專利名稱：微波輻照制備鈦硅化合物及其摻雜材料的方法
技術領域：
本發明屬于材料制備和微波化學領域，涉及一種鈦硅化合物及其 摻雜材料的制備方法。
背景技術：
鈦硅化合物尤其是TiSi2在太陽能催化制氫、氫氣儲存、集成電路 等方面有重要的潛在應用。目前鈦硅化合物尤其是TiSi2主要通過鈦粉 和硅粉經常規爐高溫加熱合成，這種辦法合成溫度高、時間長、產物 晶粒較粗大，以鈦粉為原料時則成本很高。專利CN1822331和 CN1872662公布了以TiCL,和SiH,為原料，分別通過化學氣相沉積和常 壓化學氣相沉積的辦法，制備了硅化鈦納米線。但這種方法中，TiCl4 腐蝕性氣體，SiFi自燃性氣體，該方法的安全性需特別注意。
上述鈦硅化合物的制備方法，采用常規的加熱方式進行，常規加 熱方法是根據熱傳導、對流和輻照原理從物料外部由表及里地進行加 熱，加熱速度緩慢，溫度場不均勻，須經過長時間才能完成預熱、反 應的過程，制備時間長、能耗高、晶粒較粗大，成本較高。
發明內容
本發明的目的是提供一種高效快速節能、低成本制備細晶粒鈦硅 化合物及其摻雜材料的方法，公布了微波輻照鈦硅化合物及其摻雜材
料的方法。微波加熱是與常規加熱不同，物料的加熱是通過外場與物 料相互作用完成的，在高頻電磁場作用下物料中偶極子與周圍分子摩 擦發熱從而使溫度升高。微波加熱具有內部外部同時加熱、可克服物 料中的"冷中心"現象、加熱迅速、易自動控制等優點。微波加熱不 需要對工作介質和加熱爐體本身進行加熱和保溫，沒有額外熱量消耗， 可最大限度地利用加熱能源，微波加熱不需要任何傳導過程，加熱快 速、均勻，僅需傳統加熱方式的幾分之一甚至幾十分之一的時間就可 實現反應完成，在晶粒未長得太大前即完成了反應。另外，微波加熱還 可能有微波催化和等離子體凈化作用，使鈦硅化合物及其摻雜材料保 持較高的催化活性。因此，微波法可高效快速節能、低成本地制備細晶 粒鈦硅化合物及其摻雜材料。
本發明的具體內容是
選取一定的含鈦和硅元素的反應物體系，如鈦粉和硅粉的混合物、 鈦粉和四氯化硅的混合物、二氧化鈦和硅粉及鎂粉的混和物、二氧化 鈦和硅粉及鈣粉的混和物、二氧化鈦和硅粉及鋁粉的混和物等；根據 摻雜要求的不同，可在上述反應物體系中加入一定量的含硼或含氮原
料；攪拌并球磨至粒度為5nm—0.5mm，盛入坩堝內，然后將柑堝置入 微波爐中，通入一定量的保護性氣體，如氮氣、氬氣、氫氣或氦氣， 在微波輻照條件下進行加熱反應，加熱溫度在100°C—1500°C，保溫 0. 1—IO小時后取出反應產物，再將反應產物進行洗滌，然后過濾、烘 干即可得到鈦硅化合物及其摻雜材料。
本發明得到的有益效果是(1)在微波輻照制備鈦硅化合物及其摻 雜材料的過程中，主要是通過微波加熱引發反應，制備時間短、能耗 低；(2)微波輻照可制備比常規加熱條件下晶粒更細小的鈦硅化合物
及其摻雜材料；(3)不用Ti粉作原料時，也可制備出鈦硅化合物及其
摻雜材料，成本較低。
具體實施例方式
實施例1:
稱取48克鈦粉和56克硅粉，加入3克(NH2)2C0，攪拌混合并球磨， 過200目篩，然后壓制成直徑20毫米厚度5毫米的圓片，放入坩鍋中， 再將坩鍋置入微波爐中，通入Ar氣，加熱至90(TC，并在該溫度下保 溫1小時，然后取出反應產物，用質量分數為5%的鹽酸溶液進行洗滌， 再用去離子水清洗，過濾、烘干即可得到TiSi2含量超過90X的產物。
實施例2:
稱取160克二氧化鈦粉、48克鎂粉和56克硅粉，攪拌混合并球磨， 過325目篩，然后與300克無水KC1一起放入坩鍋中，再將柑鍋置入 微波爐中，通入Ar氣，加熱至80(TC，并在該溫度下保溫O. 5小時， 然后取出反應產物，用質量分數為5%的鹽酸溶液進行洗滌，再用去離 子水清洗，過濾、烘干即可得到粒徑為300nm的TiSi2。
權利要求
1、一種微波輻照制備鈦硅化合物及其摻雜材料的方法，其特征在于包括如下制備步驟選取一定的含鈦和硅元素的反應物體系，添加一定量的摻雜原料；攪拌并球磨至粒度為5nm-0.5mm，盛入坩堝內，然后將坩堝置入微波爐中，通入一定量的保護性氣體，在微波輻照條件下進行加熱反應，再將反應產物進行洗滌，經過濾、烘干即可得到鈦硅化合物及其摻雜材料。
2、 根據權利要求1所述的微波輻照制備鈦硅化合物及其摻雜材 料的方法，其特征在于所述的反應物體系包括但不僅限于鈦粉和硅 粉的混合物、鈦粉和四氯化硅的混合物、二氧化鈦和硅粉及鎂粉的混 和物、二氧化鈦和硅粉及鈣粉的混和物、二氧化鈦和硅粉及鋅粉、二氧化鈦和硅粉及鋁粉的混和物、二氧化鈦和硅粉及碳粉的混和物；
3、 根據權利要求1所述的微波輻照制備鈦硅化合物及其摻雜材 料的方法，其特征在于所述的摻雜原料包括但不僅限于B203、 H3B03、 Na2BA、 NH3、 (NH2)2CO、 Ce02、 La203中的一種或幾種，摻雜原料的量 為含鈦和硅元素反應物體系質量比的0-10%。
4、 根據權利要求1所述的微波輻照制備鈦硅化合物及其摻雜材 料的方法，其特征在于反應原料入坩堝前可攪拌并球磨至粒度為 5nm—0.5mm，然后壓制成型放入坩堝；或者與反應溫度下可熔化的鹽 一起放入坩堝，鹽包括但不僅限于無水NaCl、無水KC1、無水MgC丄2、 無水CaCl2中的一種或幾種。
5、 根據權利要求1所述的微波輻照制備鈦硅化合物及其摻雜材 料的方法，其特征在于微波爐中通入一定量的保護性氣體，保護性 氣體包括但不僅限于氮氣、氬氣、氫氣、氦氣中的一種或幾種。
6、 根據權利要求1所述的微波輻照制備鈦硅化合物及其慘雜材料的方法，其特征在于微波輻照反應物溫度為10(TC 150(TC，并 在該溫度下保溫0. 1 10小時。
全文摘要
本發明公布了微波輻照制備鈦硅化合物及其摻雜材料的方法。制備過程如下選取一定的含鈦和硅元素的反應物體系，如鈦粉和硅粉的混合物、鈦粉和四氯化硅的混合物、二氧化鈦和硅粉及鎂粉的混和物、二氧化鈦和硅粉及鈣粉的混和物、二氧化鈦和硅粉及鋁粉的混和物等；根據摻雜要求的不同，可在上述反應物體系中加入一定量的含硼或含氮原料等；攪拌并球磨至粒度為5nm-0.5mm，盛入坩堝內，然后將坩堝置入微波爐中，通入一定量的保護性氣體，如氮氣、氬氣、氫氣或氦氣，在微波輻照條件下進行加熱反應，加熱溫度在100℃-1500℃，保溫0.1-10小時后取出反應產物，再將反應產物進行洗滌，然后過濾、烘干即可得到鈦硅化合物及其摻雜材料。微波輻照制備鈦硅化合物及其摻雜材料的方法高效快速節能，所得產物的晶粒細小，成本較低，在太陽能催化制氫、氫氣儲存、集成電路等方面有重要的應用。
文檔編號C01B33/06GK101186300SQ20071019263
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月17日 優先權日2007年12月17日
發明者楊樂之, 逵 梁, 倩 王 申請人:湖南大學