一种低成本空心碳化硅微珠及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本空心碳化硅微珠及其制备方法，属于无机填料制备领域。该方法包括以下步骤：将硅溶胶、蔗糖、改性剂、多层石墨烯按照用量比混合，经喷雾干燥机喷雾干燥成微珠；对微珠进行包膜处理、干燥处理、碳化处理和烧结处理后得到的烧结后的微珠；并采用气相沉积工艺对烧结后的微珠进行处理，得到内部为蜂窝状的碳化硅骨架，外部为致密的碳化硅壳的低成本空心碳化硅微珠。本发明专利技术在解决了硅源与碳源充分接触，增强所制得空心碳化硅微珠的抗压强度的基础上，无需形成醇凝胶、加入老化剂、和置换介质等繁琐处理，操作工艺简单，制作成本低。本低。本低。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本空心碳化硅微珠及其制备方法


[0001]本专利技术属于无机填料制备领域，涉及空心微珠的制备领域，具体涉及一种低成本空心碳化硅微珠及其制备方法。

技术介绍

[0002]空心碳化硅微珠使用在金属中，能够替代锂元素在金属中减重、增强的作用；在不改变原金属使用的情况下，使其成为更轻、更强的新材料；如镁合金、铝合金、钛合金、不锈钢等，从而制造出超轻、高强、低膨胀率的金属基复合材料。这样的材料具有可焊接、可挤压成形、可压铸、可铸造等加工性能，可使用在减重特别关注的领域，即克克计较的领域。尤其是使用在航天航空、火箭卫星、导弹巡飞弹、防弹装甲等领域，也可以使用在无人机、电动汽车、磁悬浮高速列车等民用领域。
[0003]溶胶凝胶法是采用高化学活性的化合物作为前驱体，然后将前驱体的各组分在液相下均匀混合，使其发生水解、缩合等反应，形成稳定的透明的溶胶体系，该溶胶经陈化后，胶粒缓慢聚合，形成三维的空间网络结构的胶体，在胶体的网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶，凝胶经干燥、煅烧等过程可制备出各种粉体材料。
[0004]采用聚碳硅烷溶胶凝胶法能够制备空心碳化微珠，但是一方面原材料采用聚碳硅烷，成本高；另一方面采用溶胶凝胶法工艺难以控制且污染大，后续再经过热解法，制备出的空心碳化硅微球不致密，影响强度。
[0005]CN111825094A公开了一种以多孔石墨为核的空心碳化硅粉的制备方法，使用由膨胀石墨粉作原料制备成的多孔石墨粉，满足了材料的轻量化要求；硅液与热解碳在高温下反应生产碳化硅膜，外壳强度比较高。但其需要用硝酸与氢氟酸按比例或者氯化除去多余的硅，同时没有解决硅源于碳源的充分接触的问题，使微珠含碳量比较高，影响微珠强度。
[0006]CN112047343A公开了一种空心碳化硅微珠的制备方法，是用氧化石墨烯与碳纳米管作原材料制备的是碳气凝胶，再和硅源复合，生成致密的空心碳化微珠，但其不能解决硅源与碳源充分接触的问题，使微珠含碳量比较高，强度低。
[0007]CN115521162A公开了一种空心化碳化硅微珠的制备方法，层状石墨烯与硅溶胶充分接触，同时层状石墨烯在硅溶胶内呈层状或蜂窝状分布，解决了硅源与碳源充分接触的问题，形成了强度较好的致密碳化硅骨架。但其制备过程繁琐，需要形成醇凝胶，再加入老化剂、改性剂和置换介质分别进行老化处理、改性处理和溶剂置换处理，制作成本高。
[0008]CN1472136A公开了一种制备碳化硅的方法，采用碱性化的硅源和含碳的碳源相混合成均质化的浆液反应体系，从而保证了硅源和碳源的超紧密接触，同时碱性化的硅源为碳化硅晶须的生长提供了催化剂，不需另外加入任何催化剂催化反应，即能得到碳化硅晶须。但其不能形成超轻多孔的碳化硅骨架。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术所要解决的第一技术问题在于提供一种低
成本空心碳化硅微珠的制备方法；本专利技术所要解决的第二技术问题是提供该方法制备得到的低成本空心碳化硅微珠。
[0010]本专利技术采用的技术方案如下：
[0011]第一方面，一种低成本空心碳化硅微珠的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、将硅溶胶、蔗糖、多层石墨烯、改性剂溶液按照用量比混合，经喷雾干燥机喷雾干燥成微珠；
[0013]S2、对微珠进行包膜处理、干燥处理和碳化处理得到碳化处理后的微珠；
[0014]S3、将碳化处理后的微珠与单质硅粉按照质量比混合，进行烧结处理，得到烧结后的微珠；
[0015]S3、采用气相沉积法对烧结后的微珠进行处理，得到低成本空心碳化硅微珠。
[0016]一种低成本空心碳化硅微珠的制备方法，具体包括以下步骤：
[0017](1)将硅溶胶、蔗糖、多层石墨烯、改性剂按照用量比混合，经喷雾干燥机喷雾干燥成微珠；
[0018](2)用包覆剂对微珠进行包膜处理，得到包膜后的微珠；将包膜后的微珠经干燥处理和碳化炉碳化处理后得到碳化后的微珠；
[0019](3)将碳化处理后的微珠与单质硅粉按照质量比混合，进行烧结处理，得到烧结后的微珠；
