DE102018100681A1 - Method for producing silicon carbide - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von kristallinem Siliziumcarbid in Faserform, aufweisend die Verfahrensschritte:a) Bereitstellen eines Gemisches mit einer Siliziumquelle, einer Kohlenstoffquelle und gegebenenfalls einem Dotierstoff, wobei wenigstens die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle gemeinsam in Partikeln eines Feststoffgranulats vorliegen, als Edukt;b) Behandeln des in Verfahrensschritt a) bereitgestellten Edukts mit einer Temperatur in einem Bereich von ≥1650°C;c) Abscheiden von Fasern mit einem Durchmesser daus Siliziumcarbid auf einem Substrat, wobei das Substrat (20) in fluidem Kontakt zu dem Edukt positioniert ist und wobei das Substrat (20) auf eine Temperatur heizbar ist, die niedriger ist, als die Temperatur des Edukts um einen Temperaturbereich von ≥ 50°C bis ≤ 100°C, und wobei das Substrat (20) eine Impfstruktur (22) mit Impfbereichen (24) aufweist, wobei die Impfbereiche (24) zueinander beabstandet sind um einen Abstand d, der größer ist, als der Durchmesser dder zu erzeugenden Fasern.The present invention relates to a method for producing crystalline silicon carbide in fiber form, comprising the method steps: a) providing a mixture with a silicon source, a carbon source and optionally a dopant, wherein at least the silicon source and the carbon source are present together in particles of a solid granules, as starting material b) treating the starting material provided in step a) at a temperature in a range of ≥1650 ° C. c) depositing fibers having a diameter d of silicon carbide on a substrate, the substrate (20) being in fluid contact with the educt and wherein the substrate (20) is heatable to a temperature which is lower than the temperature of the educt over a temperature range of ≥ 50 ° C to ≤ 100 ° C, and wherein the substrate (20) having a seed structure (22) Inoculation areas (24), wherein the Impfbereiche (24) are spaced from each other by a distance d, which is larger than the diameter d of the fibers to be produced.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von kristallinem Siliziumcarbid in Form von nanoskaligen Fasern.The present invention relates to a method for producing crystalline silicon carbide in the form of nanoscale fibers.

Siliziumcarbid ist für eine Vielzahl von Anwendungen bevorzugt. So ist es beispielsweise bekannt, Siliziumcarbid als Elektrodenmaterial für Batterien, wie etwa für Lithium-Ionen-Batterien zu verwenden. Die Herstellung von kristallinem Siliziumcarbid, insbesondere in nano- oder mikrokristallinem Maßstab ist dabei ein komplexer Vorgang, der einer genauen Steuerung bedarf, um definiertes Siliziumcarbid etwa in Form von nanokristallinen Fasern zu erzeugen.Silicon carbide is preferred for a variety of applications. For example, it is known to use silicon carbide as the electrode material for batteries such as lithium-ion batteries. The production of crystalline silicon carbide, in particular on a nanocrystalline or microcrystalline scale, is a complex process which requires precise control in order to produce defined silicon carbide, for example in the form of nanocrystalline fibers.

Aus O. Klein et al., Induction heating during SiC growth by PVT: Aspects of Axisymmetric Sinusoidal Modeling, ist es bekannt, dass induktives Erhitzen verwendet werden kann, um basierend auf SiC-Pulver SiC Einkristalle zu erzeugen. Diese Veröffentlichung zielt jedoch insbesondere auf Simulationen zur Hitzeverteilung durch eine Einstellung der Spannungsverteilung in der Spule ab. Auf der Herstellung von Siliziumcarbidfasern liegt in dieser Druckschrift jedoch kein Fokus.From O. Klein et al., Induction heating during SiC growth by PVT: Aspects of Axisymmetric Sinusoidal Modeling, it is known that inductive heating can be used to produce SiC single crystal based on SiC powder. However, this publication particularly aims at simulations of heat distribution by adjusting the voltage distribution in the coil. However, there is no focus on the production of silicon carbide fibers in this document.

Q.-S. Chen et al., Effects of induction heating on temperature distribution and growth rate in large-size SiC growth system, Journal of crystal Growth, Volume 266, Issues 1-3, pages 320-326 offenbart ferner eine Simulation, um das Kristallwachstum von SiC mittels Induktion basierend auf den Induktionsparametern bei einer Herstellung aus SiC-Pulver zu untersuchen. Die Herstellung von Siliziumcarbidfasern wird in dieser Druckschrift jedoch nicht beschrieben. Q.-S. Chen et al., In a large-size SiC growth system, Volume 266, Issues 1-3, pages 320-326 further discloses a simulation to investigate the crystal growth of SiC by induction based on the induction parameters when fabricated from SiC powder. However, the production of silicon carbide fibers is not described in this document.

Y.J. Wu et al., Synthesis of β-SiC nanowhiskers by high temperature evaporation of solid reactants, DOI: 10.1016/j.matlet.2004.03.002, offenbart die Herstellung von SiC-Nanowhiskers, die erzeugt werden durch induktives Heizen von Silizium, Siliziumdioxid und Graphit. Für das Erzeugen eines Fasermaterials findet sich auch in diesem Dokument kein Hinweis.Y. J. Wu et al., Synthesis of β-SiC nanowhiskers by high temperature evaporation of solid reactants, DOI: 10.1016 / j.matlet.2004.03.002, discloses the preparation of SiC nanowhiskers which are produced by inductive heating of silicon, silica and Graphite. There is no indication in this document for producing a fiber material.

Die Promotion von Frau B. Friedel, 3C-Siliziumcarbid auf Sol-Gel-Basis: Entwicklung, Wachstumsmechanismen und Charakter anwendungsorientierter Morphologien des Wide-Bandgap-Halbleiters befasst sich ebenfalls mit der Herstellung von Siliziumcarbid.The dissertation by Ms. B. Friedel, 3C silicon carbide based on sol-gel: The development, growth mechanisms and character of application-oriented morphologies of the wide-bandgap semiconductor are also addressed in the production of silicon carbide.

Die vorbeschriebenen Lösungen bieten jedoch noch Verbesserungspotential insbesondere hinsichtlich der Erzeugung von Siliziumcarbid als nanokristalline Fasern.The above-described solutions, however, still offer room for improvement, in particular with regard to the production of silicon carbide as nanocrystalline fibers.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maßnahme zu schaffen, durch welche auf verbesserte und insbesondere kostengünstige und besonders definierter Weise ein Herstellen von Siliziumcarbid in Form von nanokristallinen Fasern ermöglicht werden kann.It is therefore the object of the present invention to provide a measure by which, in an improved and, in particular, cost-effective and particularly defined manner, production of silicon carbide in the form of nanocrystalline fibers can be made possible.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung und in der Figur offenbart, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder der Figur oder dem Beispiel beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.The object is achieved by a method having the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the subclaims, in the description and in the figure, wherein further described in the subclaims or in the description or the figure or example or features shown individually or in any combination may constitute an object of the invention unless the context clearly dictates otherwise.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von kristallinem Siliziumcarbid in Faserform, aufweisend die Verfahrensschritte:

  1. a) Bereitstellen eines Gemisches mit einer Siliziumquelle, einer Kohlenstoffquelle und gegebenenfalls einem Dotierstoff, wobei wenigstens die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle gemeinsam in Partikeln eines Feststoffgranulats vorliegen, als Edukt;
  2. b) Behandeln des in Verfahrensschritt a) bereitgestellten Edukts mit einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 1650°C, insbesondere bis ≤ 2000°C;
  3. c) Abscheiden von Fasern mit einem Durchmesser dF aus Siliziumcarbid auf einem Substrat, wobei das Substrat in fluidem Kontakt zu dem Edukt positioniert ist und wobei das Substrat auf eine Temperatur heizbar ist, die niedriger ist, als die Temperatur des Edukts um einen Temperaturbereich von ≥ 50°C bis ≤ 100°C, und wobei das Substrat eine Impfstruktur mit Impfbereichen aufweist, wobei die Impfbereiche zueinander beabstandet sind um einen Abstand d1, der größer ist, als der Durchmesser dF der zu erzeugenden Fasern.
The present invention relates to a process for producing crystalline silicon carbide in fiber form, comprising the process steps:
  1. a) providing a mixture with a silicon source, a carbon source and optionally a dopant, wherein at least the silicon source and the carbon source are present together in particles of a solid granules, as starting material;
  2. b) treating the starting material provided in process step a) at a temperature in a range of ≥ 1650 ° C, in particular up to ≤ 2000 ° C;
  3. c) depositing fibers of diameter dF of silicon carbide on a substrate, wherein the substrate is positioned in fluid contact with the educt and wherein the substrate is heatable to a temperature lower than the temperature of the educt by a temperature range of ≥ 50 ° C to ≤ 100 ° C, and wherein the substrate has a seed structure with seed portions, wherein the seed portions are spaced apart by a distance d 1 , which is greater than the diameter d F of the fibers to be produced.

Durch ein vorbeschriebenes Verfahren kann auf besonders definierte und reproduzierbare Weise Siliziumcarbid erzeugbar sein, wobei das Siliziumcarbid in Faserform anfällt und dabei insbesondere als Einkristall in der kubischen 3C-Kristallform.By a method described above, silicon carbide can be produced in a particularly defined and reproducible manner, wherein the silicon carbide is obtained in fiber form and in particular as a single crystal in the cubic 3C crystal form.

Dabei kann das folgende Verfahren vollständig oder einzelne der Verfahrensschritte a) bis c) vorzugsweise unter Schutzgas, wie insbesondere Argon, ablaufen derart, dass das Verfahren in einer Atmosphäre abläuft, die frei ist von Sauerstoff.In this case, the following process may be carried out completely or individually of process steps a) to c), preferably under protective gas, in particular argon, such that the process proceeds in an atmosphere which is free of oxygen.

Das vorbeschriebene Verfahren zum Herstellen von faserförmigem Siliziumcarbid umfasst zunächst gemäß Verfahrensschritt a) das Bereitstellen eines Gemisches mit einer Siliziumquelle, einer Kohlenstoffquelle und gegebenenfalls einem Dotierstoff als Edukt, wobei wenigstens die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle gemeinsam in Partikeln eines Feststoffgranulats vorliegen. Insbesondere kann es somit bevorzugt sein, dass jedes der Partikel des Feststoffgranulats eine Kohlenstoffquelle und eine Siliziumquelle aufweist. Die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle dienen dazu, in dem weiteren Verfahren durch eine Reaktion der Kohlenstoffquelle mit der Siliziumquelle Siliziumcarbid herstellen zu können. Daher sollten die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle derart gewählt werden, dass diese bei den nachfolgend beschriebenen Bedingungen, insbesondere bei den folgenden Temperaturen, etwa bei Normaldruck (1bar) oder leichtem Überdruck durch das vorbeschriebene Verfahren Siliziumcarbid ausbilden können.The above-described method for producing fibrous silicon carbide comprises first according to method step a), the provision of a mixture with a silicon source, a carbon source and optionally a dopant as starting material, wherein at least the silicon source and the carbon source are present together in particles of a solid granules. In particular, it may thus be preferable for each of the particles of the solid granules to have a carbon source and a silicon source. The silicon source and the carbon source serve to be able to produce silicon carbide in a further method by a reaction of the carbon source with the silicon source. Therefore, the silicon source and the carbon source should be chosen such that they can form silicon carbide under the conditions described below, in particular at the following temperatures, such as at normal pressure (1 bar) or slight overpressure by the method described above.

Die Wahl der Siliziumquelle beziehungsweise der Kohlenstoffquelle ist somit nicht grundsätzlich beschränkt. Bevorzugte Siliziumquellen können beispielsweise durch einen Sol-Gel-Prozess erzeugt sein, wie dies nachstehend beschrieben ist, und etwa aus Tetraethylorthosilikat (TEOS) als Siliziumquelle und Saccharose als Kohlenstoffquelle geformt sein, wobei die Erfindung in verständlicher Weise nicht auf die vorgenannten Beispiele beschränkt ist.The choice of the silicon source or the carbon source is thus not fundamentally limited. For example, preferred silicon sources may be formed by a sol-gel process, as described below, and formed of, for example, tetraethyl orthosilicate (TEOS) as the silicon source and sucrose as the carbon source, but the invention is not limited to the aforementioned examples in an understandable manner.

Mit Bezug auf den Dotierstoff kann dieser ausgewählt werden auf Basis der gewünschten Dotierung. Der oder die Dotierstoffe können hierbei in grundsätzlich frei wählbarer Form, etwa in einem Herstellungsprozess des Feststoffgranulats als lösliche Verbindung beigegeben werden oder etwa elementar, beispielsweise metallisch, addiert werden. Somit kann der Dotierstoff ebenfalls Bestandteil sein des Feststoffgranulats.With respect to the dopant, this can be selected based on the desired doping. The dopant (s) may hereby be added in a basically freely selectable form, for example in a production process of the solid granules, as a soluble compound or may be added elementally, for example metallic. Thus, the dopant may also be part of the solid granules.

Weiterhin kann, insoweit ein Dotierstoff gewünscht ist und dieser nicht in dem Feststoffgranulat aufweisend die Kohlenstoffquelle und die Siliziumquelle vorhanden ist und das Feststoffgranulat gemäß Verfahrensschritt a) in einen Reaktor überführt wird, in welchem die Temperaturbehandlung gemäß Verfahrensschritt b) stattfindet, der Dotierstoff etwa als Gas in den Reaktor gegeben werden, wobei sich die Mischung gemäß Verfahrensschritt a) unmittelbar in dem Reaktor vor der Temperaturbehandlung ausbilden kann. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn der Dotierstoff als Gas vorliegen kann. Beispielsweise kann in diesem Fall gasförmiger Stickstoff als Dotierstoff dienen.Furthermore, insofar as a dopant is desired and this is not present in the solid granules comprising the carbon source and the silicon source and the solid granules according to method step a) is transferred to a reactor in which the temperature treatment according to process step b) takes place, the dopant as a gas be added to the reactor, wherein the mixture according to process step a) can form directly in the reactor before the temperature treatment. This may be particularly advantageous if the dopant may be present as a gas. For example, in this case, gaseous nitrogen can serve as a dopant.

