纳米氮化硅及其制备方法技术

本发明专利技术属于无机化合物纳米材料领域，具体涉及一种纳米氮化硅及其制备方法，该纳米氮化硅及其制备方法为将硅酸盐进行球磨处理，得到粉末状的硅酸盐；将得到的粉末状的硅酸盐与镁粉、氯化镁、氯化铵按照质量比为1：(0.6‑1)：(3‑5)：(0.6‑1.8)混合均匀得到混合物，然后再将得到的混合物以8‑20℃/min的升温速度加热到800‑1000℃保温6‑18h，冷却后得到反应后的混合物，得到的反应后的混合物进行酸洗，酸洗后得到纳米氮化硅。

【技术实现步骤摘要】
纳米氮化硅及其制备方法
本专利技术属于无机化合物纳米材料领域，具体地涉及一种纳米氮化硅及其制备方法。技术背景氮化硅是一种先进的工程陶瓷和半导体材料，该材料具有高的室温和高温强度、高硬度、耐磨蚀性、抗氧化性和良好的抗热冲击及机械冲击性能，被材料科学界认为是结构陶瓷领域中综合性能优良、最有希望替代镍基合金在高科技、高温领域中获得广泛应用的一种新材料。例如，Si3N4晶须由于其优良的耐高温、高模量、高强度、低膨胀系数以及良好的热稳定性和化学稳定性，可以作为组元加入塑料基体、金属基体和陶瓷基体中，起增强、增韧作用，被认为是增强轻金属和陶瓷材料的理想组元，受到日益重视；Si3N4纳米线是优良的半导体材料，是制备高温纳米装置的理想材料，具有非常好的应用前景。众所周知，Si3N4有两种晶型，即α-Si3N4和β-Si3N4。氮化硅纳米结构材料的制备方法有很多，常见的有溶胶-凝胶法、硅粉直接氮化法、碳热还原二氧化硅法、有机硅化合物氨解法、燃烧合成法、化学气相沉积法等。如中国专利(公告号：1134404)公开了一种制备α-Si3N4晶须的方法。该方法采用适当粒度的二氧化硅粉末为原材料，在一定压力的氮气气氛下，在石墨容器内经1200℃-1600℃之间直接反应生成晶体结构完整的、表面质量优良的单晶α-Si3N4晶须；中国专利(公告号：CN1092825A)还公开了一种制备无缺陷Si3N4晶须的方法。该方法是用四氯化硅为硅源，氨气作氮源，二者在室温下，在氧化铝反应管中进行反应。然后把反应物在高温炉中加热，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，最后升温到1400℃-1480℃，恒温1-3小时，得到Si3N4晶须。由于特殊形貌的氮化硅纳米结构材料具有极大的科学价值和潜在的应用前景，因此对于特殊形貌氮化硅纳米结构材料地合成，已经引起了人们极大的兴趣。由于在上述制备氮化硅纳米材料的方法中，有的所使用的原料有毒性、有的价格比较昂贵、有的反应条件比较苛刻，并且所制的Si3N4的纯度不高，影响了它的性能，具有一定的局限性。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种以硅酸盐为原料制备纳米氮化硅的方法以及通过该方法得到的纳米氮化硅，其目的在于通过以硅酸盐粉末原料，以氯化铵为氮源，采用氯化镁作为熔盐，在玻璃熔融状态下反应，最后经酸洗制备得到纳米氮化硅，由此解决现有技术纳米、氮化硅制备方法反应条件苛刻、成本高、多孔结构不易获得或结构不稳定等技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种纳米氮化硅的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)将硅酸盐进行球磨处理，得到粉末状的硅酸盐；(2)将步骤(1)得到的粉末状的硅酸盐与镁粉、氯化镁、氯化铵按照质量比为1：(0.6-1)：(3-5)：(0.6-1.8)混合均匀得到混合物；(3)将步骤(2)得到的混合物以8-20℃/min的升温速度加热到800-1000℃保温6-18h，冷却后得到反应后的混合物；(4)将步骤(3)得到的反应后的混合物进行酸洗，酸洗后得到纳米氮化硅。在一个优选方案中，所述硅酸盐为硅酸钠或硅酸钙，进一步优选地，所述硅酸盐为硅酸钠。在一个优选方案中，步骤(1)中所述粉末状的硅酸盐粒度为＜0.74mm，进一步优选地，所述粉末状的硅酸盐粒度为＜0.55mm。在一个优选方案中，其特征在于，所述镁粉的粒度为0.035-0.05mm，具体的所述镁粉的粒度可为0.035mm、0.037mm、0.039mm、0.041mm、0.043mm、0.045mm、0.047mm、0.05mm以及这些数值中的任意两个所构成的范围中的任意数值。在一个优选方案中，所述氯化铵的纯度为＞99.5％。在一个优选方案中，所述酸洗步骤具体为：先在盐酸中清洗，然后在氢氟酸中清洗。进一步优选地，所述盐酸的pH值为3-5，所述氢氟酸的pH值为4-6。另一方面本专利技术还提供一种纳米氮化硅，所述纳米氮化硅基于上述纳米氮化硅的制备方法制得。在一个优选方案中，所述纳米氮化硅的孔径为16-80nm，具体的所述纳米氮化硅的孔径为16nm、20nm、24nm、28nm、32nm、36nm、40nm、44nm、48nm、52nm、56nm、60nm、64nm、68nm、72nm、76nm、80nm以及这些数值中的任意两个所构成的范围中的任意数值。