[發明專利]氮硅烷及其生產方法、氮化硅及其生產方法

有效

• 申請號: 201710066778.6
• 申請日: 2017-02-07
• 公開（公告）號: CN108394874B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 夏高強;范協誠;銀波;黃彬;杜新;羅飛飛;張吉武;宋高杰
• 申請（專利權）人: 新疆晶碩新材料有限公司
• 主分類號: C01B21/068
• 分類號: C01B21/068;C07F7/10
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

本發明公開了一種氮硅烷及其生產方法、氮化硅及其生產方法，氮硅烷的生產方法包括以下步驟：(1)將鹵硅烷溶于過量的有機溶劑中得到鹵硅烷溶液，有機溶劑的沸點低于鹵硅烷的沸點；(2)將鹵硅烷溶液經過噴霧后以噴霧的形式與氨氣反應，生成氮硅烷，有機溶劑蒸發潛熱吸收反應放出的熱量，過量的有機溶劑控制反應的溫度不高于有機溶劑的沸點或者不高于比有機溶劑沸點高20℃的溫度。鹵硅烷溶液以噴霧方式與氨氣接觸比較充分，反應較為均勻，氮硅烷的生產方法用有機溶劑的蒸發潛熱吸收鹵硅烷與氨氣反應放出的熱量，控制所述反應的溫度不高于所述有機溶劑的沸點或者不高于比所述有機溶劑沸點高20℃的溫度，提高了反應溫度控制的穩定性。

技術領域

本發明屬于氮化硅生產技術領域，具體涉及一種氮硅烷及其生產方法、氮化硅及其生產方法。

背景技術

氮化硅具有機械強度高、自潤滑、熱穩定性好、化學穩定性好等優點，在高溫、高速、強腐蝕介質和高磨損等特殊工作環境中，具有廣泛的應用。已經商業化應用的氮化硅粉體制備技術有四種：(1)硅粉直接氮化法，包括低壓高溫氮化和高壓自蔓延氮化；(2)碳熱還原法，由二氧化硅和碳粉在氮氣中發生氧化還原反應生成氮化硅；(3)低溫鹵硅烷法，由四氯化硅或三氯氫硅等鹵硅烷和氨在低溫下生成氮硅烷中間產物，然后再將氮硅烷中間產物熱解為氮化硅，其中，氮硅烷是含有Si-N-H基的Si₆N₁₃H₁₅、Si₆N₁₂H₁₂、Si₆N₁₁H₉等一些列化合物的通稱；(4)高溫鹵硅烷或硅烷法，由四氯化硅等鹵硅烷或硅烷在高溫下直接和氨氣發生反應生成氮化硅。在上述方法中，低溫鹵硅烷法是典型的化工過程，易于實現規模化生產，且所得氮化硅產品純度高、α相含量高，較適合用于光伏鑄錠脫模劑及制作氮化硅陶瓷制品。

現有技術中，低溫鹵硅烷法反應劇烈，放熱量大，且有固相氮硅烷生成，因此對反應條件的控制要求較高。專利CN90109893公開了一種液體四氯化硅和氨氣雙管加壓的反應方法，由于無溫度控制設備或方法，實際發生的是氨氣同時與液態四氯化硅、氣態四氯化硅的反應，溫度很難控制，且出氣管線容易出現管道堵塞問題。專利JP1994151249公開了一種液體四氯化硅和液態氨液液界面反應生成氮硅烷的方法，由于氨的沸點較低，常壓下為-33.5℃，因此該方法需要采用大量的低溫冷源將氨氣液化，能耗較高，且液液界面反應速率慢，產能受限。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種氮硅烷及其生產方法、氮化硅及其生產方法，鹵硅烷溶液以噴霧的方式與氨氣接觸比較充分，反應較為均勻，氮硅烷的生產方法用有機溶劑的蒸發潛熱吸收鹵硅烷與氨氣反應放出的熱量，控制所述反應的溫度不高于所述有機溶劑的沸點或者不高于比所述有機溶劑沸點高20℃的溫度，提高了反應溫度控制的穩定性。

解決本發明技術問題所采用的技術方案是提供一種氮硅烷的生產方法，包括以下步驟：

(1)將鹵硅烷溶于過量的有機溶劑中得到鹵硅烷溶液，所述有機溶劑的沸點低于所述鹵硅烷的沸點；

(2)將所述鹵硅烷溶液經過噴霧后以噴霧的形式與氨氣反應，生成氮硅烷，所述有機溶劑的蒸發潛熱吸收所述反應放出的熱量，所述過量的有機溶劑控制所述反應的溫度不高于所述有機溶劑的沸點或者不高于比所述有機溶劑沸點高20℃的溫度。

反應時，存在過熱有機溶劑的狀態，有機溶劑在高于其沸點的溫度下，但是有機溶劑并未蒸發。所以本發明中的過量的有機溶劑可控制反應的溫度不高于比有機沸點高20℃的溫度。

鹵硅烷與氨氣發生反應生成氮硅烷，反應生成的熱量少部分使反應物、反應產物、有機溶劑溫度升高，反應生成的熱量絕大部分被有機溶劑的蒸發潛熱吸收。其中，氮硅烷為含Si-N-H化合物。鹵硅烷與有機溶劑混合配置鹵硅烷溶液時，有機溶劑過量，反應時有機溶劑未完全揮發。