1.本發(fā)明涉及一種碳化硅制備技術領域，尤其是微波加熱制備碳化硅的方法。

背景技術：

2.β-sic是一種重要的無機非金屬材料，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、高熱導率、高機械強度和硬度、高耐磨性和耐腐蝕性能，被廣泛應用于磨料磨具、耐火材料、冶金、高溫結構陶瓷等諸多傳統(tǒng)工業(yè)領域。由于其高電子遷移率、寬能帶間隙和高頻吸收性，它在電子、光催化、醫(yī)學、航空航天等新興領域具有巨大的工程和工業(yè)應用潛力。

3.目前，工業(yè)制備碳化硅的大多采用acheson工藝通過碳熱還原方法生產，該方法反應溫度為2200-2400 ℃，反應時間長，得到的碳化硅以α-sic相為主，晶粒粗大，需要經多次機械粉碎和篩分，因此能耗高、污染嚴重、產品附加值較低。近年來，凝膠-凝膠法、化學氣相合成法（cvd）、自蔓延燃燒合成法、等離子體法、機械合金化法等方法也用于碳化硅的合成。但上述制備方法大多存在產量低、合成步驟復雜、效率低、成本高等不足，不適合大批量工業(yè)化生產。

4.微波合成法因其合成溫度低、熱效率高、能耗低等特點受到了廣泛關注。微波加熱是利用微波電磁場與材料介質的耦合作用，通過材料本身在微波電磁場中的介電損耗吸收微波電磁能量，并將其轉化為熱量。這種加熱機制不依賴熱傳導，具有快速、均勻、選擇性加熱及明顯縮短加熱時間等優(yōu)點。近年來，許多研究者也采用微波加熱的方式成功的合成了碳化硅。moshtaghioun等人以無定型sio2微粉和微晶石墨粉分別作為硅源和碳源，在1200 ℃微波加熱保溫5 min合成了10-40 nm的碳化硅納米顆粒。li等人報道了以稻殼為前驅體，在氬氣氣氛下微波合成納米結構β-sic的研究，1300 ℃加熱60 min或1500 ℃加熱15 min，稻殼中二氧化硅被完全碳熱還原生成β-sic。wei等人研究了不同混合方法下的α-sic、c和sio2粒子之間的不同分布導致了不同的微波加熱行為和生長機制。qi等人利用微波加熱制備出一維β-sic碳化硅納米線，最佳合成溫度1500 ℃，保溫時間40 min。上述微波加熱方法中均以sio2和c作為硅源和碳源，反應過程以碳熱還原反應為主，因此β-sic的制備溫度較高。

5.雖然微波加熱法反應溫度相對較低，但是現有技術中微波燒結的溫度也要達到900-1600℃。例如中國發(fā)明專利公布號cn 111762785 a公開了一種雙頻微波制備顆粒狀碳化硅的方法，用碳和正硅酸乙酯經溶膠-凝膠法得到二氧化硅包裹碳的前驅體，前驅體經壓制形成坯體；將得到的坯體包埋在石英砂中，利用雙頻微波同時進行微波燒結，得到顆粒狀碳化硅；微波燒結的溫度為900～1600℃，微波燒結的時間為10～30min。

