CN110387583A - 一种利用界面反应制备SiC晶须的方法及SiC晶须 - Google Patents
一种利用界面反应制备SiC晶须的方法及SiC晶须 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110387583A CN110387583A CN201810350547.2A CN201810350547A CN110387583A CN 110387583 A CN110387583 A CN 110387583A CN 201810350547 A CN201810350547 A CN 201810350547A CN 110387583 A CN110387583 A CN 110387583A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon
- sic whisker
- boric acid
- silica
- whisker
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000010406 interfacial reaction Methods 0.000 title claims abstract description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 25
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 24
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 238000009768 microwave sintering Methods 0.000 claims abstract description 21
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims abstract description 15
- 241001502050 Acis Species 0.000 claims abstract description 10
- 150000002148 esters Chemical group 0.000 claims abstract description 10
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 31
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 12
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 11
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims description 6
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims description 2
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910021386 carbon form Inorganic materials 0.000 abstract 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 73
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 73
- 239000000463 material Substances 0.000 description 30
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 2
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 206010013786 Dry skin Diseases 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005619 boric acid group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
- C30B1/10—Single-crystal growth directly from the solid state by solid state reactions or multi-phase diffusion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
- C30B29/62—Whiskers or needles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种利用界面反应制备SiC晶须的方法及SiC晶须，属于高性能陶瓷材料的制备技术领域。本发明的利用界面反应制备SiC晶须的方法，包括以下步骤：1)按照碳与硅的摩尔比为1.5～3:1取硅源、碳源与硼酸混合制备二氧化硅‑碳‑硼酸前驱体；所述硅源为硅酸酯或二氧化硅，所述碳源为活性炭或煤炭；2)将所得的二氧化硅‑碳‑硼酸前驱体压制成片后埋入石英砂中进行微波烧结，然后除去表面包裹的石英砂，之后采用氢氟酸清洗，即得。本发明的方法能够充分利用活性炭的吸附性能形成良好的核壳结构，采用硼酸调节前驱体pH及B2O3可以加速反应的进行，微波作用可以充分利用微波烧结的耦合热效应实现SiC晶须的快速合成。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用界面反应制备SiC晶须的方法及SiC晶须，属于高性能陶瓷材料的制备技术领域。
背景技术
SiC具有高强度，高硬度，高的导电性能和吸波性能，且其化学性能稳定，导热性能高，耐磨性能好，广泛应用于功能陶瓷、耐火材料、半导体材料领域等。由高纯度碳化硅单晶生长而成的短纤维碳化硅晶须，其机械强度等于邻接原子间力，其抗高温性能、强度高，是目前已经合成出的晶须中硬度最高，模量最大，抗拉伸强度最大，耐热温度最高的晶须产品，主要用于需要高温高强材质的增韧场合。目前碳化硅晶须已在陶瓷刀具、航天飞机、化工及能源生产中获得广泛应用。
传统生产SiC晶须材料的方法制备工艺复杂，操作时间长，耗能大，对环境造成污染大，而且生成的晶须量少。
申请公布号为CN 104328478A的中国发明专利公开了一种SiC晶须的制备方法，该专利公开的制备方法所得SiC晶须为空间生长模式，生长所得SiC晶须量较少，并且生长时间较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用界面反应制备SiC晶须的方法，以解决现有技术中制备方法所得SiC晶须量较少且制备时间长的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种上述方法制得的SiC晶须。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种利用界面反应制备SiC晶须的方法，包括以下步骤：
1)按照碳与硅的摩尔比为1.5～3:1取硅源、碳源与硼酸混合制备二氧化硅-碳-硼酸前驱体；所述硅源为硅酸酯或二氧化硅，所述碳源为活性炭或煤炭；
2)将步骤1)所得的二氧化硅-碳-硼酸前驱体压制成片后埋入石英砂中进行微波烧结，然后除去表面包裹的石英砂，之后采用氢氟酸清洗，即得SiC晶须。
本发明的制备方法，充分地利用了微波耦合热效应，加之对炭源优良吸波性能和吸附性能的高效利用，才能够实现界面反应生成SiC晶须材料的快速合成，从而得到性能优良的SiC晶须材料。
所述采用氢氟酸清洗是用氢氟酸溶液浸泡洗涤。室温操作。氢氟酸溶液是由无水氢氟酸与水按体积比为1:1混合得到。水为蒸馏水。浸泡洗涤30min，不会反应掉SiC。
步骤1)中的硅酸酯为正硅酸乙酯。
所述碳源为颗粒状，尺寸小于50μm。
所述二氧化硅-碳-硼酸前驱体具有二氧化硅包裹碳源、硼化合物的结构。硼化合物为硼酸或者B2O3。硼酸在经过恒温水浴和干燥后变成B2O3。
所述二氧化硅-碳-硼酸前驱体的制备方法包括以下步骤：将二氧化硅与碳源、硼酸混合即得。所述碳与硼酸的摩尔比为2～2.6:1。
所述二氧化硅为无定型二氧化硅。所述无定型二氧化硅为颗粒状。所述无定型二氧化硅的颗粒尺寸为385～900um。
所述二氧化硅可以为现有技术中的无定型二氧化硅。
所述二氧化硅还可以通过溶胶凝胶法制备得到。
所述溶胶凝胶法制备二氧化硅的方法包括以下步骤：
i)取硅酸酯、乙醇与水混合，调节pH为3～4，搅拌，得混合物A；
ii)调节混合物A的pH为8～9，搅拌，得混合物B1；
iii)将混合物B1过滤，取滤饼，干燥，即得。
步骤i)中，硅酸酯、乙醇与水的体积比为18～22:34～38:38～42。
步骤i)中采用硼酸调节pH为3～4。
步骤i)中的搅拌是在80℃条件下搅拌1～2h。
步骤ii)中采用氨水调节pH为8～9。
步骤ii)中搅拌的时间是3～6h。
步骤iii)中干燥的温度为80～120℃。
所述二氧化硅-碳-硼酸前驱体的制备方法包括以下步骤：
a)将硅酸酯、乙醇、水混合，采用硼酸调节pH至3～4，混匀，得混合物A；
b)向混合物A中加入碳源，混匀，调节pH为8～9，得混合物B；
c)将混合物B过滤，干燥，即得二氧化硅-碳-硼酸前驱体。
步骤a)所述硅酸酯、乙醇、水的体积比为18～22:34～38:38～42。
步骤a)中的混匀方式为搅拌。所述搅拌是在80℃条件下搅拌1～2h。
步骤b)中采用氨水调节pH为8～9。
步骤b)中的混匀方式为搅拌。所述搅拌是在80℃条件下搅拌3～6h。步骤b)中向混合物A中加入碳源，可以使碳源和二氧化硅溶胶体系充分混合，混合更为均匀，然后调节pH为8～9，得混合物B，使碳源能够在二氧化硅凝胶体系中分布更为均匀。
步骤c)中干燥的温度为80～120℃。
步骤2)中压制的压力为3～10MPa。步骤2)中的压制成片是指压制成直径为28～32mm，厚度为10～25mm的圆柱片。
步骤2)中在微波烧结合成反应之前，将前驱体压制成片的作用是：减少颗粒间的空气含量，增加颗粒间的接触面积，增强微波加热的体积效应。
