CN1511807A - 一种利用石油焦盐浴合成制备SiC微纳米陶瓷粉体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于陶瓷材料制备领域,涉及到SiC微纳米陶瓷粉体制备。本发明公开了一种利用石油焦盐浴合成制备SiC微纳米陶瓷粉体的方法,其主要工艺过程是:取粒度为100目~200目的Si粉末与石油焦,按Si与石油焦中C原子比1∶1的比例配料混合,加入占粉料总重量40~60wt%的NaCl盐,装入混料罐中混料3~5小时,在3MPa压力下压制成坯体。将坯体放入1000℃的NaCl熔融盐中,保温15分钟,冷却后经过脱盐,制备出尺寸在50nm~160nm的SiC微纳米陶瓷粉体。本发明的主要特点是:(1)工艺简单,(2)成本低。本发明投资小、工艺成熟,可推广使用。
Description
本发明属于陶瓷材料制备领域,涉及到SiC微纳米陶瓷粉体材料制备。
现有技术制备SiC粉料的主要方法是:(1)化合法:采用Si与碳黑在碳管炉中反应制得SiC粉末。(2)碳热还原法:由金属氧化物或非金属氧化物和碳反应生成碳化物;(3)气相沉积法等。
现有技术的缺点是:制备温度高、工艺复杂、成本高,一般不能达到微纳米的粒度。为了克服现有技术的上述不足,找到工艺过程简单、成本低廉的方法制备TiC陶瓷粉体,并利用石油行业低附加值副产品石油焦制备SiC微纳米陶瓷粉体材料,特提出本发明的技术解决方案。
本发明的基本构思是,由于石油焦的主要成分是有机碳,其中杂质含量只有10%左右,石油焦中的C与Si粉末在高温下可以发生化学反应放出较大热量,并生成SiC的原理。在球磨过程中,随着时间的延长,粉料颗粒变小、比表面积增大、活性提高;NaCl盐的加入使得粉料粒子在球磨过程中充分分散,在随后的高温盐中进行化学反应时易于形成微纳米尺寸陶瓷粉体;高温熔盐不仅提供了化学反应所需要的初始温度,还对生成的粒子有良好的润湿作用,避免了微纳米陶瓷粉体的团聚。
本发明所设计的一种利用石油焦化学反应法化法制造SiC陶瓷粉体的方法,其特征在于:取粒度为100~200目的Si粉末与石油焦,按Si与石油焦中C原子比1∶1的比例配料混合,加入占粉料总重量40~60wt%的NaCl盐制成坯体,将坯体放入1000℃的NaCl熔融盐中,保温15分钟,粉料在熔盐中发生化学反应,冷却后经过脱盐过程,制备出尺寸在50nm~160nm的SiC微纳米陶瓷粉体。
本发明所设计的一种利用石油焦化学反应法化法制造SiC陶瓷粉体的方法,其进一步特征在于,坯体的制备方法是:在Si与石油焦混合粉料中加入40~60wt%盐后,装入混料罐中,行星轮式球磨机转速控制在150转/分,球料比为20∶1,将球磨罐抽真空至10-2~10-3乇并充入氩气,氩气压力在1.0atm的范围,球磨4~6小时,在3MPa压力下压制成坯体;脱盐过程是:将冷却后载有陶瓷粉体的NaCl盐放入5倍盐重量的水中浸泡10~15小时,NaCl盐100%溶于水中后,过滤出陶瓷粉体;微纳米陶瓷粉体尺寸的控制方法是:制备50nm~85nm的陶瓷粉体时,加入占反应物总重量60wt%的NaCl盐,球磨6小时;制备85nm~120nm的陶瓷粉体时,加入占反应物总重量50wt%的NaCl盐,球磨5小时;制备120nm~160nm的陶瓷粉体时,加入占反应物总重量40wt%的NaCl盐,球磨4小时。
现有技术一般需要在高温下、或用纯Si、C粉合成SiC,成本高。本发明利用石油炼制过程中的副产品——石油焦作为原料,制备SiC微纳米陶瓷粉体,制备过程工艺简单、成本低,同时解决了废料处理问题。目前,现有技术石油焦的利用价值很低,其中部分用于造碳素产品,但大部分石油焦用于燃料,不仅利用效益低,还严重污染环境。
本发明的主要优点是:(1)工艺简单,成本低,(2)提高了石油焦综合利用价值,(3)解决了废料处理问题,同时有利于环境保护。
下面结合本发明的具体实例,进一步说明本发明的细节。
实施例1:
制备主要粒度分布在50nm~85nm的SiC微纳米陶瓷粉体
