CN111847402A - 一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法 - Google Patents
一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111847402A CN111847402A CN202010743904.9A CN202010743904A CN111847402A CN 111847402 A CN111847402 A CN 111847402A CN 202010743904 A CN202010743904 A CN 202010743904A CN 111847402 A CN111847402 A CN 111847402A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- aluminum nitride
- raw material
- purity
- porous
- 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
Links
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims abstract description 78
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 68
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 68
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 49
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 43
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 39
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 38
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 32
- 229910003023 Mg-Al Inorganic materials 0.000 claims description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 15
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 11
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 27
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 21
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 17
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 16
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 229910020056 Mg3N2 Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 9
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 8
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 8
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 8
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 8
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- -1 magnesium nitride Chemical class 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000030279 gene silencing Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 239000013354 porous framework Substances 0.000 description 1
- 239000003761 preservation solution Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000010900 secondary nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/072—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with aluminium
- C01B21/0722—Preparation by direct nitridation of aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,属于氮化铝原料制备技术领域。为解决现有方法制备的氮化铝原料纯度低、多孔结构无法满足实际应用需求的问题,本发明提供了一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,以铝金属块和镁金属块为原料制备Mg‑Al合金块并研磨得到合金粉末,所得合金粉末置于真空状态及一定氮气压力下,经三步氮化处理、烧结、酸洗得到多孔高纯氮化铝晶体生长用原料。本发明以明显少于现有技术的氮化处理时间获得了纯度为99.99%、比表面积可达150m2/g、孔隙率为40~80%的多孔高纯氮化铝原料,以其为原料制备的高性能氮化铝晶体材料、多孔氮化铝陶瓷能够满足多孔半导体、多孔陶瓷材料在各领域的应用需求。
Description
技术领域
本发明属于氮化铝原料制备技术领域,尤其涉及一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法。
背景技术
高纯度的原料粉体是制备高性能氮化铝晶体材料和氮化铝陶瓷的前提。原料粉体中金属杂质和氧化是影响其纯度的两大因素,现在市售氮化铝粉体的纯度普遍不高,主要是存在Na、W、Fe等金属杂质。这些杂质会导致晶体生长过程中发生二次成核,并有可能占据氮化铝晶体点阵中原有Al和N的位置甚至空隙,形成大量的缺陷、裂纹等,严重影响晶体的质量,甚至无法生长出大尺寸的晶体。
近年来,多孔半导体材料因具有高的比表面积,光电响应特性、非线性光学特性以及光催化特性等在储氢、燃料电池及非线性光学等领域具有广阔的应用前景。多孔陶瓷材料也因具有耐高温高压、抗酸碱和有机介质腐蚀、良好的生物惰性、使用寿命长和产品再生性能好等优点广泛应用于精密过滤与分离、高压气体排气消音、气体分布及电解隔膜等领域。而现有氮化铝原料的制备方法不能有效的合成具有足够多孔结构的原料粉体,无法满足多孔半导体、多孔陶瓷在各领域的应用需求。
发明内容
为解决现有方法制备的氮化铝原料纯度不高、多孔结构无法满足实际应用需求的问题,本发明提供了一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法。
本发明的技术方案:
一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,以一定体积比的铝金属块和镁金属块为原料制备Mg-Al合金块,将所得Mg-Al合金块研磨至一定粒径得到合金粉末,所得合金粉末置于真空状态及一定氮气压力下,依次经第一氮化温度、第二氮化温度、第三氮化温度保温氮化处理后,继续升温至烧结温度并保温一定时间得到多孔氮化铝粉末,所得多孔氮化铝粉末经酸洗、水洗得到多孔高纯氮化铝晶体生长用原料。
进一步的,所述铝金属块的纯度为99.99%,镁金属块的纯度为99.99%;所述铝金属块和镁金属块的体积比为1~10:1。
进一步的,所述Mg-Al合金块的制备过程为:670~750℃下将铝金属块熔化后,将温度降至540~570℃,加入镁金属块,将所得液态金属混合物搅拌均匀,保温30min后压片快冷制得Mg-Al合金块。
进一步的,所述压片快冷的压力为20Mpa,降温速度为10分钟降至室温。
进一步的,所述合金粉末的粒径为20~600目。
进一步的,所述真空状态为1×10-3Pa,所述氮气压力为2MPa。
进一步的,所述第一氮化温度为430~450℃,在第一氮化温度下保温氮化处理时间为3h;所述第二氮化温度为600~700℃,在第二氮化温度下保温氮化处理时间为3h;所述第三氮化温度为900~960℃,在第三氮化温度下保温氮化处理时间为4h。
进一步的,升温至第一氮化温度的升温速度为5℃/min,升温至第二氮化温度的升温速度为3℃/min,升温至第三氮化温度的升温速度为3℃/min。
进一步的,所述烧结温度为1500~1700℃,在烧结温度下的保温时间为1h。
进一步的,所述酸洗使用的是HF与HNO3按体积比1:1~5配制的混合酸,酸洗时间为2~20h,酸洗温度为20~50℃。
本发明的有益效果:
本发明提供的多孔高纯氮化铝原料的制备方法采用三步氮化处理,由少量氮化镁、过渡到大量氮化镁、少量氮化铝,最后大量氮化铝的同时使生成的Mg3N2等杂质升华分解,形成氮化铝多孔骨架,经烧结、酸洗除杂得到多孔高纯氮化铝原料。本发明以明显少于现有技术的氮化处理时间获得了纯度为99.99%,比表面积可达150m2/g,孔隙率为40~80%的多孔高纯氮化铝原料,以其为原料制备的高性能氮化铝晶体材料、多孔氮化铝陶瓷能够满足多孔半导体、多孔陶瓷材料在各领域的应用需求。
附图说明
图1为实施例1酸洗前和酸洗后所制备的氮化铝原料的XRD对比图;
图2为实施例1制备的Mg-Al合金的金相组织照片;
图3为对比例1制备的Mg-Al合金的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置,若未特别指明,本发明实施例中所用的原料等均可市售获得;若未具体指明,本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
本实施例提供了一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,步骤如下:
步骤一、制备Mg-Al合金块:
