一种低温制备氮化硅粉体材料的方法技术

氮化硅（Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］）粉体材料的制备方法，属于无机非金属粉体材料制备方法技术领域。通过反应、清洗、抽滤、烘干等工艺，制备Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］粉体，使用的设备简单而且安全性好，温度只有１００℃，反应物的转化率为９０％以上，反应产物处理简单，制备工艺稳定，生产效率高。产品高温强度高，耐热、耐磨，化学稳定性好；粉体的尺寸在五十纳米到二百纳米之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低温制备氮化硅(Si3N4)粉体的方法，属于无机非金属粉体材料制备方法

技术介绍
氮化硅具有良好的力学性能、高的化学稳定性、较低的密度以及良好的高温性能，抗热冲击，抗蠕变，广泛应用于高接触应力条件下的滑动、滚动轴承及磨球，高温、化学腐蚀条件下工作的结构陶瓷，高效研磨材料，冶金领域的耐火材料等。目前，制备Si3N4粉体材料的方法包括硅的高温氮化、二氧化硅在氨气或氮气中进行碳热还原、CS2与氨气反应、气相反应、有机物高温热分解、高温自蔓延合成、溶剂热合成。但是这些方法一般都需要在1000℃以上的高温进行，有的甚至需要1500℃以上的高温，而且反应时间长，纯度低、成本高，直接影响了Si3N4的应用。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种低温制备Si3N4粉体材料的方法。该方法的特点是反应时间短，粉体纯度高，能耗低，产率高，产品化学稳定性好、高温强度高、耐热、耐磨，是一种理想的低温制备氮化硅粉体材料的方法。，以四氯化硅(SiCl4)作硅源、以叠氮钠(NaN3)作氮源，在100℃的低温下制备Si3N4粉体材料的有效方法。通过SiCl4与NaN3之间的反应制备Si3N4的反应式为制备工艺如下(1)在无水无氧手套箱中，用天平称取叠氮钠(NaN3)，用移液管量取液态四氯化硅(SiCl4)、装入高温高压不锈钢反应釜中，封釜后，将反应釜在加热炉中加热到100℃～480℃，使两种反应物之间发生化学交换反应。加热炉到温后立即停止加热，使反应釜在炉中自然冷却到室温。(2)反应产物经无水酒精清洗、抽滤，除去残余反应物，直到滤液无色为止；(3)用沸腾的氢氧化钠溶液清洗，以除去可能出现的单质硅；(4)再用去离子水清洗，以除去反应副产物NaCl；(5)所得产物在60℃温度下烘干3小时后，得到灰白色粉末。本专利技术制备的Si3N4粉体，化学稳定性好、高温强度高，耐热、耐磨，产率不低于90％；粉体的尺寸在五十纳米到二百纳米之间。附图说明图1是通过3.0ml SiCl4和7.5g NaN3分别在100℃、300℃、480℃反应后制得的Si3N4粉体的X-射线粉末衍射图。粉体都是由β-Si3N4和α-Si3N4组成，二者之间的相对量随温度升高而增大。具体实施方式实施例1通过SiCl4与NaN3之间的化学交换反应制备Si3N4粉体。在无水无氧手套箱中，用天平称取7.5g NaN3，用移液管量取3.0ml SiCl4，移入50ml反应釜中。封釜后，将反应釜在加热炉中加热到100℃，到100℃后停止加热。反应产物经无水酒精清洗至滤液无色，再用沸腾的氢氧化钠清洗，最后用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在60℃烘干3小时后，得到灰白色粉末1.36g。实施例2通过SiCl4与NaN3之间的化学交换反应制备Si3N4粉体。在无水无氧手套箱中，用天平称取7.5g NaN3，用移液管量取3.0ml SiCl4，移入50ml反应釜中。封釜后，将反应釜在加热炉中加热到300℃，到300℃后停止加热。反应产物经无水酒精清洗至滤液无色，再用沸腾的氢氧化钠清洗，最后用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在60℃烘干3小时后，得到灰白色粉末1.44g。实施例3通过SiCl4与NaN3之间的化学交换反应制备Si3N4粉体。在无水无氧手套箱中，用天平称取7.5g NaN3，用移液管量取3.0ml SiCl4，移入50ml反应釜中。封釜后，将反应釜在加热炉中加热到480℃，到480℃后停止加热。反应产物经无水酒精清洗至滤液无色，再用沸腾的氢氧化钠清洗，最后用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在60℃烘干3小时后，得到灰白色粉末1.44g。权利要求1.一种氮化硅粉体材料的制备方法，其特征在于，以四氯化硅(SiCl4)作硅源、以叠氮钠(NaN3)作氮源，在不锈钢反应釜中进行化学交换反应，对反应产物经过清洗、抽滤、烘干；化学反应式为；制备工艺如下(1)、在无水无氧手套箱中，将四氯化硅(SiCl4)和叠氮钠(NaN3)装入高温高压不锈钢反应釜中，封釜后，将反应釜在加热炉中加热到100℃～480℃，使两种反应物之间发生化学交换反应。加热炉到温后立即停止加热，使反应釜在炉中自然冷却到室温；(2)、反应产物经无水酒精清洗、抽滤，除去残余反应物，直到滤液无色为止；(3)、用沸腾的氢氧化钠溶液清洗，以除去可能出现的单质硅；(4)、再用去离子水清洗，以除去反应副产物NaCl；(5)、所得产物在60℃温度下烘干3小时后，得到灰白色氮化硅粉末。全文摘要氮化硅(Si文档编号C01B21/068GK1562735SQ20041002375公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月19日 优先权日2004年3月19日专利技术者白玉俊, 王成国, 李木森, 王正博, 亓永新, 朱波, 王延相 申请人:山东大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化硅粉体材料的制备方法，其特征在于，以四氯化硅（ＳｉＣｌ↓［４］）作硅源、以叠氮钠（ＮａＮ↓［３］）作氮源，在不锈钢反应釜中进行化学交换反应，对反应产物经过清洗、抽滤、烘干；化学反应式为：　　　　３ＳｉＣｌ↓［４］＋１２ＮａＮ↓［３］＝Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］＋１２ＮａＣｌ＋１６Ｎ↓［２］；　　　　制备工艺如下：　　　　（１）、在无水无氧手套箱中，将四氯化硅（ＳｉＣｌ↓［４］）和叠氮钠（ＮａＮ↓［３］）装入高温高压不锈钢反应釜中，封釜后，将反应釜在加热炉中加热到１００℃～４８０℃，使两种反应物之间发生化学交换反应。加热炉到温后立即停止加热，使反应釜在炉中自然冷却到室温；　　　　（２）、反应产物经无水酒精清洗、抽滤，除去残余反应物，直到滤液无色为止；　　　　（３）、用沸腾的氢氧化钠溶液清洗，以除去可能出现的单质硅；　　　　（４）、再用去离子水清洗，以除去反应副产物ＮａＣｌ；　　　　（５）、所得产物在６０℃温度下烘干３小时后，得到灰白色氮化硅粉末。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白玉俊，王成国，李木森，王正博，亓永新，朱波，王延相，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]