本發明專利技術公開了一種低溫電解制備碳化硅的方法，安全、經濟生產碳化硅。本發明專利技術以二氧化硅/碳復合材料為原料，采用三電極體系，以二氧化硅/碳復合材料電極為工作電極，石墨等惰性電極為輔助電極，耐高溫Ag/AgCl電極或鉑電極為參比電極，以含無水CaCl2的熔鹽為電解質，將上述電極和電解質放入石墨罐中，然后將石墨罐置入高溫合金加工的反應釜內，并將反應釜置于熱處理爐或加熱爐中，保持恒溫，然后利用控制電位電解技術或控制電流電解技術，對二氧化硅/碳復合材料電極進行電解，二氧化硅與碳通過固相電化學反應，從而制得碳化硅材料。本發明專利技術可實現在低溫下制備碳化硅，具有能耗少、成本低、溫室氣體排放少等優點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及碳化硅的制備方法，特別是ー種低溫電解制備碳化硅的方法。
技術介紹
碳化硅是ー種共價鍵化合物，具有類金剛石的四面體結構，因具有高硬度和機械強度，和好的高溫熱導性和穩定性及良好的化學穩定性而在化工、機械、航空航天和軍ェ領域有著廣泛的應用。目前碳化硅的合成方法主要有碳熱還原方法，即以ニ氧化硅和碳為原料基于化學反應SiO2 + 3C = SiC + 2C0丨的生產SiC，其優點是原材料豐富價廉，但其合成溫度在1700°C左右，生產能耗大，且溫室氣體排放高；聚合物熱解法，利用含硅有機聚合物在一定溫度下熱解形成氣相Si和C，然后基于反應Si (g) + C(g) = SiC (s)，在相對低溫(100CTC左右)下合成 SiC (C. Shih, J. S. Tulenko, R. H. Baney, Low-temperature synthesis 01 silicon carbide inert matrix fuel tnrough a polymer precursorroute, Journa of Nuclear Materials, 2011,48 (3), 199),但含娃有機前驅體合成エ藝復雜，導致原材料成本高；化學氣相沉積(CVD)法，其利用易氣化分解的硅化合物如SiCl4、SiF4, SiH4等在低溫分解形成的氣相Si與碳前驅體如甲烷、こ炔等的氣相反應合成SiC，該方法盡管可在 850°C-1300°C 合成 SiC(H. Suzuki, H. Araki, M. Tosa, SiC filmiormation from fluorosilane gas by plasma CVD, Journal of Crysta. Growth, 2006,294: 464-468)，但SiCl4等的高危險和劇毒性及對設備的強腐蝕性導致該方法難以普遍應用；等離子體法，即利用碳離子向基體硅的固相擴散形成SiC，可在相對低溫800°C下制備SiC 薄膜(Y. Sun, T. Miyasato, Outdiffusion of the excess carbon in SiC filmsinto Si substrate during film growth, Journal of Applied Physics. , 1998, 84:6451-6453)，但其難以實現SiC的大量合成，且設備投資和運行成本高。2003 年，日本京都大學 Nohira 等(T. Nohira, K. Yasuda, Y. Ito, Pinpointand bulk electrochemical reduction of insulating silicon dioxide to silicon,Nature Mateials, 2003, 2:397-401)采用熔鹽電化學技術，在850°C的熔鹽電解質中成功地直接將SiO2還原為Si，開拓了直接電化學還原非金屬(半導體)氧化物制備半導體或太陽能級硅的方法，其采用金屬鑰纏繞的石英作為電極，利用金屬鑰作為導電材料將電極表面SiO2還原為Si,然后再利用形成的Si作為導電相使SiO2的還原向電極內部進展,從而實現SiO2的大量還原而制備多晶硅。
技術實現思路
