[發明專利]一種低溫制備氮化硅粉體材料的方法

無效

• 申請號: 200810015630.0
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101259957A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 白玉俊;畢見強;亓永新;朱慧靈;龐林林;王偉禮;韓福東;李少杰
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C01B21/068
• 分類號: C01B21/068
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種低溫制備氮化硅粉體材料的方法，屬于無機非金屬粉體材料制備方法技術領域。

背景技術

氮化硅材料因具有良好的力學性能、高的化學穩定性、較低的密度以及優異的高溫性能，抗熱沖擊，抗蠕變，在許多領域都有應用，如高接觸應力條件下的滑動、滾動軸承，磨球，高溫、化學腐蝕條件下工作的結構陶瓷，高效研磨材料，耐火材料等。

制備Si₃N₄粉體材料的已有方法包括；在1200～1450℃的溫度范圍內硅與氮氣進行反應制備Si₃N₄；在1200～1450℃的溫度范圍二氧化硅在氨氣或氮氣中進行碳熱還原反應制備Si₃N₄；SiS₂與氨氣在1200～1450℃以上進行反應制備Si₃N₄；SiCl₄或SiH₄與NH₃在500～900℃的溫度范圍進行反應制備Si₃N₄；有機物在1150～1400℃高溫熱分解制備Si₃N₄；高溫自蔓延合成Si₃N₄；在670℃以上溶劑熱合成Si₃N₄；二氧化硅與氨基鈉在700℃以上反應制備Si₃N₄；Mg₂Si與氯化銨在450～600℃反應制備Si₃N₄。通過這些方法制備Si₃N₄一般都是在高溫條件下進行，能耗大，反應時間較長，生產效率低。通過SiCl₄與NaN₃之間的反應雖然可以在200～400℃的低溫下制備Si₃N₄，但由于SiCl₄沸點低(57.6℃)，揮發性強，反應不易控制，因此探索低溫制備Si₃N₄的新技術對于擴大Si₃N₄的應用具有重要意義。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供了一種通過有機-無機反應法低溫制備氮化硅粉體材料的方法，該方法能耗低、反應時間短、生產效率高。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種低溫制備氮化硅粉體材料的方法，步驟如下：

(1)按疊氮鈉中鈉原子與鹵硅烷中鹵素原子的原子比1∶1～1.5∶1進行配料，裝入反應釜中，封緊反應釜，將反應釜在加熱爐中加熱到250～550℃，使反應物之間發生反應，反應0～5小時后停止加熱，自然冷卻至室溫；

(2)用乙醚反復清洗、抽濾反應產物，以除去殘余鹵硅烷，至濾液為無色為止；

(3)再用去離子水清洗反應產物，除去反應副產物氯化鈉，至濾液呈中性；

(4)將反應產物在60～80℃溫度下烘干3～8小時，得到灰色或黑色粉末；

(5)將上述粉末在空氣中加熱到750～800℃，氧化除碳，即得到Si₃N₄粉體。

所述步驟(1)中的鹵硅烷通式為R_nSiX_4-n，其中R為烷基或芳香基，X為鹵素，n＝1、2、3，如甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基一氯硅烷、三氯乙烯硅烷、三氯乙基硅烷、乙基二氯硅烷、二乙基二氯硅烷、三乙基氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷、三苯基一氯硅烷、三甲基溴硅烷、三甲基碘硅烷。

本發明以有機物鹵硅烷作硅源，以無機物疊氮鈉作氮源，在250～550℃的低溫下制備Si₃N₄粉體材料，所得的產品化學穩定性好，產率不低于70％，粉體的尺寸在50～200nm之間。本發明具有反應溫度低、反應時間短、能耗小、產率高、反應易控制等優點。

附圖說明

圖1為實施例4制得的Si₃N₄粉體的X-射線粉末衍射圖；

圖2為實施例4制得的Si₃N₄粉體的透射電鏡形貌圖；

圖3為實施例8制得的Si₃N₄粉體的透射電鏡形貌圖。

具體實施方式