多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷；其中，Si与SiCV混合粉末中31:5102摩尔比为2:1，CO气体流量为lL/h。
[0038]本实施例所制得的SiC/C多孔复合陶瓷的比表面积为80m2/g ;孔径分布范围为0.3?100 μπι，其中0.3-4 μπι范围的孔径约占8% (体积百分比)，4_50 μπι范围的孔径约占15% (体积百分比);强度为13MPa ;孔隙率为65%。
[0039]实施例2
[0040]步骤1:选取密度为0.6g/cm3的聚丙烯腈基碳纤维毡作为碳纤维骨架；
[0041]步骤2:将步骤I选取的碳纤维骨架放入水热反应釜中，然后加入作为碳源前驱体的蔗糖溶液，在反应温度为250°C下，沉积8小时后将碳纤维骨架取出，烘干。其中，蔗糖溶液的浓度为500g/L，聚丙烯腈基碳纤维毡与蔗糖溶液的比为2g:45mL。
[0042]步骤3:将Si与S12-合粉末、步骤2烘干后的碳纤维骨架加入到石墨坩祸中，然后将石墨坩祸放入真空烧结炉中，当温度升至1500°C时，通过石墨通气管向石墨坩祸中通入CO气体进行烧结3小时，然后自然降温至室温后得到多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷；其中，Si与SiCV混合粉末中31:5102摩尔比为1:1，CO气体流量为10L/h。
[0043]本实施例所制得的SiC/C多孔复合陶瓷的比表面积为87m2/g ;孔径分布范围为0.3?100 μπι，其中0.3-4 μπι范围的孔径约占10% (体积百分比),4-50 μπι范围的孔径约占13% (体积百分比);强度为15MPa ;孔隙率为70%。
[0044]实施例3
[0045]步骤1:选取密度为0.3g/cm3的聚丙烯腈基碳纤维毡作为碳纤维骨架；
[0046]步骤2:将步骤I选取的碳纤维骨架放入水热反应釜中，然后加入作为碳源前驱体的蔗糖溶液，在反应温度为200°C下，沉积4小时后将碳纤维骨架取出，烘干；其中蔗糖溶液的浓度为200g/L，聚丙烯腈基碳纤维毡与蔗糖溶液的比为5g:50mL。
[0047]步骤3:将Si与S12-合粉末、步骤2烘干后的碳纤维骨架加入到石墨坩祸中，然后将石墨坩祸放入真空烧结炉中，当温度升至1300°C时，通过石墨通气管向石墨坩祸中通入CO气体进行烧结1.5小时，然后自然降温至室温后得到多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷；其中，Si与SiCV混合粉末中31:5102摩尔比为1.3:1，CO气体流量为3L/h。
[0048]本实施例所制得的SiC/C多孔复合陶瓷的比表面积为95m2/g ;孔径分布范围为
0.3?100 μ m，其中0.3-4 μ m范围的孔径约占12% (体积百分比)，4-50 μ m范围的孔径约占15% (体积百分比);强度为17MPa ;孔隙率为75%。
[0049]实施例4
[0050]步骤1:选取密度为0.4g/cm3的聚丙烯腈基碳纤维毡作为碳纤维骨架；
[0051]步骤2:将步骤I选取的碳纤维骨架放入水热反应釜中，然后以加入作为碳源前驱体的蔗糖溶液，在反应温度为220°C下，沉积5小时后将碳纤维骨架取出，烘干；其中，蔗糖溶液的浓度为300g/L，聚丙烯腈基碳纤维毡与蔗糖溶液的比为4g:35mL。
[0052]步骤3:将Si与S12-合粉末、步骤2烘干后的碳纤维骨架加入到石墨坩祸中，然后将石墨坩祸放入真空烧结炉中，当温度升至1400°C后开始通过石墨通气管向石墨坩祸中通入CO气体进行烧结2.5小时，然后自然降温至室温后得到多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷；其中，Si与SiCV混合粉末中31:5102摩尔比为1.6:1，CO气体流量为5L/h。
[0053]图2和图3为本实施例4制得的SiC/C多孔陶瓷的扫描电镜(SEM)照片。由图2可以看出:碳纤维呈三维网状分布，表面生长大量的SiC纳米线；由相应放大图3可以看出:碳纤维表面有一 SiC层，有大量SiC微纳米颗粒组成。SiC纳米线填充了碳纤维之间的孔隙。本实施例所制得的SiC/C多孔复合陶瓷的比表面积为110m2/g ;孔径分布范围为0.3?100 μ m，其中0.3-4 μ m范围的孔径约占15% (体积百分比)，4-50 μ m范围的孔径约占20% (体积百分比);强度为20MPa ;孔隙率为80%。
[0054]实施例5
[0055]步骤1:选取密度为0.5g/cm3的聚丙烯腈基碳纤维毡作为碳纤维骨架；
[0056]步骤2:将步骤I选取的碳纤维骨架放入水热反应釜中，然后加入作为碳源前驱体的蔗糖溶液，在反应温度为240°C下，沉积3小时后将碳纤维骨架取出，烘干。其中，蔗糖溶液的浓度为350g/L，聚丙烯腈基碳纤维毡与蔗糖溶液的比为5g:40mL。
[0057]步骤3:将Si与S12-合粉末、步骤2烘干后的碳骨架加入到石墨坩祸中，然后将石墨坩祸放入真空烧结炉中，当温度升至1450°C后开始向石墨坩祸中通入CO气体进行烧结2小时，然后自然降温至室温后得到多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷；其中，Si与S12-合粉末中3丨:5丨02摩尔比为1.8:1，CO气体流量为8L/h。
