การสังเคราะห์บีตา-ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีอนุภาคระดับนาโนที่อุณหภูมิต่ำ

Abstract

งานวิจัยนี้ได้ทดลองสังเคราะห์ผงบีตา-ซิลิกอนคาร์ไบด์ ที่มีขนาดอนุภาคระดับนาโนเมตร โดยใช้ซิลิกอน และคาร์บอนแบล็กที่มีพื้นที่ผิวและความเป็นผลึกต่างกัน บดผสมด้วยอัตราส่วน 1:1 โดยโมล ในเอทิลแอลกอฮอล์ อะซีโตน เฮกเซน และเบนซีน แล้วนำสารผสมที่ได้ไปอัดขึ้นรูปเป็นเม็ด ก่อนนำไปเผาในภาวะสุญญากาศ และบรรยากาศแก๊สอาร์กอน ที่อุณหภูมิ 1250 1300 และ 1350 องศาเซลเซียส ด้วยอัตราการเพิ่มอุณหภูมิ 20 และ 50 องศาเซลเซียสต่อนาที เป็นเวลานาน 1 ละ 3 ชั่วโมง แล้วนำผงบีตา-ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่สังเคราะห์ได้ไปขึ้นรูปชิ้นงานด้วยเครื่อง CIP ที่ความดันประมาน 200 เมกะปาสคาล โดยมีอะลูมินา-อิทเทรีย เป็นสารตัวเติม ซินเทอร์ที่อุณหภูมิ 1850 องศาเซลเซียส ในบรรยากาศแก๊สอาร์กอน จากการทดลองพบว่า ตัวกลางในการบดผสมทั้ง 4 ชนิด ไม่แสดงความแตกต่างที่ชัดเจนต่อปฏิกิริยา การใช้ผงคาร์บอนแบล็กที่มีพื้นที่ผิวสูงกว่า และมีความเป็นผลึกน้อยกว่าทำการเผาในสุญญากาศ ที่อุณหภูมิสูง ด้วยอัตราการเพิ่มอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว และการใช้เวลาเผาที่อุณหภูมิสูงสุดนาน เป็นสภาวะที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาที่สมบูรณ์มากกว่า โดยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นลักษณะของ solid-solid reaction ร่วมกับ gas-solid reaction ผงบีตา-ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ได้จากการบดผสมระหว่างซิลิกอนกับคาร์บอนแบล็ก ในเอทิลแอลกอฮอล์ เผาที่อุณหภูมิ 1350 องศาเซลเซียส ใช้อัตราการให้ความร้อน 50 องศาเซลเซียสต่อนาที ในสุญญากาศ เป็นเวลานาน 1 ชั่วโมง มีความบริสุทธิ์มากที่สุด อนุภาคมีขนาด 10-100 นาโนเมตร มีพื้นที่ผิวจำเพาะเท่ากับ 19.75 ตารางเมตรต่อกรัม ปริมาณซิลิกอนอิสระ และคาร์บอนอิสระเหลืออยู่ร้อยละ 0.106 และ 0.141 ตามลำดับ ชิ้นงานซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เตรียมจากผงบีตา-ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่สังเคราะห์ได้ มีความหนาแน่นสูงสุดร้อยละ 89 ของค่าความหนาแน่นสัมพัทธ์ ความทนแรงดัดโค้ง 131 เมกะปาสคาล และควาแข็งแบบวิคเกอร์ส 745 เมกะปาสคาล