Als Dotierungsmaterialien können für eine n-Dotierung bevorzugt Phosphor (P) oder Stickstoff (N) verwendet werden, oder können für eine p-Dotierung Bor (B) oder Aluminium (AI) verwendet werden. Durch die Dotierung kann dabei eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit der erzeugten Fasern eingestellt werden, was eine besonders breite Anwendungsvielfalt der erzeugten Siliziumcarbidfasern ermöglicht.As doping materials, phosphorus (P) or nitrogen (N) may be preferably used for n-type doping, or boron (B) or aluminum (Al) may be used for p-type doping. By doping can be set a sufficient electrical conductivity of the fibers produced, which allows a particularly wide variety of applications of the silicon carbide fibers produced.

Vorteilhaft bei dem hier beschriebenen Verfahren kann es insbesondere sein, dass das erzeugte Siliziumcarbid eine hohe Reinheit aufweist, so dass es Halbleitereigenschaften besitzt. Dies ist ein Vorteil gegenüber kommerziellen Fasern (z.B. SCS, silicon carbide fibers), die aufgrund ihrer begrenzten Reinheit keine Halbleitereigenschaften aufweisen, sondern ggf. nur leiten. Bei dem hier erzeugbaren Siliziumcarbid kann durch Dotierung der Majoritätsladungsträger (Elektronen oder Löcher) beeinflusst werden hinsichtlich Art und Konzentration und der energetischen Eigenschaften, wie etwa der Position des „Defect states“ in der Bandlücke.It may be advantageous in the method described here in particular that the silicon carbide produced has a high purity, so that it has semiconductor properties. This is an advantage over commercial fibers (e.g., SCS, silicon carbide fibers) which, due to their limited purity, have no semiconductor properties, but may only conduct. In the case of the silicon carbide which can be produced here, the majority charge carriers (electrons or holes) can be influenced by doping with regard to the type and concentration and the energetic properties, such as the position of the defect state in the band gap.

Gemäß Verfahrensschritt b) umfasst das Verfahren weiterhin das Behandeln des bei Verfahrensschritt a) bereitgestellten Gemisches mit einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 1650°C, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 1650°C bis ≤ 2000°C, etwa ≥ 1750°C bis ≤ 2000°C, insbesondere in einem Reaktor. In diesem Verfahrensschritt wird es ermöglicht, dass sich Siliziumcarbid aus der Kohlenstoffquelle beziehungsweise aus der Siliziumquelle des Feststoffgranulats bildet.According to method step b), the method further comprises treating the mixture provided in method step a) at a temperature in a range of ≥ 1650 ° C, for example in a range of ≥ 1650 ° C to ≤ 2000 ° C, approximately ≥ 1750 ° C to ≤ 2000 ° C, especially in a reactor. In this process step, it is possible for silicon carbide to form from the carbon source or from the silicon source of the solid granules.

Bezüglich der zu wählenden Temperatur kann gegebenenfalls eine exakte Justierung von Vorteil sein, da eine geeignete Reaktionstemperatur mit der Dotierung variieren kann. So kann beispielsweise eine vorteilhafte Reaktion bei einer Stickstoffdotierung ab 1750°C, ablaufen, eine Reaktion mit undotiertem Material ab 1800°C und bei einer Dotierung mit Aluminium ab 1850°C. Die geeignetste Temperatur ist dabei durch einfaches Prüfen der eingestellten Temperatur in dem vorgenannten Bereich justierbar.With regard to the temperature to be selected, if appropriate, an exact adjustment may be advantageous since a suitable reaction temperature may vary with the doping. Thus, for example, an advantageous reaction at a nitrogen doping from 1750 ° C, run, a reaction with undoped material from 1800 ° C and at a doping with aluminum from 1850 ° C. The most suitable temperature is adjustable by simply checking the set temperature in the aforementioned range.

Insbesondere kann bei der vorstehend beschriebenen Temperatur beziehungsweise bei einer Wahl der vorstehend beschriebenen Parametern es ermöglicht werden, dass das Edukt in die Gasphase übergeht und sich in der Gasphase Kohlenstoffspezies beziehungsweise Siliziumspezies ausbilden, welche entsprechend etwa bei einem Abscheiden miteinander reagieren und so als kristalline, insbesondere nanoskalige Fasern abgeschieden werden können.In particular, at the above-described temperature or at a choice of the parameters described above, it can be made possible that the starting material passes into the gas phase and form carbon species or silicon species in the gas phase, which react with one another accordingly in a deposition and so as crystalline, in particular Nanoscale fibers can be deposited.

Mit Bezug auf die Faserbildung kann es von Vorteil sein, dass durch das innige Gemisch von Silizium und Kohlenstoff in dem Feststoffgranulat bereits in der Gasphase unter Umständen Si2C und SiC2 vorliegen kann, was zu einer leichteren Bildung von SiC an dem Substrat führt. Es kann also direkt ein Si-C-Gas vorliegen, wobei in für den Fachmann verständlicher Weise auch andere Gaskomponenten, wie SiO oder CO vorliegen können, wobei die Gaskomponenten insbesondere auf dem Substrat zu Siliziumcarbid reagieren können.With regard to the fiber formation, it may be advantageous that Si 2 C and SiC 2 may already be present in the gas phase due to the intimate mixture of silicon and carbon in the solid granules, which leads to an easier formation of SiC on the substrate. It can therefore be directly a Si-C gas, which may be present in a manner understandable to the skilled person, other gas components, such as SiO or CO, wherein the Gas components can react in particular on the substrate to silicon carbide.

Dabei kann es ferner durch die Einstellung der Temperatur ermöglicht werden, dass das erzeugte Siliziumcarbid in besonders definierter Weise in der Form als Fasern nanokristallin ist und im Detail eine kubische 3C-Struktur des Siliziumcarbids ermöglicht wird. Insbesondere, wenn das Siliziumkarbid (SiC) als Siliziumkarbid-Einkristall, vorzugsweise als monokristallines kubisches 3C-SIC vorliegt, vereinen die einkristallinen SiliziumkarbidFasern eine hohe thermische Leitfähigkeit, was vorteilhaft sein kann für bestimmte Anwendungen.It can also be made possible by adjusting the temperature that the silicon carbide produced is nanocrystalline in a particularly defined manner in the form of fibers and in detail a cubic 3C structure of the silicon carbide is made possible. In particular, when the silicon carbide (SiC) is a silicon carbide single crystal, preferably a monocrystalline cubic 3C-SIC, the monocrystalline silicon carbide fibers combine high thermal conductivity, which may be advantageous for certain applications.

In Abhängigkeit der exakten gewählten Temperatur kann somit die konkrete Form des erzeugten Siliziumcarbids gesteuert werden. Im Detail können bei einer Einstellung der Temperatur in Verfahrensschritt b) auf einen Bereich von ca. ≥ 1750°C bis ca. ≤ 2000°C, etwa ≥ 1750°C bis ca. ≤ 1850°C, bei Normaldruck (1bar) in besonders vorteilhafter Weise nanostrukturierte Fasern des Siliziumcarbids geformt werden.Depending on the exact selected temperature thus the concrete form of the silicon carbide produced can be controlled. In detail, at a setting of the temperature in process step b) to a range of about ≥ 1750 ° C to about ≤ 2000 ° C, about ≥ 1750 ° C to about ≤ 1850 ° C, at atmospheric pressure (1bar) in particular advantageously nanostructured fibers of the silicon carbide are formed.

Die so erzeugten Fasern mit einem Durchmesser dF aus Siliziumcarbid scheiden sich dabei gemäß Verfahrensschritt c) auf einem Substrat ab. Zweckmäßiger Weise ist das Substrat beziehungsweise wenigstens eine Abscheideoberfläche desselben in fluidem Kontakt zu dem Edukt positioniert.The fibers thus produced with a diameter d F of silicon carbide deposit in accordance with method step c) on a substrate. Conveniently, the substrate or at least one deposition surface thereof is positioned in fluid contact with the educt.

Dabei kann das Ausbilden eines Temperaturgradienten von Vorteil sein, so dass das Material des Feststoffgranulats beziehungsweise das Edukt in die Gasphase übergehen kann an einer Position, die eine vergleichsweise höhere Temperatur aufweist und sich SiliziumcarbidFasern an der vergleichsweise geringeren Temperatur abscheiden können, wie etwa an einer Abscheideoberfläche. Somit kann insbesondere, um faserartiges Siliziumcarbid herzustellen, eine Abscheideoberfläche vorgesehen sein, welche verglichen zu der vorgenannten Temperatur des Edukts bei Verfahrensschritt b) eine verringerte Temperatur aufweist. Beispielsweise kann die Temperatur der Abscheideoberfläche um eine Temperatur verringert sein, die in einem Bereich von ≥ 50°C bis ≤ 100°C liegt, verglichen zu der grundsätzlich in dem Reaktor eingestellten Temperatur beziehungsweise der Temperatur des Edukts in dem vorgenannten Bereich von ≥ 1650°C, etwa bis ≤ 2000°C, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 1750°C bis ≤ 2000°C, wie etwa von ≥ 1750°C bis ≤ 1850°C. Entsprechend ist es vorgesehen, dass das Substrat auf eine Temperatur heizbar ist, die niedriger ist, als die Temperatur des Edukts um einen Temperaturbereich von ≥ 50°C bis ≤ 100°C. Dabei kann für das Erhitzen des Edukts und des Substrats eine oder eine Mehrzahl an Temperiereinheiten vorgesehen sein, wie dies nachstehend beschrieben wird.In this case, the formation of a temperature gradient may be advantageous so that the material of the solid granules or the starting material can pass into the gas phase at a position which has a comparatively higher temperature and silicon carbide fibers can deposit at the comparatively lower temperature, such as at a deposition surface , Thus, in particular, in order to produce fibrous silicon carbide, a deposition surface may be provided, which has a reduced temperature compared to the abovementioned temperature of the educt in process step b). For example, the temperature of the deposition surface may be decreased by a temperature ranging from ≥ 50 ° C to ≦ 100 ° C, as compared with the temperature basically set in the reactor and the temperature of the reactant in the aforementioned range of ≥ 1650 °, respectively C, up to ≤2000 ° C, for example, in a range of ≥1750 ° C to ≤2000 ° C, such as from ≥1750 ° C to ≤1850 ° C. Accordingly, it is provided that the substrate can be heated to a temperature which is lower than the temperature of the educt by a temperature range of ≥ 50 ° C to ≦ 100 ° C. In this case, one or a plurality of tempering units can be provided for heating the educt and the substrate, as described below.

Mit Bezug auf Fasern können dies insbesondere Gebilde sein, bei denen das Verhältnis von Länge zu Durchmesser mindestens größer oder gleich 3:1 ist, wohingegen in Abgrenzung zu Fasern bei Partikeln das Verhältnis von Länge zu Durchmesser kleiner als 3:1 ist. With regard to fibers, these may in particular be structures in which the ratio of length to diameter is at least greater than or equal to 3: 1, whereas, in contrast to fibers in the case of particles, the ratio of length to diameter is less than 3: 1.

Beispielsweise kann in der vorliegenden Anmeldung bei den Fasern das Verhältnis von Länge zu Durchmesser auch bei größer oder gleich 10:1, insbesondere größer oder gleich 100:1, beispielsweise größer oder gleich 1000:1 liegen. Beispielsweise können gezielt Fasern mit einem Durchmesser in einem Bereich von ≥ 10nm bis ≤ 3µm und einer Länge von einigen Millimetern, etwa in einem Bereich ≥ 1mm bis ≤ 20mm erzeugt werden. Dabei unterscheiden sich Fasern etwa von Nanowhiskern (Nano-Stäbchen) insbesondere durch den Biegeradius, da Stäbchen nur begrenzt biegbar sind, Fasern jedoch sehr flexibel.For example, in the present application in the case of the fibers, the ratio of length to diameter can also be greater than or equal to 10: 1, in particular greater than or equal to 100: 1, for example greater than or equal to 1000: 1. For example, it is possible to produce fibers with a diameter in a range of ≥ 10 nm to ≦ 3 μm and a length of a few millimeters, for example in a range of ≥ 1 mm to ≦ 20 mm. Fibers, for example, differ from nanowhiskers (nano-rods) in particular due to the bending radius, since rods are only limitedly bendable, but fibers are very flexible.

Bezüglich des Substrats beziehungsweise der Abscheideoberfläche ist es ferner vorgesehen, dass das Substrat beziehungsweise die Abscheideoberfläche eine Impfstruktur mit Impfbereichen aufweist, wobei die Impfbereiche zueinander beabstandet sind um einen Abstand d1, der größer ist, als der Durchmesser dF des zu erzeugenden Fasermaterials. Insbesondere diese Ausgestaltung kann dazu führen, dass Fasern in einer definierten Weise erzeugbar sind.With regard to the substrate or the deposition surface, it is further provided that the substrate or the deposition surface has a seed structure with seed regions, wherein the seed regions are spaced apart by a distance d 1 , which is greater than the diameter d F of the fiber material to be produced. In particular, this embodiment can lead to fibers can be generated in a defined manner.

Denn dadurch, dass die Impfbereiche zueinander beabstandet sind um einen Abstand d1, der größer ist, als der Durchmesser dF des zu erzeugenden Fasermaterials, ist es in besonders definierter Weise möglich, Fasern abzuscheiden. Denn es kann wirkungsvoll verhindert werden, dass die einzelnen sich abscheidenden Fasern sich gegenseitig in ihrem Wachstum behindern beziehungsweise beeinflussen und so die Form der abgeschiedenen Fasern sich in nicht oder nur schlecht beherrschbarer Weise beeinflussen. Somit kann insbesondere durch eine derartige Impfstruktur es besonders bevorzugt ermöglicht werden, dass die Fasern auf sehr definierte Weise erzeugt werden können.Because the fact that the Impfbereichen are spaced apart by a distance d 1 , which is greater than the diameter d F of the fiber material to be produced, it is possible in a particularly defined manner to deposit fibers. Because it can be effectively prevented that the individual precipitating fibers hinder each other in their growth or influence and thus influence the shape of the deposited fibers in no or only poorly controllable way. Thus, it can be particularly preferably made possible by such a seed structure that the fibers can be produced in a very defined manner.