硼酸变成B2O3后在烧结过程中，低温下B2O3与SiO2首先形成玻璃相，随着温度的升高，玻璃相熔融形成液相，熔融的SiO2在气流冲击下于液相界面中与碳源反应形成液相反应，生成SiC。硼酸的加入不仅改变了生成SiC的反应机理，也在一定程度上促进了反应过程，加快了反应时间。
步骤2)中的石英砂置于氧化铝坩埚中。
步骤2)中的微波烧结为以10～70℃/min的速率升温至580～680℃，再以70～280℃/min的速率升温至950～1300℃，保温0～30min。
步骤2)中的微波烧结是在无保护气氛或氮气的条件下进行的。
经过步骤2)中的微波烧结，碳源与一部分二氧化硅在基体表面发生氧化还原反应生成碳化硅晶须材料，另一部分SiO2则随着气体的流动快速延伸，包裹内部反应生成的SiC晶须材料。微波烧结过程中需将样品埋入石英砂中进行烧结，因为烧结过程中接近样品的石英砂会发生熔融现象，而通过利用碳优良的吸附性能使样品表层吸附石英砂(壳)形成良好的核壳结构，由SiO2包裹的SiC晶须材料在壳内生长，壳隔开了外部石英砂与内部样品的直接接触，避免外部空气影响碳与二氧化硅之间的氧化还原反应，保护合成的包裹状SiC晶须材料，同时石英砂的成分为SiO2，避免了杂质的渗入。
一种SiC晶须，采用上述方法制得。本发明制得的晶须量多，尺寸均匀，产率较高，适合大规模快速工业化生产，应用前景广阔。
本发明的利用界面反应制备SiC晶须的方法，作为碳源的活性炭或煤炭颗粒吸波及吸附性能好，能与微波很好的耦合，更能够充分利用活性炭的吸附性能从而形成良好的核壳结构，合理保护微波烧结所得SiC晶须材料。通过加入硼酸能够改变反应机理，并且加快反应的进行，缩短反应时间。在微波作用下样品可以充分利用微波烧结的耦合热效应从而实现SiC晶须材料的快速合成。
本发明的利用界面反应制备SiC的方法，采用微波合成方法，实现了SiC晶须材料的快速合成，得到性能良好的SiC晶须材料。微波烧结利用微波具有的特殊波段与材料耦合产热从而达到对材料的烧结工艺，与传统的加热方法不同，具有升温速度快、能源利用率高、加热效率高和安全卫生无污染等特点，除此之外微波烧结还能在一定程度上提高产品的均匀性和成品率，改善被烧结材料的微观结构和性能。
本发明的利用界面反应制备SiC晶须的方法，采用微波烧结合成技术，结合材料自身的介电损耗以及气体等离子体效应和耦合热效应对材料进行烧结合成，不仅节约能源，而且对环境的污染少，烧结周期短，操作方便，非常适合快速大规模工业化生产，在吸波材料、半导体产业具有广阔的应用前景。
本发明的SiC晶须，晶须量多，尺寸均匀，产率较高，适合大规模快速工业化生产，应用前景广阔。
附图说明
图1为实施例1所得产物的核壳结构图；
图2为实施例1所得SiC晶须的升温曲线图，其中纵坐标分别为温度、入射功率与反射功率的对数；
图3为实施例1所得SiC晶须的XRD图；
图4为实施例1所得SiC晶须的SEM图；
图5为实施例2所得SiC晶须的升温曲线图；
图6为实施例2所得SiC晶须的XRD图；
图7为实施例2所得SiC晶须的SEM图；
图8为实施例3所得SiC晶须的升温曲线图；
图9为实施例3所得SiC晶须的XRD图；
图10为实施例3所得SiC晶须的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
实施例1
本实施例的利用界面反应制备SiC晶须的方法，包括以下步骤：
1)二氧化硅-碳-硼酸前驱体的制备
按照正硅酸乙酯、乙醇与蒸馏水的体积比为18：34：38的比例将三者混合，用硼酸调节pH为4，在80℃条件下搅拌1h，得混合物A；向混合物A中加入粒径小于38μm的生物活性炭，在80℃条件下搅拌3h，用氨水调节pH为8，继续搅拌，得混合物B；将混合物B过滤，取滤饼，80℃干燥，得二氧化硅-碳-硼酸前驱体；其中碳与硅的摩尔比为1.5:1，碳与硼酸的摩尔比为2:1；此处硼酸的用量是指调pH所用硼酸的量。
2)在3MPa的压力下，将步骤1)所得前驱体压制成直径为28mm，厚度为10mm的圆柱片，然后埋入放有石英砂的氧化铝坩埚中，将坩埚置于频率为2.45GHz的多模谐振腔微波炉内，加上保温结构(保温结构由莫来石和氧化铝纤维棉制作而成，具体的，保温结构是由莫来石组成的腔体中填塞氧化铝纤维棉构成)，在无保护气氛的情况下，进行微波烧结合成反应：首先开启微波源，调节微波输入功率，先以67℃的速率升温至600℃即排湿阶段结束；然后调节输入功率，再以87℃的速率升温至950℃，同时监测反射功率，所得产物为近球形核壳结构，具体如图1所示，其中1为SiO2壳，2为包裹状的SiC核；包裹状的SiC晶须在壳内生长，壳隔开了外部石英砂与样品的直接接触，将SiO2包裹的SiC晶须从壳内取出，采用氢氟酸洗涤，即得生成的SiC晶须材料。
对本实施例制备SiC晶须的升温曲线绘图(即微波烧结过程)(见图2)并对所得SiC晶须进行XRD和SEM测试，结果如图3、图4所示。由图2可知，本实施例所得SiC晶须材料所用时间仅为13min左右。由图3可知，本实施例所得产物是SiC材料，含少量未清洗干净的SiO2。由图4可知，所得SiC晶须材料尺寸均匀，产量多。
实施例2
本实施例的利用界面反应制备SiC晶须的方法，包括以下步骤：
