Способ получения @ -карбида кремния Советский патент 1992 года по МПК C01B31/36 

Изобретение относится к технологии получения карбидов, а именно порошка

карбида кремния,легированного азотом и кислородом, который может оыть использован для изготовления карборундовых абразивных, керамических и огнеупорных материалов.

Целью изобретения является повышение степени легирования карбида кремния азотом и кислородом при одновременном упрощении процесса.

Сущность способа заключается в следующем. Готовят смесь из кремния и углерода в соотношении Sl/С, равном 1:1, 8-1,2, при этом используют кремний любой марки дисперсностью 12 мкм. Кремний может быть использован как кристаллический, так и аморфный, или из их смеси. В качестве углерода используют сажу любых марок, графит и другие углеродсодержащие материалы. В качестве добавки используют соединения (МН4)аСОз; (МНфСаО : CO(NH2)2.

vj О Os Ю Os GO

Проводят перемешивание углерода, кремния и добавки, взятой в количестве 0,5- 10% от массы шихты.

Полученную смесь с плотностью 0,8-1,5 г/см3 помещают в оболочку из асбеста, кар- тона, бумаги и слюды () кал/см-с- град). Смесь с оболочкой размещают в реакторе, подают под давлением 0,5-10,0 МПа газовую смесь: воздух с добавкой аргона (10-15 об.%), либо азот с добавкой оксида углерода (20-40 об. %), либо азот с добавкой диоксида углерода (20-40%), и проводят инициирование экзотермической реакции локальным воспламенением смеси, подавая кратковременный импульс тока, например, через спираль, которая находится в контакте со смесью. В смеси начинается самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), который заканчивается через 3-30 мин, при этом температура синтеза достигает 2100° С и скорость горения от 0,1 мм/с до 2 мм/с. Воспламенение исходной смеси может быть осуществлено также с помощью электрической дуги, электрической искры, световым или лазерным лучом.

После охлаждения реактора извлекают продукт и удаляют оболочку, Выделенный продукт анализируют на содержание азота, углерода и свободного кислорода.

Указанные интервалы плотности, дав- пений, соотношения компонентов газовой смеси являются оптимальными, позволяющие получать карбид кремния, легированный азотом и кислородом, с высоким выходом.-

Пример. Порошок кремния чистотой 95-99% с частицами менее 12 мкм смешивают в стехиометрическом отношении с техническим углеродом П804Т и добавкой карбоната аммония в количестве 0,5 мае % от массы кремния и углерода.

Полученную смесь плотностью 1,1 г/см помещают в оболочку из картона ( 10 6 кал/см-С град.). Смесь с оболочкой размещают в реакторе, подают воздух с аргоном (90 об.%) под давлением 50 атм (5 МПа) и проводят инициирование экзотермической реакции локальным воспламенением исходной смеси, подавая кратковременный импульс тока через спираль, которая находится в контакте со смесью. В смеси начинается самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Дальнейшее взаимодействие компонентов происходит за счет тепловыделения реакции. Синтез протекает со скоростью 0,5 мм/с и температурой во фронте горения 1950° С. После окончания процесса и охлаждения реактора

извлекают содержимое, удаляют оболочку и анализируют продукт.

Полученный карбид кремния представляет собой /J SIC и содержит, %: свободный углерод 0,2; кислород 2,4; азот 2,4, и состоит полностью из кубической модификации карбида кремния, размер частиц которого менее 15 мкм и удельная поверхность 7,0 м2/г.

В таблице представлены примеры способа с указанием исходной шихты, параметров синтеза и свойств конечного продукта.

Легирование карбида кремния азотом и кислородом осуществляется за счет образования нитрида кремния, оксинитрида кремния, которые равномерно распределяют по объему полученного продукта, при этом общее содержание кислорода и азота достигает 4 мас.%.

Таким образом, способ позволяет получать / -карбид кремния с размерами частиц 15 мкм, с удельной поверхностью до 10 , легированной азотом и кислородом в одном процессе, что невозможно осуществить известными способами. Предлагаемый способ простой, характеризуется небольшим расходом электроэнергии, производителен и технологичен.

