日本東北大學(xué)多元物質(zhì)科學(xué)研究所最近發(fā)現(xiàn)了利用鈉可以使硅和碳在700℃下發(fā)生低溫反應(yīng),生成碳化硅的現(xiàn)象。碳化硅是一種在高溫強(qiáng)度、耐磨損性以及耐腐蝕性方面優(yōu)良的非氧化物陶瓷,主要應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)材料、半導(dǎo)體制造裝置部件以及柴油車排氣凈化過濾器。但是,由于碳化硅的制造需要1200℃以上的高溫,因此業(yè)界期待著找出低溫高效的制造方法。
此次,東北大開發(fā)出了三種方法。第一,把硅粉末和碳(非晶碳或富勒烯)粉末混合,在氬氣環(huán)境中與金屬鈉一起在700℃下加熱。從該過程得到的是粒徑為幾十nm的碳化硅納米粉狀體?勺鳛樘蓟杼沾蔁Y(jié)體的制造原料(圖1)。
第二,把硅粉末和碳粉末混合,置于模具中加壓成形,然后在氬氣環(huán)境中,使其與鈉蒸氣一起在700℃下加熱。利用這種方法能夠在保持成形體形狀的同時(shí)制成碳化硅多孔體,有望應(yīng)用于制造各種形狀的碳化硅多孔過濾器(圖2、3)。
第三,把碳化的木材(輕木及日本扁柏)與金屬鈉和硅一起在700℃下加熱。這種方法制成的是擁有植物細(xì)胞壁形狀的碳化硅陶瓷塊狀體(圖4)。使用這種方法,可以使以生物體組織為主的碳結(jié)構(gòu)體以及人工設(shè)計(jì)的碳結(jié)構(gòu)體在保持原有形狀和形態(tài)的情況下轉(zhuǎn)化為碳化硅。