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氮化硅粉的生产方法

发布日期:2021/3/31 9:59:19

背景及概述[1]

氮化硅基陶瓷作为一种高温结构材料,具有比重轻、热膨胀系数小、硬度高、弹性模量高、耐磨损、耐热冲击、化学稳定性和高温热力学性能好等特点,因此氮化硅粉在高温、高速、强腐蚀介质和高磨损的工作环境中具有特殊的使用价值,广泛地应用于能源、化工、军工、航空航天、汽车工业、核动力工程、电子电器、机械及冶金等领域。

制备[1-2]

报道一、

一种氮化硅粉的生产方法,具体包括以下步骤:

1)用氮气反复置换管式反应器1中的气体至无水无氧条件,将四氯化硅送至管式反应器1后,将氮气和氨气混合气一起通入管式反应器1中(氮气和氨气的摩尔比为1:1),气体通入方向与四氯化硅的流速方向一致,管式反应器1温度控制在-50℃。反应后的混合产物经过滤器过滤得到固体产物Si(NH)2和NH4Cl,四氯化硅返回到四氯化硅储罐中,在反应系统中循环使用,过滤得到的固体产物Si(NH)2和氯化铵送入到洗涤过滤釜中,然后通入液氨清洗,除去氯化铵副产物,清洗后的液氨经过回收处理进行循环使用;

2)将清洗干燥后的Si(NH)2移入高温炉中,在流动氨气气氛保护下,升温至800℃煅烧4h,得到非晶态氮化硅粉;

3)将得到的非晶态氮化硅粉体采用气流磨细化且添加晶态氮化硅粉作为研磨助剂、压块后移入高温结晶炉中,在氮气气氛下升温至1500℃,煅烧1h后获得亚微米等轴氮化硅粉。其中,杂质Fe<50ppm,Ga、Al杂质合计<20ppm;粒径D50=330nm。

报道二、

一种制备高纯度纳米微米级球形氮化硅粉的方法如下:

将500ml石英玻璃反应釜放置在-40℃低温槽中,用氮气反复置换反应釜中的气体至少3次,将反应釜内充满氮气。先加入150ml的有机混合溶液和200ml的液氨,再加入20g四氯化硅后用搅拌器进行快速搅拌。

反应生成物二亚氨基硅、氯化铵与剩余未反应的液氨、有机溶液形成酸奶状的疏松混合物。等待沉淀15min后,二亚氨基硅将沉积于反应釜上层3液氨层的下部。将上层的液氨抽出,重新加入100ml干净液氨并进行搅拌。等待沉淀15min后抽出反应釜上层的液氨,并反复6次将氯化铵洗涤萃取干净。洗涤萃取时管路9口部使用孔径为1μm四氟乙烯滤膜防止穿滤,洗涤萃取6次后二亚氨基硅的回收率高于99.8%。

将石英玻璃反应釜移出低温槽,让反应釜中的少量液氨升温挥发。然后将反应釜放入加热炉中缓慢升温至在50℃~90℃,快速搅拌将其中有机液体挥发。将烧结炉继续升温至1200℃,二亚氨基硅即可全部转变为非晶态氮化硅。

将非晶态氮化硅从石英玻璃反应釜中取出,放入焙烧容器中置于气氛炉中在氮气保护下以热处理温度为1450℃±30℃,保温1±0.5小时,可获得α-Si3N4含量97.8%,氧元素含量(wt%)〈0.8%,碳元素含量(wt%)〈0.2%,氯元素含量(ppm)〈200,粒度D50为0.5μm,比表面积为10m2的球形氮化硅粉。

参考文献

[1][中国发明]CN201810207094.8一种氮化硅粉的生产方法

[2][中国发明,中国发明授权]CN201510657967.1一种制备微米纳米级球形氮化硅粉的方法