CN117466645A - 一种碳硅化铝晶须及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于陶瓷材料技术领域,涉及一种碳硅化铝晶须及其制备方法,制备方法包括:将催化剂、溶剂、铝源、硅源和碳源混合,干燥,埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;其中所述催化剂为镍基催化剂、铁基催化剂或钴基催化剂中的一种或几种组合。与现有技术相比,本发明所制备的碳硅化铝晶须粗细均匀、具有更大的比表面积;碳硅化铝晶须特有的二维线状结构对陶瓷材料内部的包裹性更好,不仅可以起到“支架”的桥连作用,在高温氧化时还可以先被氧化;通过改变催化剂的种类,可以制备得到不同尺寸的碳硅化铝晶须,从而实现碳硅化铝晶须尺寸的可控,能够满足不同行业的生产需求。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷材料技术领域,涉及一种碳硅化铝晶须及其制备方法。
背景技术
陶瓷材料由于其高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、声光、超导、生物相容等一系列优良性能,被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等国民经济的各个领域。但陶瓷材料的致命缺点是脆性大,耐冲击能力低、易碎。目前,在陶瓷基体中引入陶瓷晶须可以显著提高陶瓷材料的断裂韧性,通过裂纹偏转弯曲、脱粘效应、拔出效应和晶须桥连等机制来提高陶瓷的韧性和强度。
目前常用的陶瓷晶须主要有:氧化物晶须(如Al2O3、MgO、ZnO、莫来石)、碳化物晶须(如SiC、TiC、NbC)和氮化物晶须(如Si3N4、AlN)等。中国专利CN113666749A和CN108928821A报道了三元碳化物碳硅化铝(即Al4SiC4)陶瓷具有较低的密度(3.03g/cm3)、较高的熔点(>2700℃)、低热膨胀系数和优异的抗氧化、抗水化性能。但是对于Al4SiC4陶瓷的晶须生长研究还未有报道。
因此,如何将碳硅化铝陶瓷定向生长为晶须,从而进一步提高其增韧性,成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种碳硅化铝晶须及其制备方法,用于解决碳硅化铝陶瓷韧性较差的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括:
将催化剂、溶剂、铝源、硅源和碳源混合,干燥,埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;其中所述催化剂为镍基催化剂、铁基催化剂或钴基催化剂中的一种或几种组合。
进一步地,所述镍基催化剂为硝酸镍或乙酰丙酮镍;所述铁基催化剂为硝酸铁或乙酰丙酮铁;所述钴基催化剂为硝酸钴或乙酰丙酮钴。
进一步地,所述溶剂选自醇类溶剂、酮类溶剂或酯类溶剂中的一种或几种。
进一步地,所述铝源为铝粉,所述硅源为硅粉,所述碳源为石墨粉。
进一步地,所述催化剂的粒径≥50μm;所述铝粉的粒径≤100μm;所述石墨粉的粒径≤50μm;所述硅粉的粒径≤100μm。
进一步地,所述催化剂、溶剂、铝源、硅源和碳源的混合过程包括:先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解,然后加入铝源、硅源和碳源球磨混合。
进一步地,由所述催化剂、铝源、硅源和碳源组成的混合物中,各组分质量含量分别为:铝源22~28%、硅源41~47%、碳源27~33%和催化剂0.7~1.3%。
进一步地,干燥过程中,干燥温度为80~120℃,干燥时间为5~10h。
进一步地,埋碳烧结过程中,烧结温度为1400~1500℃,烧结时间为1~4h。
一种碳硅化铝晶须,采用如上所述方法制备而成。
与现有技术相比,本发明具有以下特点:
1)本发明采用简单的一锅法混合,将铝粉、硅粉以及石墨粉作为碳硅化铝晶须的制备原料,在催化剂的作用下,碳硅化铝晶须以气-液-固的机理催化生长,且所得碳硅化铝(Al4SiC4)晶须粗细均匀、具有更大的比表面积;碳硅化铝晶须特有的二维线状结构对陶瓷材料内部的包裹性更好,不仅可以起到“支架”的桥连作用,在高温氧化时还可以先被氧化;通过改变催化剂的种类,可以制备得到不同尺寸的碳硅化铝晶须,从而实现碳硅化铝晶须尺寸的可控,能够满足不同行业的生产需求。实施例的结果显示,本发明提供的制备方法制备得到的碳硅化铝晶须的平均直径为50~1000nm;
2)本发明采用的原料来源广、价格低廉,制备方法简单、重复性好、生产周期短,适宜工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的碳硅化铝晶须的SEM图;
图2为本发明实施例1制备的碳硅化铝晶须的EDS(线扫)图;
图3为本发明实施例1制备的碳硅化铝晶须的XRD图;
图4为本发明实施例2制备的碳硅化铝晶须的SEM图;
图5为本发明实施例3制备的碳硅化铝晶须的SEM图;
图6为对比例1制备的碳硅化铝的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)将催化剂、溶剂、铝粉、硅粉和石墨粉混合,得到混合物;其中所述催化剂包括镍基催化剂、铁基催化剂和钴基催化剂中的一种或几种;
(2)将所述步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须。
本发明将催化剂、溶剂、铝粉、硅粉和石墨粉混合,得到混合物。本发明对所述催化剂、溶剂、铝粉、硅粉和石墨粉的具体来源没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中,所述催化剂、溶剂、铝粉、硅粉和石墨粉的混合具体优选为:先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉球磨混合。本发明通过采用上述方式混合,可以使各组分混合的更加均匀。
在本发明中,所述超声溶解的时间优选为30~60min,更优选为40~60min,进一步优选为50~55min。本发明对所述超声溶解的功率没有特殊的限定,根据本领域技术人员的技术常识确定即可。本发明通过超声溶解,能够使催化剂在溶剂中充分分散。
在本发明中,所述球磨混合优选在球磨罐中进行;所述球磨混合的时间优选为2~3h,更优选为2.5~3h,进一步优选为2.5h。本发明对所述球磨混合时的转速没有特殊的限定,根据本领域技术人员的技术常识确定即可。本发明通过球磨混合,可以使各组分充分的混合均匀。
在本发明中,所述催化剂优选包括镍基催化剂、铁基催化剂和钴基催化剂中的一种或几种。在本发明中,所述镍基催化剂优选为硝酸镍或乙酰丙酮镍;所述铁基催化剂优选为硝酸铁或乙酰丙酮铁;所述钴基催化剂优选为硝酸钴或乙酰丙酮钴。本发明通过采用不同的催化剂,可以制备得到尺寸大小不同的碳硅化铝晶须,满足不同行业的生产需求。
在本发明中,所述催化剂的粒径优选≥50μm,更优选为50~100μm,进一步优选为60~80μm;所述催化剂的纯度优选≥98%,更优选≥99%,进一步优选为99%。在本发明中,所述铝粉的粒径优选≤100μm,更优选为50~100μm,进一步优选为60~70μm;所述铝粉的纯度优选≥98%,更优选为98~99%,进一步优选为99%。在本发明中,所述石墨粉的粒径优选≤50μm,更优选为35~50μm,进一步优选为40~50μm;所述石墨粉的纯度优选≥98%,更优选为98~98.5%。在本发明中,所述硅粉的粒径优选≤100μm,更优选为50~100μm,进一步优选为60~80μm;所述硅粉的纯度优选≥2N,更优选为2N~3N。本发明通过控制原料的粒度和纯度,一方面可以使原料混合的更加充分,更容易发生化学反应,另一方面可以降低杂质的含量。
在本发明中,以所述铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计优选为:铝粉22~28%、硅粉41~47%、石墨粉27~33%和催化剂0.7~1.3%,更优选为:铝粉23~27%、硅粉42~46%、石墨粉28~32%和催化剂0.8~1.2%,进一步优选为:铝粉24~26%、硅粉43~45%、石墨粉29~31%和催化剂0.9~1.1%。本发明通过控制各组分的用量,在催化剂的作用下,可以使大部分原料生成碳硅化铝晶须,碳硅化铝晶须以气-液-固的机理催化生长,且所得碳硅化铝晶须粗细均匀、具有更大的比表面积。
在本发明中,所述溶剂优选包括醇类溶剂、酮类溶剂和酯类溶剂中的一种或几种,更优选为乙醇、丙酮和乙酸乙酯中的一种或几种,进一步优选为乙醇。本发明通过采用上述溶剂,可以进一步使原料混合均匀。
本发明对所述溶剂的用量没有特殊的限定,能够保证各组分充分溶解或混合均匀即可。
得到混合物后,本发明将所述混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须。
在本发明中,所述干燥处理的温度优选为80~120℃,更优选为90~110℃,进一步优选为100℃;所述干燥处理的时间优选为5~10h,更优选为6~9h,进一步优选为7~8h。本发明通过干燥处理,可以将混合物中的溶剂去除,从而便于后续的埋碳烧结。
在本发明中,所述埋碳烧结的温度优选为1400~1500℃,更优选为1425~1475℃,进一步优选为1450℃;所述埋碳烧结的时间优选为1~4h,更优选为2~3h,进一步优选为2.5h。本发明通过控制埋碳烧结的参数,烧结过程中,在催化剂的作用下,碳硅化铝晶须以V-L-S(气-液-固)生长机理大量生长。
本发明采用简单的一锅法混合,将铝粉、硅粉以及石墨粉作为碳硅化铝晶须的制备原料,在催化剂的作用下,碳硅化铝晶须以气-液-固的机理催化生长,且所得碳硅化铝晶须粗细均匀、具有更大的比表面积;碳硅化铝晶须特有的二维线状结构对陶瓷材料内部的包裹性更好,不仅可以起到“支架”的桥连作用,在高温氧化时还可以先被氧化;通过改变催化剂的种类,可以制备得到尺寸大小不同的碳硅化铝晶须,能够满足不同行业的生产需求;采用的原料来源广、价格低廉,制备方法简单、重复性好、生产周期短,适宜工业化生产。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的碳硅化铝晶须。在本发明中,所述碳硅化铝晶须的平均直径优选为50~1000nm。
本发明提供了上述技术方案所述碳硅化铝晶须在国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天和生物医学领域中的应用。本发明对所述应用的具体方式没有特殊的限定,采用本领域技术人员熟知的方式即可。
以下实施例以本发明上述技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1:以硝酸镍为催化剂
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解55min,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合2.5h,得到混合物;
其中催化剂为硝酸镍,催化剂的粒径为60~80μm,催化剂的纯度≥98%;铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂为乙醇;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计为:铝粉25%、硅粉44%、石墨粉30%和催化剂1%;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为100℃,干燥处理的时间为7h;埋碳烧结的温度为1450℃,埋碳烧结的时间为2.5h。
图1为本发明实施例1制备的碳硅化铝晶须的SEM图。由图1可以看出,合成出的碳硅化铝晶须平均直径为1μm(1000nm)。
图2为本发明实施例1制备的碳硅化铝晶须的EDS(线扫)图。由图2可以看出,碳硅化铝晶须由铝、硅、碳主要构成,镍在晶须顶部聚集,证明碳硅化铝晶须生长符合气-液-固的生长机理。
表1 EDS线扫元素含量
元素名称 | 元素符号 | 原子百分比(%) | 重量百分比(wt%) |
铝 | Al | 50.22 | 67.79 |
碳 | C | 47.36 | 28.45 |
硅 | Si | 2.19 | 3.08 |
镍 | Ni | 0.23 | 0.68 |
图3为本发明实施例1制备的碳硅化铝晶须的XRD图。由图3可以看出,XRD图主要由碳硅化铝、SiC和石墨C的衍射峰组成,SiC和石墨C是因为反应体系中加入了过量的Si粉和石墨C粉,高温烧结过程中部分Si粉和石墨C粉发生反应生成SiC。由图2~图3可知,在催化剂的作用下,碳硅化铝晶须催化生长。
实施例2:以硝酸铁为催化剂
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解55min,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合2.5h,得到混合物;
其中催化剂为硝酸铁,催化剂的粒径为60~80μm,催化剂的纯度≥98%;铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂为乙醇;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计为:铝粉25%、硅粉44%、石墨粉30%和催化剂1%;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为100℃,干燥处理的时间为7h;埋碳烧结的温度为1450℃,埋碳烧结的时间为2.5h。
图4为本发明实施例2制备的碳硅化铝晶须的SEM图。由图4可以看出,合成出的碳硅化铝晶须平均直径为200nm。
实施例3:以硝酸钴为催化剂
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解55min,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合2.5h,得到混合物;
其中催化剂为硝酸钴,催化剂的粒径为60~80μm,催化剂的纯度≥98%;铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂为乙醇;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计为:铝粉25%、硅粉44%、石墨粉30%和催化剂1%;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为100℃,干燥处理的时间为7h;埋碳烧结的温度为1450℃,埋碳烧结的时间为2.5h。
图5为本发明实施例3制备的碳硅化铝晶须的SEM图。由图5可以看出,合成出的碳硅化铝晶须平均直径为80nm。
对比例1:无催化剂
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)向溶剂中加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合2.5h,得到混合物;
其中铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂为乙醇;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计为:铝粉25%、硅粉45%、石墨粉30%;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为100℃,干燥处理的时间为7h;埋碳烧结的温度为1450℃,埋碳烧结的时间为2.5h。
