[发明专利]一种α相氮化硅粉体的制备方法

说明书

本发明公开了一种α相氮化硅粉体的制备方法。该制备方法，包括如下步骤：(1)四氯化硅在有机溶剂和液氨的两液相界面与液氨反应，得到前驱体硅亚胺；所述有机溶剂为甲苯或者甲苯与二甲苯的混合物；(2)将步骤(1)中所述硅亚胺进行热分解，得到无定形氮化硅粉体；(3)将步骤(2)中所述无定形氮化硅粉体进行结晶化处理，得到所述α相氮化硅粉体。本发明方法中，四氯化硅在有机溶剂和液氨的两液相界面与液氨反应，较低温度、稀释四氯化硅、控制加料速率可以减缓反应速率，有效控制前驱体的合成，避免前驱体形成团聚体，界面反应扩大了反应面积，加快NH₄Cl溶于液氨；通过本发明制备出的得到的α‑Si₃N₄粉末，晶型、形貌可控，晶粒尺寸分布均匀，且工艺过程简单，可满足生产需要。

技术领域

本发明涉及一种前驱体法制备氮化硅粉体的方法，尤其涉及一种α相氮化硅粉体的制备方法，属于无机非金属粉体材料领域。

背景技术

高温工程材料中，氮化硅陶瓷性能优异突出。其力学性能好，硬度高、弹性模量高；热学性能稳定，热膨胀系数小、耐高温；化学稳定性好，不易被腐蚀；绝缘性好等。在化学耐腐蚀器件、发动机耐高温耐磨部分、汽车轴承、切削刀具等方面得到越来越多的应用。

氮化硅陶瓷烧结初始粉末有α相和β相两种。初始粉末相对氮化硅陶瓷的结构和力学性能有重要的影响。α-Si₃N₄具有较大的溶解度、优异的烧结活性。从α-Si₃N₄溶解沉淀析出的β-Si₃N₄晶粒具有长柱状形貌和较大长径比，而由β-Si₃N₄粉末烧结的Si₃N₄材料仍保持等轴状晶形，力学性能较差。所以获得高α相氮化硅粉体，对氮化硅陶瓷的制备具有重要的意义。

目前氮化硅粉体的主要生产方法有硅粉直接氮化法、碳热还原法、自蔓延法等。硅粉直接氮化法已实现工业大规模生产，但这种方法，α相含量不易控制；碳热还原法制备的氮化硅粉，残留的SiO₂不易去除；自蔓延法，反应速率不易控制，获得的粉体杂质含量较高。此外,还有溶胶凝胶法、高温气相法等。这些方法成本较高、对原料要求严格、产量较低，不适宜大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种α相氮化硅粉体的制备方法，该方法通过控制加料方式、加料速率、热分解及结晶化处理条件，可获得高α相、长柱状和等轴状晶形、低杂质含量、低氧含量的氮化硅粉体。

本发明提供的一种α相氮化硅粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)四氯化硅在有机溶剂和液氨的两液相界面与液氨反应，得到前驱体氨基硅或硅亚胺；所述有机溶剂为甲苯或者甲苯与二甲苯的混合物；

(2)将步骤(1)中所述硅亚胺进行热分解，得到无定形氮化硅粉体；

(3)将步骤(2)中所述无定形氮化硅粉体进行结晶化处理，得到所述α相氮化硅粉体。

上述的制备方法，步骤(1)中，所述甲苯与二甲苯的混合物中，甲苯与二甲苯的体积比可为(1～9)：1，具体可为(1～3)：1、1：1或3：1。

上述的制备方法，步骤(1)中，所述方法在所述反应之前按照如下步骤在反应釜中加料：将所述有机溶剂和所述液氨置于反应釜中，静置分层；将所述有机溶剂稀释的四氯化硅溶液加入所述有机溶剂中，所述四氯化硅扩散至所述静置分层得到的界面，即可完成所述加料。

所述有机溶剂和所述液氨的体积比可为4：(1～6)，具体可为4：1。

所述有机溶剂稀释的四氯化硅溶液中四氯化硅体积浓度可为1％～25％，具体可为1％～10％、5％～10％、5％或10％。