碳化硅具有优良的化学稳定性、高的载流子迁移率、介电常数低及硬度高等特点,成为最有应用前景的半导体材料之一,而纳米级碳化硅粉体更因纯度高、粒径分布范围小、高比表面积等优异特点备受人们的青睐。宁夏是碳化硅生产大省,但所生产的碳化硅大多数为块状的,所以价格相对较低,而块状的碳化硅则需要通过气流粉碎才可以得到碳化硅粉体,从而增加了生产成本。本论文在本课题组前期的研究基础上,主要以宁夏石嘴山市汝箕沟的太西煤为碳源,采用不同的方法合成了纳米级β-SiC颗粒,并对其物相、形貌等进行了表征,为宁夏纳米级碳化硅粉体的制备工艺提供理论依据。主要实验研究内容及结果概括如下:1、碳源灰分含量对碳化硅粉体的影响1)以硅酸钠为硅源,灰分含量不同的太西煤(6%、10%、20%)经不同酸处理剂脱灰后为碳源,在1450 ℃下采用碳热还原法制备出不规则颗粒状和线状的β-SiC,粒径大小集中分布在300～500 nm。此外,灰分含量的多少以及酸处理剂种类的不同对样品的形貌、尺寸都有较大的影响。2)以硅酸钠为硅源,脱灰与未脱灰兰炭为碳源,硝酸铁为催化剂,制备出碳化硅。反应物兰炭颗粒大小一定的情况下,脱灰和未脱灰所得到的β-SiC的形貌和尺寸不同,脱灰后所得产物结晶度更高、颗粒尺寸更小,且有棒状形貌的碳化硅产生。由HR-TEM表征可得,产物的晶格条纹清晰可见,进一步说明产物的结晶度较高,此外,两相邻条纹的间距为0.25 nm,与3C-SiC的(111)晶面间距相吻合。3)当以100目脱灰兰炭为碳源时,所得产物的粒径分布在0.6-1.2 μm,以200目脱灰兰炭为碳源时,所得产物的粒径分布在0.3～1.0 μm,这说明反应原料尺寸的大小在一定程度上可以控制产物的大小。2、微波烧结制备β-SiC的影响因素1)以太西煤和硅酸钠为原料,Fe(N03)3·9H20为催化剂,在1600。C x60min采用微波烧结制备出了结晶度高、纯度较高的单一相纳米级β-SiC颗粒,比表面积为16.606 m2/g,产率达到75.7%,颗粒尺寸主要分布在70-300 nm。2)FT-IR和XPS谱图分析进一步说明了目标产物的存在,高分辨透射电镜显示出相邻的晶格条纹间距为0.25 nm,与β-SiC的(111)面间距相一致且生长方向为[111],TGA测试结果说明产物在800℃以下具有极好的热稳定性和强的抗氧化性。3)在反应过程中,当遵循气-液-固(VLS)机理时,合成了纳米β-SiC颗粒,遵循气-固(VS)机理时,合成了纳米β-SiC晶须,β-SiC的整个生长过程机理解释示意图和反应方程式可以清楚地解释其生长机理。3、前驱体的构筑对β-SiC的影响1)以太西煤和硅酸钠为原料,Fe(N03)3·9H2O为催化剂。硅酸钠和太西煤的混合物加HCl除去Na2O形成的凝胶经过红外干燥和冷冻干燥后得到前驱体,前驱体在1450℃、氩气保护下,反应5 h,得到绿色的、粒径均匀的碳化硅粉末。经红外干燥的前驱体最终得到的产物的比表面积为13.597m2/g,粒径分布在200～300nm,经冷冻干燥的前驱体最终得到的产物的比表面积为14.878 m2/g,粒径分布在100～200 nm。2)当硅酸钠和太西煤的混合物不加HC1除Na2O,加表面活性剂时,形成的凝胶经红外干燥后得到前驱体,前驱体在1450℃下经碳热还原反应后得到的SiC为松散的骨架状,粒径大小在200-300 nm,比表面积为11.927 m2/g。4、企业次级SiC的提纯1)超声提纯比传统提纯节省时间,大大减少了混合酸的使用量,且酸可以循环使用,进而减少了纯水的使用和废水的排放量,降低了成本。2)由于筛选出来的粉末样品和颗粒样品所含杂质的多少和种类不同,所以应分开提纯。与粉末样品相比,颗粒状样品除了要粉碎,还需要经过二次酸洗等步骤。粉末样品提纯工艺较简单,费用较低,而颗粒状的样品,工艺复杂,耗材耗能。