碳化硅工業(yè)陶瓷粉體的制備介紹

碳化硅陶瓷是工業(yè)陶瓷中運用最廣的無(wú)金屬元素陶瓷，是一種超耐高溫陶瓷，它的結構性能都很高，同時(shí)就要求碳化硅材質(zhì)顯微結構的精細化，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)，其結構上具有網(wǎng)狀、體型特點(diǎn)，性質(zhì)上擁有高的強度，故碳化硅材料性能是良好的高溫強度、耐磨性、耐腐蝕性、高熱導、高絕緣性。

碳化硅陶瓷內部結構

碳化硅粉體的制備方法，既有傳統的固相反應法，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、液三項對常用的方法進(jìn)行分類(lèi)如下。

固相法

1.1.碳熱還原法
該法由Acheson發(fā)明，具體方法：在A(yíng)cheson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，氫氣為保護氣，在高溫石墨爐中1550℃條件下反應5小時(shí)，得到碳化硅粉體。
碳-硅直接反應法
1.2.1.自蔓延高溫合成法（SHS）
外加熱源點(diǎn)燃反應物坯體，利用材料在合成過(guò)程中放出的化學(xué)反應熱來(lái)自行維持合成過(guò)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，在球磨機上進(jìn)行機械球磨，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的醇鹽前驅體，將它在低溫下溶于溶劑形成均勻的溶液，加入適當的凝固劑使得醇鹽發(fā)生水解、聚合反應后生成均勻而穩定的溶膠體系，再經(jīng)過(guò)長(cháng)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，繼續加熱形成組分均勻且粒徑細小的SiO2和C的兩相混合物，在1460~1600℃發(fā)生碳還原反應最終制得SiC細粉。
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(shù)脂混合物，在有機酸的催化作用下發(fā)生聚合和糠醇相分離，然后熱解，形成微孔碳，最后液態(tài)硅燒結并去除游離硅。制得碳化硅粉體。
 

氣相法

3.1.氣相反應沉淀法

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.激光誘導氣相法

戰可濤等[6]以SiH4和C2H4為原料氣體，制備出平均粒徑為20nm。