亚微米级斜方氮化硅镁多晶体陶瓷粉末的制备方法技术

本发明专利技术涉及亚微米级斜方氮化硅镁多晶体陶瓷粉末的制备方法，其不同之处在于以Ｓｉ－Ｍｇ前驱体与叠氮钠进行加热密封反应，控制参与反应的Ｓｉ∶Ｍｇ∶ＮａＮ↓［３］＝１∶１－２．７５∶１－３．２５，加热温度为４５０－６００℃，反应时间为４－１２小时，产物通过洗涤和干燥，即可得到颗粒状无规则的亚微米级斜方氮化硅镁多晶体陶瓷粉末。本发明专利技术与现有技术相比具有以下优点：１）氮化硅镁的合成路线与亚微米的多晶体生长同时进行，实现了温和的反应条件，制备过程也比较简单，特别是制备温度有很大程度的降低，从而能耗也大大减少；２）产物ＭｇＳｉＮ↓［２］陶瓷粉形貌不规则、粒度达到亚微米级别、分布比较均匀，结晶程度好，纯度高，尺寸均匀。

Preparation method of submicron orthorhombic silicon nitride magnesium polycrystal ceramic powder

The invention relates to a preparation method of sub micron orthorhombic magnesium silicon nitride polycrystalline ceramic powder, which is characterized by Si - Mg precursor and sodium azide are heat sealed reaction control in the reaction of Si: Mg: NaN = 1: 3: 1: 2.75: 1 - 3.25, heating temperature 450 - 600 DEG C, the reaction time is 4 to 12 hours, the product can be obtained by washing and drying, sub micron trapezoid irregular granular magnesium silicon nitride polycrystalline ceramic powder. Compared with the prior art, the invention has the following advantages: 1) synthesis of magnesium silicon nitride with sub micron crystal growth at the same time, the mild reaction conditions, the preparation process is relatively simple, especially the preparation temperature is greatly reduced, thus greatly reduce the energy consumption; 2): product MgSiN 2 ceramic powder with irregular morphology, particle size of submicron grade, uniform distribution, crystallization degree, high purity, uniform size.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷材料制备领域，具体的是涉及亚微米级斜方氮化硅镁多晶体陶瓷粉末的 制备方法。
技术介绍
MgSiN2具有高导热、高电阻、相对较好的断裂韧性和硬度、高达92(TC以上的抗氧化性、 低介电常数、低介电损耗、良好的抗热震性能，在各个领域尤其是在电子、国防、宇航有着较好的应用。亚微米斜方氮化硅镁多晶粉末，在制备高密度集成电路基板材料、卩-Si3N4棒晶、发光材料等方面都有着巨大的应用前景。已知合成氮化硅镁有三种方法，包括高温直接氮化法、碳热还原法、自蔓延高温合成法。 关于氮化硅镁的合成和制备方法的专利报道不是很多，比如利用自蔓延高温合成方法制备氮 化硅镁粉体。有报道使用Mg3N2+Si3N4、 Mg+Si3N4、 Mg+Si三个体系与99.95%的氮气在1250。C下反应 制备MgSiN2多晶粉末，碳粉与镁的硅酸盐与氮气在125(TC下反应制备MgSiN2多晶粉末， Mg+Si、预烧结的Mg2Si和Mg+Si3N4三个体系在燃烧合成炉中，不同氮气压力下反应制备 MgSiN2多晶粉末。上述现有工艺对温度的要求高，资源消耗大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是针对上述现有技术而提出一种亚微米级MgSiN2多晶陶瓷粉的制 备方法，其反应条件温和，制备过程简单，特别是温度有很大程度的降低，能耗显著降低。本专利技术为解决上述提出的问题所采用解决方案为亚微米级斜方氮化硅镁多晶体陶瓷粉 末的制备方法，其特征在于以Si—Mg前驱体与叠氮钠进行加热密封反应，控制参与反应的 Si: Mg: NaN3-l: 1-2.75: 1-3.25，以上为摩尔比，加热温度为450 — 60(TC，反应时间为4 一12小时，产物通过洗涤和干燥，即可得到颗粒状无规则的亚微米级斜方氮化硅镁多晶体陶瓷粉末。按上述方案，所述的洗涤是指将反应得到的产物依次用无水乙醇、稀盐酸或稀硝酸、蒸 馏水超声洗涤5-20分钟，离心分离和提纯。按上述方案，所述的Si—Mg前驱体为Si02+Mg、 Si+Mg、 或预烧结的Mg2Si。按上述方案，所述的指Si粉和Mg粉按照摩尔比Si:Mg为1:2称量后混合，经过 24小时的球磨后所得。