4，之后称取聚四氟乙烯粉PTFE，聚四氟乙烯粉PTFE的质量为硅粉S1、炭黑粉C、无定形硼粉B、氮化娃粉Si3N4质量总和的15%;其中娃粉Si的平均粒径为30 μ m，炭黑粉C的平均粒径为40nm，无定形硼粉B的平均粒径为75 μ m，氮化娃粉Si3N4的平均粒径为75 μ m，聚四氟乙烯粉PTFE的平均粒径为75 μ m ;将称取的硅粉S1、炭黑粉C、无定形硼粉B、氮化硅粉Si3N4及聚四氟乙烯粉PTFE混合在一起，配制出混合物A ;将混合物A倒入行星式球磨机球磨罐中，再向球磨罐中加入无水乙醇，将无水乙醇作为球磨介质，每g的混合物A要加入1.5ml的无水乙醇，开启行星式球磨机，以350r/min的速率球磨12h混合物A，得到混合物B ;取出混合物B，并将混合物B放置于干燥箱中直至烘干，烘干温度为65°C，最终得到混合粉体A ；
[0085]将混合粉体A过200目筛，以破除团聚物，得到平均粒径为74 μ m以下的混合粉体B ；
[0086]将混合粉体B置于高纯石墨坩祸内；将装有混合粉体B的高纯石墨坩祸放入真空-气氛热压烧结炉中，并对真空-气氛热压烧结炉进行抽真空处理；待真空-气氛热压烧结炉内的真空度达到0.0lPa以下，向真空-气氛热压烧结炉中充入0.1MPa的高纯N2气，使混合粉体B在真空-气氛热压烧结炉内进行高温自蔓延反应，制备得到B、N共掺杂的3C-SiC主晶相纳米粉体，其中高温自蔓延反应的具体过程如下:
[0087]先以20°C /min的速率将真空-气氛热压烧结炉内的温度升至950°C;再以15°C /min的速率将真空-气氛热压烧结炉内的温度升至1450°C ;于1450°C温度条件下，对真空-气氛热压烧结炉进行20min的保温处理，最后让真空-气氛热压烧结炉自然冷却至室温，即完成在真空-气氛热压烧结炉内对混合粉体B的高温自蔓延反应；
[0088]将B、N共掺杂的3C_SiC主晶相纳米粉体置于刚玉坩祸内；将装有B、N共掺杂的3C-SiC主晶相纳米粉体的刚玉坩祸放入箱式电阻炉中，进行热处理除碳；热处理除碳的过程具体如下:
[0089]先以15°C /min的速率将箱式电阻炉内的温度升至650 °C;然后保温150min ;最后让箱式电阻炉自然冷却至室温。
[0090]如图3所示，实施例3制备的3C-SiC粉体为纳米颗粒，平均粒径约为25nm，颗粒粒径分布范围窄，呈类球形形貌。
[0091]如图4所示，利用不同B、N掺杂比例以及制备工艺参数变化可使3C_SiC的微波介电损耗角正切tan δ值大小可调，其在8.2GHz?12.4GHz频率范围的均值可大于0.2。
[0092]本发明一种B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法采用了低成本的Si粉及炭黑作为原料，有效降低了制备成本，整个制备流程较为简单且易于操控；此外，本发明的制备方法中，通过调整B、N掺杂比例，就可实现其微波介电常数大小可调的目标，能满足高温环境下吸波材料和电磁屏蔽材料质量轻、厚度薄、吸收频带宽等要求，并且可应用于制备高强度、良好抗氧化性或半导性SiC块体陶瓷及涂层等的高优质粉体原料，具有重大的社会经济效益。
[0093]利用本发明的制备方法制备出的SiC吸波材料为高纯度β相的3C_SiC纳米粉体，该纳米粉体呈类球形形貌，粒径分布范围窄，平均粒径最小可达25nm左右。
【主权项】
1.一种B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施: 步骤1、分别称取硅粉S1、炭黑粉C、无定形硼粉B、氮化硅粉Si3N4及聚四氟乙烯粉PTFE，并将称取的取硅粉S1、炭黑粉C、无定形硼粉B、氮化硅粉Si3N4及聚四氟乙烯粉PTFE球磨混合，制备出混合粉体A ; 步骤2、将步骤1得到的混合粉体A过200目筛，以破除团聚物，得到平均粒径为74 μπι以下的混合粉体Β; 步骤3、将经步骤2得到的混合粉体Β放置于真空-气氛热压烧结炉中，先进行抽真空处理，然后充入队气，对混合粉体Β进行高温自蔓延反应，制备得到Β、Ν共掺杂的3C-SiC主晶相纳米粉体； 步骤4、将经步骤3得到的B、N共掺杂的3C-SiC主晶相纳米粉体放置于箱式电阻炉中在空气气氛中热处理，制备出B、N共掺杂的高纯度3C-SiC纳米粉体吸波材料。2.根据权利要求1所述的一种B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施:步骤 1.1、先按摩尔比为 nSl:nc:nB:nN= 0.85 ?0.95:0.85 ?0.95:0.05 ?0.15:0.05?0.15分别称取硅粉S1、炭黑粉C、无定形硼粉B、氮化硅粉Si3N4; 之后称取聚四氟乙烯粉PTFE，聚四氟乙烯粉PTFE的质量为硅粉S1、炭黑粉C、无定形硼粉B、氮化硅粉Si3N4质量总和的10%?20% ； 步骤1.2、将步骤1.1中称取的硅粉S1、炭黑粉C、无定形硼粉B、氮化硅粉Si3N4及聚四氟乙烯粉PTFE混合在一起，配制出混合物A ; 步骤1.3、将经步骤1.2配制得到的混合物A倒入行星式球磨机球磨罐中，再向球磨罐中加入无水乙醇，将无水乙醇作为球磨介质，每g的混合物A要加入1.0ml?1.5ml的无水乙醇，开启行星式球磨机，以250r/min?350r/min的速率球磨6h?12h混合物A，得到混合物B ; 步骤1.4、取出经步骤1.3得到的混合物B，并将混合物B放置于干燥箱中直至烘干，烘干温度为55°C?65°C，最终得到混合粉体A。