片状碳源微波合成SiC粉体的工艺及机理研究

发布时间：2020-05-23 05:17

【摘要】：微波加热具有快速、环保、节能等优点。利用微波加热技术合成碳化硅(SiC)粉体已成为国内外的研究重点,但目前主要采用颗粒状碳源合成SiC,在加热过程中,颗粒状碳源吸收微波产生弥散分布的热点,热量不集中且热传导受限,导致SiC的合成周期较长。本文以石墨纸为片状碳源,利用溶胶-凝胶法水解正硅酸乙酯(TEOS)制备SiO_2包裹SiC晶种作为硅源,设计两种粉末成型方法制备预烧样品,采用微波加热合成了SiC。研究了加热温度、石墨纸层数、晶种含量和保温时间对微波合成SiC的影响,阐明了片状碳源微波合成SiC的加热机理。研究结果表明:加热温度影响SiC的合成;针状SiC晶须在1300℃合成;棒槌状SiC晶须在1400℃合成;在1500℃的加热温度下SiC晶须氧化分解为SiC颗粒。石墨纸层数影响SiC的合成;在5层石墨纸下,产物中除了有SiC颗粒合成,还有Si纳米线生成;在30层石墨纸下,产物中合成了长为10~15μm,宽为0.8~1μm的SiC晶须。晶种含量影响SiC的合成;花簇状的SiC颗粒在晶种含量为0 wt%时产生;晶种含量为2 wt%时,产物中合成了SiC纳米线。保温时间影响SiC的合成;在30 min的保温时间下,产物中合成了棒状SiC;120 min的长保温时间导致SiC的氧化分解。在微波加热过程中,热效应和非热效应都有助于微波加热合成SiC。相比受限热传导模式,非受限热传导模式中,SiC的生长相对较好。
【图文】：

示意图,双原子,示意图

图 1.1 3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC 和 15R-SiC 中 C-Si 双原子层排列示意图Figure 1.1 Schematic diagram of C-Si diatomic layer arrangement in 3C-SiC, 4H-SiC,6H-SiC and 15R-SiC1.3 SiC 的性能与应用SiC 的莫氏硬度为 9.2~9.5，高于刚玉，低于金刚石和碳化硼，广泛用做磨料磨具材料，不但是上世纪 90 年代国内外磨料磨具行业的支撑材料，而且还是机械加工行业关键材料；化学稳定性好，，抵抗酸碱腐蚀能力强，通常用做复杂环境耐腐蚀涂层材料；热导率高，饱和电子漂移速度快，用做耐火材料、发热体和换热器材料；禁带宽度达到 2.3~3.3 eV，能带间隙宽，抗辐射性优良，可以替代 Si 应用于高频率、高功率和高温光电子器件；临界击穿场强高，可用做声表面波功能器件；密度低，熔点高，热稳定性好，常常用作复合材料的增强剂；具有荧光性能，可以用做高灵敏度、高精确度、高可靠性的芯片光子器件，是新科技革命和产业变革的重大战略支撑材料。因此，作为一种性能优越的结构功能一体化材料，

吸收状态,材料,吸收体

第一章绪论材料对微波的不同吸收状态，材料可分为四大类[68]，如图 1.2 所示具有较低的介电损耗能力，材料不吸收微波，反而微波完整透过材体，例如：特氟龙、石英等；(b)吸收体：具有高介电损耗能力，微完全吸收，例如：水、SiC 等；(c)反射体：微波在材料表面全部被反的能量可以忽略，例如：所有金属块体；(d)混合吸收体：主要是先合材料或多相材料；其中至少有一相作为高损耗吸收体，而其他材缘体，这类材料通过局部吸收微波完成能量的转换，例如：聚合物MC)、陶瓷基复合材料(CMC)、金属基复合材料(MMC)。
【学位授予单位】：郑州航空工业管理学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ163.4;TB383.3

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