昝文宇 马北越

东北大学冶金学院 辽宁沈阳110819

SiC硬度高，耐腐蚀性、耐高温性和抗氧化性优异，被广泛应用于冶金、航空航天、催化剂载体、工程陶瓷、磨具及机械工程等领域［1-3］。SiC经过工业化的研磨抛光，还可以应用于大规模集成电路基板。其超高硬度也可以在电子信息产业发挥巨大的作用，如切割芯片等。目前研究较多的SiC纤维本质上也发挥出了SiC在一些性能上的特别之处，作为耐高温材料以及增强材料，常在形态上加以区分为SiC晶须和SiC连续纤维两种。SiC晶须是一种短的纤维状的单晶体，也是目前晶须中硬度、抗拉强度以及模量最优的，在金属基、工业陶瓷基和高聚物基复合材料上起着增强、增韧、增硬的作用。高性能的连续SiC纤维与玻璃陶瓷基形成复合材料，起到了增强和增韧的效果［4］。而高纯、超细、均匀及无团聚的SiC粉体是制备这些高性能SiC产品的重要前提。其中，最早制备高纯SiC粉体的方法是碳热还原法，其合成的SiC粉体原料成本较低，也是目前工业生产中最常用的方法。但早期该法在制备过程中反应温度高，反应时间长，产品的杂质含量高，颗粒尺寸大等无法满足超细粉及高纯SiC的制备。

近年来，人们不断地对碳热还原法进行深层次的改进，同时也研发了一系列高纯SiC微粉的制备新工艺，如自蔓延合成法、高温等离子体法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法和高能机械球磨法等［1］。但目前作为传统工艺的碳热还原法仍然受到重视，通过不断地更新，该方法只需通过对生产工艺参数进行简单的控制，即可合成当前满足于各工业所需的微米、纳米粉体，在工业规模化生产中发挥着巨大的作用。相对于其他工艺来说，主要在生产工艺和设备、原料来源、生产成本较低等方面显示出一些突出优势。这些工艺虽然种类很多，但根据初始原料的物理化学状态可分为固相法、液相法和气相法三类。本文中简要介绍当前不断更新的高纯SiC粉体生产工艺，论述了分别使用高纯原料以及非高纯原料通过提纯除杂进一步得到所需的高纯SiC微粉的研究进展。

1 不同方法制备高纯SiC微粉

1.1 固相法

固相法主要有碳热还原法、机械粉碎法和自蔓延高温合成法。

1.1.1 碳热还原法

碳热还原法其本质是在高温下用碳还原金属氧化物制取碳化物或金属的方法。早期碳热还原法仅仅是单纯的将石英与炭黑混合，故一般存在反应时间长，反应温度过高等问题。

朱文振等［5］在传统方法的基础上以SiO2为硅源，炭黑为碳源，Fe2O3为催化剂，在一定的碳硅物质的量比的情况下，通过控制催化剂加入的量来探讨Fe2O3对碳热还原法制备SiC微粉的影响。得出制备SiC微粉的最佳工艺参数为：反应温度为1 450℃，保温时间为3 h，Fe2O3的含量为3%（w）。在此工艺条件下可以大大提高生产效率，制得粒径50 nm左右的高纯SiC微粉。

何晓燕等［6］将经过500℃活化0.5 h后的活性炭与二氧化硅以物质的量比为4∶1进行混合，并加入金属催化剂粉末进行研磨。微波加热30 min后冷却至室温取出，经过水洗、离心、干燥，成功制备出高纯SiC微粉。微波加热无需依赖分子热扩散而是通过加快分子内部运动使其温度升高，整体快速无热滞后。

王晓峰等［7］以低成本的SiO2微粉作为硅源，石油焦、活性炭、石墨粉为碳源，以上三种碳源分别与SiO2以质量比1∶2进行配料，通过碳热还原法在1 650℃反应45 min制备出SiC粉体。得到的SiC含量可达到93.5%（w），晶粒的生长和品质较优。碳热还原法制备SiC既解决了废弃SiO2环境污染的潜在问题，又将资源最大化利用。

