专利名称：无缺陷氮化硅晶须的制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无缺陷α-氮化硅晶须的制备方法，属陶瓷材料技术领域。
晶须是一种很细的单晶体，“无缺陷”晶须其强度接近于原子间的结合力。陶瓷晶须，由于具有高熔点、低密度和高模量等优点，成为复合材料中的重要的增强组元。例如在6061-铝基体中加入氮化硅晶须后，材料的室温强度(σRT)由280提高到480MPa。又如在氮化硅基体中加入氮化硅晶须后，材料的断裂韧性(KIC)由3.95提高到9.19MPa
。再如在聚酰胺基体中加入氮化硅晶须后，材料的强度(σ)由110提高到176MPa，弹性模量(E)由2548提高到6578MPa。总之，无论是金属基体、陶瓷基体或塑料基体中加入氮化硅晶须后，均能起增强、增韧作用。
氮化硅晶须有α-氮化硅晶须和β-氮化硅晶须两种变体。从目前国内研究状况来看，制备的α-氮化硅晶须均存在着大量的缺陷，有面缺陷和三角形缺陷等，而制备的β-氮化硅晶须，则为“无缺陷”晶须。但是β-氮化硅晶须的生长温度高于α-氮化硅的生长温度。
本发明的目的是设计一种新的制备α-氮化硅晶须的方法，使制备的α-氮化硅晶须既无缺陷，又能在较低的温度下生长。
本发明的内容是用四氯化硅为硅源，氨气为氮源，二者在室温下，在氧化铝反应管中进行反应。然后把反应管放入高温炉中加热，并逐渐升至高温，室温产物氨基化物脱氨后生成氮化硅超细粉。
本发明把四氯化硅(液)和氨气的反应在加压下进行，使反应迅速完成。或在氨气流中滴加四氯化硅(液)，反应迅速完成。氨气的压力为正压即可。将上述反应所得产物放在高温炉中，在氨气气氛中升温至1100℃～1300℃，得到无定形氮化硅超细粉。
本发明是用四氯化硅室温氮化法制备氮化硅超细粉，然后原位生长出“无缺陷”α-氮化硅晶须。即将氮化硅超细粉继续升温至1400℃～1480℃，保温1-3小时，使用普通氨气作保护气氛，即可得到无缺陷的α-氮化硅晶须。
本发明依据的反应方程式如下
本发明制得的α-Si3N4晶须，几乎是纯晶须，其中未生长成晶须的颗粒极少，晶须含量＞90%。
附图1、2分别为用日立H-800型透射电镜，加速电压200KV时，对本发明制得的α-氮化硅晶须所拍的透射电镜照片。
实施例1在干燥的氧化铝反应管(Φ50mm，L600～800mm)中，加入50ml液态四氯化硅(纯度为C.P或A.R)。普氨经氢氧化钾和分子筛过滤后，通入反应管中，并使反应管内保持0.06MPa的正压，由于四氯化硅和氨生成氨基化物的反应是放热反应，当不再放热时，说明反应已完成。
把反应管放入高温炉中，在氨气气氛中逐渐加热，当加热到400℃时，杂质氯化铵开始升华，逐渐被除去，氨基化物也在此过程逐步分解出氨。当加热到1100～1300℃时，产物为无定形氮化硅超细粉，继续加热到1450℃左右，保温2小时，得到“无缺陷”的α-氮化硅晶须。透射电镜照片如图1和图2所示。产量为12～14克。
实施例2在干燥的氧化铝反应管(Φ50mm，L600～800mm)中，通入氨气，然后把50ml液态四氯化硅滴加入通氨气的反应管中，使四氯化硅和氨的反应迅速完成。以后的操作同实施例1。最后得到晶须的产量为12～15克。
实施例3开始的操作同实施例1或实施例2。在完成第一步反应后，把反应管放入高温炉中时，用高纯氮气作为保护气。当加热到1100℃～1300℃时，产物为无定形氮化硅超细粉，继续加热到1450℃，保温时间大于4小时，产物为α-氮化硅晶须和粉末，部分晶须中出现了缺陷。
表1是三个实施例制备出的α-氮化硅晶须的某些性能对比。
表1 三种实施例的比较
权利要求
1.一种制备无缺陷氮化硅晶须的方法，其特征在于该方法由下列各步骤组成(1)在液体四氯化硅中通入氨气或在氨气流中滴加四氯化硅液体，所述的氨气压力为正压；(2)将上述反应所得产物放在高温炉中，在氨气氛中升温至1100～1300℃，制备成无定形氮化硅超细粉；(3)继续升温至1400～1480℃，保温1-3小时，得到无缺陷氮化硅晶须。
全文摘要
本发明涉及一种制备无缺陷氮化硅的方法，属陶瓷材料技术领域。本发明是用四氯化硅为硅源，氨气为氮源，二者在室温下，在氧化铝反应管中进行反应。然后把反应管放在高温炉中加热，并逐渐升温至1100℃以上。产物氨基化物脱氨后生成氮化硅超细粉。最后升温至1400℃～1480℃，保温1—3小时，得到氮化硅晶须。用本发明制备“无缺陷”氮化硅晶须，生成温度低，产率高。
文档编号C30B29/38GK1092825SQ9312003
公开日1994年9月28日 申请日期1993年12月17日 优先权日1993年12月17日
发明者张克鋐, 袁正, 朱凯培, 莫艳, 邓宗武 申请人:清华大学