[发明专利]一种α晶相介孔碳化硅材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于介孔材料的制备工艺领域，涉及一种α晶相介孔碳化硅材料及其制备方法。 

背景技术

碳化硅（SiC）是一种宽带隙(α-SiC为3.05ev，β-SiC为2.36ev)半导体材料，具有许多优异性能，如良好的导热性和导电性、耐高温性能和化学稳定性、抗热振性、低热膨胀系数、高硬度等，因而在陶瓷复合材料、耐磨材料、催化剂和光电子材料领域有很大的应用潜力。 

SiC可以通过传统的Acheson工艺、先驱体浸渍裂解法和形状记忆合成法等方法来制备，但是这些合成方法碳热还原温度较高，如Acheson工艺的反应温度一般在2000°C以上。此外，上述方法合成出的多孔SiC材料颗粒和孔径较大（一般在微米级别）、比表面积小（一般不超过70m²/g）。溶胶-凝胶法结合碳热还原工艺是一种制备高比表面积SiC介孔材料或纳米颗粒的有效途径，这种方法通常先合成碳-二氧化硅复合气凝胶或干凝胶作为前驱体，前驱体经过高温（1500~1800°C）碳热还原反应合成SiC。上海大学的张海娇等人（中国专利：CN101823713A）报道了一种低温（500~700°C）制备介孔SiC材料的工艺。但是目前所报道的SiC前驱体的制备工艺都比较复杂，大多需要将分别制备的碳溶胶和SiO₂溶胶混合，而且在溶胶-凝胶过程中需要加入催化剂以及其它添加剂，这都使得SiC前驱体的合成工艺复杂、可操作性差且不可控。而且，除了Acheson工艺因为碳热还原反应温度较高外，其它方通过碳热还原反应制备的SiC多为β相，但是Acheson工艺制备的SiC颗粒较大，比表面积小，纯度较差。而6H-SiC相对于β-SiC具有更宽的带隙、更高的高温稳定性（6H晶型SiC是最稳当的SiC型体），在光电子学、高温电子学、抗辐射电子学和高频大功率器件领域具有应用价值，6H-SiC制作的高频大功率器件能使固态电路的功率至少提高4个数量级，并大大提高这些器件的工作温度，用于抗辐射SiC器件可以大大增强军事电子系统的生命力。此外，还有许多方法可以合成SiC，但有关简单的一步溶胶-凝胶方法结合碳热还原工艺制备α晶相6H晶型介孔SiC未见报道。 

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术存在的不足而提供一种具有α晶相介孔碳化硅材料，本发明的另一目的是提供上述材料的制备方法，该方法工艺简单，可以制备出高比表面积的介孔碳化硅材料，这种材料的晶体结构为高温下更加稳定的α晶相。 

本发明的技术方案为：一种α晶相介孔碳化硅材料，其特征在于孔径分布在5~40nm，BET比表面积在130~330m²/g，形态为深绿色粉末，晶型为α相6H（六方）型。 

本发明还提供了上述α晶相介孔碳化硅材料的制备方法，其具体步骤如下： 

（1）把间苯二酚、甲醛、3-氨丙基三乙氧基硅烷、去离子水、乙醇按摩尔比为1∶2∶（0.5~2）∶（0~4）∶（25~100）混合均匀配成反应物溶液，反应物溶液于40~70°C下进行溶胶-凝胶反应30~90分钟得到湿凝胶，湿凝胶经过老化和常压干燥得到碳-二氧化硅复合干凝胶，即碳化硅前驱体； 

（2）将步骤（1）中得到的碳化硅前驱体在惰性气氛保护下，以1~5°C/min的升温速率升温到600~900°C，保温1~6小时，再以1~5°C/min的升温速率升温到1450~1600°C进行碳热还原反应2~10小时，然后冷却到室温，得到含有余炭的碳化硅制品； 

（3）将步骤（2）制得的含有余炭的碳化硅制品在空气中500~700°C下煅烧1~6小时，然后在氢氟酸中浸泡除去碳化硅中的二氧化硅，经过水洗、过滤、烘干后，得到深绿色α晶相介孔碳化硅。 

优选步骤（1）中老化条件为：40~75°C下老化12~48小时。优选步骤（1）中干燥条件为：50~100°C下干燥6~48小时。 

优选步骤（2）中所述的惰性气氛为氩气或氦气中的一种。优选步骤（3）中所述的氢氟酸的质量分数为10~30%，浸泡时间为1~3小时。 

本发明制备的α晶相介孔碳化硅材料可以用于催化剂材料、陶瓷复合材料、耐磨材料、光电子材料、高温电子材料、抗辐射电子材料高频大功率器件以及高温隔热材料等领域，尤其是作为一种宽带隙半导体材料用于电子材料领域。 

有益效果： 

本发明方法以及由该方法制备的α晶相介孔碳化硅材料具有如下特点：