纳米碳化硅新材料及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种纳米碳化硅新材料及其制备方法和应用,纳米碳化硅新材料粒度0.5微米以下,水份为0.05%以下。制备步骤:(1)通过湿式磁选机除铁、按每吨碳化硅原料加入1.5升浮油除碳,得到去杂质的碳化硅溶液的料桨;(2)将步骤(1)得到的料桨加热到70‐90℃后,加入硫酸,与料浆中的杂质发生反应,生成溶于水的盐,再采用纯净水进行表面清洗至PH值在6.5‐7,得到中性料浆;(3)步骤(2)中的中性料浆通过反复研磨、粉碎,研磨、粉碎时间为60‐70小时(4)通过微压过滤、脱水设备,使料饼的含水率低于8%,将脱水后的料饼真空干燥。本发明工艺简单、原材料成本低、过程可控制性强,随时可以调整参数、耗能小。
【专利说明】纳米碳化硅新材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新材料,具体涉及一种纳米碳化硅新材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]碳化硅单晶具有很多优良的性质:如能带隙宽、抗电压击穿能力强、导热率高、饱和电子迁移率高等。根据Johnson的半导体材料评估法,碳化娃性能优于娃260倍,仅次于金刚石。最近研究结果表明,碳化硅纤维可制成雷达吸波材料,在军事工业中前景广阔。碳化硅纳米材料是生产碳化硅陶瓷的理想材料。碳化硅陶瓷具有优良的常温力学性能,如高的抗弯强度,优良的抗氧化性,耐腐蚀性,非常高的抗磨损以及低的磨擦系数,而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中最好的材料,如晶须补强可改善碳化硅的韧性和强度。
[0003]目前,已经有少纳米材料的生产方法及工艺。可以通过纳米量级、微米量级或块状等不同形状和大小的碳化硅原料为原料,加上催化剂,预先抽空,然后通往惰性气体作为保护气氛,最后加热至1300-2000°C并保温一段时间,制备得到的具有碳化硅纳米级材料。
[0004]现有技术主要是通过催化作用,使用惰性气体,高温等过程后生成,过程复杂,可控性差、高温耗能高。现有技术的缺点可以是成本高,效率低,毒性大等类似问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种纳米碳化硅新材料及其制备方法和应用,原材料成本低、耗能小、产成品率高,本方法工艺简单、过程可控制性强,随时可以调整参数、耗能小。
[0006]本发明所述的纳米碳化硅新材料的粒度0.5微米以下,水份为0.05%以下。
[0007]所述的纳米碳化硅新材料的制备方法:制备步骤:
[0008](I)通过湿式磁选机除铁、按每吨碳化硅原料加入1.5升浮油除碳,得到去杂质的碳化硅溶液的料桨;
[0009](2)将步骤(I)得到的料桨加热到70 _90°C后,加入硫酸,与料浆中的杂质发生反应,生成溶于水的盐,再采用纯净水进行表面清洗至PH值在6.5 - 7,得到中性料浆;
[0010](3)步骤⑵中的中性料浆通过反复研磨、粉碎,研磨、粉碎时间为60 -70小时,使物料最终达到粉碎粒度0.5 - 0.2微米以下,体积密度在5%以上;
[0011](4)通过微压过滤、脱水设备,将小于I微米的细小颗粒分离出来,使料饼的含水率低于8%,将脱水后的料饼真空干燥,水份控制在0.05%以下。
[0012]步骤(I)中,控制三氧化二铁质量含量在0.05%,控制碳质量含量在0.05%。
[0013]步骤(I)得到的料桨中含有的杂质为三氧化二铁、三价铁、二价铁、钙或镁等离子中的一种或多种。步骤(2)降低三氧化二铁及游离碳含量,提高纳米碳化硅的纯度。
[0014]步骤⑵中,硫酸与料浆质量比为0.8 -1:1。
[0015]硫酸与料浆的反应时间为24 -30小时。反应过程中,大量I微米左右的颗粒悬浮到料桨中,延长了冲洗沉降的时间,通过压滤的方法,彻底解决这一问题,实现纳米碳化硅快速沉降。
