SiC,SiCw/SiC材料的制备及其工艺研究

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SiC材料由于其优良的热,电,机械等方面的优异性能被广泛应用于冶金,化工,能源,生物,半导体材料与器件等多个领域。但是,传统制备方法制备SiC存在制备温度高,电能消耗量大,环境污染严重等诸多问题。材料学者们不断探索,寻求一种新的绿色制备SiC的工艺,近年来,材料学者通过不同的制备工艺,探索了从低温到高温,从高性能SiC陶瓷及其复合材料到SiC纳米材料,从SiC单晶材料到SiC同质异质外延等制备工艺,成功探索和制备出了各种形态的SiC材料,为SiC的广泛应用做出了巨大贡献。本文分别从有机硅裂解和Al催化方向分别制备了SiC, SiC(w)/SiC材料,并通过研究不同的工艺路线,和不同的工艺因素对SiC, SiC(w)/SiC的影响,得到了有效的能在较低温度下制备SiC, SiC(w)/SiC的方法。主要的工作内容如下所示。1.探索了采用酚醛树脂和滤纸裂解的残余碳浸渍H201#甲基硅油制备SiC的工艺。发现此工艺存在SiC产率低,不能得到较高纯度的SiC材料的缺陷。并发现产物中存在大量的非晶相。虽然成功的制备出了块体材料,但得到的块体材料致密性差,物理性能差。得到了此工艺制备SiC原理为碳热还原反应原理。2.采用滤纸裂解的残余碳浸渍硅粉的酚醛树脂悬浊液,成功的制备得SiC(w)/SiC复合材料。研究了温度对SiC材料制备的影响,发现随着温度的升高,原料反应的越完全,产物析晶程度越好,得到的SiC纳米线长径比越大;在1430℃温度下,复合材料中原位生成的SiC纳米线表面光滑、尺寸均一、长径比大于103,以沿滤纸C化过程中形成的空隙生长为主,并能穿插生长于树脂与滤纸层;讨论了此工艺制备SiC机理,发现SiC的生成初期受扩散机制控制,而随着温度的升高,基体中开始生成SiC纳米线,其生长机制为VS机制,而基体SiC材料始终受扩散机制控制。3.采用Si粉为硅源,酚醛树脂裂解C为碳源,在一定含量Al的催化下,在较低的温度下合成了SiC材料。研究了催化剂含量对材料合成温度及产物形貌的影响,分析了Al的催化作用机理。对比研究发现,以Al为催化制备SiC材料,可使SiC的生成温度降低约400℃,可以有效的细化SiC晶粒,但对于SiC纳米线,纳米棒的生成有一定的抑制作用。4.研究了以SiO2为硅源,碳粉为碳源制备SiC材料的合成工艺Al催化剂的作用效果,分析了催化剂的引入对合成材料温度与产物纯度的影响,并探讨了催化剂的作用机制。5.研究了以Fe2O3、Ti分别为催化剂,以SiO2为硅源,碳粉为碳源制备SiC材料的工艺。并对不同催化剂合成的产物进行了对比,分析了不同催化剂的作用效果。研究得出以Fe2O3为催化剂,难以制得SiC材料;以Ti粉取代铝粉为催化剂,只能反应得到TiC和Ti3SiC2而非SiC材料。
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