[發明專利]一種高純四硼化硅粉末及其制備方法

有效

• 申請號: 202011366680.0
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN114538457B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 張慶猛;陳均優;周敏;楊志民;楊劍
• 申請（專利權）人: 有研工程技術研究院有限公司
• 主分類號: C01B35/02
• 分類號: C01B35/02
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青

本發明公開了一種高純四硼化硅粉末及其制備方法。該高純四硼化硅粉末采用結晶度在40％?60％之間的硼粉，選擇硼粉和硅粉以3.2∶1?4∶1的硼硅摩爾比例在氣氛爐中高溫反應合成，具體包括以下步驟：(1)將硅粉和硼粉按比例稱重；(2)將硅粉和硼粉放入混料機中混合均勻；(3)將混合均勻的粉末裝入剛玉坩堝中，并將坩堝放入氣氛燒結爐中，使用高純氬氣對氣氛爐爐腔進行清洗，直至爐腔內氧含量低于30ppm；(4)在氬氣氣氛保護下以5℃/min的速率升溫至1280?1350℃，保溫2?3h，以5℃/min的速度降溫至室溫；(5)將燒結后的粉末使用行星球磨機球磨破碎。本發明的高純四硼化硅粉末經XRD測定全部物相為SiB₄相，且除Si和B外其他雜質含量小于1％。

技術領域

本發明涉及一種高純四硼化硅粉末及其制備方法，屬于特種粉末制備技術領域。

背景技術

SiB₄是一種耐高溫材料，它具有熔點高、良好的化學穩定性、低的熱傳導率等特點，常被用做高溫涂層輻射劑和助燒劑，在涂層中主要起到助燒和自愈合的作用。傳統的玻璃涂層在高溫下發生反應生成氣體而出現揮發的現象，使得涂層表面出現氣泡或者裂紋，降低了涂層的輻射率和強度。在涂層中添加少量的SiB₄粉體，在燒結過程中或者高溫工作環境下，SiB₄發生氧化形成特定比例的SiO₂-B₂O₃玻璃相，抑制氣泡的產生和修復裂紋；另一方面，SiB₄的氧化物在TaSi₂、MoSi₂等輻射劑表面形成玻璃相，阻止了輻射劑的進一步氧化，使得涂層可在更高的溫度下工作。

制備SiB₄粉體的方法大致可以分為兩類。第一類方法是在高溫下還原Si、B的化合物制得，如還原SiO₂、Si(H，Br，Cl或I)₄、B₂O₃、H₃BO₃、B₂H₆及B(Br、Cl或I)₃或這些化合物的混合物，以形成各種硼化物。使用這一類方法合成SiB₄最大的問題是無法控制反應，以及得到的產物是各種硼化物、硼單質、硅單質以及未反應完全的原料的混合物，它們很難彼此分離。第二類方法包括通過單質硅和硼之間的反應進行合成的方法，例如通過將單質熔化在一起進行合成、將混合物在空氣、惰性氣體或真空中燒結，或是在氬氣中熱壓。雖然這些方法得到的結果比第一類方法更好，但依然存在反應無法得到充分控制，以及產物中或多或少都會有剩余的B、Si或者生成SiB₆雜相的問題。

SiB₄為非穩態中間相，在一定溫度以上會發生分解。3SiB₄→Si+2SiB₆，合成溫度過高或者反應時間過長，都容易生成SiB₆，而生成的SiB₆后續很難從SiB₄中分離出來；而反應溫度不充分，存在剩余的B或者Si單質。對于存在的B、Si和SiB₆雜相，提高純度主要通過酸洗和鹵素提純工藝對未完全反應的粉體進行純化處理，去除未反應的硅與硼，酸洗工藝可能會對粉體造成二次污染，引入其他雜質，鹵素提純工藝對環境也有一定的污染。而對于SiB₆相則沒有辦法去除，因此制備高純SiB4具有非常大的難度。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高純四硼化硅粉末，該粉末無雜相，全部物相為SiB₄相，純度高。

本發明的另一目的在于提供一種所述高純四硼化硅粉末的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種高純四硼化硅粉末，該粉末采用結晶度在40％-60％之間的硼粉，選擇硼粉和硅粉以3.2∶1-4∶1的硼硅摩爾比例在氣氛爐中高溫反應合成。