碳化硅粉体的制备及改性技术
碳化硅 制备方法
碳化硅制备方法碳化硅是一种广泛应用于材料工程、电子器件和化学工业等领域的重要材料。
它具有高熔点、高硬度、高热稳定性和优异的电子特性,被广泛应用于高温环境下的电力设备、封装材料、射频功率器件、太阳能电池等领域。
本文将介绍碳化硅的制备方法。
碳化硅的制备方法主要包括从碳和硅源进行反应合成和在高温条件下进行热解等方法。
具体的制备方法如下:1. 从硅源和碳源反应合成:这是最常用的制备碳化硅的方法之一。
反应的起始材料包括固体硅粉末和固体碳粉末。
在高温下(通常在1600-2200之间),硅和碳源被加热使其反应。
最常用的反应方法是在电阻炉中进行的。
反应可以分为两个步骤:首先,碳源被加热到高温,然后硅源被加入到碳源中与其反应生成薄层碳化硅。
反应的整个过程需要在惰性气氛下进行,例如氩气氛。
2. 热解制备:碳化硅的热解制备方法主要是将有机聚合物进行热解反应。
这种方法的原理是将有机聚合物加热到高温,聚合物中的碳元素会与气相中的硅源气体反应生成碳化硅。
常用的有机聚合物包括聚硅氮烷(polymer-derived SiCN)、聚醚聚硅氧烷(polyether polymer-derived SiC)、聚碳硅烷(poly(organosilane)-deribed SiC)等。
这些聚合物在高温下热解时会分解产生碳化硅。
3. 热传导制备:这是一种在高温条件下使用热传导的方法制备碳化硅的方法。
该方法利用碳化硅的高热导率和低热膨胀系数,将碳源和硅源放置在一起,并通过热传导使其反应。
这种方法的关键是保持高温条件下反应物之间的直接接触。
这种方法可以在无气氛下进行。
4. 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD):这是一种在高温条件下使用气相反应制备碳化硅的方法。
该方法通常使用有机硅源和碳源气体作为反应物,将它们导入反应室中,通过控制温度和气体流量等参数,在衬底上沉积出碳化硅薄膜。
CVD方法可以产生高纯度、均匀性好的碳化硅薄膜,被广泛应用于制备电子器件和光学材料。
碳化硅生产新工艺碳化硅制备加工配方设计碳化硅技术专利全集
碳化硅生产新工艺碳化硅制备加工配方设计碳化硅技术专利全集碳化硅是一种耐高温、耐腐蚀、硬度高的陶瓷材料,广泛应用于电力、冶金、化工、机械制造等行业。
为了提高碳化硅的生产效率和产品质量,不断开发出新的工艺和配方设计,并申请专利保护。
下面介绍碳化硅生产新工艺、碳化硅制备加工配方设计和碳化硅技术专利全集。
一、碳化硅生产新工艺1.气相法气相法是目前常用的碳化硅生产工艺。
该工艺通过将硅烷气体与高温炉中的碳源反应,生成固态碳化硅颗粒。
在这个工艺中,关键是控制硅烷气体的流量、温度和压力。
通过调整这些参数,可以控制碳化硅颗粒的尺寸、形状和晶体结构,从而得到所需的碳化硅产品。
2.溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种将硅源和碳源溶解在溶剂中,然后通过溶胶-凝胶-热处理过程得到碳化硅的工艺。
该工艺可以控制碳化硅材料的微观结构、孔隙结构和导热性能。
通过调整溶胶凝胶的配方、热处理温度和时间,可以得到具有不同性能的碳化硅材料。
3.电解碳化法电解碳化法是一种使用电解能量将硅源和碳源直接转化为碳化硅的工艺。
该工艺通过调整电解液的成分和电解条件,可以控制碳化硅的结构和晶粒尺寸。
与传统工艺相比,电解碳化法具有低成本、高效率和环保的优势。
二、碳化硅制备加工配方设计碳化硅制备加工配方设计是通过选择合适的原料比例和添加剂,以及优化工艺参数,得到所需性能的碳化硅产品。
以下是一些常用的碳化硅制备加工配方设计的要点:1.原料选择:根据碳化硅产品的要求,选用适当的硅源和碳源。
常用的硅源包括硅烷、二氯二硅烷等,碳源包括甲烷、乙烷等。
2.添加剂选择:根据碳化硅产品的性能要求,选择适当的添加剂。
常用的添加剂有氧化铝、氧化锆等,可以改善碳化硅的导热性能和机械强度。
3.工艺参数优化:通过调整工艺参数,如温度、压力、反应时间等,控制碳化硅材料的微观结构和性能。
例如,提高温度和压力可以得到颗粒较大、晶体完整的碳化硅。
由于碳化硅具有独特的性能和广泛的应用前景,相关的技术专利也十分丰富。
碳化硅烧结工艺技术
碳化硅烧结工艺技术简介碳化硅是一种重要的无机非金属材料,具有优异的高温、高硬度、高强度、高导热性和耐腐蚀性能。
碳化硅烧结工艺技术是将粉末形式的碳化硅材料在高温下进行烧结,使其形成致密的块状材料。
这种工艺技术广泛应用于高温、耐腐蚀等领域。
工艺步骤1. 原料制备碳化硅烧结工艺的第一步是制备碳化硅粉末。
一般采用高纯度的硅和石墨粉作为原料,在高温下进行反应生成碳化硅。
得到的碳化硅粉末需要进行粒度分级,以保证烧结后的坯体质量。
2. 造粒将得到的碳化硅粉末进行造粒,目的是提高粉末的流动性和绿坯的成型性。
造粒方法包括湿法造粒和干法造粒两种。
湿法造粒一般采用喷雾干燥法,将碳化硅粉末悬浮在溶液中,通过喷雾干燥使其形成颗粒状。
干法造粒则采用机械化方法,通过辊压或压片等方式将碳化硅粉末压制成颗粒。
3. 成型将造粒得到的碳化硅粉末进行成型。
常用的成型方法有压制成型、注浆成型和挤出成型等。
其中,最常用的是压制成型。
将碳化硅粉末放入模具中,在一定的温度和压力下进行压制,使其成型成绿坯。
4. 烧结将成型的绿坯进行烧结。
碳化硅烧结工艺中一般采用高温烧结的方法,常用的烧结设备有电炉和高频炉。
烧结过程中,绿坯在高温下进行结晶和致密化,使其形成致密块状的碳化硅材料。
烧结温度和时间根据需求进行调控,以获得理想的材料性能。
