SiC準(zhǔn)一維納米材料的制備及連續(xù)生產(chǎn)納米材料真空可控氣氛爐的設(shè)計.pdf

1、近年來寬帶隙半導(dǎo)體SiC準(zhǔn)一維納米材料已引起了人們極大的興趣，這些納米材料由于其獨特的形貌和性能可使其在光、電及機械等方面具有極大的應(yīng)用潛能。本文對SiC準(zhǔn)一維納米材料的合成及顯微結(jié)構(gòu)進行了較為系統(tǒng)的研究。此外，在采用氣相法制備納米材料的試驗中發(fā)現(xiàn)，目前用于合成納米材料的真空可控氣氛爐通常為單室結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)效率較低，能源浪費大，因此本文針對現(xiàn)有氣相法制備納米材料設(shè)備的上述缺陷，設(shè)計了一臺用于氣相法連續(xù)生產(chǎn)納米材料的三室式真空可控氣氛爐。主

2、要結(jié)果如下： 采用化學(xué)氣相反應(yīng)法，以球磨后的Si粉、SiO<,2>粉和C<,3>H<,6>氣體作為反應(yīng)物，在垂直的管式石墨加熱爐中通過固-氣-固過程，首次合成出帶中脊的β-SiC納米帶。采用掃描電鏡(SEM)、X-Ray衍射儀(XRD)、透射電鏡(TEM)、選區(qū)電子衍射(SAED)和高分辨透射電鏡(HRTEM)等對產(chǎn)物進行了表征，結(jié)果表明：所得β-SiC納米帶具有明顯的中脊，其長度達幾十微米，寬度大約為1～1.5μm，厚度大約為

3、10～20nm，且表面平滑、邊緣齊整。納米帶是由立方結(jié)構(gòu)β-SiC組成，其生長機理為兩步生長模式。 通過控制Si和SiO<,2>粉體的比例及其它工藝條件，在較低的溫度下于自制石墨反應(yīng)室中制備出非晶SiO<,2>包覆的β-SiC同軸納米電纜。數(shù)碼相機、SEM、EDX、XRD、TEM和SAED等對其形貌及微結(jié)構(gòu)的表征結(jié)果為：同軸納米電纜的芯部為直徑在10～60nm左右的立方β-SiC單晶構(gòu)成，而外層是厚度為10nm左右的非晶SiO<

4、,2>包覆層，其長度達幾十微米。其生長過程可用氣液固(VLS)生長機理加以解釋。 本文設(shè)計的氣相法連續(xù)生產(chǎn)納米材料的真空可控氣氛爐主要包括：爐體結(jié)構(gòu)、加熱體、保溫元件、真空系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及相關(guān)輔助設(shè)備等。爐體分為進料、反應(yīng)和出料三個室，并在反應(yīng)室與進、出料室之間分別設(shè)置保溫密封過渡區(qū)，實現(xiàn)了保溫隔熱和密封的分離。這樣原料及產(chǎn)物的進、出爐均可在反應(yīng)室高溫工作狀態(tài)下進行，避免了氣氛爐的反復(fù)升、

5、降溫。因此，氣氛爐只需一次升溫就可以進行連續(xù)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了能源，同時，也保證了所制得產(chǎn)物的純度和質(zhì)量。從而實現(xiàn)了加料、反應(yīng)與出料冷卻三個工藝階段物理位置的分離及時間上的重疊。 在完成連續(xù)生產(chǎn)式真空可控氣氛爐原理設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用AutoCAD工程制圖軟件繪制了各系統(tǒng)的零部件圖，并將三維軟件Pro/Engineer以及動畫模擬軟件3ds max相結(jié)合對連續(xù)生產(chǎn)式真空可控氣氛爐進行了結(jié)構(gòu)造型和動態(tài)模擬，