CN102556986A - 一种亚微米级单相氮化硅粉体的合成方法 - Google Patents
一种亚微米级单相氮化硅粉体的合成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102556986A CN102556986A CN2012100452851A CN201210045285A CN102556986A CN 102556986 A CN102556986 A CN 102556986A CN 2012100452851 A CN2012100452851 A CN 2012100452851A CN 201210045285 A CN201210045285 A CN 201210045285A CN 102556986 A CN102556986 A CN 102556986A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicic acid
- silicon nitride
- acid gel
- phase
- nitride powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 17
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 title abstract description 5
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 20
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract 2
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004148 unit process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005915 ammonolysis reaction Methods 0.000 claims 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 3
- 206010013786 Dry skin Diseases 0.000 claims 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 239000012043 crude product Substances 0.000 abstract description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 6
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 abstract 2
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种亚微米级单相氮化硅粉体的合成方法，是以水玻璃为硅源，常温下将氯化铵溶液搅拌加入水玻璃溶液中制备得到硅酸凝胶，向硅酸凝胶中加水稀释后抽虑以除去硅酸凝胶中的钠离子，随后加入炭黑，碳硅摩尔比为2-4.5∶1，混合均匀后干燥得到前驱体；将前驱体在氮气气氛中于1300-1450℃保温3-10小时得到粗产品；将粗产品于650℃热处理4-6小时得到亚微米级单相α-Si3N4粉体。本发明方法工艺流程简单，原料价格低廉；合成温度比一般现有技术低，合成的氮化硅粉体较纯净，硅酸前驱体的疏松多孔性有利于高温反应时N2的自由通透，大大提高了氮化率，抑制了杂质相SiC的产生。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种氮化硅的制备方法，具体地说是一种亚微米级单相氮化硅粉体的合成方法。
二、背景技术
目前研究的多种氮化硅粉体制备手段中，适合于工业化规模生产的是碳热还原氮化法。它具有设备简单、原料价格低、生成的氮化硅粉末纯度较高、颗粒较细、α-Si3N4含量高、不需球磨等优点，是目前氮化硅粉体生产中具有极大潜力的一种方法。但是碳热还原法制备氮化硅粉体时存在原料难以混合以及由于碳化硅的出现而导致氮化硅纯度不足够高等问题，直接影响了所制备氮化硅粉体以及后续的氮化硅块体的质量。因此寻找经济、高效并具有较高纯度的Si3N4合成方法是一项亟待解决的课题。
三、发明内容
本发明旨在提供一种亚微米级单相氮化硅粉体的合成方法，所要解决的技术问题是提高制备的氮化硅粉体的纯度。
本发明以水玻璃为硅源，通过水玻璃与铵盐反应得到硅酸凝胶，再与炭黑混合制备出一定碳硅比的硅碳前驱体，混合方法采用湿混，以蒸馏水为介质；然后在一定流量的氮气气氛中碳热还原合成亚微米级单相α-Si3N4粉体。
本发明亚微米级单相氮化硅粉体的合成方法，包括前驱体的制备、高温氮化以及后处理各单元过程，其特征在于：
所述前驱体的制备是以水玻璃为硅源，常温下将氯化铵溶液搅拌加入水玻璃溶液中制备得到硅酸凝胶，向硅酸凝胶中加水稀释后抽滤以除去硅酸凝胶中的钠离子，随后加入炭黑以水为湿混介质通过磁力搅拌器搅拌混合2小时，碳硅摩尔比为2-4.5∶1，随后于60℃干燥得到前驱体；
所述高温氮化是将前驱体在氮气气氛中于1300-1450℃保温3-10小时得到粗产品，氮气的流量为0.5-2.0L/min；
所述后处理是将粗产品于650℃热处理4-6小时除掉残余的碳得到亚微米级单相α-Si3N4粉体。
将制备得到的单相氮化硅粉体经X射线衍射、扫描和透射电镜分析，X射线衍射分析显示合成的产品为单相的α-Si3N，无其他杂质相出现。由扫描和透射电镜分析结果看出粉体粒度分布在0.1-0.6μm，分散良好，形貌均一。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明以廉价的水玻璃、铵盐、炭黑等为原料，通过简单的反应混合获得硅碳前驱体，然后进行碳热还原反应获得颗粒均匀分散性良好的亚微米氮化硅粉体，工艺流程简单，原料价格低廉。合成温度比一般现有技术低，由于原料没有添加金属或稀土元素等催化剂，故合成的氮化硅粉体较纯净，硅酸前驱体的疏松多孔性有利于高温反应时N2的自由通透，大大提高了氮化率，抑制了杂质相SiC的产生，制备得到了粒径为0.1-0.6μm的亚微米级单相α-Si3N4粉体。
