用粘土原料制备碳化硅晶须及其方法.pdf

本发明属于碳化硅晶须的工艺及制备方法。
    目前，制备碳化硅晶须的硅源有硅石，硅胶，稻类植物果壳以及有机硅化物等，如德国专利3，541，238、日本公开专利57-209813，61-22799，这些制备硅化硅晶须的方法是利用上述的硅源与碳黑或有机碳烷直接混合然后制备出SiC晶须。但是由于这种方法产率低，成本高，同时产量也少。

    本发明的目的是为了提供一种能大量生产出低成本的碳化硅晶须的方法，以促进碳化硅晶须增韧增强材料的应用。

    本发明是利用粘土原料来作为硅源，采用（粘土+碳黑混合层）（a层）+碳黑（b层）分层工艺，碳黑层的碳黑是粘土+碳黑混合层总量的1-3倍，同时要求粘土碳混合层充分混匀，其中的碳量为将粘土中的SiO₂还原为所需碳黑与适量过量碳量之和。这里的过量碳是考虑到粘土中K₂O、Na₂O、CaO、MgO、Fe₂O₃等成份而追加的碳量，这些物质在反应完成后，或挥发掉，或留在残留层中。工艺过程是在非氧化性气氛下于1350℃～1600℃加热2～6小时，这样可以得到含剩余碳的疏松晶须层和Al₂O₃含量很高的致密层，将于含剩余碳的疏松晶须层在700℃，加热除碳后就可以得到性能良好的碳化硅晶须。晶须的长度和直径可以通过改变加热温度，保温时间等工艺条件而调整。本方法制得的晶须的直径为0.1-2μm，长度为10-200μm。

    对于Al₂O₃含量较高的粘土（如高岭土、紫木节等）粘土+碳黑混合层在高温反应后为致密层，主要的晶相为α-Al₂O₃，所以，层与层之间可以直接接触，层与层之间分离也容易，为提高产量也可以采用a，b，a，b，…多层工艺，对于Al₂O₃含量较低，MgO，Fe₂O₃含量偏多的粘土（如膨润土），粘土+碳黑混合层在高温反应后为松散层，但层间仍有明显界面，所以层间可以直接接触，也可由带孔石墨隔板或带孔碳化硅隔板隔开;用于装填反应物料的加热容器可以用石墨材料制成，也可以用刚玉材料或是碳化硅质材料制成。

    本发明实例1

    将23克化学纯高岭土和2克中超碳黑混合均匀，在0.15T/cm²的压力下压制成一个厚为0.7cm的小块，平置于Al₂O₃坩埚底部，在小块上部覆盖40克碳。然后在有N₂气引入的硅钼炉中煅烧至1530℃，保温5小时。冷却后，将反应产物中的致密层拿掉，然后在1700℃除去剩余碳，可得到2克碳化硅晶须，碳化硅晶须生长状况良好，直径0.7～1.5μm，长70～150μm，非晶须状SiC含量＜20%。

    本发明实例2

    将22克紫木节土与3克碳黑混合，其它工艺与实例1相同，可制得1.7g碳化硅晶须。晶须性状与实例1得到的晶须相同。

    本发明实例3

    将膨润土21克加入4克碳黑混合均匀，直接置于石墨坩埚中，捣实后，覆盖45g碳黑，其它工艺与实例1相同，可制得3.5g碳化硅晶须。晶径形状与实例1得到的晶须相同。

    至此，本项发明已在供选实例中详述，应予重视的是粘土中的非SiO₂、Al₂O₃含量在不违反本发明范围和意旨的情况下可以有一定地变化。