CN107488039A - 一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法 - Google Patents

一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107488039A
CN107488039A CN201710762266.3A CN201710762266A CN107488039A CN 107488039 A CN107488039 A CN 107488039A CN 201710762266 A CN201710762266 A CN 201710762266A CN 107488039 A CN107488039 A CN 107488039A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon substrate
nitrogen oxides
powder
substrate nitrogen
gel
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.)
Pending
Application number
CN201710762266.3A
Other languages
English (en)
Inventor
张力
金雪
罗欢
周黎南
刘琳
李峻峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Univeristy of Technology
Original Assignee
Chengdu Univeristy of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Univeristy of Technology filed Critical Chengdu Univeristy of Technology
Priority to CN201710762266.3A priority Critical patent/CN107488039A/zh
Publication of CN107488039A publication Critical patent/CN107488039A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/597—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/624—Sol-gel processing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62675—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering characterised by the treatment temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/0883—Arsenides; Nitrides; Phosphides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7743—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing terbium
    • C09K11/7749—Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7783—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals one of which being europium
    • C09K11/7792—Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/442—Carbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/443—Nitrates or nitrites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
    • C04B2235/444—Halide containing anions, e.g. bromide, iodate, chlorite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C04B2235/483—Si-containing organic compounds, e.g. silicone resins, (poly)silanes, (poly)siloxanes or (poly)silazanes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

本发明涉及一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法，属于无机非金属材料领域。硅基氮氧化物粉体制备方法包括下列步骤：a、根据硅基氮氧化物MxSiyNzO化学式，在二氧化硅溶胶中混入金属M的原料，使其均匀分散或溶解，获得前驱体溶胶；b、前驱体溶胶转变为凝胶，干燥、粉碎、过筛，获得前驱体凝胶M‑Si‑O粉体；c、前驱体凝胶粉体在含氮气氛下，加热分解，经还原氮化，获得硅基氮氧化物粉体。本发明工艺过程简单，成本低廉；氮由氨气提供，控制反应条件可调控硅基氮氧化物的氮氧比，获得所设计的成分，避免碳对作为荧光粉应用的不利影响。本方法制备的硅基氮氧化物粉体可作为纳米氮氧化物陶瓷的粉体原料或荧光粉使用。

Description

一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法，属于无机非金属材料领域。本方法制备出的硅基氮氧化物粉体具有纯度高、无残碳、纳米粒径、团聚小、易分散的优点，可用作纳米氮氧化物陶瓷的粉体原料，也可以掺杂稀土获得特定发光性能的荧光粉。
背景技术
硅基氮氧化物（M-Si-N-O）指含有Si、N、O以及金属元素M的化合物及其相关固溶体的总称，其中M代表一种或多种金属元素。常见的硅基氮氧化物有M-α-SiAlON（M=Mg、Li、Y以及稀土），β-SiAlON，MSi2N2O2（M=Ca、Sr、Ba），Ba3Si6O9N4，Ba3Si6O12N2等，而金属离子被不同程度的取代所形成一系列固溶体也属于硅基氮氧化物，如(M)1-xSiyOzN2+4y-2z:xEu，其中M代表Ca、Sr、Ba中的一种或两种等。
硅基氮氧化物如塞隆（SiAlON）等可用作结构陶瓷，替代热压烧结Si3N4陶瓷作为高温结构部件使用。硅基氮氧化物也可作为荧光粉，通过掺杂不同的金属离子获得特殊的光学性能，应用于发光等领域。
现有的硅基氮氧化物粉体的制备方法，主要包括高温固相反应法、高温自蔓延法、碳热还原法等。高温固相法需要使用氮化物原料，如金属氮化物和Si3N4粉末等，以提供N 源和Si源或金属M源。金属氮化物不仅昂贵，而且非常容易水解，合成工艺复杂、困难。Si3N4共价键强、扩散系数低、反应活性差，需要较高的合成温度（1500-2000℃），所得产物会产生硬团聚，而且颗粒粗大。高温自蔓延法需要在较高的温度和压力下反应，由于温度高（可达2000℃），金属以及Si的挥发使得反应不均匀，产物纯度不高（孟录, 张海军, 钟香崇. 高温氮化反应合成Ca-α-SiAlON[J]. 耐火材料, 40[4]: 260-264 (2006)）。碳热还原法反应过程复杂，通常需要加入过量的碳，产品中除目标产物外通常还有SiC或者残碳，而碳及SiC的存在会严重影响硅基氮氧化物粉体的发光性能以及外观（T. Suehiro, N. Hirosaki,R. J. Xie, M. Mitomo. Powder synthesis of Ca-α-SiAlON as a host material forphosphors [J]. Chem. Mater, 17: 308-314 (2005)）。
现有的硅基氮氧化物粉体制备技术难以获得纯度高、团聚小、无残碳的超细粉体。为了解决上述问题，本发明提供了一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种硅基氮氧化物粉体的制备方法。本方法所述的硅基氮氧化物（M-Si-N-O），指含有Si、N、O以及金属元素M的化合物及其相关固溶体的总称，其中M代表一种或多种金属元素。
本发明所述的硅基氮氧化物粉体制备方法包括下列步骤：a、根据所设计的硅基氮氧化物MxSiyNzO化学式，按照比例在二氧化硅溶胶中混入金属M的原料，通过溶解、搅拌、超声、研磨、球磨等方式，使金属M原料均匀分散或溶解在二氧化硅溶胶中，获得前驱体溶胶；b、通过调节溶胶的pH值或者加热烘干等方式，将前驱体溶胶转变为凝胶，经干燥、粉碎、过筛，获得含有金属元素M和Si的前驱体凝胶M-Si-O粉体；c、前驱体凝胶粉体装入坩埚中，在含氮气氛下，加热分解，经还原氮化，获得硅基氮氧化物粉体。
a步骤中，二氧化硅溶胶可以通过水玻璃离子交换法、硅粉直接水解法以及有机硅酸酯经水解获得。
a步骤中，所述的有机硅酸酯包括但不限于硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯、硅酸丁酯等有机硅酸酯中的一种或几种。
a步骤中，所述的金属M可以是一种或多种主族金属元素、过渡金属元素以及稀土金属元素的组合。
a步骤中，所述的金属M的原料包括但不限于M的氧化物、氢氧化物、溶胶以及卤化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐等相应的无机盐原料。
c步骤中，所述的氮化气氛为纯氨气气氛，或氨气和氮气/氩气/氢气等不含氧和碳的气氛中的一种或几种混合气氛；氮化气氛中氨气的体积分数占混合气体体积分数的10%-100%，混合气体流量0.1L~10L/min，根据硅基氮氧化物MxSiyNzO化学式中的N/O比和加热条件调整。
