Способ получения поликристаллического карбида кремния


 


Владельцы патента RU 2448041:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" (RU)

Изобретение относится к производству неметаллических тугоплавких соединений. Стакан с магнием загружают в герметичный реактор. Реактор для поддержания температуры процесса 800-900°C помещают в шахтную печь. Смесь тетрахлоридов кремния и углерода при мольном отношении 1:1 охлаждают до температуры (-5)-(-20)°C и термостатируют при постоянном перемешивании. Подают охлажденную смесь хлоридов кремния и углерода в разогретый реактор. Производят выдержку и охлаждение реактора. Удаление избыточного магния и образующихся хлоридов магния осуществляют вакуумной сепарацией при температуре 960-980°C. Полученный карбид кремния измельчают и анализируют. Изобретение позволяет получить однородный по составу поликристаллический карбид кремния с высоким содержанием связанного углерода. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к производству неметаллических тугоплавких соединений, в частности к производству поликристаллического карбида кремния.

Известен способ получения карбида кремния, основанный на взаимодействии углерода и кремния Si+C=SiC при температурах порядка 1600°C в среде восстановительного газа (пат. 4217335 США 1980 г.; пат. 5199281 Япония 1980 г.). Недостатками этого способа являются высокая температура процесса, так как взаимодействие кремния с углеродом протекает при температурах выше температуры плавления кремния (1690°C), и наличие в продуктах реакции карбида не только в виде зерен, но и в виде нитевидных кристаллов.

Известен способ получения карбида кремния взаимодействием диоксида кремния с углеродом в системе SiC2+C. Это наиболее распространенный метод. Промышленные способы, разработанные еще Ачесоном, за последние десятилетия не претерпели принципиальных существенных изменений и совершенствовались лишь конструктивно или в частностях (пат. 54-122312 США 1978 г.). Недостатком этого способа является то, что использование шихт стехиометрического состава всегда приводит к образованию карбидов загрязненных углеродом. Лишь при использовании шихт, содержащих избыток диоксида, возможно получение карбида, не содержащего свободного углерода. При этом карбид кремния содержит диоксид кремния.

Известен способ получения карбида кремния, принятый за прототип (Химическая энциклопедия: в 5 т.: т.2, стр.317, / Редкол. Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. - М.: Сов. энцикл., 1990. 671 с.) Процесс получения карбида кремния осуществляют по реакции SiCl4+CCl4+4H2=SiC+8HCl в плазме при температурах 5000-10000°C, в состав реакционной смеси входят хлориды кремния и углерода, а также водород.

Недостатком способа является то обстоятельство, что при подаче смеси хлоридов в плазмохимический реактор, нагретый до высокой температуры, четыреххлористый углерод разлагается на хлор и сажистый углерод. В зону реакции поступает смесь, обедненная тетрахлоридом углерода, и в результате восстановления образуется нестехиометрический карбид кремния. Сажистый углерод, который образуется в результате диспропорционирования тетрахлорида углерода, теряет свою активность и, не вступая в реакцию, выводится из реакционного пространства. В конечном итоге получается карбид кремния с пониженным содержанием связанного углерода.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении гомогенного, поликристаллического карбида кремния с максимальным содержанием связанного углерода.

Технический результат достигается тем, что в способе получения поликристаллического карбида кремния, включающем восстановление смеси тетрахлоридов кремния и углерода, восстановление ведут магнием, при этом в реактор подают смесь хлоридов кремния и углерода, в мольном соотношении 1:1 охлажденную до (-5)-(-20)°C.

При совместном металлотермическом восстановлении хлоридов кремния и углерода образуются исходные компоненты, поверхность которых «атомно чиста», свободна от примесей и характеризуется повышенной реакционной способностью. Вследствие незначительного расстояния между молекулами исходной смеси SiCl4 и CCl4 процесс образования карбида кремния протекает энергично на атомарном уровне. Подача жидкой смеси при низкой температуре в интервале от -20 до -5°C исключает диспропорционирование тетрахлорида углерода. Присутствие исходных реагентов в зоне реакции при мольном отношении 1:1 позволяет получать карбид кремния (по реакции SiCl4+CCl4+4Mg=SiC+4MgCl2) стехиометрического состава с максимальной концентрацией связанного углерода и исключает наличие свободного углерода.

Выбор параметров процесса обусловлен следующим: в случае подачи исходной смеси хлоридов при температуре выше -5°C тетрахлорид углерода будет диспропорционировать до вступления в контакт с металлом-восстановителем, образующийся сажистый углерод выводится из зоны реакции, кроме того, он пассивируется; в конечном итоге получается карбид нестехиометрического состава, содержащий повышенное количество свободного углерода. При подаче смеси хлоридов при температуре ниже -20°C возрастают энергозатраты на охлаждение исходной смеси и возможна кристаллизация отдельных компонентов, что приведет к получению неоднородного материала с повышенным содержанием свободного углерода.

