一种碳化硅陶瓷的腐蚀方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化硅陶瓷的腐蚀方法，包括：在反应容器中先加入浓氢氟酸，再缓慢加入浓硝酸，搅拌均匀后密封静置10‑30分钟，得腐蚀液；将碳化硅试样浸没在所得腐蚀溶液中，在150‑200℃下腐蚀12‑24小时。本方法在低温下对固相烧结碳化硅陶瓷腐蚀，使经过腐蚀后晶粒衬度明显，晶界清洗，同时避免了高温腐蚀引入的热缺陷，高能刻蚀引入的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低温下碳化硅陶瓷的腐蚀方法，可用于致密碳化硅陶瓷微观形貌分析等领域。
技术介绍
微观形貌分析是根据有关标准和规定来表征致密碳化硅陶瓷的一种常规检测手段。通过微观形貌可以观察到被腐蚀的碳化硅陶瓷的晶粒的尺寸，晶粒的形状以及晶界，碳化硅陶瓷试样过烧或者气孔的分布。碳化硅陶瓷的生产制备方法较多，但目前应用前景最多的制备方法之一是常压固相烧结。常压固相烧结是以亚微米β-SiC粉，加入少量B和C作为烧结助剂，在2000～2100℃，于惰性气氛或真空条件下实现了SiC陶瓷的无压烧结。但由于固相烧结的碳化硅陶瓷抗氧化性好，化学稳定性高。目前观测其微观形貌主要采取化学腐蚀法以及离子刻蚀法。化学腐蚀法可以分为高温熔融氢氧化钠腐蚀法和常温强酸的腐蚀。高温熔融氢氧化钠腐蚀法是腐蚀碳化硅陶瓷比较常用的方法，它是指把陶瓷试样在450℃的熔融氢氧化钠中浸泡10s，反复几次，这种方法虽然时间较短，但是由于反应得温度较高，即容易带来安全隐患，又对材料造成一定损伤，同时还对加温装置带来一定隐患，降低仪器的使用寿命。由于碳化硅的化学稳定性较高，常温单一强酸的腐蚀虽然能够实现，但是腐蚀的反应速度太慢，所需的时间太长不利于实际操作，并且腐蚀的效果不明显，看不出完整的碳化硅晶粒，晶粒之间的晶界也不清晰。离子刻蚀法是指利用高能离子将陶瓷表面去除掉，但是由于刻蚀时能量较高容易引入新的缺陷，并且刻蚀后的陶瓷试样晶界不清晰。所以为了观测的到清晰的晶界，以及晶粒尺寸腐蚀液的配比，以及腐蚀的温度，腐蚀的时间是至关重要的。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种更加安全有效的碳化硅陶瓷的腐蚀方法。为实现上述目的，本专利技术提供了一种碳化硅陶瓷的腐蚀方法包括：在反应容器中先加入浓氢氟酸，再缓慢加入浓硝酸，搅拌均匀后密封静置10-30分钟，得腐蚀液；将碳化硅试样浸没在所得腐蚀溶液中，在150-200℃下腐蚀12-24小时。较佳地，所述浓硝酸为质量百分比65-68wt％的硝酸水溶液。较佳地，所述浓氢氟酸为质量百分比35-40wt％的氢氟酸水溶液。较佳地，所述浓硝酸与浓氢氟酸的体积比为(1.0-1.5)：1。较佳地，所述腐蚀为将碳化硅试样浸没在装有腐蚀溶液的聚四氟乙烯为内衬的反应釜中，在150-200℃下腐蚀12-24小时。本方法能够安全，有效的腐蚀出碳化硅陶瓷晶粒，清晰观测陶瓷内部的结构以及气孔。使研发的陶瓷产品的微观形貌得以观察，便于研发者对材料的性能做出正确评价以及为下一步产品的研发指明方向。本方法在低温下对固相烧结碳化硅陶瓷腐蚀，使经过腐蚀后晶粒衬度明显，晶界清洗，同时避免了高温腐蚀引入的热缺陷，高能刻蚀引入的缺陷。由于固相烧结碳化硅陶瓷的化学稳定性高，耐腐蚀性强，单一的强酸无法在固相烧结碳化硅陶瓷表面形成腐蚀，而由于浓硝酸的强氧化性可以在碳化硅陶瓷表面晶界处发生氧化反应生成二氧化硅，而氢氟酸具有很高的配位性，可以在较低的温度下与二氧化硅反应，两者的混和溶液既具有很高的配位性同时具有强氧化性，可以在较低的温度下沿着碳化硅陶瓷表面晶界发生腐蚀。附图说明图1为实施例1中烧结助剂含量为5wt％C和0.6wt％B4C、烧结温度为2150℃的固相烧结SiC材料表面进行腐蚀后微观形貌；图1a为对比例1-1中烧结助剂含量为5wt％C和0.6wt％B4C、烧结温度为2150℃的固相烧结SiC材料表面经浓氢氟酸腐蚀24小时后微观形貌；图1b为对比例1-1中烧结助剂含量为5wt％C和0.6wt％B4C、烧结温度为2150℃的固相烧结SiC材料表面经浓氢氟酸腐蚀48小时后微观形貌；图1c为对比例1-2中烧结助剂含量为5wt％C和0.6wt％B4C、烧结温度为2150℃的固相烧结SiC材料表面经浓硝酸腐蚀24小时后微观形貌；图1d为对比例1-2中烧结助剂含量为5wt％C和0.6wt％B4C、烧结温