專利名稱：制備核反應(yīng)堆用石墨表面抗氧化涂層材料碳化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆材料制造技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及用控制裂解聚碳硅烷(PCS)制備碳化硅的化學(xué)組成的一種制備核反應(yīng)堆用石墨表面抗氧化涂層材料碳化硅的方法。
背景技術(shù)：
碳化硅涂層由于具有高溫強度高、導(dǎo)熱率高、高溫抗氧化性能好等特點，是核反應(yīng)堆中石墨表面抗氧化涂層的高新材料。在碳化硅的制備方法中，自從矢島圣使教授在文獻(xiàn)“S.Yajima et al.，Chem.Lett.，931，1975”中公開了成功合成聚碳硅烷并轉(zhuǎn)化成SiC纖維以來，由于具有制備溫度低、簡單易控、產(chǎn)品純度高、性能優(yōu)異等優(yōu)點，利用裂解PCS制備SiC很快就成為SiC制備方法研究的一個熱點。
利用裂解PCS制備的SiC通常含有較多的游離碳，對SiC的高溫抗氧化性能不利，因而去除裂解PCS制備的SiC中的游離碳引起了人們的關(guān)注。目前人們已經(jīng)研究過的用于消除裂解PCS制備的SiC的游離碳的方法包括改變PCS的成分及結(jié)構(gòu)、在真空中裂解和在氫氣中裂解等。改變PCS的成分及結(jié)構(gòu)工藝比較復(fù)雜，準(zhǔn)確控制制備的SiC的成分比較困難；在真空或者氫氣氣氛中裂解可以消除游離碳，但也會降低陶瓷的產(chǎn)率，且為了獲得一定組成的SiC只能對應(yīng)于一個特定的裂解溫度，裂解溫度不能獨立控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供可以獨立改變裂解溫度和裂解氣氛來控制裂解聚碳硅烷制備的碳化硅化學(xué)組成的一種制備核反應(yīng)堆用石墨表面抗氧化涂層材料碳化硅的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟1).首先把聚碳硅烷濃度為10-30wt％聚碳硅烷的二甲苯溶液涂覆在石墨基體表面，待溶劑揮發(fā)后在基體表面獲得厚度為0.5-2.0μm的PCS涂層；2).將上述有PCS涂層的樣品放在流量為100-1000ml/min的含有硅組分的氣體與Ar或H2的混合氣體的保護(hù)反應(yīng)爐中，在1000℃~1300℃處理溫度下進(jìn)行高溫裂解1-5小時，通過獨立控制裂解溫度和裂解氣氛中含有硅組分的氣體含量來實現(xiàn)控制制備的碳化硅涂層的碳/硅比，其碳/硅質(zhì)量比為0.6-4.2。
所述含有硅組分的氣體為SiH4或SiCl4。
所述含有硅組分的氣體與Ar或H2的混合氣體為SiH4/Ar、SiCl4/Ar、SiH4/H2或SiCl4/H2，其中SiH4或SiCl4的含量為2vol％-3vol％。
本發(fā)明的有益效果在裂解氣氛中加入含有硅組分的氣體，可以使PCS在裂解的過程中與含有硅組分的氣體反應(yīng)來避免制備的SiC中的游離碳，且不降低陶瓷產(chǎn)率。此方法可以在一定溫度范圍內(nèi)的任意溫度通過控制裂解氣氛中含有硅組分的氣體的含量來改變制備的碳化硅的碳/硅比，裂解溫度和裂解氣氛組成可以獨立控制。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種制備核反應(yīng)堆用石墨表面抗氧化涂層材料碳化硅的方法，包括以下步驟1).首先把聚碳硅烷濃度為10-30wt％聚碳硅烷的二甲苯溶液涂覆在石墨基體表面，待溶劑揮發(fā)后在基體表面獲得厚度為0.5-2.0μm的PCS涂層；2).將上述有PCS涂層的樣品放在含有硅組分的氣體SiH4或SiCi4與Ar或H2的混合氣體SiH4/Ar、SiCl4/Ar、SiH4/H2或SiCl4/H2，其中SiH4或SiCl4的含量為2vol％-3vol％，流量為100-1000ml/min的保護(hù)反應(yīng)爐中，在1000℃～1300℃處理溫度下進(jìn)行高溫裂解1-5小時，通過獨立控制裂解溫度和裂解氣氛中含有硅組分的氣體含量來實現(xiàn)控制制備的碳化硅涂層的碳/硅比，其碳/硅質(zhì)量比為0.6-4.2。
下面通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明實施例1首先是通過把石墨基體在聚碳硅烷濃度為10wt％的聚碳硅烷/二甲苯溶液中浸漬在其表面形成一層厚度為2.0μm均勻的膜；在二甲苯揮發(fā)后基體表面獲得了PCS涂層。將上述制備了PCS涂層的樣品在Ar氣體中1000℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為3.7，在2vol％ SiH4的SiH4/Ar氣體中1000℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為1.5，在3vol％ SiH4的SiH4/Ar氣體中1000℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為0.8。