Пример. Стакан с металлом-восстановителем (магнием) загружался в герметичный реактор, который для поддержания температуры процесса 800-900°C помещали в шахтную печь. Смесь тетрахлоридов кремния и углерода при мольном отношении 1:1 охлаждали до температуры (-5)-(-20)°C и термостатировали при постоянном перемешивании. Затем производили подачу охлажденной смеси хлоридов кремния и углерода в разогретый реактор. Подача смеси хлоридов производилась из расчета достижения 35-50%-го использования металла-восстановителя. Далее производили выдержку и охлаждение реактора. Удаление избыточного магния и образующихся хлоридов магния осуществляли вакуумной сепарацией при температуре 960-980°C. Карбид кремния измельчали и анализировали. Результаты приведены в табл.1.

Таблица 1
№ пп. Температура смеси хлоридов кремния и углерода Содержание углерода, % Примечание
связанного свободного
1 -4 28,7 1,2 отдельные неоднородные кристаллы
2 -5 29,2 0,7 гомогенные кристаллы
3 -15 29,6 0,3 гомогенные кристаллы
4 -20 29,4 0,5 гомогенные кристаллы
5 -25 28,5 1,4 неоднородные кристаллы
При стехиометрическом соотношении в SiC 29,9 0,0 кристаллы SiC

Таким образом, получают карбид кремния с высоким содержанием связанного углерода, однородный по составу.

Способ получения поликристаллического карбида кремния, включающий восстановление смеси тетрахлоридов кремния и углерода, отличающийся тем, что восстановление ведут магнием, при этом в реактор подают смесь хлоридов кремния и углерода в мольном соотношении 1:1, охлажденную до (-5)-(-20)°C.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к выращиванию и обработке монокристаллов синтетического карбида кремния - муассанита, который может быть использован для электронной промышленности, ювелирного производства, а также в качестве стекла или корпуса для часов.
Изобретение относится к способам обработки шлифовальных порошков и непосредственно шлифовальных порошков, содержащих в качестве основного компонента карбид кремния и применяемых в таких областях как микроэлектроника, производство полупроводников.

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к технологии получения нановолокнистого карбида кремния и наноструктурированного углерода. .
Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано в электронной промышленности и промышленности композиционных материалов. .
Изобретение относится к способу получения композитного материала на основе -SiC, который включает: а) получение смеси, называемой «смесью-предшественником», содержащей, по меньшей мере один предшественник -SiC и по меньшей мере одну углеродсодержащую термоотверждаемую смолу, б) формование указанной смеси-предшественника в виде гранул, плит, труб или кирпичей, для получения промежуточного изделия, в) полимеризацию смолы, г) введение указанных промежуточных изделий в емкость, д) закрытие указанной емкости с помощью средства для закрывания, позволяющего избежать повышения давления газа, е) термообработку указанных промежуточных изделий при температуре 1100°-1500°С для удаления органических компонентов смолы и образования -SiC в конечном изделии.
Изобретение относится к способу непрерывного пиролитического насыщения длинномерных пористых заготовок упрочняющим или защитным материалом. .
Изобретение относится к области производства конструкционных изделий на основе углерода или графита, в частности силицированного графита. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к производству карбидокремниевой керамики твердофазным спеканием. .
Изобретение относится к неорганической химии, конкретно к получению аморфного и поликристаллического карбида кремния путем термической деструкции соединений, содержащих в своем составе только углерод, кремний и хлор, и может быть использовано для получения порошков, покрытий и объемных матриц.
Изобретение относится к области нанотехнологий. .

Изобретение относится к использованию в качестве энергоносителей исходных материалов, содержащих диоксид кремния
Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано при изготовлении носителей катализаторов, фильтров, материалов для электроники
Изобретение относится к нанотехнологиям и предназначено для получения высокопрочной трубчатой или комбинированной нити, пленки или ленты (разница только в ширине) нанотолщины из тройной структуры бор-углерод-кремний B-C-Si (насколько мне известно, оно не имеет названия, поэтому далее будем называть его, а точнее - наноизделия из него - «старброн»)