度为2150℃的固相烧结SiC材料表面经浓硝酸腐蚀48小时后微观形貌；图2为实施例2中烧结助剂含量为6wt％C和0.6wt％B4C、烧结温度为2150℃的固相烧结SiC材料表面进行腐蚀后微观形貌；图2a为对比例2-1中烧结助剂含量为6wt％C和0.6wt％B4C、烧结温度为2150℃的固相烧结SiC材料表面经浓氢氟酸腐蚀24小时后微观形貌；图2b为对比例2-1中烧结助剂含量为6wt％C和0.6wt％B4C、烧结温度为2150℃的固相烧结SiC材料表面经浓氢氟酸腐蚀48小时后微观形貌；图2c为对比例2-2中烧结助剂含量为6wt％C和0.6wt％B4C、烧结温度为2150℃的固相烧
结SiC材料表面浓硝酸腐蚀24小时后微观形貌；图2d为对比例2-2中烧结助剂含量为6wt％C和0.6wt％B4C、烧结温度为2150℃的固相烧结SiC材料表面浓硝酸腐蚀48小时后微观形貌。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术浓硝酸和浓氢氟酸为原料制备腐蚀液来腐蚀碳化硅试样材料。以下示例性地说明碳化硅陶瓷的腐蚀方法。碳化硅试样的制备。由于腐蚀液具有强氧化性和高配位性，可以与碳化硅发生腐蚀反应。作为一个示例，利用固相常压烧结的方法，制备两种不同的的碳化硅陶瓷试样，并对试样进行加工，加工成尺寸4*5*40mm的试条，试样的每个边进行倒角。碳化硅试样的抛光处理。作为一个详细的示例，利用平面磨床将试样表面进行粗加工，使表面平整度小于1℃，然后利用180目、280目的B4C磨料进行磨抛，抛光机的转速设为50r/min，磨抛时间各为2h，然后利用20um、10um的金刚石研磨膏对碳化硅陶瓷试样进行抛光处理，抛光机的转速设为40r/min，抛光时间各为1h，最后利用5um、3um、1um的金刚石抛光液对碳化硅陶瓷进行抛光处理，抛光机的转速设为30r/min，抛光时间各为0.5h。腐蚀液的配制。由于腐蚀液的高配位性受溶液中氟离子的浓度控制，而氟离子的浓度与氢离子的浓度密切相关，因此合理的配比才能使腐蚀液同时具有高氧化性和强的配位性，否则无法在碳化硅陶瓷表面形成腐蚀。在腐蚀容器中先加入浓氢氟酸(质量分数40wt％)，在缓慢加入浓硝酸(质量分数65-68wt％)，浓氢氟酸与浓硝酸的体积比可为1.0-1.5：1，搅拌均匀后倒入密闭的容器中静置10-30min。碳化硅试样腐蚀。将腐蚀液倒入聚四氟乙烯的反应釜内衬中，将抛光后的碳化硅试样完全浸没在腐蚀溶液中，将装有腐蚀液和腐蚀试样的聚四氟乙烯内衬装入不锈钢反应釜中。本专利技术所用方法在低温(相比于高温熔融氢氧化钠腐蚀法所用温度)下，例如，在150-200℃就能完成对碳化硅试样腐蚀，腐蚀时间可为12-24h，可见本专利技术的腐蚀方法更加节约成本，且安全有效。腐蚀后碳化硅试样的清洗，确保试样表面没有残留混酸以及反应所生成的微量化合物。作为一个示例，用去离子水冲洗试样表面，冲洗时间为30s，然后利用带有酒精的脱脂棉擦拭试样表面然后再利用酒精冲洗试样表面，冲洗时间为30s，将冲洗过的试样放到60℃
的烘箱中烘干。重复清洗干燥3次。碳化硅试样的表面观察。利用扫描电子显微镜(SEM)观测腐蚀后的陶瓷材料表面。本专利技术将浓氢氟酸和浓硝酸按照体积1.0-1.5：1配制出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅陶瓷的腐蚀方法，其特征在于，包括：在反应容器中先加入浓氢氟酸，再缓慢加入浓硝酸，搅拌均匀后密封静置10‑30分钟，得腐蚀液；将碳化硅试样浸没在所得腐蚀溶液中，在150‑200℃下腐蚀12‑24小时。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅陶瓷的腐蚀方法，其特征在于，包括：在反应容器中先加入浓氢氟酸，再缓慢加入浓硝酸，搅拌均匀后密封静置10-30分钟，得腐蚀液；将碳化硅试样浸没在所得腐蚀溶液中，在150-200℃下腐蚀12-24小时。2.根据权利要求1所述的腐蚀方法，其特征在于，所述浓硝酸为质量百分比65-68wt%的硝酸水溶液。3.根据权利要求1或2所述的腐蚀方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄政仁，刘泽华，闫永杰，张辉，姚秀敏，刘学建，蔡平，赵静，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31