在一个优选方案中，所述纳米氮化硅的粒度为6-18nm，进一步优选地，所述纳米氮化硅的粒度为8-12nm。在一个优选方案中，所述纳米氮化硅的比表面积为160-240m2/g，进一步优选地，所述纳米氮化硅的比表面积为200-220m2/g。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术以硅酸盐为原料制备纳米氮化硅，硅酸盐成本低廉，是一种价廉质优的纳米氮化硅生产原料；(2)本专利技术以硅酸盐以及氯化铵为起始原料制备高附加值的纳米氮化硅陶瓷，既可以保护环境又可以带来可观的经济效应，具有可持续发展的潜力，产物高纯纳米氮化硅具有很广泛的应用；(3)本专利技术纳米氮化硅的制备方法各步骤协同合作，构成了一套独立的技术方案，制备得到了优良的纳米氮化硅。本专利技术选择硅酸盐为原料，以氯化镁为熔盐，由于二者在800-1000℃之间均为熔融态，这样才能够实现熔融态反应，同时采用氯化铵作为氮源，实现了良好的传质，而硅酸盐本身由于含有钠、钙等共生其中，利用液液反应传质传热、成分分布均匀的优势，使得反应产物中钠、钙的氧化物以及熔盐均匀分布，以三维贯通的形式分布在产物中，最后通过酸洗反应产物，得到了纳米氮化硅。附图说明图1是本专利技术实施例1制备得到的氮化硅纳米颗粒的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例1制备得到的氮化硅纳米颗粒的透射电镜图；具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本实施例公开了一种纳米氮化硅的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)将硅酸盐进行球磨处理，得到粉末状的硅酸盐；(2)将步骤(1)得到的粉末状的硅酸盐与镁粉、氯化镁、氯化铵按照质量比为1：(0.6-1)：(3-5)：(0.6-1.8)混合均匀得到混合物；(3)将步骤(2)得到的混合物以8-20℃/min的升温速度加热到800-1000℃保温6-18h，冷却后得到反应后的混合物；(4)将步骤(3)得到的反应后的混合物进行酸洗，酸洗后得到纳米氮化硅。本实施例还公开了一种纳米氮化硅，所述纳米氮化硅基于本实施例的方法制得。以下为实施例：实施例1一种纳米氮化硅的制备方法，按照如下步骤进行：(1)将5g硅酸钠进行球磨处理，得到粉末状的硅酸盐；(2)将步骤(1)得到的粉末状的硅酸钠与镁粉、氯化镁、氯化铵按照质量比为1：0.6：3：0.6混合均匀得到混合物；(3)将步骤(2)得到的混合物以8℃/min的升温速度加热到800℃保温6h，冷却后得到反应后的混合物；(4)将步骤(3)得到的反应后的混合物依次在pH值为3的盐酸，pH值为4的氢氟酸中进行酸洗。基于本实施例方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米氮化硅的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)将硅酸盐进行球磨处理，得到粉末状的硅酸盐；(2)将步骤(1)得到的粉末状的硅酸盐与镁粉、氯化镁、氯化铵按照质量比为1：(0.6‑1)：(3‑5)：(0.6‑1.8)混合均匀得到混合物；(3)将步骤(2)得到的混合物以8‑20℃/min的升温速度加热到800‑1000℃保温6‑18h，冷却后得到反应后的混合物；(4)将步骤(3)得到的反应后的混合物进行酸洗，酸洗后得到纳米氮化硅。

【技术特征摘要】
1.一种纳米氮化硅的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)将硅酸盐进行球磨处理，得到粉末状的硅酸盐；(2)将步骤(1)得到的粉末状的硅酸盐与镁粉、氯化镁、氯化铵按照质量比为1：(0.6-1)：(3-5)：(0.6-1.8)混合均匀得到混合物；(3)将步骤(2)得到的混合物以8-20℃/min的升温速度加热到800-1000℃保温6-18h，冷却后得到反应后的混合物；(4)将步骤(3)得到的反应后的混合物进行酸洗，酸洗后得到纳米氮化硅。2.根据权利要求1所述纳米氮化硅的制备方法，其特征在于，所述硅酸盐为硅酸钠或硅酸钙。3.根据权利要求1所述纳米氮化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述粉末状的硅酸盐粒度为＜0.74mm。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩杰，
申请(专利权)人：宁波爱克创威新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33