准备体积比为1:1的纯度为99.99%的高纯铝金属块和纯度为99.99%的高纯镁金属块,将马弗炉温度升至670℃,现将高纯铝金属块放入坩埚内并将坩埚置于马弗炉中,带坩埚中的铝金属块融化后将马弗炉温度降至540℃,将高纯镁金属块放入坩埚,待镁金属块融化后将液体金属混合物搅拌均匀,用石棉网盖住坩埚保温30min后,在20Mpa压力下压片快冷,10分钟降至室温制得Mg-Al合金块。
步骤二、三步氮化处理:
将所得合金块置于刚玉研钵中研磨至粒径为20~600目的合金粉末,将合金粉末放入碳化钽坩埚并将坩埚置于高真空炉内,将炉体抽至1×10-3Pa高真空状态,通入氮气并保持氮气压力为2MPa,以5℃/min升温速度将炉体温度升至430℃,保温氮化3h,此温度下进行氮化主要是为了在非熔融态进行预氮化,此状态上可使镁发生少量氮化,铝反应也较少,反应发生在Mg和AlN原位,反应方程式:Mg+N2→Mg3N2,Al+N2→AlN。以3℃/min升温速度将炉体温度升至600℃,保温氮化3h,此温度下,镁反应较之前温度更加快,铝只有少量发生反应,由此形成Mg3N2骨架,将已经均匀分布的Al分离,形成多孔的状态。以3℃/min升温速度将炉体温度升至900℃,保温氮化4h,在此温度下,镁进一步完全氮化,并且Mg3N2骨架反应大量升华和分解,Al和氮气反应形成新的骨架,形成氮化铝多孔原料。
步骤三、烧结、酸洗:
将炉体温度升至1500℃并保温1h,将Mg3N2等杂质大量升华,并使Al和氮气进一步完全反应;反应完成后将所得氮化铝多孔原料置于20℃的酸洗温度下,以HF与HNO3按体积比1:1配制的混合酸作为酸洗液进行酸洗10h,进一步清除杂质;将酸洗后的粉料使用超声波和纯净水清洗,反复清洗3~10次,知道水洗液pH=7为止,取出多孔原料,再次水洗后烘干,得到多孔高纯氮化铝原料。
经检测,所得多孔高纯氮化铝原料的纯度为99.99%,比表面积可达150m2/g,孔隙率为40~80%。
图1为实施例1酸洗前和酸洗后所制备的氮化铝原料的XRD对比图;通过对比可以看出,酸洗后的MgO和Mg3N2已经消失,酸洗后只存在AlN,说明氮化铝原料的纯度非常高。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于:
步骤一、制备Mg-Al合金块:
准备体积比为11:1的纯度为99.99%的高纯铝金属块和纯度为99.99%的高纯镁金属块,将马弗炉温度升至670℃,现将高纯铝金属块放入坩埚内并将坩埚置于马弗炉中,带坩埚中的铝金属块融化后将马弗炉温度降至540℃,将高纯镁金属块放入坩埚,待镁金属块融化后将液体金属混合物搅拌均匀后,压片制得Mg-Al合金块。
经检测,本对比例所得多孔高纯氮化铝原料的纯度为99%,比表面积为15~40m2/g,孔隙率为10~20%。
图2为实施例1制备的Mg-Al合金的金相组织照片;图3为对比例1制备的Mg-Al合金的金相组织照片;通过对比可以发现,对比例1制备的铝镁合金呈现出枝晶形态,有黑白不同的区域,也就是铝和镁没有互相融合;而实施例1制备的镁铝合金在保温处理及压片快冷处理后枝晶形貌消失,各区域的颜色均一性增加,说明保温固溶处理后的成分和组织更加均匀,也明显可以看出铝中有镁,镁中有铝,为后续氮化处理步骤形成大量多孔结构建立良好的基础。
实施例2
本实施例提供了一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,步骤如下:
步骤一、制备Mg-Al合金块:
准备体积比为2:1的纯度为99.99%的高纯铝金属块和纯度为99.99%的高纯镁金属块,将马弗炉温度升至670℃,现将高纯铝金属块放入坩埚内并将坩埚置于马弗炉中,带坩埚中的铝金属块融化后将马弗炉温度降至540℃,将高纯镁金属块放入坩埚,待镁金属块融化后将液体金属混合物搅拌均匀,用石棉网盖住坩埚保温30min后,在20Mpa压力下压片快冷,10分钟降至室温制得Mg-Al合金块。
步骤二、三步氮化处理:
将所得合金块置于刚玉研钵中研磨至粒径为20~600目的合金粉末,将合金粉末放入碳化钽坩埚并将坩埚置于高真空炉内,将炉体抽至1×10-3Pa高真空状态,通入氮气并保持氮气压力为2MPa,以5℃/min升温速度将炉体温度升至440℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至620℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至920℃,保温氮化4h。
步骤三、烧结、酸洗:
将炉体温度升至1600℃并保温1h,将Mg3N2等杂质大量升华,并使Al和氮气进一步完全反应;反应完成后将所得氮化铝多孔原料置于30℃的酸洗温度下,以HF与HNO3按体积比1:2配制的混合酸作为酸洗液进行酸洗5h,进一步清除杂质;将酸洗后的粉料使用超声波和纯净水清洗,反复清洗3~10次,知道水洗液pH=7为止,取出多孔原料,再次水洗后烘干,得到多孔高纯氮化铝原料。
经检测,所得多孔高纯氮化铝原料的纯度为99.99%,比表面积可达150m2/g,孔隙率为40~80%。
实施例3
本实施例提供了一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,步骤如下:
步骤一、制备Mg-Al合金块:
准备体积比为3:1的纯度为99.99%的高纯铝金属块和纯度为99.99%的高纯镁金属块,将马弗炉温度升至700℃,现将高纯铝金属块放入坩埚内并将坩埚置于马弗炉中,带坩埚中的铝金属块融化后将马弗炉温度降至550℃,将高纯镁金属块放入坩埚,待镁金属块融化后将液体金属混合物搅拌均匀,用石棉网盖住坩埚保温30min后,在20Mpa压力下压片快冷,10分钟降至室温制得Mg-Al合金块。