[0016]步骤⑶中,通过电动隔膜泵,把料浆池内物料打入到研磨机内,并从溢流口流入池内,进入研磨机内的料桨通过分散盘,被均匀地分散到整个研磨空间,进行碰撞、研磨,经过泵的多次循环,物料最终达到粉碎粒度0.5 - 0.2微米以下,体积密度在5%以上。
[0017]物料流量保持在研磨机内料浆流出后,料浆粒度小于4目。
[0018]步骤(4)中通过微压过滤、脱水设备,将小于I微米的细小颗粒分离出来,使料饼的含水率低于8%,达到快速脱水的目的。
[0019]本发明所得材料广泛运用于防弹装甲、防弹材料等功能陶瓷方面。
[0020]纳米碳化硅新材料的超细粉质量纯度达到99.99%。
[0021]与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0022]本发明主要通过机械的方式制得纳米材料,过程可控制性强,随时可以调整参数、耗能小。本方法工艺简单、原材料成本低、产成品率高。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
[0024]实施例1
[0025](I)将10吨质量含量为98%、粒度5微米的碳化硅原料投入料桨池内通过湿式磁选机经3小时磁选,检测三氧化铁含量低于0.05%,再按每吨碳化硅原料加入1.5升浮油除碳,控制碳质量含量在0.05%,得到去杂质的碳化硅溶液的料桨;
[0026](2)将步骤(I)得到的料桨加热到80°C后,按1:1加入硫酸,经24小时反应,生成溶于水的盐,通过显微镜观察颗粒表面干净,用纯净水冲洗10次,PH值达到;
[0027](3)步骤⑵中的中性的料桨通过电动隔膜泵,把料浆池内物料打入到研磨机内,并从溢流口流入池内,进入研磨机内的料桨通过分散盘,被均匀地分散到整个研磨空间,进行碰撞、研磨,经过泵的多次循环,经过研磨粉碎60小时后物料最终达到粉碎粒度0.5微米以下,体积密度在5%以上。
[0028](4)通过微压过滤、脱水设备,将小于I微米的细小颗粒分离出来,使料饼的含水率低于8%,将脱水后的料饼真空干燥,水份控制在0.05%以下,粉碎后包装成成品。
[0029]步骤(I)得到的料桨中含有的杂质为三氧化二铁、三价铁、二价铁、钙或镁等离子中的一种或多种。
[0030]步骤(3)中,物料流量保持在研磨机内料浆流出后粒度低于4目。
[0031]步骤(3)加工过程取样检测控制在15分钟检测一次,随时观察微粉粒度动向,保证适合加工标准要求。
[0032]纳米碳化娃质量含量达到99.99% ;
[0033]实施例2
[0034](I)将10吨质量含量为98%、粒度3微米的碳化硅原料投入料桨池内通过湿式磁选机经3小时磁选,检测三氧化铁含量低于0.05%,再按每吨碳化硅原料加入1.5升浮油除碳,控制碳质量含量在0.05%,得到去杂质的碳化硅溶液的料桨;
[0035](2)将步骤⑴得到的料桨加热到90°C后,按0.8:1加入硫酸,经24小时反应,生成溶于水的盐,通过显微镜观察颗粒表面干净,用纯净水冲洗10次,PH值达到6.5。
[0036](3)步骤⑵中的中性的料桨通过电动隔膜泵,把料浆池内物料打入到研磨机内,并从溢流口流入池内,进入研磨机内的料桨通过分散盘,被均匀地分散到整个研磨空间,进行碰撞、研磨,经过泵的多次循环,经过研磨粉碎60小时后物料最终达到粉碎粒度0.5微米以下,体积密度在5%以上。
[0037](4)通过微压过滤、脱水设备,将小于I微米的细小颗粒分离出来,使料饼的含水率低于8%,将脱水后的料饼真空干燥,水份控制在0.05%以下,粉碎后包装成成品。
[0038]步骤(I)得到的料桨中含有的杂质为三氧化二铁、三价铁、二价铁、钙或镁等离子中的一种或多种。
[0039]步骤(3)中,物料流量保持在研磨机内料浆流出后粒度低于4目。
[0040]步骤(3)加工过程取样检测控制在15分钟检测一次,随时观察微粉粒度动向,保证适合加工标准要求。
[0041]纳米碳化娃质量含量达到99.99% ;
