碳化硅具有高硬度特性、高導熱性、高溫耐熱性,常被用作砂輪、有機聚合物的高導熱性填料、半導體制造設備零部件材料。一般工藝路線制備的碳化硅顆粒形狀在粉碎后未加處理的破碎狀態下,具有鋒利邊緣的不規則形狀,這樣的粉體流動性與填充性較差。對于導熱復合材料而言,增加填充量可以獲得導熱系數更高的,在粉體各種形貌中,球形及類球形粉體的流動性更佳,可以有效減少填料對填充體系粘度影響,從而實現更高的填充量。對于精密陶瓷零部件而言,流動好的粉體更有利于獲得質地均勻、缺陷少、高致密度的產品。
▲ShinanoElectric球形碳化硅SSC-A30
PS:據業內人士提供的消息,信越化學的球形碳化硅粉體是能量產的,但價格逆天,比碳化硅晶須更貴,大好幾千一公斤的球形碳化硅粉體,不知道哪個領域能用的上的呢。
雖然球形碳化硅粉體好處不少,但其制備難度也是相當的大呢,下文小編整理一些文獻資料以供大家參考。
1、專利文件JP2013095637A球狀α型碳化硅及其制造方法、碳化硅燒結體或有機樹脂復合體,中提到了一種直徑為5~60μm的球形α型結晶碳化硅顆粒工藝方法。
工藝過程簡述:將原料碳化硅微粉(采用平均直徑為1μm或更小的α型晶體的原料碳化硅作為原料碳化硅細粉)分散在溶劑中形成的漿料在干燥過程中噴霧得到平均粒徑為5-60μm的多孔球形顆粒,將所得多孔質球狀粒子在氬氣氛中在規定溫度下保持規定時間(燒結溫度1900~2300℃之間,燒結時間在1~5小時),最后粉碎燒結得到的顆粒中的部分微弱融合的顆粒聚集體。
2、專利文件CN104512893A中提到了一種平均粒徑為0.5~5μm且內部細密的球狀β晶體碳化硅粉及其制造方法。將該碳化硅粉用作原料,能夠容易地制造高密度且高硬度特性、高導熱性、高溫耐熱性的復合物或燒結體。
工藝過程簡述:以球狀合成樹脂粉/二氧化硅粉的重量比為1.10~1.70 的方式混合球狀合成樹脂粉和二氧化硅粉,在非氧化性氣氛下,在800~1200℃下對球狀合成樹脂粉進行煅燒(為了得到多孔質非晶體球狀碳化硅粒子),然后再在1600~2300℃下與所述二氧化硅粉進行反應燒結。將通過燒結而得到的球狀顆粒中的熔融膠著狀態的顆粒集合體進行粉碎(避免使用強力手段以免破壞粒子球形形狀),使其成為獨立的球狀顆粒。
備注:球狀合成樹脂粉是指以酚醛樹脂、呋喃樹脂、三聚氰胺樹脂等熱固性樹脂作為基材的平均粒徑為0.5~5μm的球狀顆粒粉末。這些熱固性樹脂優選其平均分子量為10000以上,在平均分子量為10000以上的球形熱固性樹脂的情況下,即使對其進行煅燒,也能夠保持球狀碳粒子的形狀。
如上方式制備的碳化硅粉體雖然很圓,但成本非常高昂,應用場景有限。工業上應用中常見的是通過物理方法整形以提升碳化硅粉體的球形度,常用的整形工藝設備有:齒傳動臥式球磨機,攪拌磨,流化床氣流磨等。
參考資料:
1、JP2013095637A球狀α型碳化硅及其制造方法、碳化硅燒結體或有機樹脂復合體;ShinanoElectricRefiningCoLtd
2、CN104512893A球狀碳化硅粉及其制造方法;ShinanoElectricRefiningCoLtd
3、DOI:10.1002/zaac.202100209 微米級均勻球形碳化硅(SiC)顆粒的碳熱合成
編輯整理:粉體圈Alpha
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