步骤二、三步氮化处理:
将所得合金块置于刚玉研钵中研磨至粒径为20~600目的合金粉末,将合金粉末放入碳化钽坩埚并将坩埚置于高真空炉内,将炉体抽至1×10-3Pa高真空状态,通入氮气并保持氮气压力为2MPa,以5℃/min升温速度将炉体温度升至450℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至640℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至940℃,保温氮化4h。
步骤三、烧结、酸洗:
将炉体温度升至1700℃并保温1h,将Mg3N2等杂质大量升华,并使Al和氮气进一步完全反应;反应完成后将所得氮化铝多孔原料置于40℃的酸洗温度下,以HF与HNO3按体积比1:3配制的混合酸作为酸洗液进行酸洗8h,进一步清除杂质;将酸洗后的粉料使用超声波和纯净水清洗,反复清洗3~10次,知道水洗液pH=7为止,取出多孔原料,再次水洗后烘干,得到多孔高纯氮化铝原料。
经检测,所得多孔高纯氮化铝原料的纯度为99.99%,比表面积可达150m2/g,孔隙率为40~80%。
实施例4
本实施例提供了一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,步骤如下:
步骤一、制备Mg-Al合金块:
准备体积比为5:1的纯度为99.99%的高纯铝金属块和纯度为99.99%的高纯镁金属块,将马弗炉温度升至700℃,现将高纯铝金属块放入坩埚内并将坩埚置于马弗炉中,带坩埚中的铝金属块融化后将马弗炉温度降至550℃,将高纯镁金属块放入坩埚,待镁金属块融化后将液体金属混合物搅拌均匀,用石棉网盖住坩埚保温30min后,在20Mpa压力下压片快冷,10分钟降至室温制得Mg-Al合金块。
步骤二、三步氮化处理:
将所得合金块置于刚玉研钵中研磨至粒径为20~600目的合金粉末,将合金粉末放入碳化钽坩埚并将坩埚置于高真空炉内,将炉体抽至1×10-3Pa高真空状态,通入氮气并保持氮气压力为2MPa,以5℃/min升温速度将炉体温度升至450℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至660℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至960℃,保温氮化4h。
步骤三、烧结、酸洗:
将炉体温度升至1500℃并保温1h,将Mg3N2等杂质大量升华,并使Al和氮气进一步完全反应;反应完成后将所得氮化铝多孔原料置于50℃的酸洗温度下,以HF与HNO3按体积比1:5配制的混合酸作为酸洗液进行酸洗12h,进一步清除杂质;将酸洗后的粉料使用超声波和纯净水清洗,反复清洗3~10次,知道水洗液pH=7为止,取出多孔原料,再次水洗后烘干,得到多孔高纯氮化铝原料。
经检测,所得多孔高纯氮化铝原料的纯度为99.99%,比表面积可达150m2/g,孔隙率为40~80%。
实施例5
本实施例提供了一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,步骤如下:
步骤一、制备Mg-Al合金块:
准备体积比为6:1的纯度为99.99%的高纯铝金属块和纯度为99.99%的高纯镁金属块,将马弗炉温度升至720℃,现将高纯铝金属块放入坩埚内并将坩埚置于马弗炉中,带坩埚中的铝金属块融化后将马弗炉温度降至560℃,将高纯镁金属块放入坩埚,待镁金属块融化后将液体金属混合物搅拌均匀,用石棉网盖住坩埚保温30min后,在20Mpa压力下压片快冷,10分钟降至室温制得Mg-Al合金块。
步骤二、三步氮化处理:
将所得合金块置于刚玉研钵中研磨至粒径为20~600目的合金粉末,将合金粉末放入碳化钽坩埚并将坩埚置于高真空炉内,将炉体抽至1×10-3Pa高真空状态,通入氮气并保持氮气压力为2MPa,以5℃/min升温速度将炉体温度升至440℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至680℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至900℃,保温氮化4h。
步骤三、烧结、酸洗:
将炉体温度升至1600℃并保温1h,将Mg3N2等杂质大量升华,并使Al和氮气进一步完全反应;反应完成后将所得氮化铝多孔原料置于20℃的酸洗温度下,以HF与HNO3按体积比1:1配制的混合酸作为酸洗液进行酸洗14h,进一步清除杂质;将酸洗后的粉料使用超声波和纯净水清洗,反复清洗3~10次,知道水洗液pH=7为止,取出多孔原料,再次水洗后烘干,得到多孔高纯氮化铝原料。
经检测,所得多孔高纯氮化铝原料的纯度为99.99%,比表面积可达150m2/g,孔隙率为40~80%。
实施例6
本实施例提供了一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,步骤如下:
步骤一、制备Mg-Al合金块:
准备体积比为8:1的纯度为99.99%的高纯铝金属块和纯度为99.99%的高纯镁金属块,将马弗炉温度升至720℃,现将高纯铝金属块放入坩埚内并将坩埚置于马弗炉中,带坩埚中的铝金属块融化后将马弗炉温度降至560℃,将高纯镁金属块放入坩埚,待镁金属块融化后将液体金属混合物搅拌均匀,用石棉网盖住坩埚保温30min后,在20Mpa压力下压片快冷,10分钟降至室温制得Mg-Al合金块。
