纳米碳化硅的制备方法及其在复合材料领域的应用
2020-12-18 17:42:10
一、纳米碳化硅粉体制备方法简介
1、溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是采用特定的纳米材料前躯体在一定的条件下水解，形成溶胶，然后经溶剂挥发及加热等处理，使溶胶转变成网状结构的凝胶，在经过适当的后处理工艺形成纳米材料的一种方法。用蔗糖和正硅酸乙酯（TEOS）为前躯体，用溶胶-凝胶法通过合理控制反应条件，能得到粒径为15-20nm左右的β-碳化硅粉。此种工艺方法具有成本低廉，工艺简单等特点，但生产出的纳米碳化硅粉体团聚现象较为明显。
2、激光诱导气相反应合成法
激光诱导化学气相反应法是利用激光来引发、活化反应物系，从而合成高品位纳米材料的一种方法。采用双反应室激光气相合成纳米粉体装置，以六甲基二硅胺烷、乙炔、硅烷为原料，可以制备粒径20-30nm的碳化硅材料。此方法制作工艺精确，纳米粉体呈球形，无严重团聚，但要求仪器、设备精密度高，技术要求较高。
3、热化学气相反应法(CVD法)
热化学气相反应法,又称化学气相沉积法。该方法应用非常广泛,可以用来制备粉体、晶须、纤维、薄膜和体材料等,近20年来主要应用在半导体薄膜技术上。随着纳米材料研究的深入,现已成为制备纳米粉体和薄膜的主要技术。采用CVD法制备纳米粉体,有利于获得最佳工艺条件,并达到纳米粉体组成、形貌、尺寸、晶相等的可控。
二、纳米碳化硅在复合材料领域应用简介
1、改性高强度尼龙材料：纳米碳化硅粉体颗粒在高分子复合材料中相容性好，分散度好，基本结合性好，改性后尼龙合金抗拉强度提高，耐磨性能提高。该材料主要用于装甲履带车辆高分子配件、汽车转向部件，纺织机械，矿山机械衬板等部位。
2、改性特种工程塑料聚醚醚酮（PEEK）耐磨性能：用偶联剂进行表面处理后的纳米碳化硅，在添加量为5%~10%时，可大大改善和提高PEEK的耐磨性。（用微米级碳化硅填充PEEK的磨损方式以梨削和磨粒磨损为主，而用纳米级碳化硅填充PEEK的磨损方式以轻微的粘着转移磨损为主。）
3、金属表面纳米碳化硅复合镀层：采用纳米级微粒第二项混合颗粒，镍为基质金属，在金属表面形成高致密度，结合力非常好的电沉积复合镀层，其金属表面具有超硬（耐磨）和减磨（自润滑）耐高温的特点。其复合镀层显微硬度大幅度提高，耐磨性提高2-5倍；使用寿命提高2-5倍；镀层与基体的结合力提高30-40%，覆盖能力强，镀层均匀、平滑、细致。
4、纳米碳化硅粉体在聚四氟乙烯树脂里添加百分之一时，就可以大辐增加聚四氟乙烯加工成型后的耐磨损能力。
5、纳米碳化硅在橡胶轮胎中的应用：添加一定量的纳米碳化硅在不改变原胶配方前提下进行改性处理，在不降低其原有性能和质量的条件下，耐磨性可提高15%~30%。另外，纳米碳化硅还应用在橡胶胶辊、打印机定影膜等耐磨损、高散热性、耐高温等橡胶产品中。
6、其他应用：高性能结构陶瓷（如火箭喷嘴、核工业等）、吸波材料、抗磨润滑油脂、高性能刹车片、高硬度耐磨粉末涂料、复合陶瓷增强增韧等。
小结：纳米碳化硅材料不单是指纳米微粉，还有碳化硅纳米线（可以简单理解为纳米级的碳化硅晶须）。碳化硅纳米线的弹性、硬度、韧性等机械性能都比碳化硅块体、碳化硅晶须要高。一维纳米结构的碳化硅极有希望成为陶瓷、金属、聚合物基材料的增强剂。碳化硅纳米材料比传统的碳化硅材料具有更优异的性能，能够达到高新技术领域的严格要求，作为一种具有广泛用途的纳米结构材料，对其进行深入而广泛的研究是很有意义的。
(：敬之)