[發明專利]碳化硅納米線的制備方法

有效

• 申請號: 200810017225.2
• 申請日: 2008-01-04
• 公開（公告）號: CN101215187A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 李克智;魏劍;李賀軍;張雨雷;歐陽海波
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B41/85
• 分類號: C04B41/85
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 黃毅新

技術領域

本發明涉及一種碳化硅納米線的制備方法。

背景技術

炭/炭復合材料與表面抗氧化陶瓷涂層之間熱膨脹系數的不匹配，仍是高溫條件下炭/炭復合材料失效的主要原因。

文獻“G.B.Zheng，H.Mizuki，H.Sano，Y.Uchiyama，The?International?Conference?on?Carbon，Scotland，2006：110”公開了一種利用炭納米管增韌碳化硅抗氧化涂層的方法。首先利用乙炔為碳源，在炭/炭復合材料表面和孔隙中沉積炭納米管，然后采用三氯甲基硅烷在沉積有炭納米管的炭/炭復合材料表面進一步沉積制備碳化硅涂層。該方法利用炭納米管增韌炭/炭復合材料抗氧化涂層，雖然可以獲得較好的抗氧化能力，但是由于炭納米管自身在有氧氣氛條件下容易氧化，致使該涂層在使用時還需要一定厚度的保護層予以保護，以防止炭納米管的氧化。

文獻“H.J.Li，Q.G.Fu，X.H.Shi，K.Z.Li，Z.B.Hu，Carbon，2006，44：602-605”公開了一種采用碳化硅晶須增韌炭/炭復合材料抗氧化陶瓷涂層的方法。首先將碳化硅晶須通過涂刷工藝涂敷于炭/炭復合材料表面，高溫處理后在復合材料表面可以形成含有碳化硅晶須的多孔陶瓷涂層，然后再采用包埋工藝制備致密的抗氧化涂層。該方法采用碳化硅晶須代替炭納米管，避免了涂層增強相容易氧化的問題。但是晶須強度低于炭納米管，增韌效果較差，另一方面較大的晶須尺寸容易阻礙后續制備過程中陶瓷涂層向炭/炭復合材料的滲透，進而影響陶瓷涂層與炭/炭復合材料基體的結合。

文獻“申請號為03134329.5的中國專利”公開了一種在炭/炭復合材料表面直接制備碳化硅一維納米結構的方法。該方法使用石墨模具將二氧化硅粉和硅粉的混合粉料置于炭/炭復合材料表面之上，高溫下再向爐膛內通入丙烯合成碳化硅納米電纜。但是該方法僅能在炭/炭復合材料的部分表面制備碳化硅納米電纜，并且混合粉料置于炭/炭復合材料上方，容易導致粉料顆粒污染已經制備好的納米電纜。另一方面，混合粉料準備過程煩瑣，合成過程對爐膛內壓力控制的要求也較高。

文獻“申請號為200510041813.6的中國專利”公開了一種以三氯甲基硅烷為先驅體，采用化學氣相沉積方法在炭/炭復合材料表面直接制備了用于炭/炭復合材料抗氧化涂層的碳化硅鈉米線。但是該方法所采用的先驅體具有毒性，與高溫、明火或氧化劑接觸容易引起燃燒、爆炸，遇水則發生強烈的水解反應，放出有毒的腐蝕性煙氣。這些都嚴重威脅工作人員的身體健康和制備過程安全，并且增加制備過程的操作難度。

發明內容

為了克服現有技術用三氯甲基硅烷作為先驅體不利于安全生產的不足，本發明提供一種碳化硅納米線的制備方法，采用碳熱還原工藝，在炭/炭復合材料表面制備出了分布均勻的抗氧化涂層增韌用碳化硅納米線。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種碳化硅納米線的制備方法，其特點是包括下述步驟：

(a)將表面打磨平整的炭/炭復合材料用酒精或蒸餾水清洗干凈并干燥后，置于質量百分數為1～5％的二茂鐵乙醇溶液中充分浸潤后烘干；

(b)將干燥的二氧化硅粉、硅粉和石墨粉按照摩爾比為1～2∶1∶3～5的比例在球磨機中混合，形成均勻的混合粉料；

(c)將步驟(b)制備的混合粉料裝入石墨坩鍋內，并保持粉料表面平整，然后利用石墨支架將經步驟(a)處理的炭/炭復合材料支撐于混合粉料表面之上；

(d)將經過步驟(c)準備好的石墨坩鍋、混合粉料和炭/炭復合材料一同放置在高溫爐恒溫區部分，用真空泵對高溫爐抽真空，當真空度達到-0.098MPa并穩定后，再通入氬氣至爐內壓力為0.1MPa，以置換出爐膛內的空氣；

(e)接通電源，以6～9℃/min的升溫速度將高溫爐溫度升至1300～1800℃，并且在該溫度下保溫1～4h，爐內氬氣壓力保持為0.1MPa，然后關閉電源，自然降溫到室溫。

本發明的有益效果是：由于采用了簡單的碳熱還原工藝，在炭/炭復合材料表面制備出了抗氧化涂層增韌用碳化硅納米線。與現有技術采用具有危險性的三氯甲基硅烷作為先驅體制備碳化硅納米線的方法相比，明顯改善了操作人員的工作環境，提高了操作安全性，并且對設備要求較低，有效地降低了生產成本。

下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。

附圖說明

圖1是本發明碳化硅納米線制備方法流程圖。

圖2是本發明實施例1制備的碳化硅納米線的低倍掃描電鏡照片。

圖3是本發明實施例2制備的碳化硅納米線的高倍掃描電鏡照片。