技術實現要素：

6.本發(fā)明要解決的問題是提供一種微波加熱制備碳化硅的方法及用此種方法制備的碳化硅，本方法反應的溫度更低，時間更短，更節(jié)能。

7.為解決上述技術問題，本發(fā)明的制備碳化硅的方法包括下列步驟，包括下列步驟，

將粉狀的具有cxhyoz組成的有機高分子材料與單質硅粉料混合，壓制成塊，用微波加熱得到碳化硅。

8.優(yōu)選的，所述有機高分子材料為可以在600℃以下熱解的有機物。

9.優(yōu)選的，所述有機高分子材料為由一種或兩種及以上單體合成的有機高分子聚合物。

10.優(yōu)選的，所述有機高分子材料為酚醛樹脂粉。

11.優(yōu)選的，所述微波加熱溫度為600℃-1000℃。

12.所述微波加熱溫度為800℃。

13.所述酚醛樹脂粉與單質硅粉的質量份數比為90-110: 90-110。

14.所述酚醛樹脂粉與單質硅粉的質量比為1:1混合。

15.優(yōu)選的，酚醛樹脂固化后磨成粉的粒徑為小于150微米。

16.優(yōu)選的，酚醛樹脂粉料與單質硅粉料壓制成的塊體的孔隙率在15%-45%。

17.優(yōu)選的，將酚醛樹脂粉與單質硅粉混合后，放入模具中用液壓機以35mpa的壓力保壓1min。

18.作為進一步的改進，所述酚醛樹脂粉料與單質硅粉料混合物中加入催化劑，所述催化劑為過渡金屬，所述催化劑的含量為0.1%-1%。

19.本發(fā)明還涉及一種碳化硅，通過按照上述的制備碳化硅的方法制得。

20.本發(fā)明的制備碳化硅的方法將固化的酚醛樹脂粉料與單質硅粉料混合后用微波加熱，可以在溫度比較低的情況下即可生成較多的碳化硅，可以節(jié)省大量能源。

21.上述說明僅是本技術技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本技術的技術手段，從而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本技術的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下以本技術的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

22.根據下文結合附圖對本技術具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本技術的上述及其他目的、優(yōu)點和特征。

附圖說明

23.為了更清楚地說明本技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。

24.圖1a)是不同反應溫度保溫30 min產物的xrd圖譜。

25.圖1b)是不同反應溫度保溫30 min產物的物象及含量圖圖2 是不同反應溫度微波保溫30 min碳化硅顆粒的sem圖片：a) 600 ℃; b) 800 ℃; c)1000 ℃。

26.圖3是不同反應溫度保溫30 min碳化硅纖維的sem圖片：a) 600 ℃; b) 800 ℃; c) 1000 ℃。

27.圖4是試樣發(fā)出“爆破”聲后產物的xrd圖譜。

28.圖5是試樣發(fā)出“爆破”聲后產物的sem圖片。

29.圖6是單質硅粉試樣微波加熱曲線。

30.圖7是微波加熱β-sic顆粒和纖維的形核生長示意圖。

31.圖8a) 是800 ℃不同保溫時間產物xrd圖譜。

32.圖8b)是不同保溫時間產物的物象及含量圖。

33.圖9是800 ℃加熱不同保溫時間碳化硅顆粒的sem圖片；a) 5 min; b) 10 min; c) 15 min; d) 30 min; e) 60 min。

34.圖10是800 ℃加熱不同保溫時間碳化硅纖維的sem圖片；a) 5 min; b) 10 min; c) 15 min; d) 30 min; e) 60 min。

35.圖11是 800℃反應30 min產物xrd圖譜。

36.圖12是800℃反應30 min產物的sem圖片，碳化硅顆粒和纖維。

37.圖13是800℃反應30 min產物的xrd圖譜和sem圖片，其中加入催化劑。

38.圖14是600℃保溫30 min產物xrd圖譜。

39.圖15是800℃保溫10 min產物xrd圖譜。

40.圖16是單質硅粉/未固化酚醛樹脂粉試樣800 ℃保溫30 min產物xrd圖譜。

41.圖17是單質硅粉/聚甲基丙烯酸甲酯粉試樣800 ℃保溫5 min產物xrd圖譜。

42.圖18是添加部分二氧化硅試樣800 ℃保溫30 min產物xrd圖譜。

具體實施方式

43.為使本技術實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本技術實施例中的附圖，對本技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本技術一部分實施例，而不是全部的實施例。在下面的描述中，提供諸如具體的配置和組件的特定細節(jié)僅僅是為了幫助全面理解本技術的實施例。因此，本領域技術人員應該清楚，可以對這里描述的實施例進行各種改變和修改而不脫離本技術的范圍和精神。另外，為了清楚和簡潔，實施例中省略了對已知功能和構造的描述。

