[發(fā)明專利]一種高純氮氧化硅的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711352598.0
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107986795A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜寧;季勇升;楊德仁;張亞光;杜英;陸介平
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇潤弛太陽能材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/597
• 分類號: C04B35/597;C04B35/626
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司32218
• 代理人: 徐冬濤,李曉峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮氧化硅陶瓷粉末材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種高純氮氧化硅的制備方法。

背景技術(shù)

氮氧化硅(Si₂N₂O)是一種性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，它具有優(yōu)異的耐高溫強(qiáng)度，并且具有優(yōu)異的耐高溫氧化性。在高溫下，它具有很低的熱膨脹系數(shù)，并有良好的抗熱震性。相對于現(xiàn)在性能優(yōu)異而且應(yīng)用廣泛的氮化硅和碳化硅，氮氧化硅具有更加優(yōu)異的高溫抗氧化穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，并具有可以耐熔融的非鐵金屬侵蝕的特性，它比氮化硅具有更高的分解溫度，能夠在更高的溫度下保持溫度。因此，氮氧化硅作為一種耐高溫陶瓷材料具有很好的應(yīng)用前景。此外，在鑄造多晶硅坩堝涂層領(lǐng)域，氮氧化硅也具有重大的潛在應(yīng)用價值。這是因?yàn)椋菏紫龋趸枳鳛槎趸韬偷璧倪^度中間態(tài)物質(zhì)，和二氧化硅以及氮化硅都具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，當(dāng)其作為二氧化硅和氮化硅的中間層時，可以有效的增強(qiáng)二氧化硅和氮化硅的結(jié)合強(qiáng)度，這使得目前廣泛應(yīng)用的氮化硅涂層和石英坩堝具有更強(qiáng)的結(jié)合效應(yīng)。然后，氮氧化硅本身具有耐熱沖擊等高溫穩(wěn)定性，而且其與硅液具有更大的潤濕角，相對于氮化硅來講更不容易受到熔化的硅液的浸潤，使得其單獨(dú)作為鑄造多晶硅坩堝涂層具有比氮化硅更大的優(yōu)勢。總之，氮氧化硅不僅在高溫陶瓷，也在鑄造多晶硅坩堝涂層領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。

目前，制備氮氧化硅粉末的方法有三種。第一種是利用氧化硅和氮化硅直接反應(yīng)燒結(jié)，具體是將氮化硅和氧化硅按一定比例混合，然后在高于1700℃的高溫下反應(yīng)燒結(jié)，產(chǎn)生的氮氧化硅一般為陶瓷塊體，而且純度不高。第二種方法是以二氧化硅為原料，在氮?dú)鈿夥障吕锰紵徇€原的方法得到氮氧化硅，這種方法最為常見，工藝最為簡單，原料最為便宜和常見，但是，最終產(chǎn)物中氮氧化硅的含量和二氧化硅原料的性質(zhì)以及反應(yīng)工藝關(guān)系很大，而且產(chǎn)物中仍然會殘留大量的碳黑。第三種方法是以硅和氧化硅為原料，先在較低的溫度下氧化處理數(shù)小時，然后在較高溫下氮化處理更長的時間，該方法制備的氮氧化硅中，常常含有一定量的氮氧化硅。第四種方法是利用含硅的有機(jī)物制備氮氧化硅，該方法比較復(fù)雜，原料危險性大，一般不適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣。

上述氮氧化硅的制備方法中，都有難以得到高純的氮氧化硅的問題。這是因?yàn)橹苽涞趸柰诘⒐琛⒀醯捏w系下進(jìn)行高溫處理，在這種情況下，往往容易生成穩(wěn)定的氧化硅或者氮化硅，使得最終氮氧化硅的產(chǎn)物中含有氧化硅或者氮化硅等雜質(zhì)。

為了解決上述問題，本行業(yè)內(nèi)的研究人員提出了許多方案。

專利申請?zhí)枮?01510244620.4的中國專利公開了一種以硅和二氧化硅為原料，在1380℃-1500℃下熱爆合成然后浮選的制備氮氧化硅的方法。該方法反應(yīng)周期短，反應(yīng)過程中沒有稀釋劑和催化劑，成本低廉。但是，熱爆合成反應(yīng)迅速，放出巨大熱量，具有一定危險性，不適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

閆玉華等(閆玉華,王思青.含硅原料對合成氮氧化硅粉末的影響[J].陶瓷學(xué)報,1997(3):154-157.)利用廉潔的二氧化硅原料，通過先對二氧化硅原料進(jìn)行活化處理，然后在碳熱還原的作用下生成氮氧化硅。這種方法巧妙利用了二氧化硅的活化，制備了較高純度的氮氧化硅。但是，這種方法工藝較為復(fù)雜，二氧化硅活化過程使用了酸洗的工藝，其具有環(huán)境污染的風(fēng)險，整體工藝復(fù)雜，成本較高，有污染環(huán)境的風(fēng)險，不適合做大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣。

專利申請?zhí)枮?01510692032.7的中國專利公開了一種利用高純硅粉和納米非晶二氧化硅為原料，在高溫下氮氧化合成反應(yīng)后，再溶液分散，過濾，干燥得到氮氧化硅晶須。該方案使用的納米非晶二氧化硅成本較高，難以有量化生產(chǎn)，而且納米的二氧化硅和微米的硅粉難以混合均勻，導(dǎo)致生成的產(chǎn)物成分也不均勻。同樣不適合做大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種高純氮氧化硅的制備方法，通過先對高純硅粉進(jìn)行加濕，然后在氮氧混合氣的氣氛下進(jìn)而高溫煅燒，進(jìn)而獲得高純氮氧化硅。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體為：

一種高純氮氧化硅的制備方法，包括以下步驟：

(1)將硅粉進(jìn)行加濕處理；

(2)在氮氧氣氛下，將步驟(1)得到的硅粉原料進(jìn)行兩步高溫煅燒，待反應(yīng)完全后得到氮氧化硅；所述兩步高溫煅燒的過程為：第一步1000-1300℃，5-15h，第二步1300-1500℃，10-30h；優(yōu)選的，所述兩步高溫煅燒的過程為：第一步1250-1300℃，10-15h，第二步1400-1450℃，20-30h。