本发明专利技术所提供一种高比表面积的碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。该方法是以自然界微/纳米多级结构为思路，从仿生材料设计的角度来构建一种新型的SiC/C多孔复合陶瓷，以碳纤维作为骨架，以SiC微球模拟生物体中的微突，以SiC纳米线模拟生物体中纳米绒毛，构建一个仿生的SiC/C多孔复合陶瓷，该方法所涉及的SiC/C多孔复合陶瓷具有高比表面积、易于成型、高强度的特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多孔陶瓷材料制备
，涉及。
技术介绍
SiC是由碳和硅构成的共价键化合物，具有类似金刚石的四面体结构单元，不仅具有非常好的化学稳定性、高的机械强度和硬度，而且具有良好的导热导电性能。尤其是SiC良好的导电导热性有利于催化剂在反应过程中的热传递以及催化剂活性组分与载体间的电子传递，碳化硅成为催化剂载体的理想材料。但是，在化工催化
中却很少看到SiC多孔陶瓷应用的身影。究其原因，是因为商业化方法生产出来的SiC多孔陶瓷其比表面积难以满足催化剂载体材料的要求。因此，如何制备能用作催化剂载体的高比表面积碳化硅，已引起了研究者的重视，有关的研究也日益增多，开发了模板法、溶胶凝胶法、聚碳硅烷裂解法等方法，制备了 SiC多孔颗粒，SiC纳米管，SiC微球等结构。中国专利技术专利02130064. X报道了一种高比表面积碳化硅及其制各方法，该方法所制备的高比表面积碳化硅的直径为10-20nm，比表面积为60_160m2/g，孔径分布范围为3-100nm。然而，上述方法制备的高比表面积SiC要达到实际应用还需成型，使制成的催化剂载体具有合适的形状、尺寸和机械强度，以符合工业反应器的操作要求。在催化剂成型的过程中，多孔SiC陶瓷的烧结过程会导致比表面积的大幅降低。因此，开发一种高比表面积的碳化硅多孔陶瓷及其制备方法，使其具有高比面积的同时，还具有较强的可成型性和机械强度是解决该材料在催化领域中应用的关键。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种制备高比表面积的碳化硅多孔陶瓷及其制备方法。大幅提高了多孔陶瓷的比表面积。为实现上述目的，本专利技术提供了一种SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，包括以下特征以碳纤维作为骨架，在碳纤维的骨架上沉积热解碳，然后在碳纤维表面沉积碳微球，得到多孔碳模板，接着，在多孔碳模板中引入纳米氧化物颗粒，最后以摩尔比为2:Γ2:3的硅和二氧化硅混合粉末作为硅源，将多孔碳模板放置在硅和二氧化硅混合粉末上方进行烧结，即可。作为本专利技术的优选实施例，所述碳微球的尺寸控制在20(T500nm ；作为本专利技术的优选实施例，烧结时，保证多孔碳模板与反应容器的内壁紧密接触；作为本专利技术的优选实施例，所述热解碳层的厚度控制在Γ5μπι;作为本专利技术的优选实施例，所述在碳纤维表面沉积碳微球的方法为将沉积有热解碳的碳纤维骨架放置在微波水热反应仪中，以葡萄糖为碳源，在碳纤维表面沉积碳微球；作为本专利技术的优选实施例，在沉积碳微球的方法中，所述葡萄糖的浓度控制在10 100g/L，反应温度控制在15(T250°C ；作为本专利技术的优选实施例，引入纳米氧化物颗粒的方法为将多孔碳模板放置在微波水热反应仪中，以金属无机盐作为原料，在多孔碳模板中引入纳米氧化物颗粒，最终得到的纳米氧化物的尺寸控制在5 50nm ；作为本专利技术的优选实施例，在引入纳米氧化物颗粒的方法中，所述金属无机盐溶液的浓度控制在O. 5^3. OmoI/L,反应温度控制在15(T250°C ；作为本专利技术的优选实施例，所述烧结方法为氛围真空，反应温度130(Tl600°C，反应分压控制在IKPa lOOKPa。 本专利技术还提供了一种SiC/C多孔复合陶瓷，其比表面积为3(Tl20m2/g。本专利技术SiC/C多孔复合陶瓷不仅具有高比表面积，易成型，高强度的特点，而且还具有金属催化的功能。本专利技术制备SiC/C多孔复合陶瓷的方法至少具有以下优点以碳纤维作为骨架，碳纤维之间利用化学气相沉积热解碳连接，形成一个高孔隙率、高强度的三维网络结构，碳纤维轻质高强的特点，是SiC/C多孔复合陶瓷的基础。用SiC微球和SiC纳米线来模拟自然界微/纳米多级结构，实现SiC/C多孔复合陶瓷的仿生设计，大幅提高了多孔陶瓷的比表面积。