44.應該理解，說明書通篇中提到的“一個實施例”或“本實施例”意味著與實施例有關的特定特征、結構或特性包括在本技術的至少一個實施例中。因此，在整個說明書各處出現的“一個實施例”或“本實施例”未必一定指相同的實施例。此外，這些特定的特征、結構或特性可以任意適合的方式結合在一個或多個實施例中。

45.此外，本技術可以在不同例子中重復參考數字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身并不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。

46.本文中術語“和/或”，僅僅是一種描述關聯(lián)對象的關聯(lián)關系，表示可以存在三種關系，例如，a和/或b，可以表示：單獨存在a，單獨存在b，同時存在a和b三種情況，本文中術語“/和”是描述另一種關聯(lián)對象關系，表示可以存在兩種關系，例如，a/和b，可以表示：單獨存在a，單獨存在a和b兩種情況，另外，本文中字符“/”，一般表示前后關聯(lián)對象是一種“或”關系。

47.本文中術語“至少一種”，僅僅是一種描述關聯(lián)對象的關聯(lián)關系，表示可以存在三種關系，例如，a和b的至少一種，可以表示：單獨存在a，同時存在a和b，單獨存在b這三種情況。

48.還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間

存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含。

49.本發(fā)明的制備碳化硅的方法包括下列步驟，包括下列步驟，將cxhyoz組成的有機高分子材料固化后磨粉，與單質硅粉料混合，壓制成塊，用微波加熱得到碳化硅。

50.優(yōu)選的，所述有機高分子材料為可以在600℃以下開始熱解的有機物。

51.優(yōu)選的，所述有機高分子材料為酚類與醛類的聚合物。

52.將cxhyoz組成的有機高分子材料可以是由一種單體合成的聚合物：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚異戊二烯等；可以是由兩種或兩種以上單體合成的聚合物：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚甲基丙烯酸樹脂、聚丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、sbs樹脂、abs樹脂等。

53.優(yōu)選使用酚醛樹脂，酚醛樹脂較其它有機物聚合物的優(yōu)勢：1）酚醛樹脂開始熱解溫度為350 ℃，熱解可釋放出大量的含碳氣體填充試樣孔隙，進而被激發(fā)出微波等離子體，使反應界面迅速升溫，促進初始β-sic的形核和長大；2）酚醛樹脂熱解碳為非晶玻璃碳，活化能較低，可降低反應勢壘，促進β-sic的形成與生長；3）與其它有機聚合物相比，其熱解碳含量較高，可為后期β-sic的繼續(xù)生長提供充足的碳源，β-sic生成率較高。

54.優(yōu)選的，所述微波加熱溫度為600℃-1000℃。

55.所述微波加熱溫度為800℃。

56.所述酚醛樹脂粉與單質硅粉的質量份數比為90-110: 90-110。

57.所述酚醛樹脂粉與單質硅粉的質量比為1:1混合。經大量實驗驗證和理論分析得出，酚醛樹脂粉與單質硅粉的比例在質量比為1:1左右時，上述效應的效果最好。略微偏離10%左右也可以達到一定效果。

58.優(yōu)選的，酚醛樹脂固化后磨成粉的粒徑為小于150微米。酚醛樹脂固化磨粉，粒徑＜150微米，一方面便于試樣壓制成型，另外粒徑越小，比表面積越大，酚醛樹脂炭化后形成的反應活性位點越多，越有利于碳化硅的生成。同理，單質硅微粉粒徑越小，比表面積越大，反應物之間的接觸面積就越大，反應顆?；蚍磻獨怏w接觸越充分，反應擴散位移越短，反應越易進行。

