一种立方相碳化硅微米颗粒的制备方法与流程

1.本发明属于碳化硅制备、半导体材料制备技术领域，具体涉及一种立方相碳化硅微米颗粒的制备方法。


背景技术：

2.碳化硅陶瓷具有力学性能好、抗氧化性、耐磨损性、热稳定性、抗热震性和耐化学腐蚀性，而且热膨胀系数小、热导率大等优点。一些特定结构的碳化硅要求颗粒具有良好的球型微观形貌，尺寸集中在微米级别。但是针对球型微观形貌的微米级sic颗粒的制备工艺存在局限，可控性低、工艺过程复杂，多为线状、颗粒状混合形貌，并且合成粉体的纯度较低、粉体颗粒粒径分布不均匀和粉体颗粒容易团聚等缺点。立方晶相在所有碳化硅晶型中具有突出的优点，具有优良的热导率和低膨胀系数之外，1600℃以上温度时立方相sic仍具有超高的强度，比六方或菱面体sic的导电性高几倍。


技术实现要素：

3.本发明目的是为了解决现有立方晶相碳化硅粉体的制备存在成本高、反应温度高、过程不易控制、工艺复杂、产率低、纯度较低和粒径分布不均匀的问题，而提供一种立方相碳化硅微米颗粒的制备方法。
4.一种立方相碳化硅微米颗粒的制备方法，它按以下步骤实现：
5.一、将二氧化硅微球分散在过氧化氢溶液中，1～24h后取出，与60～90℃下干燥处理，得到活化后硅源颗粒；
6.二、上述活化后硅源颗粒置于乙酰丙酮钴溶液中处理5～20h，得到负载乙酰丙酮锆的二氧化硅微球，然后在惰性气体下通入气体碳源进行高温处理，所得产物经除杂处理后，获得立方相碳化硅微米颗粒，完成所述的制备方法；
7.所述二氧化硅微球与过氧化氢溶液的质量体积比为1g:(10～50)ml；
8.所述二氧化硅微球的尺寸为0.1～5μm；
9.所述氧化氢溶液的质量分数为10％～30％；
10.所述乙酰丙酮钴溶液的浓度为0.05～0.6mol/l，所用溶剂为无水乙醇或甲醇；
11.所述惰性气体为氩气，纯度为99.99％；
12.所述气体碳源为甲醇气体、乙醇气体中的一种或组合；
13.所述高温处理：以1～3℃/min的速率升温至1000～1200℃，保温3～6h；
14.所述除杂处理：所得产物依次经过无水乙醇、氢氟酸、蒸馏水进行处理；所述氢氟酸的质量分数为35％。
15.本发明的反应原理是：选择球形二氧化硅微球作为形状模板，经活化处理后负载乙酰丙酮钴作为形状调节剂，然后在高温环境下惰性气体保护下以通入气体的方式引入碳源，在乙酰丙酮钴的存在作用下气态碳源均匀进入硅源内部发生反应实现碳化硅粒子的生长。在乙酰丙酮钴的表面修饰作用下，可以保证气态碳源与硅源的层级反应。高温下乙酰丙
酮钴可改变熔融状态，在熔融状态下可以辅助碳化硅粒子的生长，修饰晶面，通过控制熔融状态下生成气态中间产物的过饱和度从而控制粒子形貌与粒径，使得制备出的碳化硅粒子尺寸均一稳定，维持采用的二氧化硅微球的尺寸量级。
16.本发明的有益效果是：通过采用乙酰丙酮钴作为形状调节剂，通过二氧化硅微球作为形状模板以及气态碳源之间的相互作用，有效抑制碳化硅的过饱和的线状生长，控制球型粒子形貌与粒径。本发明的制备方法简单，反应温度适中、过程易控制，从而提高了生产效率，并且产品纯度高和粒径分布均匀，适合大规模工业化生产。
17.本发明适用于微米级立方相碳化硅颗粒的制备。
附图说明
18.图1是实施例中制备所得立方相碳化硅微米颗粒的xrd谱图；
19.图2是实施例中制备所得立方相碳化硅微米颗粒的微观形貌图。
具体实施方式
20.本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
21.具体实施方式一：本实施方式一种立方相碳化硅微米颗粒的制备方法，它按以下步骤实现：
22.一、将二氧化硅微球分散在过氧化氢溶液中，1～24h后取出，与60～90℃下干燥处理，得到活化后硅源颗粒；
23.二、上述活化后硅源颗粒置于乙酰丙酮钴溶液中处理5～20h，得到负载乙酰丙酮锆的二氧化硅微球，然后在惰性气体下通入气体碳源进行高温处理，所得产物经除杂处理后，获得立方相碳化硅微米颗粒，完成所述的制备方法。
24.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中所述二氧化硅微球与过氧化氢溶液的质量体积比为1g:(10～50)ml。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
25.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，步骤一中所述二氧化硅微球的尺寸为0.1～5μm。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
