【摘 要】
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微波作为一种新型和环境友好型的加热方式,其节能高效、清洁环保的加热特点备受国内外学者的广泛关注。微波加热技术制备SiC晶体已成为研究热点之一,但目前的研究仍然停留在
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微波作为一种新型和环境友好型的加热方式,其节能高效、清洁环保的加热特点备受国内外学者的广泛关注。微波加热技术制备SiC晶体已成为研究热点之一,但目前的研究仍然停留在实验条件的不同,对微波加热机理、SiC晶体生长动力学缺乏相关研究。本课题以SiO2为硅源,分别采用煤炭和水热碳球为碳源,研究了微波加热工艺对SiC晶体形成的影响规律;结合不同煤炭颗粒尺寸分布,研究了微波加热过程中的热效应变化机理,揭示SiC晶体的生长动力学过程。研究结果表明:以天然煤炭和水热碳球为碳源,在微波加热温度分别为1100℃、1200℃、1300℃和1400℃、保温10min,获得SiC晶体。以天然煤炭(尺寸<200μm)为碳源,在不同温度下均制备出SiC晶须,当加热温度为1200℃,获得的SiC晶须数量最多;而以水热碳球(1~1.5μm)为碳源,仅在1100℃获得较多的SiC晶须。不同尺寸煤炭颗粒同样影响Si C的晶体形貌:以大颗粒煤炭为碳源,SiC的放射性空间生长晶体被获得,其生长动力为煤炭的本征耦合热效应。以中颗粒煤炭为碳源,加热温度为1100℃,保温时间为10min,获得的Si C晶体形貌以晶须为主,晶须生长沿<111>晶向,符合V-S生长机理;以小颗粒煤炭为碳源,加热温度1100℃~1500℃,仅仅获得Si C颗粒,当加热温度为1700℃,产生等离子体,颗粒尺寸细化。结合输入功率、反射功率和温度的变化关系,研究发现:微波加热前期,煤炭颗粒的本征耦合热效应提供热量,温度升高;随着加热时间的延长,煤炭的本征耦合热效应强度逐渐减弱,SiC晶体的二次耦合热效应强度逐渐升高;不同尺寸的煤炭颗粒耦合热效应不同,耦合热效应最佳的煤炭颗粒尺寸为125~200μm。
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