Способ получения карбида кремния

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 В 31/36

ГОСУДАРСТВЕ НЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4834951/26 (22) 05.06.90 (46) 30.07.93. Бюл. N. 28 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) Г.Д.Семченко, Е.Е.Старолат, А,В.Дуников и С,M.Ëoãâèíêîâ (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 1572995, кл. С 01 В 33/20, 1988.

2. Заявка Японии М 62-297204, кл. С 01

В 21l068 1987. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА

КРЕМНИЯ

Изобретение относится к области тех нической керамики, в частности, к способу получения порошков, и может быть использовано для получения чистого порошка SIC или же для синтеза S)C в смеси с различными огнеупорными наполнителями.

Целью предлагаемого изобретения является деэагрегация смеси, повышение выхода карбида кремния при снижении температуры его синтеза, уменьшение размера частиц.

Поставленная цель достигается тем, что, в отличие от известного способа, включающего смешение тетраэтоксисилана, воды и углеродсодержащего компонента с последующей высокотемпературной термообработкой кремнезем-углеродной смеси, в предлагаемом сначала перемешивают углеродсодержвщий компонент с водой в течеwe 3-10 часов до увеличения его объема в

2-3 раза, после его добавляют тетраэтокси, >542„„1830380 А1 (57) Использование: получение технологической керамики. Сущность изобретения: среднетемпературный пек смешивают с водой 3-10 ч до увеличения объема в 2-3 раза, добавляют тетраэтоксисилон или этилсиликат и металлический кремний или борную кислоту в количестве 8.5-28 мас.7ь, перемешивают 10-12 ч, обрабатывают ультразвуком частотой 55-70 кГц 5-20 мин и выдерживают 1-4 сут, термообрабатывают при 1300-.1380УС. Выход карбида кремния

97-97,1, размер его частиц — не более 0,30,8 мкм. 1 табл. силан (или его производные) совместно с антиокислителем, и полученную смесь перемешивают 1-2 часа, обрабатывая последнюю ультразвуком частотой 55-70 кГц в в общем 5-20 минут, перед термообработкой смесь выдерживают в течение 1-4 суток в закрытом объеме, и термообрабатывают в течение 1-4 суток в закрытом обьеме, и термообрабатывают при РО2 от 10 до 10 19 при

1300-1380 С; СО

Использование ультразвуковой абра- (...) ботки смеси углеродсодержащих веществ с водой способствует дезагрегации смеси, улучшению расслоения слипшихся углеродных частичек, образованию однородной . смеси, проникновению воды между мельчайшими углеродными частичками, а в последуЮщем — при смешении с тетра токсисиланом (или его производными) — и образованию мельчайших частиц аморфного кремнезема в результате гидро1830380 лиза тетраэтоксисилана (зтилсиликата) между всеми частичками углерода, что повышает выход при синтезе готового продукта — P-SIC.

Перемешивание углеродсодержащих компонентов с водой до увеличения объема в 2-3 раза обеспечивает прохождение реакции гидролиза с выделением между мельчайшими частицами углерода аморфного кремнезема и в результате повышенной гомогенизации смеси и равномерного распределения компонентов облегчается взаимодействие последних. В результате взаимодействия атомарного углерода и аморфного кремнезема синтез происходит при Р02от10 до 10" при1300-3380 С.

Взаимодействие облегчается в присутствии остатков воды, поэтому смесь перед термообработкой выдерживают в течение

1-4 суток. Образующиеся кластеры Н20 в мезопорах аморфного SION в присутствии атомарного углерода способствуют восстановлению SI02 до Si через SIO и значительному облегчению образования — P-SIC при более низких, чем известно, температурах.

P-SIC синтезируется в вйде порошка или в виде волокна с диаметром частиц 0.3-0,8 мкм. Выход SIC не менее 977.

Впервые в исследованиях установлено,, что иэмельчение (перемешивание) углеродсодержащего компонента с водой до увеличения объема в 2-3 раза с последующей ультразвуковой обработкой смеси в течение

5-20 мин (частота 55-70 кГц), выдерживание перед обжигом 1-4 суток способствует равномерному распределению SION с кластерами Н О в среде углеродсодержащего увлажненного компонента и последующему синтезу при более низких (1300-1380 С) температурах при РОг от-10-7 до 10-19 р -SIC, повышению его выхода.

Существенные отличия.

Известно использование золь-гельной композиции для получения муллитового порошка (3), В предлагаемом изобретении технологические параметры используются в неизвестной ранее последовательности и другими параметрами — сначала углеродсодержащче компоненты перемешивают с водой до увеличения их объема в 2-3 раза (1), затем к смеси (1) добавляют тетраэтокс силан (или его производные) совместно с антиокислителем (I!), смесь (И) перемешивают

1-2 часа (1И), обрабатывая. полученную композицию (111) ультразвуком частотой 55-70 кГц в течение 5-20 мин (IV), а затем вылерживают перед обжигом 1-4 суток (V), обжиг производят при Pop от 10 до 10 " — с целью уменьшения размера частиц SIC, увеличения выхода P-SIC, снижения температуры синтеза, что способствует повышению выхода p-SIC до 97 g, при уменьшении размера его частиц до 0,3-0,8 мкм при снижении температуры синтеза до 1300-1380 С.