實施例2首先是通過把石墨基體在聚碳硅烷濃度為20wt％的聚碳硅烷/二甲苯溶液中浸漬在其表面形成一層厚度為0.5μm均勻的膜；在二甲苯揮發(fā)后基體表面獲得了PCS涂層。將上述制備了PCS涂層的樣品在H2氣體中1000℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為3.6，在2vol％ SiH4的SiH4/H2氣體中1000℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為1.2，在3vol％ SiH4的SiH4/H2氣體中1000℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為0.6。
實施例3首先是通過把石墨基體在聚碳硅烷濃度為30wt％的聚碳硅烷/二甲苯溶液中浸漬在其表面形成一層厚度為1.5μm均勻的膜；在二甲苯揮發(fā)后基體表面獲得了PCS涂層。將上述制備了PCS涂層的樣品在Ar氣體中1300℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為4.2，在2vol％ SiH4的SiH4/Ar氣體中1500℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為1.7，在3vol％ SiH4的SiH4/Ar氣體中1000℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為0.9。
實施例4首先是通過把石墨基體在聚碳硅烷濃度為20wt％的聚碳硅烷/二甲苯溶液中浸漬在其表面形成一層厚度為2.0μm均勻的膜；在二甲苯揮發(fā)后基體表面獲得了PCS涂層。將上述制備了PCS涂層的樣品在H2氣體中1000℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為3.6，在2vol％ SiCl4的SiCl4/H2氣體中1000℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為1.3，在3vol％ SiH4的SiH4/H2氣體中1000℃裂解獲得的SiC涂層的碳/硅比為0.7。
權(quán)利要求
1.一種制備核反應(yīng)堆用石墨表面抗氧化涂層材料碳化硅的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟1).首先把聚碳硅烷濃度為10-30wt％聚碳硅烷的二甲苯溶液涂覆在石墨基體表面，待溶劑揮發(fā)后在基體表面獲得厚度為0.5-2.0μm的PCS涂層；2).將上述有PCS涂層的樣品放在流量為100-1000ml/min的含有硅組分的氣體與Ar或H2的混合氣體的保護(hù)反應(yīng)爐中，在1000℃～1300℃處理溫度下進(jìn)行高溫裂解1-5小時，通過獨立控制裂解溫度和裂解氣氛中含有硅組分的氣體含量來實現(xiàn)控制制備的碳化硅涂層的碳/硅比，其碳/硅質(zhì)量比為0.6-4.2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備核反應(yīng)堆用石墨表面抗氧化涂層材料碳化硅的方法，其特征在于所述含有硅組分的氣體為SiH4或SiCl4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備核反應(yīng)堆用石墨表面抗氧化涂層材料碳化硅的方法，其特征在于所述含有硅組分的氣體與Ar或H2的混合氣體為SiH4/Ar、SiCl4/Ar、SiH4/H2或SiCl4/H2，其中SiH4或SiCl4的含量為2vol％-3vol％。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于核反應(yīng)材料制造技術(shù)領(lǐng)域的一種制備核反應(yīng)堆用石墨表面抗氧化涂層碳化硅的方法。該方法首先把聚碳硅烷(PCS)溶液涂覆在基體表面，在溶劑揮發(fā)后在基體表面獲得PCS涂層；將上述制備了PCS涂層的樣品在含有Si的保護(hù)氣體中進(jìn)行高溫裂解，通過獨立調(diào)節(jié)裂解溫度和裂解氣氛來控制硅烷的含量來實現(xiàn)碳化硅的碳/硅比，在裂解氣氛中加入含有硅組分的氣體，可以使PCS在裂解的過程中與含有硅組分的氣體反應(yīng)來避免制備的SiC中的游離碳，且不降低陶瓷產(chǎn)率。此方法可以在一定溫度范圍內(nèi)的任意溫度通過控制裂解氣氛中含有硅組分的氣體的含量來改變制備的碳化硅的碳/硅比，裂解溫度和裂解氣氛組成可以獨立控制。
文檔編號C23C20/08GK1554802SQ20031012176
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者付志強, 唐春和, 梁彤祥 申請人:清華大學(xué)