专利名称：微波辐照制备钛硅化合物及其掺杂材料的方法
技术领域：
本发明属于材料制备和微波化学领域，涉及一种钛硅化合物及其 掺杂材料的制备方法。
背景技术：
钛硅化合物尤其是TiSi2在太阳能催化制氢、氢气储存、集成电路 等方面有重要的潜在应用。目前钛硅化合物尤其是TiSi2主要通过钛粉 和硅粉经常规炉高温加热合成，这种办法合成温度高、时间长、产物 晶粒较粗大，以钛粉为原料时则成本很高。专利CN1822331和 CN1872662公布了以TiCL,和SiH,为原料，分别通过化学气相沉积和常 压化学气相沉积的办法，制备了硅化钛纳米线。但这种方法中，TiCl4 腐蚀性气体，SiFi自燃性气体，该方法的安全性需特别注意。
上述钛硅化合物的制备方法，采用常规的加热方式进行，常规加 热方法是根据热传导、对流和辐照原理从物料外部由表及里地进行加 热，加热速度缓慢，温度场不均匀，须经过长时间才能完成预热、反 应的过程，制备时间长、能耗高、晶粒较粗大，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效快速节能、低成本制备细晶粒钛硅 化合物及其掺杂材料的方法，公布了微波辐照钛硅化合物及其掺杂材
料的方法。微波加热是与常规加热不同，物料的加热是通过外场与物 料相互作用完成的，在高频电磁场作用下物料中偶极子与周围分子摩 擦发热从而使温度升高。微波加热具有内部外部同时加热、可克服物 料中的"冷中心"现象、加热迅速、易自动控制等优点。微波加热不 需要对工作介质和加热炉体本身进行加热和保温，没有额外热量消耗， 可最大限度地利用加热能源，微波加热不需要任何传导过程，加热快 速、均匀，仅需传统加热方式的几分之一甚至几十分之一的时间就可 实现反应完成，在晶粒未长得太大前即完成了反应。另外，微波加热还 可能有微波催化和等离子体净化作用，使钛硅化合物及其掺杂材料保 持较高的催化活性。因此，微波法可高效快速节能、低成本地制备细晶 粒钛硅化合物及其掺杂材料。
本发明的具体内容是
选取一定的含钛和硅元素的反应物体系，如钛粉和硅粉的混合物、 钛粉和四氯化硅的混合物、二氧化钛和硅粉及镁粉的混和物、二氧化 钛和硅粉及钙粉的混和物、二氧化钛和硅粉及铝粉的混和物等；根据 掺杂要求的不同，可在上述反应物体系中加入一定量的含硼或含氮原
料；搅拌并球磨至粒度为5nm—0.5mm，盛入坩埚内，然后将柑埚置入 微波炉中，通入一定量的保护性气体，如氮气、氩气、氢气或氦气， 在微波辐照条件下进行加热反应，加热温度在100°C—1500°C，保温 0. 1—IO小时后取出反应产物，再将反应产物进行洗涤，然后过滤、烘 干即可得到钛硅化合物及其掺杂材料。
本发明得到的有益效果是(1)在微波辐照制备钛硅化合物及其掺 杂材料的过程中，主要是通过微波加热引发反应，制备时间短、能耗 低；(2)微波辐照可制备比常规加热条件下晶粒更细小的钛硅化合物
及其掺杂材料；(3)不用Ti粉作原料时，也可制备出钛硅化合物及其
掺杂材料，成本较低。
具体实施例方式
实施例1:
称取48克钛粉和56克硅粉，加入3克(NH2)2C0，搅拌混合并球磨， 过200目筛，然后压制成直径20毫米厚度5毫米的圆片，放入坩锅中， 再将坩锅置入微波炉中，通入Ar气，加热至90(TC，并在该温度下保 温1小时，然后取出反应产物，用质量分数为5%的盐酸溶液进行洗涤， 再用去离子水清洗，过滤、烘干即可得到TiSi2含量超过90X的产物。
实施例2:
称取160克二氧化钛粉、48克镁粉和56克硅粉，搅拌混合并球磨， 过325目筛，然后与300克无水KC1一起放入坩锅中，再将柑锅置入 微波炉中，通入Ar气，加热至80(TC，并在该温度下保温O. 5小时， 然后取出反应产物，用质量分数为5%的盐酸溶液进行洗涤，再用去离 子水清洗，过滤、烘干即可得到粒径为300nm的TiSi2。
权利要求
1、一种微波辐照制备钛硅化合物及其掺杂材料的方法，其特征在于包括如下制备步骤选取一定的含钛和硅元素的反应物体系，添加一定量的掺杂原料；搅拌并球磨至粒度为5nm-0.5mm，盛入坩埚内，然后将坩埚置入微波炉中，通入一定量的保护性气体，在微波辐照条件下进行加热反应，再将反应产物进行洗涤，经过滤、烘干即可得到钛硅化合物及其掺杂材料。
2、 根据权利要求1所述的微波辐照制备钛硅化合物及其掺杂材 料的方法，其特征在于所述的反应物体系包括但不仅限于钛粉和硅 粉的混合物、钛粉和四氯化硅的混合物、二氧化钛和硅粉及镁粉的混 和物、二氧化钛和硅粉及钙粉的混和物、二氧化钛和硅粉及锌粉、二氧化钛和硅粉及铝粉的混和物、二氧化钛和硅粉及碳粉的混和物；
3、 根据权利要求1所述的微波辐照制备钛硅化合物及其掺杂材 料的方法，其特征在于所述的掺杂原料包括但不仅限于B203、 H3B03、 Na2BA、 NH3、 (NH2)2CO、 Ce02、 La203中的一种或几种，掺杂原料的量 为含钛和硅元素反应物体系质量比的0-10%。
4、 根据权利要求1所述的微波辐照制备钛硅化合物及其掺杂材 料的方法，其特征在于反应原料入坩埚前可搅拌并球磨至粒度为 5nm—0.5mm，然后压制成型放入坩埚；或者与反应温度下可熔化的盐 一起放入坩埚，盐包括但不仅限于无水NaCl、无水KC1、无水MgC丄2、 无水CaCl2中的一种或几种。
5、 根据权利要求1所述的微波辐照制备钛硅化合物及其掺杂材 料的方法，其特征在于微波炉中通入一定量的保护性气体，保护性 气体包括但不仅限于氮气、氩气、氢气、氦气中的一种或几种。
6、 根据权利要求1所述的微波辐照制备钛硅化合物及其惨杂材料的方法，其特征在于微波辐照反应物温度为10(TC 150(TC，并 在该温度下保温0. 1 10小时。
全文摘要
本发明公布了微波辐照制备钛硅化合物及其掺杂材料的方法。制备过程如下选取一定的含钛和硅元素的反应物体系，如钛粉和硅粉的混合物、钛粉和四氯化硅的混合物、二氧化钛和硅粉及镁粉的混和物、二氧化钛和硅粉及钙粉的混和物、二氧化钛和硅粉及铝粉的混和物等；根据掺杂要求的不同，可在上述反应物体系中加入一定量的含硼或含氮原料等；搅拌并球磨至粒度为5nm-0.5mm，盛入坩埚内，然后将坩埚置入微波炉中，通入一定量的保护性气体，如氮气、氩气、氢气或氦气，在微波辐照条件下进行加热反应，加热温度在100℃-1500℃，保温0.1-10小时后取出反应产物，再将反应产物进行洗涤，然后过滤、烘干即可得到钛硅化合物及其掺杂材料。微波辐照制备钛硅化合物及其掺杂材料的方法高效快速节能，所得产物的晶粒细小，成本较低，在太阳能催化制氢、氢气储存、集成电路等方面有重要的应用。
文档编号C01B33/06GK101186300SQ20071019263
公开日2008年5月28日 申请日期2007年12月17日 优先权日2007年12月17日
发明者杨乐之, 逵 梁, 倩 王 申请人:湖南大学