碳化硅工業(yè)陶瓷粉體的制備介紹

碳化硅陶瓷是工業(yè)陶瓷中運(yùn)用最廣的無金屬元素陶瓷，是一種超耐高溫陶瓷，它的結(jié)構(gòu)性能都很高，同時(shí)就要求碳化硅材質(zhì)顯微結(jié)構(gòu)的精細(xì)化，所以碳化硅陶瓷粉體的制備成為高性能碳化硅陶瓷的關(guān)鍵一環(huán)。

碳化硅（silicon carbide），化學(xué)式為SiC，屬于共價(jià)鍵材料，C和Si同屬一族，均有四價(jià)的化合鍵，同時(shí)Si元素還具有金屬特性，兩種元素組成的物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)上具有網(wǎng)狀、體型特點(diǎn)，性質(zhì)上擁有高的強(qiáng)度，故碳化硅材料性能是良好的高溫強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、高熱導(dǎo)、高絕緣性。

碳化硅陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)

碳化硅粉體的制備方法，既有傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法，又有最新的溶膠-凝膠（sol-gel）法、激光法、等離子法，本文從大體上按氣、固、液三項(xiàng)對常用的方法進(jìn)行分類如下。

固相法

1.1.碳熱還原法
該法由Acheson發(fā)明，具體方法：在Acheson電爐中，石英砂中的二氧化硅被碳還原制得碳化硅，該法獲得的碳化硅顆粒較粗，耗電量大，反應(yīng)方程式為：
SiO2+3C=SiC+2CO
隨后各國對Acheson法進(jìn)行了改進(jìn)，如潘順龍等[1]，利用炭黑和水玻璃溶液為原料，氫氣為保護(hù)氣，在高溫石墨爐中1550℃條件下反應(yīng)5小時(shí)，得到碳化硅粉體。
碳-硅直接反應(yīng)法
1.2.1.自蔓延高溫合成法（SHS）
外加熱源點(diǎn)燃反應(yīng)物坯體，利用材料在合成過程中放出的化學(xué)反應(yīng)熱來自行維持合成過程。
SiO2+C+2Mg-SiC+2MgO
此法獲得的粉體純度高，粒度小，但需要酸洗等工序除去Mg。
1.2.2.機(jī)械合金化法
楊曉云等[2]將碳粉和硅粉按照1:1的摩爾比制成混合粉末，磨球和磨粉按質(zhì)量比40:1封裝在氬氣罐中，在球磨機(jī)上進(jìn)行機(jī)械球磨，25小時(shí)后得到平均晶粒尺寸約為6nm的碳化硅粉體。

碳化硅陶瓷環(huán)

液相法

2.1.溶膠-凝膠法
該法以液體化學(xué)試劑配制成Si的醇鹽前驅(qū)體，將它在低溫下溶于溶劑形成均勻的溶液，加入適當(dāng)?shù)哪虅┦沟么见}發(fā)生水解、聚合反應(yīng)后生成均勻而穩(wěn)定的溶膠體系，再經(jīng)過長時(shí)間放置或干燥處理，濃縮成Si和C在分子水平上的混合物或聚合物，繼續(xù)加熱形成組分均勻且粒徑細(xì)小的SiO2和C的兩相混合物，在1460~1600℃發(fā)生碳還原反應(yīng)最終制得SiC細(xì)粉。
2.2.聚合物分解法

Chinag等[3]采用聚合物熱解方法形成玻璃碳浸入液態(tài)硅制備碳化硅陶瓷材料，采用三乙烯乙二醇、二羥基乙基醚和糠醇樹脂混合物，在有機(jī)酸的催化作用下發(fā)生聚合和糠醇相分離，然后熱解，形成微孔碳，最后液態(tài)硅燒結(jié)并去除游離硅。制得碳化硅粉體。
 

氣相法

3.1.氣相反應(yīng)沉淀法

楊修春等對SiH4-C2H4-H2體系在1423~1673K進(jìn)行研究，制得平均粒徑為11nm的碳化硅。

3.2.等離子法

于威等利用等離子體化學(xué)氣相沉淀法制備了碳化硅。

3.3.激光誘導(dǎo)氣相法

戰(zhàn)可濤等[6]以SiH4和C2H4為原料氣體，制備出平均粒徑為20nm。