本發(fā)明涉及無機(jī)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種碳化硅粉體的制備方法。

背景技術(shù)：

碳化硅陶瓷作為一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有低密度、高硬度、耐磨性強(qiáng)高溫強(qiáng)度出眾等優(yōu)良特性，在軸承、機(jī)械密封部件、火箭噴嘴等方面得到了廣泛的應(yīng)用。碳化硅粉體作為生產(chǎn)碳化硅陶瓷制品的原始材料，其商業(yè)需求量也在逐年增加。特別是高質(zhì)量的亞微米、納米級超細(xì)碳化硅粉體，由于具有比表面積大、燒結(jié)活性高等優(yōu)點(diǎn)，是制備細(xì)晶高強(qiáng)碳化硅陶瓷的首選原料。

碳化硅粉體的制備方法有很多，例如Acheson法、氣相反應(yīng)法、直接化合法等。Acheson法是工業(yè)上合成碳化硅的主要方法，該方法采用高達(dá)10000A的電流將石英砂和焦炭的混合物加熱到2200～2500℃左右，通過碳熱還原反應(yīng)生成碳化硅。產(chǎn)物經(jīng)過進(jìn)一步破碎、球磨、酸洗、水洗、干燥、篩分等工序，得到碳化硅粉末。Acheson法產(chǎn)量大，適合規(guī)?；a(chǎn)，缺點(diǎn)是工藝流程復(fù)雜，能源消耗非常大。

氣相反應(yīng)法是通過電爐、激光、等離子等技術(shù)，使CH₃SiCl₃、(CH₃)₂SiCl₂、Si(CH₃)₄等同時(shí)含有硅和碳的氣體在高溫下發(fā)生分解，或者使SiCl₄等含Si的氣體和CH₄、C₃H₈、CCl₄等含C的氣體在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成SiC。氣相反應(yīng)法制備的碳化硅粉體，純度高，粒度小，可達(dá)到亞微米甚至納米級。但是，氣相反應(yīng)法所用原料價(jià)格昂貴，產(chǎn)量低，因此生產(chǎn)成本很高，目前尚難形成較大生產(chǎn)規(guī)模。

直接化合法是在一定的溫度下，使硅粉與碳粉直接反應(yīng)生成碳化硅。在US4117096專利中，公開了一種通過硅碳粉直接化合制備碳化硅的方法。該方法是將硅粉與碳粉按照一定比例混合，然后置于電爐中在800～1400℃范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理，使硅碳粉發(fā)生反應(yīng)，最終制得粒徑在5微米左右的碳化硅粉末。這種方法需要長時(shí)間加熱，因此耗電量也很大。

直接化合法的另一種方式是燃燒合成，即在預(yù)熱處理之后或者在高壓氮?dú)庵?，將硅粉與碳粉的混合物局部點(diǎn)燃，點(diǎn)燃之后反應(yīng)即自行持續(xù)直到完成。與其他方法相比，燃燒合成法具有快速、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但是由于燃燒合成需要高溫、高壓等苛刻的反應(yīng)條件，燃燒合成的設(shè)備難以做大，一般都容積較小，導(dǎo)致單爐合成量有限，一般不超過5kg。要想提高產(chǎn)量，必須使用幾十臺甚至上百臺設(shè)備，這一方面造成了高昂的設(shè)備投入，另一方面需要大量工人進(jìn)行操作，也增加了人工成本，同時(shí)還增加了安全方面的風(fēng)險(xiǎn)，這對于規(guī)?；a(chǎn)都非常不利。

因此，本發(fā)明提供了一種碳化硅粉體的制備方法，通過原料和配方的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，并優(yōu)化工藝參數(shù)，使得設(shè)備的大型化成為可能，實(shí)現(xiàn)了在較低的溫度和壓力下單爐合成100kg以上的納米或亞微米碳化硅粉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種碳化硅粉體的制備方法。本發(fā)明在硅粉原料中，加入了質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％～50％的非晶Si，實(shí)現(xiàn)了在較低的溫度和壓力下燃燒合成碳化硅，得到超細(xì)的亞微米或納米碳化硅粉體。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種碳化硅粉體的制備方法，包括如下步驟：

