[發明專利]一種α相氮化硅粉體的制備方法

有效

• 申請號: 201711372158.1
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN107954723B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 謝志鵬;胡尊蘭
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/626;C01B21/068;B01J19/18;B01J4/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;劉鑫鑫

本發明公開了一種α相氮化硅粉體的制備方法。該制備方法，包括如下步驟：(1)四氯化硅在有機溶劑和液氨的兩液相界面與液氨反應，得到前驅體硅亞胺；所述有機溶劑為甲苯或者甲苯與二甲苯的混合物；(2)將步驟(1)中所述硅亞胺進行熱分解，得到無定形氮化硅粉體；(3)將步驟(2)中所述無定形氮化硅粉體進行結晶化處理，得到所述α相氮化硅粉體。本發明方法中，四氯化硅在有機溶劑和液氨的兩液相界面與液氨反應，較低溫度、稀釋四氯化硅、控制加料速率可以減緩反應速率，有效控制前驅體的合成，避免前驅體形成團聚體，界面反應擴大了反應面積，加快NH₄Cl溶于液氨；通過本發明制備出的得到的α?Si₃N₄粉末，晶型、形貌可控，晶粒尺寸分布均勻，且工藝過程簡單，可滿足生產需要。

技術領域

本發明涉及一種前驅體法制備氮化硅粉體的方法，尤其涉及一種α相氮化硅粉體的制備方法，屬于無機非金屬粉體材料領域。

背景技術

高溫工程材料中，氮化硅陶瓷性能優異突出。其力學性能好，硬度高、彈性模量高；熱學性能穩定，熱膨脹系數小、耐高溫；化學穩定性好，不易被腐蝕；絕緣性好等。在化學耐腐蝕器件、發動機耐高溫耐磨部分、汽車軸承、切削刀具等方面得到越來越多的應用。

氮化硅陶瓷燒結初始粉末有α相和β相兩種。初始粉末相對氮化硅陶瓷的結構和力學性能有重要的影響。α-Si₃N₄具有較大的溶解度、優異的燒結活性。從α-Si₃N₄溶解沉淀析出的β-Si₃N₄晶粒具有長柱狀形貌和較大長徑比，而由β-Si₃N₄粉末燒結的Si₃N₄材料仍保持等軸狀晶形，力學性能較差。所以獲得高α相氮化硅粉體，對氮化硅陶瓷的制備具有重要的意義。

目前氮化硅粉體的主要生產方法有硅粉直接氮化法、碳熱還原法、自蔓延法等。硅粉直接氮化法已實現工業大規模生產，但這種方法，α相含量不易控制；碳熱還原法制備的氮化硅粉，殘留的SiO₂不易去除；自蔓延法，反應速率不易控制，獲得的粉體雜質含量較高。此外,還有溶膠凝膠法、高溫氣相法等。這些方法成本較高、對原料要求嚴格、產量較低，不適宜大規模生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種α相氮化硅粉體的制備方法，該方法通過控制加料方式、加料速率、熱分解及結晶化處理條件，可獲得高α相、長柱狀和等軸狀晶形、低雜質含量、低氧含量的氮化硅粉體。

本發明提供的一種α相氮化硅粉體的制備方法，包括如下步驟：

(1)四氯化硅在有機溶劑和液氨的兩液相界面與液氨反應，得到前驅體氨基硅或硅亞胺；所述有機溶劑為甲苯或者甲苯與二甲苯的混合物；

(2)將步驟(1)中所述硅亞胺進行熱分解，得到無定形氮化硅粉體；

(3)將步驟(2)中所述無定形氮化硅粉體進行結晶化處理，得到所述α相氮化硅粉體。

上述的制備方法，步驟(1)中，所述甲苯與二甲苯的混合物中，甲苯與二甲苯的體積比可為(1～9)：1，具體可為(1～3)：1、1：1或3：1。

上述的制備方法，步驟(1)中，所述方法在所述反應之前按照如下步驟在反應釜中加料：將所述有機溶劑和所述液氨置于反應釜中，靜置分層；將所述有機溶劑稀釋的四氯化硅溶液加入所述有機溶劑中，所述四氯化硅擴散至所述靜置分層得到的界面，即可完成所述加料。

所述有機溶劑和所述液氨的體積比可為4：(1～6)，具體可為4：1。

所述有機溶劑稀釋的四氯化硅溶液中四氯化硅體積濃度可為1％～25％，具體可為1％～10％、5％～10％、5％或10％。