一种低温制备氮化硅粉体材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种低温制备氮化硅粉体材料的方法，本发明专利技术以叠氮钠作氮源，以卤硅烷作硅源，在反应釜中加热到２５０～５５０℃，使反应物之间发生反应，反应０～５小时后停止加热，自然冷却，然后依次用乙醚、去离子水清洗，以除去残余反应物及反应副产物，然后在６０～８０℃下烘干３～８小时，得到灰色或黑色粉末，即为氮化硅，再将粉末在空气中加热到７５０～８００℃，氧化除碳，即得到较纯的氮化硅粉体。本发明专利技术所得的产品化学稳定性好，产率高，粉体的尺寸在５０～２００ｎｍ之间，具有反应温度低、反应时间短、能耗小、产率高、反应易控制等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于无机非金属粉体材料制备方法技 术领域。技术背景氣化硅材料因具有良好的力学性能、高的化学稳定性、较低的密度以及优异的高温性能，抗 热冲击，抗蠕变，在许多领域都有应用，如高接触应力条件下的滑动、滚动轴承，磨球，高温、 化学腐蚀条件下工作的结构陶瓷，高效研磨材料，耐火材料等，制备Si3N4粉体材料的已有方法包括在120(K1450"C的温度范围内硅与氮气进行反应制备 Si3N4;在120(K1450匸的温度范围二氧化硅在氨气或氮气中进行碳热还原反应制备Si3N4; SiS2与 氨气在1200 1450'C以上进行反应制备Si3N4; SiCU或SiH4与仰3在500~900匸的温度范围进行 反应制各Si3N4:有机物在115(K1400'C高温热分解制备Si3N4;高温自蓃延合成Si3N4;在670X: 以上溶剂热合成Si3N4; 二氧化硅与氨基钠在700"C以上反应制备Si3N4; MgaSi与氯化铵在450~600 X:反应制备SbN4。通过这些方法制备SbN4—般都是在高温条件下进行，能耗大，反应时间较长， 生产效率低。通过SiCU与NaN3之间的反应虽然可以在200~400'C的低温下制备Si3N4,但由于SiCl4 沸点低(57.6'C),挥发性强，反应不易控制，因此探索低温制备Si3N4的新技术对于扩大Si3N4的 应用具有重要意义。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种通过有机-无机反应法低温制备氮化硅粉体 材料&^方法，该方法能耗低、反应时间短、生产效率髙。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，步骤如下(1) 按叠氮钠中钠原子与卤硅烷中卤素原子的原子比1:1 1.5:1进行配料，装入反应釜 中，封紧反应釜，将反应釜在加热炉中加热到250 550'C，使反应物之间发生反应，反应0 5小吋后停止加热，自然冷却至室温；(2) 用乙醚反复清洗、抽滤反应产物，以除去残余卤硅垸，至滤液为无色为止；(3) 再用去离子水清洗反应产物，除去反应副产物氯化钠，至滤液呈中性；(4) 将反应产物在60 80'C温度下供干3~8小时，得到灰色或黑色粉末；(5) 将上述粉末在空气中加热到75(K800'C,氧化除碳，即得到Si3N4粉体。所述步骤(1)中的卤硅垸通式为RnSiX^，其中R为垸基或芳香基，X为卤素，n=l、 2、 3，如甲基三氯硅垸、二甲基二氯硅烷、三甲基一氯硅垸、三氯乙烯硅垸、三氯乙基硅烷、乙 基二氯硅烷、二乙基二氯硅烷、三乙基氯硅烷、苯基三氯硅垸、二苯基二氯硅垸、三苯基一 氯硅烷、三甲基溴硅烷、三甲基碘硅垸。本专利技术以有机物卤硅烷作硅源，以无机物叠氮钠作氮源，在25(K550C的低温下制备Si3N4 粉体材料，所得的产品化学稳定性好，产率不低于70%，粉体的尺寸在5(K200nm之间。本 专利技术具有反应温度低、反应时间短、能耗小、,率高、反应易控制等优点。 附图说明'图1为实施例4制得的Si3N4粉体的X-射线粉末衍射图； 图2为实施例4制得的Si3N4粉体的透射电镜形貌图；图3为实施例8制得的Si3N4粉体的透射电镜形貌图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明实施例1:通过CH3SiCl3与NaN3之间的化学反应制备SbN4粉体在无水无氧手套箱中， 用天平称取7.5gNaN3，用移液管量取4.32ml.CH3SiCl3，移入30ml反应釜中；封釜后，将反 应釜在加热炉中加热到550'C，保温5小时反应产物经无水乙醚清洗至滤液无色，再用去 离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在60C下烘干5小时后，得到灰黑色粉末1.7g。粉末 在空气中加热到75(K800'C，氧化除碳，即得到灰白色Si3N4粉体。实施例2:通过CH3SiCl3与NaN3之间的化学反应制备SbN4粉体在无水无氧手套箱中， 用天平称取7.5gNaN3，用移液管量取4.32mlCH3SiCb,移入30ml反应釜中；封釜后，将反 应釜在加热炉中加热到40(TC，到40(TC后保温5小时；反应产物经无水乙醚清洗至滤液无色， 再用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在60'C烘干8小时后，得到灰白色粉末1.4g。 粉末在空气中加热到75(K800'C，氧化除碳，即得到灰白色Si3N4粉体。实施例3:通过CH3SiCl3与NaN3之间的化学反应制备SbN4粉体在无水无氧手套箱中， 用天平称取7.5gNaN3，用移液管量取4.32mlCH3SiCl3，移入30ml反应釜中；封釜后，将反 应釜在加热炉中加热到30CTC，到300。C后保温5小时；反应产物经无水乙醚清洗至滤液无色， 再用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在70'C烘干5小时后，得到灰黑色粉末1.6g。 粉末在空气中加热到75(K800'C,氧化除碳，即得到灰白色Si3N4粉体。实施例4:通过CH3SiCl3与NaN3之间的化学反应制备Si3N4粉体在无水无氧手套箱中， 用天平称取7.5gNaN3，用移液管量取4.32mlCH3SiCl3，移入30ml反应釜中；封釜后，将反应釜在加热炉中加热到250'C,到250'C后保温5小时；反应产物经无水乙醚清洗至滤液无色， 再用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在80C烘干3小时后，得到灰色粉末1.9g。粉 末在空气中加热到750~8001:,氧化除碳，即得到灰白色Si3N4粉体。图1为本实施例制得的Si3N4粉体的X-射线粉末衍射图，图中可以看到粉体是由a-Si3N4和P-Si3N4组成。图2为本实施例制得的Si3N4粉体的透射电镜形貌图，图中可以看到，粉体主要包含短棒状的形态和颗粒状形态。实施例5:通过CH3SiCl3与NaN3之间的化学反应制备SbN4粉体在无水无氧手套箱中， 用天平称取7.5gNaN3，用移液管量取4.321111(:11331<:13，移入30ml反应釜中封釜后，将反 应釜在加热炉中加热到550'C,到55(TC后保温1小时；反应产物经无水乙醚清洗至滤液无色， 再用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在6(TC烘干5小时后，得到灰色粉末L3g。粉 末在空气中加热到750^800'C，氧化除碳，即得到灰白色Si3N4粉体。实施例6:通过CH3SiCl3与NaN3之间的化学反应制备Si3N4粉体在无水无氧手套箱中，用天平称取7.5gNaN3，用移液管量取4.32ml CH3SiCl3，移入30ml反应釜中；封釜后，将反 应釜在加热炉中加热到到250'C后保温2小时；反应产物经无水乙醚清洗至滤液无色， 再用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在60'C烘干5小时后，得到灰黑色粉末2.58。 粉末在空气中加热到75(K800t:，氧化除碳，即得到灰白色Si3N4粉体。实施例7:通过CH3SiCl3与NaN3之间的化学反应制备Si3N4粉体在无水无氧手套箱中， 用天平称取7.5gNaN3，用移液管量取4.32ml CH3SiCl3,移入30ml反应釜中；封釜后，将反 应釜在加热炉中加热到550'C,到550'C后停止加热；反应产物经无水乙醚清洗至滤液无色， 再用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在6(TC烘干5小时后，得到灰色粉末l，5g。粉 末在空气中加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温制备氮化硅粉体材料的方法，其特征在于：步骤如下：（１）按叠氮钠中钠原子与卤硅烷中卤素原子的原子比１∶１～１．５∶１进行配料，装入反应釜中，封紧反应釜，将反应釜在加热炉中加热到２５０～５５０℃，使反应物之间发生反应，反应０～５小时后停止加热，自然冷却至室温；（２）用乙醚反复清洗、抽滤反应产物，除去残余卤硅烷，至滤液为无色为止；（３）再用去离子水清洗反应产物，除去反应副产物氯化钠，至滤液呈中性；（４）将反应产物在６０～８０℃温度下烘干３～８小时，得到灰色或黑色粉末；（５）将上述粉末在空气中加热到７５０～８００℃，氧化除碳，即得到Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］粉体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白玉俊，毕见强，亓永新，朱慧灵，庞林林，王伟礼，韩福东，李少杰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]