5. 加工和表面处理经过烧结的碳化硅块材料需要进行加工和表面处理,以满足特定的工程要求。
加工包括切割、研磨、钻孔等,表面处理包括抛光、涂层等。
这些步骤的目的是给碳化硅材料提供最终的形状和表面质量,以便于后续的应用。
工艺优势1.高温性能优异:碳化硅具有高熔点和高热导率,能够在高温下长时间稳定工作,因此在高温领域有广泛的应用,如高温炉、轻质隔热材料等。
2.高硬度和高强度:碳化硅具有极高的硬度和强度,能够耐受大部分物理和化学侵蚀,因此在耐磨、耐腐蚀的工作环境中具有广泛的应用,如磨具、切削工具等。
3.优良的导热性:碳化硅具有高导热性能,能够快速传导和散热,因此在散热器等应用中具有重要作用。
不同高纯碳化硅粉体合成工艺
不同高纯碳化硅粉体合成工艺主要包括以下几种:1. 固相法:固相法是利用固态原料通过化学反应合成高纯碳化硅粉体的一种方法。
其中具有代表性的有碳热还原法、自蔓延高温合成法和机械粉碎法。
碳热还原法:这种方法使用碳作为还原剂,将硅石与碳混合后,在高温条件下进行反应,生成碳化硅。
该方法具有原料成本低、来源广泛等优点,但合成的碳化硅粉体杂质含量较高,质量相对较低。
自蔓延高温合成法:这种方法利用高温给予反应物初始热,引发化学反应。
然后利用自身的化学反应热,使未发生反应的物质继续完成化学反应。
为了维持反应进行,通常需要添加其他添加剂。
机械粉碎法:机械粉碎法是将硅石和碳原料进行机械研磨,混合均匀后,在高温高压条件下进行合成。
这种方法可以获得较细的碳化硅粉体,但杂质含量较高。
2. 液相法:液相法是利用溶胶-凝胶法和聚合物热分解法等液态原料合成高纯碳化硅粉体的一种方法。
溶胶-凝胶法:这种方法是将硅酸盐溶液与碳源溶液混合,通过水解、凝胶化等过程,得到碳化硅凝胶。
随后,将凝胶在高温条件下煅烧,得到高纯碳化硅粉体。
聚合物热分解法:这种方法是将硅酸盐聚合物与碳源聚合物混合,加热至高温,使聚合物分解,释放出碳化硅。
然后对分解产物进行煅烧,得到高纯碳化硅粉体。
3. 气相法:气相法是通过化学气相沉积法、等离子体法和激光诱导法等气体反应合成高纯碳化硅粉体的一种方法。
化学气相沉积法(CVD):这种方法是将硅气体和碳气体在高温条件下反应,生成碳化硅薄膜。
该方法可以获得高纯度的碳化硅粉体,但制备过程较为复杂。
等离子体法:这种方法利用等离子体放电,将硅气体和碳气体混合,生成碳化硅粉体。
该方法具有反应速度快、纯度高等优点。
激光诱导法:这种方法是通过激光束对硅靶材进行照射,使其蒸发,与碳源气体反应,生成碳化硅粉体。
该方法可以获得高纯度的碳化硅粉体,但设备成本较高。
总之,不同高纯碳化硅粉体合成工艺各有优缺点,根据实际需求和应用领域选择合适的合成方法至关重要。
碳化硅粉生产工艺
碳化硅粉生产工艺
碳化硅粉是一种重要的工业原料,广泛应用于陶瓷、冶金、电子等领域。
下面将介绍碳化硅粉的生产工艺。
碳化硅粉的主要生产过程包括原料准备、混合、压制、烧结等环节。
在原料准备阶段,需要选择优质的硅石和碳素材料作为主要原料。
硅石经过破碎、研磨、筛分等处理,得到粒度合适的硅粉;碳素材料也需经过预处理,保证质量稳定。
然后将硅粉和碳素按一定比例混合均匀,以确保最终产品的性能稳定。
接下来是压制工艺,将混合均匀的原料放入模具中,经过压制设备进行成型。
在压制过程中,需要控制压力和温度,确保产品密度和形状的一致性。
压制完成后,还需进行烧结处理,将成型体置于高温炉中进行烧结。
烧结的温度和时间是关键参数,直接影响产品的质量和性能。
在烧结过程中,原料中的碳素会与硅发生化学反应,生成碳化硅。
同时,烧结过程中还会有氧化、还原等复杂的物理化学变化发生。
因此,控制烧结过程是确保产品质量的关键。
烧结完成后,需要进行冷却、清理等后续处理,最终得到碳化硅粉的成品。
总的来说,碳化硅粉的生产工艺是一个复杂的过程,需要严格控制各个环节,确保产品质量稳定。
随着工艺技术的不断进步,碳化硅粉的生产效率和产品质量都得到了提升,为各个行业提供了优质的
原料支持。
希望通过本文的介绍,读者能对碳化硅粉的生产工艺有更深入的了解。
碳化硅粉体的制备及改性技术
随着科学技术的发展, 现代国防,空间技术以及汽车工业等领域不仅要求工程材料具备良好的机械性能,而且要求其具有良好的物理性能。
碳化硅(SiC) 陶瓷具有高温强度和抗氧化性好、耐磨性能和热稳定性高、热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好等优点,因而常常用于制造燃烧室、高温排气装置、耐温贴片、飞机引擎构件、化学反应容器、热交换器管等严酷条件下的机械构件,是一种应用广泛的先进工程材料。
它不仅在正在开发的高新技术领域( 如陶瓷发动机、航天器等) 发挥重要作用,在目前的能源、冶金、机械、建材化工等[1]领域也具有广阔的市场和待开发的应用领域。
为此,迫切需要生产不同层次、不同性能的各种碳化硅制品。
碳化硅的强共价键导致其熔点很高,进而使SiC 粉体的制备、烧结致密化等变得更加困难。
本文综述了近些年碳化硅粉体的制备及改性、成型和烧结工艺三个方面的研究进展。
[1] 蔡新民,武七德,刘伟安.反应烧结碳化硅过程的数学模型[J]. 武汉理工大学学报, 2002,24(4): 48-501 碳化硅粉体的制备及改性技术碳化硅粉体的制备技术就其原始原料状态主要可以分为三大类:固相法、液相法和气相法。
1.1 固相法固相法主要有碳热还原法和硅碳直接反应法。
碳热还原法又包括阿奇逊(Acheso n)法、竖式炉法和高温转炉法。
