一種氮化硅粉體的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料科學與工程技術領域，涉及一種無機粉體的制備方法，具體涉及一種氮化硅粉體的制備方法。
【背景技術】
[0002]氮化硅為原子晶體，是一種重要的結構陶瓷材料。氮化硅具有硬度高、潤滑性好、抗氧化好、抗冷熱沖擊強(在空氣中加熱到1000°c以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂)等優良的物理化學性能。氮化硅的強度很高，是世界上最堅硬的物質之一。它極耐高溫，強度一直可以維持到1200°c的高溫而不下降，受熱后不會熔成融體，一直到1900°C才會分解，并有極強的耐化學腐蝕性能，能耐幾乎所有的無機酸和30%以下的燒堿溶液，也能耐很多有機酸的腐蝕；同時又是一種高性能電絕緣材料。
[0003]基于氮化硅具有如此優異的特性，人們常常用氮化硅為原料制造耐高溫軸承、氣輪機葉片、火箭發動機噴嘴等構件。傳統的制備氮化硅的方法有以下幾種:方法1一一在1300?1400°C時將粉狀金屬硅與氮氣反應；方法2——在1500°C左右時將金屬硅與氨作用；方法3——在含少量氫氣的氮氣中灼燒二氧化硅和碳的混合物；方法4——將31(:14與液氨反應，反應產物Si (NH2) 4熱分解得到氮化硅。方法1和方法4均已經實現了工業化的生產。然而，方法1存在以下不足之處:1、金屬硅與氮氣的反應速率極慢；2、反應產物顆粒粗，為了得到細顆粒粉體材料必須使用球磨，球磨導致產品被污染，且最終產品形貌不一致，粒度分布寬。在有催化劑作用下氨的分解溫度大約為800°C，無催化劑情況下氨在1200°C可完全分解，因此，方法A2本質上和方法1相同，即氮氣與金屬硅的反應，因此方法2存在方法1相同的缺點。方法3的原理是將二氧化硅的還原反應與氮化反應同步進行，由于使用碳作為還原劑，產品中必然有碳的殘留而嚴重影響產品質量。方法4的不足之處在于:當采用有機溶劑時過程相對復雜，當不采用有機溶劑時反應溫度控制較低，需要消耗大量的冷凍能耗；此外，四氯化硅和液氨反應得到的中間產品為亞氨基硅，亞氨基硅焙燒為氮化硅的溫度相對較高。
【發明內容】
[0004]發明目的:本發明針對上述現有技術存在的問題做出改進，即本發明公開了一種氮化硅粉體的制備方法。
[0005]技術方案:一種氮化硅粉體的制備方法，包括以下步驟:
[0006](1)、向高壓反應器中加入1000份液氨，再升溫至50?90°C，其中:高壓反應器設有高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置；
[0007](2)、開啟高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置，然后通過進料管向高壓反應器中加入50?200份氯代乙硅烷；
[0008](3)、加料完成后，在50?90°C下攪拌1?50h后得到反應產物；
[0009](4)、在常溫和氨飽和蒸汽壓壓力下使用密閉式過濾裝置過濾步驟(3)得到的反應產物，得到固體產物；
[0010](5)、在室溫?90°C下，將步驟⑷得到的固體產物用液氨洗滌得到(順2)#2固體，直至洗滌液中氯化銨質量含量小于0.1%為止；
[0011](6)、將步驟(5)得到的(NH2)6Si2固體在真空密閉爐中60?180°C下脫附2?10小時，
[0012](7)、將步驟(6)中經過脫附的(順2)#2固體置于管式爐，在氮氣氣氛，800?1000°C高溫熱分解1?20小時，隨爐冷卻后即得到氮化硅粉體。
[0013]作為本發明中一種氮化硅粉體的制備方法的一種優選方案:步驟(2)所述的氯代乙硅烷是六氯乙硅烷、五氯乙硅烷、四氯乙硅烷中的一種或幾種。
[0014]作為本發明中一種氮化硅粉體的制備方法的一種優選方案:步驟(3)中，加料完成后保持高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置工作，然后再在50?90°C下攪拌反應50h后得到反應產物。
[0015]在攪拌反應的過程中一直保持高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置工作。
[0016]作為本發明中一種氮化硅粉體的制備方法的一種優選方案:步驟(2)為勻速加料，在30?180分鐘內完成加料。
[0017]有益效果:本發明公開了一種氮化硅粉體的制備方法具有以下有益效果:
[0018]1、上述工藝可以在較高的溫度下進行氨化反應和洗滌，極大的減少了低溫反應所必須的冷凍電耗，使用普通的冷卻循環水即可達到冷卻目的；
[0019]2、同時由于反應溫度和洗滌溫度的升高，反應速率和洗滌效率均得以提高，生產效率提尚;
[0020]3、反應中間產物為(NH2)6Si2而非現有的以四氯化硅為原料的工藝的亞氨基硅(Si (NH)2)，中間產品焙燒溫度降低。
【具體實施方式】
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[0021]下面對本發明的【具體實施方式】詳細說明。
[0022]本文中的份均指的是質量份。
[0023]具體實施例1
[0024]—種氮化硅粉體的制備方法，包括以下步驟:
[0025](1)、向高壓反應器中加入1000份液氨，再升溫至50°C，其中:高壓反應器設有高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置；
[0026](2)、開啟高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置，然后通過進料管向高壓反應器中加入50份氯代乙硅烷；
[0027](3)、加料完成后，在50 °C下攪拌反應50h后得到反應產物；
[0028](4)、在常溫和氨飽和蒸汽壓壓力下使用密閉式過濾裝置過濾步驟(3)得到的反應產物，得到固體產物；
[0029](5)、在室溫下，將步驟⑷得到的固體產物用液氨洗滌得到(NH2)6Si2(六胺基二硅烷)固體，直至洗滌液中氯化銨質量含量小于0.1%為止；
[0030](6)、將步驟(5)得到的(NH2)6Si2固體在真空密閉爐中60°C下脫附10小時，
[0031](7)、將步驟(6)中經過脫附的(順2)#2固體置于管式爐，在氮氣氣氛，800°C高溫熱分解20小時，隨爐冷卻后即得到氮化硅粉體。
[0032]進一步地，步驟(2)的氯代乙硅烷是六氯乙硅烷。
[0033]作為一種優選，步驟(3)中，加料完成后保持高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置工作，然后在50°C下攪拌反應50h后得到反應產物。
[0034]進一步地，步驟(2)為勻速加料，30分鐘完成加料。
[0035]具體實施例2
[0036]—種氮化硅粉體的制備方法，包括以下步驟:
[0037](1)、向高壓反應器中加入1000份液氨，再升溫至90°C，其中:高壓反應器設有高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置；
[0038](2)、開啟高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置，然后通過進料管向高壓反應器中加入200份氯代乙硅烷；
[0039](3)、加料完成后，在90°C下攪拌反應lh后得到反應產物；
[0040](4)、在常溫和氨飽和蒸汽壓壓力下使用密閉式過濾裝置過濾步驟(3)得到的反應產物，得到固體產物；
[0041](5)、在90°C下，將步驟⑷得到的固體產物用液氨洗滌得到(NH2)6Si2固體，直至洗滌液中氯化銨質量含量小于0.1%為止；
[0042](6)、將步驟(5)得到的(NH2)6Si2固體在真空密閉爐中180°C下脫附2小時，
[0043](7)、將步驟(6)中經過脫附的(順2)#2固體置于管式爐，在氮氣氣氛，1000°C高溫熱分解1小時，隨爐冷卻后即得到氮化硅粉體。
[0044]進一步地，步驟(2)的氯代乙硅烷是六氯乙硅烷和五氯乙硅烷混合物，六氯乙硅烷和五氯乙硅烷的質量比為1:1。
[0045]作為一種優選，步驟(3)中，加料完成后保持高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置工作，然后在90°C下攪拌反應lh后得到反應產物。
[0046]進一步地，步驟(2)為勻速加料，180分鐘完成加料。
[0047]具體實施例3
[0048]—種氮化硅粉體的制備方法，包括以下步驟:
[0049](1)、向高壓反應器中加入1000份液氨，再升溫至70°C，其中:高壓反應器設有高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置；
[0050](2)、開啟高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置，然后通過進料管向高壓反應器中加入100份氯代乙硅烷；
[0051](3)、加料完成后，繼續在70 °C下攪拌反應5h后得到反應產物；
[0052](4)、在常溫和氨飽和蒸汽壓壓力下使用密閉式過濾裝置過濾步驟(3)得到的反應產物，得到固體產物；
[0053](5)、在40°C下，將步驟⑷得到的固體產物用液氨洗滌得到(NH2)6Si2固體，直至洗滌液中氯化銨質量含量小于0.1%為止；
[0054](6)、將步驟(5)得到的(NH2)6Si2固體在真空密閉爐中100°C下脫附5小時，
[0055](7)、將步驟(6)中經過脫附的(順2)#2固體置于管式爐，在氮氣氣氛，900°C高溫熱分解5小時，隨爐冷卻后即得到氮化硅粉體。
[0056]進一步地，步驟(2)的氯代乙硅烷是六氯乙硅烷、五氯乙硅烷、四氯乙硅烷的混合物。六氯乙硅烷、五氯乙硅烷、四氯乙硅烷的質量比為1:1:1。
[0057]作為一種優選，步驟(3)中，加料完成后保持高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置工作，然后在70°C下攪拌反應5h后得到反應產物。
[0058]進一步地，步驟(2)為勻速加料，60分鐘完成加料。
[0059]上面對本發明的實施方式做了詳細說明。但是本發明并不限于上述實施方式，在所屬技術領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權項】
1.一種氮化硅粉體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、向高壓反應器中加入1000份液氨，再升溫至50?90°C，其中:高壓反應器設有高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置； (2)、開啟高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置，然后通過進料管向高壓反應器中加入50?200份氯代乙硅烷； (3)、加料完成后，繼續在50?90°C下攪拌1?50h得到反應產物； (4)、在常溫和氨飽和蒸汽壓壓力下使用密閉式過濾裝置過濾步驟(3)得到的反應產物，得到固體產物； (5)、在室溫?90°C下，將步驟⑷得到的固體產物用液氨洗滌得到(NH2)6Si2固體，直至洗滌液中氯化銨質量含量小于0.1%為止； (6)、將步驟(5)得到的(NH2)6Si2固體在真空密閉爐中60?180°C下脫附2?10小時； (7)、將步驟(6)中經過脫附的(順2)#2固體置于管式爐，在氮氣氣氛，800?1000°C高溫熱分解1?20小時，隨爐冷卻后即得到氮化硅粉體。2.根據權利要求1所述的一種氮化硅粉體的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的氯代乙硅烷是六氯乙硅烷、五氯乙硅烷、四氯乙硅烷中的一種或幾種。3.根據權利要求1所述的一種氮化硅粉體的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，加料完成后保持高速剪切攪拌裝置和冷凝回流裝置工作，然后繼續在50?90°C下攪拌1?50h得到反應產物。4.根據權利要求1所述的一種氮化硅粉體的制備方法，其特征在于，步驟(2)為勻速加料，在30?180分鐘內完成加料。
【專利摘要】本發明一種氮化硅粉體的制備方法，其包括以下步驟：1、向高壓反應器中加入1000份液氨并升溫；2、在攪拌情況下向高壓反應器中加入50～200份氯代乙硅烷；3、使用密閉式過濾裝置過濾反應產物；4、將固體產物用液氨洗滌得到(NH2)6Si2固體；5、將(NH2)6Si2固體在真空密閉爐中脫附；6、將經過脫附的(NH2)6Si2固體置于管式爐高溫熱分解，隨爐冷卻后即得到氮化硅粉體。本發明公開了一種氮化硅粉體的制備方法具有以下有益效果：1、極大的減少了低溫反應所必須的冷凍電耗；2、反應速率和洗滌效率高；3、反應中間產物為(NH2)6Si2焙燒溫度低。
【IPC分類】C04B35/622, C04B35/584, C01B21/068
【公開號】CN105253864
【申請號】CN201510780188
【發明人】趙燕, 沈俊
【申請人】寧波盛優科技服務有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月13日