Es kann somit sichergestellt werden, dass die eingestellten Parameter sich in definierter Weise auf das Faserwachstum auswirken und nicht etwa durch das Wachstum anderer Fasern beeinflusst wird.It can thus be ensured that the set parameters have a defined effect on the fiber growth and not influenced by the growth of other fibers.

Das vorbeschriebene Verfahren bietet den Vorteil, dass diese das Herstellen von qualitativ äußerst hochwertigem Siliziumcarbid in Faserform ermöglicht wird, da sehr definierte Bedingungen einstellbar sind. Die eingestellten Parameter sind dabei nicht nur definiert einstellbar, sondern darüber hinaus auch problemlos an das gewünschte Anwendungsgebiet anpassbar, so dass ferner nicht nur qualitativ hochwertige sondern ferner besonders anpassbare beziehungsweise variable Siliziumcarbid-Kristalle erzeugt werden können. Die hierzu einzustellenden Parameter umfassen beispielsweise die gewählte Temperatur innerhalb des Reaktors beziehungsweise in dem Reaktionsraum und die gewählte Temperatur des Substrats, einschließlich des gewählten Temperaturgradienten zwischen Reaktionsraum und Substrat.The above-described method offers the advantage that it enables the production of qualitatively extremely high-quality silicon carbide in the form of fibers, since very defined conditions can be set. The set parameters are not only adjustable adjustable, but also easily adaptable to the desired field of application, so that further not only qualitatively high quality but also very customizable or variable silicon carbide crystals can be produced. The parameters to be set for this include, for example, the selected temperature within the reactor or in the reaction space and the selected temperature of the substrate, including the selected temperature gradient between the reaction space and the substrate.

Ein weiterer Vorteil, etwa im Hinblick auf eine Verwendung in Li-Ionen Batterien, kann etwa sein, dass man die Fasern ggf. direkt auf einem Kohlenstoff-Filz oder einer Kohlenstoff-Folie oder einem anderen Substrat wachsen lassen kann und dieses dann direkt weiterverarbeiten kann im Bauteil, etwa der Batterie. Auf weitere Separations-, Aufreinigungs- und/oder Befestigungsprozesse kann dabei verzichtet werden.Another advantage, for example with regard to use in Li-ion batteries, may be that the fibers may possibly be allowed to grow directly on a carbon felt or a carbon foil or another substrate and then be further processed directly in the component, such as the battery. Further separation, purification and / or attachment processes can be dispensed with.

Durch eine geeignete Auswahl der anzuwendenden Parameter lassen sich auf einfache und definierte Weise die Eigenschaften der erzeugten Siliziumcarbid-Kristalle einstellen, wie etwa der Durchmesser von erzeugten kristallinen Fasern, deren Länge und kristalline Qualität.By a suitable selection of the parameters to be used, the properties of the produced silicon carbide crystals can be set in a simple and defined manner, such as the diameter of crystalline fibers produced, their length and crystalline quality.

Die Erzeugung der entsprechenden Hitze bei Verfahrensschritt b) kann beispielsweise erfolgen indirekt durch Widerstandsheizer aus Graphit oder Molybdänsilizid oder besonders bevorzugt direkt mittels Induktion, wie dies nachstehend in größerem Detail beschrieben ist.The generation of the corresponding heat in process step b) can, for example, be carried out indirectly by resistance heaters made of graphite or molybdenum silicide or more preferably directly by induction, as described in more detail below.

Ferner kann es bevorzugt sein, wenn die Hochtemperaturbehandlung gemäß Verfahrensschritt b) unter Sauerstoffausschluss erfolgt, insbesondere in einer Argonatmosphäre.Furthermore, it may be preferred if the high-temperature treatment according to method step b) takes place with exclusion of oxygen, in particular in an argon atmosphere.

Bezüglich der einzusetzenden Temperaturen sollten diese, wie vorstehend angedeutet, bei wenigstens 1650°C, etwa wenigstens 1750°C liegen. Diesbezüglich sollte sichergestellt sein, dass die gewählte Temperatur nicht zu hoch oder zu tief ist, so dass sich wie gewünscht kristallines Siliziumcarbid abscheidet und dieses nicht vorher ausfällt oder amorph abgeschieden wird, oder in einer Hochtemperaturform von SiO2, wie etwa Christobalit. Vorzugsweise liegt die Temperatur des Substrats bei nicht unterhalb von 1750 °C, wobei das Substrat ungefähr 50°C bis 100°C kühler sein sollte, als das Edukt.With regard to the temperatures to be used, these should, as indicated above, be at least 1650 ° C., at least approximately 1750 ° C. In this regard, it should be ensured that the chosen temperature is not too high or too low so that crystalline silicon carbide precipitates as desired and does not precipitate or amorphously deposit or in a high temperature form of SiO 2 such as Christobalite. Preferably, the temperature of the substrate is not below 1750 ° C, the substrate should be about 50 ° C to 100 ° C cooler than the educt.

Dabei können Temperaturgradienten, Aufheizrampen, Haltezeiten und Abkühldynamiken als Parameter einstellbar sein. Diese können das Faserwachstum weiter positiv beeinflussen. Zusätzlich zu den bereits genannten Parametern können geeignete Aufheizrampen etwa in einem Bereich von 500°C/min bis 100°C/Stunde liegen und kann das gebildete Siliziumcarbid etwa abkühlbar sein auf Raumtemperatur in einem Bereich von 15-20 Minuten.Temperature gradients, heating ramps, hold times and cooling dynamics can be set as parameters. These can further positively influence fiber growth. In addition to the parameters already mentioned, suitable heating ramps may be in the approximate range of 500 ° C./min to 100 ° C./hour, and the silicon carbide formed may be approximately coolable to room temperature in a range of 15-20 minutes.

Mit Bezug auf die auf der Abscheideoberfläche vorgesehenen Impfbereiche, welche auch als Seedpoints bezeichnet werden können, können ferner die folgenden Ausgestaltungen von Vorteil sein.Further, with respect to the seed areas provided on the deposition surface, which may also be referred to as seed points, the following configurations may be advantageous.

Die Impfstrukturen können als Impfbereiche insbesondere definiert ausgestaltete topologische, morphologische oder chemische Inhomogenitäten umfassen, die auf der Abscheideoberfläche vorgesehen sind, wobei nur einzelne eine beliebige Kombination oder sämtliche der vorgenannten Inhomogenitäten des Materials der Abscheideoberfläche vorliegen können. Diese Inhomogenitäten können ferner die Impfbereiche der Impfstruktur ausbilden. Somit können grundsätzlich und unabhängig von der konkreten Ausgestaltung die Impfbereiche die Bereiche, wie etwa Punkte, sein, an denen Fasern aufwachsen, wohingegen die Impfstrukturen eine oder mehrere der Impfbereiche aufweisen.The seed structures may comprise, as seed regions, in particular defined topological, morphological or chemical inhomogeneities provided on the deposition surface, wherein only individual ones of any combination or all of the aforementioned inhomogeneities of the material of the deposition surface may be present. These inhomogeneities may also form the seed sites of the seed structure. Thus, basically and independently of the specific embodiment, the seed areas may be the areas where fibers grow, such as spots, whereas the seed structures have one or more of the seed areas.

Unter einer topologischen Inhomogenität kann insbesondere verstanden werden eine Oberflächenstrukturierung des Substrats beziehungsweise der Abscheideoberfläche. Beispielswiese kann eine Strukturierung der Oberfläche des Substrats beziehungsweise der Abscheideoberfläche in verschiedenen Größenordnungen im Nano- beziehungsweise Makrobereich erfolgen. Im einfachsten Fall kann dies etwa eine Oberflächenrauigkeit oder Oberflächenporosität sein. Erzeugbar sein kann eine topologische Inhomogenität insbesondere durch Laserablation, oder Ätzen mittels fokussiertem Ionenstrahl („Focused ion Beam Etching“) oder chemisches Ätzen („chemical Etching“) ermöglicht werden. Dadurch können besonders definiert gezielte Strukturen beziehungsweise Muster an der Abscheideoberfläche ermöglicht werden, wie etwa Punkte, Säulen, Pyramiden, Linien, Raster, Carpets oder andere. Dadurch können die Impfbereiche besonders definiert sein, was wiederum das Faserwachstum besonders definiert ermöglichen kann.A topological inhomogeneity can be understood as meaning, in particular, a surface structuring of the substrate or of the deposition surface. For example, a structuring of the surface of the substrate or of the deposition surface can take place in various sizes in the nano- or macro-range. In the simplest case, this may be about a surface roughness or surface porosity. Being producible, a topological inhomogeneity can be made possible in particular by laser ablation, or focused ion beam etching or chemical etching. As a result, specifically defined structures or patterns on the deposition surface can be made possible, such as points, columns, pyramids, lines, screens, carpets or others. As a result, the vaccination areas can be particularly defined, which in turn can allow defined fiber growth in particular.

Unter einer morphologischen Inhomogenität kann ferner insbesondere verstanden werden ein Strukturdefekt des Substrats beziehungsweise des an der Abscheideoberfläche vorliegenden Materials. Ein Beispiel kann etwa sein eine Versetzung der Abscheideoberfläche beziehungsweis des Materials hiervon mit Siliziumcarbid. Weitere Beispiele umfassen etwa bei Mehrphasensystemen Orte einer bestimmten Phase, Phasenorientierungen oder Fremdmaterialien. Insbesondere Fremdmaterialien eignen sich sehr gut, um das Faserwachstum zu begünstigen. Ein Beispiel ist hier etwa die Dekoration der Oberfläche mit Metallpartikeln, die etwa gemäß dem VLS-Mechanismus („Vapour-liquid-solid-Mechanismus“) als Schmelztropfen an der Spitze der Faser als Wachstumsfront fungieren. Beispiele umfassen etwa auch Dotierstoffe, wie etwa Aluminium oder weitere Metalle oder Materialien, die katalytisch auf das eindimensionale Wachstum wirken. Kondensation von Siliziumcarbid auf eine bestimmte Kristallfläche kann hier energetisch begünstigt sein, wie etwa auf Salze, Metalle oder Keramikpartikel. Eine weitere Möglichkeit wäre eine Dekorierung des Substrats beziehungsweise der Abscheideoberfläche mit Siliziumcarbid, etwa mit Siliziumcarbidpartikeln, beispielsweise auf einem Graphitsubstrat. Durch die vergleichsweise weiche Oberfläche des Substrats können die vergleichsweise harten Siliziumcarbidpartikel in die Abscheideoberfläche eingedrückt und so fixiert werden. In einer beispielhaften Anwendung kann dies etwa realisierbar sein, indem eine Abscheideoberfläche etwa aus Graphit mit einer Paste aufweisend Siliziumcarbidpartikel poliert wird. Vorteilhafter könnte es jedoch sein, dass hochreine, etwa einkristalline, Siliziumcarbidpartikel auf die Oberfläche aufgebracht werden. Somit könnten auch Siliziumcarbidpartikel als Impfbereiche das Faserwachstum begünstigen. Auch in dieser Ausgestaltung können die Impfbereiche besonders definiert sein, was wiederum das Faserwachstum besonders definiert ermöglichen kannIn addition, morphological inhomogeneity can be understood as meaning, in particular, a structural defect of the substrate or of the material present on the deposition surface. An example may be an offset of the deposition surface or material thereof with silicon carbide. Other examples include multi-phase system locations of a particular phase, phase orientations, or foreign materials. In particular, foreign materials are very well suited to favor fiber growth. An example here is the decoration of the surface with metal particles, which according to the VLS mechanism ("vapor-liquid-solid mechanism") as a melting droplet at the top of the Fiber act as a growth front. Examples include, for example, dopants, such as aluminum or other metals or materials that catalytically act on the one-dimensional growth. Condensation of silicon carbide on a particular crystal surface may be energetically favored here, such as salts, metals or ceramic particles. Another possibility would be a decoration of the substrate or of the deposition surface with silicon carbide, for example with silicon carbide particles, for example on a graphite substrate. Due to the comparatively soft surface of the substrate, the comparatively hard silicon carbide particles can be pressed into the deposition surface and thus fixed. In an exemplary application, this can be realized, for example, by polishing a deposition surface made of graphite, for example, with a paste containing silicon carbide particles. However, it could be more advantageous for highly pure, for example monocrystalline, silicon carbide particles to be applied to the surface. Thus, silicon carbide particles could also promote fiber growth as seed areas. Also in this embodiment, the seed areas can be particularly defined, which in turn can allow specifically defined fiber growth

Mit Bezug auf chemische Inhomogenitäten kann darunter im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere verstanden werden, dass eine lokal begrenzte Deposition atomarer Monolagen vorliegt, also insbesondere einer bestimmten Verbindung auf der Substratoberfläche beziehungsweise Abscheideoberfläche. Beispiele umfassen etwa eine Graphenabscheidunng auf einem Siliziumcarbidsubstrat oder eine auf Impfbereiche lokal begrenzte Veränderung der chemischen Oberflächen-Terminierung. Beispiele umfassen etwa die Behandlung von Graphit mit Salpetersäure, was die Oberfläche reaktiv und benetzungsfähig macht. Eine derartige Behandlung kann die Adsorption von Siliziumcarbid beeinflussen. Grundsätzlich kann durch chemische Inhomogenitäten etwa ein Unterschied in der Oberflächenenergie, Oberflächenchemie oder Oberflächenreaktivität ermöglicht werden. Beispiele zum Aufbringen der Inhomogenitäten beispielsweise durch Aufbringen von Salpetersäure oder selbstorganisierenden Monolagen (self-assembled monolayers) umfassen etwa Tauchverfahren, Sprühverfahren, spin coating, etc. Dann reichen die Kontrolle von Expositionsdauer und/oder Lösungskonzentration aus, um einzustellen, wie viel Oberfläche reagiert hat. Weitere Möglichkeit ist ggf. auch noch mit einem Fotolack (photoresist) Abdeckung lokale Exposition ermöglichen.With regard to chemical inhomogeneities, in the sense of the present invention, it may be understood in particular that there is a locally limited deposition of atomic monolayers, that is to say in particular a specific compound on the substrate surface or deposition surface. Examples include, for example, graphene deposition on a silicon carbide substrate or localized localization of chemical surface termination on seed sites. Examples include treatment of graphite with nitric acid, which renders the surface reactive and wettable. Such treatment may affect the adsorption of silicon carbide. In principle, a difference in surface energy, surface chemistry or surface reactivity can be made possible by chemical inhomogeneities. Examples of applying the inhomogeneities, for example, by applying nitric acid or self-assembled monolayers include, for example, dipping, spraying, spin coating, etc. Then, the control of exposure time and / or solution concentration is sufficient to adjust how much surface area has reacted , Another possibility is possibly even with a photoresist (photoresist) cover to allow local exposure.