c步骤中，所述的氮化温度为800~1600oC，升温速率1~10oC/min，保温1~5h；加热过程中前驱体M-Si-O粉体分解脱除水和相应气体，转变为高活性的氧化物，并与氨气反应，氮原子取代Si-O或M-O上的氧原子，得到硅基氮氧化物。
一种硅基氮氧化物粉体，采用上述方法制备得到，具有纯度高、无残碳、纳米粒径、团聚小、易分散的特点，可作为纳米氮氧化物陶瓷的粉体原料。
一种硅基氮氧化物粉体，采用上述方法制备得到，在合成过程掺杂激活离子元素包括但不限于稀土元素镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，过渡金属元素钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞等可获得具有发光性能的荧光粉。
本发明所涉及硅基氮氧化物粉体及其制备方法，相比现有技术具有如下有益效果：
（1）硅基氮氧化物中的氮由氨气提供，控制反应条件可调控硅基氮氧化物的氮氧比，获得所设计的成分；
（2）用凝胶法制备先驱体原料，提高了原料中各成分的混合均匀度，显著降低氮化反应的温度和时间，可获得团聚程度低的纳米粒径粉体；
（3）成本低廉，工艺过程简单，不使用含碳的原料，彻底避免碳对硅基氮氧化物粉体作为荧光粉应用的不利影响。
附图说明
图1是本发明所涉及的硅基氮氧化物粉体的制备流程示意图；
图2 是实施例1中所得硅基氮氧化物粉体AlSi5N7O的X射线衍射图；
图3 是实施例1中所得硅基氮氧化物粉体AlSi5N7O的电子显微镜图。
具体实施方式
本发明硅基氮氧化物粉体的制备方法，包括以下步骤：a、根据所设计的硅基氮氧化物MxSiyNzO化学式，按照比例在二氧化硅溶胶中混入金属M的原料，通过溶解、搅拌、超声、研磨、球磨等方式，使金属M原料均匀分散或溶解在二氧化硅溶胶中，获得前驱体溶胶；b、通过调节溶胶的pH值或者加热烘干等方式，将前驱体溶胶转变为凝胶，经干燥、粉碎、过筛，获得含有金属元素M和Si的前驱体凝胶M-Si-O粉体；c、前驱体凝胶粉体装入坩埚中，在含氮气氛下，加热分解，经还原氮化，获得硅基氮氧化物粉体。
a步骤中，二氧化硅溶胶可以通过水玻璃离子交换法、硅粉直接水解法以及有机硅酸酯经水解获得。
a步骤中，所述的有机硅酸酯包括但不限于硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯、硅酸丁酯等有机硅酸酯中的一种或几种。
a步骤中，所述的金属M可以是一种或多种主族金属元素、过渡金属元素以及稀土金属元素的组合。
a步骤中，所述的金属M的原料包括但不限于M的氧化物、氢氧化物、溶胶以及卤化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐等相应的无机盐原料。
c步骤中，所述的氮化气氛为纯氨气气氛，或氨气和氮气/氩气/氢气等不含氧和碳的气氛中的一种或几种混合气氛；氮化气氛中氨气的体积分数占混合气体体积分数的10%-100%，混合气体流量0.1L~10L/min，根据硅基氮氧化物MxSiyNzO化学式中的N/O比和加热条件调整。
c步骤中，所述的氮化温度为800~1600oC，升温速率1~10oC/min，保温1~5h；加热过程中前驱体M-Si-O粉体分解脱除水和相应气体，转变为高活性的氧化物，并与氨气反应，氮原子取代Si-O或M-O上的氧原子，得到硅基氮氧化物。
一种硅基氮氧化物粉体，采用上述方法制备得到，具有纯度高、无残碳、纳米粒径、团聚小、易分散的特点，可作为纳米氮氧化物陶瓷的粉体原料。
一种硅基氮氧化物粉体，采用上述方法制备得到，在合成过程掺杂激活离子元素包括但不限于稀土元素镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，过渡金属元素钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞等可获得具有发光性能的荧光粉。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
结晶氯化铝（AlCl3.6H2O）2.41g溶解于10ml去离子水中，然后加入40ml乙醇和10.4g正硅酸乙酯，在60oC水浴水解12h得到Al-Si-O凝胶。经80oC烘箱干燥24h，干磨2h，经325目过筛，送入管式气氛炉。抽真空通氮气排除空气3次后，通入氨气和氮气混合气氛（NH3：N2=80：20）1.5L/min，以3oC/min速率升温至1400oC，保温3h，随炉降温，得到硅基氮氧化物AlSi5N7O粉体。所得产物的XRD分析见附图2，所有的衍射峰都归属于β-AlSi5N7O，证明是纯度很高的目标产物AlSi5N7O。产物的扫描电子显微镜照片见附图3，为近球形纳米粉体。
实施例2
新鲜氧化钙0.56g分散到20ml去离子水中形成淤浆，然后和用水玻璃离子交换法所得到的二氧化硅溶胶（二氧化硅固含量20wt%）6g搅拌混合后，60oC烘箱干燥12h，得到Ca-Si-O凝胶。凝胶干磨2h，经325目过筛，送入管式气氛炉。抽真空通氮气排除空气3次后，通入氨气1L/min，以5oC/min速率升温至1300oC，保温3h，随炉降温，得到硅基氮氧化物CaSi2N2O粉体。
实施例3
将实施例2中的氧化钙用碳酸钡（BaCO3）1.97g代替，其余制备过程同实施例2，得到硅基氮氧化物BaSi2N2O粉体。
实施例4
结晶硝酸锶（Sr(NO3)2.4H2O）2.836g溶解到20ml去离子水中，其余制备过程同实施例2，得到硅基氮氧化物SrSi2N2O粉体。
实施例5
碳酸钙（CaCO3）2g，碳酸钡（BaCO3）55.258g与用硅粉直接水解法所得到的二氧化硅溶胶（二氧化硅固含量25wt%）144g球磨2h混合后，100oC烘箱干燥12h，得到Ca-Ba-Si-O凝胶。凝胶干磨12h，经325目过筛，取其中2g送入管式气氛炉。抽真空通氮气排除空气3次后，通入氨气和氢气混合气氛（NH3：H2=50：50）10L/min，以3oC/min速率升温至1350oC，保温2h，随炉降温，得到硅基氮氧化物Ba2.8Ca0.2Si6N2O12粉体。
实施例6
结晶硝酸锶（Sr(NO3)2.4H2O）2.836g，结晶硫酸铝（Al2(SO4)3.18H2O）3.33g溶解于20g去离子水中，加入硅酸甲酯3.04g和乙醇40ml，25oC水解反应2h后再加入氨水调节pH至5-7，继续反应10h得到果冻状凝胶。经100oC烘箱干燥12h，干磨2h， 325目过筛得到Sr-Al-Si-O干凝胶粉末。送入管式气氛炉，抽真空通氮气排除空气3次后，通入氨气和氢气混合气氛（NH3：Ar=90：10）1L/min，以3oC/min速率升温至1350oC，保温2h，随炉降温，得到硅基氮氧化物SrAlSi2N2O3粉体。
实施例7
结晶硝酸钇（Y(NO3)3.6H2O）3.83g，结晶硝酸镁（Mg(NO3)2.6H2O）2.56g溶解于20g去离子水中，加入硅酸乙酯4.16g和乙醇50ml，25oC水解反应2h后再加入氨水调节pH至5-7，继续反应10h得到果冻状凝胶。经100oC烘箱干燥12h，干磨2h， 325目过筛得到Y-Mg-Si-O干凝胶粉末。送入管式气氛炉，抽真空通氮气排除空气3次后，通入氨气和氢气混合气氛（NH3：Ar=90：10）1.2L/min，以3oC/min速率升温至1300oC，保温2h，随炉降温，得到硅基氮氧化物YMgSi2NO5粉体。
实施例8
结晶硝酸钇（Y(NO3)3.6H2O）15.32g溶解于50g去离子水中，勃姆石溶胶4g（含氧化铝0.51g）用稀硝酸胶溶分散后与硝酸钇溶液混合，加入硅酸乙酯2.08g和乙醇60ml，25oC水解反应2h后再加入氨水调节pH至5-7，继续反应10h得到果冻状凝胶。经100oC烘箱干燥12h，干磨2h， 325目过筛得到Y-Al-Si-O干凝胶粉末。送入管式气氛炉，抽真空通氮气排除空气3次后，通入氨气和氢气混合气氛（NH3：Ar=90：10）0.5L/min，以3oC/min速率升温至1350oC，保温4h，随炉降温，得到硅基氮氧化物Y4AlSiNO8粉体。
实施例9
将实施例5中的碳酸钡减少为49.7322g，同时加入结晶硝酸铽（Tb(NO3)3.6H2O）1.2684g，其余制备过程同实施例5，得到硅基氮氧化物Ba2.8Ca0.2Si6N2O12:Tb2+荧光粉体。
实施例10
在实施例8中的原料中加入0.0089g结晶硝酸铕，其余制备过程同实施例8，得到硅基氮氧化物Y4AlSiNO8:Eu2+荧光粉体。
以上列举的仅是针对本发明的可行性实施方式的若干个具体实施例说明，并非用来限制本发明的保护范围。显然，本发明不限于以上实施例。本领域的相关技术人员，通过对本发明的技术方法进行修改或者等同替代，而不脱离本发明技术方案的原理、形状、构造、特征、精神等变化与修饰，均应包含在本发明的权利要求范围之中。

