碳化硅的制备方法及碳化硅复合材料技术

本发明专利技术提供可在低反应温度下反应的新的碳化硅的制备方法。本发明专利技术涉及碳化硅的制备方法，所述方法包括将至少含有平均粒径低于200nm的硅纳米粒子和碳系材料的组合物烧结。

Preparation of Silicon Carbide and Silicon Carbide Composites

The invention provides a new preparation method of silicon carbide which can react at low reaction temperature. The invention relates to a preparation method of silicon carbide, which includes sintering compositions containing at least silicon nanoparticles with average particle size less than 200 nm and carbon series materials.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳化硅的制备方法及碳化硅复合材料
本专利技术涉及碳化硅的制备方法及碳化硅复合材料。
技术介绍
碳化硅作为具有高热导率和高机械强度的材料而为人所知，被用于高温耐腐蚀部件、各种坩埚、热交换器传热管等。另外，近年来，碳化硅作为电力半导体用材料而受到关注。碳化硅在自然中并不存在。作为碳化硅的制备方法，目前已知有通过在还原气氛下将二氧化硅和碳系材料烧结来制备的艾奇逊法。通过将烧结温度设为1500℃左右，可得到具有β型的结晶结构的β型碳化硅，通过将烧结温度设为2000℃左右，可得到具有在高温区稳定，并且热导率高的α型的结晶结构的α型碳化硅。另外，专利文献1~3公开了使用硅粉末代替二氧化硅的碳化硅的制备方法。其中，使用较大粒径的硅粉末。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-247381号公报专利文献2：日本特开2001-199767号公报专利文献3：日本特开2011-243412号公报。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术的目的在于，提供可在低烧结温度下制备的新的碳化硅的制备方法。另外，本专利技术涉及可利用这样的制备方法得到的具有高导热性的碳化硅复合材料。用于解决课题的手段本专利技术人发现具有以下方式的本专利技术解决上述课题：《方式1》碳化硅的制备方法，所述方法包括将至少含有平均粒径低于200nm的硅纳米粒子和碳系材料的组合物烧结。《方式2》方式1所述的制备方法，其中，所述硅纳米粒子掺杂有硼。《方式3》方式2所述的制备方法，其中，所述掺杂有硼的硅纳米粒子在1018atoms/cm3以上且1022atoms/cm3以下的范围内含有硼。《方式4》方式1~3中任一项所述的制备方法，其中，所述碳系材料为纤维状碳。《方式5》方式4所述的制备方法，其中，所述纤维状碳是直径为100nm以上且900nm以下的碳纳米纤维。《方式6》方式1~5中任一项所述的制备方法，其中，所述组合物进一步含有选自硅粒子、碳化硅粒子、氮化硅粒子、二氧化硅粒子、碳化铝粒子、氮化铝粒子、氧化铝粒子、氮化硼粒子、氧化硼粒子、碳化硼粒子、碳纤维及它们的混合物的第3成分。《方式7》方式4~6中任一项所述的制备方法，其中，所述纤维状碳的热导率为80W/(m·K)以上且1000W/(m·K)以下。《方式8》方式4~7中任一项所述的制备方法，其中，通过使所述硅纳米粒子中的硅的摩尔数比所述纤维状碳中的碳的摩尔数小，得到含有纤维状碳的碳化硅复合材料。《方式9》碳化硅烧结用组合物，所述组合物至少含有平均粒径低于200nm的硅纳米粒子和碳系材料。《方式10》碳化硅复合材料，所述复合材料含有碳化硅和在所述碳化硅中分散的纤维状碳。专利技术效果根据本专利技术，可提供能够在低烧结温度下制备的新的碳化硅的制备方法。另外，根据本专利技术，可得到具有高导热性的碳化硅复合材料。附图简述[图1]图1表示实施例9中得到的烧结体截面的SEM图像。[图2]图2表示实施例10中得到的烧结体截面的SEM图像。具体实施方式《碳化硅的制备方法》本专利技术的碳化硅的制备方法包括将至少含有平均粒径低于200nm的硅纳米粒子和碳系材料的组合物烧结。在此得到的碳化硅只要是含有碳化硅的材料即可，例如可利用该方法，得到含有碳化硅和在碳化硅中分散的纤维状碳的碳化硅复合材料。作为得到的碳化硅，可以是α型碳化硅或β型碳化硅。作为用于得到α型碳化硅的烧结温度，可以是1800℃以上、1900℃以上、2000℃以上、2100℃以上或2200℃以上，且可以是2500℃以下、2300℃以下或2100℃以下。