Es kann weiterhin bevorzugt sein, die Impfbereiche einen Abstand in einem Bereich von ≥ 20 nm bis ≤ 100µm, etwa von ≥ 50 nm bis ≤ 20µm, beispielsweise von ≥ 50 nm bis ≤ 100µm, zueinander aufweisen. Insbesondere in dieser Ausgestaltung können Fasern einer vorteilhaften Dicke erzeugbar sein, welche eine Vielzahl von Anwendungen ermöglichen können.It may further be preferred that the seed regions have a spacing in a range from ≥ 20 nm to ≦ 100 μm, for example from ≥ 50 nm to ≦ 20 μm, for example from ≥ 50 nm to ≦ 100 μm, relative to one another. In particular, in this embodiment, fibers of an advantageous thickness can be produced, which can make a variety of applications possible.

Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Impfbereiche die Abscheideoberfläche des Substrats überdecken in einem Bereich von größer oder gleich 5 % bis kleiner oder gleich 74 %, bezogen die gesamte Abscheideoberfläche. In dieser Ausgestaltung kann das Faserwachstum besonders bevorzugt ermöglicht werden, da die Impfpunkte das Faserwachstum begünstigen, jedoch die Anzahl der Impfbereiche nicht zu hoch ist, so dass bei der begrenzten Anzahl der Impfbereiche sich das Siliziumcarbid gezielt an den Fasern abscheiden. Insbesondere können die vorbeschriebenen Werte abhängig sein, von den einzustellenden Parametern beziehungsweise können die zu wählenden Parameter bei dem Betreiben der Vorrichtung in Abhängigkeit der Überdeckung der Abscheideoberfläche mit Impfbereichen gewählt werden.It may further be preferred that the seed areas cover the deposition surface of the substrate in a range of greater than or equal to 5% to less than or equal to 74%, based on the total deposition surface area. In this embodiment, the growth of fibers may be particularly preferably made possible because the seed points favor fiber growth, but the number of seed regions is not too high, so that with the limited number of seed regions, the silicon carbide will selectively deposit on the fibers. In particular, the above-described values can be dependent on the parameters to be set or the parameters to be selected can be selected when operating the device as a function of the overlap of the deposition surface with seed regions.

Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass das in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Edukt bereitgestellt wird unter Verwendung eines Sol-Gel-Prozesses.It may further be preferred that the educt provided in process step a) is provided using a sol-gel process.

Unter einem Sol-Gel-Prozess ist dabei in an sich bekannter Weise ein derartiger Prozess zu verstehen, bei dem Ausgangsstoffe der zu erzeugenden Verbindung, die sogenannten Präkursoren, in einem Lösungsmittel vorliegen. Im Verlaufe des Verfahrens reagiert der Präkursor und bildet durch Polykondensation zunächst Partikel beispielsweise einer Größe von <10nm, im Lösungsmittel, was als Sol bezeichnet wird. Durch deren anschließende Vernetzung, durch Alterung oder Temperaturbehandlung wie bei 60°C bildet sich ein sogenanntes Gel aus, welches etwa ein zusammengewachsenes Netzwerk der in dem Sol agglomerisierten Partikel aufweisen kann, wobei sich in den Zwischenbereichen der Partikel Lösungsmittel eingelagert haben kann. Aus dem Gel kann durch weitere Behandlung, insbesondere Temperaturbehandlung, insbesondere Trocknung und Sinterung, ein Feststoff entstehen. Dieser Feststoff kann somit durch die Auswahl der Präkursoren, welche die Ausgangssubstanzen des Sol-Gel-Prozesses sind, definiert werden und enthält die Kohlenstoffquelle und die Siliziumquelle für die Siliziumcarbidbildung und kann ferner gegebenenfalls einen Dotierstoff zum Dotieren des Siliziumcarbids enthalten, welcher bereits bei der Zubereitung des Sols zugegeben werden kann.A sol-gel process is to be understood in a manner known per se as such a process in which starting materials of the compound to be produced, the so-called precursors, are present in a solvent. In the course of the process, the precursor reacts and, by polycondensation, first forms particles, for example of a size of <10 nm, in the solvent, which is referred to as a sol. As a result of their subsequent crosslinking, aging or temperature treatment, as at 60 ° C., a so-called gel is formed, which may have, for example, a coalesced network of the particles agglomerated in the sol, it being possible for solvent to be incorporated in the intermediate regions of the particles. From the gel, a solid can be formed by further treatment, in particular temperature treatment, in particular drying and sintering. This solid can thus be defined by the selection of the precursors, which are the starting materials of the sol-gel process, and contains the carbon source and the silicon source for silicon carbide formation, and may optionally further contain a dopant for doping the silicon carbide already present in the preparation of the sol can be added.

Auch der Sol-Gel-Prozess kann dabei vollständig oder zumindest teilweise in einer Schutzatmosphäre, wie insbesondere in einer Argonatmosphäre, ablaufen.The sol-gel process can also be carried out completely or at least partially in a protective atmosphere, in particular in an argon atmosphere.

Ferner kann als Produkt des Sol-Gel-Prozesses insbesondere das in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Edukt anfallen. Furthermore, the product of the sol-gel process can in particular be the starting material provided in process step a).

Bezüglich des Sol-Gel-Prozesses kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass dieser zumindest die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

  • d) Bereitstellen eines Präkursorgemisches mit einer Siliziumquelle, einer Kohlenstoffquelle und gegebenenfalls einem Dotierstoff, wobei das Präkursorgemisch in einem Lösungsmittel vorliegt;
  • e) Behandeln des Präkursorgemisches bei erhöhter Temperatur unter Trocknung des Präkursorgemisches; und
  • f) gegebenenfalls Erhitzen des getrockneten Präkursorgemisches auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 800°C bis ≤ 1200°C, insbesondere in einem Bereich von ≥ 900°C bis ≤ 1100°C.
With regard to the sol-gel process, it may preferably be provided that it has at least the following process steps:
  • d) providing a precursor mixture comprising a silicon source, a carbon source, and optionally a dopant, wherein the precursor mixture is in a solvent;
  • e) treating the precursor mixture at elevated temperature while drying the precursor mixture; and
  • f) optionally heating the dried precursor mixture to a temperature in a range of ≥ 800 ° C to ≤ 1200 ° C, in particular in a range of ≥ 900 ° C to ≤ 1100 ° C.

Durch die vorbeschriebenen Prozessschritte kann in sehr definierter und reproduzierbarer Weise das Edukt gemäß Verfahrensschritt a) derart bereitgestellt werden, dass dieses bei einer Temperaturbehandlung beziehungsweise einem Abscheiden auf dem Substrat Siliziumcarbid in Faserform ausbilden kann.The educt according to method step a) can be provided in a very defined and reproducible manner by the above-described process steps in such a way that it can form silicon carbide in fiber form during a temperature treatment or a deposition on the substrate.

In einem ersten Schritt erfolgt gemäß Verfahrensschritt d) die Präkursor-Lösung-Präparation. Dabei wird bei dem Präkursor, der der Ausgangsstoff für den Sol-Gel-Prozess ist, bevorzugt ein Molverhältnis von Kohlenstoff zu Silizium von 4:1, jedenfalls in einem molaren Überschuss von Kohlenstoff, erzeugt, um so nicht nur die Stöchiometrie der Reaktion zu ermöglichen sondern ferner um durch den Kohlenstoff-Überschuss die Reduktion zu begünstigen. Beispielsweise kann als Kohlenstoffquelle ein Kohlenhydrat, wie etwa Saccharose, verwendet werden und kann als Siliziumquelle Tetraoxysiloxan (TEOS) eingesetzt werden. Dabei können die Substanzen in einem Lösungsmittel, wie etwa Ethanol oder Wasser, vermischt werden. Die Konzentrationen der eingesetzten Substanzen beeinflusst meist nicht die Reaktion, allerdings kann die Konzentration einen Einfluss auf den folgenden Schritt haben, die Bildung eines Sols.In a first step, according to method step d), the precursor solution preparation takes place. In this case, in the precursor, which is the starting material for the sol-gel process, preferably a molar ratio of carbon to silicon of 4: 1, at least in a molar excess of carbon generated, so as not to allow only the stoichiometry of the reaction but also to favor the reduction by the carbon excess. For example, a carbohydrate such as sucrose may be used as the carbon source, and tetraoxysiloxane (TEOS) may be used as the silicon source. At this time, the substances may be mixed in a solvent such as ethanol or water. The concentrations of the substances used usually do not affect the reaction, but the concentration may have an influence on the following step, the formation of a sol.

So ist beispielsweise eine hochkonzentrierte Lösung dickflüssiger und geliert schneller und eignet sich daher gut, um ein Granulat als Edukt gemäß Verfahrensschritt a) zu erzeugen, was für eine Faserherstellung des Siliziumcarbids von Vorteil sein kann. Ist die Lösung dagegen geringer konzentriert und damit dünnflüssiger, kann diese etwa zum ein- oder mehrfachen Infiltrieren von porösen Strukturen verwendet werden oder zum Beschichten von Substraten. Letzteres kann für eine alternierend dotierte Multilayerstruktur geeignet sein, welche etwa für charge-transfer-Prozesse in elektronischen oder katalytischen Anwendungen von Vorteil sein kann. In beiden Fällen können dabei Siliziumcarbidfasern erzeugt werden. Beispielsweise können die Fasern so mehrschichtig sein, etwa mit einer inneren, N-dotieren Schicht und einer äußeren, Al-dotierten Schicht, oder auch als segmentierte Fasern wachsen.Thus, for example, a highly concentrated solution is thicker and gelled faster and therefore is well suited to produce a granulate as starting material according to process step a), which may be advantageous for fiber production of silicon carbide. On the other hand, if the solution is less concentrated and thus less viscous, it can be used, for example, for single or multiple infiltration of porous structures or for coating substrates. The latter may be suitable for an alternately doped multilayer structure, which may be advantageous for example for charge transfer processes in electronic or catalytic applications. In both cases, silicon carbide fibers can be produced. For example, the fibers may be so multi-layered, such as with an inner, N-doped layer and an outer, Al-doped layer, or grow as segmented fibers.

Somit kann es insbesondere unter Verwendung eines Sol-Gel-Prozesses möglich sein, dass das eine Abscheideoberfläche Teil eines porösen Substrats ist, also etwa zum Teil als innere Oberfläche des Substrats vorliegt, oder dass eine Abscheideoberfläche Teil eines geschlossenen Substrats ist, also als äußere Oberfläche des Substrats vorliegt. Bei letzterem Fall kann die Abscheideoberfläche somit insbesondere eben sein. In anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass das Substrat zumindest teilweise porös ist, wobei die Faserbildung zumindest teilweise innerhalb der Poren des Substrats stattfindet und/oder dass das Substrat zumindest zum Teil geschlossen ist, also eine zumindest zum Teil geschlossene Abscheideoberfläche aufweist.Thus, in particular, using a sol-gel process, it may be possible for the one deposition surface to be part of a porous substrate, ie, for instance to exist in part as an inner surface of the substrate, or for a deposition surface to be part of a closed substrate, ie as an outer surface of the substrate is present. In the latter case, the Abscheidenoberfläche thus be particularly flat. In other words, it can be provided that the substrate is at least partially porous, wherein the fiber formation takes place at least partially within the pores of the substrate and / or that the substrate is at least partially closed, ie has an at least partially closed Abscheideoberfläche.

Als Katalysator kann insbesondere eine in dem Lösungsmittel vorliegende Säure dienen, wie beispielsweise Salzsäure. Die Menge des Katalysators bezogen auf den Siliziumpräkursor beeinflusst die Geliergeschwindigkeit, also sie molekulare Bildung von Silikatnetzwerken statt eines Partikelwachstums. Diese Unterschiede können auch Auswirkungen auf das Siliziumcarbid-Endprodukt haben. Beispielhaft kann ein Mol-Verhältnis von TEOS zu Wasser zu Saccharose zu Salzsäure bei 1 zu 6,5 zu 0,3 zu 0,06 liegen, um in dem weiteren Prozess besonders vorteilhaft Fasern aus Siliziumcarbid zu erzeugen.The catalyst used may in particular be an acid present in the solvent, for example hydrochloric acid. The amount of catalyst relative to the silicon precursor affects the gelation rate, that is, molecular formation of silicate networks rather than particle growth. These differences can also affect the silicon carbide end product. By way of example, a molar ratio of TEOS to water to sucrose to hydrochloric acid may be 1 to 6.5 to 0.3 to 0.06 in order to produce fibers of silicon carbide particularly advantageously in the further process.

Insoweit die zu erzeugende Siliziumcarbid-Faser dotiert werden soll, kann bereits bei der Solbildung ein Dotierstoff hinzugegeben werden. Grundsätzlich eignen sich jegliche Dotierungssubstanzen beziehungsweise Dotierstoffe, die in dem entsprechenden Lösungsmittel, wie etwa Ethanol der Wasser, zumindest zum Teil löslich oder dispergierbar sind. Ferner sollte der Dotierstoff bei den folgenden Verfahrensschritten, also auch unter vergleichsweise großer Hitze, nicht flüchtig sein, verdampfen oder sublimieren oder sich sonst zersetzen, da die weiteren Reaktionsschritte sonst nicht entsprechend durchführbar wären.Insofar as the silicon carbide fiber to be produced is to be doped, a dopant can be added even during the sol formation. In principle, any doping substances or dopants which are at least partially soluble or dispersible in the corresponding solvent, such as, for example, ethanol of the water, are suitable. Furthermore, in the subsequent process steps, ie even under comparatively high heat, the dopant should not be volatile, evaporate or sublime or otherwise decompose, since otherwise the further reaction steps would not be feasible.

Beispiele für Dotierstoffe umfassen etwa die obenstehend Genannten.Examples of dopants include, for example, those mentioned above.

Mit Bezug auf das Verwenden von Aluminium, etwa als Pulver, kann es der Fall sein, dass dieses durch den Katalysator, etwa Salzsäure, aufgelöst wird und sich AlCl3 ausbildet. Allerdings werden je nach Größe der Aluminiumpartikel diese gegebenenfalls nicht ganz aufgelöst sondern durch eine AlCl3-Hülle um einen Aluminiumkern geschützt, so dass diese bis zu der nachfolgenden Hochtemperaturbehandlung, also Verfahrensschritt b) intakt bleiben, wobei entsprechende Partikel als sogenannte „growth front“ gemäß der vapourliquid-solid-Theorie das Faserwachstum in Verfahrensschritt c) bevorzugen könnte.With respect to using aluminum, such as a powder, it may be the case that it is dissolved by the catalyst, such as hydrochloric acid, and AlCl 3 is formed. Indeed Depending on the size of the aluminum particles, these may not be completely dissolved but are protected by an AlCl 3 shell around an aluminum core, so that they remain intact until the subsequent high-temperature treatment, ie process step b), with corresponding particles being referred to as "growth front" according to US Pat vapourliquid-solid theory could prefer the fiber growth in process step c).

Weitere Möglichkeiten, um das Faserwachstum positiv zu beeinflussen, umfassen etwa Alkoxide des entsprechenden Dotierstoffs, welche zusätzlich in das sich ausbildende Gitter des Siliziumcarbids einbauen, da sie verglichen mit dem Silizium-Präkursor eine ähnliche Struktur aufweisen und so in das Sol beziehungsweise in das Gel als Dotierung eingebaut werden.Other ways of positively influencing fiber growth include, for example, alkoxides of the corresponding dopant, which additionally incorporate into the forming lattice of silicon carbide, since they have a similar structure compared to the silicon precursor and thus into the sol or the gel as Doping be incorporated.

In einem nächsten Schritt erfolgt die vorstehend bereits angedeutete Präkursor-Sol Verarbeitung mit nachfolgender Gelation beziehungsweise Gelierung und Trocknung gemäß Verfahrensschritt e). Die Gelierung kann nach Ansetzen des Sols insbesondere zwei Schritte sein, nämlich zunächst eine Behandlung etwa bei 60°C, beispielsweise in einem geschlossenen Behälter, und anschließend etwa bei ≥ 60°C bis ≤ 120°C.In a next step, the above-indicated precursor sol processing with subsequent gelation or gelation and drying according to process step e) takes place. After the sol has been applied, the gelation can be in particular two steps, namely first a treatment at about 60 ° C., for example in a closed container, and then at about ≥ 60 ° C. to ≦ 120 ° C.

Das wie vorstehend beschrieben erzeugte Sol kann je nach Viskosität zum Infliltrieren, Beschichten oder der Produktion von Volumenmaterial, also etwa zum Erzeugen von Siliziumcarbidfasern an einem ebenen beziehungsweise geschlossenen Substrat, verwendet werden. Insbesondere vergleichsweise dickflüssige Lösungen beziehungsweise Sole können unmittelbar im Reaktionsgefäß zur Herstellung von Präkursor-Granulat geliert werden. Mit vergleichsweise dünnflüssigen Solen können glatte, Strukturierte oder nano- oder mikro- oder makroporöse Substrate etwa aus Kohlenstoff infiltriert werden. Beispielsweise können hier genannt werden Glaskohlenstoffsubstrate, Kohlefasertextilien, Graphitkörper oder Glaskohlenstoffschäume. Da besonders eine poröse Struktur eine hohe beziehungsweise große Oberfläche bereitstellt, hätte der hierauf abgeschiedene Präkursor die Möglichkeit, in den weiteren Schritten sehr effizient und definiert zu reagieren und die für Siliziumcarbidwachstum notwendigen Reaktionsgase zu erzeugen. Bei gleichzeitig vorliegenden lokalen Inhomogenitäten der Struktur des Materials der porösen Struktur im Sinne von den vorstehend beschriebenen Impfbereichen kann in solchen infiltrierten Strukturen das Faserwachstum bevorzugt und effizient erfolgen. Für einen Temperaturgradienten kann das Substrat am Übergang zu einer kühleren Zone positioniert sein, oder können die Fasern aufgrund lokaler Fluktuationen oder beim Abkühlen des Reaktors, etwa des Tiegels, wachsen.Depending on the viscosity, the sol produced as described above can be used for the purpose of infiltrating, coating or producing bulk material, for example for producing silicon carbide fibers on a planar or closed substrate. In particular, relatively thick solutions or sols can be gelled directly in the reaction vessel for the preparation of precursor granules. With comparatively low-viscosity sols, smooth, structured or nano- or microporous or macroporous substrates can be infiltrated from carbon, for example. For example, glassy carbon substrates, carbon fiber textiles, graphite bodies or glassy carbon foams can be mentioned here. Since a porous structure in particular provides a high or large surface, the precursor deposited thereon would have the possibility of reacting in a very efficient and defined manner in the further steps and of generating the reaction gases necessary for silicon carbide growth. In the case of simultaneous local inhomogeneities of the structure of the material of the porous structure in the sense of the vaccination regions described above, fiber growth in such infiltrated structures can be carried out in a preferred and efficient manner. For a temperature gradient, the substrate may be positioned at the junction to a cooler zone, or the fibers may grow due to local fluctuations or cooling of the reactor, such as the crucible.

Beispielsweise könnte eine poröse Struktur vorab vor der Behandlung mit dem Präkursorsol mit Metallpartikeln dekoriert werden, um nachfolgend die Faserbildung zu steuern. Dies kann beispielsweise erfolgen gemäß dem vapour-solid-Mechanismus mit Metalltropfen als growth front.For example, a porous structure could be pre-decorated with metal particles prior to treatment with the precursor sol to subsequently control fiber formation. This can be done, for example, according to the vapour-solid mechanism with metal drops as a growth front.

Bezüglich der Gelierung ist bei diesem Verfahrensschritt das zuvor erzeugte Sol in der porösen Struktur oder auch in einem insbesondere geschlossenen Gefäß einer erhöhten Temperatur ausgesetzt. Dabei sollten zwei Prozesse ablaufen, nämlich zum Einen eine Netzwerkbildung des Silikats und zum anderen die Reduktion der Kohlenstoffverbindung, wie beispielsweise die Spaltung und Reduktion der Saccharose durch den Katalysator, wie etwa Salzsäure, und Wärme. Die Netzwerkbildung kann etwa bei 60°C für mehr als 12 Stunden ablaufen, wohingegen ein weiterer Schritt bei 60-120°C für 4 Stunden oder mehr ablaufen kann. Da die gewählten Bedingungen das Endprodukt beeinflussen können, kann eine mehrstufige Reaktion von Vorteil sein. Somit kann das Behandeln unter erhöhter Temperatur zunächst ein Behandeln in einem Bereich von ≥ 40°C bis < 90°C ablaufen und der zweite Schritt bei Temperaturen von ≥ 60°C bis ≤ 120°C, etwa bei ≥ 90°C bis ≤ 120°C. Die Gelierung kann in einem geschlossenen Behälter ablaufen.With regard to the gelation, in this process step the previously produced sol is exposed to an elevated temperature in the porous structure or even in a particularly closed vessel. There should be two processes, namely, a network formation of the silicate and the other the reduction of the carbon compound, such as the cleavage and reduction of sucrose by the catalyst, such as hydrochloric acid, and heat. The network formation may proceed at about 60 ° C for more than 12 hours whereas another step may proceed at 60-120 ° C for 4 hours or more. Since the chosen conditions can affect the final product, a multi-step reaction may be beneficial. Thus, treatment at elevated temperature may first be treated in a range of ≥ 40 ° C to <90 ° C, and the second step at temperatures of ≥ 60 ° C to ≤ 120 ° C, such as ≥ 90 ° C to ≤ 120 ° C. The gelation can take place in a closed container.

Nach den beiden vorgenannten Schritten kann sich ein weiterer Schritt anschließen, eine Trocknung des Gels. Bei der Trocknung kann etwa das Gefäß geöffnet werden und das Lösungsmittel kann durch eine Temperaturbehandlung bei oder über dem Siedepunkt verdampfen. Da sich die Gelstruktur durch Kapillarkräfte des ausströmenden Lösungsmittels verdichtet, kann es je nach Bedingung, wie etwa Temperatur und Zeit, zur Bildung von dichten Strukturen auf der einen Seite oder aber zu Poren, Rissen oder dem Zerfall in Granulatkörner verschiedener Größe kommen. Ferner schreitet bei dem Trocknungsprozess der Zerfall des Kohlenhydrats fort. Die gewählten Bedingungen können dabei ausschlaggebend sein für die Eigenschaften des zu erzeugenden Fasermaterials aus Siliziumcarbid. Beispielsweise kann ein Trocknen erfolgen für 24 Stunden bei Temperaturen von ≥ 100°C bis ≤ 160°C. Die Zeitdauer und die Temperaturen können abhängig sein von dem verwendeten Lösungsmittel beziehungsweise seinem Siedepunkt, und der Temperatur und der Dauer des zuvor genannten Schritts.After the two aforementioned steps, a further step may follow, a drying of the gel. During drying, for example, the vessel can be opened and the solvent can evaporate by means of a temperature treatment at or above the boiling point. Depending on the condition, such as temperature and time, the formation of dense structures on the one side or pores, cracks or disintegration into granules of various sizes may occur because the gel structure condenses due to capillary forces of the outflowing solvent. Further, in the drying process, the decomposition of the carbohydrate proceeds. The chosen conditions can be decisive for the properties of the fiber material to be produced from silicon carbide. For example, drying can take place for 24 hours at temperatures of ≥ 100 ° C to ≦ 160 ° C. The duration and the temperatures may be dependent on the solvent used or its boiling point, and the temperature and the duration of the aforementioned step.

Das wie vorstehend beschrieben erzeugt Gel kann anschließend gemäß Verfahrensschritt f) bei einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 800°C bis ≤ 1200°C, insbesondere in einem Bereich von ≥ 900°C bis ≤ 1100°C gesintert werden. Dabei kann es von Wichtigkeit sein, dass bei dem hier beschriebenen Verfahren das Sintern des Präkursor Gels im Gegensatz zu herkömmlichen Sol-Gel-Präparationen von Silikaten unter Sauerstoffausschluss erfolgt. Dabei wird das Silikat verglast und das Kohlenhydrat endgültig pyrolisiert. Relevante Details für die Präkursor-Struktur und damit für das finale Endprodukt können insbesondere die folgenden sein.The gel produced as described above can then be sintered according to method step f) at a temperature in a range from ≥ 800 ° C. to ≦ 1200 ° C., in particular in a range from ≥ 900 ° C. to ≦ 1100 ° C. It may be important that in the method described herein, the sintering of the precursor gel in contrast to conventional sol-gel preparations of Silicates are carried out under exclusion of oxygen. The silicate is vitrified and the carbohydrate finally pyrolized. Relevant details for the precursor structure and thus for the final end product can be in particular the following.

Zunächst kann das Arbeiten unter Sauerstoffausschluss und dabei insbesondere in einer Schutzgasatmosphäre, wie etwa Argonatmosphäre, etwa unter einem Argonstrom oder statisch, sein.First of all, the work may be in the absence of oxygen and, in particular, in a protective gas atmosphere, such as argon atmosphere, for instance under an argon stream or static.

Ferner kann die Temperatursteuerung von Wichtigkeit sein, wie etwa die Aufheiz-Raten, die Temperatur und die Dauer der Temperaturbehandlung. Beispielsweise pyrolisiert Kohlenstoff bereits bei mehr als 400°C, während die hier durchgeführte Verglasung des Silikats erst bei oberhalb von 800°C, bevorzugt oberhalb von 900°C, erfolgt. Man könnte die Reihenfolge und den Fortschritt dieser beiden Prozesse durch die Temperatur der Rampe beeinflussen, etwa bei langsamer Aufheizrate und halten bei 500°C könnte die Pyrolyse abgeschlossen sein, bevor ein weiteres Erhitzen auf 1000°C erfolgt. Umgekehrt könnte mit einer schnellen Aufheizrampe direkt auf 1000°C erwirkt werden, dass sich das Glas gleichzeitig zur Pyrolyse der Kohlenstoffquelle beziehungsweise des Kohlenhydrats ausbildet. Die gesinterte Präkursor-Mikrostruktur kann relevant sein für die Eigenschaften des Siliziumcarbid-Endprodukts, da es im nächsten Schritt, der carbothermalen Reduktion gemäß Verfahrensschritt a), wie dieser vorstehend beschrieben ist, die Zusammensetzung und Dynamik der Freigabe der Reaktionsgase beeinflussen kann.Further, temperature control may be important, such as heating rates, temperature and duration of the temperature treatment. For example, carbon already pyrolyzes at more than 400 ° C, while the performed here glazing of the silicate only at above 800 ° C, preferably above 900 ° C, takes place. One could influence the order and progress of these two processes by the temperature of the ramp, say at slow rate of heating and keeping at 500 ° C, pyrolysis could be completed before further heating to 1000 ° C. Conversely, it would be possible with a rapid heating ramp directly to 1000 ° C., that the glass simultaneously forms for the pyrolysis of the carbon source or of the carbohydrate. The sintered precursor microstructure may be relevant to the properties of the final silicon carbide product because in the next step, the carbothermal reduction of process step a), as described above, may affect the composition and dynamics of release of the reaction gases.

Ferner kann insoweit gewünscht die Art der Dotierung von Wichtigkeit sein. Bei dem folgenden Schritt ist der beispielsweise bei der Solbildung verwendete Dotierstoff von Wichtigkeit, da dieser wie vorstehend angedeutet auch bei hohen Temperaturen stabil sein muss. Eine weitere Möglichkeit wären Kern-/Hülle Partikel, bei denen der gewählte Dotierstoff als Kern vorliegt, wobei der Kern durch eine hochtemperaturstabile Substanz ummantelt ist, welche als schützende Hülle für den Kern fungiert. Als Beispiel kann die vorstehend beschriebene Verbindung genannt sein, bei der etwa elementares Aluminium originär mit Al2O3 oder durch die Reaktion mit dem Katalysator, wie etwa Salzsäure, mit AlCl3 ummantelt ist.Furthermore, the type of doping may be of importance as far as desired. In the following step, the dopant used, for example, in sol formation is of importance, since it must be stable, as indicated above, even at high temperatures. Another possibility would be core / shell particles in which the selected dopant is present as a core, wherein the core is covered by a high temperature stable substance, which acts as a protective shell for the core. As an example may be mentioned the compound described above, in which elemental aluminum is originally coated with Al 2 O 3 or by the reaction with the catalyst, such as hydrochloric acid, with AlCl 3 .

Nach Abschluss des Sinterprozesses ist Verfahrensschritt a) fertig gestellt und es kann folgend Verfahrensschritt b) eine carbothermale Reduktion durchgeführt werden.After completion of the sintering process step a) is completed and it can be carried out following step b) a carbothermal reduction.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass in dem gemäß Verfahrensschritt a) bereitgestellten Feststoffgranulat Kohlenstoff mit Bezug auf Silizium in einer größer als äquimolaren Menge vorliegt. In anderen Worten kann der Kohlenstoffgehalt derart gewählt werden, dass bei einer Reaktion sämtlichen Siliziums zu Siliziumcarbid noch weiterer Kohlenstoff vorhanden ist. Beispielsweise kann Kohlenstoff mit Bezug zu Silizium vorliegen in einer Menge von > 1/1 bis ≤ 5/1, bezogen auf die molaren Anteile. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann das Verfahren besonders einfach ablaufen, da durch die so erfolgende Modifizierung der Oberfläche der Siliziumcarbidfasern beziehungsweise der Siliziumcarbidpartikel durch Ausbilden einer Kohlenstofflage beziehungsweise Kohlenstoffschicht an der Oberfläche ein Oxidieren des Siliziums beziehungsweise eine Ausbildung von Siliziumoxid besonders effektiv auch bei einer Lagerung an Luft über einen längeren Zeitraum wirksam verhindert werden kann. Somit kann insbesondere in dieser Ausgestaltung wirksam verhindert werden, dass zusätzliche Schritte zum Entfernen einer Siliziumoxidschicht notwendig werden, um ein effektives Einlagern von Lithiumverbindungen bei einem Betrieb als Elektrode in einer Lithium-Ionen-Batterie beziehungsweise in einem Lithium-Ionen-Akkumulator zu ermöglichen. Es kann somit durch eine vergleichsweise einfache und unkomplizierte Änderung der Stöchiometrie während des Sol-Gel-Prozesses eine Schutzschicht mit den gewünschten antioxidativen Eigenschaften generiert werden. Dabei ist kein zusätzlicher Schritt notwendig, was das Verfahren besonders kosten- und zeitsparend durchführbar gestaltet.In a further preferred embodiment of the method, it may be provided that in the solid granules provided in accordance with method step a), carbon is present in a greater than equimolar amount with respect to silicon. In other words, the carbon content can be chosen such that in a reaction of all silicon to silicon carbide even more carbon is present. For example, carbon may be present in relation to silicon in an amount of> 1/1 to ≤ 5/1, based on the molar proportions. In particular, in this embodiment, the method can be particularly simple, as by the so taking place modification of the surface of the Siliziumcarbidfasern or silicon carbide particles by forming a carbon layer or carbon layer on the surface of an oxidation of silicon or a formation of silicon oxide particularly effective even when stored in air can be effectively prevented over a longer period. Thus, it can be effectively prevented, in particular in this embodiment, that additional steps for removing a silicon oxide layer are necessary in order to enable effective storage of lithium compounds when operating as an electrode in a lithium-ion battery or in a lithium-ion battery. It can thus be generated by a relatively simple and straightforward change in stoichiometry during the sol-gel process, a protective layer with the desired antioxidant properties. In this case, no additional step is necessary, which makes the method particularly cost-effective and time-saving feasible.

Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass das Verfahren durchgeführt wird in einer Vorrichtung umfassend:

  • - einen Aufnahmebehälter zum Aufnehmen eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Edukts;
  • - eine Induktionsspule zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes, wobei die Induktionsspule derart angeordnet ist, dass zumindest das Edukt durch einen durch das magnetische Wechselfeld induzierten Strom auf eine definierte Temperatur heizbar ist, die in einem Bereich von ≥ 1650°C, bevorzugt bis ≤ 2000°C liegt; und
  • - ein Substrat zum Abscheiden von aus dem Edukt erzeugten Fasermaterial aus Siliziumcarbid, wobei das Substrat in fluidem Kontakt zu dem Edukt positioniert ist und wobei das Substrat auf eine Temperatur heizbar ist, die niedriger ist, als die Temperatur des Edukts um einen Temperaturbereich von ≥ 50°C bis ≤ 100°C, und wobei das Substrat eine Impfstruktur mit Impfbereichen aufweist, wobei die Impfbereiche zueinander beabstandet sind um einen Abstand d1, der größer ist, als der Durchmesser dF der zu erzeugenden Fasern.
It may further be preferred that the method is carried out in a device comprising:
  • - A receptacle for receiving an at least partially electrically conductive reactant;
  • - An induction coil for generating an alternating magnetic field, wherein the induction coil is arranged such that at least the starting material is heated by a induced magnetic field alternating current to a defined temperature in a range of ≥ 1650 ° C, preferably up to ≤ 2000 ° C is located; and
  • a substrate for depositing silicon carbide fiber material produced from the educt, wherein the substrate is positioned in fluid contact with the educt and wherein the substrate is heatable to a temperature lower than the temperature of the educt by a temperature range of ≥ 50 ° C to ≤ 100 ° C, and wherein the substrate has a seed structure with seed portions, wherein the seed portions are spaced apart by a distance d 1 , which is greater than the diameter d F of the fibers to be produced.

Insbesondere eine derartige Vorrichtung eignet sich dazu, in definierter Weise die gewünschten Verfahrensparameter einstellen zu können. In particular, such a device is suitable for being able to set the desired process parameters in a defined manner.

Der Aufnahmebehälter dient dem Aufnehmen und insbesondere Einschließen eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Edukts, wie dieses vorstehend im Detail beschrieben ist. Insbesondere kann das Produkt aus einem Sol-Gel-Prozess, wie vorstehend beschrieben, elektrisch leitfähig sein. Um das Edukt in dem Aufnahmebehälter zu positionieren kann dieser eine Materialschleuse aufweisen oder etwa durch einen Deckel verschließbar sein. Ferner kann der Aufnahmebehälter als insbesondere elektrisch leitfähiger, etwa aus Graphit geformter, Tiegel ausgestaltet sein.The receptacle serves to receive and in particular enclose an at least partially electrically conductive educt, as described in detail above. In particular, the product may be electrically conductive from a sol-gel process as described above. In order to position the educt in the receptacle this may have a material lock or be closed about by a lid. Furthermore, the receptacle can be designed as a particularly electrically conductive, formed from graphite, crucible.

Zum Erhitzen des Edukts ist ferner als Heizeinrichtung eine Induktionsspule zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Die Spule ist dabei derart angeordnet, dass zumindest die Ausgangssubstanz beziehungsweise das Edukt durch einen von einem elektromagnetischen Wechselfeld, das von der Spule erzeugt wird, auf eine definierte Temperatur heizbar ist, die in einem Bereich von ≥ 1650°C, etwa bis ≤ 2000°C, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 1750°C bis ≤ 2000°C, wie etwa von ≥ 1750°C bis ≤ 1850°C liegt. Dadurch kann die Ausgangssubstanz in geeignete Spezies in die Gasphase übergehen, wobei sich aus diesen Spezies Siliziumcarbid als nanoskalige einkristalline Fasern abscheiden.For heating the starting material, an induction coil for generating electromagnetic radiation is furthermore provided as the heating device. The coil is arranged in such a way that at least the starting substance or the starting material can be heated to a defined temperature by one of an alternating electromagnetic field generated by the coil, which is in a range of ≥ 1650 ° C., approximately up to ≦ 2000 ° C, for example, in a range of ≥ 1750 ° C to ≤ 2000 ° C, such as from ≥ 1750 ° C to ≤ 1850 ° C. As a result, the starting material can pass into suitable species in the gas phase, which deposit silicon carbide from these species as nanoscale monocrystalline fibers.

Entsprechend umfasst die Vorrichtung ferner ein Substrat zum Abscheiden von aus dem Edukt erzeugten Fasermaterial. Das Substrat weist insbesondere eine Abscheideoberfläche oder eine Mehrzahl von Abscheideoberflächen auf.Accordingly, the device further comprises a substrate for depositing fiber material produced from the educt. In particular, the substrate has a deposition surface or a plurality of deposition surfaces.

Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass das Substrat beziehungsweise zumindest die Abscheideoberfläche aus Graphit geformt ist. Insbesondere in dieser Ausgestaltung sollte eine geeignete Positionierung des Substrats innerhalb der Spule sichergestellt werden, so dass das Substrat in nicht zu starker Weise erhitzt wird. Ferner kann das Substrat aus glasartigem Kohlenstoff, einkristallinem Siliziumcarbid, polykristallinem Siliziumcarbid, einer anderen hochtemperaturstabilen und reduktionsresistenten Keramik, oder einem hochtemperaturstabilen Metall, wie etwa Wolfram, Tantal oder Molybdän, ausgestaltet sein.For example, it may be provided that the substrate or at least the deposition surface is formed from graphite. In particular, in this embodiment, a suitable positioning of the substrate should be ensured within the coil, so that the substrate is heated in not too strong. Further, the substrate may be made of vitreous carbon, monocrystalline silicon carbide, polycrystalline silicon carbide, another high temperature stable and reduction resistant ceramic, or a high temperature stable metal such as tungsten, tantalum or molybdenum.

Um ein Abscheiden des Siliziumcarbids aus der Gasphase besonders definiert zu gewährleisten, ist es von Vorteil, dass die Temperatur in dem Reaktor und die Temperatur des Substrats beziehungsweise der Abscheideoberfläche von einander verschieden sind. Im Detail kann es bevorzugt sein, dass innerhalb des Aufnahmeraums eine ausreichend hohe Temperatur vorliegt, um die entsprechenden Substanzen beziehungsweise das oder die Edukte in die Gasphase zu bringen beziehungsweise in der Gasphase zu halten. Somit dient das Innere des Aufnahmebehälters als Reaktionsraum mit einem Volumen, in welchem die Ausgangssubstanzen der Siliziumcarbidherstellung in die Gasphase gehen beziehungsweise in der Gasphase bleiben. Um die gewünschte Abscheidung beziehungsweise Kristallisierung zu ermöglichen kann es ferner von Vorteil sein, dass das Substrat eine Temperatur aufweist, die verglichen zu der Temperatur in dem Reaktionsraum reduziert ist, wie dies vorstehend beschrieben ist.In order to ensure particularly defined deposition of the silicon carbide from the gas phase, it is advantageous that the temperature in the reactor and the temperature of the substrate or the deposition surface are different from each other. In detail, it may be preferable for a sufficiently high temperature to be present within the receiving space in order to bring the corresponding substances or the educt (s) into the gas phase or to keep them in the gas phase. Thus, the interior of the receptacle serves as a reaction space having a volume in which the starting materials of Siliziumcarbidherstellung go into the gas phase or remain in the gas phase. In order to enable the desired deposition or crystallization, it may also be advantageous for the substrate to have a temperature which is reduced compared to the temperature in the reaction space, as described above.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass die Position von wenigstens einem von dem Aufnahmebehälter und dem Substrat relativ zu der Induktionsspule mittels einer Verfahreinrichtung variierbar ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte und anpassbare Temperatursteuerung ermöglicht werden, was das Ausbilden von Fasern besonders definiert gestalten kann. Insbesondere kann ein geeigneter Temperaturgradient zwischen dem Edukt und dem Substrat beziehungsweise der Abscheideoberfläche und damit dem Wachstumsbereich ermöglicht werden, was wiederum das Einstellen besonders definierter Bedingungen ermöglichen kann.Furthermore, it may be advantageous that the position of at least one of the receptacle and the substrate relative to the induction coil is variable by means of a displacement device. As a result, a particularly advantageous and adaptable temperature control can be made possible, which can make the formation of fibers particularly defined. In particular, a suitable temperature gradient between the educt and the substrate or the deposition surface and thus the growth region can be made possible, which in turn can enable the setting of particularly defined conditions.

Die Positionierung der Aufnahmevorrichtung mit der Ausgangssubstanz beziehungsweise des Substrats kann wie vorstehend beschrieben insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die Ausgangssubstanz in der vergleichsweise heißeren Zone angeordnet sein und kann das Substrat beziehungsweise seine Abscheideoberfläche in einem vergleichsweise kälteren Bereich positioniert sein, da der Massetransport von der vergleichsweise wärmeren Zone zu der vergleichsweise kälteren Zone erfolgt und so das Faserwachstum ermöglicht werden kann.As described above, the positioning of the receiving device with the starting substance or of the substrate can in particular be configured in such a way that the starting substance is arranged in the comparatively hotter zone and the substrate or its deposition surface can be positioned in a comparatively colder region, since the mass transport differs from the comparative one warmer zone takes place to the relatively colder zone and so the fiber growth can be made possible.

Das vorgenannte Verfahren kann dabei beispielsweise dazu geeignet sein, SiliziumcarbidFasern als Elektrodenmaterial für eine Batterie, wie insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie zu erzeugen. Denn, wie dies vorstehend erläutert ist. kann durch die guten thermischen Eigenschaften des Fasermaterials das Thermo-Management der Batterie verbessert werden. Ferner kann die chemische und thermische Haltbarkeit der Fasern für eine Langzeitstabilität von Vorteil sein und kann die Flexibilität des Siliziumcarbids, insbesondere als Fasern, für eine hohe Zyklenstabilität von Vorteil sein. Denkbar im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind jedoch auch polykristalline Formen des Siliziumkarbids. Vorteilhaft ist ferner, dass Siliziumcarbid als Elektrodenmaterial eine hohe Kapazität aufweisen kann, so dass ein wie beschrieben hergestelltes Elektrodenmaterial ferner eine gute Leistungsfähigkeit einer Batterie ermöglichen kann.The aforementioned method may, for example, be suitable for producing silicon carbide fibers as electrode material for a battery, such as in particular a lithium-ion battery. Because, as explained above. Due to the good thermal properties of the fiber material, the thermal management of the battery can be improved. Furthermore, the chemical and thermal durability of the fibers may be advantageous for long-term stability, and the flexibility of silicon carbide, particularly as fibers, may be advantageous for high cycle stability. However, polycrystalline forms of the silicon carbide are also conceivable within the scope of the present invention. It is also advantageous that silicon carbide can have a high capacitance as an electrode material, so that an electrode material produced as described can further enable good performance of a battery.

Weitere Anwendungen des so hergestellten Siliziumcarbids umfassen etwa Bereiche der Photonik, wie beispielsweise Solarzellen, als welche entsprechend unterschiedlich dotierte Siliziumcarbidfasern wirken können, LEDs, bei denen beispielsweise organische Leuchtflächen in Leuchttextilen vorgesehen sein können, die auf Siliziumcarbid basieren, oder auch die Strukturverstärkung, etwa von anderen Fasern. Further applications of the silicon carbide thus produced include, for example, areas of photonics, such as solar cells, for example, which can act differently doped silicon carbide fibers, LEDs in which, for example, organic luminous surfaces can be provided in luminous textiles based on silicon carbide, or else the structural reinforcement, for example of other fibers.

Dabei ist das Verfahren sehr effektiv, da in einer beispielhaften Vorrichtung beziehungsweise durch ein vorbeschriebenes Verfahren sehr große Mengen an Siliziumcarbidfasern erzeugt werden können.In this case, the method is very effective because very large amounts of silicon carbide fibers can be produced in an exemplary apparatus or by a method described above.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des vorbeschriebenen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Figur und die Beschreibung der Figuren Bezug genommen, und umgekehrt.With regard to further advantages and technical features of the method described above, reference is hereby explicitly made to the figure and the description of the figures, and vice versa.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können, und wobei die Erfindung nicht auf die folgende Zeichnung, die folgende Beschreibung und das folgende Ausführungsbeispielbeschränkt ist.The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which the features shown below may each individually and in combination constitute an aspect of the invention, and the invention is not limited to the following drawing, the following description and the following embodiment ,

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung; und
  • 2 eine schematische Draufsicht auf eine Abscheideoberfläche eines Substrats.
Show it:
  • 1 a schematic sectional view through a device according to the invention; and
  • 2 a schematic plan view of a Abscheideooberfläche a substrate.

In der 1 ist eine Vorrichtung 10 zum Erzeugen von Siliziumcarbid als Fasern gezeigt.In the 1 is a device 10 for producing silicon carbide as fibers.

Die Vorrichtung umfasst einen Aufnahmebehälter 12 zum Aufnehmen eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Edukts, welches an dem Boden des Aufnahmebehälters 12 angeordnet werden kann. Der Aufnahmebehälter 12 ist als insbesondere aus Graphit gefertigter und damit elektrisch leitfähig ausgestalteter Tiegel ausgestaltet, der eine Tiegelwanne 16 und einen Tiegeldeckel 18 umfasst. Durch ein Anordnen des Tiegeldeckels 18 auf der Tiegelwanne 16 ist der Tiegel beziehungsweise der Aufnahmebehälter 12 gasdicht verschließbar.The device comprises a receptacle 12 for receiving an at least partially electrically conductive educt, which at the bottom of the receptacle 12 can be arranged. The receptacle 12 is designed as in particular made of graphite and thus electrically conductive ausgestalteter crucible, which is a crucible 16 and a crucible lid 18 includes. By placing the crucible lid 18 on the crucible pan 16 is the crucible or the receptacle 12 gastight sealable.

Es ist ferner vorgesehen, dass der Tiegeldeckel 18 als Substrat 20 zum Abscheiden von Fasern dient. Dadurch kann auf einfache Weise ermöglicht werden, dass das Substrat 20 in fluidem Kontakt zu dem Edukt positioniert ist. Weiterhin ist das Substrat 20 mit Bezug auf 2 beschrieben.It is further contemplated that the crucible lid 18 as a substrate 20 serves for the separation of fibers. This can be easily made possible that the substrate 20 is positioned in fluid contact with the educt. Furthermore, the substrate 20 regarding 2 described.

In der 2 ist gezeigt, dass das Substrat 20 eine Impfstruktur 22 mit Impfbereichen 24 aufweist, wobei die Impfbereiche 24 zueinander beabstandet sind um einen Abstand d1, der größer ist, als der Durchmesser des zu erzeugenden Fasermaterials. Insbesondere kann der Abstand d1 in einem Bereich liegen von ≥ 20 nm bis ≤ 100µm, etwa von ≥ 50 nm bis ≤ 20µm, beispielsweise von ≥ 50 nm bis ≤ 100µm.In the 2 is shown that the substrate 20 a vaccine structure 22 with vaccination areas 24 having the vaccine areas 24 are spaced apart by a distance d1, which is greater than the diameter of the fiber material to be produced. In particular, the distance d 1 can be in a range from ≥ 20 nm to ≦ 100 μm, for example from ≥ 50 nm to ≦ 20 μm, for example from ≥ 50 nm to ≦ 100 μm.

Die Impfbereiche 24 können ausgebildet sein zumindest zum Teil durch topologische Inhomogenitäten, zumindest zum Teil durch morphologische Inhomogenitäten und/oder zumindest zum Teil durch chemische Inhomogenitäten. Dabei kann eines oder eine wählbare Kombination der vorgenannten Inhomogenitäten vorliegen. Grundsätzlich kann es von Vorteil sein, wenn das Substrat 20 mit Aluminium oder Siliziumcarbid bekeimt wurde.The vaccine areas 24 may be formed at least in part by topological inhomogeneities, at least in part by morphological inhomogeneities and / or at least in part by chemical inhomogeneities. There may be one or a selectable combination of the aforementioned inhomogeneities. In principle, it may be advantageous if the substrate 20 was germinated with aluminum or silicon carbide.

Zurückkommend auf 1 ist es gezeigt, dass die Vorrichtung 10 eine Induktionsspule 26 zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung aufweist. Die Induktionsspule 26 ist dabei derart angeordnet, dass zumindest das Edukt durch die elektromagnetische Strahlung auf eine definierte Temperatur heizbar ist, die in einem Bereich von ≥ 1650°C, beispielsweise ≥ 1750 °C, etwa bis ≤ 2000°C liegt. Ferner ist das Substrat 20 auf eine Temperatur heizbar ist, die niedriger ist, als die Temperatur des Edukts um einen Temperaturbereich von ≥ 50°C bis ≤ 100°C. Dies kann durch eine geeignete Positionierung von Edukt und Substrat 20, also beispielsweise des Tiegels beziehungsweise des Aufnahmebehälters 12 innerhalb der Induktionsspule 26.Coming back to 1 it is shown that the device 10 an induction coil 26 for generating electromagnetic radiation. The induction coil 26 is arranged such that at least the educt is heated by the electromagnetic radiation to a defined temperature, which is in a range of ≥ 1650 ° C, for example ≥ 1750 ° C, to about ≤ 2000 ° C. Further, the substrate 20 is heatable to a temperature which is lower than the temperature of the starting material over a temperature range of ≥ 50 ° C to ≤ 100 ° C. This can be achieved by suitable positioning of starting material and substrate 20 , So for example, the crucible or the receptacle 12 inside the induction coil 26 ,

Es ist weiterhin gezeigt, dass die Position von wenigstens des Aufnahmebehälters 12 relativ zu der Induktionsspule 26 mittels einer Verfahreinrichtung 28 variierbar ist. Hierzu ist gemäß der Ausgestaltung aus 1 eine Ziehstange 30 vorgesehen, die an dem Aufnahmebehälter 12 beziehungsweise einem Tiegelhalter 32 angelenkt ist und diesen somit insbesondere in axialer Richtung in der Induktionsspule 26 verfahrbar ist.It is further shown that the position of at least the receptacle 12 relative to the induction coil 26 by means of a traversing device 28 is variable. For this purpose, according to the embodiment 1 a pull rod 30 provided on the receptacle 12 or a crucible holder 32 is articulated and this thus in particular in the axial direction in the induction coil 26 is movable.

Ferner ist gezeigt, dass die Induktionsspule 26 und der Aufnahmebehälter 12 in einem Gehäuse 34 angeordnet sind. Das Gehäuse 34 kann somit eine Heizkammer ausbilden. Das Gehäuse 34 weist ein erstes Sichtfenster 36 für eine Temperaturmessung, etwa zum Verwenden einer Thermokamera auf und weist ferner ein weiteres Sichtfenster 38 auf. Weiterhin sind zwei Gasanschlüsse 38 vorgesehen, durch welche Schutzgas, wie etwa Argon eingeleitet werden kann und ferner ein Gasanschluss 40 zum Anschließen einer Vakuumpumpe. Der Aufnahmebehälter 12 kann aus dem Gehäuse 34 entnehmbar beziehungsweise in dem Gehäuse 34 zugänglich sein, um diesen mit Edukt zu bestücken und/oder die Fasern zu entnehmen.Furthermore, it is shown that the induction coil 26 and the receptacle 12 in a housing 34 are arranged. The housing 34 can thus form a heating chamber. The housing 34 has a first viewing window 36 for a temperature measurement, such as for using a thermal camera and also has another viewing window 38 on. Furthermore, there are two gas connections 38 provided, through which protective gas, such as argon can be introduced and also a gas connection 40 for connecting a vacuum pump. The receptacle 12 can out of the case 34 removable or in the housing 34 be accessible in order to equip this with educt and / or to remove the fibers.

Es ist somit ersichtlich, dass durch geeignete Ausgestaltung von Aufnahmebehälter 12 und Induktionsspule 26 und durch Einstellung der gewählten Parameter ein Verfahren in geeigneter Weise gesteuert werden kann, insbesondere hinsichtlich einer Temperatursteuerung, um Fasern aus Siliziumcarbid zu erzeugen. Beispielsweise kann ein Graphittiegel als Aufnahmebehälter 12 in einer Induktionsspule 26 mit 100mm Länge und 60mm Durchmesser zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Temperatur von 1850°C im Zentrum aber nur 1750°C im Endbereich, beziehungsweise im axialen oder radialen Außenbereich erzeugen, da das magnetische Feld in Regionen außerhalb der Induktionsspule 26 schwächer wird. It is thus apparent that by suitable design of receptacles 12 and induction coil 26 and by adjusting the selected parameters, a method can be suitably controlled, in particular with respect to temperature control, to produce silicon carbide fibers. For example, a graphite crucible as a receptacle 12 in an induction coil 26 with a length of 100 mm and a diameter of 60 mm at a certain point in time produce a temperature of 1850 ° C. in the center but only 1750 ° C. in the end area or in the axial or radial outside area, since the magnetic field is in regions outside the induction coil 26 becomes weaker.

Durch eine derartige Vorrichtung 10 ist somit wie bereits angedeutet etwa ein Verfahren zum Herstellen von Fasermaterial aus Siliziumcarbid durchführbar. Ein derartiges Verfahren kann in breitester Anwendung die folgenden Verfahrensschritte aufweisen:

  1. a) Einfügen des kohlenstoffhaltigen und siliziumhaltigen Edukts in den Aufnahmebehälter 12;
  2. b) Beaufschlagen des in Verfahrensschritt a) bereitgestellten Edukts mit einer Vergasungstemperatur in dem Aufnahmebehälter 12; und
  3. c) Abscheiden von kristallinem Siliziumcarbid in Faserform an dem Substrat 20 durch Einstellen einer Kristallisierungstemperatur an dem Substrat 20.
By such a device 10 Thus, as already indicated, for example, a method for producing fiber material from silicon carbide can be carried out. Such a method can have the following method steps in the broadest application:
  1. a) insertion of the carbonaceous and silicon-containing educt into the receptacle 12 ;
  2. b) applying the starting material provided in process step a) with a gasification temperature in the receptacle 12 ; and
  3. c) depositing crystalline silicon carbide in fibrous form on the substrate 20 by setting a crystallization temperature at the substrate 20 ,

In mehr Detail kann für die Herstellung von Siliziumcarbid als Edukt insbesondere ein Komposit oder eine Verbindung geeignet sein, die zu geeigneten Anteilen Kohlenstoff und Silizium, etwa in einem Verhältnis von 4:1 enthält. Das können etwa organometallische Precursoren, Silikate, elementares Silizium, und/oder Kohlenhydrate oder Polymere sein. Beispielsweise bei Temperaturen von 1650 °C, etwa 1750°C, oder mehr, erzeugbar durch die Induktionsspule 26, setzt die reduzierende Wirkung des Kohlenstoffs ein, zum Einen direkt über elementaren Kohlenstoff, indirekt über Kohlenmonoxid (CO) in dem entstehenden Gas als carbothermale Reduktion. Dabei kann der Kohlenstoff den C/Si-Precursor beziehungsweise das Edukt reduzieren, vor allem enthaltenes SiO2, in Kontakt oder über die Gasphase zu SiO Gas und in weiterer Folge zu Siliziumcarbid auf dem Substrat 20.In more detail, for the production of silicon carbide as starting material, in particular a composite or a compound which contains suitable proportions of carbon and silicon, for example in a ratio of 4: 1, may be suitable. These may be, for example, organometallic precursors, silicates, elemental silicon, and / or carbohydrates or polymers. For example, at temperatures of 1650 ° C, about 1750 ° C, or more, can be generated by the induction coil 26 It uses the reducing action of carbon, firstly via elemental carbon, indirectly via carbon monoxide (CO) in the resulting gas as a carbothermal reduction. In this case, the carbon can reduce the C / Si precursor or the educt, especially SiO 2 contained , in contact or via the gas phase to SiO gas and subsequently to silicon carbide on the substrate 20 ,

Zur Erhitzung wird das Edukt beziehungsweise der kohlenstoffhaltige und siliziumhaltige Precursor dabei beispielsweise in den Graphittiegel eingefügt und inmitten der Induktionsspule 26 positioniert, die zweckmäßigerweise an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen sein kann. Das so erzeugte magnetische Wechselfeld in der Induktionsspule 26 induziert einen Strom in dem zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Edukt als auch gegebenenfalls in einer leitfähigen Wandung des Aufnahmebehälters 12. Dadurch wird das Edukt durch den elektrischen Widerstand auf sehr definierte Weise erhitzt.For heating, the educt or the carbonaceous and silicon-containing precursor is thereby inserted, for example, in the graphite crucible and in the middle of the induction coil 26 positioned, which can be conveniently connected to a high frequency generator. The thus generated magnetic alternating field in the induction coil 26 induces a current in the at least partially electrically conductive educt and optionally in a conductive wall of the receptacle 12 , As a result, the educt is heated by the electrical resistance in a very defined manner.