Выполнение таких функций предлагаемой последовательности технологических факторов с предлагаемыми нами парамет"0 рами для снижения температуры синтеза

P-SiC, повышения его выхода и дисперсности частиц установлено нами впервые экспериментальным путем и неизвестно ни в отечественной, ни в зарубежной литерату15 ре

В качестве сырьевых материалов использовали среднетемпературный пек, тетраэтоксисилан и этилсиликат, борсодержащий антиокислитель. Идентификацию

20 синтезируемой фазы и изучение морфологии порошков P-SIC проводили рентгенофазовым и рентгеноструктурным анализом.

Пример приготовления смеси для синтеза/3-SIC.

Среднетемпературный пек перетирали в смесительных бегунах, подавая через каждые полчаса воду небольшими порциями (1).

Время перемешивания составило 10 часов.

При этом объем углеродсодержащего компонента увеличился в 3 раза. Подготовленную смесь (Ш I) перемешивают с этилсиликатом и добавкой антиокислителя (1!) в течение 2 часов (111), и несколько раз обрабатывали ультразвуком частотой 55 кГц обработка ультразвуком в общем составилэ

10 мин (1\/), эту смесь выдерживали 4 суток (V). Обжиг производили при 1380 С с

Pop.— 10, После термообработки выход карборунда составил 97,1 . Размер частиц

40 — не более 0,3 мкм.

Результаты испытаний приведены в таблице. Там же представлены результаты по другим примерам. Иэ представленных результатов следует, что при использовании

45 предлагаемого способа увеличивается выход SIC и уменьшается его дисперсность.

Такие результаты получены после обжига при температуре на 100-200 С меньше, чем в прототипе, Таким образом, использование предлагаемого способа получения SIC обеспечивает положительный эффект, заключающийся в уменьшении размера синтезируемых частиц и в увеличении выхода РС при сокрэще;

55 нии энв„"гозатрат на этот процесс, Благодаря предлагаемому способу отпадает необходимость в применении канцерогенного растворителя, исключается нагрев пека в процессе гомогенизации ком1830380

Характеристика способов синтеза SIO

П име ы способов

ЬНФ пlп

Показатели

Известный и е лагаемый

2Х

ЯХХ) 10

1.5 е

1,2

55 мин

0.5 работкой, сут

Температура, С

10-19

1 250

1 0-3

7.

1450

Р02 вакуум

95.5

0.9

g7,t

95.1

0,3

1,0

Продолжение таблицы понентов, что улучшает экологическую обстановку, уменьшает загрязнение окружающей среды, Формула изобретения

Способ получения карбида кремния, включающий приготовление смеси иэ углеродсодержащего вещества. воды и кремнийорганическое соединение и ее термообработку, о т л и ч а-ю шийся тем. что, с целью увеличения выхода карбида кремния и уменьшения размера его частиц, в качестве углеродсодержащего вещества иСпользуют среднетемпературный пек и

Характеристика способов

Время перемешивания с водой углеродсодержащего компонента, ч

Увеличение объема угле- . родсодержащего компонента, раэ

Время перемешивания с ТЭОС (ЭТС) и актиокислителем, ч.

Время обработки ультразвуков, Частота ультразвука

Выдержка смеси перед термообХарактеристика материала

Выход SIC, $

Раз ме части, мкм, не более предварительно смешивают его. с водой в течение 3-10 ч до увеличения объема в 2-3 раза, затем в полученную смесь добавляют кремнийорганическое соединение, в качест5 ве которого берут тетраэтоксисилан или этилсиликат, и дополнительно вводят металлический кремний или борную кислоту в количестве 8,5-2,8 мас. (,, перемешивают

10-12 ч, после чего полученную реакцион10 ную массу обрабатывают ультразвуком частотой 55-70 кГц в течение 5-20 мин и выдерживают 1-4 сут, а термообработку ведут при 1300-1380 С, этилсиликат этилсиликат

1830380

Продолжение таблицы

П име ы способов и е лагаемые

hhhh

n/è

Показатели

Примечание

3 4 5 тет аэтоксисилан

8 х) все„ком„

14

100

10-

1 0-12

10-7

97,0

97,0

84,6

0,65

0.8

Составитель Г.Симченко

РедактОР A Ïàâëîsñêàß ТехРед М. МоРгентал КоРРектоР С.Патрушева

Заказ 2515 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Время перемешивания с Т3ОС (ЭТС) и актиокислителем, ч

Время обработки ультразвуков.

I мин

Частота ультразвука

Выдержка смеси перед термообработкой, сут

Температура, С

Ро2

Характеристика материала

Выход SlC, $

Раэщмер частиц, мкм, не более нентов: ТЭОС. вода и углерод по п.1 и п.3 вместе