一种超纯氮化物粉体的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超纯氮化物粉体的制备方法，包括以下步骤：将金属粉、稀释剂和添加剂在罐磨机中充分混合，得到原始混料；将所述原始混料经过筛选后，得到反应物料，将所述反应物料均匀的装在石墨舟中；将所述石墨舟所在的反应器关闭后抽真空，然后充入高纯氮气；在所述反应器内，通过向镍铬丝通电引燃引物，由所述引物产生的热量点燃所述反应物料，得到所述超纯氮化物粉体。本发明专利技术在高氮压的反应器中通过辐射点火引燃反应物料的一部分，利用粉体与氮气的自维持放热反应所产生的热量，引导反应物料完全反应，同时基本不需外热源，反应时间短，制得的氮化物粉体含量高，质量稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于无机材料化学合成领域。
技术介绍
新材料产业是21世纪的新兴产业，涵盖了 10多个重点领域，列入国家“十二五”战略规划。超纯氮化物粉体材料属于规划中新型无机非金属材料领域，在功能陶瓷、新能源材料、半导体照明材料、纳米材料等领域应用广泛。现有技术通常采用气相增强控温活化燃烧合成技术进行超纯氮化物粉体技术开发。燃烧合成(Combustion Synthesis,简称CS)方法是新兴的材料制备方法,是在上世纪60年代由原苏联科学院化学物理研究所(现俄罗斯科学院结构宏观动力学研究所)的Merzhanov> Borovinskya首先提出的。上世纪80年代对燃烧合成方法的研究由前苏联发展到世界各国。俄罗斯、美国、日本对该技术研究较系统、深入。采用该方法可以合成多种化合物，在制备粉体材料(铁氧体、氮化物、硼化物、硅化物、碳化物、赛隆粉体)、金属陶瓷及硬质合金、金属间化合物、梯度材料等方面具有明显的技术和成本优势。但是，此方法不便于对反应体系进行温度控制，同时反应产物的质量一致性和稳定性得不到保证。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，可以提高得到的氮化物粉体的纯度，降低氮化物粉体中杂质含量，降低氮化物粉体粒度，控制氮化物粉体的粒径分布，提高氮化物粉体的附着力和烧结活性，同时不需要外热源，反应时间短，降低成本。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:，包括以下步骤:(1)将金属粉、稀释剂和NH4Cl在罐磨机中充分混合，得到原始混料；(2)将所述原始混料经过筛选后，得到反应物料，将所述反应物料均匀的装在石墨舟中；(3)将所述石墨舟所在的反应器关闭后抽真空，然后充入高纯氮气；(4)在所述反应器内，通过向镍铬丝通电引燃引物，由所述引物产生的热量点燃所述反应物料，得到所述超纯氮化物粉体。通常情况下，通过向镍铬丝通IOA的直流电引燃引物。反应结束后，将反应器冷却到室温，排除反应器内的气体，将产物从石墨舟上卸载下来，进行处理。其中，一部分原粉通过设备研磨、除杂、包装等后处理工序，形成最终超纯氮化物粉体产品；另一部分原粉经过干燥、分级处理后作为稀释剂参与下次的反应，循环利用。本专利技术的有益效果是:本专利技术在高氮压的反应器中通过辐射点火引燃反应物料的一部分，利用粉体与氮气的自维持放热反应所产生的热量，引导反应物料完全反应，同时基本不需外热源，反应时间短，制得的氮化物粉体含量高，杂质少，质量稳定，粒度小，具有良好的附着性和烧结活性。通过净化、分级，一部分原粉通过设备研磨、除杂、包装等后处理工序，形成最终超细粉体产品，另一部分原粉作为稀释剂参与下次的反应。根据热力学分析，通过调整粉体的粒度、稀释剂和添加剂的比例，改进工艺提高氮化物粉体的α相含量；通过调整反应体系温度，增强体系的“自纯化”效应，降低粉体的游尚娃、金属杂质(铁、招、I丐等)的含量，提闻粉体的纯度。从反应器合成出的氮化物粉体，颗粒形貌不规则，并且粉体粒度大，主要颗粒尺寸为:直径0.4 I μ m,长度小于15 μ m,表面比3.0 9.0m2/g,在激光粒度分析仪检测下平均粒径在2 5 μ m，粉体的后处理工艺主要是降低氮化物原粉的粒度，使粉体的形貌接近于球形等规则形状，使粉体的平均粒径降低到0.5 μ m以下，粒度小于I μ m的粉体占粉体的70%以上，便于使用。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，步骤(I)中所述金属粉为金属硅粉，粉体纯度>99.99%，杂质含量〈lOOppm ;所述稀释剂为氮化硅粉体，其中氮化硅粉体纯度>99.99%，α相含量>90%，铁含量<15ppm，粉体的平均粒径〈5微米；所述添加剂为NH4C1、NH4F或(NH4)2CO3中的一种，优选为NH4Cl。进一步，所述金属粉、稀释剂和添加剂的质量比为43:47:10，在所述罐磨机中使用氮化娃球充分混合4小时。采用上述进一步方案的有益效果是由于添加剂氯化铵的存在，在燃烧高温合成氮化硅粉体过程中，反应机制不仅仅是单纯的硅粉氮化反应。由于氯化铵在低温(300 400°C)时发生分解，生成順3和此1。