[发明专利]一种二维片状SiC材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种二维片状SiC材料的制备方法，属于微波合成技术领域。本发明的二维片状SiC材料的制备方法，包括以下步骤：1)将主要由溶胶和膨胀碳材料组成的分散体系进行凝胶化处理，得到前驱体凝胶；所述溶胶为硅溶胶或由硅源经过水解、缩合得到；2)将所得的前驱体凝胶进行干燥，得到复合粉体；3)将所得的复合粉体进行反应烧成，即得。本发明的二维片状SiC材料的制备方法，以膨胀碳材料作为碳源，分散体系中的硅溶胶颗粒分布于膨胀碳材料的片层状结构表面，也呈片状分布，经过烧成反应后，即可得到具有纳米片状结构的二维片状的SiC材料，具有比表面积更大、更易分散的优点，并且层状结构能够改善其在复合材料的界面润湿性。

技术领域

本发明涉及一种二维片状SiC材料的制备方法，属于微波合成技术领域。

背景技术

SiC强度高、硬度大、弹性模量高、化学稳定性好，被广泛用作磨料磨具、耐火材料、冶金、高温结构陶瓷及复合材料的增强材料。SiC高温电性能优良，可以用作高温设备的电加热体材料。低维SiC如纳米片、纳米线和晶片可以用于光催化、场效应晶体管、原子探针以及高端军事领域。

目前，最普遍的SiC合成方法仍然都是基于1893年Acheson提出的碳热还原原理，即：通过石墨电阻加热，在1400-2700℃的高温下，使SiO₂与C发生反应，生成SiC晶体。这种晶体合成方法能耗大，周期长，况且采用露天生产方式，污染严重；获得的SiC纯度低，晶型分布随合成温度变化复杂，应用受限。

现有技术中，申请公布号为CN1401828A的中国专利申请中公开了一种碳化硅片状晶体的制备方法，该方法是将SiO₂粉和C粉按比例(1～3)∶(3～1)，在1400～2000℃下，保温1～2h，合成β-SiC晶须，再将此晶须与SiO₂粉和C粉及助生长剂按比例(5～10):(10～30):(5～10):(0.1～2.0)在1900～2250℃下保温1～2h，合成α-SiC片状晶体；采用该方法制得的SiC晶粒为片状，分散性好，形状也较为规则，但需要两次高温处理，依然存在工艺复杂、能耗高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、低能耗的二维片状SiC材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种二维片状SiC材料的制备方法，包括以下步骤：1)将主要由溶胶和膨胀碳材料组成的分散体系进行凝胶化处理，得到前驱体凝胶；所述溶胶为硅溶胶或由硅源经过水解、缩合得到；2)将所得的前驱体凝胶进行干燥，得到复合粉体；3)将所得的复合粉体进行反应烧成，即得。

本发明的二维片状SiC材料的制备方法，工艺简单、能耗低，以膨胀碳材料作为碳源，分散体系中的硅溶胶颗粒分布于膨胀碳材料的片层状结构表面，也呈片状分布，经过烧成反应后，即可得到二维片状的SiC材料，该二维片状SiC材料具有纳米片状结构，因此比表面积更大、更易分散，并且层状结构能够降低其在复合材料里引起材料整体韧性下降的程度。此外，在磨料磨削过程中，具有片状结构的SiC纳米片能够减少其棱角对工件的损伤，增强其磨削光度和平整性。采用本发明的制备方法制备得到的二维片状SiC尤其适用对性能有特殊要求的环境中，如可应用于高端磨料和功能陶瓷领域，因此具有广阔的市场应用前景。

优选的，所述硅源为硅酸酯、多聚硅氧烷、倍半硅氧烷中的至少一种。进一步优选的，所述硅酸酯为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲基乙氧基硅烷中的至少一种。

优选的，所述膨胀碳材料为膨胀石墨。

优选的，所述膨胀碳材料的制备方法，包括：将碳源进行插层处理，然后微波加热膨胀，即得。所述碳源包括石墨、活性炭、煤和植物秸秆中的至少一种。

优选的，所述微波加热的温度为600～1000℃，时间为30～120s。插层处理工艺和微波快速膨胀能够使碳源形成片层状结构。