通过微波辅助的水热合成方法引入弥散分布的金属氧化物纳米颗粒，在碳热还原反应中，SiC纳米线通过VLS机制生长，使得纳米线尖端分布纳米级的催化剂金属颗粒，赋予了多孔陶瓷催化功能。附图说明图I是本专利技术的SiC/C多孔复合陶瓷的三维结构单元；图2是本专利技术的SiC/C多孔复合陶瓷的微观结构示意图；图3SiC/C多孔复合陶瓷制备过程不同阶段的形貌图(a)碳纤维的三维骨架(b)SiC包覆的碳纤维(C)碳纤维表面沉积的金属氧化物纳米颗粒(d)微波水热合成的碳微球(e) SiC纳米线。具体实施例方式本专利技术方法是以自然界微/纳米多级结构为思路，从仿生材料设计的角度来构建一种新型的SiC/C多孔复合陶瓷，以碳纤维作为骨架，以SiC微球模拟生物体中的微突，以SiC纳米线模拟生物体中纳米绒毛，构建一个仿生的SiC/C多孔复合陶瓷，该方法所涉及的SiC/C多孔复合陶瓷具有高比表面积、易于成型、高强度的特性。SiC/C多孔复合陶瓷以碳纤维作为骨架，碳纤维之间利用化学气相沉积热解碳连接，形成一个高孔隙率、高强度的三维网络结构，碳纤维轻质高强的特点，是SiC/C多孔复合陶瓷的基础。用SiC微球和SiC纳米线来模拟自然界微/纳米多级结构，实现SiC/C多孔复合陶瓷的仿生设计，大幅提高了多孔陶瓷的比表面积。通过微波辅助的水热合成方法引入弥散分布的金属氧化物纳米颗粒，在碳热还原反应中，SiC纳米线通过VLS机制生长，使得纳米线尖端分布纳米级的催化剂金属颗粒，赋予了 SiC/C多孔复合陶瓷催化功能。下面结合具体实施例对本专利技术方法做进一步阐述实施例I :步骤I :选取密度为O. 2g/cm3的短切碳纤维预制件作为骨架；步骤2 :将步骤I选取的碳纤维骨架放入化学气相沉积炉中，采用天然气作为碳源前驱体，沉积温度为900°C，沉积时间为1，沉积热解碳层厚度微I μ m。步骤3 :将步骤2处理后的碳纤维骨架，放入微波水热反应仪中。以葡萄糖作为碳源，在碳纤维表面沉积碳微球。葡萄糖浓度控制在10g/L，反应温度控制在150°C，反应时间控制在lh，最终碳微球尺寸为200nm。步骤4 :将步骤3处理得到的多孔碳模板，放入微波水热反应仪中。以Fe (NO3) 3作为原料，在多孔碳模板中引入纳米Fe2O3颗粒。Fe (NO3) 3溶液浓度控制在O. 5mol/L,反应温度控制在150°C，反应时间控制在O. 5h，最终氧化物尺寸控制在5nm。步骤5 :将步骤4处理后的多孔碳模板，放入真空烧结炉中。以Si与SiO2混合粉 末作为硅源，Si : SiO2摩尔比控制在2: 1，反应温度控制在1300°C，反应分压控制在lKPa，反应时间控制在lh。反应时,多孔碳模板置于Si与Si#混合粉末上方,且多孔碳模板与反应容器内壁紧密接触，使反应气体有利于向多孔碳模板内扩散。本实施例所得SiC/C多孔复合陶瓷性能见附表I。实施例2 步骤I :选取密度为O. 6g/cm3的短切碳纤维预制件作为骨架；步骤2 :将步骤I选取的碳纤维骨架放入化学气相沉积炉中，采用丙烷作为碳源前驱体，沉积温度为1200°C，沉积时间为4h，沉积热解碳层厚度微5 μ m。步骤3 :将步骤2处理后的碳纤维骨架，放入微波水热反应仪中。以葡萄糖作为碳源，在碳纤维表面沉积碳微球。葡萄糖浓度控制在100g/L，反应温度控制在250°C，反应时间控制在5h,最终碳微球尺寸为500nm。步骤4 :将步骤3处理得到的多孔碳模板，放入微波水热反应仪中。以Ni (NO3本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高比表面积SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，其特征在于：以碳纤维作为骨架，在碳纤维的骨架上沉积热解碳，然后在碳纤维表面沉积碳微球，得到多孔碳模板，接着，在多孔碳模板中引入纳米氧化物颗粒，最后以摩尔比为2:1~2:3的硅和二氧化硅混合粉末作为硅源，将多孔碳模板放置在硅和二氧化硅混合粉末上方进行烧结，即可。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳海波，李翠艳，黄剑锋，费杰，曹丽云，卢靖，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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