图6为对比例1制备的碳硅化铝的SEM图。由图6可以看出,合成出的碳硅化铝中不含有晶须。
由实施例1~3和对比例1的对比可以看出,通过在制备碳硅化铝时加入催化剂,可以促进碳硅化铝晶须的生长,而不加入催化剂时,则不会生成碳硅化铝晶须,同时采用不同种类的催化剂,得到的碳硅化铝晶须的尺寸不同,说明通过控制催化剂的种类,可以实现碳硅化铝晶须的可控性。
实施例4:不同超声时间
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合2.5h,得到混合物;
其中催化剂为硝酸镍,催化剂的粒径为60~80μm,催化剂的纯度≥98%;铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂为乙醇;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计为:铝粉25%、硅粉44%、石墨粉30%和催化剂1%;超声溶解时间分别为30min、40min、50min、52min、55min、60min;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为100℃,干燥处理的时间为7h;埋碳烧结的温度为1450℃,埋碳烧结的时间为2.5h。
实施例5:不同球磨时间
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合,得到混合物;
其中催化剂为硝酸镍,催化剂的粒径为60~80μm,催化剂的纯度≥98%;铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂为乙醇;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计为:铝粉25%、硅粉44%、石墨粉30%和催化剂1%;球磨时间分别为2h、2.5h、3h;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为100℃,干燥处理的时间为7h;埋碳烧结的温度为1450℃,埋碳烧结的时间为2.5h。
实施例6:不同铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂质量含量
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解55min,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合2.5h,得到混合物;
其中催化剂为硝酸镍,催化剂的粒径为60~80μm,催化剂的纯度≥98%;铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂分别为乙醇、丙酮和乙酸乙酯;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计分别为:
铝粉22%、硅粉43.7%、石墨粉33%和催化剂1.3%;
铝粉28%、硅粉44.3%、石墨粉27%和催化剂0.7%;
铝粉27%、硅粉41%、石墨粉31.2%和催化剂0.8%;
铝粉23%、硅粉47%、石墨粉28.8%和催化剂1.2%;
铝粉24%、硅粉46%、石墨粉28.9%和催化剂1.1%;
铝粉26%、硅粉42%、石墨粉31%和催化剂1%;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为100℃,干燥处理的时间为7h;埋碳烧结的温度为1450℃,埋碳烧结的时间为2.5h。
实施例7:不同溶剂
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解55min,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合2.5h,得到混合物;
其中催化剂为硝酸镍,催化剂的粒径为60~80μm,催化剂的纯度≥98%;铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂分别为乙醇、丙酮和乙酸乙酯;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计为:铝粉25%、硅粉44%、石墨粉30%和催化剂1%;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为100℃,干燥处理的时间为7h;埋碳烧结的温度为1450℃,埋碳烧结的时间为2.5h。
实施例8:不同干燥温度
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合2.5h,得到混合物;