按上述方案，所述的预烧结的Mg2Si是指Si粉和Mg粉按照摩尔比Si:Mg为1:2称量后混合，在70(TC下烧结48小时所得。而前述的Si02+Mg、 Si+Mg分别是指Si02与镁的混合、硅与镁的混合，以上均为分析纯。本专利技术制备的亚微米级MgSiN2多晶陶瓷粉是以、Mg+Si、Si02+Mg、预烧结的Mg2Si 四个Si—Mg前驱体分别与提供氮源的叠氮钠(NaN3)反应，化学反应方程式可分别表示为 +2NaN3=MgSiN2+2Na+Mg+2N2 (1) 2Si + 2Mg+2NaN3= 2MgSiN2+2Na+N2 (2) 3Si02+8Mg+2NaN3=3MgSiN2+5MgO+Na20 (3 ) Mg2Si (预烧结)+2NaN3-MgSiN2+2Na+Mg+2N2 (4)叠氮钠是一种价格比较便宜的固体氮源，而且叠氮钠受热分解后生成的钠单质熔点低 (97.82°C)，不仅可以作为反应物和吸热剂来改变化学反应和缓和反应，同时也作为氮化硅 镁亚微米多晶体的生长媒介，从而可以制备结晶较好，纯度较高和形貌均匀的产品。本专利技术所用的Si02、 Mg、 Si、 NaN3以及其它试剂都是分析纯试剂。按照预先设计的反 应物配比称量相应的反应物，加入到容积大约为20ml的不锈钢反应釜中，把密封的反应釜 放入井式坩锅炉中，在预定的温度下(450—6(KTC)恒温反应4一12小时。然后自然冷却， 开釜并处理收集产物，产物经过无水乙醇溶解金属钠，然后用蒸馏水洗涤出去水溶解性的杂 质，其中还要加入适量的稀盐酸或硝酸处理初品，以便于除去其中的碱金属及其氧化物。洗 漆后的产物在真空干燥箱内于8CTC下干燥24小时，即可得到最后的样品。所得产物样品X-射线衍射分析用XD-5A型X射线粉末衍射仪(30kv， 20mA，入= 1.5406A)， 20在10-80°范围。用电子散射能谱(EDS)分析其组成。产物样品还使用JSM-5510LV 型场发射扫描电子显微镜(SEM)观察形貌，其制样方法是直接采用产物粉末分布在双面胶上 并粘在样品铜台上喷金后观察。FTIR分析采用Impact 420型红外光谱仪，X-射线能谱分析采 用FALCON型X-射线能谱仪(C为内标)。本专利技术利用的是化学合成法，在低温度下反应得到MgSiN2陶瓷材料，是一种制备MgSiN2 陶瓷粉体的新方法，以NaN3为N源容易制备碱土金属氮化硅陶瓷粉体,包括四种制备MgSiN2 粉体的反应路线，分别用预烧结的Mg2Si、 、 Mg+Si、 Si02+Mg四种硅镁体系都能够 很容易制备的MgSiN2。不同的Si—Mg反应体系对产物的结晶形成有影响。经过预烧结和球 磨过的Si—Mg体系比其它两个Si—Mg反应体系较容易制备MgSiN2,且样品结晶度好。在 一定温度范围内，随着温度的升高，制备出来的MgSiN2样品晶粒生长度越好。本专利技术与现有技术相比具有以下优点1)氮化硅镁的合成路线与亚微米的多晶体生长同 时进行，由于采用NaN3作为氮源，其本身也是多晶体生长介质，不仅实现了温和的反应条件，制备过程也比较简单，特别是制备温度有很大程度的降低，从而能耗也大大减少；2)产物 MgSiN2陶瓷粉形貌不规则、粒度达到亚微米级别、分布比较均匀，产物结晶程度比较好，纯 度高，尺寸均匀。 附图说明图1是产物氮化硅镁的XRD谱图+NaN3， 600°C-12小时。 图2是产物氮化硅镁的SEM照片+NaN3， 600°C-12小时。 图3是产物氮化硅镁的EDS谱图+NaN3， 600°C-12小时。 图4是产物氮化硅镁的FTIR谱图a-Mg+Si+NaN3， 500°C-12小时；b-Si02+Mg+NaN3，600'C-12小时;c-预烧结的Mg2Si+NaN3， 600°C-12小时;d-+NaN3， 600'C-12小时。具体实施例方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步说明，但不能作为对本专利技术的限定。 实施例1取2.65克和4.50克NaN3 (Si: Mg: NaN3=l: 2: 1.98)加入容积为20ml的不 锈钢反应釜中，将反应釜盖好拧紧，密封后放入井式柑锅炉中，于60(TC恒温反应6小时， 自然冷却后，产物依次用无水乙醇、稀盐酸(0.1M)和蒸馏水超声洗涤5-20分钟，除去碱金 属及其氧化物、可溶性副产物等杂质，离心分离后在真空干燥箱中于8(TC下干燥24小时， 得到2.13克灰白色粉末。经过结构、微结构、组成和形貌分析，证明产物就是比较纯的无规 则斜方氮化硅镁多晶体粉末，其形貌和尺寸见附图2。实施例2取2.82克Si02、 3.07克Mg和3.18克NaN3 (Si: Mg: NaN3=l: 2.72: 1.04)加入容积 为20ml的不锈钢反应釜中，将反应釜盖好拧紧，密封后放入井式埘锅炉中，于500'C恒温反 应12小时，自然冷却后，产物依次用无水乙醇、稀盐酸(0.1M)和蒸馏水超声洗涤5-20分 钟，除去碱金属及其氧化物、可溶性副产物等杂质，离心分离后在真空干燥箱中于8(TC下本文档来自技高网...

【技术保护点】
亚微米级斜方氮化硅镁多晶体陶瓷粉末的制备方法，其特征在于以Ｓｉ－Ｍｇ前驱体与叠氮钠进行加热密封反应，控制参与反应的Ｓｉ∶Ｍｇ∶ＮａＮ↓［３］＝１∶１－２．７５∶１－３．２５，以上为摩尔比，加热温度为４５０－６００℃，反应时间为４－１２小时，产物通过洗涤和干燥，即可得到颗粒状无规则的亚微米级斜方氮化硅镁多晶体陶瓷粉末。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谷云乐，王吉林，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]