[发明专利]一种低温制备氮化硅粉体材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温制备氮化硅粉体材料的方法，属于无机非金属粉体材料制备方法技术领域。

背景技术

氮化硅材料因具有良好的力学性能、高的化学稳定性、较低的密度以及优异的高温性能，抗热冲击，抗蠕变，在许多领域都有应用，如高接触应力条件下的滑动、滚动轴承，磨球，高温、化学腐蚀条件下工作的结构陶瓷，高效研磨材料，耐火材料等。

制备Si₃N₄粉体材料的已有方法包括；在1200～1450℃的温度范围内硅与氮气进行反应制备Si₃N₄；在1200～1450℃的温度范围二氧化硅在氨气或氮气中进行碳热还原反应制备Si₃N₄；SiS₂与氨气在1200～1450℃以上进行反应制备Si₃N₄；SiCl₄或SiH₄与NH₃在500～900℃的温度范围进行反应制备Si₃N₄；有机物在1150～1400℃高温热分解制备Si₃N₄；高温自蔓延合成Si₃N₄；在670℃以上溶剂热合成Si₃N₄；二氧化硅与氨基钠在700℃以上反应制备Si₃N₄；Mg₂Si与氯化铵在450～600℃反应制备Si₃N₄。通过这些方法制备Si₃N₄一般都是在高温条件下进行，能耗大，反应时间较长，生产效率低。通过SiCl₄与NaN₃之间的反应虽然可以在200～400℃的低温下制备Si₃N₄，但由于SiCl₄沸点低(57.6℃)，挥发性强，反应不易控制，因此探索低温制备Si₃N₄的新技术对于扩大Si₃N₄的应用具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种通过有机-无机反应法低温制备氮化硅粉体材料的方法，该方法能耗低、反应时间短、生产效率高。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低温制备氮化硅粉体材料的方法，步骤如下：

(1)按叠氮钠中钠原子与卤硅烷中卤素原子的原子比1∶1～1.5∶1进行配料，装入反应釜中，封紧反应釜，将反应釜在加热炉中加热到250～550℃，使反应物之间发生反应，反应0～5小时后停止加热，自然冷却至室温；

(2)用乙醚反复清洗、抽滤反应产物，以除去残余卤硅烷，至滤液为无色为止；

(3)再用去离子水清洗反应产物，除去反应副产物氯化钠，至滤液呈中性；

(4)将反应产物在60～80℃温度下烘干3～8小时，得到灰色或黑色粉末；

(5)将上述粉末在空气中加热到750～800℃，氧化除碳，即得到Si₃N₄粉体。

所述步骤(1)中的卤硅烷通式为R_nSiX_4-n，其中R为烷基或芳香基，X为卤素，n＝1、2、3，如甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基一氯硅烷、三氯乙烯硅烷、三氯乙基硅烷、乙基二氯硅烷、二乙基二氯硅烷、三乙基氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷、三苯基一氯硅烷、三甲基溴硅烷、三甲基碘硅烷。

本发明以有机物卤硅烷作硅源，以无机物叠氮钠作氮源，在250～550℃的低温下制备Si₃N₄粉体材料，所得的产品化学稳定性好，产率不低于70％，粉体的尺寸在50～200nm之间。本发明具有反应温度低、反应时间短、能耗小、产率高、反应易控制等优点。

附图说明

图1为实施例4制得的Si₃N₄粉体的X-射线粉末衍射图；

图2为实施例4制得的Si₃N₄粉体的透射电镜形貌图；

图3为实施例8制得的Si₃N₄粉体的透射电镜形貌图。

具体实施方式