金属硅粉先与HCl反应生成SiCl4，然后SiCl4与NH3化学气相反应生成了 Si(NH)2。 由于该反应主要依靠 自身反应放热来引导，考虑到反应过程中的燃烧温度(T.)，在氮化硅粉体的生成中涉及到3个反应机制:低温(T.= 1200 1450°C)机制，中温(T.=1450 1750°0机制，高温(1_>1750°0机制。在低温机制中，NH4Cl以及它的分解物参与了反应，生成的产物是非晶Si3N4或α - Si3N4，在中温机制和高温机制中，NH4Cl并未参与反应，生成的产物是(α + β)或P-Si3N4。通过分析盐添加剂条件下硅粉与氮气的反应表明，反应的氮化依赖于反应区的温度。由以前文献可知，S1-N2之间反应绝热温度大于硅的熔点(1693Κ)，甚至大于Si3N4的分解温度。反应的最初阶段为铵盐的分解，当燃烧温度达到硅粉的熔点时，硅粉的内部并未熔解，硅粉并不能完全的反应成氮化硅，NH4Cl的加入被证明为是一种有效的防止熔融Si聚合的措施，同时也反应物提供了合适的孔隙度以及稳定的固体界面，这将使熔融硅扩散，更好的暴露在氮气气氛中，提高了反应的转化率。在这个反应进程中，NH4Cl的分解吸热，降低了反应的最高温度，部分的抵消了 S1-N2反应的放热，控制整个反应在合理的温度区间，以便得到理想的相含量。其他的铵盐如NH4F、(NH4)2CO3等，也具有同样的功能。进一步，步骤(I)中所述金属粉为金属铝粉，粉体纯度>99.99%，杂质含量〈lOOppm ;所述稀释剂为氮化铝粉体，其中氮化铝粉体纯度>99.99%，α相含量>90%，铁含量<15ppm，粉体的平均粒径〈3.1微米；所述添加剂为NH4C1、NH4F或(NH4)2CO3中的一种，优选为 NH4Cl。进一步，所述金属粉、稀释剂和添加剂的质量比为40:50:10，在所述罐磨机中使用氮化铝球充分混合4小时。采用上述进一步方案的有益效果是由于添加剂氯化铵的存在，在燃烧高温合成氮化铝粉体过程中，反应机制不仅仅是单纯的铝粉氮化反应。由于氯化铵在低温(300 400°C)时发生分解，生成順3和此1。金属铝粉先与HCl反应生成AlCl4，然后AlCl4与NH3化学气相反应生成了 Si(NH)2。通过分析盐添加剂条件下铝粉与氮气的反应表明，反应的氮化依赖于反应区的温度。由以前文献可知Al-N2之间反应绝热温度大于铝的熔点(1693K)，甚至大于AlN的分解温度。反应的最初阶段为铵盐的分解，当燃烧温度达到铝粉的熔点时，铝粉的内部并未熔解，铝粉并不能完全的反应成氮化铝，NH4Cl的加入被证明为是一种有效的防止熔融Al聚合的措施，同时也反应物提供了合适的孔隙度以及稳定的固体界面，这将使熔融铝扩散，更好的暴露在氮气气氛中，提高了反应的转化率。在这个反应进程中，NH4Cl的分解吸热，降低了反应的最高温度，部分的抵消了 Al-N2反应的放热，控制整个反应在合理的温度区间，以便得到理想的纯度。其他的铵盐如NH4F、(NH4)2CO3等，也具有同样的功能。进一步，步骤(2)中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超纯氮化物粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将金属粉、稀释剂和添加剂在罐磨机中充分混合，得到原始混料；（2）将所述原始混料经过筛选后，得到反应物料，将所述反应物料均匀的装在石墨舟中；（3）将所述石墨舟所在的反应器关闭后抽真空，然后充入高纯氮气；（4）在所述反应器内，通过向镍铬丝通电引燃引物，由所述引物产生的热量点燃所述反应物料，得到所述超纯氮化物粉体。

【技术特征摘要】
1.一种超纯氮化物粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将金属粉、稀释剂和添加剂在罐磨机中充分混合，得到原始混料； (2)将所述原始混料经过筛选后，得到反应物料，将所述反应物料均匀的装在石墨舟中； (3)将所述石墨舟所在的反应器关闭后抽真空，然后充入闻纯氣气； (4)在所述反应器内，通过向镍铬丝通电引燃引物，由所述引物产生的热量点燃所述反应物料，得到所述超纯氮化物粉体。2.根据权利要求1所述超纯氮化物粉体的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述金属粉为金属硅粉， 粉体纯度>99.99%，杂质含量〈lOOppm ;所述稀释剂为氮化硅粉体，其中氮化硅粉体纯度>99.99%，α相含量>90%，铁含量<15ppm，粉体的平均粒径〈5微米；所述添加剂为 NH4Cl、NH4F 或(NH4) 2C03 中的一种。3.根据权利要求2所述超纯氮化物粉体的制备方法，其特征在于，所述金属粉、稀释剂和添加剂的质量比为43:47:10，在所述罐磨机中使用氮化硅球充分混合4小时。4.根据权利要求1所述超纯氮化物粉体的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭大为，陈晓光，孙洪亮，
申请(专利权)人：烟台同立高科新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：