59.優(yōu)選的，酚醛樹脂粉料與單質硅粉料壓制成的塊體的孔隙率在15%-45%。通過理論計算，壓制試樣的孔隙率在15%-45%之間較合理。樣塊過于致密或過于疏松均不能導致等離子體效應的激發(fā)。

60.為了實現上述的孔隙率，可以通過下列手段實現：將酚醛樹脂粉與單質硅粉混合后，放入模具中用液壓機以35mpa的壓力保壓1min。

61.作為進一步的改進，所述酚醛樹脂粉料與單質硅粉料混合物中加入催化劑，所述催化劑為過渡金屬，所述催化劑的含量為0.1%-1%?？梢约尤肷倭看呋瘎ㄒ话銥檫^渡金屬fe，co，ni等），催化劑的添加可促進α-sic的生成。

62.本發(fā)明還涉及一種碳化硅，通過按照上述的制備碳化硅的方法制得。

63.酚醛樹脂粉料與單質硅粉料混合后用微波加熱，可以在溫度比較低的情況下即可生成較多的碳化硅，可以節(jié)省大量能源。

64.其他碳源，例如瀝青受熱后具有流動性，可將部分氣孔封閉，不能有效激發(fā)出等離子體效應，因此在相同實驗條件下碳化硅生成率比較低。

65.其他硅源，例如二氧化硅等，因為不具備單質硅的吸波特性和導電特性，在相同實

驗條件下碳化硅生成率較低。

66.實驗過程1 原材料單質硅粉（1-30 μm，純度》99.9%）來自于營口仙人島泰和硅業(yè)有限公司；酚醛樹脂（固含＞98%）來自于山東圣泉化工股份有限公司。

67.2 樣品制備首先將酚醛樹脂于120 ℃固化24 h，然后溫度升高至160 ℃固化12 h，得塊狀固化酚醛樹脂；然后將固化酚醛樹脂磨粉、過篩，?。?50 μm固化酚醛樹脂粉備用；將硅粉與固化酚醛樹脂粉按元素摩爾比1:1.5均勻混合，將其混合料置于模具內，然后用液壓機以35 mpa壓力保壓1 min，得到直徑為25 mm的圓柱試樣。

68.將試樣置于帶蓋透明石英坩堝內，將石英坩堝置于青島艾尼克斯微波自動化設備有限公司的anks-m12-a工業(yè)微波馬弗爐內，微波發(fā)射頻率為2.45 ghz。啟動微波，將試樣以1500 w功率升溫至目標溫度，然后以1000 w功率保溫不同時間，待樣品冷卻至室溫，取出產物；最后將產物于600 ℃熱處理30 min以去除未反應的碳。

69.3 測試與表征采用x射線衍射儀（xrd, dx-2700bh，丹東浩元儀器有限公司）對產物物相進行分析，使用cu kα輻射源，入射波長尺寸為 λ=1.5418

??

，2θ測試范圍20-80

°

，步長為0.02

°

，管壓為 40 kv，管流為 70 ma；采用掃描電子顯微鏡（sem, phenom prox，荷蘭賽默飛集團）對產物微觀形貌進行表征，將樣品直接用導電膠帶粘在載物臺上，并采用sbc-12型離子濺射儀進行噴金處理，然后將樣品送入樣品室進行觀察。設置掃描電子顯微鏡加速電壓為10 kv，束流強度為標準電流，探頭模式為二次電子。

70.利用xrd衍射圖譜，根據絕熱法原理分析產物中各物相含量。由于試樣中未反應 碳已被氧化去除，因此產物中可能同時存在未完全反應的硅、β-sic以及α-sic等物相， 選取β-sic相作為標樣，通過pdf卡片查找出每個相的rir值(相對剛玉的k值)，就 可以計算出樣品中每個物相相對所選取的β-sic相的k值，即sic相的k值，即sic相的k值，即根據絕熱法，如果一個系統(tǒng)中存在n個相，其中x相的質量分數為：其中，ii為最強峰的積分強度。

71.4 實驗結果與分析不同溫度下微波加熱保溫30 min產物的xrd圖譜及產物中各物相含量見圖1。從圖中可以看出，當樣品在600 ℃保溫30 min后，產物的2θ衍射角在35.65

°

、41.40

°

、59.98

°

、

71.77

°

、75.50

°

處出現明顯的特征衍射峰，分別對應于立方結構的β-sic相（jcpds 74-2307）的（111）、（200）、（220）、（311）、（222）晶面，說明在微波600 ℃時可生成β-sic，遠低于其它微波合成β-sic的溫度。產物中未反應的硅和生成的β-sic含量分別為66.05%和33.95%。隨反應溫度升高，產物中硅的特征衍射峰強度逐漸降低，β-sic的特征衍射峰強度則逐漸增強，在800 ℃和1000 ℃產物中β-sic含量分別為95.31%和97.22%。同時，在1000 ℃時產物中有約1.24%的α-sic生成，說明反應溫度的升高可在一定程度上促進部分β-sic向α-sic的轉變，因此，可以認為800 ℃為合成β-sic的最佳反應溫度。另外，產物在2θ約33.6

°

附近出現一個明顯的堆垛層錯峰（stacking faults）標記為sf，這是由于β-sic中存在的孿晶和堆疊斷層等缺陷。

72.圖2和圖3分別為微波加熱溫度600 ℃、800 ℃和1000 ℃保溫30 min產物的形貌，從圖中可以看出，生成的β-sic產物是顆粒和晶須的混合物。從圖2可以看出，β-sic顆粒具有規(guī)則的立方結構，600 ℃時β-sic顆粒約150-300 nm(圖2a)；隨微波加熱溫度的升高至800 ℃和1000 ℃，β-sic顆粒最大晶粒尺寸分別增加至2.5 μm和3 μm，β-sic顆粒形貌沒有明顯變化。β-sic纖維多填充于試樣孔隙內，生成的β-sic纖維直徑為40-50 nm，隨反應溫度由600 ℃升高至1000 ℃，β-sic纖維的長度由幾微米增加至數十微米。不同的成核和生長機制可能導致β-sic形貌的不同。在單質硅粉與固化酚醛樹脂粉的接觸界面，β-sic顆粒的生成主要是固-固(ss)或固-液-固(sls)反應機理。而在孔隙中，β-sic晶須的形成主要基于氣固反應機制。

73.由以上實驗數據可知，微波加熱至600 ℃保溫30 min可在樣品中生成β-sic。在微波加熱實驗過程中，當溫度上升到~600℃時，可以聽到明顯的“砰”聲，并觀察到火花。當出現上述現象時，微波加熱立即停止，該樣品的xrd結果和sem圖像如圖4和圖5所示。產物中生成了產率為18.71%的β-sic(圖4)，在反應顆粒表面生長有β-sic顆粒和晶須(圖5)( β-sic顆粒大小約為40-50 nm，晶須直徑約為40-50 nm，晶須長度約為1 μm)，表明隨著“砰”聲和火花的發(fā)生，可以形成最初的β-sic。此外，從圖5a的紅色區(qū)域還可以看到在硅粉表面形成了不連續(xù)的液體區(qū)域。

74.為研究微波加熱過程中樣品的微波加熱行為，在相同的實驗條件下，將硅粉和固化酚醛樹脂粉分別壓成圓柱形樣品，然后置于微波電磁場中加熱，硅粉加熱曲線如圖6所示。可以看出，硅粉樣品在2.5 min內迅速上升到660℃，說明硅粉具有良好的微波吸收能力，可以被微波快速加熱。然后加熱速度在660

°

c后變慢。但對于固化后的酚醛樹脂粉末樣品，微波加熱30 min后，溫度仍然低于300℃，表明其微波吸收能力較差。可以看出，在微波初始加熱階段，試樣中的硅粉作為熱源對其周圍固化的酚醛樹脂粉進行加熱。

75.圖7為微波加熱β-sic顆粒和晶須的形核和生長示意圖。當樣品溫度達到350℃時，固化后的酚醛樹脂粉末會釋放出甲烷、乙烯、苯酚、甲醇、二氧化碳、甲基苯酚和酚烷基衍生物等含碳氣體(cxhyoz)，然后轉化為無定形熱解碳。當溫度上升到~600 ℃時，含碳氣體和填充在孔隙中的空氣可以被微波激活，產生局域微波等離子體，從而產生“砰”聲和火花(圖7c)。這一過程產生大量的能量，導致反應界面瞬間高溫（局部硅顆粒表面不連續(xù)的液體區(qū)域）。在單質硅粉與熱解碳的接觸界面處，碳原子向硅中擴散，促進β-sic顆粒晶核的形成。同時，單質硅和熱解碳也可以與氧氣反應生成sio和co氣體，然后sio與co和填充在樣品孔隙中的含碳氣體(cxhyoz)反應，從硅粉表面生長出β-sic晶須晶核(圖7d)。上述過程在系統(tǒng)

中可以用以下反應來描述:pf(s)

→

cxhyoz(g)+c(s)

?????????????????????????????????????

（5）2si(l)+o2(g)

→

2sio(g)

???????????????????????????????????????

（6）2c(s)+o2(g)

→

2co(g)

????????????????????????????????????????

（7）si(l)+c(s)

→

sic(s)

???????????????????????????????????????????

（8）si(s)+c(s)

→

sic(s)

???????????????????????????????????????????

（9）sio(g)+co(g)

→

sic(s)+o2(g)

??????????????????????????????????

（10）sio(g)+cxhyoz(g)

→

sic(s)+h2o(g)

????????????????????????????

（11）β-sic顆粒的成核和生長過程主要由反應(8)和反應(9)主導，而反應(10)和反應(11)主要作用于β-sic晶須的成核和生長過程。

76.隨著微波加熱的不斷進行，未反應的硅粉、生成的β-sic晶核和熱解碳都可吸收微波，從而提高樣品的溫度。隨著微波溫度和保溫時間的增加，硅原子和碳原子在硅與熱解碳接觸界面的擴散速率逐漸增大，促進了β-sic顆粒的進一步生長。由于樣品中含有大量的氧氣，使得sio和co氣體不斷生成并填充在樣品的孔隙中。充足的氣源促進了β-sic晶須生長的快速連續(xù)反應。β-sic顆粒和晶須生長的主要反應為公式(8

??

11)。

77.微波加熱溫度800 ℃時不同保溫時間的xrd圖譜和產物中各物相含量見圖8。隨著保溫時間從5 min到60 min，硅的特征衍射峰強度逐漸減小，β-sic的特征衍射峰強度逐漸增大。當保溫時間為15 min時，產物中β-sic的含量為86.27%。當保溫時間為30 min和60min時，β-sic含量分別提高到95.31%和97.49%。這可能是由于反應初期，樣品中硅源和碳源充足，β-sic的形成過程不斷進行。當保溫時間超過30 min時，保溫時間的延長對β-sic的產率影響不大，反而會增加反應成本。經過考慮，保溫時間為30分鐘較為合適。

78.圖9和圖10為為微波加熱800 ℃保溫不同反應時間試樣的sem圖片。由圖9a可以看出，在反應初始階段，反應物顆粒表面形成了納米級的β-sic顆粒。隨著保溫時間的增加，β-sic顆粒逐漸長大，而反應物顆粒逐漸被消耗和分解(圖9b-c)。當保溫時間為30 min和60 min時，β-sic顆粒的最大晶粒尺寸分別為2.5 μm和3 μm，說明保溫時間的延長在一定程度上促進了sic顆粒的生長，這可能與動力學反應過程有關。從圖10可以看出，大量的β-sic晶須填充在樣品的孔隙中。隨著保溫時間的延長，晶須的直徑變化不大，晶須的長度從幾微米增加到幾十微米。β-sic晶須的長徑比隨保溫時間的延長而增大。