步骤二、三步氮化处理:
将所得合金块置于刚玉研钵中研磨至粒径为20~600目的合金粉末,将合金粉末放入碳化钽坩埚并将坩埚置于高真空炉内,将炉体抽至1×10-3Pa高真空状态,通入氮气并保持氮气压力为2MPa,以5℃/min升温速度将炉体温度升至450℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至700℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至920℃,保温氮化4h。
步骤三、烧结、酸洗:
将炉体温度升至1700℃并保温1h,将Mg3N2等杂质大量升华,并使Al和氮气进一步完全反应;反应完成后将所得氮化铝多孔原料置于30℃的酸洗温度下,以HF与HNO3按体积比1:2配制的混合酸作为酸洗液进行酸洗16h,进一步清除杂质;将酸洗后的粉料使用超声波和纯净水清洗,反复清洗3~10次,知道水洗液pH=7为止,取出多孔原料,再次水洗后烘干,得到多孔高纯氮化铝原料。
经检测,所得多孔高纯氮化铝原料的纯度为99.99%,比表面积可达150m2/g,孔隙率为40~80%。
实施例7
本实施例提供了一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,步骤如下:
步骤一、制备Mg-Al合金块:
准备体积比为9:1的纯度为99.99%的高纯铝金属块和纯度为99.99%的高纯镁金属块,将马弗炉温度升至750℃,现将高纯铝金属块放入坩埚内并将坩埚置于马弗炉中,带坩埚中的铝金属块融化后将马弗炉温度降至570℃,将高纯镁金属块放入坩埚,待镁金属块融化后将液体金属混合物搅拌均匀,用石棉网盖住坩埚保温30min后,在20Mpa压力下压片快冷,10分钟降至室温制得Mg-Al合金块。
步骤二、三步氮化处理:
将所得合金块置于刚玉研钵中研磨至粒径为20~600目的合金粉末,将合金粉末放入碳化钽坩埚并将坩埚置于高真空炉内,将炉体抽至1×10-3Pa高真空状态,通入氮气并保持氮气压力为2MPa,以5℃/min升温速度将炉体温度升至430℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至650℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至940℃,保温氮化4h。
步骤三、烧结、酸洗:
将炉体温度升至1500℃并保温1h,将Mg3N2等杂质大量升华,并使Al和氮气进一步完全反应;反应完成后将所得氮化铝多孔原料置于40℃的酸洗温度下,以HF与HNO3按体积比1:3配制的混合酸作为酸洗液进行酸洗18h,进一步清除杂质;将酸洗后的粉料使用超声波和纯净水清洗,反复清洗3~10次,知道水洗液pH=7为止,取出多孔原料,再次水洗后烘干,得到多孔高纯氮化铝原料。
经检测,所得多孔高纯氮化铝原料的纯度为99.99%,比表面积可达150m2/g,孔隙率为40~80%。
实施例8
本实施例提供了一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,步骤如下:
步骤一、制备Mg-Al合金块:
准备体积比为10:1的纯度为99.99%的高纯铝金属块和纯度为99.99%的高纯镁金属块,将马弗炉温度升至750℃,现将高纯铝金属块放入坩埚内并将坩埚置于马弗炉中,带坩埚中的铝金属块融化后将马弗炉温度降至570℃,将高纯镁金属块放入坩埚,待镁金属块融化后将液体金属混合物搅拌均匀,用石棉网盖住坩埚保温30min后,在20Mpa压力下压片快冷,10分钟降至室温制得Mg-Al合金块。
步骤二、三步氮化处理:
将所得合金块置于刚玉研钵中研磨至粒径为20~600目的合金粉末,将合金粉末放入碳化钽坩埚并将坩埚置于高真空炉内,将炉体抽至1×10-3Pa高真空状态,通入氮气并保持氮气压力为2MPa,以5℃/min升温速度将炉体温度升至450℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至700℃,保温氮化3h;以3℃/min升温速度将炉体温度升至960℃,保温氮化4h。
步骤三、烧结、酸洗:
将炉体温度升至1700℃并保温1h,将Mg3N2等杂质大量升华,并使Al和氮气进一步完全反应;反应完成后将所得氮化铝多孔原料置于50℃的酸洗温度下,以HF与HNO3按体积比1:5配制的混合酸作为酸洗液进行酸洗20h,进一步清除杂质;将酸洗后的粉料使用超声波和纯净水清洗,反复清洗3~10次,知道水洗液pH=7为止,取出多孔原料,再次水洗后烘干,得到多孔高纯氮化铝原料。
经检测,所得多孔高纯氮化铝原料的纯度为99.99%,比表面积可达150m2/g,孔隙率为40~80%。
Claims (10)
1.一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,其特征在于,以一定体积比的铝金属块和镁金属块为原料制备Mg-Al合金块,将所得Mg-Al合金块研磨至一定粒径得到合金粉末,所得合金粉末置于真空状态及一定氮气压力下,依次经第一氮化温度、第二氮化温度、第三氮化温度保温氮化处理后,继续升温至烧结温度并保温一定时间得到多孔氮化铝粉末,所得多孔氮化铝粉末经酸洗、水洗得到多孔高纯氮化铝晶体生长用原料。
