[发明专利]一种采用碳化锆籽晶制备碳化锆晶须的方法

说明书

本发明涉及一种采用碳化锆籽晶制备碳化锆晶须的方法，为了解决目前方法制备的碳化锆晶须顶端含有金属催化剂、晶须尺寸不可控、形貌较差等问题，本发明提出一种不使用金属催化剂，使用碳化锆籽晶生长碳化锆晶须的方法。本发明的技术方案为将碳化锆籽晶与反应物粉末混合，并在高温下通过碳热还原反应合成碳化锆晶须，通过改变碳化锆籽晶的尺寸和含量可有效调控碳化锆晶须的尺寸。本发明的有益效果是通过本方法制备的碳化锆晶须不含金属催化剂、尺寸可控、形貌直立且为标准四棱柱状、分布均匀、纯度高。本发明制备的碳化锆晶须可以作为陶瓷基、金属基和树脂基复合材料的增强相，也可用于超硬陶瓷、电极材料、核电材料等领域。

技术领域

本发明属于新材料的制备技术领域，涉及一种采用碳化锆籽晶制备碳化锆晶须的方法。

背景技术

碳化锆(ZrC)陶瓷是超高温陶瓷材料的一种，具有熔点高(3540℃左右)、强度高、硬度高、模量高、抗烧蚀性良好，导热和导电性好等特点。碳化锆陶瓷在热防护、热结构材料、超硬陶瓷、电极材料、核电材料等领域具有广阔的应用前景。碳化锆晶须不仅具有碳化锆陶瓷优异的本征性能，还因其一维单晶结构而具有接近理论极限的超高强度。碳化锆晶须是一种理想的复合材料增强体，可以广泛地应用于陶瓷基、金属基和树脂基复合材料中，提高复合材料的力学性能、导电性能、导热性能、电磁性能等。目前，制备碳化锆晶须的方法主要有碳热还原法和化学气相沉积法。在已报道的众多碳化锆晶须制备方法中，大多数方法都要引入金属催化剂(Fe、Co、Ni、Ni(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂等)以实现碳化锆的一维生长，由此制备得到具有一维单晶结构的碳化锆晶须。

如文献“Study on the synthesis and growth mechanisms of the refractoryZrC whiskers,Liang Xu,Chuanzhen Huang,Hanlian Liu,Bin Zou,Hongtao Zhu,GuolongZhao,Jun Wang.Int.Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2014,42:116-119.”提到以氧化锆、碳黑、氟化钠为原料，以金属Ni颗粒为催化剂，用碳热还原法制备碳化锆晶须。该方法制备的晶须为单晶结构，晶须顶端存在催化剂Ni颗粒，晶须长径比较小、晶须产量较低、尺寸难以控制。专利“一种采用化学气相沉积法制备碳化锆晶须的方法(CN111549378A)”公布了一种以ZrCl₄-CH₄(C₃H₆)-H₂-Ar为反应物体系，以Ni(NO₃)₂为催化剂，采用化学气相沉积法制备碳化锆晶须的方法。该方法制备的晶须纯度较高、形貌较好，晶须顶端也存在较大的催化剂Ni颗粒。文献“In-situ homogeneous growth of ZrCnanowires on carbon cloth and their effects on flexural properties of carbon/carbon composites,Ningning Yan,Xiaohong Shi,Kun Li,Qiangang Fu,Wei Xie,Hongrui Zhang,Qiang Song.Composites Part B,2018,154:200-208.”公开了一种以前驱体热解在碳布上合成碳化锆晶须的方法。该方法采用碳化锆前驱体为锆源和碳源，以Ni(NO₃)₂·6H₂O为催化剂制备出了碳化锆晶须。该方法制备的晶须形貌卷曲、产量较低，晶须顶端仍存在催化剂Ni颗粒。