RU2328444C2 - Method for producing nanofiber silicon carbide - Google Patents

Method for producing nanofiber silicon carbide Download PDF

Info

Publication number
RU2328444C2
RU2328444C2 RU2006117961/15A RU2006117961A RU2328444C2 RU 2328444 C2 RU2328444 C2 RU 2328444C2 RU 2006117961/15 A RU2006117961/15 A RU 2006117961/15A RU 2006117961 A RU2006117961 A RU 2006117961A RU 2328444 C2 RU2328444 C2 RU 2328444C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon
silicon
silicon carbide
temperature
rock
Prior art date
Application number
RU2006117961/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006117961A (en
Inventor
Владимир Викторович Ковалевский (RU)
Владимир Викторович Ковалевский
Александр Николаевич Сафронов (RU)
Александр Николаевич Сафронов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Шунгитон"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Шунгитон" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Шунгитон"
Priority to RU2006117961/15A priority Critical patent/RU2328444C2/en
Publication of RU2006117961A publication Critical patent/RU2006117961A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2328444C2 publication Critical patent/RU2328444C2/en

Links

Abstract

FIELD: nanotechnology.
SUBSTANCE: as a silicon- and carbon-containing materials, the carbonaceous rocks including the evenly distributed in the carbon matrix the silicon-containing components of the laminated aluminum silicate and quartz with the sizes up to 10 mcm, and not less than 25% of the nongraphitic carbon with the siliceous-carbon (SiO2/C) absolute value not more than 2, where SiO2 and C correspond to the silicon dioxide and carbon in the carbonaceous rocks. Heating till 1400-2100°C is performed in the inert atmosphere at the rate of 100-2000 degree/min and such a temperature is maintained within 5-30 min. The obtained material is cooled in the inert medium to the temperature equal to or less than 400°C.
EFFECT: enables said designation.
1 tbl

Description

Изобретение относится к способам получения нановолокнистого карбида кремния и может найти применение в промышленности композиционных и строительных материалов в качестве наполнителя и модификатора.The invention relates to methods for producing nanofiber silicon carbide and may find application in the industry of composite and building materials as a filler and modifier.

В настоящее время наиболее прогрессивными и важными в технологическом плане являются нановолокнистые карбиды кремния и наноструктурированный углерод, совместное использование которых в качестве наполнителей или модификаторов при создании композиционных материалов придает им комплекс уникальных свойств, таких как высокие прочностные показатели, термическая стабильность, химическая стойкость и др.Currently, the most progressive and technologically important are nanofibrous silicon carbides and nanostructured carbon, the joint use of which as fillers or modifiers when creating composite materials gives them a complex of unique properties, such as high strength properties, thermal stability, chemical resistance, etc.

Известен способ получения карбида кремния из смеси мелкодисперсного кремнезема и угля, содержащего, мас.%: углерод 70-91, водород 2-6, кислород 3-20. Уголь предварительно растворяют в среде, содержащей органический растворитель (обезвоженный диметилформамид) и сильное основание (гидроокись натрия или калия) или феноксид, реактивно связанный с органическим растворителем Эта среда может дополнительно содержать фазу, несущую катализатор, такую как краун-эфир. Растворение угля в среде проводят при 90°С в течение 4 часов в инертной атмосфере. Нерастворенный материал удаляют путем центрифугирования при 2600 оборотов/мин в течение 30 мин. Раствор угля перемешивают с кремнеземом и высушивают для удаления воды и растворителя. Полученную смесь гранулируют и нагревают в печи в потоке аргона со скоростью 5-15 град/мин до температуры 1500-1800°С и выдерживают в течение 3-180 мин. Способ позволяет получить карбид кремния в виде наночастиц или волокон игольчатого типа диаметром 40-130 нм (Патент США №6387342, 2002).A known method of producing silicon carbide from a mixture of finely divided silica and coal, containing, wt.%: Carbon 70-91, hydrogen 2-6, oxygen 3-20. Coal is pre-dissolved in a medium containing an organic solvent (dehydrated dimethylformamide) and a strong base (sodium or potassium hydroxide) or phenoxide reactively coupled to an organic solvent. This medium may further comprise a phase carrying a catalyst, such as crown ether. The dissolution of coal in the medium is carried out at 90 ° C for 4 hours in an inert atmosphere. Insoluble material is removed by centrifugation at 2600 rpm for 30 minutes. The coal solution is mixed with silica and dried to remove water and solvent. The resulting mixture is granulated and heated in an oven in an argon stream at a speed of 5-15 deg / min to a temperature of 1500-1800 ° C and held for 3-180 minutes. The method allows to obtain silicon carbide in the form of nanoparticles or needle-type fibers with a diameter of 40-130 nm (US Patent No. 6387342, 2002).

