1.5)：1，按照體積比2％-20％向所述混合溶液中加入所述催化劑。

17.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述步驟s2中，老化時(shí)間2-8h，干燥方式采用常溫干燥，常溫干燥時(shí)間為5-20h；或者，

18.干燥方式采用冷凍干燥，冷凍干燥時(shí)間為10-100h；或者，

19.干燥方式采用超臨界干燥，超臨界干燥時(shí)間為5-15h。

20.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述步驟s3中，在高溫合成步驟之前先進(jìn)行粉碎處理和篩分分離，將所述有機(jī)聚合物粉碎至1.5mm-5mm。

21.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述步驟s3中，采用研磨設(shè)備進(jìn)行粉碎處理，研磨介質(zhì)為碳化硅研磨珠，碳化硅研磨珠的直徑為0.5mm-1mm，研磨時(shí)，碳化硅研磨珠和有機(jī)聚合物的質(zhì)量比為(0.5-2)：1；

22.篩分分離時(shí)，采用篩分機(jī)將碳化硅研磨珠與研磨后的有機(jī)聚合物分離，篩分機(jī)的篩網(wǎng)孔徑為1-1.2mm。

23.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述步驟s3中，高溫合成的具體步驟：

24.將篩分分離后的有機(jī)聚合物裝入石墨坩堝中，將裝配好的石墨坩堝轉(zhuǎn)移至合成爐中，首先采用惰性氣體對(duì)合成爐的爐腔進(jìn)行吹掃，惰性氣體純度為99.99999％；吹掃時(shí)間為0.5-1h；之后抽真空，使?fàn)t腔的真空度至少為1

×

10-5

mbar；進(jìn)行漏率檢測(cè)合格后開(kāi)始升壓至60-150mbar；恒壓60-150mbar，開(kāi)始加熱，合成爐的爐腔溫度在2-4h升溫至1000-1200℃，之后恒溫5-10h，使有機(jī)聚合物在該溫度下無(wú)氧碳化形成碳源；之后在4-8h升溫至2100-2400℃，控制溫度恒定在2100-2400℃，恒溫時(shí)間為20-50h，使碳源和硅源充分參與反應(yīng)；

25.之后進(jìn)行降溫，使?fàn)t腔溫冷卻至室溫，并取出石墨坩堝，得到塊狀碳化硅；

26.將塊狀碳化硅進(jìn)行粉碎處理，并通過(guò)分級(jí)篩分得到不同尺寸的碳化硅粉。

27.根據(jù)本發(fā)明第二方面的碳化硅粉，該碳化硅粉采用上述的制備工藝制備而成，所述碳化硅粉具有碳包裹硅的微觀結(jié)構(gòu)。

28.本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

29.圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的碳化硅粉的制備工藝的流程示意圖；

30.圖2是實(shí)施例1制得的碳化硅粉的掃描電鏡圖；

31.圖3是實(shí)施例1制得的碳化硅粉的能譜圖；

32.圖4是實(shí)施例2制得的氣凝膠塊的掃描電鏡圖；

33.圖5是采用實(shí)施例1制得的碳化硅粉和普通的碳化硅粉長(zhǎng)晶形成的碳化硅晶錠圖片，其中，a為實(shí)施例1制得的碳化硅粉長(zhǎng)出的晶錠，b為普通碳化硅粉長(zhǎng)出的晶錠。

具體實(shí)施方式

34.以下，針對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下所記載的技術(shù)特征的說(shuō)明基于本發(fā)明的代表性的實(shí)施方案、具體例子而進(jìn)行，但本發(fā)明不限定于這些實(shí)施方案、具體例子。需要說(shuō)明的是：

35.本說(shuō)明書(shū)中，使用“數(shù)值a～數(shù)值b”表示的數(shù)值范圍是指包含端點(diǎn)數(shù)值a、b的范圍。

36.本說(shuō)明書(shū)中，如沒(méi)有特殊聲明，則“多”、“多種”、“多個(gè)”等中的“多”表示2或以上的數(shù)值。

37.本說(shuō)明書(shū)中，如沒(méi)有特別說(shuō)明，則“％”均表示質(zhì)量百分含量。

38.本說(shuō)明書(shū)中，使用“可以”表示的含義包括了進(jìn)行某種處理以及不進(jìn)行某種處理兩方面的含義。

39.本說(shuō)明書(shū)中，“任選的”或“任選地”是指接下來(lái)描述的事件或情況可發(fā)生或可不發(fā)生，并且該描述包括該事件發(fā)生的情況和該事件不發(fā)生的情況。