本專利技術提供了ー種低溫電解制備碳化硅的方法，安全、經濟生產碳化硅。本專利技術提供的ー種低溫電解制備碳化硅的方法，其特征在于以ニ氧化硅/碳復合材料為原料，采用三電極體系，以ニ氧化硅/碳復合材料電極為工作電極，石墨等惰性電極為輔助電極，耐高溫Ag/AgCl電極或鉬電極為參比電極，連接工作電極、輔助電極和參比電極的導線采用耐高溫的金屬鑰線或銀線，以含無水CaCl2的熔鹽為電解質，將上述電極和電解質放入石墨罐中，然后將石墨罐置入高溫合金加工的反應釜內，將連接電極的導線從反應釜頂部密封蓋弓I出，并將反應釜置于熱處理爐或加熱爐中，之后，將連接各電極的導線與加熱爐外的恒電位儀對應的電極控制端連接，然后向反應釜內通入惰性氣體，并將反應釜在惰性氣氛下從室溫加熱到550-1100°C，并保持恒溫，然后利用控制電位電解技術或控制電流電解技術，對ニ氧化硅/碳復合材料電極進行電解0. 5-24小時，ニ氧化硅與碳通過固相電化學反應=SiO2 + C + 4e = SiC + 202_，反應產生的氧離子被具有氧溶解能力的熔鹽電解質吸收，從而制得碳化硅材料。所述的ニ氧化硅/碳復合材料為利用物理方法將ニ氧化硅與碳混合制備的復合材料；利用化學方法合成的ニ氧化硅/碳復合材料和利用生物質；稻殼或麥桿轉化的含ニ氧化硅和碳的生物質材料中的任意ー種。所述的輔助電極，還包括玻碳電極、金屬鉬電扱。所述的CaCl2熔鹽電解質為無水CaCl2或CaCl2與KC1、LiCl組成的ニ元或三元 熔鹽電解質。所述的控制電位電解技術包括恒電位電解、方波電位電解、掃描電位電解技術。所述的控制電流電解技術包括恒電流電解、脈沖電流電解技術。所述的熔鹽電解溫度為550-1100°C。所述的惰性氣氛為氮氣、氬氣、氦氣中的ー種,或他們的混合氣體。本專利技術與現有同類技術相比，其顯著的有益效果體現在本專利技術可實現在低溫(550-1100°C)下制備碳化硅，與傳統的碳熱還原法需在高于1700°C下制備碳化硅相比，具有能耗少、成本低、溫室氣體排放少等優點。附圖說明圖I為ニ氧化硅/碳復合材料的X射線衍射2為850°C下熔鹽電解ニ氧化硅/碳復合材料后的X射線衍射圖具體實施例方式下面結合附圖，用實施例對本專利技術進ー步詳細說明。以溶膠凝膠法合成的ニ氧化硅/碳復合物作為工作電極，石墨電極為輔助電極，高溫Ag/AgCl電極為參比電極，用金屬銀線作為電極的連線，將上述電極及無水CaCl2放入石墨罐中，然后將石墨罐置入高溫合金反應釜中，將電極連接線從高溫合金反應釜頂部密封蓋引出，并將反應釜放入箱式電阻爐中，之后，將工作電極、輔助電極和參比電極連接到恒電位儀上各電極對應控制端，然后，向反應釜通入高純氬氣，在氬氣保護氣氛下以5°C /分鐘的速率升溫至850°C后保持恒溫；然后在850°C采用恒電位電解技術，在相對Ag/AgCl參比電極電位為-I. 6V的電位下對ニ氧化硅/碳復合材料工作電極進行電解I小時，電解完成后，使反應釜在高純氬氣氣氛下自然冷卻至室溫，然后打開反應釜將電極取出，將工作電極用溫度為80-95°C的去離子水浸泡并沖洗后，在溫度為80°C的真空下烘干，得到目標產物碳化硅。圖I和圖2分別為ニ氧化硅/碳納米復合物經恒電位電解前后的X射線衍射圖，可看出，經在850°C熔鹽中恒電位電解后，ニ氧化硅/碳納米復合物轉化為碳化硅。權利要求1.ー種低溫電解制備碳化硅的方法，其特征在干以ニ氧化硅/碳復合材料為原料，采用三電極體系，以ニ氧化硅/碳復合材料電極為工作電極，石墨等惰性電極為輔助電極，耐高溫Ag/AgCl電極或鉬電極為參比電極，連接工作電極、輔助電極和參比電極的導線采用耐高溫的金屬鑰線或銀線，以含無水CaCl2的熔鹽為電解質，將上述電極和電解質放入石墨罐中，然后將石墨罐置入高溫合金加工的反應釜內，將連接電極的導線從反應釜頂部密封蓋引出，并將反應釜置于熱處理爐或加熱爐中，之后，將連接各電極的導線與加熱爐外的恒本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種低溫電解制備碳化硅的方法，其特征在于：以二氧化硅/碳復合材料為原料，采用三電極體系，以二氧化硅/碳復合材料電極為工作電極，石墨等惰性電極為輔助電極，耐高溫Ag/AgCl電極或鉑電極為參比電極，連接工作電極、輔助電極和參比電極的導線采用耐高溫的金屬鉬線或銀線，以含無水CaCl2的熔鹽為電解質，將上述電極和電解質放入石墨罐中，然后將石墨罐置入高溫合金加工的反應釜內，？將連接電極的導線從反應釜頂部密封蓋引出，并將反應釜置于熱處理爐或加熱爐中，之后，將連接各電極的導線與加熱爐外的恒電位儀對應的電極控制端連接，然后向反應釜內通入惰性氣體，并將反應釜在惰性氣氛下從室溫加熱到550？1100℃，并保持恒溫，然后利用控制電位電解技術或控制電流電解技術，對二氧化硅/碳復合材料電極進行電解0.5？24小時，？二氧化硅與碳通過固相電化學反應：SiO2？+？C？+？4e？=？SiC？+？2O2？,？反應產生的氧離子被具有氧溶解能力的熔鹽電解質吸收，從而制得碳化硅材料。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：安百鋼，李莉香，
申請(專利權)人：遼寧科技大學，
類型：發明
國別省市：
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