79.結論綜上所述，以單質硅粉和固化酚醛樹脂粉為硅源和碳源，采用微波加熱的方法可以實現β-sic粉體的成功合成。當溫度升高至~600℃時，固化后的酚醛樹脂釋放出的含碳氣體以及填充于試樣孔隙中的空氣被微波激發(fā)產生微波等離子體，導致局部反應界面瞬間高溫，從而促進β-sic顆粒和晶須的成核和生長。隨著微波的持續(xù)加熱，β-sic顆粒和晶須的尺寸增大。采用微波加熱，800℃保溫30 min， β-sic收率可達95%以上。與其他制備方法相比，該方法具有較低的合成溫度和較好的實際應用價值。

80.實施例1微波加熱制備碳化硅的方法，步驟如下：1）固化后酚醛樹脂粉的制備酚醛樹脂固化：將酚醛樹脂于120 ℃固化24 h，然后溫度升高至160 ℃固化12 h，

得塊狀固化酚醛樹脂；將固化后酚醛樹脂于磨樣機磨粉、過篩，?。?00#酚醛樹脂粉備用；2）樣塊制備將步驟（1）制得的酚醛樹脂粉與單質硅粉按質量比1:1混合均勻，將其混合料置于模具中，然后用液壓機以35mpa壓力保壓1min，得到直徑為25 mm，厚度為35 mm的圓柱試樣。

81.3）碳化硅的制備將步驟（2）得到的試樣放入帶蓋透明石英坩堝中，并使紅外測溫點位于試樣上，將坩堝置于工業(yè)微波馬弗爐內加熱。

82.開啟微波馬弗爐開關，設置1500w微波功率將試樣加熱至800 ℃，然后設置1000w微波功率保溫，保溫時間30 min，即可制備得到碳化硅。待樣品冷卻至室溫時取出試樣。

83.對實施例1制備得到的產物利用xrd對其物相分析，xrd圖譜如圖11所示。由圖可知，實施例1制得的碳化硅與3c-sic（jcpds 74-2307）標準衍射峰對應，制備得到的碳化硅為立方相β-sic。

84.對實施例1制備得到的產物利用sem對其形貌表征分析，圖片如圖12所示。由圖可知，實施例1制得的碳化硅包括顆粒和晶須兩種形貌。在單質硅顆粒和樹脂碳顆粒接觸區(qū)域，以顆粒狀結晶碳化硅形貌為主，在試樣孔隙中則以碳化硅晶須形貌為主。

85.實施例2本實施例微波加熱制備碳化硅的方法，與實施例1的不同之處僅在于，在單質硅粉中負載1wt%的硝酸鎳催化劑，用實施例1的條件制備碳化硅。對碳化硅進行表征得到的xrd圖譜和掃描電鏡圖片如圖13所示。產物中除生成β-sic相，還有α-sic相生成，催化劑的添加可促進β-sic向α-sic的轉換，同時也促進針狀或“棒槌”狀碳化硅的生成。

86.實施例3本實施例微波加熱制備碳化硅的方法，與實施例1的不同之處僅在于，微波加熱溫度的不同，本實施例中微波加熱溫度為600 ℃保溫30 min。其余步驟和參數均同實施例1。對產物進行xrd表征圖譜如圖14所示，可以看出在600 ℃即有β-sic的生成，但生成的碳化硅產率較低。

87.實施例4本實施例微波加熱制備碳化硅的方法，與實施例1的不同之處僅在于，微波加熱保溫時間的不同，本實施例中微波加熱溫度為保溫10 min。其余步驟和參數均同實施例1。對產物進行xrd表征圖譜如圖15所示，可以看出在保溫10 min即有大量β-sic的生成，但生成的碳化硅產率較實施例1偏低。