SiC粉体制备最初是采用Acheson法[2],用焦炭在高温下(2400 C左右)还原SiO2制备的,但此方法获得的粉末粒径较大(>1mm),耗费能量大、工艺复杂。
20世纪70 年代发展起来的ESK 法对古典Acheson 法进行了改进,80 年代出现了竖式炉、高温转炉等合成3-SiC粉的新设备。
随着微波与固体中的化学物质有效而特殊的聚合作用逐渐被弄清楚,微波加热合成SiC 粉体技术也日趋成熟。
最近,L N. Satapathy 等[3]优化了微波合成SiC的工艺参数。
他们以Si+2C为起始反应物,采用2.45 GHz的微波在1200-1300 C时保温5分钟即可实现完全反应,再通过650 C除碳即可获得纯的^SiC,其平均粒径约0.4 ym。
碳化硅陶瓷制作工艺
碳化硅陶瓷制作工艺碳化硅陶瓷是一种新型的陶瓷材料,具有极高的硬度、耐热性和耐腐蚀性,被广泛应用于高温、高压和腐蚀性环境下的工业领域。
碳化硅陶瓷的制作工艺非常关键,下面将介绍碳化硅陶瓷的制作工艺流程和注意事项。
一、原料准备碳化硅陶瓷的主要原料是硅粉和碳粉。
硅粉需要具备一定的粒度和纯度,一般采用颗粒度在1-5微米之间的硅粉。
碳粉通常采用颗粒度为0.5-1微米的石墨粉。
在原料准备过程中,需要对硅粉和碳粉进行筛分和烘干处理,确保原料的均匀性和干燥度。
二、混合和成型将硅粉和碳粉按照一定的比例混合均匀,可以通过干法混合或湿法混合的方式进行。
干法混合一般采用球磨机进行,湿法混合则需要在适当的溶剂中进行。
混合后的粉体需要经过一定的成型工艺,常用的成型方法有压制成型、注塑成型和挤压成型等。
成型后的碳化硅陶瓷坯体需要进行烘干处理,去除水分和溶剂。
三、烧结和热处理烧结是碳化硅陶瓷制作中的关键步骤,烧结温度和时间的选择对于陶瓷材料的性能和微观结构有着重要影响。
一般情况下,采用高温烧结的方式,烧结温度一般在1800-2200摄氏度之间。
烧结过程中需要注意控制温度升降速率和保持时间,以避免过烧或不完全烧结。
烧结后的陶瓷坯体需要进行热处理,以提高其硬度和耐热性能。
四、加工和修整烧结后的碳化硅陶瓷坯体需要进行加工和修整,以获得所需的形状和尺寸。
常用的加工方法包括机械加工、电火花加工和激光加工等。
加工过程中需要注意避免过度加工和损坏陶瓷材料的表面质量。
修整是指对陶瓷材料进行表面处理,去除表面的瑕疵和不均匀性,以提高其外观和质量。
五、性能测试和质量控制制作完成的碳化硅陶瓷需要进行性能测试和质量控制。
常用的测试方法包括硬度测试、抗压强度测试、热膨胀系数测试和化学稳定性测试等。
通过这些测试可以评估碳化硅陶瓷的性能和质量是否符合要求。
同时,还需要进行质量控制,包括对原料、工艺和产品的各个环节进行监控和管理,确保产品的一致性和稳定性。
碳化硅陶瓷的制作工艺包括原料准备、混合和成型、烧结和热处理、加工和修整、性能测试和质量控制等多个环节。
碳化硅制备方法
碳化硅制备方法碳化硅是一种重要的结构陶瓷材料,具有高硬度、高强度、高温稳定性等优良性能,在电子、航天、汽车等领域有广泛应用。
本文将介绍碳化硅制备的几种常见方法。
1. 碳热还原法碳热还原法是一种常见的碳化硅制备方法,其基本反应为:SiO2 + 3C → SiC + 2CO该反应发生在高温下(约为2000℃),需要通过特殊的电炉进行。
首先需要将硅粉和碳粉混合,制成一定比例的混合物,然后放入电炉中进行加热,使其达到足够高的温度。
在加热过程中,硅粉与碳粉发生反应,生成碳化硅。
碳热还原法制备碳化硅的优点是工艺简单,原料易得,而且产物质量较高。
但缺点是设备成本高,能源消耗大,且产物存在夹杂物和晶界不完整等问题。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种较新的碳化硅制备方法,该方法可以通过化学反应在高温下沉积碳化硅薄膜。
具体步骤如下:(1)将SiCl4或CH3SiCl3等碳源物质和NH3或H2等气体混合,并通过加热将其气化。
(2)将气态混合物输送到反应器中,同时引入载气,让混合物在反应器内均匀分布。
(3)将反应器中的混合物加热到800-1200℃,在催化剂的作用下发生碳化反应,并在衬底上沉积出碳化硅薄膜。
化学气相沉积法具有生产规模大、生产效率高、产物质量优等优点,但是制备设备昂贵,制备条件严格,需要配合催化剂才能实现反应。
3. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法也是一种常见的碳化硅制备方法,该方法通过一系列溶胶-凝胶反应,将前驱体溶液凝胶化,制备出碳化硅粉末。
具体步骤如下:(1)将SiO2前驱体(例如TEOS等)和碳源物质(例如甲基丙烯酸三甲氧基硅烷)溶解在有机溶剂中。
(2)通过控制pH值和温度等参数,使溶液逐渐凝胶化,形成固体凝胶体。
(3)将凝胶体在特定温度下煅烧,使其发生脱水、脱氯和碳化反应。
经过一定的处理,可制备出碳化硅粉末。
溶胶-凝胶法制备碳化硅的优点是制备工艺简单、成型性好、加工易、粉末质量高等,并且可以制备出多孔、纳米级的碳化硅制品,但缺点是煅烧温度较高,制备周期长,并且前驱体的选择也对产物质量有较大影响。
碳化硅粉体的制备及改性技术
碳化硅粉体的制备及改性技术
碳化硅(SiC)是一种具有广泛应用前景的材料,具有高熔点、高硬度、高热导率、化学稳定性好等特点。
碳化硅粉体的制备及改性技术主要包括传统的化学法制备、物理法制备以及碳化硅的表面改性技术。
1.传统的化学法制备碳化硅粉体:
传统化学法包括共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。
其中,共沉淀法是最常用的一种制备方法之一、该方法包括混合硅源和碳源,通过调节pH值和温度来控制反应过程,得到碳化硅粉体。
共沉淀法制备碳化硅粉体具有操作简便、成本较低等优点,但粒径分布较宽,控制难度较大。
2.物理法制备碳化硅粉体:
物理法包括等离子熔融法、化学气相沉积法等。
其中,等离子熔融法是一种常用的物理法制备碳化硅粉体的方法。
该方法通过在高温等离子体中熔融和冷凝制备碳化硅粉体。
等离子熔融法制备的碳化硅粉体晶粒度均匀,纯度高,但设备复杂,成本较高。
3.碳化硅的表面改性技术:
为了提高碳化硅粉体的分散性、抗聚集性,常采用表面改性技术。
常用的表面改性方法包括表面改性剂包覆、离子注入、化学气相沉积等。
其中,表面改性剂包覆法是较常用的改性技术,通过将表面改性剂包裹在碳化硅粉体颗粒表面,减少颗粒间的吸附力和静电作用力,改善颗粒的分散性。
化学气相沉积是一种在碳化硅颗粒表面沉积一层功能性薄膜来改性的方法,可以改善粉体的分散性和抗聚集性。
以上是碳化硅粉体的制备及改性技术的一些常见方法。
随着科学技术的不断进步,制备技术和改性技术也在不断完善和发展,未来有望实现更高效、可控性更强的制备和改性碳化硅粉体方法。
碳化硅生产工艺
碳化硅生产工艺碳化硅(Silicon Carbide,SiC)是一种重要的工程陶瓷材料,具有优异的耐热、耐腐蚀、硬度高、力学性能等特点,被广泛应用于电子、光电子、化工、冶金等领域。
碳化硅的生产工艺包括传统炉焙法和新型生产工艺。
传统炉焙法是碳化硅生产过程中最常用的方法之一。
该工艺主要包括硅泥净化、混合物制备、炉焙等步骤。
首先,将硅泥进行净化处理,去除杂质,提高硅泥的纯度和质量。
然后,将净化后的硅泥与石墨混合,按一定比例配制成混合物,其中硅泥的含量约为70%~90%。
接下来,将混合物放入电炉或罐炉中进行炉焙。
在高温下,石墨与硅泥发生化学反应,生成碳化硅。
最后,将得到的碳化硅材料进行破碎、磨粉、精确筛分等处理,获得符合要求的产品。
新型生产工艺是传统炉焙法的改进和创新。
该工艺主要包括碳热还原法、等离子体提拉法、激光烧结法等。
碳热还原法是一种将石墨和二氧化硅进行碳热反应制备碳化硅的方法。
首先,将石墨和二氧化硅混合,按一定比例放入炉中,在高温下进行反应。
在反应过程中,石墨与二氧化硅发生化学反应,生成碳化硅。
等离子体提拉法是一种利用等离子体技术制备碳化硅材料的方法。
在该工艺中,将合适比例的硅源和碳源混合,放入等离子体炉中进行处理,利用等离子体的高温和高能量来促进碳化硅的生成。
激光烧结法是一种利用激光技术将碳化硅粉末进行烧结的方法。
在该工艺中,将碳化硅粉末放入烧结炉中,利用激光器的高能量来使碳化硅粉末烧结成致密块体。
无论是传统炉焙法还是新型生产工艺,碳化硅的生产过程都离不开原材料的选取和混合处理、炉温的控制和炉内气氛的调节等关键步骤。
此外,生产工艺中还需要进行设备选型、炉渣的处理、产品质量的检测以及收集和处理废气、废渣等环保措施。
总的来说,碳化硅的生产工艺是一个复杂的过程,需要合理控制各个环节,确保产品的质量和性能。
随着科学技术的不断进步和发展,碳化硅的生产工艺也在不断创新和改进,使其在各个领域得到更广泛的应用。
碳化硅粉体的制备及改性技术
碳化硅粉体的制备及改性技术
一、碳化硅粉体的制备
1.1材料
材料包括硅酸乙烯,硅烷,硫酸钠、硼砂等。
1.2步骤
(1)硅酸乙烯和硅烷(比例为1:1)混合搅拌,搅拌10min后加入硫酸钠(2mol/L )稀释溶液;
(2)加入硼砂(55g/L)搅拌,搅拌10min;
(3)充分搅拌,将其分为小颗粒,放入容器中搅拌,搅拌20min,加入95℃沸水搅拌,搅拌20min;
(4)取出,放入0.5mol/L的稀盐酸溶液中,过滤和洗涤,将悬浮液调整为pH=7.5-8.0,将悬浮液滴定至pH=4,用热水浴烘焙2h;
(5)将烘焙后的粉末分别加入水和50%的乙醇中进行洗涤,将最终产物粒度控制在40-80,可得到碳化硅粉体;
二、碳化硅粉体的改性技术
2.1材料
除碳化硅粉体外,还需要聚乙烯吡咯烷酮,羟基��乙烯吡咯,多元醇、水等材料。
2.2步骤
(1)将材料A(如碳化硅粉体)、材料B(如聚乙烯吡咯烷酮)、材料C(如羟基苯乙烯吡咯)等混合,混合比例为1:0.4:0.6;
(2)加入多元醇(50mL)和水(100mL)搅拌,搅拌10min;
(3)将混合物置于水浴锅中加热至60℃,保持搅拌;
(4)继续加热至80℃,搅拌10min;。
碳化硅复合粉末材料的制备及其大型复杂零件的增材制造方法
碳化硅复合粉末材料的制备及其大型复杂零件的增材制造方法一、前言碳化硅复合粉末材料是一种具有高温、高强度、高硬度和耐腐蚀性能的新型材料,广泛应用于航空航天、汽车制造和机械加工等领域。
本文将介绍碳化硅复合粉末材料的制备方法及其在大型复杂零件增材制造中的应用。
二、碳化硅复合粉末材料的制备方法1. 碳化硅复合粉末的制备原理碳化硅复合粉末是由碳化硅和其他金属或非金属元素混合而成的复合材料。
制备过程中,首先需要将碳化硅和其他元素按照一定比例混合,并在高温下进行反应,形成碳化物颗粒。
接着,通过机械研磨等方法将颗粒细化成为微米级别的粉末。
2. 碳化硅复合粉末的制备方法(1)固相反应法:将碳化硅和其他元素按一定比例混合后,在高温下进行反应,生成碳化物颗粒。
该方法适用于制备单一元素或少量元素的碳化硅复合粉末。
(2)溶胶凝胶法:将碳化硅和其他元素的溶液混合,通过热处理使其凝胶化,然后在高温下进行热解反应,生成碳化物颗粒。
该方法适用于制备多种元素的碳化硅复合粉末。
(3)电子束物理气相沉积法:将碳化硅和其他元素的蒸汽混合,在高温下通过电子束加热使其沉积在基板上,形成薄膜或粉末。
该方法适用于制备高纯度、均匀性好的碳化硅复合粉末。
三、大型复杂零件增材制造方法1. 增材制造原理增材制造是一种通过逐层堆积材料来构建零件的制造方法。
其原理是利用计算机辅助设计软件将三维模型切片成为多层二维轮廓,并通过控制设备喷射或热熔等方式,在每一层上添加或固定一层材料,最终构建出三维零件。
2. 大型复杂零件增材制造方法(1)激光增材制造法:通过激光束在粉末材料表面熔化和固化,逐层堆积构建出零件。
该方法适用于制造复杂形状、高强度、高耐磨的零件。
(2)电子束增材制造法:通过电子束在金属粉末表面熔化和固化,逐层堆积构建出零件。
该方法适用于制造高温、高强度、高耐腐蚀的零件。
(3)喷射增材制造法:通过喷射头将金属或塑料粉末喷射到基板上,逐层堆积构建出零件。
碳化硅制备方法范文
碳化硅制备方法范文碳化硅是一种重要的无机材料,具有高硬度、高强度、高热导率、低膨胀系数、耐高温、耐腐蚀等优异性能,在陶瓷、高温结构材料、电子器件等领域有着广泛的应用。
碳化硅主要有凝胶法、热解法和熔体法等多种制备方法。
下面将详细介绍这些方法。
1.凝胶法:凝胶法是利用硅源和碳源在溶胶-凝胶体系中反应生成碳化硅。
一般的凝胶法制备碳化硅的步骤包括溶胶的制备、凝胶的形成、干燥和热解。
常用的硅源包括硅酸盐和硅烷等,碳源可以是有机物或无机物。
制备过程中需要加入足量的碳源,保证反应生成充分的碳化硅。
凝胶法制备碳化硅的优点是制备工艺简单,能够得到纳米级碳化硅粉体,但是制备周期长,工艺参数控制较为复杂。
2.热解法:热解法是将硅源和碳源在高温下直接反应生成碳化硅。
常见的反应温度为1500~2000℃。
具体制备过程包括预混合、热压制备和高温热解。
预混合是将硅源和碳源按一定比例混合均匀,加入辅助剂进行机械混合。
热压制备是将混合物进行高温高压热压,形成热压坯体。
最后,将热压坯体放入高温炉中进行高温热解反应。
热解法制备碳化硅的优点是制备效率高,适合大规模制备,但是对原料质量有较高要求,控制难度较大。
3.熔体法:熔体法是将硅源和碳源在高温下熔融反应生成碳化硅。
典型的熔体法制备过程包括高温熔融、冷却、晶化等步骤。
一般使用石墨坩埚作为反应容器,并在高温炉中进行反应。
制备过程中需要加入辅助剂来促进熔融和形成纯净的碳化硅。
熔体法制备碳化硅的优点是制备温度相对较低,能够得到高纯度的碳化硅单晶,但是工艺控制要求较高,操作复杂,并且只适用于小批量制备。
以上是常用的碳化硅制备方法,每种方法都有其优缺点,适用于不同的应用场合。
为了得到高质量的碳化硅,制备过程中需要严格控制原料的质量、反应条件和工艺参数。
随着材料科学和制备技术的进步,碳化硅的制备方法也将不断完善和创新,为碳化硅的应用提供更好的材料基础。
碳化硅sic制备方法-概述说明以及解释
碳化硅sic制备方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述碳化硅(SiC)是一种广泛应用于材料科学领域的重要陶瓷材料。
它具有优异的物理和化学性质,如高熔点、高硬度、高热导率、低热膨胀系数和良好的耐腐蚀性能等。
由于这些特殊性能,碳化硅在诸多领域的应用十分广泛,包括电子、能源、化工、航空航天和汽车等领域。
为了满足不同领域对碳化硅材料的需求,科学家们研究出了多种碳化硅制备方法。
根据不同的反应条件和原料,可以将这些方法分为不同的分类,每种方法都有其特定的制备工艺和应用范围。
本文将重点介绍一些常用的碳化硅制备方法,包括硅烷化合物法、碳热还原法和化学气相沉积法。
在这些方法中,硅烷化合物法是一种常见且简单的制备方法,它通过将硅烷化合物在高温下分解,生成碳化硅。
而碳热还原法则通过碳源和硅源的反应,生成碳化硅。
最后,化学气相沉积法则是将硅源和碳源的气体通过化学反应,在衬底上沉积出碳化硅薄膜。
不同的制备方法具有各自的优缺点,这些将在后续章节进行详细讨论。
此外,本文还将探讨碳化硅制备方法的发展趋势和展望,并在结论部分对整个文章进行总结。
通过深入研究碳化硅制备方法,我们可以更好地理解碳化硅的制备过程和特性,为其在不同领域的应用提供更多可能性和机遇。
1.2 文章结构本文主要分为以下几个部分:引言、正文和结论。
在引言部分,我们将对碳化硅的概述进行介绍,包括其定义和应用领域。
同时,我们还会说明本文的文章结构和目的。
接下来的正文部分将详细探讨碳化硅制备方法。
首先,我们将对碳化硅制备方法进行分类,介绍不同方法的特点和应用场景。
然后,我们将详细介绍常用的碳化硅制备方法,包括硅烷化合物法、碳热还原法和化学气相沉积法。
每种方法都将进行详细讲解,包括原理、步骤和适用条件等方面。
在结论部分,我们将对碳化硅制备方法的优缺点进行总结,并展望其发展趋势。
同时,我们也会结合全文内容对碳化硅制备方法进行总结,为读者提供一个综合的观点。
最后,我们会对全文的内容进行总结,以便读者更好地理解和应用本文的内容。
碳化硅粉生产工艺
碳化硅粉生产工艺
碳化硅粉是一种重要的高温材料,广泛应用于高温陶瓷、电子元器件、光学玻璃等领域。
其生产工艺主要包括原料处理、干燥、烧结和粉碎
等步骤。
1. 原料处理
碳化硅粉的主要原料是二氧化硅和石墨。
在生产过程中,需要将这两
种原料按一定比例混合,并加入适量的助剂(如氧化铝、氮化硅等)
以提高产品性能。
混合后的原料需进行球磨处理,使其颗粒大小均匀。
2. 干燥
混合后的原料需要进行干燥处理,以去除其中的水分和挥发物质。
通
常采用真空干燥或高温干燥等方法进行处理。
3. 烧结
经过干燥处理后的原料需要进行烧结,以形成碳化硅晶体。
通常采用
电阻加热或感应加热等方法进行加热,使得原料中的碳和硅在高温下
发生反应,形成碳化硅晶体。
在此过程中还需控制气氛组成和温度等
参数,以确保产品质量。
4. 粉碎
经过烧结处理后的碳化硅块需要进行粉碎处理,以得到所需的碳化硅粉。
通常采用颚式破碎机、球磨机等设备进行粉碎处理。
在此过程中还需控制粉碎时间和设备参数等因素,以确保产品颗粒大小和分布均匀。
总之,碳化硅粉生产工艺包括原料处理、干燥、烧结和粉碎等步骤。
在每个步骤中都需要控制各种因素,以确保产品质量。
碳化硅粉体的表面改性
粘度与偶联剂
结论:反应温度 90 ℃; 反应时间 4 h; SiC 含量均为 50 g。SiC 浆料黏度随硅烷偶联
剂用量的增加呈先降低后上升趋势。当硅烷偶联剂用量为1.5 g 时,SiC 浆料的黏度最小, 其流动性最好。
分析:原因在于硅烷偶联剂的用量越大,包覆层越厚。试验结果表明:改性剂包覆层的厚
SiC粉体的表面改性
制作者:贾子康、冯推清、王峣
CONTENTS
背景介绍
改性方法
合成过程
表征方法
背景介绍
碳化硅分子式为 SiC,是用石英砂、石油焦、木屑等 原料通过电阻炉高温冶炼而成。硬度介于刚玉和金刚 石之间;晶体结构分为六方晶系的α -SiC和立方晶系 的β-SiC,β-SiC于2100℃以上时转变为α -SiC。
一类是加热凝胶聚硅氧烷,发生分解反应放出小单 体,最终形成SiO2和C,再由碳还原反应制得SiC 粉;另一类是加热聚硅烷或聚碳硅烷放出小单体后 生成骨架,最终形成SiC粉末
实验过程
硅烷偶联剂的烷氧基是与 SiC 粉体表面的—Si—OH 反应的主要基团,它极易水解生 成醇类,故表面改性反应必须选择在非水和非醇类介质中进行。 在四口烧瓶中加入 350 mL 甲苯、50 g SiC 微粉和相应比例的硅烷偶联剂,通入 N2, 在 N2 气流下升温至 85 ℃并搅拌反应 6 h。反应结束后,产物趁热真空抽滤, 经多次 超声分散(超声介质为水、 丙酮;时间为 30 min)、离心洗涤(介质:水、丙酮;时间: 25 min)后,于 105 ℃烘箱中干燥 12 h,冷却后待用。
遇到问题:粉体形状不规则,粒径小,表面能高,容易发生团聚,形成二次粒子,无法
表现出表面积效应和体积效应难以实现超细尺度范围内不同相颗粒之间的均匀分散以及烧
碳化硅的制备与应用
目录摘要 (1)关键字 (1)1碳化硅的合成与制备 (1)2SiC陶瓷的主要应用领域 (3)3结束语 (5)参考书目 (5)碳化硅陶瓷的制备与应用摘要:碳化硅陶瓷材料由于抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性,广泛的应用于各个领域。
本文通过对碳化硅陶瓷材料的的发展历程,特性及国内外研究状况提出了几种碳化硅陶瓷的烧结方法,并讨论其发展趋势。
关键词:碳化硅;合成与制备;烧结;应用;1、碳化硅陶瓷的合成与制备SiC由于其共价键结合的特点,烧结时的扩散速率相当低,即使在的2100℃的高温,C和Si的自扩散系数也仅为1.5×10-10和2.5×10-13cm2/s所以,很难采取通常离子键结合材料所用的单纯化合物常压烧结途径来制取高致密化材料,必须采用一些特殊的工艺手段或依靠第二相物质促进其烧结。
SiC很难烧结。
其晶界能与表面能之比很高,不易获得足够的能量形成晶界而烧结成块体。
SiC烧结时的扩散速率很低,其表面的氧化膜也起扩散势垒作用。
因此,碳化硅需要借助添加剂或压力等才能获得致密材料。
本制件采用Al-B-C作为烧结助剂。
硼(B)在SiC晶界的选择性偏析减小晶界能,提高烧结推动力,但过量的B会使SiC晶粒异常长大。
添加C(碳)可以还原碳化硅表面对烧结起阻碍作用的SiO2膜,并使表面自由能提高。
但过多的碳,使制品失重,密度下降。
铝(Al)有抑制晶粒长大的作用,并有增强硼的烧结助剂作用,但过量的Al却会使制件的高温强度下降。
因此,必须通过试验合理确定Al,B,C的用量。
目前制备SiC陶瓷的主要方法有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结等。
1.1 碳化硅陶瓷的无压烧结无压烧结被认为是SiC烧结最有前途的烧结方法,通过无压烧结工艺可以制备出复杂形状和大尺寸的SiC部件。
根据烧结机理的不同,无压烧结又可分为固的β-SiC可通过添加B和C进行常压烧结,这相烧结和液相烧结。
碳化硅粉体表面改性研究进展
d s e so y s ra emo i c t n wh c a e n c n e n d mo ea dm o e e t n i e y T eme h d f u f c d f a i n o ip r i n b u f c d f ai , i h h s e o c r e r n r x e sv l . h t o so ra e mo i c t n i o b s i o sl o a b d n ei fu n e o r a e mo i c t n o e p o e t s f o e r e c i e i p p r a dp e i td t e i c n c r i ea d t n e c f u fc d f a i n t r p ri wd r i h l s i o h eo p we ed s rb d i t s a e , n r d c e nh h p o p c sf r h p l ai n o l o a b d . r s e t o ea p i t f ii n c r i e t c o s c Ke r s s l o ab d ; u f c d f ai n g a ; i e so y wo d : i c n c r i e s ra emo i c t ; r f d s r i n i i o t p
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随着科学技术的发展, 现代国防,空间技术以及汽车工业等领域不仅要求工程材料具备良好的机械性能,而且要求其具有良好的物理性能。
碳化硅(SiC)陶瓷具有高温强度和抗氧化性好、耐磨性能和热稳定性高、热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好等优点,因而常常用于制造燃烧室、高温排气装置、耐温贴片、飞机引擎构件、化学反应容器、热交换器管等严酷条件下的机械构件,是一种应用广泛的先进工程材料。
它不仅在正在开发的高新技术领域(如陶瓷发动机、航天器等)发挥重要作用,在目前的能源、冶金、机械、建材化工等[1]领域也具有广阔的市场和待开发的应用领域。
为此,迫切需要生产不同层次、不同性能的各种碳化硅制品。
碳化硅的强共价键导致其熔点很高,进而使SiC粉体的制备、烧结致密化等变得更加困难。
本文综述了近些年碳化硅粉体的制备及改性、成型和烧结工艺三个方面的研究进展。
[1]蔡新民,武七德,刘伟安.反应烧结碳化硅过程的数学模型[J].武汉理工大学学报, 2002, 24(4): 48-501 碳化硅粉体的制备及改性技术碳化硅粉体的制备技术就其原始原料状态主要可以分为三大类:固相法、液相法和气相法。
1.1 固相法固相法主要有碳热还原法和硅碳直接反应法。
碳热还原法又包括阿奇逊(Acheson)法、竖式炉法和高温转炉法。
SiC粉体制备最初是采用Acheson法[2],用焦炭在高温下(2400 ℃左右)还原SiO2制备的,但此方法获得的粉末粒径较大(>1mm),耗费能量大、工艺复杂。
20世纪70年代发展起来的ESK法对古典Acheson法进行了改进,80年代出现了竖式炉、高温转炉等合成β-SiC粉的新设备。
随着微波与固体中的化学物质有效而特殊的聚合作用逐渐被弄清楚,微波加热合成SiC粉体技术也日趋成熟。
最近,L N. Satapathy等[3]优化了微波合成SiC的工艺参数。
他们以Si+2C为起始反应物,采用2.45 GHz的微波在1200-1300 ℃时保温5分钟即可实现完全反应,再通过650 ℃除碳即可获得纯的β-SiC,其平均粒径约0.4 μm。
硅碳直接反应法又包括自蔓延高温合成法(SHS)和机械合金化法。
SHS还原合成法利用SiO2与Mg之间的放热反应来弥补热量的不足,该方法得到的SiC粉末纯度高,粒度小,但需要酸洗等后续工序除去产物中的Mg。
杨晓云等[4]将Si 粉与C 粉按照n(Si):n(C) = 1:1制成混合粉末,并封装在充满氩气的磨罐中,在WL-1 行星式球磨机上进行机械球磨,球磨25 h 后得到平均晶粒尺寸约为6 nm 的SiC 粉体。
[2] 宋春军,徐光亮. 碳化硅纳米粉体的合成、分散与烧结工艺技术研究进展[J].材料科学与工艺,2009,17(2):168~173[3] L N. Satapathy,P D. Ramesh,Dinesh Agrawal,et al. Microwave synthesis of phase-pure, fine silicon carbide powder[J].Materials Research Bulletin, 2005, 40(10):1871-1882.[4] 杨晓云, 黄震威. 球磨Si, C 混合粉末合成纳米SiC 的高分辨电镜观察. 金属学报,2000, 36(7): 684-688.1.2 液相法液相法主要有溶胶-凝胶(Sol-gel)法和聚合物热分解法。
溶胶凝胶法为利用含Si和含C的有机高分子物质,通过适当溶胶凝胶化工艺制取含有混合均匀的Si和C的凝胶,然后进行热解以及高温碳热还原而获得碳化硅的方法。
Limin Shi等[5]以粒径9.415 μm的SiO2为起始原料,利用溶胶凝胶法在其表面包覆一层酚醛树脂,通过热解然后1500 ℃于Ar气氛下进行还原反应,获得了粒径在200 nm左右的SiC颗粒。
有机聚合物的高温分解是制备碳化硅的有效技术:一类是加热凝胶聚硅氧烷,发生分解反应放出小单体,最终形成SiO2和C,再由碳还原反应制得SiC 粉;另一类是加热聚硅烷或聚碳硅烷放出小单体后生成骨架,最终形成SiC 粉末。
[5] Limin Shi, Hongsheng Zhao, Yinghui Yan, eta.l Synthesis and characterization of submicron silicon carbide powders with silicon and phenolic resin[J]. Powder Technology, 2006, 169(2):71~76.1.3 气相法气相合成碳化硅陶瓷超细粉末目前主要是运用气相反应沉积法(CVD)、等离子体法(Plasma Induced CVD)、激光诱导气相法(Laser Induced CVD)等技术高温分解有机物,所得粉末纯度高,颗粒尺寸小,颗粒团聚少,组分易于控制,是目前比较先进的方法,但成本高、产量低,不易实现大批量生产,较适合于制取实验室材质和用于特殊要求的产品[6]。
[6] 宋祖伟,戴长虹,翁长根. 碳化硅陶瓷粉体的制备技术[J]. 青岛化工学院学报,2001,22(2):135~137、163目前使用的SiC陶瓷粉体主要是亚微米级甚至是纳米级别的粉体,因为粉体粒度小、表面活性高,所以面临的主要问题是粉体易产生团聚,有必要对粉体进行表面改性处理,防止或抑制粉体的二次集聚。
目前使SiC粉体分散的方法主要有以下几类[6]: 高能表面改性、洗涤、分散剂处理粉体、无机包覆改性、有机包覆改性。
[6]郝慧.水基高固相含量SiC浆料的制备及其流变性研究[硕士学位论文].武汉:武汉理工大学,2006:2一3.2 碳化硅陶瓷的成型工艺陶瓷材料的成型工艺是制备陶瓷材料的重要环节,也是提高陶瓷坯体均匀性和解决陶瓷材料可靠性的关键工序之一。
SiC陶瓷坯体的成型可分为干法成型和湿法成型两大类。
干法成型主要包括模压成型和等静压成型等。
湿法成型有利于消除粉体的团聚、减少坯体中杂质的含量、降低坯体的缺陷数量和成型复杂形状的陶瓷部件。
湿法成型主要分为塑性成型和胶态浇注成型两大类。
塑性成型主要包括挤出成型,注射成型和乳模成型等。
塑性成型为了满足成型坯体需要,常需要向粉体中添加很多的塑化剂和粘结剂,这些添加的塑化剂和粘结剂在坯体成型后被去除的过程中会造成素坯的密度下降,所以在一些生产高致密、高强度、超耐腐蚀等高性能SiC陶瓷领域的应用不是很广。
胶态浇注成型是将具有流动性的浆料制备成具有一定形状的坯体的一种成型方法。
胶态浇注成型主要包括注浆成型、注凝成型、凝胶注模成型等。
下面本文主要介绍以下几种常用成型方法。
2.1等静压成型SiC粉体的等静压成型(isostatic pressing)是将预压好的SiC坯体包封在弹性的橡胶模具或塑料模具内,然后置于高压容器中,由液体介质传递至弹性模具对坯体加压,然后释放压力,取出模具并从模具中取出成型好的坯体。
2009年,Xie Mao-lin,Luo De-li,Xian Xiao-bin 等人[7]利用冷等静压技术在250 Mpa下成型添加4%氧化铝的碳化硅样品,再用超高压烧结得到了几乎全致密的纳米SiC陶瓷。
等静压成型适于制备成型形状简单、产量小和大型的制品,但其生产过程复杂,不适于大量生产。
[7] Xie Mao-lin,Luo De-li,Xian Xiao-bin, eta. Densification of nano-SiC by ultra-high pressure effects of time, temperature and pressure[J]·Fusion Engineering and Design, 2009, 9(3): 1-52.2挤压成型挤出成型是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用,边受挤压,边被螺杆向前推送,连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。
挤出成型的优点:成型制品的产量比较高,生产线占地面积较小,生产环境比较清洁;设备结构简单、造价低,生产线投资较少。
挤出成型在各种陶瓷成型工艺中是最合适生产等截面制品的低成本工艺。
该工艺可以在低温、低压条件下将陶瓷粉体混合物挤出得到较长的等截面线材、管材或片材。
2009年,郭晓明等人[8]用羟丙基甲基纤维素作为塑化剂挤出了碳化硅陶瓷管材,在常压烧结下得到了致密度达95.9%的制品,但碳化硅颗粒出现异常长大并有部分板状晶粒出现。
2007年,吉晓莉[9]用PX作为增塑剂挤出成型了硅碳棒热端部件,得到了密度为2·4869g/cm3的重结晶碳化硅电热元件热端,气孔率<23%,电阻率为0.314 Ω·cm。
[8] 郭晓明,闫永杰,陈健,等. 挤出成型碳化硅陶瓷的力学性能和显微结构[J]. 无机材料学报,2009, 24(6): 1155-1158[9] 吉晓莉.挤出成型制备重结晶碳化硅热端材料的研究[D].武汉理工大学2.3注浆成型注浆成型(SlipCasting)是将具有流动性的SiC粉体浆料注入到多孔质模具,利用多孔模具微小气孔产生的毛细管力把浆料中的液体吸出,在多孔模具中留下固化后的坯体。
注浆成型过程中,浆料水分被多孔模具吸收时,具有颗粒重排,二次紧密堆积,体积再收缩的固化机制,坯体的密度可以达到很高的水平。
注浆成型操作简单,可靠性性高,在制备高性能SiC陶瓷中得到了大规模的应用。
S.Suyama[10]等以粒径小于1μm的SiC粉和C粉采用压力注装成型制备坯体,经渗硅反应烧结制备得到游离硅(f si)尺寸小于l00 nm的RBSC陶瓷(SiC和f si 的复合陶瓷),抗弯强度高达1070 MPa。
[10]S. Suyama, T. Kameda, Y. Itoh. Development of high-strength reaction-sintered silicon carbide[J].Diamond and Related Materials, 12(2003)1201-1204.2.4凝胶注模成型凝胶注模成型(Gel-Casting, GC)是利用有机单体聚合将SiC悬浮体原位固化成型,GC成型坯体密度高、强度高、收缩率小、易成型复杂形状的零部件。
其工艺过程:首先将SiC粉体分散在含有有机单体、交联剂、分散剂和消泡剂的水溶液中,混合均匀后,制成低粘度(≤1000mPa·s),高固相含量(≥50 vol%)的料浆。
向料浆中加入引发剂,搅拌均匀后注入无孔模具中,在一定温度条件下使有机单体在引发剂的作用下发生聚合反应生成高分子链,并与交联剂形成空间网络结构而凝胶固化,高分子链的空间网络结构对浆料中SiC粉体颗粒具有很大的位阻作用,将SiC粉体颗粒位置固定在其中形成强度≥28MPa的SiC坯体。