1.1.2 机械粉碎法

机械粉碎法是指通过机械力使得粉体颗粒发生内部缺陷扩展，通过外力破坏材料内部的分子间内结合力，使材料分裂开产生新界面。通常将原料通过高能研磨，直径较大的颗粒经过一次冲击后，可粉碎形成更多比表面积更大的小颗粒。采用冲击、挤压、剪切、研磨等综合施力方式对物料进行粉碎是用机械法制备SiC微粉的较好方式［8］。

申玉芳等［9］以适量的SiC粗粉（平均粒径约10 μm，粒度分布范围0.2～100μm）为原料，采用行星式球磨法在介质为蒸馏水的条件下对该原料进行粉碎球磨，在相同条件下对SiC原料进行不同时间的球磨，对处理后的SiC粉料进行粒度分析。结果表明：在球磨处理时间达到48 h后，SiC微粉的平均粒径为523 nm，SiC粒度可达到亚微米级至纳米级。

王彭等［10］研究了一种从SiC块体中生产特定型号的SiC微粉的方法，先将SiC原料用破碎机进行破碎，筛分得到小于5 mm的SiC颗粒。再对筛分产物进行球磨机研磨粉碎至15～25μm的SiC微粉。最后用多级气流分级机对15～25μm的SiC微粉旋风分级，经过水力旋流处理后继续对产物进行研磨与分级，可分离得到粒径小于6μm的颗粒。

李天翩等［11］对常温空气、高温空气、过热蒸汽三种超细粉碎方式的粉碎能力进行比较。其中，以过热蒸汽为介质对原料进行气流磨粉碎，当入口温度300℃，粉碎压力0.5 MPa，通过改变分级机转速为1 800、2 700 r·min-1，可制备出d50分别为4.304、2.387μm的微粉，在分级机转速为2 700 r·min-1时，部分粉体d10可达到亚微米级（0.399μm）碳。试验对比也表明：三种机械粉碎处理中，过热蒸汽动能磨有更低的能耗和更强的粉碎能力，使SiC微粉的制备更加高效、节能。

王洪涛等［12］以SiC粗粉为原料，通过球磨工艺制备高性能超细SiC微粉，探究球磨时间、球料质量比、转速等球磨参数对SiC粉体粒度、流动性、振实密度等性能的影响规律。即球磨时间、球料质量比、转速的增大，SiC粉体的粒度会减小，振实密度降低。从而最终确定机械粉碎法制备超细SiC微粉的最佳球磨参数：转速为200 r·min-1，球料质量比为10，球磨时间40 h，制备的高纯SiC粉体粒度可降至10μm以下。

1.1.3 自蔓延高温合成法

自蔓延高温合成法又称为燃烧合成法，目前在材料制备合成上得到了广泛的研究和应用，其实质是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术。该方法具有节能、高效、成本低等优点。

燕青芝等［13］将炭黑与硅粉按一定物质的量比（0.3～2）进行混合，再加入一定量的聚四氟乙烯，将混合物进行球磨，然后将其在空气烘干箱于70～150℃下烘干。将干燥后的混合粉置于燃烧合成器中，对燃烧器抽真空并充入0.5～8 MPa的氮气，对燃烧合成器中的反应混合物进行引火点燃，得到产物。该法易于控温，反应效率高，可以得到超细、高活性的SiC微粉。

为了尽可能简化燃烧合成生产工艺，蔡海荣等［14］研究了氮气助燃法燃烧以及添加活化剂在Ar气中合成SiC微粉的工艺，试图综合利用这两种工艺的优点。将硅源（平均粒度8.8μm）与碳源（平均粒度1.73μm）按物质的量比1∶0.9的比例均匀混合后，加入聚四氟乙烯粉末为活化剂，在乙醇介质中先进行球磨处理，烘干冷压成素坯。再置于燃烧合成反应釜中，在氮气氛围下通电引燃，即在起始粉中添加聚四氟乙烯为活化剂的同时在氮气保护下燃烧合成高纯Si3N4/SiC复相粉。

梁艳峰等［15］通过对粉末压块的合理设计分为内外两层，其中外层是Ti粉和石墨粉，内层是Si粉和石墨粉。通过外层Ti粉与石墨粉发生反应释放的热量引发内层（Si粉和石墨粉）发生反应。当压块外层与内层的质量比为4∶1，反应温度为1 050℃时，效果最佳，内层的Si粉与石墨粉可以充分反应生成SiC微粉，且无Si粉与石墨粉的残留。

李斌等［16］将硅粉与碳粉按照一定物质的量比混合均匀后置于高纯石墨坩埚中，于中频感应加热炉中加热。结果表明，高真空条件下物料物相单一，可知所合成的SiC微粉纯度较高，还有助于SiC粉料中N浓度的降低，粉料颜色呈淡白色，使得颗粒分布均匀。自蔓延不仅成本低，且合成各项合成参数较易控制，有利于大规模生产合成单晶生长所需的高纯SiC微粉。

1.2 液相法

液相法主要分为聚合物分解法与溶胶-凝胶法两类。

1.2.1 聚合物分解法

聚合物分解法是指加热聚硅烷等聚合物，其实质是放出小单体，以形成Si-C骨架。主要包括两类：一类是加热先驱体发生分解反应释放出小单体，再由碳热还原反应制得SiC粉体；第二类即加热先驱体释放出单体以后先形成Si-C骨架，最终形成SiC粉体，因此先驱体的合成是该方法的关键［17］。曲哲等［18］先合成了碳先驱体树脂，这种树脂在一定温度下有好的流动性，易于成型。热解后的碳先驱体有适当体积的微孔，使得浸入的Si充满所有微孔并与碳在1 450～1 550℃条件下经过3～4 h，碳与熔融Si反应得到β-SiC。经过金相与电镜扫描分析，用该法制备烧结的SiC均匀致密，具有较佳的综合性能。聚合物热分解法在20世纪90年代有许多相关研究，但因该法产物转化率较低等原因逐渐被其他工艺方法所取代，近年来很少有相关研究人员提及［19］。

1.2.2 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是低温或者常温条件下合成无机材料的重要方法，利用高化学活性组分的化合物作为前驱体，然后在液相下将原料混合均匀，并进行一系列化学反应，在溶液中形成稳定的溶胶系统。溶胶经过陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维结构的凝胶，凝胶通过干燥脱水形成亚纳米结构的材料。

李心慰等［20］以氨水为催化剂，正硅酸乙酯为硅源，蔗糖为碳源，无水乙醇为溶剂，采用溶胶-凝胶法制备了SiC晶须。结果表明：向正硅酸乙酯中加入pH=9～10的氨水溶液，保持恒温搅拌60 min，可使正硅酸乙酯充分水解缩聚，形成稳定溶胶。将缩聚产物与蔗糖水解产物制得的凝胶在Ar气氛下进行1 500℃煅烧制得高纯β-SiC微粉，产量高，粉体颗粒粒径均匀，平均直径在100～200 nm。溶胶-凝胶法相对于其他工艺容易进行，合成温度较低，合成的晶体产物纯度高，易于控制杂质成分的种类及数量。

尹长霞等［21］以正硅酸乙酯为硅源，碳粉提供碳源，无水乙醇为分散剂，柠檬酸（CA）为介质。按照n（Si）∶n（C）∶n（CA）=1∶1.3∶y（y=0～1）的比例，分别探究pH与用水量对凝胶时间的影响。结果表明：在pH=4时，水与TEOS的体积比为2时，此时的凝胶时间最短，比值小于2时，会导致TEOS不能完全水解，比值大于2时，凝胶时间加长。y为0.3时，其合成的SiC粉体粒径最小。溶胶-凝胶法不仅可以合成平均粒径为54 nm的SiC微粉，且粉体杂质含量较少。

何晓燕等［22］以正硅酸乙酯为硅源，蔗糖为碳源，采用溶胶-凝胶法制备凝胶先驱体。即先称取25 g蔗糖，加水溶解，再向溶解完全的溶液中加入50 mL的无水乙醇、25 mL的正硅酸乙酯及10 mL的草酸溶液。待完全反应后加入六次甲基四胺溶液10 mL，形成溶胶，放置得到凝胶。经过马弗炉活化，再用微波辅助加热40 min得到样品。进行后续除杂，对产物进一步离心，洗涤等操作，烘干收集得到最终SiC粒径约为100 nm的3C-SiC晶型。采用微波辅助溶胶-凝胶法制备的SiC微粉反应时间短，尺寸小，且过程简单、高效、成本较低，在工业上有较好的应用前景。

1.3 气相法

1.3.1 化学气相沉积法

化学气相沉积法即CVD法，它是应用气态物质在固体上产生化学反应和传输反应，从而生成固态沉淀物的过程。

周荣亚等［23］以C2H2作为碳源气体，SiH4作为硅源气体，以H2作为载流气体，在前人模拟试验的基础上，对气相化学沉积制备SiC微粉进一步探究，重点对不同原料进口速度条件下的温度场、速度场以及SiC的沉积情况进行模拟研究。研究表明：SiH4的进口流量为9.6 mL·min-1，C2H2的进口流量为3.2 mL·min-1时，对SiC的沉积产率的影响最小。

1.3.2 等离子气相合成法

等离子气相合成法的原理是在电场作用下，气体分子经过电离形成等离子体，再利用等离子放电，使反应气体激活并实现化学气相沉积。白万杰［24］利用直流电弧等离子体为热源，首先向等离子体发生器通入等离子气体N2-H2-Ar，通过电弧的气体经4 800～5 200℃高温加热后进入反应器，同时使得经过蒸发器加热蒸发的CH3SiCl3在反应器中快速分解，保持1 500～1 800℃的条件下完成SiC的合成反应。生成的SiC经过结晶、长大、冷却、气固分离、真空热干燥得到高纯SiC微粉。该工艺制备的SiC纯度高，粒度分布均匀，粒径为0.08～0.5μm，且该工艺在试验过程中没有产生对环境有污染的物质，符合环保要求。

等离子气相合成在陶瓷粉末材料制备上有很大的应用，邢阳川等［25］使用SOLGAS软件，通过对以三氯甲基烷为原料等离子气相合成SiC的五元系热力学的计算，得出合成SiC超细粉时的热力学数据，从热力学上得出了H2-CH3SiCl3-Ar系统与H2-CH3SiCl3-N2系统合成SiC微粉的理论依据。

1.3.3 激光诱导气相沉积法

激光诱导气相沉积法应用广泛，通过此法不仅能制备出高纯SiC粉体，在多种单质、无机化合物和复合材料合成制备上也有较大的应用前景。

由于SiC材料有较好的吸波性能，赵东林等［26］为了制备耐高温的吸波材料，用激光诱导气相反应法，以六甲基二硅氨烷、乙炔、硅烷和氨气为原料，通过激光气相合成分别制备了高纯SiC、Si3N4和SiN粉体。俞肇元等［27］以二甲基二乙氧基硅烷为原料，采用激光诱导化学气相沉积法制得平均粒径在10～20 nm，无团聚且分散性好的SiC微粉。对气相沉积法制得的粉体粒子做TEM形貌与TED图像分析，SiC微粉颗粒均匀粒径分布范围窄，形状呈规则球形。