Недостатками способа являются наличие трудоемких стадий подготовки исходного сырья к термообработке и необходимость использования дорогостоящих и токсичных реагентов, что усложняет и удорожает технологический процесс.The disadvantages of the method are the presence of labor-intensive stages of preparation of the feedstock for heat treatment and the need to use expensive and toxic reagents, which complicates and increases the cost of the process.

Известен способ получения нановолокнистого карбида кремния на подложке методом химического осаждения из паровой фазы (метод CVD), в котором в качестве исходного материала используют порошки графита, кремния и металлов (Fe, Cr и/или Ni) как катализатора. В качестве реагентного газа используют водород. Процесс осуществляют при давлении 5-100 мм рт.ст. и температуре 600-1300°С в течение 3-180 мин Способ позволяет получить нановолокна β-карбида кремния в виде отдельных прямых или изогнутых и переплетающихся волокон, образующих сетчатоподобную структуру. Полученные волокна имеют диаметр 10-40 нм и длину в несколько сотен нанометров (Патент США №6221154, 2001).A known method of producing nanofiber silicon carbide on a substrate by chemical vapor deposition (CVD method), in which powders of graphite, silicon and metals (Fe, Cr and / or Ni) are used as a starting material as a catalyst. Hydrogen is used as the reagent gas. The process is carried out at a pressure of 5-100 mm Hg. and a temperature of 600-1300 ° C for 3-180 min. The method allows to obtain β-silicon carbide nanofibers in the form of separate straight or curved and interwoven fibers, forming a mesh-like structure. The resulting fibers have a diameter of 10-40 nm and a length of several hundred nanometers (US Patent No. 6221154, 2001).

Недостатками способа являются низкая производительность метода CVD и высокая стоимость получаемого продукта в силу применения дорогостоящих порошков исходных материалов, что ограничивает его использование в промышленном производстве.The disadvantages of the method are the low productivity of the CVD method and the high cost of the resulting product due to the use of expensive powders of the starting materials, which limits its use in industrial production.

Известен способ получения β-карбида кремния на основе хемогенных калиевых пород шунгита III и/или II разновидностей с величиной глиноземо-железистого модуля (Al2O3+FeO+Fe2O3) не более 0.2, где С, Al2O3, FeO, Fe2O3 - содержание углерода и оксидов алюминия и железа в шунгитовой породе. Шунгит нагревают в вакуумной электропечи при давлении 300-1100 Па до температуры 1900-2100 K со скоростью 200-300 K/час и выдерживают при этой температуре 1 час. Конечный продукт представляет собой карбид кремния β-модификации в виде кристаллических зерен. Содержание β-модификации карбида кремния в продукте составляет 98% при выходе карбида кремния 0.265 кг/кг шунгита (Патент РФ №2169701, 2001).A known method of producing β-silicon carbide based on chemogenic potassium rocks of schungite III and / or II varieties with an alumina-glandular modulus (Al 2 O 3 + FeO + Fe 2 O 3 ) of not more than 0.2, where C, Al 2 O 3 , FeO, Fe 2 O 3 - the content of carbon and oxides of aluminum and iron in schungite rock. Shungite is heated in a vacuum furnace at a pressure of 300-1100 Pa to a temperature of 1900-2100 K at a speed of 200-300 K / h and kept at this temperature for 1 hour. The final product is β-modification silicon carbide in the form of crystalline grains. The content of β-modification of silicon carbide in the product is 98% with a silicon carbide yield of 0.265 kg / kg shungite (RF Patent No. 2169701, 2001).

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет получать нановолокнистые карбиды кремния. Кроме того, известным способом невозможно получить из шунгитовой породы комплексный материал, содержащий нановолокнистые карбиды кремния и гиперфуллереновый углерод.The disadvantage of this method is that it does not allow to obtain nanofiber silicon carbides. In addition, in a known manner it is impossible to obtain from shungite rock a complex material containing nanofibrous silicon carbides and hyperfullerene carbon.

Прототипом является способ получения нановолокнистого карбида кремния из смеси порошков оксида кремния (SiO) и аморфного активированного угля (ААС), взятых в весовом соотношении SiO к ААС как 3:1. Нагрев смеси осуществляют в инертной среде при 1380°С в течение 2-х часов. Способ позволяет получить нановолокна карбида кремния в основном β-модификации в виде наностержней и наноцепей. Выход продукта составляет 10% при диаметре 20-100 нм и длине 10-100 мкм (Y.H.Gao, Y.Bando, К.Kurashima, Т.Sato, SiC nanorods prepared from SiO and activated carbon, J. Material Science 2002, Vol.37, p.2023-2029).The prototype is a method for producing nanofiber silicon carbide from a mixture of powders of silicon oxide (SiO) and amorphous activated carbon (AAS), taken in a weight ratio of SiO to AAS as 3: 1. The mixture is heated in an inert atmosphere at 1380 ° C for 2 hours. The method allows to obtain silicon carbide nanofibres mainly β-modifications in the form of nanorods and nanochains. The product yield is 10% with a diameter of 20-100 nm and a length of 10-100 μm (YHGao, Y. Bando, K. Kurashima, T. Sato, SiC nanorods prepared from SiO and activated carbon, J. Material Science 2002, Vol. 37, p. 2023-2029).

Однако использование дорогого исходного сырья при длительном времени его обработки и низком выходе продукта удорожает процесс и снижает его эффективность. Недостатком способа является также то, что он не позволяет получить комплексный материал, содержащий нановолокнистые карбиды кремния и гиперфуллереновый углерод в одном технологическом процессе.However, the use of expensive feedstock with a long processing time and low product yield increases the cost of the process and reduces its efficiency. The disadvantage of this method is that it does not allow to obtain a complex material containing nanofiber silicon carbides and hyperfullerene carbon in one technological process.

В основу настоящего изобретения положена задача разработки эффективного способа получения в одном технологическом процессе комплексного материала, содержащего нановолокнистый карбид кремния и гиперфуллереновый углерод из доступного и недорогого сырья.The present invention is based on the task of developing an effective method for producing a complex material containing nanofiber silicon carbide and hyperfullerene carbon from available and inexpensive raw materials in one technological process.

Это достигается тем, что в способе получения нановолокнистого карбида кремния на основе порошка кремний- и углеродсодержащего материала путем его высокотемпературного нагрева в инертной среде, согласно изобретению в качестве кремний- и углеродсодержащего материала используют углеродистые породы, содержащие слоистые алюмосиликаты, кварц и неграфитируемый углерод с величиной кремнеземо-углеродного модуля SiO2/C не более 2, где SiO2 и С - содержание диоксида кремния и углерода в углеродистых породах. Нагрев ведут до температуры 1400-2100°С со скоростью 100-2000 град/мин и выдерживают при этой температуре в течение 5-30 мин, затем полученный материал охлаждают в инертной среде до температуры, равной или менее 400°С.This is achieved by the fact that in the method for producing nanofibrous silicon carbide based on a powder of silicon and carbon-containing material by high-temperature heating in an inert medium, according to the invention, carbon rocks containing layered aluminosilicates, quartz and non-graphitized carbon with a value of are used as silicon and carbon-containing material silica-carbon module SiO 2 / C not more than 2, where SiO 2 and C are the content of silicon dioxide and carbon in carbonaceous rocks. Heating is carried out to a temperature of 1400-2100 ° C at a speed of 100-2000 deg / min and maintained at this temperature for 5-30 minutes, then the resulting material is cooled in an inert medium to a temperature equal to or less than 400 ° C.

Кроме того, в качестве кремний- и углеродсодержащего материала используют шунгитовые породы из месторождений Карелии (Россия).In addition, shungite rocks from deposits of Karelia (Russia) are used as silicon and carbon-containing material.

Отличием является также то, что в качестве кремний- и углеродсодержащего материала используют углеродистую породу золоторудного месторождения Эриксон (Канада).The difference is also that the carbonaceous rock of the Erickson gold ore deposit (Canada) is used as a silicon and carbon-containing material.

Другим отличием является то, что в качестве кремний- и углеродсодержащего материала используют углеродистую породу месторождения Бакырчик (Казахстан).Another difference is that the carbonaceous rock of the Bakyrchik deposit (Kazakhstan) is used as a silicon and carbon-containing material.

