日前，俄羅斯國立科技大學(xué)（NUST-MISIS）和托木斯克理工學(xué)院（Tomsk Polytechnic University）的研究人員提出了一種從木材加工廢料中獲取工業(yè)級碳化硅的簡單且經(jīng)濟(jì)的方法，該成果發(fā)表于材料化學(xué)與物理期刊（Materials Chemistry and Physics）。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.124938

碳化硅應(yīng)用廣泛，冶金領(lǐng)域用量最大

過去的研究中，不同類型的木材和糧食作物已經(jīng)產(chǎn)生了不同的生物形態(tài)碳化物，這些研究中包括山毛櫸、櫟樹、松樹、椴樹、玉米秸稈、小米等，近來人們還嘗試?yán)酶鞣N工業(yè)材料如纖維板、紙、壓縮木粉復(fù)合板，鑄竹纖維素等合成生物形態(tài)碳化硅。但是，目前生物形態(tài)碳化硅的生產(chǎn)技術(shù)還不完善——合成產(chǎn)物的性質(zhì)往往是不可預(yù)測的。此外，用木炭生產(chǎn)碳化硅的傳統(tǒng)方法非常耗時。

此次研究采用直流電弧等離子體法，以炭和硅為原料，在環(huán)境空氣中進(jìn)行低壓直流電弧放電，從而獲得高品質(zhì)碳化硅粉體。具體流程為在電流為220A時，在25-30秒的時間內(nèi)進(jìn)行三次電弧處理，可以使初始硅完全轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟铩Ｍㄟ^在800℃的常壓爐中對材料進(jìn)行退火，可以從合成產(chǎn)物中純化出所制備的碳化硅相。該方法的一個重要優(yōu)點(diǎn)是合成過程簡單，不需要密封室、惰性氣體或真空泵。另一個重要的優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)方法相比，合成所需的時間非常少（從幾秒鐘到幾分鐘不等）。此外，碳的最初來源是木材廢料。

所得粉體具有最佳的晶格參數(shù)（4.359A），其形貌與木炭相似。所制備材料的缺點(diǎn)是氧含量高達(dá)4.6at%（原子百分含量），可能存在表面氧化層，這是所述方法和用其他方法獲得的基于碳化硅的材料的特征。然而，這種缺點(diǎn)可以通過用堿性溶液處理粉末來彌補(bǔ)。

編譯 YUXI

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