26.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，步骤一中所述氧化氢溶液的质量分数为10％～30％。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
27.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，步骤二中所述乙酰丙酮钴溶液的浓度为0.05～0.6mol/l，所用溶剂为无水乙醇或甲醇。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
28.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是，步骤二中所述惰性气体为氩气，纯度为99.99％。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
29.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是，步骤二中所述气体碳源为甲醇气体、乙醇气体中的一种或组合。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
30.本实施方式中所述气体碳源为组合物时，则各组分为任意比混合。
31.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是，步骤二中所述高温处理：以1～3℃/min的速率升温至1000～1200℃，保温3～6h。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
32.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是，步骤二中所述除杂处理：所得产物依次经过无水乙醇、氢氟酸、蒸馏水进行处理。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
33.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是，所述氢氟酸的质量分数为35％。其它步骤及参数与具体实施方式九相同。
34.通过以下实施例验证本发明的有益效果：
35.实施例：
36.一种立方相碳化硅微米颗粒的制备方法，它按以下步骤实现：
37.一、将二氧化硅微球分散在过氧化氢溶液中，6h后取出，与80℃下干燥处理，得到活化后硅源颗粒；
38.二、上述活化后硅源颗粒置于乙酰丙酮钴溶液中处理6h，得到负载乙酰丙酮锆的二氧化硅微球，然后在惰性气体下通入气体碳源进行高温处理，所得产物经除杂处理后，获得立方相碳化硅微米颗粒，完成所述的制备方法。
39.本实施例步骤一中所述二氧化硅微球与过氧化氢溶液的质量体积比为1g:50ml。
40.本实施例步骤一中所述二氧化硅微球的尺寸为1μm。
41.本实施例步骤一中所述氧化氢溶液的质量分数为30％。
42.本实施例步骤二中所述乙酰丙酮钴溶液的浓度为0.2mol/l，所用溶剂为无水乙醇。
43.本实施例步骤二中所述惰性气体为氩气，纯度为99.99％。
44.本实施例步骤二中所述气体碳源为甲醇气体。
45.本实施例步骤二中所述高温处理：以1℃/min的速率升温至1000℃，保温4h。
46.本实施例步骤二中所述除杂处理：所得产物依次经过无水乙醇、氢氟酸、蒸馏水进行处理；所述氢氟酸的质量分数为35％。
47.本实施例中碳化硅生长过程中，以二氧化硅微球作为形状模板，在乙酰丙酮钴的引入后在二氧化硅微球表面与气态碳源发生反应，乙酰丙酮钴在熔融状态下可以辅助碳化硅粒子的生长，修饰晶面，通过控制熔融状态下生成气态中间产物的过饱和度从而控制粒子形貌与粒径，使得制备出的碳化硅粒子尺寸均一稳定，维持采用的二氧化硅微球的尺寸量级。
48.本实施例中基于本发明方法制备的立方相碳化硅微米颗粒，为微米级碳化硅球型颗粒，其x射线衍射(xrd)谱图如图1所示，可见在图中35.7
°
、41.4
°
、60.0
°
、71.8
°
和75.4
°
处的衍射峰分别对应β-sic的(111)、(200)、(220)、(311)以及(222)晶面；没有发现杂质峰，说明采用本实施例方法可成功制备立方晶相sic材料，并且产品纯度高。
49.本实施例中基于本发明方法制备的立方相碳化硅微米颗粒，其微观形貌如图2所示，平均尺寸为微米级的类球型碳化硅颗粒。