1)二氧化硅-碳前驱体的制备
按照正硅酸乙酯、乙醇与蒸馏水的体积比为20：36：40的比例将三者混合，用硼酸调节pH为4，在80℃条件下搅拌2h，得混合物A；取煤炭颗粒加入混合物A，继续搅拌4h，用氨水调节pH为9，搅拌3h，得混合物B；将混合物B抽滤并100℃干燥得无定型二氧化硅-碳-硼酸前驱体；其中碳与硅的摩尔比为2.5:1；碳与硼酸的摩尔比为2.4：1；
2)在6MPa的压力下，将步骤1)所得前驱体压制成直径为28mm，厚度为10mm的圆柱片，然后埋入放有石英砂的氧化铝坩埚中，将坩埚置于频率为2.45GHz的多模谐振腔微波炉内，加上保温结构，在无保护气氛的情况下，进行微波烧结合成反应：首先开启微波源，调节微波输入功率，先以54℃的速率升温至600℃即排湿阶段结束；然后调节输入功率，再以167℃的速率升温至1100℃，同时监测反射功率，保温30min，所得产物为近球形核壳结构，包裹状SiC晶须在壳内生长，壳隔开了外部石英砂与内部样品的直接接触，将SiO2包裹的SiC晶须从壳内取出，采用氢氟酸洗涤，即得SiC晶须。
对本实施例所得的SiC晶须的升温曲线绘图(即微波烧结阶段)(见图5)并对晶须进行XRD和SEM测试，结果如图6和图7所示。由图5可知，本实施例所得SiC晶须材料所用时间仅为45min左右。从图6的XRD图中可以看出：本实施例所得产物是SiC晶须材料，含少量包裹的SiO2。酸洗过程中氧化硼与氢氟酸反应生成气体而去除，图6中无氧化硼。从图7的SEM图中可以看出所得SiC晶须尺寸圆滑，分布均匀。
实施例3
本实施例的利用界面反应制备SiC晶须的方法，包括以下步骤：
1)二氧化硅-碳-硼酸前驱体的制备
按照正硅酸乙酯、乙醇与蒸馏水的体积比为22：38：42的比例将三者混合，用硼酸调节pH为4，在80℃条件下搅拌1.5h，得混合物A；取煤炭颗粒加入混合物A，继续搅拌4h，用氨水调节使混合物的pH为9，得混合物B；将混合物B抽滤并于120℃干燥得无定型二氧化硅-碳-硼酸前驱体；其中碳与硅的摩尔比为3:1；碳与硼酸的摩尔比为2.6：1；
2)在10MPa的压力下，将步骤1)所得前驱体压制成直径为28mm，厚度为10mm的圆柱片，然后埋入放有石英砂的氧化铝坩埚中，将坩埚置于频率为2.45GHz的多模谐振腔微波炉内，加上保温结构，在无保护气氛的情况下，进行微波烧结合成反应：首先开启微波源，调节微波输入功率，先以46℃的速率升温至600℃即排湿阶段结束；然后调节输入功率，再以280℃的速率升温至1300℃，同时监测反射功率，保温5min，所得产物为近球形核壳结构，包裹状的SiC晶须在壳内生长，壳隔开了外部石英砂与样品的直接接触，将SiO2包裹的SiC晶须从壳内取出，采用氢氟酸洗涤，即得SiC晶须。
对本实施例的SiC晶须材料的升温曲线绘图(即微波烧结过程)(见图8)并对样品进行XRD和SEM测试，结果如图9和图10所示。由图8可知，本实施例所得SiC晶须材料所用时间仅为18min左右。从图9的XRD图中可以看出：本实施例所得产物是SiC晶须材料，含少量包裹的SiO2。从图10的SEM图中可以看出所得SiC晶须尺寸圆滑，分布均匀且数量多。
实施例4
本实施例的利用界面反应制备SiC晶须的方法，包括以下步骤：
1)溶胶凝胶法制备二氧化硅
i)按照正硅酸乙酯、乙醇与蒸馏水的体积比为22：38：42的比例将三者混合，用硼酸调节pH为3，在80℃条件下搅拌1h，得混合物A；
ii)用氨水调节混合物A的pH为8，搅拌6h，得混合物B；
iii)将混合物B过滤，取滤饼，于100℃干燥，即得；
2)二氧化硅-碳-硼酸前驱体的制备
将二氧化硅与活性炭、硼酸混合得二氧化硅-碳-硼酸前驱体；其中碳与硅的摩尔比为3:1；碳与硼酸的摩尔比为2.6：1；
3)在10MPa的压力下，将步骤2)所得前驱体压制成直径为28mm，厚度为10mm的圆柱片，然后埋入放有石英砂的氧化铝坩埚中，将坩埚置于频率为2.45GHz的多模谐振腔微波炉内，加上保温结构，在无保护气氛的情况下，进行微波烧结合成反应：首先开启微波源，调节微波输入功率，先以30℃的速率升温至680℃即排湿阶段结束；然后调节输入功率，再以100℃的速率升温至1200℃，同时监测反射功率，保温5min，所得产物为近球形核壳结构，SiC晶须在壳内生长，壳隔开了外部石英砂与样品的直接接触，将SiO2包裹的SiC晶须从壳内取出，采用氢氟酸洗涤，即得SiC晶须。
Claims (7)
1.一种利用界面反应制备SiC晶须的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照碳与硅的摩尔比为1.5～3:1取硅源、碳源与硼酸混合制备二氧化硅-碳-硼酸前驱体；所述硅源为硅酸酯或二氧化硅，所述碳源为活性炭或煤炭；
2)将步骤1)所得的二氧化硅-碳-硼酸前驱体压制成片后埋入石英砂中进行微波烧结，然后除去表面包裹的石英砂，之后采用氢氟酸清洗，即得SiC晶须。
2.根据权利要求1所述的制备SiC晶须的方法，其特征在于，所述二氧化硅-碳-硼酸前驱体的制备方法包括以下步骤：将硅源、碳源、硼酸混合即得。
3.根据权利要求1所述的制备SiC晶须的方法，其特征在于，所述二氧化硅-碳-硼酸前驱体的制备方法包括以下步骤：