1)反應(yīng)劑的配制

按硅粉:碳粉:形核劑:催化劑的質(zhì)量比為66.5～69.3:28.5～29.7:1～3:0～2稱取原料，使原料充分混合，即得反應(yīng)劑；

所述硅粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％～50％的非晶Si；

2)燃燒合成

將步驟1)配制的反應(yīng)劑裝入一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)形成坯體，將反應(yīng)器放入燃燒合成反應(yīng)裝置中，將反應(yīng)裝置抽真空后充入氮?dú)猓瑢⒎磻?yīng)劑點(diǎn)燃，點(diǎn)燃之后反應(yīng)劑自行持續(xù)燃燒直至完全反應(yīng)；

3)產(chǎn)物收集與處理

反應(yīng)完畢之后，將產(chǎn)物取出，經(jīng)粉碎、研磨、分散處理，得到碳化硅粉體。

優(yōu)選地，步驟1)中所述原料裝入一個(gè)不銹鋼圓桶中，將不銹鋼圓桶以150～250rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)20～40分鐘，使原料充分混合，然后將物料從不銹鋼圓桶中倒出，即得反應(yīng)劑。

優(yōu)選地，步驟1)中所述硅粉的純度不低于99.9％，平均粒徑小于1μm。

優(yōu)選地，步驟1)中所述碳粉的純度不低于99.5％，平均粒徑小于1μm。

本發(fā)明采用超細(xì)粉末原料(所用硅粉和碳粉的平均粒徑均小于1μm)，從而實(shí)現(xiàn)了在較低的溫度和壓力下燃燒合成碳化硅。常規(guī)方法使用200-500目(對應(yīng)的粒徑為30-75μm)的硅粉和碳粉，需要預(yù)熱至700℃以上或在4MPa以上的氮?dú)庵?，才能?shí)現(xiàn)碳化硅的燃燒合成。本發(fā)明中溫度和壓力的降低，使得設(shè)備的大型化成為可能。

優(yōu)選地，步驟1)中形核劑為結(jié)晶良好的納米SiC粉末，其平均晶粒尺寸為20～40nm。本發(fā)明在配方中加入了結(jié)晶良好的納米SiC粉末作為形核劑，其作用是為反應(yīng)中新生成的SiC提供形核位置，這一方面能夠提高轉(zhuǎn)化率，另一方面能夠細(xì)化晶粒，從而得到超細(xì)的亞微米或納米碳化硅粉體。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，作為形核劑的SiC粉末有嚴(yán)格要求，一是必須結(jié)晶良好，二是晶粒大小必須合適，優(yōu)選的平均晶粒尺寸為20～40nm。

優(yōu)選地，步驟1)中催化劑由SiO₂、SiO和NH₄F組成，SiO₂：SiO：NH₄F的質(zhì)量比為30:30:40。本發(fā)明在配方中加入了由SiO₂、SiO、NH₄F組成的催化劑，這些催化劑在反應(yīng)過程中會形成SiO、SiF₄、NH₃、N₂、H₂等氣相物質(zhì)，能夠大大強(qiáng)化氣相傳質(zhì)過程，這一方面提高了反應(yīng)穩(wěn)定性，另一方面也有利于獲得細(xì)小的碳化硅晶粒，得到超細(xì)粉。催化劑中三種物質(zhì)的固定比例，是根據(jù)化學(xué)平衡計(jì)算確定、并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的優(yōu)化數(shù)值。

優(yōu)選地，步驟2)中所述反應(yīng)器為長方形石墨舟，反應(yīng)劑的裝入量不少于100Kg，形成的坯體的孔隙率為68-72％，且坯體中沒有大于200μm的孔洞。本發(fā)明對反應(yīng)坯體的顯微結(jié)構(gòu)提出了明確限制，即孔隙率為68-72％，且沒有大于200μm的孔洞。眾所周知，燃燒反應(yīng)的穩(wěn)定性強(qiáng)烈依賴于反應(yīng)坯體的顯微結(jié)構(gòu)，尤其是在較低的溫度和壓力下，坯體中的大尺寸孔洞、微裂紋等結(jié)構(gòu)缺陷，常會導(dǎo)致燃燒反應(yīng)中止。另外，反應(yīng)坯體的孔隙率直接影響反應(yīng)放熱速率和熱量在坯體中的傳導(dǎo)速率，而這兩個(gè)因素都對燃燒反應(yīng)穩(wěn)定性有決定性影響?；诨瘜W(xué)反應(yīng)焓變和傳熱過程的計(jì)算，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明對反應(yīng)坯體的孔隙率和孔徑給出了精確的優(yōu)選范圍，這是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒、保證反應(yīng)完全的必要條件。

優(yōu)選地，步驟2)中所述燃燒合成反應(yīng)裝置為大型化燃燒合成反應(yīng)裝置，其主體為圓筒形的不銹鋼反應(yīng)腔，所述反應(yīng)腔的容積為1.8m³，反應(yīng)腔外面裝有水冷包套，在進(jìn)行燃燒合成反應(yīng)時(shí)，水冷包套中通有冷卻水，用以對反應(yīng)腔進(jìn)行冷卻。

優(yōu)選地，將反應(yīng)器放入燃燒合成反應(yīng)裝置之后，在反應(yīng)器下面放置有溫度控制模塊；所述溫度控制模塊是密閉的長方體不銹鋼容器，容器內(nèi)部裝填有相變儲能材料；所述反應(yīng)劑點(diǎn)燃方式，是利用通電鎢絲發(fā)熱將反應(yīng)劑點(diǎn)燃。

與現(xiàn)有技術(shù)5kg左右投料量的情況相比，在本發(fā)明涉及的100kg以上投料量的情況下，反應(yīng)體系的總放熱量大大增加，為此必須對反應(yīng)過程中的熱平衡進(jìn)行嚴(yán)格控制，一是為了得到合格產(chǎn)品，二是為了確保設(shè)備安全。因此，本發(fā)明采取了兩種措施：一是采用水冷包套對反應(yīng)腔進(jìn)行主動冷卻，以防止反應(yīng)過程中物料快速大量放熱致使反應(yīng)腔溫度過高、強(qiáng)度下降，引發(fā)安全問題；二是在盛裝物料的石墨舟下面放置溫度控制模塊，該模塊利用相變儲能材料實(shí)現(xiàn)對溫度的調(diào)控，當(dāng)反應(yīng)過于劇烈、放熱太快、放熱量過大時(shí)，模塊可以吸收一部分熱量并儲存起來，避免物料過熱，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束、溫度下降時(shí)，這部分儲存的熱量又會釋放出來，用于對物料保溫。這樣，通過溫度控制模塊的雙向調(diào)節(jié)作用，可使物料溫度始終處在合理范圍，既減少了熱量損失，又避免了溫度過高，從而提高了反應(yīng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也避免了晶粒過度長大，保證最終獲得超細(xì)的納米或亞微米碳化硅粉體。

優(yōu)選地，步驟2)中氮?dú)鈮毫?.1～1.5MPa。

優(yōu)選地，步驟3)中制備得到碳化硅粉體為納米或亞微米碳化硅粉體，其晶相為beta相碳化硅。

優(yōu)選地，所述納米碳化硅粉體的平均晶粒尺寸小于70nm；所述亞微米碳化硅粉體的平均晶粒尺寸為0.3～0.6μm。

通過上述原料、配方、反應(yīng)坯體顯微結(jié)構(gòu)等方面的創(chuàng)新和優(yōu)化，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在較低的溫度和壓力下仍能保證燃燒反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行并徹底完成，正是由于反應(yīng)條件的緩和，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的大型化，即采用容積為1.8m³的大型化設(shè)備，使單爐產(chǎn)量達(dá)到100kg以上，這與現(xiàn)有技術(shù)相比提高了約20倍。單爐產(chǎn)量的大幅度提高，對于提高生產(chǎn)效率、降低設(shè)備與人工成本的作用不言而喻。另外，增大反應(yīng)坯體尺寸，也有助于減少去除物(為保證產(chǎn)品質(zhì)量，坯體表面及與石墨舟接觸的表層產(chǎn)物，一般都予以去除)在產(chǎn)物中所占的比例，從而提高最終的產(chǎn)品收得率。本發(fā)明中產(chǎn)品收得率均在98％以上，而現(xiàn)有基于小型設(shè)備燃燒合成制備碳化硅粉體的技術(shù)，產(chǎn)品收得率一般只有85％-90％。本發(fā)明中產(chǎn)品收得率的明顯提高，也有助于進(jìn)一步降低成本。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)與燃燒合成以外的其他方法(如Acheson法)相比，本發(fā)明提供的方法充分利用化學(xué)反應(yīng)自身放熱實(shí)現(xiàn)合成，不需要使用高溫爐長時(shí)間加熱，因此能夠大量節(jié)省能源、降低成本，并且生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高。