其中催化剂为硝酸镍,催化剂的粒径为60~80μm,催化剂的纯度≥98%;铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂为乙醇;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计为:铝粉25%、硅粉44%、石墨粉30%和催化剂1%;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为80℃、90℃、100℃、110℃、120℃,干燥处理的时间为7h;埋碳烧结的温度分别为1450℃,埋碳烧结的时间为2.5h。
实施例9:不同干燥时间
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合2.5h,得到混合物;
其中催化剂为硝酸镍,催化剂的粒径为60~80μm,催化剂的纯度≥98%;铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂为乙醇;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计为:铝粉25%、硅粉44%、石墨粉30%和催化剂1%;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为100℃,干燥处理的时间为5h、6h、7h、8h、9h、10h;埋碳烧结的温度为1450℃,埋碳烧结的时间分别为2.5h。
实施例10:不同埋碳烧结温度
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合2.5h,得到混合物;
其中催化剂为硝酸镍,催化剂的粒径为60~80μm,催化剂的纯度≥98%;铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂为乙醇;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计为:铝粉25%、硅粉44%、石墨粉30%和催化剂1%;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为100℃,干燥处理的时间为7h;埋碳烧结的温度分别为1400℃、1425℃、1450℃、1475℃、1500℃,埋碳烧结的时间为2.5h。
实施例11:不同埋碳烧结时间
一种碳硅化铝晶须的制备方法,包括以下步骤:
(1)先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解,然后加入铝粉、硅粉和石墨粉在球磨罐中球磨混合2.5h,得到混合物;
其中催化剂为硝酸镍,催化剂的粒径为60~80μm,催化剂的纯度≥98%;铝粉的粒径为60~70μm,铝粉的纯度≥98%;石墨粉的粒径为40~50μm,石墨粉的纯度≥98%;硅粉粒径为60~80μm,硅粉的纯度≥2N;溶剂为乙醇;以铝粉、硅粉、石墨粉和催化剂的总质量为100%计为:铝粉25%、硅粉44%、石墨粉30%和催化剂1%;
(2)将步骤(1)得到的混合物依次进行干燥处理和埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;干燥处理的温度为100℃,干燥处理的时间为7h;埋碳烧结的温度为1450℃,埋碳烧结的时间分别为1h、1h、2.5h、3h、4h。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碳硅化铝晶须的制备方法,其特征在于,该方法包括:
将催化剂、溶剂、铝源、硅源和碳源混合,干燥,埋碳烧结,得到碳硅化铝晶须;其中所述催化剂为镍基催化剂、铁基催化剂或钴基催化剂中的一种或几种组合。
2.根据权利要求1所述的碳硅化铝晶须的制备方法,其特征在于,所述镍基催化剂为硝酸镍或乙酰丙酮镍;所述铁基催化剂为硝酸铁或乙酰丙酮铁;所述钴基催化剂为硝酸钴或乙酰丙酮钴。
3.根据权利要求1所述的碳硅化铝晶须的制备方法,其特征在于,所述溶剂选自醇类溶剂、酮类溶剂或酯类溶剂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的碳硅化铝晶须的制备方法,其特征在于,所述铝源为铝粉,所述硅源为硅粉,所述碳源为石墨粉。
5.根据权利要求4所述的碳硅化铝晶须的制备方法,其特征在于,所述催化剂的粒径≥50μm;所述铝粉的粒径≤100μm;所述石墨粉的粒径≤50μm;所述硅粉的粒径≤100μm。
6.根据权利要求1所述的碳硅化铝晶须的制备方法,其特征在于,所述催化剂、溶剂、铝源、硅源和碳源的混合过程包括:先将催化剂和溶剂混合后进行超声溶解,然后加入铝源、硅源和碳源球磨混合。
7.根据权利要求1所述的碳硅化铝晶须的制备方法,其特征在于,由所述催化剂、铝源、硅源和碳源组成的混合物中,各组分质量含量分别为:铝源22~28%、硅源41~47%、碳源27~33%和催化剂0.7~1.3%。
8.根据权利要求1所述的碳硅化铝晶须的制备方法,其特征在于,干燥过程中,干燥温度为80~120℃,干燥时间为5~10h。
9.根据权利要求1所述的碳硅化铝晶须的制备方法,其特征在于,埋碳烧结过程中,烧结温度为1400~1500℃,烧结时间为1~4h。
10.一种碳硅化铝晶须,其特征在于,采用如权利要求1至9任一项所述方法制备而成。
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