超細(xì)煤基β-SiC粉體的構(gòu)筑及其結(jié)構(gòu)特性的研究.pdf

1、碳化硅具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、高的載流子遷移率、介電常數(shù)低及硬度高等特點(diǎn)，成為最有應(yīng)用前景的半導(dǎo)體材料之一，而納米級(jí)碳化硅粉體更因純度高、粒徑分布范圍小、高比表面積等優(yōu)異特點(diǎn)備受人們的青睞。寧夏是碳化硅生產(chǎn)大省，但所生產(chǎn)的碳化硅大多數(shù)為塊狀的，所以價(jià)格相對(duì)較低，而塊狀的碳化硅則需要通過氣流粉碎才可以得到碳化硅粉體，從而增加了生產(chǎn)成本。本論文在本課題組前期的研究基礎(chǔ)上，主要以寧夏石嘴山市汝箕溝的太西煤為碳源，采用不同的方法合成了納米級(jí)β-S

2、iC顆粒，并對(duì)其物相、形貌等進(jìn)行了表征，為寧夏納米級(jí)碳化硅粉體的制備工藝提供理論依據(jù)。
　　主要實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容及結(jié)果概括如下:
　　1、碳源灰分含量對(duì)碳化硅粉體的影響
　　1)以硅酸鈉為硅源，灰分含量不同的太西煤(6％、10％、20％)經(jīng)不同酸處理劑脫灰后為碳源，在1450℃下采用碳熱還原法制備出不規(guī)則顆粒狀和線狀的β-SiC，粒徑大小集中分布在300～500nm。此外，灰分含量的多少以及酸處理劑種類的不同對(duì)樣品的形貌、

3、尺寸都有較大的影響。
　　2)以硅酸鈉為硅源，脫灰與未脫灰蘭炭為碳源，硝酸鐵為催化劑，制備出碳化硅。反應(yīng)物蘭炭顆粒大小一定的情況下，脫灰和未脫灰所得到的β-SiC的形貌和尺寸不同，脫灰后所得產(chǎn)物結(jié)晶度更高、顆粒尺寸更小，且有棒狀形貌的碳化硅產(chǎn)生。由HR-TEM表征可得，產(chǎn)物的晶格條紋清晰可見，進(jìn)一步說明產(chǎn)物的結(jié)晶度較高，此外，兩相鄰條紋的間距為0.25nm，與3C-SiC的(111)晶面間距相吻合。
　　3)當(dāng)以100目脫灰

4、蘭炭為碳源時(shí)，所得產(chǎn)物的粒徑分布在0.6～1.2μm，以200目脫灰蘭炭為碳源時(shí)，所得產(chǎn)物的粒徑分布在0.3～1.0μm，這說明反應(yīng)原料尺寸的大小在一定程度上可以控制產(chǎn)物的大小。
　　2、微波燒結(jié)制備β-SiC的影響因素
　　1)以太西煤和硅酸鈉為原料，F(xiàn)e(NO3)3·9H2O為催化劑，在1600℃×60 min采用微波燒結(jié)制備出了結(jié)晶度高、純度較高的單一相納米級(jí)β-SiC顆粒，比表面積為16.606 m2/g，產(chǎn)率達(dá)到7

5、5.7％，顆粒尺寸主要分布在70～300 nm。
　　2) FT-IR和XPS譜圖分析進(jìn)一步說明了目標(biāo)產(chǎn)物的存在，高分辨透射電鏡顯示出相鄰的晶格條紋間距為0.25 nm，與β-SiC的(111)面間距相一致且生長(zhǎng)方向?yàn)閇111]，TGA測(cè)試結(jié)果說明產(chǎn)物在800℃以下具有極好的熱穩(wěn)定性和強(qiáng)的抗氧化性。
　　3)在反應(yīng)過程中，當(dāng)遵循氣-液-固(VLS)機(jī)理時(shí)，合成了納米β-SiC顆粒，遵循氣-固(VS)機(jī)理時(shí)，合成了納米β-Si

6、C晶須，β-SiC的整個(gè)生長(zhǎng)過程機(jī)理解釋示意圖和反應(yīng)方程式可以清楚地解釋其生長(zhǎng)機(jī)理。
　　3、前驅(qū)體的構(gòu)筑對(duì)β-SiC的影響
　　1)以太西煤和硅酸鈉為原料，F(xiàn)e(NO3)3·9H2O為催化劑。硅酸鈉和太西煤的混合物加HCl除去Na2O形成的凝膠經(jīng)過紅外干燥和冷凍干燥后得到前驅(qū)體，前驅(qū)體在1450℃、氬氣保護(hù)下，反應(yīng)5h，得到綠色的、粒徑均勻的碳化硅粉末。經(jīng)紅外干燥的前驅(qū)體最終得到的產(chǎn)物的比表面積為13.597 m2/g，粒

7、徑分布在200～300 nm，經(jīng)冷凍干燥的前驅(qū)體最終得到的產(chǎn)物的比表面積為14.878 m2/g，粒徑分布在100～200nm。
　　2)當(dāng)硅酸鈉和太西煤的混合物不加HCl除Na2O，加表面活性劑時(shí)，形成的凝膠經(jīng)紅外干燥后得到前驅(qū)體，前驅(qū)體在1450℃下經(jīng)碳熱還原反應(yīng)后得到的SiC為松散的骨架狀，粒徑大小在200～300 nm，比表面積為11.927 m2/g。
　　4、企業(yè)次級(jí)SiC的提純
　　1)超聲提純比傳統(tǒng)提純