渗硅碳化硅材料结构与性能关系的研究

采用低廉石油焦碳粉为原料制造全碳粉生坯 ,通过有机添加剂来调配生坯中碳的比例 ,以控制烧结体中游离硅 (fSi)、游离碳 (fC)含量(其中fSi,fC 为烧结体中未反应的硅和碳 ) .研究了全碳粉反应渗硅碳化硅 (PCRBSC)材料的结构与力学性能的关系 ,分析了渗硅碳化硅材料中游离硅、游离碳含量对抗弯强度的影响 .结果表明 :渗硅碳化硅材料中随游离硅含量的增加 ,其抗弯强度下降 ,并且二者呈直线关系 ,符合线性复合规则 .另一方面 ,游离碳含量较高的渗硅碳化硅材料 ,尽管游离硅含量低 。

高温氧化对渗硅碳化硅材料强度的影响

研究了全碳粉反应渗硅碳化硅 (PCRBSC)材料 ,在 130 0℃静态空气中的高温氧化行为。研究结果表明 :PCRBSC材料的氧化过程遵循直线 -抛物线规律 ,其结构对高温氧化有很大的影响 ,特别是游离硅 fsi的含量明显影响氧化后

渗硅碳化硅材料的高温氧化

研究了全碳粉反应渗硅碳化硅 (PCRBSC)材料 ,在 1 3 0 0℃静态空气中的高温氧化行为。研究结果表明 :PCRBSC材料的氧化过程遵循直线—抛物线规律 ,其结构对高温氧化有很大的影响 ,特别是游离硅fsi和游离碳fc 的含量对氧化影响更大 ,fsi含量高的PCRBSC材料单位面积氧化增重 (Δm/s)明显 ,fc 含量高的PCRBSC材料氧化后表现为先减重后增重 ,氧化层断口经扫描电镜观察有明显的气孔存在。

渗硅碳化硅材料的研究

本文通过调整生坯结构 ,研究了全碳粉渗硅碳化硅 (PCRBSC)的显微结构及力学性能。实验结果表明 :生坯结构影响烧结体显微结构 ,同时显微结构、游离硅含量影响材料力学性能 ,渗硅碳化硅 (PCRBSC)材料中随游离硅含量的增加 ,其抗折强度下降 ,并且二者呈直线关系 ,符合线性复合规则 :P =∑ni=1PiVi。

高温处理对渗硅碳化硅性能的影响

研究了全碳粉反应渗硅碳化硅（ＰＣＲＢＳＣ）材料在１７００℃高温氩气氛中４ｈ的处理，研究结果表明：ＰＣＲＢＳＣ材料的结构对高温处理后的强度有很大的影响，特别是游离硅ｆｓｉ、游离碳ｆｃ的含量明显影响高温处理后ＰＣＲＢＳＣ材料的抗折强度。

渗硅碳化硅材料的制备与性能研究

采用不同工艺制备渗硅碳化硅,分析了生坯密度、成型方法、颗粒级配等对制品结构及性能的影响.结果表明:恰当的生坯结构及合理的成型方法、烧成制度,是制备结构致密均匀、气孔率低、密度及强度高的渗硅碳化硅材料的关键.

硅灰制备硅/碳化硅纳米复合材料及其储锂性能研究

硅负极的体积效应导致锂离子电池的循环寿命短且容量迅速衰减,如何提高硅负极材料的循环稳定性至关重要。采用了熔盐辅助镁热还原法,通过使用含有单质碳的工业固体废弃物硅灰,成功设计了一种碳化硅增强的硅纳米材料(SF-Si),所制备的SF-Si样品不仅保留了SF本身存在的SiC,还将单质碳转化为SiC,使样品中的SiC含量达到了16.4%(质量分数)。与经过热处理去除单质碳的硅灰制备的硅材料(H-SF-Si)相比,SF-Si负极材料表现出更好的循环性能和倍率性能,即第1圈2584.76 mAh·g^(-1)的高比容量和第100圈时具有83%的容量保持率,并且在高电流密度5 A·g^(-1)下的平均容量仍为877.28 mAh·g^(-1),这主要归因于更高的SiC含量。研究表明,硅灰在锂离子电池硅负极领域具有应用潜力,其碳元素在制备硅基纳米材料时发挥积极的作用。

碳化硅材料中游离硅及游离碳对性能的影响

研究了全碳粉反应渗硅碳化硅（PCRBSC）材料的结构与力学性能的关系,分析了渗硅碳化硅材料中游离硅（fsi）、游离碳（fc）含量对抗折强度的影响。结果表明:渗硅碳化硅材料中随游离硅（fsi）含量的增加,其抗折强度下降,并且二者呈直线关系,符合线性复合规刚。另一方面,游离碳（fc）含量较高的渗硅碳化硅材料,尽管游离硅（fsi）含量低,但其抗折强度低于等量或较多游离硅（fsi）含量的渗硅碳化硅材料的抗折强度。

硅/碳化硅高温热处理中组织及相组分变化

在氮气氛中于1650-1850℃的温度范围内对硅/碳化硅材料进行高温处理。通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射方法,研究反应烧结碳化硅材料的中各相组织及成分随热处理温度的变化规律。结果表明,晶间粒状次生β相SiC首先以溶解-析出形式发生再结晶,而后沉积在α相碳化硅上,通过-αSiC相基面的不断长大,完成β相向α相的转变。从能量的观点在理论上探讨了反应烧结碳化硅中β→α的相转变机理。

硅/碳化硅材料用作电解铝热电偶保护管的可行性研究

本文研究了900℃碳化硅材料在气/冰晶石/铝液三相区介质的抗蚀情况。用扫描电镜和X衍射仪观察分析了试样在熔液区的界面形貌与物相组成。研究结果表明:碳化硅材料除在电解质/空气界面有较明显的侵蚀外,在熔融的冰晶石与铝液的混合介质中表现出良好的抗腐蚀能力,用作电解铝热电偶保护管有较好的应用前景。

拓扑法计算硅/碳化硅材料的电阻率

用拓扑关系将硅 /碳化硅材料转化为具有 3个不同显微结构单元的整体 ,建立了等效电路 ,结合相关试验 ,计算了不同显微组织的硅 /碳化硅材料的电阻率。得到的理论计算结果与实验值的综合相对误差仅为3.9% ,分析比较了各相含量和分布形态对硅 /碳化硅材料整体电阻率的影响。结果表明 ,提高低电阻率硅的体积含量和其分布连续性 ,可降低材料的整体电阻率。该方法可用来预测要得到所需电阻率材料中应具有的硅含量和分布形态 ,为确定制备材料的显微结构设计提供指导。

硅/碳化硅在高温热处理过程中的组织变化

分别于真空和氮气气氛中,在1650,1750和1850℃对硅／碳化硅进行高温处理,通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪研究了硅／碳化硅的组织变化。结果表明：氮气氛下,α子晶在界面能驱动下,通过基面以层状形式不断聚合长大,最终以完全“吞食”所包裹的β-SiC来完成相转变；在真空条件下,除了前一种方式外,还有一定的蒸发-凝聚烧结机制存在,两者同时作用使得比氮气条件下有较快的β-SiC转化速度。转化驱动力随温度的上升而提高。1850℃氮气环境下处理的材料仍有少量β相存在,而真空1750℃处理后就能得到单-α相的多孔材料。

纳米碳化硅/硅橡胶复合物介电性研究

制备了质量分数分别为1%、2%、3%、4%、5%、6%和7%的纳米碳化硅/硅橡胶复合物,利用宽频介电谱测试仪测试了不同碳化硅含量的纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介电谱特性.结果表明:纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介电常数在室温下随碳化硅含量的增加而增加,且在频率小于1Hz时,复合物的介电常数小于纯硅橡胶的介电常数.当频率小于50Hz时,复合物的介质损耗角正切随碳化硅含量的增加而降低,当频率大于1k Hz,复合物的介质损耗角正切随碳化硅含量的增加而增加.同时研究了纳米碳化硅/硅橡胶复合物的击穿特性,通过交流击穿试验可知,纳米碳化硅/硅橡胶复合物的击穿场强随纳米碳化硅含量的增加先增加后降低,当碳化硅质量分数为3%时,击穿场强出现最大值.

激光晶化制备硅量子点/碳化硅多层膜p-i-n结构的光伏特性探索

对不同能量密度激光晶化的硅量子点/碳化硅周期性多层膜的结构与光学性质进行了研究.结果表明,激光晶化技术可以获得晶化的硅量子点并且保持良好的周期性层状结构;随着激光能量密度的增大,多层膜中的硅量子点的晶化率和晶粒尺寸都随之增大,光吸收系数增强,吸收边红移,光学带隙减小.进而初步尝试了对在镀有氧化铟锡(ITO)透明导电电极的玻璃衬底上制备的基于硅量子点/碳化硅周期性多层膜的全硅量子点太阳能电池光伏性能的探索,提出利用KrF准分子脉冲激光晶化技术代替传统的高温退火技术来获得全硅量子点电池的方法,以避免长时间的高温过程对玻璃衬底和ITO膜的破坏,获得了有效面积为0.8cm2的电池.研究发现激光晶化技术制备的全硅量子点电池具有良好的整流特性,并且随着激光能量密度的增大,电池的外量子效率先增大后减小,170mJ·cm^(-2)是最佳的激光晶化能量密度,基于此条件制备的全硅量子点电池初步获得了0.16mA·cm-2的短路电流密度.

反应烧结碳化硅的显微结构和力学性能分析

分析了两种碳化硅的显微结构和力学性能,一种是反应结合碳化硅(reaction boned Silicon Carbide,RBSC);另一种是反应生成碳化硅(reaction formed Silicon Carbide,RFSC)。两种材料均是由硅和碳化硅相组成,但坯体的成分不同。前者坯体中含有原始碳化硅颗粒和碳粉;后者坯体只含有碳粉。研究表明,反应生成碳化硅(RFSC)的结构均匀性更好,三点抗弯强度和强度的韦伯模数更高。

硅锰—碳化硅脱氧合金化工艺在转炉炼钢中的应用

本文介绍了采用硅锰—碳化硅脱氧合金化工艺的意义和其工艺的可行性,介绍了转炉冶炼20MnSi采用硅锰—碳化硅脱氧合金化的工艺设计过程,分析了该工艺合金消耗、合金吸收率、碳的控,钢种命中率及对钢质量的影响,通过计算合金化工艺的成本,分析了采用该工艺的经济效益,并提出了该工艺在生产实际过程中尚待解决的问题。

高硅含量Si/SiC材料显微特征与力学性能研究

以α-SiC粉、炭黑、鳞片石墨和酚醛树脂为主要原料,采用等静压成型方式结合反应烧结工艺制备得到高硅含量的Si/SiC材料。基于颗粒级配原料,研究了不同碳源引入方式对Si/SiC材料的物相组成、微观形貌、主要物理性能的影响规律及调控机制。研究表明,经1700℃反应烧结后,高硅含量(不低于25%)的Si/SiC材料的物相主要为α-SiC、β-SiC和Si。在制备碳/碳化硅坯体时,石墨与酚醛树脂复合能使碳源更均匀地分散在坯体中,增加坯体的致密度;在反应烧结时,石墨和树脂残碳与硅反应产生的膨胀效应使多孔坯体孔径尺寸降低,优化游离Si的分布。含8%树脂和1%石墨的反应烧结得到的高硅含量Si/SiC材料的体积密度为2.97 g/cm^(3),常温摩擦系数为0.335,抗弯强度为206 MPa。

硅基SiC薄膜制备与应用研究进展

碳化硅(SiC)材料具有极为优良的物理、化学及电学性能,可满足在高温、高腐蚀等极端条件下的应用,碳化硅还是极端工作条件下微机电系统(MEMS)的主要候选材料,成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同时,碳化硅有与硅同属立方晶系的同质异形体,可与硅工艺技术相结合制备出适应大规模集成电路需要的硅基器件,因此用硅晶片作为衬底制备碳化硅薄膜的工作受到研究人员的特别重视。本文综述了近年来国内外硅基碳化硅薄膜的研究现状,就其制备方法进行了系统的介绍,主要包括各种化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)法和物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)法,并归纳了对硅基碳化硅薄膜性能的研究,包括杨氏模量、硬度、薄膜反射率、透射率、发光性能、电阻、压阻、电阻率和电导率等,以及其在微机电系统传感器、生物传感器和太阳能电池等领域的应用,最后对硅基碳化硅薄膜未来的发展进行了展望。

脉冲功率对含硅量子点SiC_x薄膜物相结构及光谱特性的影响

基于硅量子点(Si-QDs)的全硅叠层太阳电池被认为是最有潜质的高效太阳电池之一。目前所报道的硅量子点薄膜存在硅量子点数密度低、缺陷多等问题,限制了硅量子点太阳电池的光电转换效率。微波退火(microwave annealing,MWA)被认为是一种有益于制备纳米结构材料的方法。微波退火的非热效应可以降低形核能,改善薄膜的微结构和光电性能。因此,采用磁控共溅射技术并结合微波退火工艺,在不同的脉冲功率下制备了含硅量子点SiCx薄膜;采用掠入射X射线衍射(GIXRD)、拉曼(Raman)光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和光致发光(PL)光谱表征薄膜的物相结构及光谱特性;研究不同脉冲功率对硅量子点数密度和性能的影响,进而改进磁控共溅射工艺,制备硅量子点数密度较高和性能良好的薄膜。样品的GIXRD谱和Raman谱均显示其中存在硅量子点,其强度先增大后减小;通过谢乐(Scherrer)公式估算出硅量子点尺寸呈现先增大后减小的规律,脉冲功率为80W时尺寸达到最大(8.0nm)。在Raman光谱中还观察到中心位于511cm-1处出现硅量子点Si-Si横向光学振动模式的拉曼峰,其强度也呈现先增大后减小的趋势;对拉曼光谱做最佳高斯(Gauss)分峰拟合,得出薄膜的晶化率均高于62.58%,脉冲功率为80W时制备的薄膜具有最高的晶化率(79.29%)。上述分析表明薄膜中均有硅量子点的形成,且数量先增加后减小,脉冲功率为80 W时硅量子点数量最多。通过测量样品的透射率T、反射率R等光学参数,利用Tauc公式估算出薄膜的光学带隙,发现带隙值随溅射功率的增加先减小后增大,在脉冲功率为80W时最小(1.72eV)。硅量子点尺寸与光学带隙成反比,说明薄膜中的硅量子点具有良好的量子尺寸效应。通过PL光谱分析样品的发光特性,对其做最佳高斯拟合,发现样品中均有6个发光峰。结合Raman光谱的分析结果,可以得出波长位于463～624nm的发光峰源于硅量子点的作用;而波长位于408和430nm的发光峰则源于薄膜内部的缺陷态,峰位没有偏移,但强度有变化。根据发光峰对应的波长可计算其能带分布,从而确定缺陷态类型:408nm的发光峰归因于≡Si°→Ev电子辐射跃迁,430nm的发光峰则归因于≡Si°→≡Si-Si≡的缺陷态发光。还研究了硅量子点的尺寸对发光峰移动的影响。结果表明,随硅量子点尺寸变小(大),发光峰蓝移(红移)。综上,溅射功率为80W时制备的含硅量子点SiCx薄膜性能最佳。研究结果为硅量子点太阳电池的后续研究奠定了基础。

硅基纳米β-SiC量子点列阵的制备

报道了用两步自组装法制备硅基纳米碳化硅量子点列阵. 先将两种硅烷偶联剂均匀有序地偶联到洁净的单晶硅片上,其中一种偶联剂能打破C60上的碳碳双键而使C60通过偶联剂均匀有序地分布在硅片的表面上. 然后用夹心法或覆盖法将样品在900oC的氮气氛中退火20 min,使C60分解成活性碳,与周围的硅原子结合生成碳化硅,碳化硅分子的自组装形成了碳化硅纳米晶粒(量子点),C60在硅表面的有序排列导致了纳米碳化硅量子点列阵形成.