原料为100目~200目的商用Si粉,200目的石油焦,石油焦经测定其杂质总含量为4.0wt%,按Si与石油焦中碳的原子比为1∶1配料,取Si粉28克,石油焦6.25克,共配料34.25g;加入占总重量60wt%的NaCl盐20.55克,混合后放入混料罐中,将混料罐用橡胶圈密封后,抽真空至10-3~10-2乇,充入氩气,压力为1.0atm,球磨机转速为150转/分,混料时球料比为20∶1,混料6h后,在模具中用3MPa的压力下压制成φ20mm的坯体,将坯体放入1000℃的NaCl熔融盐中保温15分钟,将反应冷却后载有SiC微纳米陶瓷粉体的盐放入5倍盐重量的水中浸泡15小时,盐100%融入水中后,过滤出SiC微纳米陶瓷粉体,将SiC粉体用去离子水反复冲洗后烘干,经测定SiC微纳米陶瓷粉体粒度为50nm~85nm。
实施例2:
制备主要粒度分布在85nm~120nm的SiC微纳米陶瓷粉体
原料为100目~200目的商用Si粉,200目的石油焦,石油焦经测定其杂质总含量为8.5wt%,按Si与石油焦中碳的原子比为1∶1配料,取Si粉24克,石油焦6.56克,共配料34.56g;加入占总重量50wt%的NaCl盐17.33克,混合后放入混料罐中,将混料罐用橡胶圈密封后,抽真空至10-3~10-2乇,充入氩气,压力为1.0atm,球磨机转速为150转/分,混料时球料比为20∶1,混料5h后,在模具中用3MPa的压力下压制成φ20mm的坯体,将坯体放入1000℃的NaCl熔融盐中保温15分钟,将反应冷却后载有SiC微纳米陶瓷粉体的盐放入5倍盐重量的水中浸泡15小时,盐100%融入水中后,过滤出SiC微纳米陶瓷粉体,将SiC粉体用去离子水反复冲洗后烘干,经测定SiC微纳米陶瓷粉体粒度为85nm~120nm。
实施例3:
制备主要粒度分布在120nm~160nm的SiC微纳米陶瓷粉体
原料为100目~200目的商用Si粉,200目的石油焦,石油焦经测定其杂质总含量为12.6wt%,按Si与石油焦中碳的原子比为1∶1配料,取Si粉24克,石油焦6.86克,共配料34.86g;加入占总重量40wt%的NaCl盐13.94克,混合后放入混料罐中,将混料罐用橡胶圈密封后,抽真空至10-3~10-2乇,充入氩气,压力为1.0atm,球磨机转速为150转/分,混料时球料比为20∶1,混料4h后,在模具中用3MPa的压力下压制成φ20mm的坯体,将坯体放入1000℃的NaCl熔融盐中保温15分钟,将反应冷却后载有SiC微纳米陶瓷粉体的盐放入5倍盐重量的水中浸泡15小时,盐100%融入水中后,过滤出SiC微纳米陶瓷粉体,将SiC粉体用去离子水反复冲洗后烘干,经测定SiC微纳米陶瓷粉体粒度为120nm~160nm。
Claims (4)
1、一种利用石油焦盐浴合成制备SiC微纳米陶瓷粉体的方法,其特征在于:取粒度为100目~200目的Si粉末与石油焦,按Si与石油焦中C原子比1∶1的比例配料混合,加入占粉料总重量40~60wt%的NaCl盐制成坯体,将坯体放入1000℃的NaCl熔融盐中,保温15分钟,粉料在熔盐中发生化学反应,冷却后经过脱盐过程,制备出尺寸在50nm~160nm的SiC微纳米陶瓷粉体。
2、根据权利要求1所述的一种利用石油焦盐浴合成制备SiC微纳米陶瓷粉体的方法,其特征在于,坯体的制备方法是:在Si与石油焦混合粉料中加入40~60wt%盐后,装入混料罐中,行星轮式球磨机转速控制在150转/分,球料比为20∶1,将球磨罐抽真空至10-2~10-3乇并充入氩气,氩气压力在1.0atm的范围,球磨4~6小时,在3MPa压力下压制成坯体。
3、根据权利要求1所述的一种利用石油焦盐浴合成制备SiC微纳米陶瓷粉体的方法,其特征在于,脱盐过程是:将冷却后载有陶瓷粉体的NaCl盐放入5倍盐重量的水中浸泡10~15小时,NaCl盐100%溶于水中后,过滤出陶瓷粉体。
4、根据权利要求1或2所述的一种利用盐浴合成法制备微纳米陶瓷粉体的方法,其特征在于,微纳米陶瓷粉体尺寸的控制方法是:制备50nm~85nm的陶瓷粉体时,加入占反应物总重量60wt%的NaCl盐,球磨6小时;制备85nm~120nm的陶瓷粉体时,加入占反应物总重量50wt%的NaCl盐,球磨5小时;制备120nm~160nm的陶瓷粉体时,加入占反应物总重量40wt%的NaCl盐,球磨4小时。
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