專利名稱：制備碳化硅晶須的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備碳化硅晶須的方法。
背景技術：
碳化硅晶須的制備以原料的初始狀態(tài)劃分有氣相和固相兩種制備方法。固相原料法是采用不同的反應原料，加入適當?shù)拇呋瘎?，在保護氣氛中反應，得到不同特性規(guī)格的碳化硅晶須。因這種方法更適合于批量生產(chǎn)，所以為目前廣泛采用。用碳化稻殼制備碳化硅晶須就屬于固相法的一種。
文獻“用稻殼制備碳化硅晶須，材料科學進展1989No2”介紹了中國科學院金屬研究所白春根等將碳化稻殼灰和中超碳黑按重量比1∶2混勻，分別用Fe、H3BO3、NaCl做催化劑，在1400℃～1600℃制取了碳化硅晶須和殘余碳的混合物，通空氣燒除碳后，得到β-SiC晶須。
文獻“碳化硅晶須品質及影響因素，人工晶體學報1996No4”介紹了中國礦業(yè)大學北京研究生部韓敏芳等選用二氧化硅、碳黑、稻殼為原料，加入適量催化劑，在氫氣、氬氣或二者混合氣氛中，加熱到1500℃～1700℃，恒溫4～6小時燒成，制得β-SiC晶須與殘余物如碳黑的混合物，經(jīng)浮選分離，得到碳化硅晶須。
文獻“稻殼合成β-SiC晶須及生長機理研究，化工新型材料1996No2”介紹了中國礦業(yè)大學北京研究生部王啟寶等采用經(jīng)酸處理去除雜質后的炭化稻殼為原料，并外加一定量SiO2或稻殼灰調整原料中的SiO2與C之比，均勻加入自制復合催化劑，反應溫度為1600℃，并通入Ar氣作保護氣，恒溫4小時燒成料經(jīng)分離提純后，得到β-SiC晶須。
文獻“中國專利92111736.1”公開了一種用稻谷殼制取石墨碳化硅涂層及β-SiC細粉和β-SiC晶須的方法，是用焦化稻殼，或利用稻殼發(fā)電廠燒過的焦稻殼，按SiO2/C的重量比為60∶32～60∶35混料，用NaCl或Fe、H3BO3、NaCl做催化劑，采用豎式爐或高溫石墨化窯爐，上部空隙溫度保持在1400～1450℃，下部反應料溫度保持在1600～1700℃，通入氫氣作保護氣體，保溫4～6小時得到石墨碳化硅涂層及β-SiC細粉和β-SiC晶須。
上述文獻制備碳化硅晶須的方法，不但工藝復雜，而且生成物是晶須與碳和燒成殘余物的混合物，需要除碳和殘余物以后才能得到碳化硅晶須，此過程很難分離徹底，而且晶須與粉料混合生成，容易出現(xiàn)彎晶，這樣就影響了碳化硅晶須的品質，晶須質量得不到保證。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術所制備的碳化硅晶須是晶須與碳和燒成殘余物的混合物，需要除碳和殘余物以后才能得到碳化硅晶須的不足，提高晶須的品質，本發(fā)明提供一種制備碳化硅晶須的方法，采用碳纖維誘導直接生成碳化硅晶須。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種制備碳化硅晶須的方法，其特征在于下述步驟1)用清水將稻殼洗滌干凈，在80～100℃的溫度下烘干、粉碎至0.1～0.5mm的顆粒待用；2)將經(jīng)過步驟(1)處理的稻殼顆粒裝入氧化鋁匣缽，放入電爐中，先開爐大焰燃燒2～10分鐘，再閉爐碳化，碳化溫度為650～700℃，保溫3～5小時；3)將碳化稻殼顆粒放入研磨罐中，加入蒸餾水放在快速研磨機上研磨10～15分鐘后，在80～100℃的溫度下烘干；4)將經(jīng)過研磨的碳化稻殼顆粒與1～4％的催化劑按濕法或干法制成混合料；5)將石墨坩堝于40～70℃預熱，將調勻的隔離劑和粘結劑的糊狀物均勻的涂刷在石墨坩堝內壁上，將石墨坩堝放入石墨作加熱體的立式真空爐中，在2000～2100℃燒制，達最高溫度時，保溫1小時；6)將步驟(4)中所得到的混合料，裝入石墨坩堝中，約占坩堝的3/4高，在坩堝的上部排布碳纖維，蓋好坩堝蓋；將石墨坩堝放入石墨作加熱體的立式真空爐中，抽真空后，通Ar氣保護升溫至1400～1450℃，保溫3～5小時，以8～10℃/分鐘降溫至970℃，關閉電源冷卻至室溫。
所述的混合料在裝入石墨坩堝中時，要分層裝入，料層間用碳氈隔開。
所述的催化劑為鹵化物。
所述的隔離劑是氮化硼、硅酸鋯、硅化鉬的任一種或幾種；所述的粘結劑是蜂蜜、桃膠、羧甲基纖維素的任一種或幾種。
本發(fā)明的有益效果是由于采用用碳化稻殼為唯一反應原料，碳化稻殼既為硅源又做碳源，并用碳纖維誘導生成碳化硅晶須，以氣相生長機制為主，晶須依附于碳纖維生長，生長的晶須在上部碳纖維上，而未反應完全的剩余碳和生成的碳化硅粉末在坩堝內，使晶須在生長過程中實現(xiàn)了與粉料的自動分離，而且因沒有引入外部碳源，減少了晶須的殘?zhí)剂?，從而提高了晶須的直晶率和純度，簡化了生產(chǎn)工藝，降低了成本。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。


附圖是本發(fā)明所制碳化硅晶須微觀SEM形貌圖具體實施方式
實施例1
(1)用清水將稻殼上所沾的泥沙、灰塵洗滌干凈，在80℃的溫度下將其烘干。將烘干的潔凈稻殼用粉碎機粉碎至0.1mm的顆粒待用。
(2)將經(jīng)過步驟(1)處理的稻殼顆粒裝入氧化鋁匣缽，放入電爐中，采用先開爐大焰燃燒再閉爐碳化的工藝，對稻殼顆粒進行碳化處理。大焰燃燒時間為2分鐘，碳化溫度為700℃，保溫5小時，之所以采用這樣的碳化工藝，是為了保證碳化稻殼顆粒中有一合適的碳硅比。
(3)將碳化稻殼顆粒放入研磨罐中，加入蒸餾水放在快速研磨機上研磨10分鐘后，在80℃的溫度下將其烘干。
(4)將經(jīng)過研磨的碳化稻殼顆粒與4％的催化劑NaF按濕法與碳化稻殼混勻，烘干，制成混合料。
濕法是將催化劑首先溶解于蒸餾水中，倒入裝有碳化稻殼顆粒的泥漿罐中，加入一定比例的研磨介質，將泥漿罐放在對輥機上混合均勻，混合時間視料的多少而定，混合一定時間后將漿體放出，烘干即為混合料。
(5)將石墨坩堝于40℃預熱，將小于325目的隔離劑氮化硼和粘結劑蜂蜜調勻成糊狀物，均勻地涂刷在石墨坩堝內壁上，將石墨坩堝放入石墨作加熱體的立式真空爐中，在2000℃燒制，達最高溫度2000℃時，保溫1小時。此過程可進行多次，直到坩堝內壁涂層均勻。
(6)將步驟(4)中所得到的混合料，裝入石墨坩堝中，約占坩堝的3/4高，在坩堝的上部排布碳纖維，蓋好坩堝蓋；將石墨坩堝放入石墨作加熱體的立式真空爐中。抽真空后，通Ar氣保護升溫至1400℃，保溫5小時，以10℃/分鐘降溫至970℃，關閉電源冷卻至室溫，開爐后打開坩堝，取出碳化硅晶須。