a)将硅酸酯、乙醇、水混合，用硼酸调节pH至3～4，混匀，得混合物A；
b)向混合物A中加入碳源，混匀，用氨水调节pH为8～9，得混合物B；
c)将混合物B过滤，干燥，即得二氧化硅-碳-硼酸前驱体。
4.根据权利要求3所述的制备SiC晶须的方法，其特征在于，所述硅酸酯、乙醇、水的体积比为18～22:34～38:38～42。
5.根据权利要求1所述的制备SiC晶须的方法，其特征在于，步骤2)中压制的压力为3～10MPa。
6.根据权利要求1所述的制备SiC晶须的方法，其特征在于，步骤2)中的微波烧结为以45-70℃/min的速率升温至580～680℃，再以70～280℃/min的速率升温至950～1300℃，保温0～30min。
7.一种SiC晶须，其特征在于，采用权利要求1所述的方法制得。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810350547.2A CN110387583A (zh) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 一种利用界面反应制备SiC晶须的方法及SiC晶须 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810350547.2A CN110387583A (zh) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 一种利用界面反应制备SiC晶须的方法及SiC晶须 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110387583A true CN110387583A (zh) | 2019-10-29 |
Family
ID=68283444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810350547.2A Pending CN110387583A (zh) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 一种利用界面反应制备SiC晶须的方法及SiC晶须 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110387583A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111235636A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-06-05 | 黑龙江冠瓷科技有限公司 | 一种枝状SiC晶须的制备方法 |
| CN111762785A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-10-13 | 郑州航空工业管理学院 | 一种双频微波制备颗粒状碳化硅的方法 |
| CN112062573A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-11 | 郑州大学 | 一种片状SiC-SiO2复合材料及其制备方法 |
| CN116375034A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-04 | 合肥工业大学 | 碳化硅@碳核壳结构晶须和导热吸波贴片的制备方法及相应产品 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101597058A (zh) * | 2009-06-22 | 2009-12-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种应用硼酸提高碳化硅纳米纤维产率的方法 |
| US20140106219A1 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-17 | Donghai Wang | Synthesis of Micro-Sized Interconnected Si-C Composites |
| CN104328478A (zh) * | 2014-08-14 | 2015-02-04 | 郑州航空工业管理学院 | 一种SiC晶须的制备方法 |
| CN106044773A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-10-26 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种制备碳化硅晶须的方法 |
-
2018
- 2018-04-18 CN CN201810350547.2A patent/CN110387583A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101597058A (zh) * | 2009-06-22 | 2009-12-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种应用硼酸提高碳化硅纳米纤维产率的方法 |