2.根据权利要求1所述一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,其特征在于,所述铝金属块的纯度为99.99%,镁金属块的纯度为99.99%;所述铝金属块和镁金属块的体积比为1~10:1。
3.根据权利要求1或2所述一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,其特征在于,所述Mg-Al合金块的制备过程为:670~750℃下将铝金属块熔化后,将温度降至540~570℃,加入镁金属块,将所得液态金属混合物搅拌均匀,保温30min后压片快冷制得Mg-Al合金块。
4.根据权利要求3所述一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,其特征在于,所述压片快冷的压力为20Mpa,降温速度为10分钟降至室温。
5.根据权利要求4所述一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,其特征在于,所述合金粉末的粒径为20~600目。
6.根据权利要求5所述一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,其特征在于,所述真空状态为1×10-3Pa,所述氮气压力为2MPa。
7.根据权利要求6所述一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,其特征在于,所述第一氮化温度为430~450℃,在第一氮化温度下保温氮化处理时间为3h;所述第二氮化温度为600~700℃,在第二氮化温度下保温氮化处理时间为3h;所述第三氮化温度为900~960℃,在第三氮化温度下保温氮化处理时间为4h。
8.根据权利要求7所述一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,其特征在于,升温至第一氮化温度的升温速度为5℃/min,升温至第二氮化温度的升温速度为3℃/min,升温至第三氮化温度的升温速度为3℃/min。
9.根据权利要求8所述一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,其特征在于,所述烧结温度为1500~1700℃,在烧结温度下的保温时间为1h。
10.根据权利要求9所述一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法,其特征在于,所述酸洗使用的是HF与HNO3按体积比1:1~5配制的混合酸,酸洗时间为2~20h,酸洗温度为20~50℃。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010743904.9A CN111847402A (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010743904.9A CN111847402A (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111847402A true CN111847402A (zh) | 2020-10-30 |
Family
ID=72946702
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010743904.9A Pending CN111847402A (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111847402A (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112794294A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-14 | 段文轩 | 高纯氮化锌粉材料的制备 |
CN112851396A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-05-28 | 哈尔滨化兴软控科技有限公司 | 一种多孔碳化硅陶瓷片及其制备方法 |
CN115029730A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-09-09 | 陕西科技大学 | 一种镍单原子锚定的多孔碳纳米管电催化剂及其制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101792133A (zh) * | 2010-02-04 | 2010-08-04 | 西安理工大学 | 铝合金熔体中制备多孔氮化铝微粒的方法 |
CN102219195A (zh) * | 2011-06-13 | 2011-10-19 | 西安理工大学 | 去除多孔氮化铝或多孔氮化镓微粒中氮化镁的方法 |
CN102295276A (zh) * | 2011-06-14 | 2011-12-28 | 西安理工大学 | 两步氮化法制备多孔氮化铝微粒或多孔氮化镓微粒的方法 |
KR101659700B1 (ko) * | 2015-12-24 | 2016-09-23 | 영남대학교 산학협력단 | 질화알루미늄 및 질화알루미늄기 복합상 물질의 합성 방법 |