Сущность изобретения заключается в том, что для получения в одном технологическом процессе комплексного материала, содержащего нановолокнистый карбид кремния и гиперфуллереновый углерод, в качестве исходного сырья отбирают углеродистые породы, в состав которых входят кремнийсодержащие слоистые алюмосиликаты, кварц и неграфитируемый углерод при величине кремнеземо-углеродного модуля SiO2/C не более 2. Причем количество углерода в породе не менее 25% и он содержит изогнутые пакеты графеновых слоев, охватывающих нанопоры, а кремнийсодержащие компоненты равномерно распределены в матрице углерода и имеют размеры менее 10 мкм.The essence of the invention lies in the fact that in one technological process of a complex material containing nanofiber silicon carbide and hyperfullerene carbon, carbonaceous rocks are selected as the feedstock, which include silicon-containing layered aluminosilicates, quartz and non-graphitized carbon with a value of silica-carbon module SiO 2 / C not more than 2. Moreover, the amount of carbon in the rock is not less than 25% and it contains curved packets of graphene layers covering nanopores, and silicon-containing The components are uniformly distributed in the carbon matrix and are less than 10 microns in size.

Исследования показали, что при использовании углеродистых пород с модулем более 2 процессы роста нановолокнистых карбидов кремния существенно не изменяются, однако значительно уменьшается содержание гиперфуллереновых структур, что ухудшает показатели получаемого материала в целом.Studies have shown that when using carbonaceous rocks with a modulus of more than 2, the growth processes of nanofibrous silicon carbides do not change significantly, however, the content of hyperfullerene structures is significantly reduced, which affects the performance of the resulting material as a whole.

В заявляемом способе режимы нагрева отобранной углеродистой породы до температуры 1400-2100°С со скоростью 100-2000 град/мин и выдержки при этой температуре в течение 5-30 мин с последующим охлаждением полученного материала в инертной среде до температуры, равной или менее 400°С, создают оптимальные условия для интенсивного карбидообразования с получением нановолокнистых структур кристаллического и аморфного карбидов кремния при одновременном образовании гиперфуллеренового углерода, представляющего собой полиэдральные, сфероидальные или волокнистые полые многослойные углеродные наноструктуры с диаметром 10-400 нм и межслоевым расстоянием 0,342-0,348 нм.In the inventive method, the modes of heating the selected carbonaceous rock to a temperature of 1400-2100 ° C at a speed of 100-2000 deg / min and exposure at this temperature for 5-30 minutes, followed by cooling the resulting material in an inert medium to a temperature equal to or less than 400 ° C, create optimal conditions for intensive carbide formation to produce nanofiber structures of crystalline and amorphous silicon carbides with the simultaneous formation of hyperfullerene carbon, which is polyhedral, spheroidal or windowed hollow multilayer carbon nanostructures with a diameter of 10-400 nm and an interlayer distance of 0.342-0.348 nm.

При температуре ниже 1400°С процесс образования нановолокнистых карбидов кремния не происходит При температуре выше 2100°С ухудшается процесс карбидообразования, так как волокна карбида кремния начинают "спекаться" - объединяться в процессе синтеза, что приводит к ухудшению качества получаемого материала. Кроме того, поддержание температуры выше 2100°C требует больших энергетических затрат и более сложного оборудования, что приводит к существенному удорожанию получаемого материала.At temperatures below 1400 ° C, the process of the formation of nanofibrous silicon carbides does not occur. At temperatures above 2100 ° C, the carbide formation process worsens, since silicon carbide fibers begin to “sinter” - to combine during the synthesis, which leads to a deterioration in the quality of the material obtained. In addition, maintaining the temperature above 2100 ° C requires high energy costs and more sophisticated equipment, which leads to a significant increase in the cost of the resulting material.

При скорости нагрева менее 100 град/мин механизмы роста карбида кремния в виде нановолокон (одномерный, анизотропный рост) подавляются параллельным синтезом карбида кремния в виде зерен (трехмерный, изотропный рост), что приводит к существенному уменьшению выхода нановолокнистых карбидов кремния в получаемом материале. При скорости нагрева выше 2000 град/мин происходит чрезмерно интенсивное течение реакций с повышенным выделением вредных газов, что вызывает нерациональное использование углерода исходной породы и ухудшает экологичность процесса.At a heating rate of less than 100 deg / min, the growth mechanisms of silicon carbide in the form of nanofibers (one-dimensional, anisotropic growth) are suppressed by the parallel synthesis of silicon carbide in the form of grains (three-dimensional, isotropic growth), which leads to a significant decrease in the yield of nanofibrous silicon carbides in the resulting material. When the heating rate is above 2000 deg / min, an overly intense flow of reactions occurs with increased emission of harmful gases, which causes the irrational use of carbon in the initial rock and degrades the environmental friendliness of the process.