Ist der Aufnahmebehälter 12 ebenfalls elektrisch leitfähig, kann dieser somit ebenfalls erhitzt werden. Ist er elektrisch isolierend, was grundsätzlich möglich ist, wie etwa aus Aluminiumoxid (Al2O3) gefertigt, kann lediglich das Edukt erhitzt werden, wobei beide Varianten anwendungsbezogen Vorteile aufweisen können.Is the receptacle 12 also electrically conductive, this can thus also be heated. If it is electrically insulating, which is basically possible, such as made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), only the starting material can be heated, both variants can have application-related advantages.

Durch die vorbeschriebene Vorrichtung ist daher im Detail ein Verfahren zum Herstellen von kristallinem Siliziumcarbid in Faserform möglich, aufweisend die Verfahrensschritte:

  1. a) Bereitstellen eines Gemisches mit einer Siliziumquelle, einer Kohlenstoffquelle und einem Dotierstoff, wobei wenigstens die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle gemeinsam in Partikeln eines Feststoffgranulats vorliegen, als Edukt;
  2. b) Behandeln des in Verfahrensschritt a) bereitgestellten Edukts mit einer Temperatur in einem Bereich von ≥1750°C bis ≤ 1850°C;
  3. c) Abscheiden von Fasern mit einem Durchmesser dF aus Siliziumcarbid auf einem Substrat, wobei das Substrat (20) in fluidem Kontakt zu dem Edukt positioniert ist und wobei das Substrat (20) auf eine Temperatur heizbar ist, die niedriger ist, als die Temperatur des Edukts um einen Temperaturbereich von ≥ 50°C bis ≤ 100°C, und wobei das Substrat (20) eine Impfstruktur (22) mit Impfbereichen (24) aufweist, wobei die Impfbereiche (24) zueinander beabstandet sind um einen Abstand d1, der größer ist, als der Durchmesser dF der zu erzeugenden Fasern.
By the device described above, therefore, a method for producing crystalline silicon carbide in fiber form is possible in detail, comprising the method steps:
  1. a) providing a mixture with a silicon source, a carbon source and a dopant, wherein at least the silicon source and the carbon source are present together in particles of a solid granules, as starting material;
  2. b) treating the starting material provided in process step a) at a temperature in a range of ≥1750 ° C to ≤ 1850 ° C;
  3. c) depositing fibers of a diameter d F of silicon carbide on a substrate, wherein the substrate ( 20 ) is positioned in fluid contact with the educt and wherein the substrate ( 20 ) is heatable to a temperature which is lower than the temperature of the educt over a temperature range of ≥ 50 ° C to ≤ 100 ° C, and wherein the substrate ( 20 ) a vaccine structure ( 22 ) with vaccination areas ( 24 ), wherein the vaccination areas ( 24 ) are spaced apart by a distance d 1 , which is greater than the diameter d F of the fibers to be produced.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Q.-S. Chen et al., Effects of induction heating on temperature distribution and growth rate in large-size SiC growth system, Journal of crystal Growth, Volume 266, Issues 1-3, pages 320-326 [0004]Q.-S. Chen et al., In large-size SiC Growth System, Volume 266, Issues 1-3, pages 320-326 [0004]

Claims (10)

Verfahren zum Herstellen von kristallinem Siliziumcarbid in Faserform, aufweisend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines Gemisches mit einer Siliziumquelle, einer Kohlenstoffquelle und gegebenenfalls einem Dotierstoff, wobei wenigstens die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle gemeinsam in Partikeln eines Feststoffgranulats vorliegen, als Edukt; b) Behandeln des in Verfahrensschritt a) bereitgestellten Edukts mit einer Temperatur in einem Bereich von ≥1650°C; c) Abscheiden von Fasern mit einem Durchmesser dF aus Siliziumcarbid auf einem Substrat (20), wobei das Substrat (20) in fluidem Kontakt zu dem Edukt positioniert ist und wobei das Substrat (20) auf eine Temperatur heizbar ist, die niedriger ist, als die Temperatur des Edukts um einen Temperaturbereich von ≥ 50°C bis ≤ 100°C, und wobei das Substrat (20) eine Impfstruktur (22) mit Impfbereichen (24) aufweist, wobei die Impfbereiche (24) zueinander beabstandet sind um einen Abstand d1, der größer ist, als der Durchmesser dF der zu erzeugenden Fasern.A method for producing crystalline silicon carbide in fiber form, comprising the method steps: a) providing a mixture with a silicon source, a carbon source and optionally a dopant, wherein at least the silicon source and the carbon source are present together in particles of a solid granules, as starting material; b) treating the educt provided in process step a) at a temperature in the range of ≥1650 ° C; c) depositing fibers having a diameter d F of silicon carbide on a substrate (20), wherein the substrate (20) is positioned in fluid contact with the educt, and wherein the substrate (20) is heatable to a lower temperature, as the temperature of the educt over a temperature range of ≥ 50 ° C to ≤ 100 ° C, and wherein the substrate (20) has a seed structure (22) with seed regions (24), wherein the seed regions (24) are spaced apart by a distance d 1 , which is greater than the diameter d F of the fibers to be produced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impfstruktur (22) zumindest zum Teil topologische Inhomogenitäten umfasst.Method according to Claim 1 , characterized in that the seed structure (22) comprises, at least in part, topological inhomogeneities. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impfstruktur (22) zumindest zum Teil morphologische Inhomogenitäten umfasst.Method according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the seed structure (22) comprises, at least in part, morphological inhomogeneities. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Impfstruktur (22) zumindest zum Teil chemische Inhomogenitäten umfasst.Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the seed structure (22) at least partially comprises chemical inhomogeneities. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Edukt bereitgestellt wird unter Verwendung eines Sol-Gel-Prozesses.Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the starting material provided in process step a) is provided using a sol-gel process. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Sol-Gel-Prozess zumindest die folgenden Verfahrensschritte aufweist: d) Bereitstellen eines Präkursorgemisches mit einer Siliziumquelle, einer Kohlenstoffquelle und gegebenenfalls einem Dotierstoff, wobei das Präkursorgemisch in einem Lösungsmittel vorliegt; e) Behandeln des Präkursorgemisches bei erhöhter Temperatur unter Trocknung des Präkursorgemisches; und f) gegebenenfalls Erhitzen des getrockneten Präkursorgemisches auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 800°C bis ≤ 1200°C, insbesondere in einem Bereich von ≥ 900°C bis ≤ 1100°C.Method according to Claim 5 characterized in that the sol-gel process comprises at least the following process steps: d) providing a precursor mixture comprising a silicon source, a carbon source and optionally a dopant, the precursor mixture being in a solvent; e) treating the precursor mixture at elevated temperature while drying the precursor mixture; and f) optionally heating the dried precursor mixture to a temperature in a range of ≥ 800 ° C to ≤ 1200 ° C, more preferably in a range of ≥ 900 ° C to ≤ 1100 ° C. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (20) zumindest teilweise porös ist, wobei die Faserbildung zumindest teilweise innerhalb der Poren des Substrats (20) stattfindet.Method according to Claim 6 , characterized in that the substrate (20) is at least partially porous, wherein the fiber formation takes place at least partially within the pores of the substrate (20). Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (20) zumindest zum Teil geschlossen ist.Method according to Claim 6 or 7 , characterized in that the substrate (20) is at least partially closed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass in dem gemäß Verfahrensschritt a) bereitgestellten Feststoffgranulat Kohlenstoff mit Bezug auf Silizium in einer größer als äquimolaren Menge vorliegt, insbesondere in einem Verhältnis von 4:1.Method according to one of Claims 1 to 8th characterized in that in the solid granules provided according to process step a), carbon with respect to silicon is present in a greater than equimolar amount, in particular in a ratio of 4: 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durchgeführt wird in einer Vorrichtung umfassend: - einen Aufnahmebehälter (12) zum Aufnehmen eines zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Edukts; - eine Induktionsspule (26) zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes, wobei die Induktionsspule (26) derart angeordnet ist, dass zumindest das Edukt durch einen durch das magnetische Wechselfeld induzierten Strom auf eine definierte Temperatur heizbar ist, die in einem Bereich von ≥ 1650°C, insbesondere bis ≤ 2000°C liegt; und - ein Substrat (20) zum Abscheiden von aus dem Edukt erzeugten Fasermaterial aus Siliziumcarbid, wobei das Substrat (20) in fluidem Kontakt zu dem Edukt positioniert ist und wobei das Substrat (20) auf eine Temperatur heizbar ist, die niedriger ist, als die Temperatur des Edukts um einen Temperaturbereich von ≥ 50°C bis ≤ 100°C, und wobei das Substrat (20) eine Impfstruktur (22) mit Impfbereichen (24) aufweist, wobei die Impfbereiche (24) zueinander beabstandet sind um einen Abstand d1, der größer ist, als der Durchmesser dF der zu erzeugenden Fasern.Method according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the method is carried out in a device comprising: - a receptacle (12) for receiving an at least partially electrically conductive educt; - An induction coil (26) for generating an alternating magnetic field, wherein the induction coil (26) is arranged such that at least the starting material is heated by a induced magnetic field alternating current to a defined temperature in the range of ≥ 1650 ° C. , in particular up to ≤ 2000 ° C is; and - a substrate (20) for depositing silicon carbide fiber material produced from the reactant, wherein the substrate (20) is positioned in fluid contact with the educt, and wherein the substrate (20) is heatable to a temperature lower than the temperature of the educt over a temperature range of ≥ 50 ° C to ≤ 100 ° C, and wherein the substrate (20) has a seed structure (22) with seed regions (24), wherein the seed regions (24) are spaced apart by a distance d 1 , which is larger than the diameter d F of the fibers to be produced.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758311C1 (en) * 2021-03-24 2021-10-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method for producing silicon carbide felt

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114735703A (en) * 2022-04-28 2022-07-12 中电化合物半导体有限公司 Synthesis method and application of silicon carbide fiber

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5037626A (en) * 1988-11-22 1991-08-06 Union Oil Company Of California Process for producing silicon carbide whiskers using seeding agent
US5455212A (en) * 1994-03-15 1995-10-03 The University Of British Columbia In situ production of silicon carbide-containing ceramic composite powders
US6221154B1 (en) * 1999-02-18 2001-04-24 City University Of Hong Kong Method for growing beta-silicon carbide nanorods, and preparation of patterned field-emitters by chemical vapor depositon (CVD)
US20050089680A1 (en) * 2001-06-25 2005-04-28 Toshihiro Ando 3C-sic nanowhisker and synthesizing method and 3c-sic nanowhisker
US20100065991A1 (en) * 2006-11-23 2010-03-18 Siegmund Greulich-Weber Method for producing an object at least partly with a silicon carbide structure from a blank of a carbon-containing material
US20110123409A1 (en) * 2007-11-30 2011-05-26 Cuong Phamhuu Chemical reactor with nanometric superstructure

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL143436B (en) * 1966-12-14 1974-10-15 Philips Nv PROCESS FOR MANUFACTURING WIRE-SHAPED SILICON CARBIDE CRYSTALS AND ARTICLES WHOLLY OR PARTICULATED OF THESE CRYSTALS.
DE102014116868A1 (en) * 2014-11-18 2016-05-19 Universität Paderborn A method of manufacturing an electrode material for a battery electrode
DE102015104943A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Universität Paderborn Process for producing a nano- or microstructured foam

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5037626A (en) * 1988-11-22 1991-08-06 Union Oil Company Of California Process for producing silicon carbide whiskers using seeding agent
US5455212A (en) * 1994-03-15 1995-10-03 The University Of British Columbia In situ production of silicon carbide-containing ceramic composite powders
US6221154B1 (en) * 1999-02-18 2001-04-24 City University Of Hong Kong Method for growing beta-silicon carbide nanorods, and preparation of patterned field-emitters by chemical vapor depositon (CVD)
US20050089680A1 (en) * 2001-06-25 2005-04-28 Toshihiro Ando 3C-sic nanowhisker and synthesizing method and 3c-sic nanowhisker
US20100065991A1 (en) * 2006-11-23 2010-03-18 Siegmund Greulich-Weber Method for producing an object at least partly with a silicon carbide structure from a blank of a carbon-containing material
US20110123409A1 (en) * 2007-11-30 2011-05-26 Cuong Phamhuu Chemical reactor with nanometric superstructure

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Q.-S. Chen et al., Effects of induction heating on temperature distribution and growth rate in large-size SiC growth system, Journal of crystal Growth, Volume 266, Issues 1-3, pages 320-326

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758311C1 (en) * 2021-03-24 2021-10-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method for producing silicon carbide felt
RU2758311C9 (en) * 2021-03-24 2021-12-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method for producing silicon carbide felt

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