3.根据权利要求1或2所述的一种B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，其特征在于，所述娃粉S1、炭黑粉C、无定形硼粉B、氮化娃粉Si3N4的摩尔比优选为n Si:n c:n B:n N=0.95:0.85:0.05:0.15 ; 所述聚四氟乙稀PTFE的优选质量为:娃粉S1、炭黑粉C、无定形硼粉B、氮化娃粉Si3N4质量总和的20%。4.根据权利要求1、2或3所述的一种B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，其特征在于，所述娃粉Si的平均粒径为10 μ m?30 μ m ;炭黑粉C的平均粒径为20nm?40nm ；无定形硼粉B的平均粒径为45 μ m?75 μ m ;氮化娃粉Si3N4的平均粒径为45 μ m?75 μ m ;聚四氟乙烯粉PTFE的平均粒径为60?75 μπι。5.根据权利要求1所述的一种Β、Ν共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施: 步骤3.1、将经步骤2得到的混合粉体Β置于坩祸内； 步骤3.2、将步骤3.1中装有混合粉体Β的坩祸放入真空-气氛热压烧结炉中，并对真空-气氛热压烧结炉进行抽真空处理； 步骤3.3、经步骤3.2，待真空-气氛热压烧结炉内的真空度达到0.0lPa以下，向真空-气氛热压烧结炉中充入0.05MPa?0.1MPa的高纯队气，使混合粉体B在真空-气氛热压烧结炉内进行高温自蔓延反应，制备得到B、N共掺杂的3C-SiC主晶相纳米粉体。6.根据权利要求5所述的一种B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中采用的坩祸为高纯石墨坩祸。7.根据权利要求5所述的一种B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3.3中高温自蔓延反应的具体过程如下: 先以10°C /min?20°C /min的速率将真空-气氛热压烧结炉内的温度升至850°C?950°C;再以10°C /min?15°C /min的速率将真空-气氛热压烧结炉内的温度升至1350°C?1450°C;然后于1350°C?1450°C温度条件下，对真空-气氛热压烧结炉进行lOmin?20min的保温处理，最后让真空-气氛热压烧结炉自然冷却至室温，即完成在真空-气氛热压烧结炉内对混合粉体B的高温自蔓延反应。8.根据权利要求1所述的一种B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下步骤实施: 步骤4.1、将经步骤3得到的B、N共掺杂的3C-SiC主晶相纳米粉体置于坩祸内； 步骤4.2、将步骤4.1中装有B、N共掺杂的3C-SiC主晶相纳米粉体的坩祸放入箱式电阻炉中进行热处理除碳，制备出B、N共掺杂的高纯度3C-SiC纳米粉体吸波材料。9.根据权利要求8所述的一种B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中采用的坩祸是刚玉坩祸。10.根据权利要求8所述的一种B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4.2中热处理除碳的过程具体如下: 先以5°C /min?15°C /min的速率将箱式电阻炉内的温度升至550°C?650°C;然后保温60min?150min ;最后让箱式电阻炉自然冷却至室温。
【专利摘要】本发明公开的一种B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，具体为：1)将称取的硅粉、炭黑粉、无定形硼粉、氮化硅粉及聚四氟乙烯粉球磨混合制备出混合粉体A；2)将混合粉体A过200目筛得到平均粒径为74μm以下的混合粉体B；3)将混合粉体B置于真空-气氛热压烧结炉中，先进行抽真空处理后充入N2气，反应得到B、N共掺杂的3C-SiC主晶相纳米粉体；4)将B、N共掺杂的3C-SiC主晶相纳米粉体放置于箱式电阻炉中，在空气气氛中热处理制备出B、N共掺杂的高纯度3C-SiC纳米粉体吸波材料。本发明的B、N共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法，制备出晶型和介电损耗性能良好的SiC纳米粉体吸波材料，且其介电常数大小可控。
【IPC分类】C04B35/565, C01B31/36, C04B35/626
【公开号】CN105293499
【申请号】CN201510867689
【发明人】李智敏, 张茂林, 闫养希, 黄云霞, 孙鹏, 郝跃
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月30日