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1、2004年1月西安石油大學學報(自然科學版)Jan.2004第19卷第1期JournalofXi′anShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.19No.1文章編號:100125361(2004)0120066204SiC晶須制備方法及應用Preparationandapplicationsofsiliconcarbonwhiskers(SiCw)1231寧叔帆,劉曉霞,馬勇,陳壽田(11西安交通大學電氣工程學院,陜西西安710049;21西安科技大學材料科學與工程學院,陜西西安710032;31西安電子科技大學技術(shù)物
2、理學院陜西西安710071)摘要:目前生產(chǎn)SiCw(碳化硅晶須)的方法主要有氣相反應法和固體材料法兩大類.氣相反應法應用最為普遍的是氣相沉積法(CVD法);固體材料法生產(chǎn)SiCw主要有VLS機理和VS機理.生產(chǎn)出的SiCw主要用作高強度、高硬度結(jié)構(gòu)材料的增強、增韌.使用SiCw增強、增韌的材料,可廣泛用于航空航天、軍事和民用等眾多工業(yè)領(lǐng)域.關(guān)鍵詞:碳化硅晶須;制備方法;氣相反應法;固體材料法中圖分類號:TB383文獻標識碼:ASiC晶須(SiCw)是一種直徑為納米級至微米級熔點(>2700℃)、高強度(抗拉強度為2100kg?242[2]的具有高度取向性的短纖維
3、單晶材料,晶體內(nèi)化學cm)、高模量(彈性模量為4.9×10kg?cm)、低熱雜質(zhì)少,無晶粒邊界,晶體結(jié)構(gòu)缺陷少,結(jié)晶相成分膨脹率及耐腐蝕等優(yōu)良特性.作為金屬基、陶瓷基和均一,長徑比大,其強度接近原子間的結(jié)合力,是最高聚物基等先進復合材料的優(yōu)良增強劑,已廣泛應接近于晶體理論強度的材料,具有很好的比強度和用于機械、電子、化工、能源、航空航天及環(huán)保等眾多[3]比彈性模量.SiCw具有類似金剛石的晶體結(jié)構(gòu),有A領(lǐng)域.隨著先進的分析工具和生產(chǎn)技術(shù)裝備的發(fā)型(六方和菱方結(jié)構(gòu))和B型(面心立方結(jié)構(gòu))2種晶展,人們對SiCw的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系的研究逐步深[1]型,B型各方面性能優(yōu)
4、于A型,見表1.入,開發(fā)了一系列新的SiCw制備技術(shù)和新的用途.晶須強化增韌被認為是解決材料高溫韌性的有SiCw不但自身具有高技術(shù)、高附加值的特點,而且效方法,而且與連續(xù)纖維強化增韌相比,晶須增韌的對許多相關(guān)的高技術(shù)應用領(lǐng)域的發(fā)展起著至關(guān)重要工藝更為簡便.因此,各種先進復合材料對晶須的需的作用.3求量不斷增加.SiCw具有低密度(3.21g?cm)、高表1A型和B型SiCw性能對比晶須晶須直徑晶須長度密度?耐受溫度模量抗拉強度硬度名稱?Lm?Lm(g·cm-2)?℃?GPa?GPa?MobsB2SiCw0.05～0.210～403.22296048020.89.
5、5A2SiCw0.1～1.050～2003.22180039212.9～13.79.2～9.5種,一種為氣相反應法,即用含碳氣體與含硅氣體反1SiCw的合成方法應;或者分解一種含碳、硅化合物的有機氣體合成SiCw的方法.另一種為固體材料法,即利用載氣通SiCw是極端各向異性生長的晶體,是在SiC粒過含碳和含硅的混合材料,在與反應材料隔開的空子的基礎上通過催化劑的作用,沿〈111〉面生長的短間形成SiCw的合成方法.在這兩種方法中,固體材纖維狀晶體,目前生產(chǎn)SiCw的方法大體上可分為兩料法更經(jīng)濟,適合工業(yè)化生產(chǎn).無論哪種方法,為了收稿日期:2003205213作者
6、簡介:寧叔帆(19712),男,陜西西安人,講師,主要從事納米無機非金屬材料方面的研究.寧叔帆等:SiC晶須制備方法及應用—67—使晶須生長,Si和C都必須為氣相或進入液相成分.112固體材料法合成SiCw111氣相反應法合成SiCw固體材料法可以使用大量不同類型的原料催化氣相反應法合成SiCw,化學氣相沉積(CVD劑大規(guī)模、工業(yè)化生產(chǎn)SiCw,主要通過氣(V)2液法)技術(shù)應用得最為普遍,可合成高純度的SiCw,可(L)2固(S)機理(簡稱VLS機理)和氣(V)2固(S)機[4,5]以通過下列具體途徑來實現(xiàn):理(簡稱VS機理)來實現(xiàn).方法1利用有機硅化合物,如S
7、i(CH3)Cl,11211通過VLS機理合成SiCwVLS機理是在CH3SiCl3等在1100～1500℃溫度范圍內(nèi)的熱分解Fe,Ni,NaF等催化劑作用下,高溫液相中的硅與碳[7,8]或氫還原,即反應,以過飽和原理析出SiC晶須,合成總反應CH3SiCl3(氣體)+H2(載體)→SiC(晶須)+式如下:3HCl+H2(載體);(1)SiO2+3C→SiC+2CO(3)方法2SiCl4等鹵化物和CCl4或烴類在1200其中存在如下基元反應,～1500℃的溫度范圍內(nèi)的氫還原反應,即SiO2+C→SiO+CO(4)SiCl4(氣體)+CxHy+H2→SiC(晶須)
8、+HCl+SiO+C→S
