本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种非水解溶胶-凝胶结合碳热还原法制备sic粉体的方法。
背景技术：
碳化硅（sic）由于其优异的机械强度、化学稳定性、耐腐蚀性以及较高的热传导等性能引起人们的极大关注，被广泛的应用于磨料磨具、耐火材料、冶金、高温结构陶瓷等诸多工业领域。同时，碳化硅作为一种宽带隙半导体，不仅电阻率可调、吸收频带宽，还具有耐高温、高强度、低密度等特点，同时其抗氧化性优于碳类吸波材料，被认为是实现轻质、薄层、宽频带耐高温吸波的首选材料。
目前，sic材料的制备方法主要包括气相沉积法（cvd）、传统碳热还原法等，其中，cvd法设备昂贵，工艺要求高，不利于大规模生产；而传统的碳热还原法耗能高，且制备出的sic烧结活性差。因而通常采用溶胶凝胶法先制备出前驱体，然后通过碳热还原法在较低的温度下制备出粒度较为均匀的sic粉体。
例如，宋永才等以工业硅溶胶和水溶性酚醛树脂为原料，采用溶胶凝胶法制备出有机-无机混杂的先驱体，经碳热还原反应制得纯度较高的β-sic微粉，但微粉是由颗粒与晶须组成的混杂体，并且存在团聚现象。（由有机-无机混杂先驱体制备sic纳米微粉[j].材料科学与工程学报,2004,22(3):341-343）武向阳等采用溶胶-凝胶法，以fe为催化剂，经碳热还原制备出不同粒径、不规则的β-sic颗粒。随着fe用量的增加，β-sic粉体的粒径和平均晶粒度增加，而堆积缺陷密度和比表面积则减小。（溶胶-凝胶中fe催化剂用量对β-sic堆积缺陷和形貌的影响[j].新型炭材料,2005,20(4):324-328）
采用溶胶-凝胶法制备sic材料时，水解时间、溶液ph、热处理温度等因素对sic材料制备影响较大，其制备的sic材料与结晶良好、纯度高、形状和粒径可控的目标材料相比还有一定差距。鉴于上述水解溶胶-凝胶方法在制备sic粉体时所表现出的缺点，robertj.p.corriu提出的非水解溶胶-凝胶技术，其无须经过金属醇盐的水解，可直接通过前驱体间脱卤代烷或脱醚缩聚等缩聚反应形成凝胶，此方法工艺简单，而且所制备的氧化物粉体颗粒细小、比表面积大、活性高，并且具有反应活性高、粒径小、比表面积高的前驱体，可促进碳热还原反应进行。
例如，l.bourget等以四氯化硅（sicl4）为原料，采用非水解溶胶凝胶法制备表面积最高可达869m2/g的二氧化硅粉体，同时还具有较多的中孔孔道结构，这有利于以扩散反应为主的碳热还原反应的进行。（non-hydrolyticsol-gelroutestosilica[j].journalofnon-crystallinesolids,1998,242:81-91）为此，如果以既易于控制、工艺简单，又可获得具有更高活性sio2纳米前驱体的非水解溶胶-凝胶法和碳热还原氮化法相结合，对降低sic粉体合成温度、缩短反应时间具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有sic粉体制备技术中的不足，提供一种非水解溶胶-凝胶结合碳热还原法制备sic粉体的方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：（1）将无水氯化铁、正硅酸乙酯和四氯化硅按一定的摩尔比配制反应液，再将该反应液加热凝胶化处理，引发非水解溶胶-凝胶反应合成出sio2凝胶，将sio2凝胶在二氯甲烷中超声、洗涤、干燥后获得sio2干凝胶；（2）将sio2干凝胶和炭黑（石墨或活性炭）按一定比例混合获得混合粉体，在混合粉体加入适量的无水乙醇，球磨后经60℃干燥后再加入浓度为2wt%的pva水溶液混合均匀，并于室温困料后获得均化的混合料；（3）将均化的混合料采用压力机成型，采用埋碳法于管式气氛炉内在氩气气氛下经还原碳化反应制备出sic粉体。
所述反应液的组成为：无水氯化铁的质量百分比为0.05%~0.5%，正硅酸乙酯的质量百分比为45~65%，四氯化硅的质量百分比为34.5%~54.95%。
所述反应液加热凝胶化处理的温度控制为：加热温度为90~130℃，凝胶化时间为5~20h。
所述混合粉体的组成为：sio2干凝胶和炭黑（石墨或活性炭）的质量比为0.5~2。
所述均化混合料的组成为：外加浓度为2wt%pva水溶液的质量百分比为1~10%，困料时间为12~24h。
所述均化混合料的成型工艺参数为：成型压力为1~20mp，保压时间10~60s。
所述sic粉体的碳热还原工艺为：还原碳化温度为1200~1600℃，升温速度为1~10℃/min，保温时间0.5~5h，氩气流量为1.5l/min。
本发明通过非水解溶胶-凝胶结合碳热还原法制备的sic粉体特征为：结晶性良好、纯度高、粒径分布均匀。相对现有技术，本发明可简化sic粉体的制备工艺，降低合成温度，减少制备成本，提高粉体的吸波性能。本发明制备的sic粉体可用作耐高温吸波材料。
有益效果
本发明与水解溶胶-凝胶技术相比，采用非水解法制备的sio2前驱体具有更高的比表面积和更高的活性，不仅可以解决水解溶胶凝胶法制备sio2前驱体存在的不足，而且结合碳热还原技术则可降低sic粉体合成温度、缩短反应时间，降低生产成本。本发明可为我国高温结构陶瓷、航空航天、军工等领域提供一种新型功能材料，具有广阔的应用前景及技术进步意义。
具体实施案例
实施例1
以0.0195g无水氯化铁、13.5ml的正硅酸乙酯和6.9ml四氯化硅为原料配制反应液，密封、搅拌至无水氯化铁完全溶解后，将反应液迅速转移至容弹中，110℃下反应12h得到sio2凝胶。将sio2凝胶用二氯甲烷超声、洗涤后并于110℃下干燥3h制备出sio2干凝胶。以sio2干凝胶为硅源，炭黑为碳源，按sio2：炭黑的质量比为3:2将两者混合，在混合粉体中加入适量的无水乙醇，并放入球磨机中，研磨2h后60℃干燥，按其质量百分比为5%加入浓度为2wt%的pva水溶液混合均匀，于室温困料12h后获得均化的混合料，将其采用压力机以6mp的压力成型，采用埋碳法以3℃/min升温速率、1.5l/min氩气流速下于管式气氛炉内1500℃还原碳化2.5h后即可制得sic粉体，其粒径约为80nm，分散性较好，纯度高。
实施例2
以0.0195g无水氯化铁、13.5ml的正硅酸乙酯和6.9ml四氯化硅为原料配制反应液，密封、搅拌至无水氯化铁完全溶解后，将反应液迅速转移至容弹中，100℃下反应15h得到sio2凝胶。将sio2凝胶用二氯甲烷超声、洗涤后并于110℃下干燥3h制备出sio2干凝胶。以sio2干凝胶为硅源，石墨为碳源，按sio2：石墨的质量比为1:1将两者混合，在混合粉体中加入适量的无水乙醇，并放入球磨机中，研磨2h后60℃干燥，按其质量百分比为3%加入浓度为2wt%的pva水溶液混合均匀，于室温困料15h后获得均化的混合料，将其采用压力机以5mp的压力成型，采用埋碳法以2℃/min升温速率、1.5l/min氩气流速下于管式气氛炉内1450℃还原碳化3h后即可制得sic粉体，其粒径约为100nm，分散性较好，纯度高。
实施例3
以0.0195g无水氯化铁、13.5ml的正硅酸乙酯和6.9ml四氯化硅为原料配制反应液，密封、搅拌至无水氯化铁完全溶解后，将反应液迅速转移至容弹中，120℃下反应10h得到sio2凝胶。将sio2凝胶用二氯甲烷超声、洗涤后并于110℃下干燥3h制备出sio2干凝胶。以sio2干凝胶为硅源，活性炭为碳源，按sio2：活性炭的质量比为2:1将两者混合，在混合粉体中加入适量的无水乙醇，并放入球磨机中，研磨2h后80℃干燥，按其质量百分比为7%加入浓度为2wt%的pva水溶液混合均匀，于室温困料10h后获得均化的混合料，将其采用压力机以8mp的压力成型，采用埋碳法以3℃/min升温速率、1.5l/min氩气流速下于管式气氛炉内1550℃还原碳化2h后即可制得sic粉体，其粒径约为90nm，分散性较好，纯度高。