[0058]本实施例所制得的SiC/C多孔复合陶瓷的比表面积为103m2/g ;孔径分布范围为0.3?100 μπι，其中0.3-4 μπι范围的孔径约占13% (体积百分比),4-50 μπι范围的孔径约占17% (体积百分比);强度为22MPa ;孔隙率为87%。
[0059]本发明以聚丙烯腈基碳纤维毡作为骨架，通过水热碳化技术在碳纤维表面沉积碳层，以提高碳骨架的强度和比表面积，再以CO作为碳源，S1作为硅源，利用碳热还原反应在碳骨架内生长SiC保护层和SiC纳米线，构建一个SiC/C多孔复合陶瓷。该SiC/C多孔复合陶瓷由碳纤维、碳微球、SiC层、SiC纳米线组合而成，是一个微纳米多尺度结构的多孔复合陶瓷。本发明中碳纤维骨架通过水热碳化方法沉积碳层，将碳纤维连接成一个多孔碳骨架，能够提高碳骨架的强度和比表面积。在碳多孔骨架内沉积SiC和生长SiC纳米线的方法具体为化学气相反应法:以⑶作为碳源，S1作为硅源，在1200?1500°C温度范围内反应生成SiC层及SiC纳米线；水热碳化法中的碳源为蔗糖溶液，并且蔗糖溶液的浓度为10g?500g/L，沉积温度在180°C?250°C，沉积时间在2?8小时。
【主权项】
1.一种多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，其特征在于，以聚丙烯腈基碳纤维毡作为骨架，通过水热碳化技术在聚丙烯腈基碳纤维毡表面沉积碳层，再利用碳热还原反应在骨架内生长SiC保护层和SiC纳米线，得到多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 步骤1:将作为骨架的聚丙烯腈基碳纤维毡放入水热反应釜中，然后加入作为碳源前驱体的蔗糖溶液，在反应温度180°c?250°C下，沉积2?8小时后将聚丙烯腈基碳纤维毡取出，烘干； 步骤2:将Si与3102的混合粉末、步骤I烘干的聚丙烯腈基碳纤维毡放入石墨坩祸中，然后将石墨坩祸放入真空烧结炉中，当温度升至1200°C?1500°C时向石墨坩祸中通入CO气体进行烧结，然后自然降至室温，得到多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷。
3.根据权利要求2所述的一种多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述聚丙稀腈基碳纤维租的密度为0.2?0.6g/cm3。
4.根据权利要求2所述的一种多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述蔗糖溶液的浓度为10g?500g/L。
5.根据权利要求4所述的一种多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈基碳纤维毡与蔗糖溶液的比为(I?5)g: (30?50)mL。
6.根据权利要求2所述的一种多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述石墨坩祸的底部带有用于向坩祸内通入气体并且伸入到坩祸内部的通气管，Si与S12的混合粉末的高度低于伸入到坩祸内部的通气管的高度，步骤I烘干的聚丙烯腈基碳纤维毡放置于石墨坩祸的开口处。
7.根据权利要求1所述的一种多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述CO气体的流量为IL?10L/h。
8.根据权利要求2所述的一种多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤2中Si与S12的混合粉末中Si与S12的摩尔比为1:1?2:1。
9.根据权利要求2所述的一种多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤2中烧结时间的为I?3小时。
10.一种根据权利要求2所述方法制备的多尺度结构的SiC/C多孔复合陶瓷，其特征在于，该SiC/C多孔复合陶瓷的比表面积为80?110m2/g，孔径分布范围为0.3?100 μπι，强度为13?22MPa，孔隙率为65?87%。
【专利摘要】一种多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷及其制备方法，以聚丙烯腈基碳纤维毡作为骨架，通过水热碳化技术在聚丙烯腈基碳纤维毡表面沉积碳层，再利用碳热还原反应在骨架内生长SiC保护层和SiC纳米线，得到多尺度结构SiC/C多孔复合陶瓷。本发明通过水热碳化技术在碳纤维表面沉积碳层，将碳纤维连接成一个多孔碳骨架，能够提高碳骨架的强度和比表面积，再以CO作为碳源，SiO作为硅源，采用化学气相反应法，在碳骨架内生成SiC层及SiC纳米线，构建一个SiC/C多孔复合陶瓷，本发明制得的SiC/C多孔复合陶瓷不仅具有高比表面积，而且具有易成型，高强度的特点。
【IPC分类】C04B35-565, C04B35-80, C04B38-00
【公开号】CN104817337
【申请号】CN201510187560
【发明人】李翠艳, 欧阳海波, 黄剑锋, 曹丽云, 费杰, 孔新刚, 许占位
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月20日