При времени выдержки исходной породы менее пяти минут процессы роста волокнистых карбидов кремния и процессы образования гиперфуллеренового углерода не успевают завершиться, что снижает их выход. При выдержке более 30 мин не происходит существенного увеличения выходов нановолокнистых карбидов кремния и гиперфуллереновых структур и увеличиваются энергозатраты.When the exposure time of the initial rock is less than five minutes, the growth processes of fibrous silicon carbides and the processes of formation of hyperfullerene carbon do not have time to complete, which reduces their yield. When holding for more than 30 min, there is no significant increase in the yields of nanofibrous silicon carbides and hyperfullerene structures and energy costs increase.

При охлаждении полученного материала в инертной среде до температуры свыше 400°С и удалении материала из этой среды происходит окисление углерода, что уменьшает выход гиперфуллеренового углерода.When the obtained material is cooled in an inert medium to a temperature above 400 ° C and the material is removed from this medium, carbon oxidation occurs, which reduces the yield of hyperfullerene carbon.

Использование углеродистых пород, содержащих слоистые алюмосиликаты, кварц и неграфитируемый углерод при кремнеземо-углеродном модуле SiO2/C не более 2 в сочетании с оптимальными режимами термической обработки позволяет стабильно получать в одном технологическом процессе новый комплексный материал, содержащий нановолокнистый карбид кремния и гиперфуллереновый углерод. Содержание нановолокнистого карбида кремния в полученном материале составило 16-30%. Содержание гиперфуллеренового углерода в материале составило 18-55%. При этом общий выход материала к исходной углеродистой породе составил 60-85%. Таким образом предлагаемый способ позволяет получать материал с высоким выходом нановолокнистого карбида кремния и гиперфуллеренового углерода.The use of carbonaceous rocks containing layered aluminosilicates, quartz, and non-graphitized carbon with a silica-carbon module of SiO 2 / C no more than 2 in combination with optimal heat treatment conditions makes it possible to stably produce a new complex material containing nanofiber silicon carbide and hyperfullerene carbon in one technological process. The content of nanofiber silicon carbide in the resulting material was 16-30%. The content of hyperfullerene carbon in the material was 18-55%. In this case, the total yield of the material to the initial carbonaceous rock was 60-85%. Thus, the proposed method allows to obtain a material with a high yield of nanofiber silicon carbide and hyperfullerene carbon.

Эффективность предлагаемого способа обусловлена возможностью получения комплексного материала в одном технологическом процессе с использованием доступного и недорогого исходного сырья, а также снижением энергозатрат, упрощением и технологичностью процесса при условии обеспечения его экологической безопасности. Изобретение реализуется следующим образом.The effectiveness of the proposed method is due to the possibility of obtaining a complex material in one technological process using affordable and inexpensive raw materials, as well as reducing energy consumption, simplifying and manufacturability of the process, provided its environmental safety. The invention is implemented as follows.

Отбирают шунгитовую породу из месторождения Карелии (Россия) или углеродистую породу золоторудного месторождения Эриксон (Канада), или углеродистую породу месторождения Бакырчик (Казахстан) с величиной кремнеземо-углеродного модуля SiO2/C не более 2, дробят до порошкообразного состояния, подвергают нагреву в инертной среде. Нагрев порошков осуществляют в высокотемпературном реакторе до температур 1400-2100°С, со скоростью 100-2000 град/мин и выдерживают при этой температуре в течение 5-30 мин, затем полученный материал охлаждают до температуры, равной или менее 400°С.Shungite rock is selected from the Karelia deposit (Russia) or the carbon rock of the Erickson gold deposit (Canada), or the carbon rock of the Bakyrchik deposit (Kazakhstan) with a silica-carbon module SiO 2 / C of no more than 2, crushed to a powder state, subjected to heating in an inert environment. The powders are heated in a high-temperature reactor to temperatures of 1400-2100 ° C, at a speed of 100-2000 deg / min and maintained at this temperature for 5-30 minutes, then the resulting material is cooled to a temperature equal to or less than 400 ° C.

Режимы обработки конкретных образцов шунгитовой породы из месторождений Карелии (Россия), углеродистой породы из золоторудного месторождения Эриксон (Канада) и углеродистой породы из месторождения Бакырчик (Казахстан) и качественно-количественный состав полученного конечного материала представлены в таблице.The processing modes of specific samples of schungite rock from the deposits of Karelia (Russia), carbon rock from the Erikson gold deposit (Canada) and carbon rock from the Bakyrchik deposit (Kazakhstan), and the qualitative and quantitative composition of the resulting final material are presented in the table.

Из таблицы следует, что материал, полученный из шунгитовой породы, содержит 16-30% аморфных или кристаллических (β+α - модификации) нановолокон карбида кремния диаметром 5-500 нм, длиной 0.1-50 мкм и 18-55% гиперфуллеренового углерода в виде полых многослойных полиэдрических или сфероидальных частиц и волокон с диаметром 10-400 нм и межслоевым расстоянием d(002), равным 0.342-0.348 нм. При этом общий выход материала к шунгитовой породе составляет 60-85%.From the table it follows that the material obtained from schungite rock contains 16-30% amorphous or crystalline (β + α - modifications) silicon carbide nanofibres with a diameter of 5-500 nm, a length of 0.1-50 microns and 18-55% hyperfullerene carbon in the form hollow multilayer polyhedral or spheroidal particles and fibers with a diameter of 10-400 nm and an interlayer distance d (002) of 0.342-0.348 nm. Moreover, the total yield of material to schungite rock is 60-85%.

Материал, полученный из углеродистой породы месторождения Бакырчик (Казахстан), содержит 16-24% кристаллических (β+α - модификации) нановолокон карбида кремния диаметром 10-200 нм, длиной 1-50 мкм и 18-30% гиперфуллеренового углерода в виде полых многослойных полиэдрических или сфероидальных частиц с диаметром 10-200 нм и межслоевым расстоянием d(002) 0.344-0.346 нм, при общем выходе материала к исходной породе 60-75%.The material obtained from the carbonaceous rock of the Bakyrchik deposit (Kazakhstan) contains 16-24% of crystalline (β + α - modifications) silicon carbide nanofibres with a diameter of 10-200 nm, a length of 1-50 microns and 18-30% hyperfullerene carbon in the form of hollow multilayer polyhedral or spheroidal particles with a diameter of 10-200 nm and an interlayer distance d (002) of 0.344-0.346 nm, with a total yield of material to the original rock of 60-75%.

Материал, полученный из углеродистой породы месторождения Эриксон (Канада), содержит 25-30% кристаллических (β+α - модификации) нановолокон карбида кремния диаметром 10-100 нм, длиной 0.1-50 мкм и 25-40% гиперфуллеренового углерода в виде полых многослойных полиэдрических или сфероидальных частиц с диаметром 10-200 нм и межслоевым расстоянием d(002) 0.342-0.344 нм, при общем выходе материала к исходной породе 60-80%.The material obtained from the carbonaceous rock of the Erickson deposit (Canada) contains 25-30% of crystalline (β + α - modifications) silicon carbide nanofibres with a diameter of 10-100 nm, a length of 0.1-50 microns and 25-40% of hyperfullerene carbon in the form of hollow multilayer polyhedral or spheroidal particles with a diameter of 10-200 nm and an interlayer distance d (002) of 0.342-0.344 nm, with a total yield of material to the original rock of 60-80%.

Таким образом, по сравнению с прототипом способ позволяет в одном технологическом процессе получить комплексный материал, содержащий 16-30% нановолокнистого карбида кремния и 18-55% гиперфуллеренового углерода при общем выходе материала к исходной углеродистой породе 60-85%. Кроме того, по сравнению с прототипом способ позволяет повысить выход нановолокнистого карбида кремния в 1.6-3 раза.Thus, in comparison with the prototype, the method allows to obtain a complex material in one technological process containing 16-30% nanofiber silicon carbide and 18-55% hyperfullerene carbon with a total yield of 60-85% to the initial carbon rock. In addition, compared with the prototype method allows to increase the yield of nanofiber silicon carbide in 1.6-3 times.

Получение комплексного материала с более высоким выходом нановолокнистого карбида кремния при одновременном образовании гиперфуллеренового углерода в одном технологическом процессе при сокращении времени термообработки и использовании доступного и недорогого исходного сырья позволяет снизить энергозатраты, упростить и удешевить процесс, обеспечивая тем самым повышение технологичности и эффективности процесса в целом. Обеспечение экологической безопасности обусловлено снижением количества выделяемых вредных газов в ходе технологического процесса.The preparation of a complex material with a higher yield of nanofibrous silicon carbide while the formation of hyperfullerene carbon in one technological process while reducing the heat treatment time and using affordable and inexpensive feedstock allows us to reduce energy consumption, simplify and reduce the cost of the process, thereby improving processability and process efficiency as a whole. Ensuring environmental safety is due to a decrease in the amount of harmful gases emitted during the process.

