学年论文_碳化硅纳米晶须的制备与应用

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1、学年论文题目：碳化硅纳米晶须的制备与应用学生：学号：院（系）：材料科学与工程学院专业：材料化学指导教师：2012年06月28日11碳化硅纳米晶须的制备与应用（陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安）摘要介绍了制备SiC纳米晶须的方法，包括：固相材料法（分层加料法、粉末电热体加热法、电场电炉法、双重加热法），液相材料法（溶胶凝胶法）及气相材料法（化学气相沉积法）。分析了各种方法的工艺和特点。对碳化硅纳米晶须的应用和未来研究做了展望。关键词碳化硅纳米晶须应用ResearchonManufactureTechnologyforSiCNano-whiskersAbstract:Somemanuf

2、acturetechnologiesforSiCNano-whiskersarepresented.Theyaretheprocessofsolid-phasesource,includinglayercharging,powder-heatingtechniquedecompositionofsiliconnitride,thetechniqueofelectricfieldfurnace,double-heatingsynthesis;theprocessofliquid-phasesource,includingsol-gelmethod;andtheprocessofvapor-

3、phasesource,includingCVDprocess.ThemechanismandcharacterizationofSiCnano-whiskersareanalyzed.TheapplicationandfutureresearchofSiCnano-whiskersareforecasted.Keywords:SiCnano-whiskers;application0前言碳化硅具有宽带隙、高临界击穿电压、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点，是第三代宽带隙半导体材料，主要应用于高温、高频、大功率、光电子和抗辐射器件。尤其在高速电路器件、高温器件和高功率器件中有着巨大的潜

4、在应用价值。同时，由于SiC具有高强度、高硬度、高抗氧化性、高耐腐蚀性、高导热性和低热膨胀系数等特点，所以SiC微米粉和微米晶须是制备高强高温复合材料大尺寸构件的主要增强相之一。近年来的研究表明：SiC纳米晶须不但是具有特异光学和电学性能的准一维纳米半导体材料，而且还是目前已知所有可能作为晶须状的材料中硬度和强度最高的品种。SiC纳米晶须，与大多数金属不发生反应，并容易构成高硬度、高韧性、高耐磨性、耐高温、抗高温蠕变、低热膨胀系数的超强复合材料和多种高性能复合材料，特别是在制备纳米光电子器件、高强度细小尺寸复合材料构件和薄型复合材料构件、表面纳米增强复合材料方面具有非常诱人的应用前景。因

5、此，如何大量制备SiC纳米晶须显得十分重要。实验研究表明，目前制备的SiC纳米晶须主要是立方相β-SiC晶型。本文介绍了目前国内外已经报道的制备SiC纳米晶须的主要方法。由于制备SiC晶须的方法较多，而采用的原料仅为固、液、气三相之分，因此按照制备材料所处状态把制备方法非为固相材料法、液相材料法和气相材料法三大类。1制备技术的研究1.1固相材料法1.1.1分层加料法[1]分层加料法是以炭黑和微米级SiO211粉为原料，利用炭黑具有导电性的特点，采用分层加料法将粉料放入电场中直接加热，对低能耗、低成本、大规模合成碳化硅晶须进行了初步探索。将炭黑和微米级SiO2粉按化学反应式:SiO2(S)

6、+3C(S)=SiC(S)+2CO(g)基本要求配料，质量百分比别为2：3.4，2：3.2，2:3.0的比例进行配料,试样标记为1号,2号和3号,加金属量为总料量1%的铁红为催化剂,分别在球磨罐中混匀。第一批炉次取2号样8kg，第二批炉次取1号、2号和3号样分别为2kg、4kg、2kg依次装入直接加热炉中，送电加热升温。试样的合成温度1100~1500℃。反应结束以炉内冒出的火焰无力为标志,停电32小时后,将炉料从炉内取出，直接加热反应后的炉料分上部生料、中间晶须和下部晶粒。在直接加热合成碳化硅晶须过程中，采用分层加料，通过改善炉料导电行为，产生如下效果:(1)有利于炉子前期送电，减少后

7、期对电器设备的苛刻要求和对电网的冲击;(2)有利于上部炉料先期生成的催化剂捕集气体SiO(g)和CO(g)进而生成SiC;(3)上部炉料先反应体积相对稳定为晶须生长提供空间；(4)上部炉料电阻小，可自发热，提供能量促使反应进行，上部生料少，晶须生成率提高21个百分点;(5)可提高直接加热法合成碳化硅晶须效率。综上所述,分层加料是直接加热合成碳化硅晶须的有效方法。1.1.1粉末电热体加热法[2]粉末电热体加热法是以炭黑、SiO2微粉为