四、附图说明
图1为本发明合成α-Si3N4粉体的X衍射图谱。由图1中可以看出，本发明制备的产品为单相的α-Si3N，无其他杂质相出现。
图2为本发明合成α-Si3N4粉体的SEM照片。由图2可以看出，粉体粒度分布在0.1-0.6μm，分散良好，形貌均一。
五、具体实施方式
实施例1：
1、前驱体的制备：
常温下将质量浓度为20％氯化铵的浓溶液缓慢加入质量分数为10％水玻璃的溶液中，边加入边搅拌，氯化铵溶液的体积为水玻璃溶液体积的1/5，溶液完全成为硅酸凝胶。向硅酸凝胶中加水稀释后抽虑以除去硅酸凝胶中的钠离子，随后加入炭黑以水为湿混介质通过磁力搅拌器搅拌混合2小时，碳硅摩尔比为3∶1，随后于60℃干燥得到前驱体。
2、高温氮化反应：
将前驱体在氮气气氛中于1350℃保温6小时得到粗产品，氮气的流量为0.5-2.0L/min。
3、热处理除碳：
将粗产品于650℃热处理4小时除掉残余的碳得到亚微米级单相α-Si3N4粉体。经检测α-Si3N4纯度为99.3％，粉体粒度分布在0.1-0.6μm。
实施例2：
1、前驱体的制备：
常温下将质量浓度为40％氯化铵的浓溶液缓慢加入质量分数为15％水玻璃的溶液中，边加入边搅拌，氯化铵溶液的体积为水玻璃溶液体积的1/5，溶液完全成为硅酸凝胶。向硅酸凝胶中加水稀释后抽虑以除去硅酸凝胶中的钠离子，随后加入炭黑以水为湿混介质通过磁力搅拌器搅拌混合2小时，碳硅摩尔比为2.2∶1，随后于60℃干燥得到前驱体。
2、高温氮化反应：
将前驱体在氮气气氛中于1450℃保温3小时得到粗产品，氮气的流量为0.5-2.0L/min。
3、热处理除碳：
将粗产品于650℃热处理6小时除掉残余的碳得到亚微米级单相α-Si3N4粉体。经检测α-Si3N4纯度为99.5％，粉体粒度分布在0.1-0.6μm。
实施例3：
1、前驱体的制备：
常温下将质量浓度为50％氯化铵的浓溶液缓慢加入质量分数为20％水玻璃的溶液中，边加入边搅拌，氯化铵溶液的体积为水玻璃溶液体积的1/5，溶液完全成为硅酸凝胶。向硅酸凝胶中加水稀释后抽虑以除去硅酸凝胶中的钠离子，随后加入炭黑以水为湿混介质通过磁力搅拌器搅拌混合2小时，碳硅摩尔比为4.5∶1，随后于60℃干燥得到前驱体。
2、高温氮化反应：
将前驱体在氮气气氛中于1300℃保温10小时得到粗产品，氮气的流量为0.5-2.0L/min。
3、热处理除碳：
将粗产品于650℃热处理5小时除掉残余的碳得到亚微米级单相α-Si3N4粉体。经检测α-Si3N4纯度为99.2％，粉体粒度分布在0.1-0.6μm。
Claims (3)
1.一种亚微米级单相氮化硅粉体的合成方法，包括前驱体的制备、高温氮化以及后处理各单元过程，其特征在于：
所述前驱体的制备是以水玻璃为硅源，常温下将质量浓度20-50％氯化铵溶液搅拌加入质量浓度为10-30％水玻璃溶液中得到硅酸凝胶，氯化铵溶液的体积为水玻璃溶液体积的1/6-1/4，向硅酸凝胶中加水稀释后过滤，随后加入炭黑，碳硅摩尔比为2-4.5∶1，混合均匀后于60℃干燥得到前驱体；
所述高温氮化是将前驱体在氮气气氛中于1300-1450℃保温3-10小时得到粗产品；
所述后处理是将粗产品于650℃热处理4-6小时得到亚微米级单相α-Si3N4粉体。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：高温氮化时氮气的流量为0.5-2.0L/min。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：加入炭黑混合时采用湿混的方法，以蒸馏水为介质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201210045285 CN102556986B (zh) | 2012-02-27 | 2012-02-27 | 一种亚微米级单相氮化硅粉体的合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201210045285 CN102556986B (zh) | 2012-02-27 | 2012-02-27 | 一种亚微米级单相氮化硅粉体的合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102556986A true CN102556986A (zh) | 2012-07-11 |
| CN102556986B CN102556986B (zh) | 2013-09-18 |
Family
ID=46403818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201210045285 Expired - Fee Related CN102556986B (zh) | 2012-02-27 | 2012-02-27 | 一种亚微米级单相氮化硅粉体的合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102556986B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109485432A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-03-19 | 北京科技大学 | 一种高纯α-Si3N4纳米粉体的制备方法 |
| CN110078521A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-02 | 西北工业大学 | 一种亚微米级氮化硅中空微球及制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4346068A (en) * | 1980-01-11 | 1982-08-24 | Toyo Soda Manufacturing Co., Ltd. | Process for preparing high-purity α-type silicon nitride |