[0042]对实施例1和实施例2进行检测:
[0043](I)对碳化硅含量的检测:
[0044]纳米级碳化硅经氢氟酸-硝酸-硫酸处理使游离硅及二氧化碳生成挥发性的四氟化硅逸出。用盐酸浸取使表面杂质溶解,测定残留物量即为碳化硅的含量。或由测定的总碳及游离碳的量计算而得。
[0045]试剂
[0046]硫酸;硝酸:相对密度1.42 ;氢氟酸:不小于40% ;盐酸。
[0047]分析步骤
[0048]对物料试样的测定:
[0049]准确称取试样Ig于钼金皿中,用少量水润湿,加硝酸10滴、质量分数为50 %的硫酸3 - 5滴、氢氟酸1ml置于180度沙浴上蒸发至三氧化硫白烟冒尽,取下冷却至室温,力口质量分数为50%的盐酸1ml于砂浴上加热10 - 15min使表面杂质溶解,冷却至室温后,用中速定量滤纸过滤,用常温下的的质量分数为5%稀盐酸溶液洗涤钼皿及残留物7-8次,滤液及洗液收集于250ml容量瓶中,冷却后稀释至250ml,摇匀,留作测定三氧化二铁含量。
[0050]将残留物及滤纸放入灼烧至恒重的钼皿中,灰化滤纸后于750±10度灼烧至恒重,冷却,称量。
[0051]实施例1和实施例2中纳米碳化硅质量含量达到99.99%。
[0052](2)对粒径的检测
[0053]步骤(3)研磨过程中,使用显微镜观察颗粒均匀度,使用激光粒度分析仪进行检测,通过检测,粒度范围控制:d3最大粒径彡1.5um、d50粒径0.5±0.05um、d94最大粒径^ 0.2um。
【权利要求】
1.一种纳米碳化硅新材料,其特征在于,材料的粒度0.5微米以下,水份为0.05%以下。
2.—种权利要求1所述的纳米碳化硅新材料的制备方法,其特征在于,制备步骤: (1)通过湿式磁选机除铁、按每吨碳化硅原料加入1.5升浮油除碳,得到去杂质的碳化硅溶液的料桨; (2)将步骤(I)得到的料桨加热到70-90°C后,加入硫酸,与料浆中的杂质发生反应,生成溶于水的盐,再采用纯净水进行表面清洗至PH值在6.5-7,得到中性料浆; (3)步骤⑵中的中性料浆通过反复研磨、粉碎,研磨、粉碎时间为60-70小时,使物料最终达到粉碎粒度0.5-0.2微米以下,体积密度在5%以上; (4)通过微压过滤、脱水设备,将小于I微米的细小颗粒分离出来,使料饼的含水率低于8%,将脱水后的料饼真空干燥,水份控制在0.05%以下。
3.根据权利要求2所述的纳米碳化硅新材料的制备方法,其特征在于,步骤(I)中,控制三氧化二铁质量含量在0.05%,控制碳质量含量在0.05%。
4.根据权利要求2所述的纳米碳化硅新材料的制备方法,其特征在于,步骤(I)得到的料桨中含有的杂质为三氧化二铁、三价铁、二价铁、钙或镁等离子中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的纳米碳化硅新材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,硫酸与料浆质量比为0.8-1 =10
6.根据权利要求2所述的纳米碳化硅新材料的制备方法,其特征在于,硫酸与料浆的反应时间为24-30小时。
7.根据权利要求2所述的纳米碳化硅新材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,中性料浆通过电动隔膜泵,把料浆池内物料打入到研磨机内,并从溢流口流入池内,进入研磨机内的料桨通过分散盘,被均匀地分散到整个研磨空间,进行碰撞、研磨,经过泵的多次循环,物料最终达到粉碎粒度0.5-0.2微米以下,体积密度在5%以上。
8.—种权利要求1所述的纳米碳化硅新材料的应用,其特征在于,所得材料运用于防弹装甲、防弹材料的功能陶瓷。
【文档编号】B82Y30/00GK104401996SQ201410608650
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】胡尊奎 申请人:山东金蒙新材料股份有限公司