40.本說(shuō)明書(shū)中，所提及的“一些具體/優(yōu)選的實(shí)施方案”、“另一些具體/優(yōu)選的實(shí)施方案”、“實(shí)施方案”等是指所描述的與該實(shí)施方案有關(guān)的特定要素(例如，特征、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和/或特性)包括在此處所述的至少一種實(shí)施方案中，并且可存在于其它實(shí)施方案中或者可不存在于其它實(shí)施方案中。另外，應(yīng)理解，所述要素可以任何合適的方式組合在各種實(shí)施方案中。

41.在本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種碳化硅粉的制備工藝，工藝流程參考圖1所示，包括以下步驟：

42.s1.聚合反應(yīng)：取碳前驅(qū)體均勻溶解于溶劑中，碳前驅(qū)體能通過(guò)聚合反應(yīng)得到一種碳骨架結(jié)構(gòu)的多孔隙聚合物，加入硅源，攪拌使硅源均勻分散在溶液中，得混合溶液，再向混合溶液中加入催化劑，在催化劑的作用下碳前驅(qū)體發(fā)生聚合反應(yīng)得到有機(jī)聚合物，有機(jī)聚合物內(nèi)均勻包裹硅源；

43.s2.老化、干燥：有機(jī)聚合物在40-80℃恒溫條件下老化，使使步驟s1中未完全反應(yīng)的碳前驅(qū)體進(jìn)一步充分反應(yīng)，再將老化后的有機(jī)聚合物干燥，得到干燥后的有機(jī)聚合物；

44.s3.高溫合成：將干燥后的有機(jī)聚合物置于石墨熱場(chǎng)中，并轉(zhuǎn)移至爐腔中，在高溫條件下有機(jī)聚合物碳化形成碳源，碳源與硅源反應(yīng)，得到高純碳化硅粉。

45.可以理解的是，步驟s1，碳前驅(qū)體在催化劑的作用下，發(fā)生聚合反應(yīng)生成一種具有碳骨架結(jié)構(gòu)的多孔隙高分子有機(jī)聚合物，由于硅源在聚合反應(yīng)之前已均勻分散在碳前驅(qū)體的溶液里，因此聚合反應(yīng)的過(guò)程中，均勻分布在碳骨架內(nèi)；步驟s1中大部分碳前驅(qū)體參與反應(yīng)形成碳骨架結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物，少量碳前驅(qū)體殘留在碳骨架內(nèi)，再通過(guò)步驟s2在恒溫條件下老化，使步驟s1中未反應(yīng)的碳的前驅(qū)體充分反應(yīng)，碳骨架強(qiáng)度得到提升，再將老化后的有機(jī)聚合物進(jìn)行干燥處理；步驟s3，再通過(guò)高溫條件下，有機(jī)聚合物先碳化形成碳源，碳源再與硅源反應(yīng)生成碳化硅。

46.在上述的制備方法中，步驟s1中，碳前驅(qū)體為間苯二酚和甲醛，催化劑為碳酸鈉。

47.在上述的制備方法中，步驟s1中，碳前驅(qū)體為間苯三酚和甲醛，催化劑為碳酸鈉。

48.在上述的制備方法中，步驟s1中，碳前驅(qū)體為殼聚糖，催化劑為乙酸。

49.在上述的制備方法中，步驟s1中，硅源為硅顆粒，硅顆粒的粒徑為3μm-30μm，純度為99.99％。

50.在上述的制備方法中，步驟s1中，溶劑為去離子水、乙醇、異丙醇中的一種。

51.在上述的制備方法中，步驟s1中，碳前驅(qū)體與硅源中碳、硅的摩爾比為(1-1.5)：1，按照體積比2％-20％向混合溶液中加入催化劑，換言之，催化劑的體積占混合溶液體積的2％-20％。

