高纯氮化硅纳米粉制备技术及应用制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种高纯度、多用途的氮化硅纳米粉制备方法和应用方法，其特征在于是通过氨与有机氨基硅烷、或者四氯化硅在50℃

【技术实现步骤摘要】
高纯氮化硅纳米粉制备技术及应用


[0001]本专利技术涉及一种可以低成本制造高纯氮化硅纳米粉生产方法，同时涉及两方面，一方面涉及该纳米粉末应用于多结晶硅锭生产过程作为有离型层离型材制造方法，另外一方面涉及该氮化硅源末，通过不同烧结方法得到具有高的导热性和优良的机械强度的氮化硅烧结体，及使用该氮化硅烧结体的电路基板。

技术介绍

[0002]本专利技术提供了一种用偶氮化金属硅源生产高氮化硅的两级方法
[0003]氮化硅源是一种工业上重要的起始材料，用于生产温度升高、耐腐蚀性加上强度的陶瓷材料。这种材料特别用于生产暴露在严重热应力下的部件。因此，氮化硅特别用于发动机和涡轮结构或生产化学设备。在符合礼仪的行业中，氮化硅是跑步者、刀片、敲击喷口和坩埚等的重要组成部分。氮化硅形状的物品的性质很大程度上取决于其纯度。在现有技术中，已经开发了许多生产高纯度氮化硅的方法，并可细分为四种方法变体。特别是在氨或氢/氮混合物存在的情况下，有大量的方法涉及四氯化硅或氯硅烷的热分解。例如，根据EP365295A1，结晶氮化硅源末相应地由氨与硅烷的气相反应产生，其温度为900至1450℃。
[0004]US 4122155公开了一种非晶态氮化硅源末的生产方法，其中硅烷和氨在600到1000℃的温度范围内反应，然后在至少1100℃的条件下煅烧非晶态反应产物，从而产生纯度较高的超细氮化硅源末。根据日本已发表的专利申请JP06
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345412，一种高纯氮化硅/碳化硅复合材料是由热分解的有机硅化合物产生的，例如六甲基二硅氮烷。相应的反应产物用于生产超级导体。
[0005]US 4952715和US 5008422描述了聚硅氮化物的严重分解，其中获得了氮化硅、碳化硅和选择性氧化硅三化物的混合物。
[0006]所有这些方法变体的一个共同点是必须使用氨，虽然这在技术上是非常不同的，并且与特定的安全措施有关。而另一种选择，即从有机硅化合物(例如硅氮烷)开始生产氮化硅，必须被认为是技术上高度复杂的，对于大规模的氮化硅工业生产来说，在很大程度上是不经济的。与第二种方法变体相似，即在使用硅酰亚胺的沉淀和热分解方法中。例如，欧洲专利479050相应地描述了一种碳含量最多为0.5wt.％，氯含量最多为20ppm的硅二酰亚胺，它在含氮的气氛球体中被转化为氮化硅。在这里必须被认为是特别不利的硅二酰亚胺必须通过反应硅产生，四氯化硅或与超临界氨液体，只能在工业规模上实现的东西与精心的工厂和设备。
[0007]根据US 4405589该专利披露了一种制备氮化硅源末的方法，其中氯烷基硅烷首先与液相中的氨发生反应，得到的硅二酰亚胺然后在温度范围为1200至1700℃的惰性气体氛围中煅烧裂解。
[0008]第三种方法变体涉及含二氧化硅材料在氮气存在下的碳热还原，日本公布的专利申请JP60
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122706相应地公开了氮化硅源的生产，其中二氧化硅的混合物与碳和氮化硅在由氮组成的惰性气体中结合。U.帕特。US 5,378,666公开了晶须无角氮化硅颗粒的生产，这
些颗粒是通过在含碳多孔基体中反应生成的。US5,662,875描述了一种连续的方法来生产精细划分的氮化硅，其中二氧化硅和碳在含氮的气氛中在种子晶体的存在下反应。该方法变体的缺点实质上是必须使用相对纯的起始材料，并且必须精确控制反应条件，以避免不必要的二次产物碳化硅的形成。此外，相应的最终产品含有可观数量的碳和氧。
[0009]生产氮化硅的第四种方法变体是硅源的偶氮化，这首先适用于氮化硅源的大规模工业生产。日本专利申请JP06
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219715描述了高纯度氮化硅源的生产，其C相含量较高，其中金属硅源在氧化钙存在下与氮反应。这种方法变体的一个缺点是，该生产成的氮化硅源具有较高的钙含量，去除钙需要额外的技术努力。
[0010]例如，EP377132B1公开了在不添加进一步添加剂的情况下，通过硅和氮反应直接生产氮化硅。在这种情况下，在第一反应阶段，硅源在1000
°
1800℃与氮气反应，氮含量达到5至25wt.％，在第二反应阶段，部分偶氮化产物最终在1100至1600℃的氮气和惰性气体混合物中被偶氮化。使用这种方法，只有可能达到最高纯度99.8％.
