碳化硅粉體的制備技術(shù)就其原始原料狀態(tài)分為固相合成法和液相合成法。

固相法主要有碳熱還原法和硅碳直接反應(yīng)法。碳熱還原法又包括阿奇遜法、豎式爐法和高溫轉(zhuǎn)爐法。阿奇遜法首先由Acheson發(fā)明,是在Acheson電爐中,石英砂中的二氧化硅被碳所還原制得SiC,實(shí)質(zhì)是高溫強(qiáng)電場作用下的電化學(xué)反應(yīng),己有上百年大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的歷史,這種工藝得到的SiC顆粒較粗。此外,該工藝耗電量大,其中用于生產(chǎn),為熱損失。

20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的法對古典Acheson法進(jìn)行了改進(jìn),80年代出現(xiàn)了豎式爐、高溫轉(zhuǎn)爐等合成β一SiC粉的新設(shè)備,90年代此法得到了進(jìn)一步的發(fā)展。Ohsakis等利用SiO2與Si粉的混合粉末受熱釋放出的SiO氣體,與活性炭反應(yīng)制得日一,隨著溫度的提高及保溫時間的延長,放出的SiO氣體,粉末的比表面積隨之降低。

硅、碳直接反應(yīng)法是對自蔓延高溫合成法的應(yīng)用,是以外加熱源點(diǎn)燃反應(yīng)物坯體,利用材料在合成過程中放出的化學(xué)反應(yīng)熱來自行維持合成過程。除引燃外無需外部熱源,具有耗能少、設(shè)備工藝簡單、生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn),其缺點(diǎn)是目發(fā)反應(yīng)難以控制。此外硅、碳之間的反應(yīng)是一個弱放熱反應(yīng),在室溫下反應(yīng)難以點(diǎn)燃和維持下去,為此常采用化學(xué)爐、將電流直接通過反應(yīng)體、對反應(yīng)體進(jìn)行預(yù)熱、輔加電場等方法補(bǔ)充能量。

液相合成法

液相法主要有溶膠一凝膠法和聚合物分解法。Ewell年等首次提出溶膠一凝膠法法,而真正用于陶瓷制備則始于1952年左右。該法以液體化學(xué)試劑配制成的醇鹽前驅(qū)體,將它在低溫下溶于溶劑形成均勻的溶液,加入適當(dāng)凝固劑使醇鹽發(fā)生水解、聚合反應(yīng)后生成均勻而穩(wěn)定的溶膠體系,再經(jīng)過長時間放置或干燥處理,濃縮成Si和C在分子水平上的混合物或聚合物,繼續(xù)加熱形成混合均勻且粒徑細(xì)小的Si和C的兩相混合物,在1460一1600℃左右發(fā)生碳還原反應(yīng)最終制得SiC細(xì)粉。控制溶膠一凝膠化的主要參數(shù)有溶液的pH值、溶液濃度、反應(yīng)溫度和時間等。該法在工藝操作過程中易于實(shí)現(xiàn)各種微量成份的添加,混合均勻性好；但工藝產(chǎn)物中常殘留羥基、有機(jī)溶劑對人的身體有害,原料成本高且處理過程中收縮量大是其不足。

有機(jī)聚合物的高溫分解是制備碳化硅的有效技術(shù)：

一類是加熱凝膠聚硅氧烷發(fā)生分解反應(yīng)放出小單體,最終形成SiO2和C,再由碳還原反應(yīng)制得SiC粉。

另一類是加熱聚硅烷或聚碳硅烷放出小單體后生成骨架,最終形成SiC粉末。

當(dāng)前運(yùn)用溶膠一凝膠技術(shù)把SiO2制成以SiO2為基的氫氧衍生物的溶膠/凝膠材料,保證了燒結(jié)添加劑與增韌添加劑均勻分布在凝膠之中,為形成高性能的碳化硅陶瓷粉末提供了條件。