52.在上述的制備方法中，步驟s2中，老化溫度45-65℃，老化時(shí)間2-8h，干燥方式采用

常溫干燥，常溫干燥時(shí)間為5-20h；或者，

53.干燥方式采用冷凍干燥，冷凍干燥時(shí)間為10-100h；或者，

54.干燥方式采用超臨界干燥，超臨界干燥時(shí)間為5-15h。

55.在上述的制備方法中，步驟s3中，在高溫合成步驟之前先進(jìn)行粉碎處理和篩分分離，將有機(jī)聚合物粉碎至1.5mm-5mm。有機(jī)聚合物預(yù)先進(jìn)行粉碎、篩分處理，粉碎后的有機(jī)聚合物更易在高溫下反應(yīng)生成碳化硅，主要控制聚合物的的尺寸，防止破壞聚合物碳包裹硅的物理結(jié)構(gòu)，當(dāng)有機(jī)聚合物粉碎至小于1.5mm時(shí)，硅顆?？赡軓奶脊羌苤忻撾x；若有機(jī)聚合物粉碎后的尺寸大于5mm，由于顆粒較大，不利于后期硅、碳充分反應(yīng)；

56.在上述的制備方法中，步驟s3中，采用研磨設(shè)備進(jìn)行粉碎處理，研磨介質(zhì)為碳化硅研磨珠，碳化硅研磨珠的直徑為0.5mm-1mm，研磨時(shí)，碳化硅研磨珠和有機(jī)聚合物的質(zhì)量比為(0.5-2)：1；篩分分離時(shí)，采用篩分機(jī)將碳化硅研磨珠與研磨后的有機(jī)聚合物分離，篩分機(jī)的篩網(wǎng)孔徑為1-1.2mm。

57.在上述的制備方法中，步驟s3中，高溫合成的具體步驟：

58.將篩分分離后的有機(jī)聚合物裝入石墨坩堝中，將裝配好的石墨坩堝轉(zhuǎn)移至合成爐中，首先采用惰性氣體對(duì)合成爐的爐腔進(jìn)行吹掃，惰性氣體純度為99.99999％；吹掃時(shí)間為0.5-1h；之后抽真空，使?fàn)t腔的真空度至少為1

×

10-5

mbar；進(jìn)行漏率檢測(cè)合格后開(kāi)始升壓至60-150mbar；恒壓60-150mbar，開(kāi)始加熱，合成爐的爐腔溫度在2-4h升溫至1000-1200℃，之后恒溫5-10h，使有機(jī)聚合物在該溫度下無(wú)氧碳化形成碳源；之后在4-8h升溫至2100-2400℃，控制溫度恒定在2100-2400℃，恒溫時(shí)間為20-50h，使碳源和硅源充分參與反應(yīng)；

59.之后進(jìn)行降溫，使?fàn)t腔溫冷卻至室溫，并取出石墨坩堝，得到塊狀碳化硅；

60.將塊狀碳化硅進(jìn)行粉碎處理，并通過(guò)分級(jí)篩分得到不同尺寸的碳化硅粉。

61.在本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種采用上述的制備工藝制備而成的碳化硅粉，碳化硅粉具有碳包裹硅的微觀結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)的碳化硅粉由于在制備工藝前期硅蒸氣的過(guò)度揮發(fā)導(dǎo)致長(zhǎng)晶后期長(zhǎng)晶腔室內(nèi)為富碳氛圍，也會(huì)導(dǎo)致部分的碳顆粒進(jìn)入到碳化硅晶體中產(chǎn)生缺陷，而本發(fā)明的碳包裹硅的結(jié)構(gòu)能有效抑制硅在晶體生長(zhǎng)前期過(guò)度升華，使傳統(tǒng)長(zhǎng)晶工藝中前期富硅、后期富碳的狀況得到有效的改善，從而使得碳化硅蒸氣能夠按硅碳1:1的比例均勻揮發(fā)，能有效提高碳化硅晶體的品質(zhì)。

62.實(shí)施例

63.下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市購(gòu)獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

64.實(shí)施例1

65.聚合反應(yīng)：首先，取1000g間苯二酚與1000g甲醛分散于4l乙醇溶液中，充分?jǐn)嚢柚灵g苯二酚完全溶解后在溶液中加入2120g硅粉，硅粉的尺寸為10-20μm，純度為99.99％；通過(guò)攪拌使硅粉在溶液中分散均勻，之后在溶液中加入200ml的溶液濃度5％的na2co3溶液，并通過(guò)水浴加熱使溶液溫度維持在50℃，5-10min后混合溶液反應(yīng)得到水凝膠，將水凝膠轉(zhuǎn)移至老化箱里水浴老化360min，老化溫度為60℃；老化結(jié)束后將水凝膠轉(zhuǎn)移至超臨界反應(yīng)釜中干燥10h，干燥結(jié)束后取出有機(jī)聚合物。將干燥后的有機(jī)聚合物進(jìn)行稱重，有機(jī)聚合物的