-
2020
- 2020-07-29 CN CN202010743904.9A patent/CN111847402A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101792133A (zh) * | 2010-02-04 | 2010-08-04 | 西安理工大学 | 铝合金熔体中制备多孔氮化铝微粒的方法 |
CN102219195A (zh) * | 2011-06-13 | 2011-10-19 | 西安理工大学 | 去除多孔氮化铝或多孔氮化镓微粒中氮化镁的方法 |
CN102295276A (zh) * | 2011-06-14 | 2011-12-28 | 西安理工大学 | 两步氮化法制备多孔氮化铝微粒或多孔氮化镓微粒的方法 |
KR101659700B1 (ko) * | 2015-12-24 | 2016-09-23 | 영남대학교 산학협력단 | 질화알루미늄 및 질화알루미늄기 복합상 물질의 합성 방법 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
寸敏敏: ""用Mg-Al(Mg-Ga)合金氮化法制备多孔AlN(GaN)粉末"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑 (月刊)》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112794294A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-14 | 段文轩 | 高纯氮化锌粉材料的制备 |
CN112851396A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-05-28 | 哈尔滨化兴软控科技有限公司 | 一种多孔碳化硅陶瓷片及其制备方法 |
CN115029730A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-09-09 | 陕西科技大学 | 一种镍单原子锚定的多孔碳纳米管电催化剂及其制备方法 |
CN115029730B (zh) * | 2022-07-29 | 2023-06-27 | 陕西科技大学 | 一种镍单原子锚定的多孔碳纳米管电催化剂及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111847402A (zh) | 一种多孔高纯氮化铝原料的制备方法 | |
CN107354506B (zh) | 一种制备超平整铜单晶薄膜的方法 | |
CN109502589A (zh) | 一种制备高纯碳化硅粉料的方法 | |
CN110407213B (zh) | 一种(Ta, Nb, Ti, V)C高熵碳化物纳米粉体及其制备方法 | |
CN108264078B (zh) | 含氢稀土氟化物、其制备方法及应用 | |
CN111453706A (zh) | 一种六方氮化硼的合成方法 | |
CN116575121B (zh) | 一种具有高度取向性的单晶Cr2AlC材料及其制备方法 | |
CN111364104A (zh) | 一种氮化铝单晶生长用高纯原料的制备方法 | |
CN110655056B (zh) | 一种多孔纳米硅碳复合材料的制备方法 | |
CN113122918A (zh) | 一种用于第三代半导体晶体生长的TaC涂层坩埚及制备方法 | |
CN1699168A (zh) | 二硼化锆微粉的燃烧合成方法 | |
CN110067027B (zh) | 一种提高大块六方相氮化硼单晶产量的方法 | |
CN111349902A (zh) | 一种化学组成为Mg3.2Bi1.5Sb0.5的热电薄膜及其制备方法 | |
CN115367716B (zh) | 高能超声酸洗辅助两段式氮化工艺制备高纯氮化硅粉体的方法 | |
CN111196604A (zh) | 一种以废弃物微硅粉为原料制备高纯硅的方法 | |
CN110644050A (zh) | 一种方便进行区分的多晶硅片及其制备方法 | |
CN114538387B (zh) | 一种高纯度碲化锡的制备方法 | |
CN107522191B (zh) | 一种基于自限制形核生长的大尺寸高质量石墨烯制备方法 | |
CN113213558B (zh) | 一种大颗粒球形碳酸钴前驱体及其制备方法、以及四氧化三钴的制备方法 | |
CN115321969A (zh) | 一种熔融石英陶瓷坩埚的制作方法 | |
CN110697719B (zh) | 一种制备高纯纳米硅的方法 | |
CN114671434A (zh) | 一种铝液浸泡MAX相制备抗氧化MXene的方法 | |
CN103124693B (zh) | 硅锭制造用容器 | |
CN101696499A (zh) | 一种铸锭用坩埚的处理方法 | |
CN112573492B (zh) | 一种锶铕氮化物固溶体粉末及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201030 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |