專利名稱：一種低溫快速合成α-SiC微粉的方法
技術領域：
本發明屬于材料新工藝領域，涉及一種低溫快速、環保節能的微波合成a -SiC微粉的新方法。
背景技術：
目前，a -SiC微粉的工業化生產主要是采用Acheson工藝，利用焦炭還原石英砂制備SiC錠，然后再通過破碎、風選、篩分等一系列后續工藝處理制得a-SiC微粉。這種工藝一般需要高達2000°C以上的反應溫度，反應時間從十幾小時到數天，屬于高耗能、高耗時工藝；且后續處理制得微粉的工藝復雜，難以獲得高質量的a-SiC微粉。針對這些問題，人們試圖開發一些新型工藝來嘗試低溫快速制備a-SiC微粉。自蔓延高溫合成技術是可以快速地制備出SiC微粉的方法之一，但其產物物相幾乎完全是β-SiC。而硅碳氣霧劑快速碳熱還原法、等離子體加熱法、CVD法和激光加熱等技術，由于工藝復雜、產率較低，因而制備 成本過高,并不適合規模化制備a-SiC微粉。微波加熱技術是一種新興的材料高溫合成技術，具有升溫快，能耗低的優點。但目前國內外采用微波加熱技術制備出的SiC微粉主晶相為 β -SiC0
發明內容
本發明目的是為了克服現有技術存在的合成溫度高、反應時間長的缺點，避免繁瑣的破碎、分選工藝，有效降低生產成本、能源消耗和縮短工藝周期、提高生產效率。—種低溫快速合成ct-SiC微粉的方法,技術方案如下
(1)將硅粉和碳源(活性炭、石墨、炭黑和焦炭中的一種或其任意組合)按照硅碳摩爾比(O. 7 O. 95) : I精確稱量配料，作為反應劑I ;
(2)然后將鋁粉(100目 1000目)與反應劑I按照鋁硅摩爾比I:(2. 3 19)精確稱量，采用高能球磨對反應劑進行活化預處理廣4小時作為反應劑2 ；
(3)按反應劑2質量的5 20%將反應助劑(尿素、三聚氰胺、氯化銨和硫酸銨中的一種或其任意組合)加入反應劑2，精確稱量，采用高能球磨對反應劑進行活化預處理f 24小時作為反應劑3。(4)稱取一定量反應劑3裝入坩堝中，再將坩堝放入微波爐中，對微波爐進行抽真空，然后充入高純氣體(氬氣、氮氣和氨氣中的一種或其任意組合)，開啟微波爐加熱，以3(Tl50°C /min的升溫速率升溫至100(Tl500°C，并在相應溫度保溫I 60min后關閉電源，自然冷卻后取出反應產物；
(5)將取出的產物在空氣氣氛下，于700°C保溫f 12小時脫碳純化處理除去粉體中的殘碳；脫碳產物再用氫氟酸與強氧化性酸(硫酸、硝酸和高氯酸的一種或其任意組合)配置成的摩爾比為I :1的混合酸進行酸洗純化，除去未反應的硅，最后用去離子水洗至中性，干燥后即獲得a-SiC微粉。本發明通過高能球磨預處理提高原料粉體活性，降低反應活化能，然后以微波為熱源在特殊氣氛條件下實現了 a -SiC微粉的低溫、快速制備，克服了現有技術存在的合成溫度高、反應時間長的缺點，且反應產物直接為微粉因而避免了繁瑣的破碎、分選工藝，可有效降低生產成本、能源消耗和縮短工藝周期、提高生產效率。
附圖I所示為實施例I所制備的a -SiC微粉的XRD圖譜。由圖I可見，制備產物結晶良好。附圖2所示為實施例I所制備的a -SiC微粉的場發射掃描電鏡照片。從圖2中可見微粉中合成了大量晶形良好的六邊形a-SiC顆粒，其粒徑在Γ Ομπι。
具體實施例方式 實施例I: 首先將硅粉和石墨按硅碳摩爾比O. 95:1精確稱量配料作為反應劑I，然后按鋁硅比1:19加入100目招粉精確稱量配料作為反應劑2,反應劑2經高能球磨活化預處理4小時后，再將反應劑2質量5%的尿素加入反應劑2中配制成反應劑3，然后將反應劑3高能球磨活化預處理24小時。取一定量球磨后的反應劑3裝入坩鍋中，再置入微波爐中，抽真空后充入流動氬氣并使爐內壓力保持在I個大氣壓，啟動微波加熱，以150°C /min升溫至1000°C進行反應，反應時間為60分鐘，反應完成后斷電自然冷卻至室溫，將取出的物料在空氣氣氛中700°C保溫I小時脫碳，再用摩爾比1:1的氫氟酸和硝酸的混合酸進行酸洗純化，最后用去離子水洗至中性，干燥后即得到a-SiC微粉。實施例2
首先將硅粉和石墨按硅碳摩爾比O. 7:1精確稱量配料作為反應劑1，然后按鋁硅比1:2. 3加入1000目招粉精確稱量配料作為反應劑2,反應劑2經高能球磨活化預處理I小時后，再將反應劑2質量20%的氯化銨加入反應劑2中配制成反應劑3，然后將反應劑3高能球磨活化預處理處理I小時。取一定量球磨后的反應劑3裝入坩鍋中，再置入微波爐中，抽真空后充入流動氨氣使爐內壓力保持在I個大氣壓，啟動微波加熱，以80°C /min升溫至1400°C進行反應，反應時間為15分鐘，反應完成后斷電自然冷卻至室溫，將取出的物料在空氣氣氛中700°C保溫12小時脫碳，再用摩爾比I :1的氫氟酸和高氯酸的混合酸進行酸洗純化，最后用去離子水洗至中性，干燥后即得到a-SiC微粉。實施例3:
首先將硅粉和石墨按硅碳摩爾比O. 9:1精確稱量配料作為反應劑I，然后按鋁硅比1:9加入300目鋁粉精確稱量配料作為反應劑2，反應劑2經高能球磨活化預處理3小時后，再將加反應劑2質量10%的三聚氰胺加入反應劑2中配制成反應劑3，然后將反應劑3高能球磨活化預處理12小時。取一定量球磨后的反應劑3裝入坩鍋中，再置入微波爐中，抽真空后充入流動氮氣使爐內壓力保持在I個大氣壓，啟動微波加熱，以150°C /min升溫至1200°C進行反應，反應時間為30分鐘，反應完成后斷電自然冷卻至室溫，將取出的物料在空氣氣氛中700°C保溫4小時脫碳，再用摩爾比為I :1的氫氟酸和硝酸的混合酸進行酸洗純化，最后用去離子水洗至中性，干燥后即得到a -SiC微粉。實施例4:
首先將硅粉和石墨按硅碳摩爾比O. 8:1精確稱量配料作為反應劑I，然后按鋁硅比1:4加入600目鋁粉精確稱量配料作為反應劑2，反應劑2經高能球磨活化預處理2小時后，再將反應劑2質量15%的硫酸銨加入反應劑2中配制成反應劑3，然后將反應劑3高能球磨活化預處理6小時。取一定量球磨后的反應劑3裝入坩鍋中，再置入微波爐中，抽真空后充入流動氬氣使爐內壓力保持在I個大氣壓，啟動微波加熱，以30°c /min升溫至1500°C進行反應，反應時間為I分鐘，反應完成后斷電自然冷卻至室溫，將取出的物料在空氣氣氛中700°C保溫8小時脫碳，再用摩爾比1:1的氫氟酸和硫酸的混合酸進行酸洗純化，最后用去離子水洗至中性，干燥后即得到a-SiC微粉。實施例5:
首先將硅粉和石墨按硅碳摩爾比O. 95:1精確稱量配料作為反應劑I，然后按鋁硅比1:19加入500目招粉精確稱量配料作為反應劑2,反應劑2經高能球磨活化預處理4小時后，再將反應劑2質量10%的氯化銨加入反應劑2中配制成反應劑3，然后將反應劑3高能球磨活化預處理12小時。取一定量球磨后的反應劑3裝入氧化鋁坩鍋中，再置入微波爐中，抽真空后充入流動氬氣使爐內壓力保持在I個大氣壓，啟動微波加熱，以50°C /min升溫至1300°C進行反應，反應時間為30分鐘，反應完成后斷電自然冷卻至室溫，將取出的物料在空氣氣氛中700°C保溫2小時脫碳，再用摩爾比I: I的氫氟酸和高氯酸的混合酸進行酸洗純 化，最后用去離子水洗至中性，干燥后即得到a-SiC微粉。