總重為4050g，總重減小原因是有部分為參與反應(yīng)的碳前驅(qū)體和硅顆粒流失。

66.本實(shí)施例使用的碳源前驅(qū)體組合為間苯二酚和甲醛，催化劑為碳酸鈉，在催化劑的作用下，間苯二酚與甲醛發(fā)生聚合反應(yīng)得到一種高分子聚合物，反應(yīng)方程式如下：

[0067][0068]

反應(yīng)機(jī)理：間苯二酚具有兩個(gè)羥基官能團(tuán)，羥基上的氧原子的孤對(duì)電子所在的p軌道和苯酚的苯環(huán)共軛大π鍵的π電子軌道互相交疊從而形成共軛體系，這使得氧原子的核外電子偏向苯環(huán)，使得間苯二酚的苯環(huán)活化，從而使羥基上的氫原子更加活潑；甲醛具有活潑性較強(qiáng)的醛基，與間苯二酚的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，最終生成一種高分子聚合物和水。

[0069]

酚羥基中氧原子的孤對(duì)電子所在的p軌道與苯環(huán)共軛大π鍵的π電子軌道相互交蓋而形成一共軛體系，使氧原子上的p電子云向苯環(huán)轉(zhuǎn)移，苯環(huán)上的電子云密度增加，苯環(huán)得到活化，使得羥基鄰、對(duì)位的電子云密度增大，氫原子活潑性增強(qiáng)，甲醛分子中，由于氧原子的吸引，使碳原子上的電子云密度減小，二者在酸或堿的作用下，苯酚鄰位或?qū)ξ坏臍湓优c甲醛的羰基發(fā)生加成，生成羥甲基苯酚。

[0070]

粉碎處理：將有機(jī)聚合物和碳化硅研磨珠加入到研磨罐中，研磨珠加入5kg，研磨珠的粒徑為0.6mm；研磨罐采用的是碳化硅陶瓷內(nèi)膽，將研磨罐裝載在砂磨機(jī)上進(jìn)行研磨；研磨過(guò)程中每隔30min取樣測(cè)粒徑，當(dāng)研磨時(shí)間為5h時(shí)，有機(jī)聚合物的粒徑為2-4mm；此時(shí)停止研磨，取出研磨罐。

[0071]

篩分分離：將研磨罐中的混合料倒入到篩分機(jī)的篩網(wǎng)上，篩網(wǎng)使用的是聚四氟乙烯材質(zhì)，以防止雜質(zhì)引入，篩網(wǎng)的孔徑為1mm，篩分約10min后有機(jī)聚合物與研磨介質(zhì)已完全分離，收集篩網(wǎng)上層的物料，即為有機(jī)聚合物研磨料。

[0072]

高溫合成：將有機(jī)聚合物研磨料裝入石墨坩堝中，保證有機(jī)聚合物在坩堝中平鋪；將裝配好的坩堝轉(zhuǎn)移至合成爐中，使用氬氣吹掃，氬氣純度為99.99999％，吹掃時(shí)間為30min；之后對(duì)合成爐爐腔抽真空，使?fàn)t腔的真空度達(dá)到6

×

10-6

mbar；當(dāng)真空度達(dá)到要求后對(duì)爐臺(tái)進(jìn)行漏率檢測(cè)，漏率檢測(cè)時(shí)間為2h，漏率檢測(cè)合格后開(kāi)始升壓，使?fàn)t腔壓力升至120mbar。

[0073]

使壓力維持在120mbar，恒壓時(shí)間為5min確認(rèn)壓力無(wú)明顯波動(dòng)后。啟動(dòng)加熱裝置，第一加熱階段，使溫度在3h升至1200℃；恒溫8h，使有機(jī)聚合物中的有機(jī)基團(tuán)分解，碳化。

[0074]

恒溫結(jié)束后進(jìn)入第二加熱階段，6h升溫至2300℃，恒溫40h，硅、碳在該溫度下反應(yīng)得到高純碳化硅，之后進(jìn)行降溫，使?fàn)t腔溫冷卻至室溫，并取出石墨坩堝，得到塊狀碳化硅；

[0075]

將塊狀碳化硅進(jìn)行粉碎處理，并通過(guò)分級(jí)篩分得到不同尺寸的碳化硅粉。

[0076]

圖2為實(shí)施例1制得的碳化硅顆粒的掃描電鏡圖，由圖2可知，碳化硅粉為較規(guī)則的小顆粒，這是晶粒的典型形貌；且顆粒表面較為光滑、明亮，這表明硅、碳反應(yīng)非常充分，碳化硅晶粒生長(zhǎng)較好。

[0077]

圖3和表1為實(shí)施例1制得的碳化硅粉的能譜圖及數(shù)據(jù)，從表1數(shù)據(jù)可知，碳化硅粉

料中硅原子占比為48.32％，碳原子占比為49.86％，經(jīng)計(jì)算，硅、碳原子數(shù)量比接近1:1。

[0078]

譜圖處理:可能被忽略的峰:0.268,2.039kev

[0079]

處理選項(xiàng):所有經(jīng)過(guò)分析的元素(已歸一化)

[0080]

重復(fù)次數(shù)＝2

[0081]

標(biāo)準(zhǔn)樣品:

[0082]

實(shí)施例1制得的碳化硅粉的能譜數(shù)據(jù)

[0083][0084]

實(shí)施例1制得的碳化硅粉的純度采用輝光放電質(zhì)譜法進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表2所示，檢測(cè)結(jié)果表明碳化硅粉的純度高達(dá)99.99992％。

[0085]

表2實(shí)施例1制得的碳化硅粉純度檢測(cè)結(jié)果

[0086]

[0087][0088]

實(shí)施例2

[0089]

聚合反應(yīng)：本實(shí)施例使用的碳源前為殼聚糖，催化劑為乙酸。取400g殼聚糖顆粒分散于2500ml的去離子水中，充分?jǐn)嚢枋箽ぞ厶欠稚⒕鶆?；之后向溶液中加?00ml冰乙酸，充分?jǐn)嚢枋贡姿峄旌暇鶆?。最后，邊攪拌邊向溶液中加?00g顆粒硅(按碳、硅摩爾比1.4:1計(jì)算)，顆粒硅的尺寸為15-30μm；之后將混合溶液倒入尼龍容器中，靜置5h得到包裹顆粒硅的塊體凝膠。

[0090]

將凝膠在-30℃冷凍后，轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中干燥48h，得到包裹硅顆粒的氣凝膠塊。最后得到的氣凝膠塊約650g。

[0091]

反應(yīng)機(jī)理：殼聚糖的化學(xué)名稱為聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-b-d葡萄糖，其具有氨基、羥基、醚鍵等多種官能團(tuán)，將其溶解于冰乙酸中，殼聚糖分子稀釋后分子空間間距增大，官能團(tuán)具有更大的活動(dòng)空間從而使其活潑性增強(qiáng)，在乙酸的催化作用下發(fā)生縮合反應(yīng)，從而得到一種碳骨架為主的高分子聚合物。

[0092]

圖4為實(shí)施例2制得的氣凝膠塊的掃描電鏡圖，由圖4可知，在氣凝膠的表面和內(nèi)部均負(fù)載或包裹了硅顆粒，且硅顆粒分布較為均勻。

[0093]

粉碎處理：將氣凝膠塊轉(zhuǎn)移至行星球磨機(jī)中進(jìn)行粉碎，加入0.6kg研磨珠，研磨珠的粒徑選用0.8mm；研磨罐采用的是碳化硅陶瓷內(nèi)膽，將研磨罐裝載在行星球磨機(jī)上進(jìn)行研磨；研磨過(guò)程中每隔10min取樣測(cè)粒徑，當(dāng)研磨時(shí)間為30min時(shí)，有機(jī)聚合物的粒徑為3-5mm；

停止研磨，取出研磨罐。

[0094]

篩分分離：將研磨罐中的混合料倒入到篩分機(jī)的篩網(wǎng)上，篩網(wǎng)使用的是聚四氟乙烯材質(zhì)，以防止雜質(zhì)引入，篩網(wǎng)的孔徑為1.2mm，篩分5min后，粉料與研磨介質(zhì)已完全分離，收集篩網(wǎng)上層的氣凝膠物料。

