化学气相沉积法制备碳化硅晶须
1101706韩晓亮--SiC晶须制备
1.2 SiCw 具有类似金刚石的晶体结构, 有α型(六方和菱方 结构) 和β型(面心立方结构)两种晶型。
表1 α型和β型SiCw 性能对比
晶须名称 晶须直径 /µm 晶须长度 /µm 密度/ （g/cm2） 耐受温度 /℃ 模量 /GPa 抗拉强度 /GPa 硬度 /Mobs
β-SiCw α-SiCw
0.05~0.2 0.1~1
10~40 50~200
3.22 3.22
1960 1800
480 392
20.8
12.9~13.7
9.5 9.2~9.5
结论： 结论：对比两种不同构型的晶须，可以看出β-SiCw晶须在耐 温、硬度、抗拉强度以及模量方面都要比α-SiCw晶须高得多。 所以β-SiCw晶须的制备和研究有着重要的意义。
3.2 合成温度的影响
实验研究发现，高温下(1600℃ 左右) 有利于碳化硅的 生成，但对晶须的生长不利. 晶须在1400℃ 左右才能生 长得比较充分, 所以较合适的工艺是首先直接升到高温 1600 ℃ 使之生成碳化硅晶枝, 然后立即降温到1400 ℃ 保温, 使得晶须能充分生长。
低温时，生成的SiC晶须表面光滑，外观较规整， 晶须平直；随着合成温度的升高，SiCw晶须的直 径逐渐变大，长径比变小，表面变得租糙，有的 晶须甚至径向出现竹节状结晶特征。
SiO2+ C→SiO + CO ；SiO2+ CO →SiO + CO2 CO2+ C→2CO ；SiO + C→SiC+ CO SiO + 3CO →SiC+ CO2 晶须的生长是通过反应SiO + 3CO →SiC+ CO2 的进
行. 上述反应连续循环, 最终生成SiCw。
碳化硅化学气相沉积工艺
碳化硅化学气相沉积工艺1.引言1.1 概述概述部分的内容可以描述碳化硅化学气相沉积工艺的背景和重要性。
以下是一个可能的写作参考：概述部分：碳化硅化学气相沉积工艺是一种重要的材料制备技术，它使用气相前体在高温条件下沉积碳化硅薄膜或颗粒。
碳化硅（SiC）因其独特的物理和化学特性被广泛应用于多个领域，如电子器件、陶瓷材料、光学涂层和生物医学领域等。
碳化硅化学气相沉积工艺具有处理多种硅源和碳源的优势，可以实现对沉积层成分和结构的精密控制。
根据具体应用的需求，可以选择不同的沉积方法和参数，以获得所需的碳化硅薄膜或颗粒的特定性能。
文章旨在介绍碳化硅化学气相沉积工艺的原理和相关技术。
首先，将详细探讨工艺的基本原理和机制，包括反应气体的选择、反应温度和压力的控制以及沉积速率与膜质量的关系。
然后，将重点关注工艺参数的优化方法，如反应气体浓度、物质输运、沉积时间等对沉积层性能的影响，以及如何通过合适的参数选择来实现最佳的薄膜或颗粒质量。
通过对碳化硅化学气相沉积工艺的全面介绍和分析，我们将更好地理解该工艺的原理和应用，并为相关领域的研究和工程应用提供一定的指导和启示。
在未来，随着材料科学和工艺技术的不断发展，碳化硅化学气相沉积工艺有望在许多领域展现出更广泛的应用前景。
通过此概述，读者可以了解到本文的目的和内容结构，并对碳化硅化学气相沉积工艺的重要性和相关领域的应用前景有个初步的了解。
文章结构部分的内容可以包括以下几个方面：1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分概述了本文的背景和意义，介绍了碳化硅化学气相沉积工艺的研究现状和重要性。
接下来，文章结构部分会详细介绍各个章节的内容。
正文部分分为两个章节，分别介绍了碳化硅化学气相沉积工艺的基本原理和工艺参数的优化。
2.1 碳化硅化学气相沉积工艺介绍在这一章节中，我们将详细介绍碳化硅化学气相沉积工艺的基本原理和工艺流程。
首先，我们将阐述碳化硅的化学性质和物理性质，介绍碳化硅的应用领域和市场前景。
化学气相沉淀法合成碳硅石单晶
化学气相沉淀法合成碳硅石单晶一、概述合成碳硅石也称为合成莫依桑石，天然的碳硅石是1904年最先由莫依桑发现于亚利桑那的陨石中，自然界极为稀少。
早在1955年Lely 就利用气相升华法生长出大颗粒的合成碳硅石，这种技术被称为Lely 技术，但获得的是有六方的、三方的和立方晶系的多型的混合物，主要用作工业磨料和半导体材料。
大约于二十世纪九十年代晚期，通过利用选定多型的定向种晶，生长出只由一种多型，即6H-SiC ，4H-SiC ，构成的大的单晶体。
90年代末由北美的C3 Inc.公司作为首饰用投放于市场，并主要作为钻石的仿制品。