Claims (11)

1.一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法，其特征在于：所述的硅基氮氧化物（M-Si-N-O），指含有Si、N、O以及金属元素M的化合物及其相关固溶体的总称，其中M代表一种或多种金属元素。
2.一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a、根据所设计的硅基氮氧化物粉体MxSiyNzO化学式，按照比例在二氧化硅溶胶中混入金属M的原料，通过溶解、搅拌、超声、研磨、球磨等方式，使金属M原料均匀分散或溶解在二氧化硅溶胶中，获得前驱体溶胶；b、通过调节溶胶的pH值或者加热烘干等方式，将前驱体溶胶转变为凝胶，经干燥、粉碎、过筛，获得含有金属元素M和Si的前驱体凝胶M-Si-O粉体；c、前驱体凝胶粉体装入坩埚中，在含氮气氛下，加热分解，经还原氮化，获得硅基氮氧化物粉体粉体。
3.根据权利要求1或2所述的硅基氮氧化物粉体的制备方法，其特征在于：a步骤中，二氧化硅溶胶可以通过水玻璃离子交换法、硅粉直接水解法以及有机硅酸酯经水解获得。
4.根据权利要求1或2所述的硅基氮氧化物粉体的制备方法，其特征在于：a步骤中，所述的有机硅酸酯包括但不限于硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯、硅酸丁酯等有机硅酸酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的硅基氮氧化物粉体的制备方法，其特征在于：a步骤中，所述的金属M可以是一种或多种主族金属元素、过渡金属元素以及稀土金属元素的组合。
6.根据权利要求1或2所述的硅基氮氧化物粉体的制备方法，其特征在于：a步骤中，所述的金属M的原料包括但不限于M的氧化物、氢氧化物、溶胶以及卤化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐等相应的无机盐原料。
7.根据权利要求1或2所述的硅基氮氧化物粉体的制备方法，其特征在于：c步骤中，所述的氮化气氛为纯氨气气氛，或氨气和氮气/氩气/氢气等不含氧和碳的气氛中的一种或几种混合气氛；氮化气氛中氨气的体积分数占混合气体体积分数的10%-100%，混合气体流量0.1L~10L/min，根据硅基氮氧化物粉体MxSiyNzO化学式中的N/O比和加热条件调整。
8.根据权利要求1或2所述的硅基氮氧化物粉体的制备方法，其特征在于：c步骤中，所述的氮化温度为800~1600oC，升温速率1~10oC/min，保温1~5h；加热过程中前驱体M-Si-O粉体分解脱除水和相应气体，转变为高活性的氧化物，并与氨气反应，氮原子取代Si-O或M-O上的氧原子，得到硅基氮氧化物粉体。
9.一种硅基氮氧化物粉体，其特征在于：所述硅基氮氧化物粉体采用权利要求1~8任一项所述的方法制备得到。
10.一种硅基氮氧化物粉体，其特征在于：具有纯度高、无残碳、纳米粒径、团聚小、易分散的特点，可作为纳米氮氧化物陶瓷的粉体原料。
11.一种硅基氮氧化物粉体，其特征在于：采用上述方法制备得到，在合成过程掺杂激活离子元素包括但不限于稀土元素镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，过渡金属元素钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞等，可获得具有发光性能的荧光粉。
CN201710762266.3A 2017-08-30 2017-08-30 一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法 Pending CN107488039A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710762266.3A CN107488039A (zh) 2017-08-30 2017-08-30 一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710762266.3A CN107488039A (zh) 2017-08-30 2017-08-30 一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107488039A true CN107488039A (zh) 2017-12-19