[0095]

高溫反應(yīng)：將篩分后的氣凝膠物料裝入石墨坩堝中，使研磨料在坩堝中平鋪；將裝配好的坩堝轉(zhuǎn)移至合成爐中，使用氬氣吹掃，氬氣純度為99.99999％，吹掃時(shí)間為30min；之后對(duì)合成爐爐腔抽真空，使?fàn)t腔的真空度達(dá)到6

×

10-6

mbar；當(dāng)真空度達(dá)到要求后對(duì)爐臺(tái)進(jìn)行漏率檢測(cè)，漏率檢測(cè)時(shí)間為2h，漏率檢測(cè)合格后開(kāi)始升壓，使?fàn)t腔壓力升至100mbar。

[0096]

使壓力維持在100mbar，恒壓時(shí)間為5min確認(rèn)壓力無(wú)明顯波動(dòng)后。啟動(dòng)加熱裝置，第一預(yù)加熱階段，使溫度在1h內(nèi)升至400℃；恒溫1h，除去氣凝膠內(nèi)部的空氣和其他雜質(zhì)；第二升溫階段，使溫度在2h內(nèi)升溫至1000℃，恒溫10h，使氣凝膠充分碳化成碳源。

[0097]

恒溫結(jié)束后進(jìn)入第二加熱階段，5h升溫至2200℃，恒溫30h，碳源和硅源在該溫度下反應(yīng)得到高純碳化硅。

[0098]

實(shí)施例2制得的碳化硅粉的純度采用輝光放電質(zhì)譜法進(jìn)行檢測(cè)，參考表3所示，檢測(cè)結(jié)果表明碳化硅粉的純度高達(dá)99.99996％。

[0099]

表3實(shí)施例2制得的碳化硅粉純度檢測(cè)結(jié)果

[0100]

[0101]

[0102][0103]

實(shí)施例3

[0104]

實(shí)施例3與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于，

[0105]

所述碳前驅(qū)體為間苯三酚和甲醛，溶劑為異丙醇，步驟s2的干燥方式采用常溫干燥，干燥時(shí)間12h，其他部分與實(shí)施例1完全相同。

[0106]

實(shí)驗(yàn)例

[0107]

采用實(shí)施例1中的碳化硅粉和普通的碳化硅粉作為原料用于碳化硅長(zhǎng)晶。其中，普通的碳化硅粉由常規(guī)工藝制備，制備工藝如下：

[0108]

按硅、碳摩爾比1:1的量取一定質(zhì)量的碳粉和硅粉，碳粉和硅粉的純度均大于99.99％；將碳粉、硅粉充分混合并轉(zhuǎn)移至石墨坩堝中，在合成爐加熱；使反應(yīng)溫度控制在2200℃，恒溫40h，爐腔壓力為120mbar；使硅碳充分反應(yīng)生成碳化硅。值得注意的是，常規(guī)工藝制備的碳化硅不具備碳包裹硅的微觀結(jié)構(gòu)。

[0109]

將兩種碳化硅粉通過(guò)常規(guī)的碳化硅長(zhǎng)晶工藝進(jìn)行長(zhǎng)晶，保證長(zhǎng)晶工藝參數(shù)相同，碳化硅長(zhǎng)晶工藝如下：

[0110]

坩堝包括坩堝蓋和坩堝本體，將籽晶裝載在坩堝蓋上，碳化硅粉裝入坩堝本體中，并將坩堝蓋和坩堝進(jìn)行組裝。將組裝好的坩堝置于反應(yīng)腔室中，向反應(yīng)腔室中通入氬氣，氬氣純度為99.99999％；吹掃時(shí)間為0.5-1h；之后抽真空，使反應(yīng)腔室的真空度達(dá)到6

×

10-6

mbar；進(jìn)行漏率檢測(cè)合格后開(kāi)始升壓至30mbar。

[0111]

恒壓30mbar，開(kāi)始加熱，使溫度在10h升至2100-2400℃；恒定溫度加熱100h，之后升壓至120mbar，程序降溫使溫度在24h時(shí)降至室溫。

[0112]

冷卻至室溫后取出坩堝，得到碳化硅晶體；

[0113]

將實(shí)施例1中碳化硅粉長(zhǎng)出的晶錠命名為晶體一，普通碳化硅粉長(zhǎng)出的晶錠命名為晶體二。

[0114]

圖5中a、b分別為晶體一和晶體二的圖片，從圖5可以明顯看出，晶體一表面光滑，無(wú)宏觀缺陷；晶體二表面出現(xiàn)一些坑點(diǎn)。

[0115]

同時(shí)對(duì)晶體一和晶體二進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測(cè)，結(jié)果如表4所示，從表4可以看出，晶體一的微管密度≤0.05cm-2

，螺旋位錯(cuò)密度57.24，刃型位錯(cuò)密度173.46，基面位錯(cuò)密度106.86，總位錯(cuò)密度337.56；晶體二的微管密度≤6cm-2

，螺旋位錯(cuò)密度466.58，刃型位錯(cuò)密度2147.79，基面位錯(cuò)密度329.43，總位錯(cuò)密度34443.8。

[0116]

表4晶體缺陷數(shù)據(jù)

[0117][0118]

由表4可知，晶體一的整體缺陷和單種缺陷的密度均低于晶體二，晶體二的螺旋位錯(cuò)密度是晶體一的螺旋位錯(cuò)密度的8倍；晶體二的刃型位錯(cuò)密度是晶體一的刃型位錯(cuò)密度的12倍；晶體二的基面位錯(cuò)密度是晶體一的基面位錯(cuò)密度的3倍。主要是因?yàn)槠胀ㄌ蓟璺墼陂L(zhǎng)晶前期，由于硅的升華溫度較低(～1400℃)，硅蒸氣先升華使氣氛中硅含量較高，主要成分為si，si2c，sic；氣相中的單質(zhì)硅以硅滴的形式在碳化硅晶體界面沉積，改變了碳化硅晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生貫穿性的缺陷；由于長(zhǎng)晶前期硅的過(guò)早流失，導(dǎo)致長(zhǎng)晶后期氣相中碳含量較高，主要成分為c，sic2，sic；大量的碳顆粒夾雜在碳化硅蒸氣中在碳化硅晶體界面沉積，形成碳夾雜，也易形成貫穿性缺陷，即螺旋位錯(cuò)和刃型位錯(cuò)。

[0119]

然而，實(shí)施例1中的碳化硅粉具有碳包裹硅的微觀結(jié)構(gòu)，當(dāng)硅達(dá)到升華點(diǎn)時(shí)，受限于外部的碳?xì)?，抑制其升華；當(dāng)碳達(dá)到升華溫度后，硅伴以氣相sic的形式向晶體表面?zhèn)鬏?，氣相成分中碳、硅比基本保持平衡，這也使得晶體一的整體品質(zhì)較高。

[0120]

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種碳化硅粉的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟：s1.聚合反應(yīng)：取碳前驅(qū)體均勻溶解于溶劑中，加入硅源，攪拌使硅源均勻分散在溶液中，得混合溶液，再向混合溶液中加入催化劑，在催化劑的作用下碳前驅(qū)體發(fā)生聚合反應(yīng)得到有機(jī)聚合物，所述有機(jī)聚合物內(nèi)均勻包裹硅源；s2.老化、干燥：有機(jī)聚合物在40-80℃恒溫條件下老化，使步驟s1中未完全反應(yīng)的碳前驅(qū)體充分反應(yīng)，將老化后的有機(jī)聚合物干燥，得到干燥后的有機(jī)聚合物；s3.高溫合成：將干燥后的有機(jī)聚合物置于石墨熱場(chǎng)中，并轉(zhuǎn)移至爐腔中，在高溫條件有機(jī)聚合物碳化形成碳源，碳源與硅源反應(yīng)，得到高純碳化硅粉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅粉的制備工藝，其特征在于，所述步驟s1中，所述碳前驅(qū)體為間苯二酚和甲醛，所述催化劑為碳酸鈉；或者，所述碳前驅(qū)體為間苯三酚和甲醛，所述催化劑為碳酸鈉；或者，所述碳前驅(qū)體為殼聚糖，所述催化劑為乙酸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅粉的制備工藝，其特征在于，所述步驟s1中，所述硅源為硅顆粒，硅顆粒的粒徑為3μm-30μm，純度為99.99％。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅粉的制備工藝，其特征在于，所述步驟s1中，所述溶劑為去離子水、乙醇、異丙醇中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅粉的制備工藝，其特征在于，所述步驟s1中，碳前驅(qū)體與硅源中碳、硅的摩爾比為(1-1.5)：1，按照體積比2％-20％向所述混合溶液中加入所述催化劑。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅粉的制備工藝，其特征在于，所述步驟s2中，老化時(shí)間2-8h，干燥方式采用常溫干燥，常溫干燥時(shí)間為5-20h；或者，干燥方式采用冷凍干燥，冷凍干燥時(shí)間為10-100h；或者，干燥方式采用超臨界干燥，超臨界干燥時(shí)間為5-15h。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅粉的制備工藝，其特征在于，所述步驟s3中，在高溫合成步驟之前先進(jìn)行粉碎處理和篩分分離，將所述有機(jī)聚合物粉碎至1.5mm-5mm。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅粉的制備工藝，其特征在于，所述步驟s3中，采用研磨設(shè)備進(jìn)行粉碎處理，研磨介質(zhì)為碳化硅研磨珠，碳化硅研磨珠的直徑為0.5mm-1mm，研磨時(shí)，碳化硅研磨珠和有機(jī)聚合物的質(zhì)量比為(0.5-2)：1；篩分分離時(shí)，采用篩分機(jī)將碳化硅研磨珠與研磨后的有機(jī)聚合物分離，篩分機(jī)的篩網(wǎng)孔徑為1-1.2mm。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳化硅粉的制備工藝，其特征在于，所述步驟s3中，高溫合成的具體步驟：將篩分分離后的有機(jī)聚合物裝入石墨坩堝中，將裝配好的石墨坩堝轉(zhuǎn)移至合成爐中，首先采用惰性氣體對(duì)合成爐的爐腔進(jìn)行吹掃，惰性氣體純度為99.99999％；吹掃時(shí)間為0.5-1h；之后抽真空，使?fàn)t腔的真空度至少為1

×

10-5

mbar；進(jìn)行漏率檢測(cè)合格后開(kāi)始升壓至60-150mbar；恒壓60-150mbar，開(kāi)始加熱，合成爐的爐腔溫度在2-4h升溫至1000-1200℃，之后恒溫5-10h，使有機(jī)聚合物在該溫度下無(wú)氧碳化形成碳源；之后在4-8h升溫至2100-2400℃，控制溫度恒定在2100-2400℃，恒溫時(shí)間為20-50h，使碳源和硅源充分參與反應(yīng)；之后進(jìn)行降溫，使?fàn)t腔溫冷卻至室溫，并取出石墨坩堝，得到塊狀碳化硅；

將塊狀碳化硅進(jìn)行粉碎處理，并通過(guò)分級(jí)篩分得到不同尺寸的碳化硅粉。10.一種碳化硅粉，其特征在于，采用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的制備工藝制備而成，所述碳化硅粉具有碳包裹硅的微觀結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種碳化硅粉及其制備工藝，制備工藝包括以下步驟：聚合反應(yīng)：取碳前驅(qū)體均勻溶解于溶劑中，加入硅源，攪拌使硅源均勻分散在溶液中，得混合溶液，再向混合溶液中加入催化劑，在催化劑的作用下碳前驅(qū)體發(fā)生聚合反應(yīng)得到有機(jī)聚合物，所述有機(jī)聚合物內(nèi)均勻包裹硅源；老化、干燥：有機(jī)聚合物在40-80℃恒溫條件下老化，使未完全反應(yīng)的碳前驅(qū)體充分反應(yīng)，將老化后的有機(jī)聚合物干燥，得到干燥后的有機(jī)聚合物；高溫合成：將干燥后的有機(jī)聚合物置于石墨熱場(chǎng)中，并轉(zhuǎn)移至爐腔中，在高溫條件有機(jī)聚合物碳化形成碳源，碳源與硅源反應(yīng)，得到高純碳化硅粉。同時(shí)公開(kāi)了采用上述工藝制備而成的碳化硅粉，該碳化硅粉具有碳包裹硅的微觀結(jié)構(gòu)。觀結(jié)構(gòu)。觀結(jié)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：燕靖

受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇集芯半導(dǎo)體硅材料研究院有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2023.02.03

技術(shù)公布日：2023/4/19