【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在sic颗粒表面原位自生sic纳米线的方法。
技术介绍
1、sic纳米线具有高强度，高硬度，热膨胀系数小，抗氧化性强，热导率大，耐磨性好等优良特性，如sic纳米线的强度达到22～55gpa，弹性模量达到560～660gpa，延伸率高达5～200％，远高于sic颗粒(强度为0.5～1gpa，弹性模量为250～450gpa)，因此sic纳米线作为金属基复合材料的增强体，在近年来引发了研究者极大的兴趣。
2、sic纳米线增强金属基复合材料的制备相对于传统复合材料而言，主要问题在于纳米增强体的分散。这是因为sic纳米线的粒径小、比表面积大，极易形成尺寸较大的团聚体，使复合材料中纳米相存在量较少，难以发挥其特性。
3、目前针对纳米线的分散，主要以球磨的方式为主，而较低能量条件下的球磨则不能达到分散的效果效果，高能量条件下则破坏纳米线的完整性，进而影响其性能。因此，如何在保证sic纳米线完整的情况下，使得纳米线分散均匀成为研究的一个焦点。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有的sic纳米线分散不均匀和纳米线分散过程中完整性遭到破坏的问题，提供一种在sic颗粒表面原位自生sic纳米线的方法。本专利技术以sic颗粒为基底，在sic颗粒表面生长sic纳米线，生成的纳米线均匀分散在sic颗粒表面。
2、本专利技术在sic颗粒表面原位自生sic纳米线的方法按以下步骤进行：
3、一、sic颗粒和碳源混合：称取sic颗粒和碳源粉末，放入球磨
4、所述混合粉末中sic颗粒的质量分数为70～98％，碳源粉末的质量分数为2～30％；
5、二、硅源预氧化：
6、将硅粉体平铺于托盘中，置于加热炉中对粉体进行预氧化处理；然后将预氧化硅粉放入球磨罐中，并在保护气氛下进行研磨细化，得到氧化的硅粉；
7、所述托盘中硅粉体厚度为0.5mm～50mm；
8、所述对粉体进行预氧化处理时加热炉气氛为大气气氛或含有体积分数为21％～90％的氧气的氧化气氛；
9、所述预氧化的温度为300～800℃；
10、所述预氧化的保温时间为1min～60min；
11、保护气氛为ar气或n2气的一种或两种混合；
12、其中硅粉预氧化目的是使得在硅粉表面生成非晶态二氧化硅，非晶态二氧化硅具有较高活性，在纳米线合成过程中极易与硅粉反应生成sic纳米线生长所需的sio气体；经预氧化处理的硅粉由于二氧化硅具有粘附性而会结块，球磨的目的一方面使得硅粉表面的二氧化硅破裂变成非连续状，在纳米线生长过程中方便sio气体溢出，另一方面起到增加硅粉表面的作用；保护气氛研磨的目的是为了防止球磨产生新的硅表面氧化，防止二氧化硅层变成连续状；
13、三、sic颗粒表面生长sic纳米线：
14、将步骤二中得到的氧化的硅粉放置于石墨坩埚底部，在氧化的硅粉上方放置多孔陶瓷片，将步骤一得到的混合粉末放置于多孔陶瓷片的上表面，石墨坩埚加上石墨盖并置于气氛烧结炉内，先抽真空再通入氩气，然后将气氛烧结炉以1～20℃/min的升温速率升温至800～1350℃并保温，然后以一定冷却速率冷却至室温，得到表面原位自生sic纳米线的sic颗粒。
15、本专利技术的有益效果是：
16、本专利技术通过对硅粉预氧化和球磨，在硅粉表面生成一层非晶非连续的二氧化硅层，非晶态sio2较晶态sio2具有更高的活性，在纳米线合成过程中，更容易与si反应生成sio气体；sic形核机理为：sio+c＝sic+co，sic生长机理为：sio+3co＝sic+2co2，sio是sic形核和生长的重要气体。同时非连续氧化层为sio气体的溢出提供通道，从而大大增加重要气体sio的分压，促进sic纳米线的生长。
17、本专利技术由于非晶态二氧化硅的存在，大大降低活化能，因此在不含催化剂的情况下仍能合成sic纳米线，生产工艺简单，对原材料、设备和过程要求宽松，且无有害物质生成；
18、本专利技术通过以sic颗粒为衬底，在无催化剂的情况下，在sic颗粒表面生长sic纳米线，在不损伤纳米线的情况下实现了纳米线的均匀分散，并无团聚产生。
19、本专利技术所得的纳米线直径均一，直径为50～500nm，且均匀分散在sic颗粒表面，所得的sic颗粒和sic纳米线的纯度大于90％。
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1.一种在SiC颗粒表面原位自生SiC纳米线的方法，其特征在于：在SiC颗粒表面原位自生SiC纳米线的方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的在SiC颗粒表面原位自生SiC纳米线的方法，其特征在于：步骤一所述SiC颗粒平均粒径为1～200μm。
3.根据权利要求1所述的在SiC颗粒表面原位自生SiC纳米线的方法，其特征在于：步骤一所述碳源粉为石墨粉、CNTs、石墨烯、碳化的葡萄糖、碳化的蔗糖、稻壳灰中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的在SiC颗粒表面原位自生SiC纳米线的方法，其特征在于：步骤一所述碳源粉末粒径为10nm～1μm。
5.根据权利要求1所述的在SiC颗粒表面原位自生SiC纳米线的方法，其特征在于：步骤二所述硅粉体平均粒径为100nm～100μm。
6.根据权利要求1所述的在SiC颗粒表面原位自生SiC纳米线的方法，其特征在于：步骤二所述保护气氛为氩气气氛或氮气气氛的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的在SiC颗粒表面原位自生SiC纳米线的方法，其特征在于：步骤三所述陶瓷片与氧化的硅
8.根据权利要求1所述的在SiC颗粒表面原位自生SiC纳米线的方法，其特征在于：步骤三所述保温时间为0.2～10h。
9.根据权利要求1所述的在SiC颗粒表面原位自生SiC纳米线的方法，其特征在于：步骤三所述冷却速率为1～10℃/min。
10.根据权利要求1所述的在SiC颗粒表面原位自生SiC纳米线的方法，其特征在于：步骤三所述多孔陶瓷片的厚度为1～2mm；多孔陶瓷片的孔径小于碳化硅粉末的粒径。
...【技术特征摘要】
1.一种在sic颗粒表面原位自生sic纳米线的方法，其特征在于：在sic颗粒表面原位自生sic纳米线的方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的在sic颗粒表面原位自生sic纳米线的方法，其特征在于：步骤一所述sic颗粒平均粒径为1～200μm。
3.根据权利要求1所述的在sic颗粒表面原位自生sic纳米线的方法，其特征在于：步骤一所述碳源粉为石墨粉、cnts、石墨烯、碳化的葡萄糖、碳化的蔗糖、稻壳灰中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的在sic颗粒表面原位自生sic纳米线的方法，其特征在于：步骤一所述碳源粉末粒径为10nm～1μm。
5.根据权利要求1所述的在sic颗粒表面原位自生sic纳米线的方法，其特征在于：步骤二所述硅粉体平均粒径为100nm～100μm。
【专利技术属性】
技术研发人员：王平平，陈国钦，王刚，
申请(专利权)人：南京翔科复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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