[發(fā)明專利]纖維狀納米碳化硅的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310471679.8
• 申請(qǐng)日: 2013-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103496703A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段濤;張紅;竹文坤;劉琨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/36
• 分類號(hào): C01B31/36;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務(wù)所(普通合伙) 51106
• 代理人: 劉克勤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于硅的化合物的制備，涉及一種纖維狀納米碳化硅的制備方法。?本發(fā)明制備的纖維狀納米碳化硅（SiC）具有大于3000MPa的抗拉強(qiáng)度、高于400GPa的抗拉彈性模量，具有很好的高溫抗氧化性能、抗化學(xué)腐蝕性、抗熱震性和耐磨性能，尤其是在3000℃的超高溫領(lǐng)域仍顯示出、良好的力學(xué)性能；可廣泛應(yīng)用于航天飛機(jī)的鼻錐、飛機(jī)和賽車(chē)的制動(dòng)、火箭噴嘴、衛(wèi)星天線、導(dǎo)彈等高技術(shù)裝備中，在納米微系統(tǒng)也具有廣泛的用途。?

背景技術(shù)

自從1991年Iijima?S發(fā)現(xiàn)碳納米管以來(lái)，纖維狀一維納米材料引起了廣泛關(guān)注。一維納米材料如納米纖維、納米線、納米管、納米棒具有特殊性能，它為實(shí)現(xiàn)微系統(tǒng)器件的微型化和功能化創(chuàng)造了條件，已廣泛應(yīng)用于磁性、光電、光學(xué)、電子和催化等材料。?

現(xiàn)有技術(shù)中，一維制備碳化硅（SiC）的方法主要有：化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠碳熱還原法、硅鹵化物和CCl₄?、CCl₃SiCl_4?的氫化、在1700℃下SiO和C反應(yīng)等方法。例如：①在文獻(xiàn)Transactions?of?Nonferrous?Metals?Society?of?China,?2009,?19(5):?1146-1150中報(bào)道了用催化化學(xué)氣相沉積（CCVD）在碳纖維的表面原位沉積碳化硅纖維。CVD法制備碳化硅纖維采用鎢絲或碳纖維細(xì)絲等芯線，使有機(jī)硅等在氮?dú)饬髦校谧茻岬男揪€表面進(jìn)行反應(yīng)，因?yàn)橛行揪€，所以是一種復(fù)合纖維，而且其成品的直徑較粗。由于生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，極大的限制了CVD法的應(yīng)用。②文獻(xiàn)Materials?Chemistry?and?Physics,?2009,?118(1):?259-263中報(bào)道了一種通過(guò)滲透和熱解聚烯丙羥基碳硅烷（AHPCS）到陽(yáng)極氧化鋁模板制得多孔納米碳化硅纖維。先驅(qū)體法制備連續(xù)的SiC纖維分為有機(jī)先驅(qū)體合成、熔融紡絲、原纖維不熔化處理和高溫?zé)岱纸馑膫€(gè)步驟，工序多，操作比較困難、繁瑣。③文獻(xiàn)Materials?Chemistry?and?Physics,?2012,?134(1):?13-15中報(bào)道了在1425℃下，在25%的H₂/Ar氣氛下通過(guò)剝離含有二氧化硅納米粒子的石墨制成β–SiC納米纖維，其形貌呈層狀的，其采用的是碳熱還原法而沒(méi)有使用金屬催化劑Fe、Pt。④公開(kāi)號(hào)CN?103145129?A公開(kāi)了通過(guò)硅凝膠、葡萄糖、尿素、硝酸、聚丙烯酰胺（PAM）等原料制備前驅(qū)體，通過(guò)碳熱還原前驅(qū)體得到碳化硅納米纖維；⑤公開(kāi)號(hào)CN?101850972?A公開(kāi)了把硝酸鹽溶解于乙醇或水中，然后向溶液中加入以正硅酸乙酯或水玻璃為硅源的物質(zhì)，再向棉花浸漬其中，將棉花取出后，在60～110℃條件下干燥5～30h，得到碳化硅前驅(qū)體；將碳化硅前驅(qū)體在氬氣的保護(hù)下，升溫至1100～1400℃進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)3～20h，反應(yīng)冷卻至室溫，得到初級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物；將初級(jí)產(chǎn)物在空氣中加熱到600～800℃，灼燒1～5h，除去未反應(yīng)的碳；再酸洗、洗滌、過(guò)濾、烘干、最終得到碳化硅納米線。⑥公開(kāi)號(hào)CN?101786622?A公開(kāi)了將酚醛樹(shù)脂加入工業(yè)水玻璃中，制得碳硅二元凝膠；制得的凝膠在60～110℃下，干燥5～30h；將干凝膠在氬氣的保護(hù)下，升溫至1100～1400℃進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)3～20h，反應(yīng)冷卻至室溫，得到初級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物；在600～800℃下焙燒1～5h，除去未反應(yīng)的碳；再酸洗、洗滌、過(guò)濾、烘干、最終得到碳化硅納米線。但是，現(xiàn)有技術(shù)制備碳化硅的方法中普遍存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、產(chǎn)率低且易造成環(huán)境污染等缺點(diǎn)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種纖維狀納米碳化硅的制備方法。本發(fā)明以碳源和主要化學(xué)成分為二氧化硅（SiO₂）的纖維蛇紋石為原材料，在自蔓延反應(yīng)裝置或管式氣氛爐中通過(guò)碳熱還原反應(yīng)獲得高純纖維狀納米碳化硅（SiC），原料易得、設(shè)備與工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好且纖維狀納米碳化硅產(chǎn)率高；制備的纖維狀納米碳化硅（SiC）具有大于3000MPa的抗拉強(qiáng)度、高于400GPa的抗拉彈性模量，具有很好的高溫抗氧化性能、抗化學(xué)腐蝕性、抗熱震性和耐磨性能，尤其是在3000℃的超高溫領(lǐng)域仍顯示出、良好的力學(xué)性能；可廣泛應(yīng)用于航天飛機(jī)的鼻錐、飛機(jī)和賽車(chē)的制動(dòng)、火箭噴嘴、衛(wèi)星天線、導(dǎo)彈等高技術(shù)裝備中，在納米微系統(tǒng)也具有廣泛的用途。?

本發(fā)明的內(nèi)容是：一種纖維狀納米碳化硅的制備方法，其特征是包括下列步驟：?