Family

ID=60646035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710762266.3A Pending CN107488039A (zh) 2017-08-30 2017-08-30 一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107488039A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108640092A (zh) * 2018-04-18 2018-10-12 南京大学 一种含氧化合物辅助一步氮化法制备金属氮化物薄膜的方法
CN109928763A (zh) * 2019-03-07 2019-06-25 中国人民解放军国防科技大学 一种钽基氧氮化物纳米粉及其制备方法
CN114634364A (zh) * 2022-03-08 2022-06-17 中国科学院过程工程研究所 一种纯相Si2N2O粉体的合成方法
CN116285955A (zh) * 2023-03-22 2023-06-23 成都理工大学 一种用于湿热环境下的led荧光粉

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108640092A (zh) * 2018-04-18 2018-10-12 南京大学 一种含氧化合物辅助一步氮化法制备金属氮化物薄膜的方法
CN109928763A (zh) * 2019-03-07 2019-06-25 中国人民解放军国防科技大学 一种钽基氧氮化物纳米粉及其制备方法
CN109928763B (zh) * 2019-03-07 2022-03-29 中国人民解放军国防科技大学 一种钽基氧氮化物纳米粉及其制备方法
CN114634364A (zh) * 2022-03-08 2022-06-17 中国科学院过程工程研究所 一种纯相Si2N2O粉体的合成方法
CN114634364B (zh) * 2022-03-08 2023-08-11 中国科学院过程工程研究所 一种纯相Si2N2O粉体的合成方法
CN116285955A (zh) * 2023-03-22 2023-06-23 成都理工大学 一种用于湿热环境下的led荧光粉

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107488039A (zh) 一种硅基氮氧化物粉体及其制备方法
US7598194B2 (en) Oxynitride powder and production method thereof
TWI428429B (zh) SIALON is an oxynitride phosphor and a method for producing the same
CN101925557B (zh) 钛酸铝镁-氧化铝复合陶瓷
Chromá et al. Processing and characterization of sol–gel fabricated mixed metal aluminates
JP4277666B2 (ja) サイアロン系蛍光体の製造方法およびサイアロン系蛍光体
CN107434410B (zh) 一种堇青石陶瓷粉体的制备方法
CN102625820A (zh) 氮氧化物荧光体粉、氮化物荧光体粉及其制造方法
CN100384738C (zh) 超细α－Al2O3粉末的制备方法
JP5445412B2 (ja) 複合酸化物粉末の製造方法
Rahmani et al. A comparative study of synthesis and spark plasma sintering of YAG nano powders by different co-precipitation methods
CN101456568B (zh) 一种合成纳米氧化铝粉体的方法
CN102775985A (zh) 一种具有长余辉发光功能的Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+纳米线的合成方法
Jing et al. High efficiency synthesis of Nd: YAG powder by a spray co-precipitation method for transparent ceramics
CN104556166A (zh) 一种溶胶-凝胶工艺制备MgO·Al2O3超细粉体的方法
CN111825452B (zh) 一种低热导高熵铝酸盐陶瓷及其制备方法
Naderi-Beni et al. Development of a new sol-gel route for the preparation of aluminum oxynitride nano-powders
CN101977845A (zh) 钛酸钡的制造方法
JPH0460051B2 (zh)
CN101135013A (zh) 镁及镁合金复合晶粒细化剂及其制备方法
Yan et al. Preparation of YAG: Ce3+ phosphor by sol-gel low temperature combustion method and its luminescent properties
CN101837987A (zh) 一种碘辅助镁共还原固相反应合成金属硼化物纳米粉体的方法
CN102153144A (zh) 一种铁铝酸钙的制备方法
WO2011148910A1 (ja) Ｅｕ賦活アルカリ土類金属シリケート蛍光体の製造方法
CN110550952A (zh) 一种氧化锆陶瓷粉体及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20171219

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication