括如上述权利要求1-7任一权项的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

16.一种医疗器械，其特征在于，包括如上述权利要求1-7任一权项的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。

17.一种的添加剂，添加于氢化丁腈橡胶、浇铸聚氨酯、乙烯酯、玻璃纤维材料和热塑性聚氨酯弹性体中，其特征在于，包括如上述权利要求1-7任一权项的表面刻蚀的碳化硅纳米晶须复合物。