| US20140106219A1 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-17 | Donghai Wang | Synthesis of Micro-Sized Interconnected Si-C Composites |
| CN104328478A (zh) * | 2014-08-14 | 2015-02-04 | 郑州航空工业管理学院 | 一种SiC晶须的制备方法 |
| CN106044773A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-10-26 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种制备碳化硅晶须的方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111235636A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-06-05 | 黑龙江冠瓷科技有限公司 | 一种枝状SiC晶须的制备方法 |
| CN111762785A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-10-13 | 郑州航空工业管理学院 | 一种双频微波制备颗粒状碳化硅的方法 |
| CN112062573A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-12-11 | 郑州大学 | 一种片状SiC-SiO2复合材料及其制备方法 |
| CN116375034A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-04 | 合肥工业大学 | 碳化硅@碳核壳结构晶须和导热吸波贴片的制备方法及相应产品 |
| CN116375034B (zh) * | 2023-03-24 | 2024-05-17 | 合肥工业大学 | 碳化硅@碳核壳结构晶须和导热吸波贴片的制备方法及相应产品 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110387583A (zh) | 一种利用界面反应制备SiC晶须的方法及SiC晶须 | |
| CN105777124B (zh) | 一种石墨烯原位生长碳化硅纳米材料的制备方法 | |
| CN105801154B (zh) | 一种石墨烯增韧碳化硅陶瓷复合材料的制备方法 | |
| CN104328478B (zh) | 一种SiC晶须的制备方法 | |
| CN1210204C (zh) | 一种制备碳化硅的方法 | |
| CN101348324A (zh) | 用于多晶硅结晶的不透明石英坩埚及其制造方法 | |
| CN106784667B (zh) | 一种炭材料表面碳化硅纳米晶须及其制备方法 | |
| CN108409947A (zh) | 一种改性pet聚酯的应用 | |
| CN101580339A (zh) | 一种制作复合多级熔融石英粉陶瓷坩埚的方法 | |
| CN104532549B (zh) | 一种基于微波诱导等离子体快速获取碳/碳化硅同轴纤维的方法及应用 | |
| CN104600248B (zh) | 一种锂离子电池用硅基负极材料及其制备方法 | |
| CN103588216B (zh) | 一种硼/碳热还原法低温制备硼化锆粉体的方法 | |
| CN103754891B (zh) | 一种硼/碳热还原法低温制备硼化铪粉体的方法 | |
| CN103320899B (zh) | 一种纳米氮化铝纤维的制备方法 | |
| CN101224974A (zh) | 钇铝系小晶粒透明陶瓷材料及制备方法 | |
| CN102432013A (zh) | 一种β-纳米碳化硅的制备方法 | |
| CN108285355A (zh) | 制备SiC纳米线增强反应烧结碳化硅陶瓷基复合材料的方法 | |
| CN106116535A (zh) | 一种多功能陶瓷材料及其制备工艺 | |
| CN115058885A (zh) | 一种碳纤维布表面定向SiC纳米线阵列及制备方法 | |
| CN106540733A (zh) | 一种制备石墨相氮化碳材料的方法 | |
| CN105692642A (zh) | 一种纳米棒状硼化锆粉体及其制备方法 | |
| CN109437203A (zh) | 一种高纯一维SiC纳米材料的制备方法 | |
| CN106629732A (zh) | 一种纳米ZrC‑SiC复合粉体的制备方法 | |
| CN107986795A (zh) | 一种高纯氮氧化硅的制备方法 | |
| CN101445223A (zh) | 自蔓燃制备低氧含量高α-相氮化硅粉体的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191029 |