(2)與現(xiàn)有的燃燒合成制備碳化硅的技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法通過原料、配比、反應(yīng)坯體顯微結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了在較低的溫度和壓力下穩(wěn)定合成碳化硅，在此基礎(chǔ)上通過設(shè)備的大型化，最終實(shí)現(xiàn)了單爐合成100kg以上的納米或亞微米超細(xì)碳化硅粉體。這與現(xiàn)有燃燒合成技術(shù)相比，單爐合成量提高了約20倍，從而可以顯著提高生產(chǎn)效率、大幅度降低設(shè)備與人工成本。因此，本發(fā)明一舉克服了燃燒合成單爐產(chǎn)量低、生產(chǎn)效率不高的缺點(diǎn)，使得燃燒合成低能耗的優(yōu)勢得以充分發(fā)揮。

(3)通過本發(fā)明所述的方法，可將燃燒合成碳化硅技術(shù)真正推向大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并在與其他生產(chǎn)方法的綜合比較中表現(xiàn)出明顯的競爭優(yōu)勢，最終為高品質(zhì)超細(xì)碳化硅粉體這一重要的化工原料提供一種嶄新的、低成本的生產(chǎn)技術(shù)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出本發(fā)明實(shí)施例1中制備的碳化硅粉體的X射線衍射譜圖。

圖2示出本發(fā)明實(shí)施例1中制備的碳化硅粉體的掃描電鏡顯微圖。

圖3示出本發(fā)明實(shí)施例2中制備的碳化硅粉體的掃描電鏡顯微圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

制備一種碳化硅粉末，步驟如下：

1)反應(yīng)劑的配制

按硅粉:碳粉:形核劑的質(zhì)量比為69.3:29.7:1稱取原料。

其中硅粉的純度為99.9％，平均粒徑為0.8μm，硅粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％的非晶Si；

碳粉的純度為99.5％，平均粒徑為0.6μm；

形核劑為結(jié)晶良好的納米SiC粉末，平均晶粒尺寸為40nm。

將稱取好的原料裝入一個(gè)不銹鋼圓桶中，將不銹鋼圓桶以200rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)30分鐘，使原料充分混合，然后將物料從不銹鋼圓桶中倒出，即得反應(yīng)劑。

2)燃燒合成

將110kg反應(yīng)劑裝入一個(gè)長方體石墨舟內(nèi)，反應(yīng)劑裝入石墨舟內(nèi)形成的坯體的孔隙率為68％，且坯體中沒有大于200μm的孔洞。將石墨舟放入大型化燃燒合成反應(yīng)裝置中，該裝置的主體為一個(gè)圓筒形的不銹鋼反應(yīng)腔，反應(yīng)腔的容積為1.8m³，反應(yīng)腔外面裝有水冷包套，在進(jìn)行燃燒合成反應(yīng)時(shí)，水冷包套中通有冷卻水，用以對反應(yīng)腔進(jìn)行冷卻。在石墨舟下面放置有一個(gè)溫度控制模塊，以實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)過程中物料溫度的調(diào)節(jié)，該溫度控制模塊是一個(gè)密閉的長方體不銹鋼容器，容器內(nèi)部裝填有相變儲能材料。將反應(yīng)裝置抽真空后充入氮?dú)猓獨(dú)鈮毫?.1MPa，利用通電鎢絲發(fā)熱將反應(yīng)劑點(diǎn)燃，點(diǎn)燃之后反應(yīng)劑自行持續(xù)燃燒直至完全反應(yīng)。

3)產(chǎn)物收集與處理

反應(yīng)完畢之后，將產(chǎn)物取出，經(jīng)粉碎、研磨、分散處理，得到碳化硅粉體，產(chǎn)品收得率為99.1％。

得到的碳化硅粉體，經(jīng)過XRD分析，如圖1所示，表明其晶相為beta相碳化硅。再根據(jù)SEM圖，如圖2所示，統(tǒng)計(jì)可知(量取至少200個(gè)晶粒的尺寸，然后取平均值)，其平均晶粒尺寸為0.48μm。