[0020](4)采用化学气相沉积法对烧结后的微珠进行处理，得到内部为蜂窝状的碳化硅骨架，外部为致密的碳化硅壳的低成本空心碳化硅微珠。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，将硅溶胶、蔗糖、多层石墨烯、改性剂按照用量比20～50mL:5～12g:1～3g:0.1～1mL混合。
[0022]可选地，在本专利技术的一些实施方式中，将硅溶胶、蔗糖、多层石墨烯、改性剂溶液按照用量比40mL:10g:1g:0.1mL混合。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，多层石墨烯的层数为11～30层。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，改性剂为硅烷偶联剂，可选地，改性剂为三甲基氯硅烷或六甲基二硅氮烷。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，包覆剂为蔗糖溶液。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，包覆剂与微珠的用量比为1～3mL:2～5g。
[0027]在本专利技术的一些实施方式中，包膜后的微珠用喷雾干燥机加热进行干燥处理。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，包膜后的微珠经干燥处理时，干燥处理的温度为150～200℃，干燥处理的时间为60～120min。
[0029]在本专利技术的一些实施方式中，碳化处理温度为600～800℃，碳化处理时间为1～3h。
[0030]在本专利技术的一些实施方式中，将碳化处理后的微珠与单质硅粉按照质量比4～6:2～4混合。
[0031]在本专利技术的一些实施方式中，将碳化处理后的微珠与单质硅粉按照质量比5:3混合。
[0032]在本专利技术的一些实施方式中，硅粉为采用多晶硅或单晶硅或金属硅，研磨成超细的单质硅粉。
[0033]在本专利技术的一些实施方式中，烧结处理温度为1400～1800℃，烧结处理时间为1～5h。
[0034]烧结后的微珠，内部二氧化硅与碳源、多层石墨烯反应生成碳化硅，并形成蜂窝状的碳化硅骨架；外壳单质硅粉液相与包膜碳源反应生成碳化硅外壳，再采用气相沉积法进一步生成致密的碳化硅外壳。
[0035]本专利技术的有益效果如下：
[0036](1)本专利技术提供了一种内部为蜂窝状的碳化硅骨架，外部为致密的碳化硅外壳的低成本空心碳化硅微珠，在解决了硅源与碳源充分接触，增强所制得空心碳化硅微珠的抗压强度的基础上，无需形成醇凝胶，加入老化剂和置换介质分别进行老化处理、改性处理和溶剂置换处理等复杂的气凝胶工艺。
[0037](2)本专利技术采用蔗糖充当内核碳源，由于蔗糖残碳率低，在与二氧化硅反应后能够进一步减轻内核重量，使内核多孔而轻量化，避免了把内核制作成气凝胶的复杂工艺，降低了制作成本。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0039]图1为本专利技术实施例1制备得到的低成本空心碳化硅微珠的SEM图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本空心碳化硅微珠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将硅溶胶、蔗糖、多层石墨烯、改性剂按照用量比混合，经喷雾干燥机喷雾干燥成微珠；S2、对微珠进行包膜处理、干燥处理和碳化处理得到碳化处理后的微珠；S3、将碳化处理后的微珠与单质硅粉按照质量比混合，进行烧结处理，得到烧结后的微珠；S4、采用气相沉积法对烧结后的微珠进行处理，得到低成本空心碳化硅微珠。2.根据权利要求1所述的低成本空心碳化硅微珠的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将硅溶胶、蔗糖、多层石墨烯、改性剂按照用量比20～50mL:5～12g:1～3g:0.1～1mL混合。3.根据权利要求2所述的低成本空心碳化硅微珠的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将硅溶胶、蔗糖、多层石墨烯、改性剂按照用量比40mL:10g:1g:0.1mL混合。4.根据权利要求1至3任一项所述的低成本空心碳化硅微珠的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述硅溶胶为含量30％的二氧化硅溶胶；所述多层石墨烯的层数为11～30层；所述改性剂选自三甲基氯硅烷或六甲基二硅氮烷中的一种。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗建华，王健，石珂俣，
申请(专利权)人：峨眉山市鑫锐新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：