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к технологии получения нанопорошка карбида кремния. Может применяться для изготовления абразивных и режущих материалов, конструкционной керамики и кристаллов для микроэлектроники, катализаторов и защитных покрытий. Исходную смесь порошков кремния и углерода при молярном отношении реагентов, равном 1, подвергают высокоэнергетическому смешиванию в высокоскоростной планетарно-шаровой мельнице в течение 10-15 минут в атмосфере инертного газа при давлении 1-5 атм. Отношение массы шаров к массе исходной смеси в высокоскоростной планетарно-шаровой мельнице составляет (40-5):1, диаметр шаров равен 2-8 мм, частота вращения барабанов мельницы равна 1800-2500 об/мин. Полученную в мельнице смесь композиционных наночастиц кремния и углерода помещают в среду инертного газа при давлении 5-20 атм и температуре 300 К и инициируют реакцию получения нанопорошка карбида кремния в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Обеспечивается получение порошка высокой фазовой чистоты. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение может быть использовано в изготовлении полупроводниковых материалов. Способ получения монолитных кристаллов карбида кремния включает i) помещение смеси, содержащей крошку поликристаллического кремния и порошок углерода, на дно цилиндрической реакционной камеры, имеющей крышку; ii) герметизацию цилиндрической реакционной камеры; iii) помещение цилиндрической реакционной камеры в вакуумную печь; iv) откачивание из печи воздуха; v) заполнение печи смесью газов, которые по существу являются инертными газами, до приблизительно атмосферного давления; vi) нагревание цилиндрической реакционной камеры в печи до температуры от 1975 до 2500°С; vii) снижение давления в цилиндрической реакционной камере до менее 50 Торр, но не менее 0,05 Торр; и viii) осуществление сублимации и конденсации паров на внутренней части крышки цилиндрической реакционной камеры. Изобретение позволяет получить большие кристаллы карбида кремния, создать воспроизводимый способ выращивания кристаллов с высокой степенью чистоты. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 табл.

Изобретение относится к компонентам высокотемпературных систем сгорания с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Предложены варианты компонента системы сгорания, содержащего композиционный материал и металлическую основу, где композиционный материал содержит карбид кремния и силицид тугоплавкого металла, содержащий фазу, выбранную из Rm5Si3, Rm5Si3C, RmSi2 и их сочетаний (Rm означает тугоплавкий металл, выбранный из молибдена, вольфрама и их сочетания). Предложен также способ предотвращения накопления шлака, золы и угля на поверхности, включающий размещение на этой поверхности наружного слоя из указанного композиционного материала. Технический результат - предложенные компоненты системы сгорания в высокой степени устойчивы к химическому воздействию со стороны шлака, термоударам и усталостному разрушению, кислотной коррозии и воздействию восстановительных сред. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 пр.
Изобретение относится к производству поликристаллического карбида кремния. Способ получения поликристаллического карбида кремния включает металлотермическое восстановление натрием смеси тетрахлоридов кремния и углерода, взятой в мольном соотношении 1:1. Смесь хлоридов кремния и углерода подают в реактор охлажденной до (-5)-(-20)°С. Удаление избыточного натрия и образующегося хлорида натрия осуществляют выщелачиванием слабокислым раствором НСl при рН=5÷6,5. Изобретение обеспечивает увеличение дисперсности и гомогенности порошка поликристаллического карбида кремния, а также повышение содержания связанного углерода. 5 пр., 2 табл.

Изобретение относится к получению порошкового карбида кремния, применяемого для производства деталей турбин, двигателей внутреннего сгорания, МГД-генераторов, теплообменников. Способ карбометрического синтеза дисперсных порошков карбида кремния включает перемешивание диоксида кремния и углеродсодержащего компонента, полученную смесь затем помещают в графитовый тигель с крышкой, который помещают во внешний тигель из оксида алюминия, засыпают слоем графитового порошка, который перекрывают слоем порошка маршалита или порошка кварца, нагревают и выдерживают. Изобретение позволяет упростить технологию синтеза порошкового карбида кремния. 1 ил.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения β-карбида кремния стехиометрического состава в виде готовых пористых изделий включает нагревание заготовки изделий из полимерной композиции до 800°C в защитной от окисления среде со скоростью 400-600°C/ч при атмосферном давлении и выдержку при 800°C в течение 1 ч с последующим охлаждением. Полимерная композиция содержит порошкообразное фенольное связующее на основе новолачной фенолформальдегидной смолы и уротропина, смазку, в качестве которой используют стеарин или стеарат цинка, и носитель диоксида кремния, в качестве которого используют биокремнезем, при следующем соотношении компонентов, масс.%: биокремнезем 48-50, фенольное связующее 47-48, смазка 3-5. Синтез β-карбида кремния осуществляют в изделиях, прошедших термообработку при 800°C, путем нагревания до 1300-1500°C со скоростью 400-700°C/ч при давлении в вакуумной печи 0,02-0,06 кПа с выдержкой при максимальной температуре в течение 1-5 ч. Изобретение позволяет снизить содержание примесей в шихте полимерной композиции и карбиде, а также повысить выход готового продукта - β-карбида кремния стехиометрического состава в виде пористых изделий заданной конфигурации. 1 табл., 3 пр.
Наверх