Формула изобретения

1. Способ получения /3-карбида кремния, включающий приготовление смеси из порошков кремния и углерода, размещение смеси в оболочке с последующей термообработкой в газовой среде и извлечение образовавшегося продукта, отличающий- с я тем, что, с целью повышения степени легирования карбида кремния азотом и кислородом при одновременном упрощении процесса, висходнуюсмесьдополнительно вводят добавку соединения из группы, включающей (ЫНфСОз, CO(NH2)2, ( в количестве 0,5-10% от массы, при этом смесь при плотности 0,8-1,5 г/см3 размещают в ободочку из материала с теплопроводностью, равной 1-9 х 10 кал/см Страд, а термообработку осуществляют в режиме горения путем локального воспламенения смеси под давлением газовой среды, содержащим инертный газ.

2. Способ поп, 1,отличающийся тем, что в качестве материала оболочки используют материал из группы, включающей асбест, картон, бумагу и слюду.

3. Способ по пп. 1и 2, отличающийся тем, что термообработку ведут в газовой среде из смеси воздуха с 10-50 об.% аргона, или смеси азота с 20-40% оксида или диоксида углерода или смеси азота с 10-40 об.% аргона под давлением 0.5-10 МПа.

(NB,)tC(0«2

Wfl«),C,0,1

codm,),0,1

(ЯН.),С,0.1,5

CO(KHj), 0,5

,0

(HH.VCjO,1,5

Om,l«CtCi 2,5

)t8,0

1,5

0,8

0,9

1.

1,0

1.0 1.2 0,8 0,9

Слоя

Асбестоий картон

Асбестовая ткань

Асвест о- локнистый

5.7 2.5

3.0

3,75

Асбест прес- в,9 «манный

Асбест3,75

бумаг I 1,0

Бумага 1,1

Авсест прес- 9,0 соаанный

.7 .5

.0

,75

,9

,75

,0

,1

,0

10,Л Аргои (в Во«ду 0

1,0 Азот 60 Оксид утл рода 0

1|,0 8о1дух 10 Лргон 90

Ают «О

Диоксид углерода 20

Акт SO АЮКСИД углерода 0

25

«О

7,0

Амт 90 Аргон 10

5,0 60 Аргон 4в

0,6 Ают 70 Аргон 30

6,0 Аэот 70 Оксид yrmpo- да 30

0,62,3

O.S2,

о.з .в

,5

0.52,0

0,31,5

0.1.

0,21,6

0.52.0

I. 2.3

2.7 2.5

2.0

2,5 2.

Изобретение относится к технологии карбидов и позволяет получать порошок / -карбида кремния, легированного азотом и кислородом, который может быть использован для изготовления карборундовых абразивных, керамических и огнеупорных материалов. Целью изобретения является повышение степени легирования карбида кремния азотом и кислородом при одновременном упрощении процесса. Это обеспечивается способом получения /3-карбида кремния, включающим приготовление исходной шихты из смеси кремния, углерода и добавки, выбранной из ряда ( CO(NH2)2; (NH-02C204 в количестве 0.5-10% от массы шихты, размещение смеси с плотностью 0,8-1,5 г/см в оболочку из материала с теплопроводностью 1-9 10 кал/см-с град., выбранного из ряда асбест, картон, бумага, слюда, и затем размещение шихты с оболочкой в замкнутый объем реакторов; термообработку шихты в газовой среде и проведение процесса в атмосфере воздуха с добавкой 10-50% аб.аргона, либо в смеси азота (60-80% об.) с оксидом углерода (40- 20% об.), или в смеси азота (60-80% об.) с диоксидом углерода (40-20% об.), или аргоном (10-40% об.) под давлением 0,5-10 МПа. Способ позволяет получать -карбид кремния с размерами частиц 15 мкм с удельной поверхностью до 10 м /г, легированный азотом и кислородом в одном процессе 2 з.п.ф-лы, 1 табл. ел с

Прототип 1,0 1,0

Огне упор

1 потоке г«« «,7 0,5-1.0 О..

состоящего

и «одорооа и

углеюдорода