實(shí)施例2

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例1，不同之處在于：

步驟1)中按硅粉：碳粉：形核劑：催化劑的質(zhì)量比為66.5:28.5:3:2稱取原料；

其中硅粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50％的非晶Si；

碳粉的純度為99.5％，平均粒徑為0.5μm；

形核劑為結(jié)晶良好的納米SiC粉末，平均晶粒尺寸為20nm；

催化劑由SiO₂、SiO、NH₄F三種物質(zhì)組合而成，SiO₂：SiO：NH₄F的質(zhì)量比為30:30:40；

步驟2)中反應(yīng)劑的裝入量為100kg，反應(yīng)劑裝入石墨舟內(nèi)形成的坯體的孔隙率為72％，且坯體中沒有大于200μm的孔洞，氮?dú)鈮毫?.5MPa。

步驟3)中產(chǎn)品收得率為98.2％。

得到的碳化硅粉體，XRD分析表明其晶相為beta相碳化硅，根據(jù)SEM圖片，如圖3所示，統(tǒng)計(jì)可知(量取至少200個(gè)晶粒的尺寸，然后取平均值)，其平均晶粒尺寸為58nm。

實(shí)施例3

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟1)中按硅粉:碳粉:形核劑:催化劑的質(zhì)量比為67.9:29.1:2:1稱取原料；

其中硅粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30％的非晶Si；

形核劑為結(jié)晶良好的納米SiC粉末，平均晶粒尺寸為30nm。

步驟2)中反應(yīng)劑的裝入量為120kg，反應(yīng)劑裝入石墨舟內(nèi)形成的坯體的孔隙率為70％，且坯體中沒有大于200μm的孔洞，氮?dú)鈮毫?.0MPa。

步驟3)中產(chǎn)品收得率為98.5％。

得到的碳化硅粉體，XRD分析表明其晶相為beta相碳化硅，根據(jù)SEM照片統(tǒng)計(jì)可知(量取至少200個(gè)晶粒的尺寸，然后取平均值)，其平均晶粒尺寸為0.3μm。

實(shí)施例4

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟1)中按硅粉:碳粉:形核劑:催化劑的質(zhì)量比為67.9:29.1:1:2稱取原料；

其中硅粉的純度為99.9％，平均粒徑為0.9μm，硅粉中含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25％的非晶Si；

碳粉的純度為99.5％，平均粒徑為0.8μm；

形核劑為結(jié)晶良好的納米SiC粉末，平均晶粒尺寸為35nm。

步驟2)中反應(yīng)劑的裝入量為105kg，反應(yīng)劑裝入石墨舟內(nèi)形成的坯體的孔隙率為69％，且坯體中沒有大于200μm的孔洞，氮?dú)鈮毫?.5MPa。

步驟3)中產(chǎn)品收得率為98.5％。

得到的碳化硅粉體，XRD分析表明其晶相為beta相碳化硅，根據(jù)SEM照片統(tǒng)計(jì)可知(量取至少200個(gè)晶粒的尺寸，然后取平均值)，其平均晶粒尺寸為0.6μm。

對比例1

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟1)中采用的硅粉中不包含非晶Si；

未能將反應(yīng)物點(diǎn)燃，無法引發(fā)燃燒反應(yīng)。

上述結(jié)果表明，不包含非晶Si導(dǎo)致反應(yīng)活性顯著降低，無法引發(fā)燃燒反應(yīng)。

對比例2

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟1)中采用硅粉的平均粒徑為30μm；

在常溫和1.5MPa的氮?dú)鈮毫ο?，無法引發(fā)燃燒反應(yīng)。需要將反應(yīng)物預(yù)熱至700℃以上或在4MPa以上的氮?dú)庵?，才能引發(fā)燃燒反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)碳化硅的燃燒合成。

對比例3

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟1)中采用碳粉的平均粒徑為20μm；

在常溫和1.5MPa的氮?dú)鈮毫ο拢瑹o法引發(fā)燃燒反應(yīng)。需要預(yù)熱至700℃以上或在4MPa以上的氮?dú)庵校拍軐?shí)現(xiàn)碳化硅的燃燒合成。

對比例2和3的結(jié)果表明，本發(fā)明采用超細(xì)粉末原料(所用硅粉和碳粉的平均粒徑均小于1μm)，才能實(shí)現(xiàn)在較低的溫度和壓力下燃燒合成碳化硅。

對比例4

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟1)中形核劑為結(jié)晶較差的納米SiC粉末；

步驟3)中產(chǎn)品收得率為82％。

得到的碳化硅粉體平均晶粒尺寸為1.2μm。

對比例5

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟1)中形核劑為結(jié)晶良好的納米SiC粉末，但是平均晶粒尺寸為60nm；

步驟3)中產(chǎn)品收得率為88％。

得到的碳化硅粉體平均晶粒尺寸為0.8μm。

對比例4和5的結(jié)果表明，作為形核劑的SiC粉末有嚴(yán)格要求，一是必須結(jié)晶良好，二是晶粒大小必須合適，才能夠提高轉(zhuǎn)化率并且能夠細(xì)化晶粒，從而得到超細(xì)的亞微米或納米碳化硅粉體。

對比例6

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟1)中催化劑SiO₂：SiO：NH₄F的質(zhì)量比為20:20:60。

步驟3)中產(chǎn)品收得率為78％。

得到的碳化硅粉體平均晶粒尺寸為2.8μm。

結(jié)果表明，本發(fā)明采用的催化劑中三種物質(zhì)的比例，是根據(jù)化學(xué)平衡計(jì)算確定、并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的優(yōu)化數(shù)值，超過該范圍，會導(dǎo)致得到的產(chǎn)品收率下降，晶粒尺寸增加。

對比例7

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟2)中胚體的孔隙率為75％。

燃燒反應(yīng)半途中止，不能完成。

對比例8

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟2)中胚體中存在較多尺寸>200um的孔洞。

燃燒反應(yīng)半途中止，不能完成。

對比例7、8的結(jié)果表明，本發(fā)明對反應(yīng)坯體的孔隙率和孔徑給出了精確的優(yōu)選范圍，這是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒、保證反應(yīng)完全的必要條件，超出該范圍，會導(dǎo)致反應(yīng)放熱速率和熱量在坯體中的傳導(dǎo)速率不合適，致使反應(yīng)變得不穩(wěn)定，無法完成。

對比例9

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟2)中不銹鋼反應(yīng)腔外面沒有設(shè)置水冷包套；

步驟3)中產(chǎn)品收得率為85％。

得到的碳化硅粉體平均晶粒尺寸為2.2μm。

對比例10

制備一種碳化硅粉末，步驟同實(shí)施例2，不同之處在于：

步驟2)中在盛裝物料的石墨舟下面沒有放置溫度控制模塊；

步驟3)中產(chǎn)品收得率為89％。

得到的碳化硅粉體平均晶粒尺寸為3.5μm。

對比例9和對比例10的結(jié)果表明，本發(fā)明技術(shù)方案中采取的兩種措施：一是采用水冷包套對反應(yīng)腔進(jìn)行主動冷卻，從而防止反應(yīng)過程中物料快速大量放熱致使反應(yīng)腔溫度過高、強(qiáng)度下降，引發(fā)安全問題；二是在盛裝物料的石墨舟下面放置溫度控制模塊，該模塊利用相變儲能材料實(shí)現(xiàn)對溫度的調(diào)控，當(dāng)反應(yīng)過于劇烈、放熱太快、放熱量過大時(shí)，模塊可以吸收一部分熱量并儲存起來，避免物料過熱，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束、溫度下降時(shí)，這部分儲存的熱量又會釋放出來，用于對物料保溫。這樣，通過溫度控制模塊的雙向調(diào)節(jié)作用，可使物料溫度始終處在合理范圍，既減少了熱量損失，又避免了溫度過高，從而提高了反應(yīng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也避免了晶粒過度長大，保證最終獲得超細(xì)的納米或亞微米碳化硅粉體。

結(jié)論：通過上述原料、配方、反應(yīng)坯體顯微結(jié)構(gòu)、對設(shè)備進(jìn)行的優(yōu)化等步驟的相互配合，協(xié)同作用，本發(fā)明才能實(shí)現(xiàn)在較低的溫度和壓力下仍能保證燃燒反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行并徹底完成，一舉克服了燃燒合成單爐產(chǎn)量低、生產(chǎn)效率不高的缺點(diǎn)，使得燃燒合成低能耗的優(yōu)勢得以充分發(fā)揮。缺少任何方面的優(yōu)化，都會使得得到的結(jié)果在某些方面有不同程度的減弱。本發(fā)明的技術(shù)方案不僅產(chǎn)率高，而且得到的碳化硅粉體的平均晶粒尺寸小，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的大型化，顯著提高生產(chǎn)效率、大幅度降低設(shè)備與人工成本。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。