作为用于得到β型碳化硅的烧结温度，可以是1300℃以上、1350℃以上、1400℃以上或1500℃以上，且可以是1800℃以下、1600℃以下、1500℃以下或1400℃以下。为了使原料的硅纳米粒子和碳系材料充分地反应，烧结气氛例如优选在氩气、氮气等惰性气氛下进行。另外，为了防止氮化物等的生成，其中特别优选在氩气气氛下烧结。烧结时间优选为直至原料的硅纳米粒子和碳系材料充分反应的时间，例如可以是10分钟以上、30分钟以上、1小时以上或2小时以上，且可以是1天以下、12小时以下、6小时以下、3小时以下、2小时以下或1小时以下。通过使硅纳米粒子中的硅的摩尔数和碳系材料的碳的摩尔数为1:1，可得到实质上纯粹的碳化硅；使硅纳米粒子中的硅的摩尔数比碳系材料的碳的摩尔数大，可得到含有碳化硅和硅的碳化硅复合材料；使硅纳米粒子中的硅的摩尔数比碳系材料的碳的摩尔数小，可得到含有碳化硅和碳系材料的碳化硅复合材料。硅纳米粒子中的硅的摩尔数相对于碳系材料的碳的摩尔数的比例(硅/碳)可以是0.10以上、0.30以上、0.50以上、1.0以上或2.0以上，且可以是10.0以下、5.0以下、3.0以下、2.0以下、1.0以下或0.50以下。本专利技术的碳化硅的制备方法可包括在上述烧结工序前利用激光热分解法得到平均粒径低于200nm的硅纳米粒子的工序。作为这样的工序，可以是利用日本特表2010-514585号公报所述的激光热分解法得到硅纳米粒子的工序。该文献通过参照并入本说明书中。另外，本专利技术的碳化硅的制备方法可进一步包括得到至少含有硅纳米粒子和碳系材料的烧结用组合物的工序。该组合物可进一步含有溶剂，且可至少使硅纳米粒子和碳系材料分散在该溶剂中。在得到烧结用组合物的工序中，只要可将它们实质上均质地混合，则其形态无限制，例如能够以含有硅纳米粒子和其分散介质的硅纳米粒子分散体的形态提供硅纳米粒子。然后，可在硅纳米粒子分散体中添加碳系材料，利用行星式混合机等将它们混合得到烧结用组合物。烧结用组合物可含有硅纳米粒子和碳系材料以外的第3成分，例如可含有无机粒子(例如硅粒子、碳化硅粒子、氮化硅粒子、二氧化硅粒子、碳化铝粒子、氮化铝粒子、氧化铝粒子、氮化硼粒子、氧化硼粒子、碳化硼粒子等)、纤维状碳等。在使用在硅纳米粒子分散体中混合碳系材料得到的烧结用组合物的实施方式中，本专利技术的碳化硅的制备方法可进一步包括除去溶剂的工序。本专利技术的碳化硅的制备方法可进一步包括将含有硅纳米粒子和碳系材料的烧结用组合物成型为规定的形状的工序。作为成型手段，可列举出将烧结用组合物投入模具中，将其加压成型的单轴加压成型法、热压法、冷等静压加压法(CIP法)等。成型温度可根据成型方法适宜选择，优选在室温下进行成型。成型压力例如可以是10MPa以上、30MPa以上、50MPa以上、100MPa以上或200MPa以上，且可以是900MPa以下、800MPa以下、600MPa以下、400MPa以下或200MPa以下。另外，作为成型的形状，无特殊限制，可根据应用得到的碳化硅的用途，加工为任意的形状。为了得到更致密的碳化硅，优选在制作硅和碳的成型体后，进行利用CIP法的加压成型，然后利用热等静压压制成型法(HIP法)等，在200MPa以下的加压条件下进行煅烧。另外，也优选在模具中添加硅和碳的混合粉末，利用热压法在加压条件下进行烧结。热压法的压力可以是10MPa以上、30MPa以上、50MPa以上、100MPa以上或200MPa以上，且可以是900MPa以下、800MPa以下、600MPa以下、400MPa以下或200MPa以下。为了得到α型碳化硅，此时的烧结温度可以是1800℃以上、1900℃以上、2000℃以上、2100℃以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.碳化硅的制备方法，所述方法包括将至少含有平均粒径低于200nm的硅纳米粒子和碳系材料的组合物烧结。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.13 JP 2016-117148;2016.12.26 JP 2016-251411.碳化硅的制备方法，所述方法包括将至少含有平均粒径低于200nm的硅纳米粒子和碳系材料的组合物烧结。2.权利要求1所述的制备方法，其中，所述硅纳米粒子掺杂有硼。3.权利要求2所述的制备方法，其中，所述掺杂有硼的硅纳米粒子在1018atoms/cm3以上且1022atoms/cm3以下的范围内含有硼。4.权利要求1~3中任一项所述的制备方法，其中，所述碳系材料为纤维状碳。5.权利要求4所述的制备方法，其中，所述纤维状碳是直径为100nm以上且900nm以下的碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：前田让章，河野梓，池田吉纪，
申请(专利权)人：帝人株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP