一种氮化硅制备装置及制备系统的制作方法

本实用新型涉及机械设计及制备领域，具体而言，涉及一种氮化硅制备装置及制备系统。

背景技术：

氮化硅陶瓷，是一种烧结时不收缩的无机材料陶瓷。氮化硅的强度很高，尤其是热压氮化硅，是世界上最坚硬的物质之一。具有高强度、低密度、耐高温等性质。

目前，气相法生产氮化硅粉末的方法，由于加热不均匀，还是会影响氮化硅粉末的纯度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供了一种氮化硅制备装置，通过设置的加热装置，能更好加热，维持热量的均衡，保证氮化硅制备反应稳定高效的进行。

本实用新型的另一目的在于提供一种氮化硅制备系统，该制备系统可以大量高效的准备氮化硅粉末。

本实用新型是这样实现的：

一种氮化硅制备装置，包括：

反应箱，反应箱由箱侧壁、底板和箱顶板构成，箱侧壁、底板和箱顶板围成中间腔；

反应釜，反应釜设置于中间腔，反应釜与底板固定连接；

加热装置，加热装置加热反应釜中的反应原料；

气体管，气体管设置于箱顶板，气体管与中间腔连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，箱侧壁、底板和箱顶板均包括镜面层、隔热层和外壁层，镜面层为靠近中间腔的内层。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，反应釜为坩埚反应器。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，底板设置有底砧，坩埚反应器通过底砧与底板连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，底砧包括隔热板和垫板，底砧与隔热板连接，垫板设置有连接耳，垫板通过连接耳与底板固定连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，加热装置包括激光器，激光器设置于箱顶板。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，加热装置还包括电加热器，电加热器与坩埚反应器连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，坩埚反应器的外壁设置有环形突出部，电加热器设置于相邻两个环形突出部之间。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，气体管设置有流量调节阀。

一种氮化硅制备系统，氮化硅制备系统包括上述的氮化硅制备装置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过上述设计得到的氮化硅制备装置；通过将反应釜设置在中间腔，通过加热装置，加热反应釜，有利于反应充分利用加热装置的功能，且通过反应箱源，能保证热量不散失，利于形成较好的温度气氛，提高氮化硅制备装置的制备效率；利用了氮化硅制备装置的制备系统，也能较好的制备高纯度的氮化硅粉末。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施1提供的氮化硅制备装置的示意图；

图2是图1中II的放大示意图；

图3是本实用新型实施2提供的氮化硅制备装置的示意图；

图4是图3中IV的放大示意图。

图标：100-氮化硅制备装置；200-氮化硅制备装置；110-反应箱；111-箱侧壁；112-底板；113-箱顶板；114-中间腔；115-镜面层；116-隔热层；117-外壁层；118-底砧；118a-隔热板；118b-垫板；120-反应釜；121-环形突出部；130-加热装置；131-激光器；132-电加热器；140-气体管；141-流量调节阀；210-反应箱；218-底砧；218a-隔热板；218b-垫板；218c-连接耳。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1，参照图1至图2所示

参照图1，本实用新型实施例提供一种氮化硅制备装置100，氮化硅制备装置100包括反应箱110、反应釜120、加热装置130和气体管140。

反应箱110由四个箱侧壁111以及底板112和箱顶板113组成。四个箱侧壁111以及底板112和箱顶板113围成反应箱110的中间腔114。

参考图2，箱侧壁111以及底板112和箱顶板113有多层结构复合而成，包括镜面层115、隔热层116和外壁层117；通过将镜面层115、隔热层116和外壁层117压合形成箱侧壁111以及底板112和箱顶板113的板体，有利于反应箱110的功能的发挥。

镜面层115为靠近中间腔114的内层，当中间腔114的反应发生时，会有一定的热量辐射，而镜面层115能反射部分热量，有利于热量的汇聚；然后隔热层116的设置，能较好的保证中间腔114内的热量不会散失掉，有利于中间腔114的热量的保持和温度的稳定，能较好的保证反应的高效有序进行。外壁层117为反应箱110提供强度的保证，形成反应箱110的骨架，能较好的保证反应箱110的结构的稳定。

反应釜120选用石墨坩埚反应器，石墨坩埚反应器能耐较高的高温，而氮化硅在制备的过程中，反应温度较好，所以选择石墨坩埚反应器作为反应釜120。

氮化硅粉末的气相法制备中，通过SiCl4与NH3气体直接在高温下反应生成Si3N4，以及副产物NH4Cl，而在高温下很快升华分解。其化学反应式为:

气相法由于是气相反应，反应时气流易控制，产物纯度高，细度较好。

LICVD(激光诱导气相沉积)发利用气体分子对特定波长激光束的吸收而产生热解或化学反应，经过核生长形成微粉。整个过程基本上是一个热化学反应和成核生长的过程。过程中最常用的是连续波CO2激光(波长10.6μm)，加热效率可达到106-108℃/S，加热时间为10^-4S。加热速率快，高温驻留时间短，迅速冷却，可以获得均匀超细、最低颗粒尺度小于10nm的粉体。同时由于反应中心区域与反应器之间被原料隔离，污染小，能够获得稳定质量的粉体。LICVD法的关键是选用对激光束波长产生强吸收的反应气体作为反应源。激光法制备Si3N4粉体，产率主要受激光功率限制。

底板112设置有底砧118，底砧118包括隔热板118a和垫板118b，隔热板118a与石墨坩埚反应器直接接触连接，而隔热板118a安放在垫板118b上。

加热装置130包括激光器131，激光器131安装在箱顶板113，且激光器131安装的位置与周围反应釜120的石墨坩埚反应器正对。加热装置130还包括电加热器132，电加热器132是电阻丝，石墨坩埚反应器的外壁设置有环形突出部121，电加热器132设置在两个环形突出部121之间。设置电加热器132，可以辅助加热保持反应釜120的温度。

气体管140设置在底板112，通过气体管140输入氨气，由于氨气较轻，从底部输入，会自然向上升，所以将气体管140设置在底板112；且气体管140与中间腔114连通；气体管140还设置有用于调节气体流量的流量调节阀141。

本实施例还提供一种氮化硅制备系统，该制备系统包括上述的氮化硅制备装置100。

实施例2

本实用新型实施例所提供的氮化硅制备装置200，其实现原理及产生的技术效果和实施例1相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例1中相应内容。

通过实施例1设计得到的氮化硅制备装置100已基本能满足日常的使用，但本着进一步完善其功能的宗旨，设计者对其进行了进一步的改良。

参照图3，本实用新型实施例提供一种氮化硅制备装置200，氮化硅制备装置200包括反应箱210、反应釜120、加热装置130和气体管140。

反应箱210由四个箱侧壁111以及底板112和箱顶板113组成。四个箱侧壁111以及底板112和箱顶板113围成反应箱110的中间腔114。

箱侧壁111以及底板112和箱顶板113有多层结构复合而成，包括镜面层115、隔热层116和外壁层117；通过将镜面层115、隔热层116和外壁层117压合形成箱侧壁111以及底板112和箱顶板113的板体，有利于反应箱110的功能的发挥。

镜面层115为靠近中间腔114的内层，当中间腔114的反应发生时，会有一定的热量辐射，而镜面层115能反射部分热量，有利于热量的汇聚；然后隔热层116的设置，能较好的保证中间腔114内的热量不会散失掉，有利于中间腔114的热量的保持和温度的稳定，能较好的保证反应的高效有序进行。外壁层117为反应箱110提供强度的保证，形成反应箱110的骨架，能较好的保证反应箱110的结构的稳定。

反应釜120选用石墨坩埚反应器，石墨坩埚反应器能耐较高的高温，而氮化硅在制备的过程中，反应温度较好，所以选择石墨坩埚反应器作为反应釜120。

氮化硅粉末的气相法制备中，通过SiCl4与NH3气体直接在高温下反应生成Si3N4，以及副产物NH4Cl，而在高温下很快升华分解。其化学反应式为:

气相法由于是气相反应，反应时气流易控制，产物纯度高，细度较好。

LICVD(激光诱导气相沉积)发利用气体分子对特定波长激光束的吸收而产生热解或化学反应，经过核生长形成微粉。整个过程基本上是一个热化学反应和成核生长的过程。过程中最常用的是连续波CO2激光(波长10.6μm)，加热效率可达到106-108℃/S，加热时间为10^-4S。加热速率快，高温驻留时间短，迅速冷却，可以获得均匀超细、最低颗粒尺度小于10nm的粉体。同时由于反应中心区域与反应器之间被原料隔离，污染小，能够获得稳定质量的粉体。LICVD法的关键是选用对激光束波长产生强吸收的反应气体作为反应源。激光法制备Si3N4粉体，产率主要受激光功率限制。

参考图4，底板112设置有底砧218，底砧218包括隔热板218a和垫板218b，隔热板218a与石墨坩埚反应器直接接触连接，而隔热板218a安放在垫板218b上，垫板218b设置连接耳218c，垫板218b通过连接耳218c与底板112固定连接。

加热装置130包括激光器131，激光器131安装在箱顶板113，且激光器131安装的位置与周围反应釜120的石墨坩埚反应器正对。加热装置130还包括电加热器132，电加热器132是电阻丝，石墨坩埚反应器的外壁设置有环形突出部121，电加热器132设置在两个环形突出部121之间。设置电加热器132，可以辅助加热保持反应釜120的温度。

气体管140设置在底板112，且气体管140与中间腔114连通；气体管140还设置有用于调节气体流量的流量调节阀141。

本实施例还提供一种氮化硅制备系统，该制备系统包括上述的氮化硅制备装置200。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。