日本東北大學(xué)成功利用鈉在700℃下合成碳化硅陶瓷

圖1:合成的納米粉狀體的透過型電子顯微鏡照片

圖2:把混合原料粉末成形為圓盤狀后制成的碳化硅多孔體

圖3:圖2多孔體的截面掃描型電子顯微鏡照片

圖4:利用輕木材制成的碳化硅陶瓷的截面掃描型電子顯微鏡照片

　　日本東北大學(xué)多元物質(zhì)科學(xué)研究所*近發(fā)現(xiàn)了利用鈉可以使硅和碳在700℃下發(fā)生低溫反應(yīng)，生成碳化硅的現(xiàn)象。碳化硅是一種在高溫強度、耐磨損性以及耐腐蝕性方面優(yōu)良的非氧化物陶瓷，主要應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)材料、半導(dǎo)體制造裝置部件以及柴油車排氣凈化過濾器。但是，由于碳化硅的制造需要1200℃以上的高溫，因此業(yè)界期待能夠找到低溫高效的制造方法。

　　此次，東北大開發(fā)出的方法有三種。*，把硅粉末和碳（非晶碳或富勒烯）粉末混合，在氬氣環(huán)境中與金屬鈉一起在700℃下加熱。從該過程得到的是粒徑為幾十nm的碳化硅納米粉狀體。可作為碳化硅陶瓷燒結(jié)體的制造原料（圖1）。

　　第二，把硅粉末和碳粉末混合，置于模具中加壓成形，然后在氬氣環(huán)境中，使其與鈉蒸氣一起在700℃下加熱。利用這種方法能夠在保持成形體形狀的同時制成碳化硅多孔體，有望應(yīng)用于制造各種形狀的碳化硅多孔過濾器（圖2、3）。

　　第三，把碳化的木材（輕木及日本扁柏）與金屬鈉和硅一起在700℃下加熱。這種方法制成的是擁有植物細(xì)胞壁形狀的碳化硅陶瓷塊狀體（圖4）。使用這種方法，可以使以生物體組織為主的碳結(jié)構(gòu)體以及人工設(shè)計的碳結(jié)構(gòu)體在保持原有形狀和形態(tài)的情況下轉(zhuǎn)化為碳化硅。

　　使用上述三種方法生成的碳化硅均為立方晶系的閃鋅礦型結(jié)構(gòu)——β型。該校預(yù)定在2007年9月12～14日召開的日本陶瓷協(xié)會秋季研討會（名古屋工業(yè)大學(xué)）上發(fā)表這項成果。