[0011]因此，本专利技术的目的是开发一种生产高纯度氮化硅的方法，该方法不包括现有技术中所述的缺点，而是能够以技术上简单和廉价的方式生产高纯度氮化硅。本专利技术的目的是：(a)高纯硅在第一温区为1150至1250℃的圆筒状回转窑中与氮气反应，在氩和氢混合气体存在的情况下，至少有一个1250至1350的进一步温区℃.在氮气含量为10至30wt.％的情况下，以及(b)从a级开始的部分偶氮化产物)在1100至1450℃.与氮气和可选氩的混合物在室内或间歇窑中的固定床中反应和/或可选氢，最好是氮和氩的混合物和可选氢，直到硝基gen吸收停止.根据本专利技术的方法，纯度为99.9％＞高纯度氮化硅可以简单的工艺生产。在根据本专利技术的方法中，硅是一个分两个阶段的缩放。在第一反应阶段)，高纯硅与氮气在圆柱形回转窑中反应，氮含量为10至30wt.％，最好为15至20wt。％。高纯硅的纯度应为99.9％，特别是＞99.99％。硅中的金属杂质在这里应该特别达到100ppm＜，最好＜50ppm。使用的硅源的粒度可以在广泛的范围内变化，但事实证明，使用晶粒尺寸＜为100μm的硅源是特别有利的，最好是1um到50μm，特别是＜20μm。这被认为是本专利技术的关键，用于在一个圆柱形回转窑中进行部分偶氮化(a)，该回转窑包括第一个温度区1150至1250℃，以及至少一个更多的温度区1250至1350℃，其中进一步的温度区最好每个显示比先前的温度区更高的温度。每个连续的进一步温度区最好有一个温度至少高出5℃，特别是至少高出相应的前一温度区10。根据优选实施例，所述圆柱形回转窑的第一温区为1150至1250℃，另有两个温区为1250至1350℃。
[0012]从放热反应立即释放到旋转缸，因此很大程度上避免了反应产物的任何过热。在a阶段)的部分偶氮化是在由氩和氢组成的气体混合物存在的情况下进行的，其中氩含量特别达到5至30伏。相对于氮含量，％，特别是10至20卷。氢在a级中的比例最好设置为1至10伏尔％，特别是相对于氮和氩的总和，最好设置为3至7伏尔。在优选实施例中，除了起始原料Als硅和氮以及由氩和氢组成的气体混合物外，步骤a中的反应中不存在进一步的物质)。在进一步优选的实施例中，在没有氧化钙的情况下，根据步骤a)进行的反应在任何情况下进行。
[0013]在压力方面，反应阶段的反应条件相对非临界性，但在1.01
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1.8杆的压力范围内，特别是在1.1
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1.7杆的压力范围内，对圆柱形旋转窑的部分氮化非常有利。这种稍微升高的压力的应用特别避免了在圆柱形旋转窑中密封问题，硅源在反应阶段a)的停留时间可能因
圆柱形回转窑的尺寸和硅的吞吐率而变化很大。一般来说，硅源在反应阶段a)的停留时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在绝对干燥的情况下加热卤化硅/氨反应产物制备球形氮化硅(Si3N4)的工艺，包括在垂直排列的反应容器中的气相中反应卤化硅和氨，形成卤化硅/氨反应产物，将卤化硅/惰性气体混合物传递到反应的下部，氨传递到其上部，卤化硅∶NH3的摩尔比为1∶(5.8～6。6)；建立固定状态，使反应仅在反应容器的中心部分进行；并将卤化硅/氨反应产物从反应容器中除去，在含氨气氛中加热至950至1150℃。2.权利要求1中所称的工艺，其中卤化硅/惰性气体混合物是通过在0至57℃的温度下通过惰性气体通过化硅获得的。3.另外卤化硅/惰性气体传递到反应容器的下部并与从底部通入的氨气反应。4.权利要求1所称的工艺，其中惰性气体与卤化硅/惰性气体混合物的体积比为(100至0.1)∶1。5.权利要求1中所称的过程，其中通过调节卤化硅/惰性气体混合物的流动，在反应容器中建立和保持固定状态。6.权利要求1中所称的过程，其中通过调节氨气的流动，在反应容器中建立和保持静止状态。7.如权利要求1所述的过程，其中通过调节附加惰性气体的流动，在反应容器中建立和保持固定状态。8.权利要求1所称的工艺，其中四氯化硅(SiCl4)被用作卤化硅。9.权利要求1所称的过程，其中三氯化硅(SiHCl3)被用作卤化硅。10.如权利要求1所述的工艺，其中使用四氯化硅(SiCl4)和三氯硅烷(SiHCl3)的混合物作为卤化硅。11.权利要求1所称的过程，其中氮气用作惰性气体。12.权利要求2中声称的过程，其中氮气被用作惰性气体。13.正在裂解一种非晶态Si
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N(
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H)基化合物，其比表面积为400至1200米/克，温度为1400至1700℃。在含氮惰性气体气氛或含氮还原气体气氛中，在连续燃烧炉中流动该化合物，其中：假设所述非晶态SiN(
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H)基化合物的比表面积为RS(m/g)，氧气含量比为RO(质量％)，RS/RO为500或更多，在所述燃烧过程中，所述非晶态SiN(
‑
H)基化合物在温度范围为1000至1400℃.2范围内以12至100℃/min的温度上升速率加热。根据权利要求1所述的方法，其中：所述氮化硅粉末的比表面积为5至30m/g，并假设从颗粒表面到副柱表面下3nm的区域中存在的氧的含量比为FSO(质量％)，在颗粒表面下大于3nm的内侧存在的氧的含量比为FIO(质量％)，比表面积为FS(m/g...

【专利技术属性】
技术研发人员：周曦东，刘兰英，
申请(专利权)人：北京纳斯特克纳米科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：