Полученный комплексный материал может быть использован в качестве наполнителя и модификатора при получении композиционных и строительных материалов широкого диапазона применения, а также для создания фильтров, адсорбентов и катализаторовThe resulting complex material can be used as a filler and modifier in the preparation of composite and building materials for a wide range of applications, as well as for creating filters, adsorbents and catalysts

ТаблицаTable № образцаSample No. Тип породыBreed type Кремнеземо-углеродный модульSilica-carbon module Режимы обработкиProcessing modes Показатели получаемого материалаIndicators of material obtained Темпер. нагрева, °СTemper. heating ° C Скорость нагрева, град/минHeating rate, deg / min Время выдержки, минHolding time, min Температура охлаждения, °СCooling temperature, ° С Нановолокна карбида кремнияSilicon Carbide Nanofibers Гиперфуллереновый углеродHyperfullerene carbon Выход материала к породе, %The yield of material to the rock,% Выход в материале, %The output in the material,% СтруктураStructure Диаметр,нмDiameter, nm Длина, мкмLength, microns Выход в материале, %The output in the material,% Морфо-структураMorpho structure d(002), нмd (002), nm Диаметр, нмDiameter, nm 1one шунгитовая породаschungite rock 0.40.4 21002100 20002000 55 400400 1616 аморфныеamorphous 5-505-50 0.1-10.1-1 5555 Полые частицы + волокнаHollow particles + fibers 0.3420.342 100-400100-400 8585 22 шунгитовая породаschungite rock 1.161.16 18001800 700700 20twenty 200200 2525 β+αSiCβ + αSiC 50-50050-500 1-501-50 30thirty Полые частицыHollow particles 0.3440.344 10-20010-200 7575 33 шунгитовая породаschungite rock 2.02.0 14001400 100one hundred 30thirty 100one hundred 30thirty β+αSiCβ + αSiC 20-10020-100 0.5-100.5-10 18eighteen Полые частицыHollow particles 0.3480.348 10-5010-50 6060 4four Углеродистая порода месторождения БакырчикCarbon rock of the Bakyrchik deposit 1.91.9 14001400 100one hundred 30thirty 50fifty 1616 β+αSiCβ + αSiC 50-20050-200 1-501-50 18eighteen Полые частицыHollow particles 0.3460.346 10-5010-50 6060 55 Углеродистая порода месторождения БакырчикCarbon rock of the Bakyrchik deposit 1.91.9 21002100 20002000 55 400400 2424 β+αSiCβ + αSiC 10-10010-100 1-201-20 30thirty Полые частицыHollow particles 0.3440.344 20-10020-100 7575 66 Углеродистая порода месторождения ЭриксонEricson Carboniferous 0.30.3 14001400 100one hundred 30thirty 100one hundred 2525 β+αSiCβ + αSiC 20-10020-100 1-501-50 2525 Полые частицыHollow particles 0.3440.344 10-10010-100 6060 77 Углеродистая порода месторождения ЭриксонEricson Carboniferous 0.30.3 21002100 20002000 55 400400 30thirty β+αSiCβ + αSiC 10-5010-50 0.1-200.1-20 4040 Полые частицыHollow particles 0.3420.342 50-20050-200 8080

Claims (1)

Способ получения нановолокнистого карбида кремния на основе порошка кремний- и углеродсодержащего материала путем его высокотемпературного нагрева в инертной среде, отличающийся тем, что в качестве кремний- и углеродсодержащего материала используют углеродистые породы, включающие равномерно распределенные в матрице углерода кремнийсодержащие компоненты слоистых алюмосиликатов и кварца размерами до 10 мкм и не менее 25% неграфитируемого углерода, с величиной кремнеземо-углеродного модуля SiO2/C не более двух, где SiO2 и С - содержание диоксида кремния и углерода в углеродистых породах, а нагрев ведут до температуры 1400-2100°С со скоростью 100-2000 град./мин и выдерживают при этой температуре в течение 5-30 мин, затем полученный материал охлаждают в инертной среде до температуры, равной или менее 400°С.A method for producing nanofibrous silicon carbide based on a powder of silicon and carbon-containing material by high-temperature heating in an inert medium, characterized in that carbon rocks are used as silicon and carbon-containing material, including silicon-containing components of laminated aluminosilicates and quartz evenly distributed in the carbon matrix 10 μm and not less than 25% non-graphitized carbon, with a silica-carbon module SiO 2 / C of not more than two, where SiO 2 and C are the content of wild silicon dioxide and carbon in carbonaceous rocks, and heating is carried out to a temperature of 1400-2100 ° C at a speed of 100-2000 deg./min and maintained at this temperature for 5-30 minutes, then the resulting material is cooled in an inert medium to a temperature equal to or less than 400 ° C.
RU2006117961/15A 2006-05-24 2006-05-24 Method for producing nanofiber silicon carbide RU2328444C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006117961/15A RU2328444C2 (en) 2006-05-24 2006-05-24 Method for producing nanofiber silicon carbide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006117961/15A RU2328444C2 (en) 2006-05-24 2006-05-24 Method for producing nanofiber silicon carbide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006117961A RU2006117961A (en) 2007-12-10
RU2328444C2 true RU2328444C2 (en) 2008-07-10

