碳化硅(SiC)粉体制备技术综述:从传统到前沿
碳化硅(SiC),作为关键的工业原料,因其卓越的物理与化学特性——高熔点、优异的热导率、出色的抗氧化性和高温强度、以及卓越的化学稳定性和耐磨性,在众多领域中扮演着不可或缺的角色。其早期制备主要依赖于碳热还原法,即Acheson法,此法因原料成本低廉和工艺简便,成为工业化合成SiC粉体的基石。
1、固相法 碳热还原法(Acheson法)
由Acheson首创,通过高温下石英砂与碳质材料反应制得α-SiC。该法因经济高效、易于大规模生产,至今仍为工业首选。通过原料细化、混料改进和催化剂引入,可进一步提升产品质量至纳米级别。
2、燃烧合成法(自蔓延高温合成)
利用外部点火引发自持放热反应,合成新材料。该法成本低、工艺简洁,但控制难度大,可能产生复杂相。
3、机械粉碎法
通过外力作用破碎材料,实现超细粉体制备。尽管设备与工艺简单,成本低廉,产量高,但易引入杂质。
4、液相法
溶胶-凝胶法
借助溶胶-凝胶技术,实现Si源和C源的分子级均匀混合,合成温度低、粒度小、纯度高,适用于实验室高纯超细粉体制备。
5、热分解法
通过有机聚合物的热分解生成SiC粉体,分为直接分解与骨架形成两种路径,关键在于先驱体的合成。
6、气相法
化学气相沉积法(CVD法)
通过气体间的化学反应在密闭环境下沉积生成新物质,适合高纯纳米级SiC粉体的制备,但批量生产与收集存在挑战。
7、激光诱导化学气相沉积法(LICVD)
利用激光作为热源促进气体分子反应,形成纳米SiC颗粒,适用于单质、无机化合物和复合材料超细粉末的合成。
8、等离子体法
采用电弧、感应或微波加热产生等离子体,加速化学反应,快速冷却后获得纳米颗粒。该法反应迅速,但设备要求高,效率有待提高,尚处于研发阶段。
这些制备方法各具特色,根据具体应用需求选择合适的工艺,能够有效提升SiC粉体的性能与应用范围。
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