1.4 其他新工艺

除了传统技术制备高纯SiC微粉，随着近年来相关研究的不断深入，操作工艺的不断更新，SiC微粉材料的制备工艺越来越成熟和完备。

王军凯等［28］以硅粉和酚醛树脂为原料，以镍为催化剂，在微波加热催化反应工艺制备了SiC微粉，并研究了反应温度、催化剂和保温时间对合成SiC的影响。研究表明：通过微波加热可以降低反应温度，提高反应效率，在分子水平上能实现均匀加热，加热时能量能得到充分利用，并且过程高效、节能、污染小；引入合适的催化剂，可以显著促进SiC的合成以及改变其形貌。对制得样品的物相组成和显微结构进行了分析，掌握了反应进度和各项工艺参数对试验结果的影响，得到微波加热催化制备SiC粉体的最佳工艺条件：反应温度1 150℃，反应时间30 min，1.0%（w）催化剂Ni，产物为30～100 nm的β-SiC粉体。

传统的SiC制备工艺需要进行机械粉碎、颗粒分级、化学提纯处理等，需要耗费大量的能源，且制得的SiC颗粒的质量难以满足精密加工要求。安子博等［29］将CNTs与硅粉按照物质的量比1∶1进行称取，并与质量分数为5%PEG乙醇溶液混合经过球磨制备浆料。将浆料置于100℃的烘箱中进行干燥，干燥后的样品分别在1 300、1 400和1 500℃下进一步的煅烧，反应2 h后待自然冷却后在650℃的空气气氛中焙烧3 h。结束后用质量分数为10%的HF浸泡24 h后，得到最终SiC微粉。该法制备的SiC微粉的粒径全部达到亚微米级，且随着温度的升高，SiC颗粒的粒径逐渐增大，且在1 300℃时，颗粒最小能达到纳米级。碳硅直接反应法相对简单，且对设备要求较低，适合于大规模生产纳米及亚微米级的SiC微粉。

吕东风等［30］以四氯化硅、正硅酸四乙酯、无水氯化铁和二氯甲烷为原料，先通过非水解溶胶凝胶法制备出SiO2凝胶。再分别以SiO2干凝胶和石英砂为硅源，炭黑为碳源，按硅源与碳源比为3∶2配料，在氩气气氛下进行碳热还原法制备SiC粉体。当硅源为SiO2干凝胶时，产物颗粒分布均匀，粒径约为80 nm，同时有立方相的β-SiC晶须产生；以石英砂为硅源时，由于颗粒聚集严重，粒径大小不均匀，约为130 nm。故此法先用溶胶-凝胶法制备出SiO2干凝胶前驱体，再用碳热还原法可以在较低温度下制备超细SiC微粉。

2 选用高纯原料制备高纯SiC微粉

SiC最常见的两种晶型为α-SiC和β-SiC，β-SiC在硬度上更优，同时在韧性与磨削性、增强、增韧上也更加优越，加之其有更好的吸波性能，在光学领域也是研究的热点。目前，超细β-SiC生产是基于碳热还原法上进行改进，选用高纯原料进行制备，可以有效地避免反应时间长，酸洗、除杂等后续复杂工序的问题，且寻求高效率与低成本的制备工艺也是近年来研究的热点。

张利锋等［31］选用高纯硅粉和炭黑与不同比例的聚四氟乙烯（纯度99.99%（w））混合，并以无水乙醇为介质进行球磨10 h，氮气保护下通过自蔓延燃烧合成工艺成功制备出了高纯β-SiC超细微粉。通过电镜扫描观察，添加剂为5%（w）时粉体颗粒的平均粒径为249 nm，添加剂增加至5%（w）以上会制备出亚微米级SiC粉体，但会增加产物中游离碳的量，故需要在650℃时进行保温处理除碳。适当炭黑原料的用量也可以减少SiC粉体产物的残碳量。

β-SiC可以用SiC粗粉为原料，利用高能球磨法来制备超细SiC粉体，但一般需要先利用专门的设备制备出SiC粗粉，这不仅增加了生产成本，在前期准备中也不可避免地消耗大量的能源。张广强等［32］利用高纯单质硅与石墨的混合粉作为原料，减少可能杂质的生成，将硅粉与石墨粉按照物质的量比1∶1进行混合，通过高能球磨法制备出高纯SiC微粉。并得出球磨合成时间为40 h时，制备样品的分散性最佳，晶体颗粒最为均匀，纳米粉体的平均粒径约为12 nm。

马康夫等［33］采用高纯硅粉和碳粉为原料，其质量分数均为99.999%以上，按照一定的化学计量比混合均匀后，置于高纯石墨坩埚中进行加热。通过设置一定的压力与温度条件下直接反应，并通氢气的方法合成单晶SiC微粉，其粒径纯度较高，分布均匀，平均粒径达到627μm，且具有优异的半绝缘性质，可以满足相关器件对SiC晶体电化学性质的要求。

黄刚［34］采用高纯度99%（w）的碳粉和硅粉，其碳粉和硅粉粒径都在20～100μm。将硅粉与碳粉按照物质的量比1∶2进行混合均匀，用微波加热至1 200～1 300℃，保持5 min，使混合物完全反应。然后将得到的SiC微粉置于空气中加热至580～650℃以除去游离碳，最终得到粒径小于0.4μm的99%（w）高纯SiC微粉。该方法避免了传统工艺中除杂多使用酸碱等化学试剂，以免对环境造成危害，并大大缩短生产周期。

3 选用非高纯SiC微粉提纯除杂制备高纯SiC微粉

由于在SiC粉体的制备中，原料的不完全反应、外界环境以及加工设备的影响，使得产品中有很多游离的碳、硅、二氧化硅、铁铝等单质和氧化物。这些杂质的存在会影响SiC微粉的物理化学性能以及生成的SiC单晶的结晶质量与电化学性质。因此，对于非高纯SiC的除杂十分必要。

3.1 化学除碳工艺

化学除碳工艺一般分为加热氧化法与化学氧化法。

3.1.1 加热氧化法

加热氧化法的原理主要是对SiC微粉进行煅烧，将其中的游离碳、石墨和空气中的氧在高温下发生反应生成二氧化碳或者一氧化碳，从而使碳以气态形式脱离SiC微粉，达到除碳的目的。该法在一定的温度和反应时间下，SiC微粉中可达到98%（w）的碳去除率。但由于微粉的比表面积较大，若加热温度过高，会使得SiC微粉表面氧化，形成二氧化硅氧化薄膜而不利于杂质碳的去除。

付仲超等［35］利用静态煅烧法，即SiC微粉先通过在不同温度下的煅烧去测定烧失率，以确定最佳煅烧温度。在最佳煅烧温度下通过在不同的保温时间下，根据粉体烧失率的变化确定最佳保温时间为3 h。通过DTA-TG曲线分析样品质量与煅烧温度的关系，确定900℃为最佳煅烧温度。通过XRD物相分析比较原样与在最佳煅烧条件下处理过后的样品，得出煅烧后的SiC微粉中的碳杂质的去除效果明显，达到了预期的效果。

由于杂质碳与主成分SiC共存，因SiC微粉较细更易在高温下发生氧化，采用直接加热氧化法必然引起SiC的氧化，增加了新杂质。田欣伟等［36］研究了无限微热源法合成的β-SiC微粉中杂质碳的粒度组成和氧化特性，以及β-SiC的氧化特性。由于杂质碳与SiC二者的氧化温度区有差别，通过合理的选择温度范围，不仅可以有效地控制SiC不被氧化，还能有效地去除杂质碳。由以上特性分析可以得到除碳的最佳工艺条件：氧化温度达到800～900℃，持续时间达到1 h即可达到较好的碳去除效果。

3.1.2 化学氧化法

化学氧化除杂是指通过加入化学试剂使SiC微粉中的碳杂质以气体形式挥发，通常选用硝酸、硫酸和高氯酸组合成为混合酸或者在酸中添加强氧化剂，如高锰酸钾、重铬酸钾等。若处理不当，该工艺所使用的强氧化性试剂对设备及人体都会有强烈的腐蚀性，不适合于规模化生产。李显坪等［37］利用SiC的高温难挥发的特性，研究了可以深度去除SiC粉体中杂质元素的方法。其特征在于向900～1 200℃且含有杂质的SiC粉体中通入HCl气体，使杂质元素P、Al、Fe、Ti等与HCl气体形成低沸点的氯化物并排出，剩余收集未反应的固体物质即高纯SiC粉体。

3.2 物理除碳工艺

3.2.1 浮选法

浮选是利用矿物表面物理化学性质的差异，达到颗粒的有效分离。茆福炜等［38］分别使用油酸、煤油和松醇油做浮选剂。通过浮选试验与SEM 物相分析，发现油酸的浮选效果最好。且除碳率随着浮选剂油酸的加入量增大而迅速提高，油酸量达到0.3%（w）以后，除碳率趋于平衡。

3.2.2 重液分离法

重液分离主要是在一种液体介质下，根据原料中各物质的密度差异来分离所需矿物。徐元清等［39］以密度介于碳和SiC之间的液体为分散介质，将含有碳的SiC微粉与液体分散介质进行混合充分搅拌后静置分层。根据重液分离法去除液体上层漂浮的碳，过滤回收分散介质，经过干燥得到SiC微粉。

3.2.3 水力旋流法

主要利用SiC与杂质的相对密度不同，由于SiC和其中的铁、硅、碳等杂质物理性质的不同，相对密度大的SiC从旋液分离器的底流口分出，而相对密度小的铁、硅、碳等杂质从旋液分离器的溢流口分出，从而将SiC与杂质分开［40］。

孙毅等［40］先将未除杂的SiC微粉与水混合制浆，将料浆进行筛分。在筛机的振动作用下使得料浆颗粒分散并能除去料浆中颗粒较大的杂质，避免下一步对旋流分离器造成设备阻塞。筛分后的料浆进行加热搅拌均匀，控制料浆的pH，将所得的料浆引入悬液分离器进行三级旋流分离，得到高纯SiC粉体料浆，经过后续脱水干燥即得到高纯SiC微粉。水力旋流法操作简便，不需要化学操作，避免了提纯过程中因引入大量的化学试剂而造成的环境污染问题的考虑，提纯效率高且大大降低了生产成本。

3.2.4 气流分选法

气流分选法是利用空气的悬浮作用，通过分级设备将质量不同的混合粉料分离。

辛玲等［41］设计了一种SiC微粉提纯分级装置，提纯分级池包括搅拌、清渣、鼓气的功能。通过空气压缩机将空气由进气管输送到空心轴，进而输送到微孔气管，微孔管产生的均匀气泡与不断搅拌翻滚的SiC微粉浆料充分接触。使得SiC微粉中的游离碳被吸附在气泡上，并随气泡一起不断上浮到浆料最上面，由分级池的清渣机构自动排出。该设备的故障率低，搅拌强度高。

物理除碳技术虽然操作简单，成本低，但也有一些局限之处。浮选除碳需要较长的工作周期，且所使用的浮选剂大都化学试剂，对环境带来一些不利影响，从而不利于规模化工业生产。重液分离法需要分散介质的参与，分散介质一般由于毒性较大也会对操作人员带来一些潜在危害。水力旋流法与气流分选法虽然避免了使用化学试剂与一些毒性物质，操作效率高，但除碳效果较低［42］。

3.3 化学除铁工艺

化学除铁工艺主要使用酸浸的方法，使单质铁及其铁氧化物溶于酸中生成可溶性的盐，并加水洗涤去除。

王春利等［43］通过试验改进了中位径为0.5μm的SiC微粉的除铁工艺。通过20%（w）的HCl与10%（w）的HF混酸作为浸取液，在70℃下保温反应3 h，SiC微粉中杂质铁的去除率可达到88%（w）以上，其含铁量可降低至0.02%（w），较好地满足了工业对SiC微粉的要求。

王雪枫等［44］设计了利用络合剂从SiC粉体中除去杂质铁的方法。先将SiC微粉与去离子水混合，再向其中加入络合剂，使搅拌反应，经过抽滤、洗涤、干燥、出料、粉碎即可得到合格的SiC微粉。该法络合剂的添加量少，在滤液中浓度低，污染小，成本低。

李晓臣等［45］对亚微米级SiC微粉的酸洗提纯进行研究，先将未经过提纯除杂的SiC微粉制成浆料，然后加入酸洗釜中搅拌，在搅拌状态下加入盐酸和硝酸，保持50～100℃以上保温1.5～3 h。再用经过石英砂与活性炭处理的自来水对上述酸洗产物进行水洗，直至酸洗过的浆料pH达到6～7时进行喷雾干燥，可得亚微米级SiC微粉。化学除铁工艺简单，操作周期短，经过酸洗水洗后的浆料中SiC微粉的纯度达到99%（w）以上，其中游离碳、二氧化硅、铁及其氧化物等杂质的质量分数在0.15%以下。化学法除杂可以针对所含杂质含量不同的酸洗物，相应加入不同用量的试剂，以避免资源浪费，也利于降低成本。

虽然化学法除铁率高，但酸洗后的SiC微粉易聚集，不利于后续处理。酸洗后的SiC微粉需要水洗至中性，工业上需要耗费大量的水，除铁产生的酸水也要经过进一步处理后进行排放。

3.4 物理除铁工艺

物理除铁通过磁选法利用磁力清除物料中磁性金属杂质。该方法除铁效率高，避免使用化学试剂，但单纯的使用物理除铁不能满足SiC高纯度的工艺要求，一般需要结合化学法除铁。所以可以先用磁选法对SiC微粉进行初次筛选，再用酸浸法进行二次除铁。

赵平等［46］选用高梯度强磁选对SiC微粉进行除铁。结果表明，采用脉动高梯度磁选机试验效果佳，随着磁场强度的增大，除碳率随之增大，当磁场强度达到1 050 kA·m-1时，除铁率最高。

韩战东等［47］研究了一种SiC提纯净化系统，先将SiC微粉制浆，将料浆依次通过浮选机浮选除杂与磁选机磁选除铁后进入酸洗。经过酸洗除铁后将料浆放入溢流分级器内进行分级，等沉降均匀后放入离心系统进行脱水，将脱水得到的产品进行烘干得到高纯SiC粉体。该法将浮选除杂、磁选除杂、酸洗、沉降离心结合起来，虽然操作简单，但仍有一定的局限，浮选操作中悬浮工艺时间较长且在工业上需要大量的化学浮选剂，会对环境造成一定压力。

4 结语

随着SiC材料在陶瓷工业、航空航天、电子、化工等领域应用越来越广泛，相应的对于SiC微粉的纯度和粒度要求也越来越高，因此迫切需要提高SiC材料各方面的性能来满足未来工业发展需求。我国是SiC原料生产大国，需要不断挖掘高纯SiC微粉制备新工艺，逐步探索SiC微粉可应用新领域，弥补传统材料在该方向的不足之处，有利于提升材料工业发展水平。

高纯SiC微粉因其诸多的优势将会得到更多的关注，我们需要在现有的制备工艺基础上不断地开发新技术，完善目前制备技术。综合上述除铁除碳技术，化学法与物理法除杂都有各自的一些局限性，要想使SiC满足生产要求，不仅在除杂工艺上不断进行改进与革新，还要在SiC微粉冶炼工序过程中避免引入杂质，尤其在SiC微粉的制备工艺环节。通过物理化学相结合的手段使得提纯除杂系统更加高效、节能、污染少及成本降低，使得后续处理过程复杂程度不断降低。SiC微粉除杂目前依然需要更多的研究，SiC微粉的制备与除杂工艺也有相辅相成，相互促进的作用。