權利要求
1.一種低溫快速合成a-SiC微粉的方法，其特征在于包括下述步驟 (1)將硅粉和碳粉按照摩爾比(O.7 O. 95) : I的比例進行精確稱量配料，作為制備a -SiC微粉的反應劑I ; (2)將反應劑I與鋁粉按照鋁硅摩爾比I:(2. 3 19)的比例進行精確稱量配料，經高能球磨對反應劑進行活化預處理廣4小時作為制備a -SiC微粉的反應劑2 ； (3)按反應劑2質量5°/Γ20%的配比向反應劑2中加入反應助劑，作為制備a-SiC的反應劑3 ;將反應劑3進行高能球磨活化預處理，預處理時間為f 24小時； (4)將活化處理后的反應劑3裝入坩鍋中，再置入微波燒結爐中，對微波燒結爐抽真空處理后通入高純氣體形成高純燒結氣氛； (5)啟動微波加熱，以3(Tl50°C/min的升溫速率升溫至100(Γ 500 進行反應，反應時間為f60min，反應結束后，關閉加熱電源，自然冷卻后取出反應產物； (6)將取出的反應產物于空氣氣氛下在700°C保溫f12小時進行脫碳處理，除去未反應完全的碳； (7)將脫碳處理后的產物浸泡于摩爾比為1:1的氫氟酸與強氧化性酸形成的混合酸液中酸洗純化，除去產物中未反應的硅，再用去離子水將酸洗后的粉體洗至中性，干燥后即得到性能良好的a-SiC微粉。
2.根據權利要求I所述一種低溫快速合成a-SiC微粉的方法，其特征在于步驟(I)所述的碳粉為石墨、活性炭、炭黑和焦炭的一種或其任意組合。
3.根據權利要求I所述一種低溫快速合成a-SiC微粉的方法，其特征在于步驟(2)所述的鋁粉粒徑為100目 1000目。
4.根據權利要求I所述一種低溫快速合成a-SiC微粉的方法，其特征在于步驟(3)所采用的反應助劑為尿素、三聚氰胺、氯化銨和硫酸銨中的一種或其任意組合。
5.根據權利要求I所述一種低溫快速合成a-SiC微粉的方法，其特征在于步驟(4)所采用的加熱設備為微波燒結爐。
6.根據權利要求I所述一種低溫快速合成a-SiC微粉的方法，其特征在于步驟(4)所充入的高純氣體為氬氣、氮氣和氨氣中的一種或其任意組合。
7.根據權利要求I所述一種低溫快速合成a-SiC微粉的方法，其特征在于步驟(7)中混合酸液所用的強氧化性酸為硫酸、硝酸和高氯酸的一種或其任意組合。
全文摘要
一種低溫快速合成α-SiC微粉的方法，屬于材料工藝領域。本發明通過高能球磨預處理提高原料粉體活性，降低反應活化能，然后以微波為熱源在特殊氣氛條件下實現了α-SiC微粉的低溫、快速制備，克服了現有技術存在的合成溫度高、反應時間長的缺點，且反應產物直接為微粉因而避免了繁瑣的破碎、分選工藝，可有效降低生產成本、能源消耗和縮短工藝周期、提高生產效率。
文檔編號C01B31/36GK102897763SQ20121037774
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月8日 優先權日2012年10月8日
發明者曹文斌, 匡健磊 申請人:北京科技大學