混合料在裝入石墨坩堝中時，要分層裝入，料層間用碳氈隔開，以保證反應過程中物料的透氣性，利于氣體的上傳。
實施例2(1)用清水將稻殼上所沾的泥沙、灰塵洗滌干凈，在100℃的溫度下將其烘干。將烘干的潔凈稻殼用粉碎機粉碎至0.5mm的顆粒待用。
(2)將經(jīng)過步驟(1)處理的稻殼顆粒裝入氧化鋁匣缽，放入電爐中，采用先開爐大焰燃燒再閉爐碳化的工藝，對稻殼顆粒進行碳化處理。大焰燃燒時間為10分鐘，碳化溫度為650℃，保溫3小時。
(3)將碳化稻殼顆粒放入研磨罐中，加入蒸餾水放在快速研磨機上研磨15分鐘后，在100℃的溫度下將其烘干。
(4)將經(jīng)過研磨的碳化稻殼顆粒與2～3％的催化劑NaF和1～2％的KF按干法與碳化稻殼混勻，制成混合料。
干法就是將一定量的碳化稻殼顆粒和一定量的催化劑，裝入有一定比例的研磨介質的研磨罐中，放在對輥機上混合均勻，混合一定時間后將研磨介質篩除，就得到了混合料；(5)將石墨坩堝內層，預先涂刷一層隔離劑。涂刷時，將小于325目的隔離劑硅酸鋯和粘結劑桃膠調勻，將石墨坩堝于70℃預熱，將調勻的隔離劑和粘結劑的糊狀物均勻的涂刷在石墨坩堝內壁上，將石墨坩堝放入石墨作加熱體的立式真空爐中，在2100℃燒制，達最高溫度時，保溫1小時。此過程可進行多次，直到坩堝內壁涂層均勻。
(6)將步驟(4)中所得到的混合料，裝入石墨坩堝中，約占坩堝的3/4高，在坩堝的上部排布碳纖維，蓋好坩堝蓋；將石墨坩堝放入石墨作加熱體的立式真空爐中。抽真空后，通Ar氣保護升溫至1450℃，保溫3小時，以8℃/分鐘降溫至970℃，關閉電源冷卻至室溫，開爐后打開坩堝，取出碳化硅晶須。
混合料在裝入石墨坩堝中時，要分層裝入，料層間用碳氈隔開，以保證反應過程中物料的透氣性，利于氣體的上傳。
實施例3(1)用清水將稻殼上所沾的泥沙、灰塵洗滌干凈，在90℃的溫度下將其烘干。將烘干的潔凈稻殼用粉碎機粉碎至0.3mm的顆粒待用。
(2)將經(jīng)過步驟(1)處理的稻殼顆粒裝入氧化鋁匣缽，放入電爐中，采用先開爐大焰燃燒再閉爐碳化的工藝，對稻殼顆粒進行碳化處理。大焰燃燒時間為6分鐘，碳化溫度為680℃，保溫4小時。
(3)將碳化稻殼顆粒放入研磨罐中，加入蒸餾水放在快速研磨機上研磨13分鐘后，在90℃的溫度下將其烘干。
(4)將經(jīng)過研磨的碳化稻殼顆粒與3％的催化劑NaCl按濕法與碳化稻殼混勻，烘干，制成混合料。
(5)將石墨坩堝內層，預先涂刷一層隔離劑。涂刷時，將小于325目的隔離劑硅化鉬和粘結劑羧甲基纖維素調勻，將石墨坩堝于50℃預熱，將調勻的隔離劑和粘結劑的糊狀物均勻的涂刷在石墨坩堝內壁上，將石墨坩堝放入石墨作加熱體的立式真空爐中，在2000℃燒制，達最高溫度時，保溫1小時。此過程可進行多次，直到坩堝內壁涂層均勻。
(6)將步驟(4)中所得到的混合料，裝入石墨坩堝中，約占坩堝的3/4高，在坩堝的上部排布碳纖維，蓋好坩堝蓋；將石墨坩堝放入石墨作加熱體的立式真空爐中。抽真空后，通Ar氣保護升溫至1400℃，保溫4小時，以10℃/分鐘降溫至970℃，關閉電源冷卻至室溫，開爐后打開坩堝，取出碳化硅晶須。
混合料在裝入石墨坩堝中時，要分層裝入，料層間用碳氈隔開，以保證反應過程中物料的透氣性，利于氣體的上傳。
所制晶須如附圖所示，從圖中可以看到，所生成的SiCw晶須直晶率近100％；晶須形狀規(guī)則，直徑細小約在0.5～2μm范圍內，長徑比大，長度在10～500μm范圍內，表面光滑；而且在晶須中沒有發(fā)現(xiàn)夾雜物及球晶，晶須的獲得率為100％。
權利要求
1.一種制備碳化硅晶須的方法，其特征在于下述步驟1)用清水將稻殼洗滌干凈，在80～100℃的溫度下烘干、粉碎至0.1～0.5mm的顆粒待用；2)將經(jīng)過步驟(1)處理的稻殼顆粒裝入氧化鋁匣缽，放入電爐中，先開爐大焰燃燒2～10分鐘，再閉爐碳化，碳化溫度為650～700℃，保溫3～5小時；3)將碳化稻殼顆粒放入研磨罐中，加入蒸餾水放在快速研磨機上研磨10～15分鐘后，在80～100℃的溫度下烘干；4)將經(jīng)過研磨的碳化稻殼顆粒與1～4％的催化劑按濕法或干法制成混合料；5)將石墨坩堝于40～70℃預熱，將調勻的隔離劑和粘結劑的糊狀物均勻的涂刷在石墨坩堝內壁上，將石墨坩堝放入石墨作加熱體的立式真空爐中，在2000～2100℃燒制，達最高溫度時，保溫1小時；6)將步驟(4)中所得到的混合料，裝入石墨坩堝中，約占坩堝的3/4高，在坩堝的上部排布碳纖維，蓋好坩堝蓋；將石墨坩堝放入石墨作加熱體的立式真空爐中，抽真空后，通Ar氣保護升溫至1400～1450℃，保溫3～5小時，以8～10℃/分鐘降溫至970℃，關閉電源冷卻至室溫。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備碳化硅晶須的方法，其特征在于所述的混合料在裝入石墨坩堝中時，要分層裝入，料層間用碳氈隔開。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備碳化硅晶須的方法，其特征在于所述的催化劑為鹵化物。
4.根據(jù)權利要求1所述的制備碳化硅晶須的方法，其特征在于所述的隔離劑是氮化硼、硅酸鋯、硅化鉬的任一種或幾種；所述的粘結劑是蜂蜜、桃膠、羧甲基纖維素的任一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備碳化硅晶須的方法，其目的是解決現(xiàn)有技術所制備的碳化硅晶須是晶須與碳和燒成殘余物的混合物的問題，其解決技術問題的方案是用碳化稻殼既做硅源又做碳源由碳纖維誘導制取碳化硅晶須。將稻殼經(jīng)粉碎后，在650℃～700℃的溫度范圍內，采用先開爐后閉爐的碳化工藝將稻殼進行碳化，按一定的重量比加入適當?shù)拇呋瘎?，混合均勻后，將混合料裝入石墨坩堝中，將碳纖維排布在混合料上部，蓋好坩堝蓋。將石墨坩堝放入石墨作加熱體的立式真空爐中，通入氬氣進行保護，在碳纖維上長出碳化硅晶須。本發(fā)明實現(xiàn)了晶須與粉料的自動分離，晶須依附于碳纖維在粉料的上部生長，毋須與殘余碳等粉料的二次分離，所得到的晶須直晶率高，工藝簡單。
文檔編號C30B29/62GK1721583SQ200510042708
公開日2006年1月18日 申請日期2005年5月24日 優(yōu)先權日2005年5月24日
發(fā)明者黃鳳萍, 李賀軍 申請人:西北工業(yè)大學