Family

ID=38903461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006117961/15A RU2328444C2 (en) 2006-05-24 2006-05-24 Method for producing nanofiber silicon carbide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2328444C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484017C2 (en) * 2009-02-27 2013-06-10 Сергей Константинович Гордеев Method of producing porous nanostructured silicon carbide
WO2017186201A1 (en) 2016-04-26 2017-11-02 Pardam, S.R.O. Precursor fibers intended for preparation of silica fibers, method of manufacture thereof, method of modification thereof, use of silica fibers

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GAO Y.H. ЕТ ALL, SiC nunorods prepared from SiO and activated carbon. J. Material Science, 2002, vol 37, p.2023-2029. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484017C2 (en) * 2009-02-27 2013-06-10 Сергей Константинович Гордеев Method of producing porous nanostructured silicon carbide
WO2017186201A1 (en) 2016-04-26 2017-11-02 Pardam, S.R.O. Precursor fibers intended for preparation of silica fibers, method of manufacture thereof, method of modification thereof, use of silica fibers

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006117961A (en) 2007-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qian et al. Preparation of porous SiC ceramic with a woodlike microstructure by sol-gel and carbothermal reduction processing
Soltani et al. Review on the physicochemical treatments of rice husk for production of advanced materials
US20040265212A1 (en) Synthesis of coiled carbon nanotubes by microwave chemical vapor deposition
KR101575348B1 (en) Method of fabricating silicon carbide powder
Okada et al. Preparation of silicon carbide fiber from activated carbon fiber and gaseous silicon monoxide
JP2015514054A (en) Method and structure for reducing carbon oxides with non-ferrous catalysts
CN100432009C (en) Carbon nanotube/nano clay nano composite materials and method for preparing same
Lodhe et al. Effect of polycarbosilane addition to a mixture of rice husk and coconut shell on SiC whisker growth
JP2010143771A (en) METHOD FOR PRODUCING alpha-SILICON CARBIDE PARTICLE
Liu et al. Facile preparation of morph-genetic SiC/C porous ceramic at low temperature by processed bio-template
Xu et al. In situ synthesis of SiC-bonded cordierite-mullite ceramics for solar thermal energy storage
RU2328444C2 (en) Method for producing nanofiber silicon carbide
Men et al. Amorphous liquid phase induced synthesis of boron nitride nanospheres for improving sintering property of h-BN/ZrO2 composites
Liu et al. Polymer-derived SiC ceramic aerogels with in-situ growth of SiC nanowires
Koc et al. Synthesis of α-Si3N4 from carbon coated silica by carbothermal reduction and nitridation
Liu et al. Thin-walled boron nitride micron square tube decorated by nanosheets: Preparation, characterization and adsorption property
Hwang et al. Synthesis of β-silicon carbide nanofiber from an exfoliated graphite and amorphous silica
Mera et al. Metal-catalyst-free access to multiwalled carbon nanotubes/silica nanocomposites (MWCNT/SiO 2) from a single-source precursor
JPH02289497A (en) Manufacturing process for silicon carbide whisker and nucleating agent
Lin et al. Influence of temperature and oxygen on the growth of large-scale SiC nanowires
Raman et al. Synthesis of silicon carbide nanofibers by sol-gel and polymer blend techniques
JP4670100B2 (en) Method for purifying boron nitride nanotubes
Wang et al. Low-temperature synthesis of high-purity boron carbide via an aromatic polymer precursor
JP2007261895A (en) Method and apparatus for manufacturing carbon nanotube
JP2013532626A (en) Silicon carbide and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180525