| CN86104331A (zh) * | 1985-06-24 | 1987-01-21 | 川崎制铁株式会社 | 制造氮化硅粉末的方法 |
| CN101353160A (zh) * | 2008-09-09 | 2009-01-28 | 辽宁工业大学 | 一种氮化硅纳米粉末合成方法 |
-
2012
- 2012-02-27 CN CN 201210045285 patent/CN102556986B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4346068A (en) * | 1980-01-11 | 1982-08-24 | Toyo Soda Manufacturing Co., Ltd. | Process for preparing high-purity α-type silicon nitride |
| CN86104331A (zh) * | 1985-06-24 | 1987-01-21 | 川崎制铁株式会社 | 制造氮化硅粉末的方法 |
| CN101353160A (zh) * | 2008-09-09 | 2009-01-28 | 辽宁工业大学 | 一种氮化硅纳米粉末合成方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张敬乾等: "制备硅酸凝胶实验条件的探讨", 《大连轻工业学院学报》 * |
| 陈宏等: "碳热还原氮化制备氮化硅粉体反应条件研究", 《粉末冶金技术》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109485432A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-03-19 | 北京科技大学 | 一种高纯α-Si3N4纳米粉体的制备方法 |
| CN109485432B (zh) * | 2018-11-22 | 2021-01-26 | 北京科技大学 | 一种高纯α-Si3N4纳米粉体的制备方法 |
| CN110078521A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-02 | 西北工业大学 | 一种亚微米级氮化硅中空微球及制备方法 |
| CN110078521B (zh) * | 2019-05-13 | 2021-06-11 | 西北工业大学 | 一种亚微米级氮化硅中空微球及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102556986B (zh) | 2013-09-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105777124B (zh) | 一种石墨烯原位生长碳化硅纳米材料的制备方法 | |
| CN103910345B (zh) | 氮化硼复合材料的制备方法 | |
| CN103910344B (zh) | 六方氮化硼的制备方法 | |
| CN1210204C (zh) | 一种制备碳化硅的方法 | |
| CN103214878B (zh) | 一种石墨型氮化碳-离子液体复合材料及其制备方法 | |
| CN107721429B (zh) | 碳化锆-碳化硅复合粉体材料及其制备方法 | |
| CN102515767B (zh) | 一种制备SiC-AlN固溶体陶瓷粉末的方法 | |
| CN102631913A (zh) | 一种石墨烯负载二氧化铈纳米立方复合物的制备方法 | |
| CN104177091A (zh) | 一种高致密度六方氮化硼陶瓷材料的制备方法 | |
| CN106431418A (zh) | 水热法制备纳米AlN粉体的方法和其中间体及产品 | |
| CN104973615B (zh) | 一种纳米氧化钆粉体的微波燃烧制备方法 | |
| CN106829888A (zh) | 氮化硼纳米片粉体及其宏量制备方法 | |
| CN103320899A (zh) | 一种纳米氮化铝纤维的制备方法 | |
| CN109437203A (zh) | 一种高纯一维SiC纳米材料的制备方法 | |
| CN101830447B (zh) | 一种β-氮化硅纳米线的制备方法 | |
| CN102674350B (zh) | 一种碳化钛纳米颗粒的制备方法 | |
| CN102556986B (zh) | 一种亚微米级单相氮化硅粉体的合成方法 | |
| CN107585749B (zh) | 氮化硼纳米片粉体、其绿色宏量制备方法及应用 | |
| CN102115168B (zh) | 一种纳米结构Li3NbO4的制备方法 | |
| CN107311177B (zh) | 一种碳化硅-石墨烯复合粉体及其制备方法 | |
| CN108083808B (zh) | 一种纳米碳化铪陶瓷有机前驱体及其制备方法 | |
| CN101508438A (zh) | 一种以高岭土为原料制备莫来石的方法 | |
| CN101786611A (zh) | Fe3BO6氨化制备氮化硼纳米管的方法 | |
| CN102649576A (zh) | 一种径厚比值大的片状氧化铝制备工艺 | |
| CN105837222A (zh) | 基于溶胶-凝胶工艺低温合成γ-AlON粉体的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130918 Termination date: 20180227 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |