一种氮化硅粉体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料科学与工程技术领域，涉及一种无机粉体的制备方法，具体涉及一种氮化硅粉体的制备方法。
【背景技术】
[0002]氮化硅为原子晶体，是一种重要的结构陶瓷材料。氮化硅具有硬度高、润滑性好、抗氧化好、抗冷热冲击强(在空气中加热到1000°c以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂)等优良的物理化学性能。氮化硅的强度很高，是世界上最坚硬的物质之一。它极耐高温，强度一直可以维持到1200°c的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到1900°C才会分解，并有极强的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀；同时又是一种高性能电绝缘材料。
[0003]基于氮化硅具有如此优异的特性，人们常常用氮化硅为原料制造耐高温轴承、气轮机叶片、火箭发动机喷嘴等构件。传统的制备氮化硅的方法有以下几种:方法1一一在1300?1400°C时将粉状金属硅与氮气反应；方法2——在1500°C左右时将金属硅与氨作用；方法3——在含少量氢气的氮气中灼烧二氧化硅和碳的混合物；方法4——将31(:14与液氨反应，反应产物Si (NH2) 4热分解得到氮化硅。方法1和方法4均已经实现了工业化的生产。然而，方法1存在以下不足之处:1、金属硅与氮气的反应速率极慢；2、反应产物颗粒粗，为了得到细颗粒粉体材料必须使用球磨，球磨导致产品被污染，且最终产品形貌不一致，粒度分布宽。在有催化剂作用下氨的分解温度大约为800°C，无催化剂情况下氨在1200°C可完全分解，因此，方法A2本质上和方法1相同，即氮气与金属硅的反应，因此方法2存在方法1相同的缺点。方法3的原理是将二氧化硅的还原反应与氮化反应同步进行，由于使用碳作为还原剂，产品中必然有碳的残留而严重影响产品质量。方法4的不足之处在于:当采用有机溶剂时过程相对复杂，当不采用有机溶剂时反应温度控制较低，需要消耗大量的冷冻能耗；此外，四氯化硅和液氨反应得到的中间产品为亚氨基硅，亚氨基硅焙烧为氮化硅的温度相对较高。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种氮化硅粉体的制备方法。
[0005]技术方案:一种氮化硅粉体的制备方法，包括以下步骤:
[0006](1)、向高压反应器中加入1000份液氨，再升温至50?90°C，其中:高压反应器设有高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置；
[0007](2)、开启高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置，然后通过进料管向高压反应器中加入50?200份氯代乙硅烷；
[0008](3)、加料完成后，在50?90°C下搅拌1?50h后得到反应产物；
[0009](4)、在常温和氨饱和蒸汽压压力下使用密闭式过滤装置过滤步骤(3)得到的反应产物，得到固体产物；
[0010](5)、在室温?90°C下，将步骤⑷得到的固体产物用液氨洗涤得到(順2)#2固体，直至洗涤液中氯化铵质量含量小于0.1%为止；
[0011](6)、将步骤(5)得到的(NH2)6Si2固体在真空密闭炉中60?180°C下脱附2?10小时，
[0012](7)、将步骤(6)中经过脱附的(順2)#2固体置于管式炉，在氮气气氛，800?1000°C高温热分解1?20小时，随炉冷却后即得到氮化硅粉体。
[0013]作为本发明中一种氮化硅粉体的制备方法的一种优选方案:步骤(2)所述的氯代乙硅烷是六氯乙硅烷、五氯乙硅烷、四氯乙硅烷中的一种或几种。
[0014]作为本发明中一种氮化硅粉体的制备方法的一种优选方案:步骤(3)中，加料完成后保持高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置工作，然后再在50?90°C下搅拌反应50h后得到反应产物。
[0015]在搅拌反应的过程中一直保持高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置工作。
[0016]作为本发明中一种氮化硅粉体的制备方法的一种优选方案:步骤(2)为匀速加料，在30?180分钟内完成加料。
[0017]有益效果:本发明公开了一种氮化硅粉体的制备方法具有以下有益效果:
[0018]1、上述工艺可以在较高的温度下进行氨化反应和洗涤，极大的减少了低温反应所必须的冷冻电耗，使用普通的冷却循环水即可达到冷却目的；
[0019]2、同时由于反应温度和洗涤温度的升高，反应速率和洗涤效率均得以提高，生产效率提尚;
[0020]3、反应中间产物为(NH2)6Si2而非现有的以四氯化硅为原料的工艺的亚氨基硅(Si (NH)2)，中间产品焙烧温度降低。
【具体实施方式】
:
[0021]下面对本发明的【具体实施方式】详细说明。
[0022]本文中的份均指的是质量份。
[0023]具体实施例1
[0024]—种氮化硅粉体的制备方法，包括以下步骤:
[0025](1)、向高压反应器中加入1000份液氨，再升温至50°C，其中:高压反应器设有高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置；
[0026](2)、开启高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置，然后通过进料管向高压反应器中加入50份氯代乙硅烷；
[0027](3)、加料完成后，在50 °C下搅拌反应50h后得到反应产物；
[0028](4)、在常温和氨饱和蒸汽压压力下使用密闭式过滤装置过滤步骤(3)得到的反应产物，得到固体产物；
[0029](5)、在室温下，将步骤⑷得到的固体产物用液氨洗涤得到(NH2)6Si2(六胺基二硅烷)固体，直至洗涤液中氯化铵质量含量小于0.1%为止；
[0030](6)、将步骤(5)得到的(NH2)6Si2固体在真空密闭炉中60°C下脱附10小时，
[0031](7)、将步骤(6)中经过脱附的(順2)#2固体置于管式炉，在氮气气氛，800°C高温热分解20小时，随炉冷却后即得到氮化硅粉体。
[0032]进一步地，步骤(2)的氯代乙硅烷是六氯乙硅烷。
[0033]作为一种优选，步骤(3)中，加料完成后保持高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置工作，然后在50°C下搅拌反应50h后得到反应产物。
[0034]进一步地，步骤(2)为匀速加料，30分钟完成加料。
[0035]具体实施例2
[0036]—种氮化硅粉体的制备方法，包括以下步骤:
[0037](1)、向高压反应器中加入1000份液氨，再升温至90°C，其中:高压反应器设有高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置；
[0038](2)、开启高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置，然后通过进料管向高压反应器中加入200份氯代乙硅烷；
[0039](3)、加料完成后，在90°C下搅拌反应lh后得到反应产物；
[0040](4)、在常温和氨饱和蒸汽压压力下使用密闭式过滤装置过滤步骤(3)得到的反应产物，得到固体产物；
[0041](5)、在90°C下，将步骤⑷得到的固体产物用液氨洗涤得到(NH2)6Si2固体，直至洗涤液中氯化铵质量含量小于0.1%为止；
[0042](6)、将步骤(5)得到的(NH2)6Si2固体在真空密闭炉中180°C下脱附2小时，
[0043](7)、将步骤(6)中经过脱附的(順2)#2固体置于管式炉，在氮气气氛，1000°C高温热分解1小时，随炉冷却后即得到氮化硅粉体。
[0044]进一步地，步骤(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质量比为1:1。
[0045]作为一种优选，步骤(3)中，加料完成后保持高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置工作，然后在90°C下搅拌反应lh后得到反应产物。
[0046]进一步地，步骤(2)为匀速加料，180分钟完成加料。
[0047]具体实施例3
[0048]—种氮化硅粉体的制备方法，包括以下步骤:
[0049](1)、向高压反应器中加入1000份液氨，再升温至70°C，其中:高压反应器设有高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置；
[0050](2)、开启高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置，然后通过进料管向高压反应器中加入100份氯代乙硅烷；
[0051](3)、加料完成后，继续在70 °C下搅拌反应5h后得到反应产物；
[0052](4)、在常温和氨饱和蒸汽压压力下使用密闭式过滤装置过滤步骤(3)得到的反应产物，得到固体产物；
[0053](5)、在40°C下，将步骤⑷得到的固体产物用液氨洗涤得到(NH2)6Si2固体，直至洗涤液中氯化铵质量含量小于0.1%为止；
[0054](6)、将步骤(5)得到的(NH2)6Si2固体在真空密闭炉中100°C下脱附5小时，
[0055](7)、将步骤(6)中经过脱附的(順2)#2固体置于管式炉，在氮气气氛，900°C高温热分解5小时，随炉冷却后即得到氮化硅粉体。
[0056]进一步地，步骤(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、四氯乙硅烷的质量比为1:1:1。
[0057]作为一种优选，步骤(3)中，加料完成后保持高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置工作，然后在70°C下搅拌反应5h后得到反应产物。
[0058]进一步地，步骤(2)为匀速加料，60分钟完成加料。
[0059]上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
【主权项】
1.一种氮化硅粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)、向高压反应器中加入1000份液氨，再升温至50?90°C，其中:高压反应器设有高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置； (2)、开启高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置，然后通过进料管向高压反应器中加入50?200份氯代乙硅烷； (3)、加料完成后，继续在50?90°C下搅拌1?50h得到反应产物； (4)、在常温和氨饱和蒸汽压压力下使用密闭式过滤装置过滤步骤(3)得到的反应产物，得到固体产物； (5)、在室温?90°C下，将步骤⑷得到的固体产物用液氨洗涤得到(NH2)6Si2固体，直至洗涤液中氯化铵质量含量小于0.1%为止； (6)、将步骤(5)得到的(NH2)6Si2固体在真空密闭炉中60?180°C下脱附2?10小时； (7)、将步骤(6)中经过脱附的(順2)#2固体置于管式炉，在氮气气氛，800?1000°C高温热分解1?20小时，随炉冷却后即得到氮化硅粉体。2.根据权利要求1所述的一种氮化硅粉体的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的氯代乙硅烷是六氯乙硅烷、五氯乙硅烷、四氯乙硅烷中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种氮化硅粉体的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，加料完成后保持高速剪切搅拌装置和冷凝回流装置工作，然后继续在50?90°C下搅拌1?50h得到反应产物。4.根据权利要求1所述的一种氮化硅粉体的制备方法，其特征在于，步骤(2)为匀速加料，在30?180分钟内完成加料。
【专利摘要】本发明一种氮化硅粉体的制备方法，其包括以下步骤：1、向高压反应器中加入1000份液氨并升温；2、在搅拌情况下向高压反应器中加入50～200份氯代乙硅烷；3、使用密闭式过滤装置过滤反应产物；4、将固体产物用液氨洗涤得到(NH2)6Si2固体；5、将(NH2)6Si2固体在真空密闭炉中脱附；6、将经过脱附的(NH2)6Si2固体置于管式炉高温热分解，随炉冷却后即得到氮化硅粉体。本发明公开了一种氮化硅粉体的制备方法具有以下有益效果：1、极大的减少了低温反应所必须的冷冻电耗；2、反应速率和洗涤效率高；3、反应中间产物为(NH2)6Si2焙烧温度低。
【IPC分类】C04B35/622, C04B35/584, C01B21/068
【公开号】CN105253864
【申请号】CN201510780188
【发明人】赵燕, 沈俊
【申请人】宁波盛优科技服务有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月13日