88.實施例5本實施例微波加熱制備碳化硅的方法，與實施例1的不同之處僅在于，使用的碳源為未經固化的酚醛樹脂粉，其余步驟和參數均同實施例1。對產物進行表征得到的xrd圖譜如圖16所示。在該實施例中也可生成β-sic，但碳化硅產率較低。

89.實施例6本實施例微波加熱制備碳化硅的方法，與實施例1的不同之處僅在于，使用的碳源為粉末狀聚甲基丙烯酸甲酯，實施例中微波加熱溫度為800℃保溫5 min。對產物進行表征得到的xrd圖譜如圖17所示。在該實施例中也可生成β-sic，但碳化硅產率較低。

90.實施例7本實施例微波加熱制備碳化硅的方法，與實施例1的不同之處僅在于，使用熔融石英粉部分代替單質硅粉作為硅源，其中熔融石英粉和單質硅粉的質量比為1:2，其余步驟和參數均同實施例1。對產物進行表征得到的xrd圖譜如圖18所示。在該實施例中也可生成β-sic，但產率較實施例1偏低。技術特征：

1.一種制備碳化硅的方法，其特征在于：包括下列步驟，將粉狀的具有cxhyoz組成的有機高分子材料，與單質硅粉料混合，壓制成塊，用微波加熱得到碳化硅。2.按照權利要求1所述的制備碳化硅的方法，其特征在于：所述有機高分子材料為可以在600℃以下熱解的有機物。3.按照權利要求2所述的制備碳化硅的方法，其特征在于：所述有機高分子材料為由一種或兩種及以上單體合成的有機高分子聚合物。4.按照權利要求3所述的制備碳化硅的方法，其特征在于：所述有機高分子材料為酚醛樹脂。5.按照權利要求1至4任意一項所述的制備碳化硅的方法，其特征在于：所述微波加熱溫度為600℃-1000℃。6.按照權利要求5所述的制備碳化硅的方法，其特征在于：所述微波加熱溫度為800℃。7.按照權利要求4所述的制備碳化硅的方法，其特征在于：所述酚醛樹脂粉與單質硅粉的質量份數比為90-110: 90-110。8.按照權利要求7所述的制備碳化硅的方法，其特征在于：所述酚醛樹脂粉與單質硅粉的質量比為1:1混合。9.按照權利要求4所述的制備碳化硅的方法，其特征在于：具有以下特征中的一個或多個，（1）酚醛樹脂固化后磨成粉的粒徑為小于150微米；（2）固化酚醛樹脂粉料與單質硅粉料壓制成的塊體的孔隙率在15%-45%；（3）將固化酚醛樹脂粉與單質硅粉混合后，放入模具中用液壓機以35mpa的壓力保壓1min；（4）所述固化酚醛樹脂粉料與單質硅粉料混合物中加入催化劑，所述催化劑為過渡金屬，所述催化劑的含量為0.1%-1%。10.一種碳化硅，其特征在于：通過如權利要求1-9任意一項所述的制備碳化硅的方法制得。

技術總結

本發(fā)明涉及一種制備碳化硅的方法包括下列步驟，包括下列步驟，將粉狀的具有CxHyOz組成的有機高分子材料，與單質硅粉料混合，壓制成塊，用微波加熱方法得到碳化硅。本發(fā)明制備碳化硅的方法將固化的酚醛樹脂粉料與單質硅粉料混合后用微波加熱，在溫度比較低的情況下即可生成較多的碳化硅，可以節(jié)省大量能源?？梢怨?jié)省大量能源?？梢怨?jié)省大量能源。

技術研發(fā)人員：趙海峰 謝丹丹 劉君 朱國本 馬愛珍 張寶榮 宋文文 宋安康 方昭慶 韓立寧

受保護的技術使用者：青島正望新材料股份有限公司

技術研發(fā)日：2022.06.20

技術公布日：2022/10/17