目前合成碳硅石年产量达7万克拉。
二、合成碳硅石单晶的方法该方法的设备结构简图如图1所示。
在高温常压条件下，用于生长合成碳硅石单晶的原料粉末经过多孔的石墨管后加热升华成气态，直接在籽晶上结晶，生长出梨晶状的SiC 单晶体。
整个过程既有物态的变化，也有物质结构的变化。
戴维斯专利的工艺条件为：1）粉料的粒径应加以控制，并使用超声波振荡法填料。
2）种晶与粉料应属于同一多型，并且种晶的取向应稍稍偏离轴向。
3）生长初期应抽真空，而后施以低压氩气。
4）采用耐热的石墨套管加热，其中补给区温度为2300℃，晶体生长温度低于补给区温度100℃。
5）籽晶的旋转和生长过程中生长晶体位置的调整要准确无误，该方法能生长出达宝石级的有色6H 型合成碳硅石晶体，直径12mm ，厚度6mm ，生长周期为6h 。
某些生长出的合成碳硅石梨晶表面显示出与钻石表面相似的三角形凹坑。
三、合成碳硅石的宝石学性质化学成分：SiC ；晶系与光性：六方晶系，一轴晶、正光性；颜色：近无色，常略带黄绿色色调；光泽与透明度：金刚光泽，透明；折射率：2.649-2.691，双折射率为0.042；加工后台面通常都垂直C 轴，刻面棱重影明显，见图2。
色散： 0.104，强，大于钻石；相对密度：3.22，在二碘钾烷中钻石下沉，莫依桑石上浮，图3；紫外荧光：长波下呈无色至橙色。
碳化硅晶须——演示文稿
由图9可看出：SiCw分散良好，无明显团聚，SiCw表面有一 层透明的膜，这可能是有机高分子聚合物经强光束照射蒸发造 成的。因此，SiCw表面的膜也证明了有机高聚物已很好地吸 附在SiCw表面上。
碳化硅晶须应用前景
• 目前，国际上对当前SiCw的发展要求是：改善晶须自身 质量，使完整β-SiCw单晶的含量提高，晶须中的缺陷少， 弯晶和复晶的含量低，晶须的直晶率高，直径，长短和长 径比均匀，杂质含量低，同时降低加工成本，开发SiCw 增强，增韧的复合材料，并使得SiCw产量逐年增加，以 适应市场需求。 • 用SiCw增强、增韧的材料、强度、硬度具有很大改善、 可广泛用于航空航天、军事和民用等众多工业领域。其中 SiCw增强聚合物基复合材料可以吸收或透过雷达波，可 作为雷达天线罩、火箭、 导弹、飞机的隐身结构材料， 由于SiCw复合材料的力学性能比单质材料高得多，因此， 美、日、法、英、德等在先进复合材料的研究与开发上投 入了大量资金，并取得了明显的社会效益。 • 表2为SiCw先进复合材料的当前应用与未来展望。
碳化硅晶须合成方法
• 二，固体材料法合成SiCw • 固体材料法可以使用大量不同类型的原料催化剂大规模, 工业化生产SiCw,主要通过气(V)-液(L)-固(S)机理(简称 VLS机理)和气(V)-固(S)-机理(简称VS机理)来实现. • 通过VLS机理合成SiCw,VLS机理是在Fe,Ni,NaF等催化剂 作用下, 高温液相中的硅与碳反应,以过饱和原理析出SiCw, 合成总反应式如下:
碳化硅晶须稳定特性
• SiCw的分散稳定性
• 1，SiCw的表面性质，图1为SiCw的表面电势随pH的变化。 图2为酸处理前后的SiCw的XRD谱。
碳化硅晶须稳定特性
• 2，分散剂对SiCw分散性的影响 • 图3为未经HF酸洗的SiCw在不同pH值下沉降1个月后的情 况。图4为酸洗后的SiCw在不同pH值下沉降1个月后的情 况。
cvd碳化硅工艺流程
cvd碳化硅工艺流程CVD碳化硅工艺流程引言:CVD（化学气相沉积）碳化硅工艺是一种广泛应用于半导体行业的工艺，用于制备高纯度、高质量的碳化硅薄膜。
本文将介绍CVD碳化硅工艺的流程及其关键步骤。
一、前期准备在开始CVD碳化硅工艺之前，需要进行一系列的前期准备工作。
首先，选取合适的硅衬底，并进行表面清洁处理，以保证薄膜的质量。
其次，准备碳源和气体源，如甲烷（CH4）、硅源气体（SiH4）和稀释气体（如氢气）等。
此外，还需准备反应室、加热装置、气体供给系统等设备。
二、加载硅衬底在CVD碳化硅工艺中，首先将清洁处理过的硅衬底放置于反应室中，固定好位置。
硅衬底表面应尽量避免有杂质和氧化物，以免影响薄膜质量。
同时，反应室需要真空抽气，以确保后续反应的稳定性。
三、预热在加载硅衬底后，需要进行预热步骤。
预热的目的是提高反应室温度，使其达到适宜的反应温度。
通常，预热温度为600-900摄氏度，预热时间一般为10-30分钟。
预热过程中，还需将气体源和碳源预热至适宜的温度，以确保反应的均匀性。
四、反应预热完成后，开始注入碳源和气体源。
通常情况下，甲烷作为碳源，硅源气体作为主要的硅衬底源。
此外，还可以添加适量的稀释气体，如氢气，以调节反应的活性和薄膜的成分。
在反应过程中，需要控制气体流量和反应时间，确保反应的充分进行。
五、冷却反应完成后，需要将反应室冷却至室温。
冷却的过程中，需要保持反应室的真空状态，以避免薄膜受到空气中的污染。
冷却时间一般为10-30分钟。
在冷却过程中，也可以通过气体的流动来加速冷却。
冷却完成后，可以取出硅衬底，并进行后续的处理和测试。
六、后期处理CVD碳化硅工艺完成后，可以对薄膜进行后期处理和测试。
常见的后期处理包括退火、刻蚀、沉积其他材料等。
退火可以改善薄膜的结晶度和电学性能；刻蚀可用于制作器件结构；沉积其他材料可用于制备复合薄膜等。
此外，还可以通过各种测试手段对薄膜进行表征，如SEM（扫描电子显微镜）、XRD（X射线衍射）等。
sic单晶生长方法
sic单晶生长方法一、引言SiC（碳化硅）是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景。
为了满足对高质量SiC单晶的需求，研究人员开发了多种SiC单晶生长方法。
本文将介绍几种常用的SiC单晶生长方法，并对其原理和特点进行详细阐述。
二、物理气相沉积法物理气相沉积法（Physical Vapor Deposition，PVD）是一种常用的SiC单晶生长方法。
该方法利用高温条件下的化学反应，通过传输SiC蒸汽到衬底上进行沉积。
PVD法具有生长速度快、单晶质量高、控制能力强等优点，被广泛应用于SiC单晶的生长。
三、化学气相沉积法化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）是另一种常用的SiC单晶生长方法。
CVD法利用气相反应在衬底表面上生长SiC 单晶。
该方法的优点是可以生长大面积、高质量的SiC单晶，同时还能实现多孔结构的控制。
CVD法在SiC单晶生长领域中具有重要的应用价值。
四、低温液相脱溶法低温液相脱溶法（Low Temperature Solution Growth，LTSG）是一种相对较新的SiC单晶生长方法。
该方法利用溶剂中的溶质，通过降温脱溶来生长SiC单晶。
LTSG法具有生长温度低、晶体质量高等优点，适用于生长高质量的SiC单晶。
五、分子束外延法分子束外延法（Molecular Beam Epitaxy，MBE）是一种高真空条件下生长材料的方法，也可用于SiC单晶生长。
该方法通过控制分子束的束流，使其在衬底上形成单晶生长。
MBE法具有生长速度快、控制能力强等优点，被广泛用于SiC单晶的生长。
六、熔体法熔体法是一种传统的SiC单晶生长方法。
该方法通过将SiC原料加热至熔点，在适当的条件下生长SiC单晶。
熔体法具有操作简单、生长速度快等优点，但由于生长过程中易受杂质污染，导致晶体质量较低。
因此，熔体法在SiC单晶生长领域中的应用相对较少。
七、总结通过对几种常用的SiC单晶生长方法的介绍，我们可以看到每种方法都有其独特的优点和适用范围。
化学气相沉淀法合成碳化硅
解理：无。
化材学料成 名分称：合Si成C 碳硅石结。晶状态：晶质体。
• 摩氏硬度：9.25 紫晶外系荧：光六：方长晶波系：无至晶橙体色习。性：块状。
常材见密度：3
常材见料颜 名色称：无合色成或碳略硅带石浅。黄、浅绿色调。
• 折射率：2.648-2.691 双折射率：
• 紫外荧光：长波：无至橙色。 • 吸收光谱：未见特征吸收光谱或低于 425nm 弱吸收。 • 放大检查：可有点状、丝状包体，双折射现象明显。 • 特殊性质：导热性强，热导仪测试可发出鸣响。 • 特殊光学效应：色散强（ 0.104 ）。
• 光性特征：非均质体，一轴晶，正光性。 光25 泽：亚密金度刚：光3 泽 解理：无。
放大检查：可有点状、丝状包体，双折射现象明显。
• 多色性：不特征。 放 25大检查密：度可：有3点状、丝状包体，双折射现象明显。
紫生外长荧 ：光原：料长粉波末：未无经至过橙石色墨。扩散作用加热升华成气态，直接在种晶上重结晶
化学气相沉淀法 合成碳化硅
碳化硅合成
• 生长：原料粉末未经过石墨扩散作用加热升华 成气态，直接在种晶上重结晶
合成碳化硅 英特文殊名 性称质：导sy热nt性he强tic，m热oi导ss仪an测ite试。可发出鸣响。
常特见殊颜 性色质：无导色热或性略强带，浅热黄导、仪浅测绿试色可调发。出鸣响。
紫吸外收荧 光光谱：长未波见：特无征至吸橙收色光。谱或低于 425nm 弱吸收。
紫外荧光：长波：无至橙色。
放紫大外检 荧查光：可长有波点：状无、至丝橙状色包。体，双折射现象明显。
• 英文名称： synthetic moissanite 。 紫晶外系荧：光六：方长晶波系：无至晶橙体色习。性：块状。
碳化硅晶片生产过程
碳化硅晶片生产过程导言:碳化硅晶片是一种重要的半导体材料，具有优异的耐高温性能和较高的电子迁移率，被广泛应用于电力电子、光电子和微电子领域。
本文将介绍碳化硅晶片的生产过程，包括原料准备、材料生长、切割和加工等环节。
一、原料准备碳化硅晶片的制备首先需要准备高纯度的原料。
一般采用石墨粉和高纯度二氧化硅作为主要原料。
石墨粉经过精细研磨得到细小的颗粒，而二氧化硅则需要经过精细筛分，去除杂质。
同时，还需要准备一定比例的添加剂，用于调节碳化硅晶片的导电性能和控制杂质含量。
二、材料生长碳化硅晶片的生长主要通过物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）或化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）方法进行。
在PVD方法中，将预先制备好的原料加热至高温，使其蒸发并沉积在衬底上，形成碳化硅晶片。
而CVD方法则是通过在高温气氛中分解原料气体，使其沉积在衬底上。
这两种方法都需要精确控制温度、气氛和沉积时间，以获得高质量的碳化硅晶片。
三、切割和加工生长好的碳化硅晶片需要经过切割和加工，以得到符合要求的尺寸和形状。
首先，将生长好的碳化硅晶片从衬底上剥离下来，然后使用切割机或激光器进行切割，得到所需尺寸的碳化硅晶片。
接下来，进行表面处理，包括抛光、清洗和去除残留杂质。
最后，通过化学腐蚀或机械加工等方法，对碳化硅晶片进行细致加工，形成电极、通孔等结构。
四、封装和测试经过切割和加工的碳化硅晶片需要进行封装，以保护其免受外界环境的影响。
封装过程主要包括将碳化硅晶片与封装基板连接、焊接或粘接，并使用封装材料进行密封。
封装完成后，对碳化硅晶片进行电性能测试和可靠性测试，以保证其质量和性能符合要求。
五、质量控制在碳化硅晶片的生产过程中，质量控制是至关重要的环节。
通过严格控制原料的纯度和配比，优化生长和加工工艺参数，以及进行严格的质量检测和测试，可以确保生产出高质量的碳化硅晶片。
碳化硅晶体生长及关键制备设备
碳化硅晶体生长及关键制备设备碳化硅晶体是一种重要的半导体材料，具有高温、高频、高功率等优异特性，被广泛应用于电力电子、汽车电子、航空航天等领域。
本文将介绍碳化硅晶体的生长方法和关键制备设备。
一、碳化硅晶体生长方法碳化硅晶体的生长方法主要包括物相法、热解法和气相沉积法。
1. 物相法：将碳化硅粉末与碳粉末混合，置于高温炉中，经过反应生成碳化硅晶体。
该方法生长的晶体质量较好，但工艺复杂、成本高。
2. 热解法：利用化学反应在碳化硅晶体表面形成碳源，通过热解反应生长晶体。
该方法生长的晶体质量较高，但生长速度较慢。
3. 气相沉积法：利用化学气相沉积原理，在预先制备好的碳化硅晶体表面沉积新的碳化硅晶体。
该方法生长速度快，但对晶体质量要求高。
二、碳化硅晶体生长设备碳化硅晶体生长设备主要包括物相生长炉、热解生长炉和气相沉积设备。
1. 物相生长炉：物相生长炉主要用于碳化硅晶体的物相生长方法。
该设备由高温反应室、碳源加热器、温度控制系统等组成。
高温反应室分为立式炉和横式炉两种，温度控制系统采用PID控制，控制精度达±1℃。
2. 热解生长炉：热解生长炉主要用于碳化硅晶体的热解生长方法。
该设备由高温反应室、气氛保护系统、温度控制系统等组成。
高温反应室采用电加热，气氛保护系统采用惰性气体，温度控制系统采用PID控制，控制精度达±1℃。
3. 气相沉积设备：气相沉积设备主要用于碳化硅晶体的气相沉积法。
该设备由反应室、气源系统、温度控制系统等组成。
反应室采用石英管，气源系统采用气体流量控制，温度控制系统采用PID控制，控制精度达±1℃。
总之，碳化硅晶体生长及关键制备设备是碳化硅半导体领域的重要组成部分，对于提高碳化硅晶体的质量和生长速度具有重要意义。
碳化硅晶须的制备及其在复合材料增韧中的应用
蔡 长 秀 等[17]用 该 法 制 备 了 SiCw，并 探 讨 了 不 同 炭黑与 SiO2 的摩尔比及合成温度对 SiCw 形成的影 响。结果表明：炭黑与 SiO2 的摩尔比为 3.3∶1、后处理 温度为 1 600 ℃时，SiCw 的生成量最高，晶须直径分 布均匀。 张洪涛等[18]用 sol-gel 法制备了长度为 40~ 80 nm， 长径比为 20~80 的 β-SiCw， 产物纯度达到 99.92%。 此法成本低廉、工艺简单、无污染，但晶须 容易形成团聚，分散性和结晶度差。
达到饱和后析出 SiC 晶核，随着反应的进行，进入融 压对晶须的直径有较大影响， 当生长温度为 1 250
球内的 SiC 分子不断向晶核叠加， 并在催化剂的控 制 下 ，通 过|ABCABC｜立 方 堆 积 方 式 ， 沿 <111> 面 生 长 成一定长径比的 SiCw[5]。 1.2 SiCw 的制备方法
SiCw 应具有适当的长径比， 对于二维排列的晶 须增韧补强的材料，晶须的临界体积反比于其长径
比[20]。 此外，还应尽可能降低 SiCw 的表面含氧量。 晶 须表面富氧会导致界面产生 SiO 玻璃相， 从而降低 拉拔效应，降低复合材料的强度和韧性。 2.2 晶须与基体在化学性质上相互匹配
SiCw 与基体在化学性质上相互匹配最重要的是 避免其与基体间的化学反应。 两者一旦发生反应会 产生新相，使界面结合力增强；由于新相与晶须和 基体间的体积差异，还会引起残余应力，降低界面 的剪切强度； 化学反应同样会使晶须的性能下降， 材 料 的 韧 性 降 低 [19]。 2.3 晶须应在基体中均匀分布
SiC晶须制备方法研究进展
SiC晶须制备方法研究进展郝斌【摘要】碳化硅晶须的制备已有众多研究.目前,国内制备SiC晶须的方法主要可分为两大类:气相反应法和固体材料法,每种制备方法都有其各自的特点.本文重点介绍了这两种制备方法的合成机理,以及相关制备方法取得的一些实验研究成果.【期刊名称】《陶瓷》【年(卷),期】2010(000)009【总页数】3页(P11-13)【关键词】碳化硅晶须;制备方法;实验成果【作者】郝斌【作者单位】唐山学院环境与化学工程系,河北,唐山,063000【正文语种】中文【中图分类】TQ174.75碳化硅的硬度高,耐磨性能好,并有抗热冲击性、抗氧化性能好等特点,是非常重要的研磨材料[1]。
碳化硅晶须(SiCw)是一种直径为纳米级至微米级的具有高度取向性的短纤维单晶材料,缺陷极少,其强度和模量接近晶体材料的理论值。
SiCw的密度为3.21 g/ ?,熔点大于2 700℃,抗拉强度为2 100 MPa[2]。
SiCw在导热性、热膨胀、耐压性以及导电性方面具有一系列优点。
因此,SiCw以其低密度、高熔点、高强度、高模量、低热膨胀率及耐腐蚀等优良特性成为各种先进复合材料的首选。
用SiCw增强、增韧的材料,在强度和硬度方面都会有很大改善。
SiCw已经广泛应用于国防、航空、电子工业、化学工业、能源等领域,它因其优越的性能倍受人们的青睐。
SiCw的晶体结构类似于金刚石,有六方晶系(α型)和体方晶系(β型)两种晶型结构。
β型各方面性能优于α型,如表1所示[3]。
目前,SiCw的制备方法主要可分为两大类[4]:①气相反应法。
即用含碳气体和含硅气体作为反应物,反应生成SiCw。
或分解一种含碳、硅的化合物或有机气体来合成SiCw。
气相反应法中应用最广泛的是气相沉积法(CVD法);②固体材料法。
即利用载气通过含碳和含硅的混合材料,在与反映材料隔开的空间形成SiCw的合成方法。
这种方法生产SiCw主要有VLS机理和VS机理。
气相反应法中应用最广泛的是化学气相沉积(Chemical Vapour Deposition,CVD)法。
1101706韩晓亮-SiC晶须
碳化硅晶须制备简介---韩晓亮 1101706一、碳化硅晶须的研究背景碳化硅晶须(silicon carbide whiskers，简称SiC)的制备最早是采用成本昂贵的化学气相沉积法。
1973年美国犹他大学的Cutler教授发明了一种廉价的生产方法，对碳化硅晶须的合成研究起了巨大地推动作用；1976年Cutler教授将该项专利技术转让给了艾克森石油公司(ACMC公司的前身)，碳化硅晶须的工业化生产和开发应用才慢慢发展起来。
1979年前后日本开始生产碳化硅晶须，用炭黑和白炭黑等为原料的合成工艺也相继取得了成功。
20世纪80年代初，美国和日本实现了碳化硅晶须的大规模生产，并开发了金属基、陶瓷基和树脂基复合材料。
目前，欧洲一些国家加大了碳化硅晶须的使用量，美国与日本在大量使用的同时也在大规模地生产碳化硅晶须。
到1991年国际上有1l家公司生产碳化硅晶须，美国有8家，日本有3家。
规模较大、产量比较稳定的生产商主要有美国的ACMC、AMC公司和日本的Tokai、Tateho公司等四家，其中日本的Tokai公司是以炭黑为原料的，年设计生产能力为20.25吨，另外三家都是以稻壳作为原料。
由于碳化硅晶须是高技术新材料，发达国家对此领域的相关技术是绝对保密的，资料不加以公开，不准参观工厂，也限制对外出口产品。
我国对碳化硅晶须的合成与研究起步较晚，最初也是用化学气相沉积法研制；1987年我国将碳化硅晶须的研制列为国家“863”高技术项目，中科院沈阳金属和炭黑为原料制备碳化硅晶须。
1986年中国矿业大研究所承担此课题，采用Si02学北京研究生部以稻壳为原料于实验室研制成功了碳化硅晶须，1989年进入小型中试阶段，1991年底国家“863”高技术新材料专家委员会正式把中矿大北京研究生部列入“八五”期间碳化硅晶须研究的01课题组；中科院上海硅酸盐研究所90年代后期，郑昌琼等开发出了被列为02课题组，所使用的原料是炭黑和SiO2。
碳化硅晶须
五碳化硅晶须生长机理碳化硅晶须的生长机理主要为气液固机理即碳化硅晶须通过气液固相反应成核并生长原料二氧化硅与c生成sio气体sio扩散至富碳的催化剂融球表面反应生成si进而与c反应生成sicsic达到饱和后析出sic晶核随着反应的进行进入融球内的sic分子不断向晶核叠加并在催化剂的控制下他通过abcabc立方堆积方式生长成一定长径比的碳化硅晶须
SiO2
五、碳化硅晶须生长机理
碳化硅晶须的生长机理主要为气-液-固机 理，即碳化硅晶须通过气液固相反应成核并 生长，原料二氧化硅与c生成SiO气体，SiO 扩散至富碳的催化剂融球表面，反应生成Si， 进而与C反应生成SiC,SiC达到饱和后析出 SiC晶核，随着反应的进行，进入融球内的 SiC分子不断向晶核叠加，并在催化剂的控 制下他，通过（ABCABC）立方堆积方式，生 长成一定长径比的碳化硅晶须。
碳化硅晶须
一、概念
碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦(或煤 焦)、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而成。 碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑 石。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B 等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为 应用最广泛、最经济的一种。可以称为金 钢砂或耐火砂。
碳化硅可分为两类 1）黑碳化硅 黑碳化硅是以石英砂,石油焦和优质硅石为 主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬 度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚 玉,性脆而锋利。
• 2、耐火材料：碳化硅具有很好的抗热震性 能，因此是一种优质耐火材料，按制品的 生产工艺不同可分为再结晶碳化硅、制品、 高温热压制品、以氮化硅或粘土为结合剂 的制品等，主要产品及用途有；高温炉窑 构件、支撑件、如匣体衬板等，在电炉中 作加热式炉底、换热器、热电 偶套管等； 炼铁高炉用于出铁槽，铁水包内衬或碳化 硅耐火砖等，焦化厂使用碳化硅材料衬砌 炽热焦炭用流槽，砌筑碳化室炉底等。
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近年来关于SiC晶须的研究多集中与其相关的复合材料方面。
事实上，早在2006年，德国的Lijie Ci等人即已开始研究利用CVD技术制造碳纳米管-SiC晶须复合材料[15]。他们在炉子中放置好生成的SiC晶须，然后利用二甲苯作为碳源，二茂铁作为催化剂，在氮气的氛围下，在晶须表面生长碳纳米管，不同生长条件下的形貌相如图5。他们的研究表明，若直接在晶须上生长SiCw，则晶须表面首先会被一层碳膜覆盖，然后碳纳米管会生长在碳膜之上，这样碳纳米管并不会在晶须表面生长。而若首先对晶须进行氧化，使得表面的SiC被氧化成SiO2，则碳纳米管会极其容易地在晶须表面生长。
台湾成功大学的LeuIng-Chi等人在1998年的一份研究中分析了影响SiCw直径的因素[11]。他们发现，在其实验的体系中（热解甲基三氯硅烷，镍为液体形成媒介，即催化剂），晶须的直径受到VLS（汽-液-固）机制和VS机制径向生长的共同影响。长久以来人们认为VLS晶须生长过程中液滴的大小是晶须半径的决定性因素。在晶须生长过程中，冷却下来的晶须尖端的合金液滴被认为是VLS机制的证明。这一结果在之前一些人的研究者已有体现[12]。在固体基底或者SiC晶体表面的液滴连接区域由两个因素决定：液滴的量和气液固三相的平衡。浸润性好的液体在基体上的覆盖面积大，而浸润性不好的液体在基体上的覆盖面积小。而覆盖面积越大，连接区域越大，故晶须半径越大。液滴体积与浸润角和液滴半径之间的关系如下，其中 为浸润角的补角。
1能够形成所需要的材料沉积层或材料层的组合，其它反应产物均易挥发；
2反应剂在室温下最好为气态，或者在不太高的温度下有相当的蒸汽压，且容易获得高纯品；
3沉淀装置简单，操作方便，工艺Fra bibliotek具有重现性，适于批量生产，成本低廉。
1.3.一些新型CVD技术
近年来，随着研究的不断深入，出现了许多新型的CVD技术[3]
利用碳化硅材料的优异性质，人们研发了制备碳化硅晶须作为复合材料增强剂的方法。
晶须是由高纯度单晶生长而成的微纳米级的短纤维，其机械强度等于近邻原子间作用力产生的强度。由于结构上的特点，晶须一般具有高度取向性，在取向方向上一般具有高强度，高模量和高伸长率的特点。SiC晶须（SiCw）具有类似金刚石的晶体结构，一般采用β-SiC和α-SiC两种晶型，而β型的性能各方面均优于α型，具体数据见表1[6].
当SiC和C达到一定的饱和度时，α-SiC结晶生长，由于原子密排面(001)以各种次数生长，因而在(001)面上有许多“台阶”位置。它的结合能要比一个内部原子的结合能低得多.在台阶位置吸附一个原子就产生另一个能吸附原子的台阶位置,这样在(001)面上原子能连续不断地吸附到晶面的台阶位置上,并产生新的台阶位置,于是就一层层构成晶体。而如果只能在某一(001)面上生长而不在侧面生长就会生长成晶须。其他研究亦表明能否形成晶须明显依赖于过饱和度[10]。
表1β-SiC和α-SiC的性能数据
晶须名称
晶须直径/μm
晶须长度/μm
密度/(g·cm-2)
耐受温度/℃
模量/GPa
抗拉强度/GPa
硬度/Mobs
β-SiC
0.05~0.2
10~40
3.22
2960
480
20.8
9.5
α-SiC
0.1~1.0
50~200
3.22
1800
392
12.9~13.7
9.2~9.5
碳化硅是一种重要的工业产品，其具有化学性质稳定，硬度高，导热系数小，热膨胀系数小，耐磨性好等优点，因而在很多工业领域有着诸多的应用。
纯碳化硅是无色透明的晶体，工业碳化硅由于所含杂质的种类和含量不同而呈现其他颜色。
在SiC晶体中，每个Si原子与周围的四个C原子通过sp3键结合成四面体结构，同样的，每个C原子与周围的四个Si原子构成类似的四面体结构。因此，Si-C四面体是构成SiC晶体的基本结构单元。结构示意图如图2[5]。虽然Si-C原子间的键能很强，但是Si-C双原子层堆垛的能量却比较低。根据双原子层堆垛顺序的不同，可以形成不同的晶体结构。目前已经发现的SiC晶型共有200多种。其中最常见的是两种。若将密堆积的三种不同的位置分别记为A，B，C，则若堆垛的顺序为ABCABC···，此时为立方闪锌矿结构，一般记作3C-SiC或者β-SiC，这是唯一一种立方晶系的晶型。若堆垛顺序为ABAB···，则为纯六方结构，一般记为α-SiC。
化学气相沉积
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摘要
摘要：SiC晶须是纳米级的短纤维，在取向方向上具有很高的机械强度，在生产生活中有着广泛的应用。本文回顾了利用化学气相沉积（CVD）技术合成SiC晶须的发展历史及发展现状，并介绍了这项技术的机理以及在复合材料中的应用。
关键词：化学气相沉积；碳化硅；晶须；复合材料
Abstract
1.1.反应机理的研究
我国关于这一合成方法最早的研究是在1997年。东北大学的陈卫武等人通过对比实验，验证了引入金属丝作为气相沉积载体来生成晶须的方案[9]，并考察了不同反应时间，不同反应温度对晶须生长的影响。在他们的实验中，晶须的生长速度非常快，生长温度不高于1400℃，并且在1100-1300℃之间生成的晶须比较长直。他们认为，在原料为SiO2和C时，晶须的生长是依靠气相中的SiO和CO之间的反应生成的SiC来形核和长大的。生长过程中发生的反应如下：
