一种碳化硅晶须和微粉的工业制备方法

摘要

本发明涉及一种工业制备碳化硅晶须和微粉的方法，它是将石墨与其他工业用碳质和硅质原料混合后，装入工业SiC冶炼炉内进行合成反应，用石墨作导电发热体制备碳化硅晶须和微粉。该方法原料来源丰富廉价，生产工艺简单，可大批量工业化生产，其生产出来的晶须直径均匀，长径比大，异形晶少。因此，本发明具有制备工艺简单、设备投资小、生产成本低、产品质量好的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅晶须和微粉的制备方法，尤其涉及一种工业制备碳化硅晶须和微粉的方法。

背景技术

碳化硅晶须及微粉具有高熔点、高强度、高模量、热膨胀率低及耐腐蚀、耐磨等优良性能，作为金属基、陶瓷基等复合材料的补强增韧剂以及结构陶瓷、高级耐火材料、涂层材料的高级原料，被广泛用于机械、电子、航空航天及能源等领域。但现有的制备方法中，如国内经常采用的是酸处理碳化稻壳，外加SiO₂调整原料，并加入复合催化剂装入石墨坩埚中，放入高温炉内，通入保护性气体Ar气，于高温下进行碳热还原反应制备碳化硅晶须；而发明专利《一种纳米碳化硅晶须的制备方法》(申请号99110846.9)则采用另一种方法：将碳质和硅质净原料做成溶胶，按比例充分混合、干燥制得二元干凝胶并置于石墨坩埚中，放入高温炉，通入氩气，在1300-1600℃进行碳热还原反应，制得碳化硅晶须。上述两种方法均存在如下缺陷：1、原料纯度和成本高；2、生产中使用的高温炉结构复杂，造价高；3、生产工艺复杂、合成难度大；4、高温加热过程属原料外部加热，因此受热不均匀，加热时间短，产生的异形晶较多；5、由于以上原因导致其生产成本高、产量小，很难大批量工业化生产。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种生产成本低、生产工艺简单、可大批量工业化生产碳化硅晶须和微粉的制备方法。该方法生产出来的晶须直径均匀，长径比大，产品质量好。

为实现上述目的本发明是以如下方法实现的：(1)将石墨与其他工业用碳质和硅质原料破碎后充分混合，其碳质原料总重量与硅质原料总重量的配比范围为：1∶1.1-2.5；(2)将混合好的反应料装入工业SiC冶炼炉内进行合成反应，其冶炼炉采用变功率或恒功率供电，此时用石墨作导电发热体，直至炉体火苗熄灭，合成反应结束关炉；(3)将制备好的碳化硅晶须和微粉出炉后纯化。

在制备过程中使用的工业用碳质原料包括无烟煤、烟煤、石墨、碳黑或石油焦中的一种或几种混合；工业用硅质原料包括石英砂、金属硅或有机硅中的一种或几种混合起来。混合好的反应料在入炉合成时可添加催化剂，也可不添加，添加时催化剂可为钠盐、硫酸盐、硅酸盐、金属氧化物的单一或两种以上组合，并与反应料充分混合均匀。

上述步骤(2)中合成反应中产生的一氧化碳气体可作为保护气体，无需再加入氩气，其合成温度为1400-2000℃，反应时间2-60小时，合成反应方程式为：。

炉内的合成反应结束后，制备好的碳化硅晶须产品可采用脱碳、脱二氧化硅、脱铁的化学处理方法纯化。

本发明与现有技术相比，采用工业用原料和SIC工业冶炼炉生产，其原料来源丰富廉价，合成炉结构简单，可实现工业化大批量生产；合成过程中产生的CO气体可替代氩气作为保护气体，同时，生产过程采用石墨作导热发热体，炉中原料内部无限微热源均匀发热，其合成时间长，因而产品直径均匀、异形晶少、长径比大。因此，本发明具有制备工艺简单、设备投资小、生产成本低、产品直径率高、质量好的特点。 

具体实施方式

实施例1：(1)将固定碳含量90％、灰份含量0.2％、挥发份含量8.7％的石油焦以及含碳98％的石墨破碎成1MM以内的粉料，将SIO₂含量99.3％的石英砂破碎成1.5MM以内的粉料；按C∶SiO₂＝0.56∶1的比例，将两类粉料配比后进行充分混合，成为反应料。(2)将反应料量的0.15％的氯化钠和反应料量的0.05％的氯化钴作为催化剂加入反应料中，充分混合均匀。(3)将上述备好的反应料装入工业SIC冶炼炉，采用恒功率供电冶炼，此时合成反应温度为1400℃，反应时间约2小时，合成中产生的CO可起保护气体的作用，炉体火苗熄灭后关炉。(4)制备好的碳化硅晶须和微分的混合物初级产品出炉后纯化。

实施例2：(1)将固定碳含量88％、灰份含量3％、挥发份含量6％的无烟煤和含碳98％的石墨破碎为0-1.5MM微粒，将SiO₂含量99.3％的硅石破碎为0-2.0MM的微粒，将两类原料按C∶SiO₂＝0.6∶1的比例配料，并进行充分混合。(2)将配料量的0.1％的铣英砂和配料量的0.2％的食盐作为催化剂加入上述配料中，充分混合均匀。(3)将备好的反应料装入组合电极多芯SIC冶炼炉内，采用恒功率供电，炉内石墨导电发热，此时合成反应温度1800℃，反应时间30小时左右，合成中产生的CO起保护气体的作用，炉体火苗熄灭后关炉。(4)制得的产品为含量40-50％的初级碳化硅晶须和微粉，将初级产品出炉纯化。

实施例3：将固定碳含量89％、灰份含量4.6％、挥发份含量5％的烟煤焦炭和工业用含碳99％的石墨破碎为0-0.5MM微粒，将SiO₂含量99％的硅砂破碎为0-0.5MM的微粒，将两类原料按C∶SiO₂＝0.7∶1.0的比例配料，并进行充分混合。(2)将备好的反应料装入组合电极多芯SIC冶炼炉内，采用恒功率供电，炉内石墨导电发热，此时反应温度2000℃，合成反应时间约60小时，合成过程中产生的CO可起保护气体的作用，直至炉内火苗熄灭关炉。(3)制得的产品为含量50％左右的初级碳化硅晶须和微分，将初级产品出炉纯化。