Key words:chemical vapor deposition; SiC; whisker;composite material
第一章引言
1．化学气相沉积法
化学气相沉积法，即Chemical Vapor Deposition（一般简称为CVD）。它是利用气态物质在固体表面上进行化学反应，生成固态沉淀物的过程[1]。它可以利用气相间的反应，在不改变基体材料的成分和不削弱基体材料的强度的条件下，赋予材料表面一些特殊的性能。利用这一特点，CVD技术在刀具加工，耐磨耐热耐腐蚀材料，宇航工业，原子反应堆，生物医药，电子电路等领域有着极大的应用。
成核和生长过程分为三个阶段：形核阶段，此时SiC晶须不生长；瞬时生长阶段，此时晶须以随机直径生长；稳态生长阶段，此时晶须以稳定的直径生长。
我国亦有人在2007年发表VLS机制下SiCw生长的研究。电子科技大学的王茳等人利用SiH4和CH4为反应气体，Ni做催化剂采用CVD方法生长SiCw，并研究了反应温度，总气压与生长情况之间的关系[13]。他们在不同温度下进行CVD实验，并拍摄了产物的SEM照片，如下图。
他们采用SEM来进行形貌观察，由于晶须的长度和直径均在微米量级，因而SEM即可以满足形貌观察需求。他们采用EDS进行元素分析，并发现随着低温区温度的降低，Si的含量逐渐升高。XRD的结果表明，在薄膜中主要是SiC微晶，在晶须中有少量Si微晶非晶态SiO2，而在球形产物中有很多非晶态的Si和SiO2。FTIR和XPS的结果亦表明在晶须中有非晶态SiO2的存在.。这说明有如下可逆反应的存在，并且这些反应可能会影响到晶须的性能。
1.1.CVD发展历史
CVD方法是美国人首先提出。在1960年举办了第l届CVD国际学术会议，会议主席John M．Blocher , Jr．建议采用“Chemical Vapor Deposition”作为这一技术的专用术语。
从20世纪70年代初至今，CVD地区和国际性会议频繁召开，CVD技术发展迅速，各个国家各个地区相继发展研究。
3LCVD
LCVD（激光化学气相沉积）是在真空室内放置基体,通入反应原料气体,在激光束作用下与基体表面及其附近的气体发生化学反应,在基体表面形成沉积薄膜。
4HWCVD
HWCVD（热丝化学气相沉积）采用高温热丝分解前驱气体,通过调节前驱体组分对比和热丝温度而获得大面积的高质量沉积膜。
2.碳化硅基本性质
然而，侧面上的生长亦可以影响晶须的半径。而这方面受到二维加厚过程和径向生长的影响。在低于1150℃时，由于形核屏障的作用，无法形成SiC晶须，而高于1150℃，镍的作用时，形核屏障降低，VS沉淀就可以持续的发生。随温度升高，径向生长增强，因而晶须半径增大，然而，当温度过高时，径向生长过大，导致最终产物为薄膜或者粉末，而无法纵向生长为晶须。
在国内，以中国科技大学为代表的一批高校和研究部门自70年年代已开始进行CVD技术的研究，至今已取得了较为丰厚的成果。
1.2.CVD技术原理
CVD是利用气态物质在固态表面进行反应生成固态沉积物的过程，包括热分解，热化合等反应过程。其一般包括三个步骤：产生挥发性物质；将挥发性物质输运到沉淀区；在基体上发生化学反应而生成固态物质。其原理示意图见图1[2]。该技术所需的反应体系一般满足下列一些要求
1.2.表征手段
1999年，同样是台湾成功大学的Han Hsiung-Wen等人研究了利用碳化水稻壳来制备SiCw的温度等条件，并利用SEM,EDS,FTIR,XRD,XPS,AES等表征手段，检测了产物的形貌特征，化学位，晶体结构和分子振动情况等。
他们采用稻壳来制备SiCw。他们将碳化水稻壳在高温区进行反应，温度保持在1300℃，XRD的结果表明初步产物为β-SiC和少量方石英。很显然，在这个温度下，原始材料并未完全反应。在不同的低温区均放置有碳基底，而基体上的产物随着温度区间的不同而发生变化，在1270-1050℃之间的产物为薄膜，在1050-820℃之间的产物为晶须，在820-600℃之间的产物为球状产物。这个结果与前文中提到的理论相符合。
结合比例尺可以看出，晶须的直径随着温度的升高而增大，并且在图3(b)中可以看到，晶须的形核点并不在沉底上，而是在薄膜的表面上，这说明反应初期的产物为薄膜而不是晶须。图4为相同温度不同气压下晶须生长情况的SEM图片。
图4(a)中,晶须上下部分的直径并未发生变化，而图4(b)中，晶须从底部到顶部的直径慢慢减小，在图4(c)中，晶须退化成针状，这说明当总的气压减小时，晶须顶部的催化剂小球蒸发速度加快，体积变小，从而导致晶须直径变小。