CN111943211B - 一种金属硅化物制备方法和制备辅助装置 - Google Patents

一种金属硅化物制备方法和制备辅助装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种金属硅化物制备方法和制备辅助装置，涉及晶体制备技术领域，包括：在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，以形成待反应块体；在预设反应压力和预设反应温度条件下使待反应块体发生化学反应；对待反应块体泄压降温至常温常压以得到金属硅化物。由于反应所处高温高压密闭体系，反应较为彻底，产率较高，同时，可以避免副产物的生成，有效提高金属硅化物的纯度。

Description

一种金属硅化物制备方法和制备辅助装置
技术领域
本发明涉及晶体制备技术领域，具体而言，涉及一种金属硅化物制备方法和制备辅助装置。
背景技术
硅化铪是一种过渡金属硅化物，是一类难熔的金属间化合物，因其独特的物理和化学性质而被成功应用于互补金属氧化物半导体元件、薄膜涂层、块体结构组件、电热元件、热电材料和光伏材料等领域。其纳米材料更是表现出特别的电学、光学、磁学和热电等性能，甚至在催化领域也具有潜在的应用价值。然而，冶金方法或物理方法等传统的制备方法无法满足过渡金属硅化物纳米材料的制备。因此，寻找简单可控而普遍适用的制备方法对于过渡金属硅化物纳米材料的广泛应用具有十分重要的意义。
现有硅化铪制备时，采用火花放电等离子烧结方法利用放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬间高温场烧结铪粉和硅粉从而制备硅化铪粉末，但在制备过程中，不可避免的引入氧化物杂质，例如氧化铪、氧化硅等，导致最终产物纯度较低。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种金属硅化物制备方法和制备辅助装置，以解决现有金属硅化物制备后纯度较低的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
本发明实施例的一方面，提供一种金属硅化物制备方法，包括：在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，以形成待反应块体；在预设反应压力和预设反应温度条件下使待反应块体发生化学反应；对待反应块体泄压降温至常温常压以得到金属硅化物。
可选的，在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，以形成待反应块体之前，方法还包括：将金属源和硅源混合成混合物；将混合物压制形成混合块体。
可选的，密封结构包括隔绝层和产热层；在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，以形成待反应块体包括：在混合后的金属源和硅源的外周包覆隔绝层；在隔绝层外周包覆产热层，以形成待反应块体。
可选的，密封结构还包括保温层和静水压层；在隔绝层外周包覆产热层，以形成待反应块体包括：在产热层外周包覆保温层；在保温层外周包覆静水压层，以形成待反应块体。
可选的，在预设反应压力和预设反应温度条件下使待反应块体发生化学反应包括：在预设反应压力为0.1GPa至30GPa、预设反应温度为500℃至3000℃的条件使待反应块体发生化学反应，反应时间为120min至300min。
可选的，金属源为ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB和Ⅷ族金属元素中的一种。
可选的，在预设反应压力和预设反应温度条件下使待反应块体发生化学反应包括：在预设反应温度条件下，使用大腔体压机对待反应块体加压至预设反应压力使待反应块体发生化学反应；其中，大腔体压机为六面顶压机。
本发明实施例的另一方面，提供一种金属硅化物制备辅助装置，包括用于包覆于金属源和硅源的外周的密封结构；密封结构具有腔室，且腔室的内壁与金属源和硅源的外周贴合设置。
可选的，密封结构包括隔绝层和产热层；隔绝层包括隔绝筒和盖合隔绝筒两端开口的隔绝盖，隔绝筒和隔绝盖围合形成腔室；产热层包覆于隔绝筒和隔绝盖外壁，用于在通电时，发出热量。
可选的，密封结构还包括保温层和静水压层；保温层包覆于产热层外周，静水压层包覆于保温层外周。
本发明的有益效果包括：
本发明提供了一种金属硅化物制备方法，将金属源和硅源混合后，在其外周包覆有密封结构，即密封结构的内腔壁与混合后的金属源和硅源的外周壁紧密贴合，从而形成待反应块体，有利于提高制备得到的金属硅化物的纯度。将待反应块体置于预设反应压力(高压，一般可以是大于等于0.1GPa)和预设反应温度(高温，一般可以是大于等于500摄氏度)条件下，混合后的金属单质和硅单质发生化学反应。当预设反应温度较高时，硅单质可能会熔化(例如1450摄氏度)，此时，反应将不再是固相反应，而是逐步向固液熔渗反应转化。此时，较高的预设反应压力，也将进一步的促进反应，缩短反应所需要的时间，有效的提高制备金属硅化物时所需要的时间。由于设备所提供的高温高压密闭体系，反应较为彻底，产率较高。在反应完毕后，对待反应块体进行泄压降温，即去除反应时所施加的预设反应压力和预设反应温度，使待反应块体恢复到常温常压下，此时，去除密封结构，则可以得到高纯度的金属硅化物。
本发明还提供了一种金属硅化物制备辅助装置，包括密封结构，密封结构具有腔室，且腔室的大小与金属源和硅源的混合物的大小匹配，即腔室的内壁和金属源和硅源的混合物的外周紧密贴合设置，通过该种辅助装置，可以进一步的提高制备得到的金属硅化物的纯度，避免副产物的产生，同时，可适用于高温高压环境，从而确保反应的正常进行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种金属硅化物制备方法的流程示意图之一；
图2为本发明实施例提供的一种金属硅化物制备方法的流程示意图之二；
图3为本发明实施例提供的一种金属硅化物制备方法的流程示意图之三；
图4为本发明实施例提供的一种金属硅化物制备辅助装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种金属硅化物制备方法得到的二硅化铪的X射线衍射谱图表征；
图6为本发明实施例提供的一种金属硅化物制备方法得到的二硅化铪的电子显微镜照片。
图标：100-混合物；200-隔绝层；300-产热层；310-钼片；320-导电钢圈；400-保温层；500-静水压层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本发明的保护范围内。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
硅化铪是一种过渡金属硅化物，因其独特的物理和化学性质而被成功应用于互补金属氧化物半导体元件、薄膜涂层、块体结构组件、电热元件、热电材料和光伏材料等领域。随着金属硅化物的应用普及，其需求量也在逐步上升，因此，如何实现量化制备金属硅化物成为了关注的焦点。现有硅化铪制备时，一般有两种方法，其中的一种为：采用火花放电等离子烧结方法利用放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬间高温场烧结铪粉和硅粉从而制备硅化铪粉末，但在制备过程中，不可避免的引入氧化物杂质，例如氧化铪、氧化硅等，导致最终产物纯度较低。本申请基于此基础，提出一种金属硅化物制备方法和辅助制备装置，从而改善上述制备方法中存在的缺陷。
本发明实施例的一方面，提供一种金属硅化物制备方法，包括：在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，以形成待反应块体；在预设反应压力和预设反应温度条件下使待反应块体发生化学反应；对待反应块体泄压降温至常温常压以得到金属硅化物。
示例的，如图1所示，在制备金属硅化物时，可以通过对其密封的方式，避免空气中的氧气参与制备时的化学反应，从而提高金属硅化物的纯度。具体方法如下：
S010：在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，以形成待反应块体。
将金属源和硅源混合后，在其外周包覆有密封结构，即密封结构的内腔壁与混合后的金属源和硅源的外周壁紧密贴合。密封结构将混合后的金属源和硅源和外部的空气隔绝开来，提高混合后的金属源和硅源的密闭性，从而形成待反应块体，不仅便于后续的制备，同时也有利于提高制备得到的金属硅化物的纯度。金属源指参与后续制备金属硅化物时发生化学反应的金属单质，其可以是任何形态的金属单质，例如粉末状、颗粒状、丝状、片状以及块状等等，同时，硅源同理，指参与后续制备金属硅化物时发生化学反应的硅单质，同样对其形态不做限定，例如可以是晶体硅，也可以是无定形态硅等等。此处在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，可以是直接在两者的外周紧密贴附密封结构，也可以是先形成具有腔室的密封结构，再将金属源和硅源的混合物100放置于该腔室内，且需要使得腔室的内壁和混合物100的外周壁紧密贴合从而达到包覆的效果。
S020：在预设反应压力和预设反应温度条件下使待反应块体发生化学反应。
将待反应块体置于预设反应压力(高压，一般可以是大于等于0.1GPa)和预设反应温度(高温，一般可以是大于等于500摄氏度)条件下，混合后的金属单质和硅单质发生化学反应。当预设反应温度较高时，硅单质可能会熔化(例如1450摄氏度)，此时，反应将不再是固相反应，而是逐步向固液熔渗反应转化。此时，较高的预设反应压力，也将进一步的促进反应，缩短反应所需要的时间，有效的提高制备金属硅化物时所需要的时间。由于设备所提供的高温高压密闭体系，反应较为彻底，产率较高。以铪源为金属源示意性的说明反应原理：实际高温高压反应过程中，在压力温度达到设定值之后，硅源会熔化成为液态硅，然后液态硅将慢慢向铪粒扩散和渗透，此时硅和铪的外围电子将会交互重叠，且硅原子和铪原子重新排布，形成与硅(面心立方结构)和铪(六方结构)晶体结构都不相同的金属间化合物二硅化铪(正交结构)。整个制备过程是高温高压驱动的熔渗反应过程。其它金属源与此反应同理，不再赘述。
S030：对待反应块体泄压降温至常温常压以得到金属硅化物。
在反应完毕后，对待反应块体进行泄压降温，即去除反应时所施加的预设反应压力和预设反应温度，使待反应块体恢复到常温常压下，此时，去除密封结构，则可以得到高纯度的金属硅化物。此外，还可以在取出合成产物后再放入超声清洗装置内进行超声清洗。也可以将获得的合成产物可用细砂纸轻轻打磨后，使用酒精冲洗，以去除微量附着的氮化硼粉末，得到更加纯净的硅化铪晶体。
可选的，在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，以形成待反应块体之前，方法还包括：将金属源和硅源混合成混合物100；将混合物100压制形成混合块体。
示例的，如图2所示，在进行上述实施例中S010之前，还可以将金属源和硅源混合形成混合物100并压制形成块体，从而更有利于实现量化制备。具体方法如下：
S040：将金属源和硅源混合成混合物100。
将金属源和硅源混合成混合物100，其中，混合的方式根据金属源和硅源的不同形态进行合理选择。例如，当金属源和硅源均为粉末状时，可以通过搅拌、晃动等方式进行混合，实现均匀混合。当金属源和硅源均为片状时，可以通过将金属片和硅片相互交替叠放形成层叠结构。当金属源为颗粒状，硅源为粉末状时，将两者直接混合均匀。当金属源为片状，硅源为粉末状，使用模具将片状金属源和利用模具形成的片状硅源交替叠放呈金属源和硅源交替的层叠结构。通过该步骤可以使得后续反应时金属源和硅源能够充分接触，充分反应，使得反应能够更加完全，同时，也有利于进一步的缩短反应时间。
S050：将混合物100压制形成混合块体。
对混合均匀后的混合物100施加压力，使其尽可能的排出内部缝隙间包含的氧气等干扰气体，从而将其压制成混合块体状结构。通过该步骤可以进一步的提高制备得到的金属硅化物的纯度。例如：将上述初始混合物100混合均匀后，于室温，压强为1MPa-30MPa预压1min-20min成型。
可选的，密封结构包括隔绝层200和产热层300；在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，以形成待反应块体包括：在混合后的金属源和硅源的外周包覆隔绝层200；在隔绝层200外周包覆产热层300，以形成待反应块体。
示例的，如图3所示，在使用密封结构对混合后的金属源和硅源的外周进行包覆时，可以有效的隔绝外部的气体对金属源和硅源反应时的干扰，此外，为了进一步的促进两者的反应，还可以使得密封结构具有加热功能层。具体方法如下：
S011：在混合后的金属源和硅源的外周包覆隔绝层200。
将金属源和硅源混合均匀后，在其混合物100外周(当包括S040以及S050步骤时，可以是在均匀混合物100外周或在均匀混合后的混合块体外周)包覆有隔绝层200，即利用隔绝层200将混合物100和外部的空气隔绝开来，以尽可能的减少外部的气体对混合物100反应时的干扰，避免生成额外的副产物，降低金属硅化物的纯度。隔绝层200的材质可以是氮化硼、氯化钠以及氧化镁等等。
S012：在隔绝层200外周包覆产热层300，以形成待反应块体。
在隔绝层200的外周还可以设置有产热层300，通过产热层300的包覆不仅可以对混合物100形成进一步的隔绝效果，同时，还可以通过产生层的发热，持续的、均匀的向隔绝层200内部包裹的混合物100传递热量，以便于使得内部的混合物100在反应时，能够达到既定的预设反应温度。产热层300可以是将电能转化为热能的形式，也可以是将机械能、化学能等等转化为热能的形式。本实施例对其不做限定，无论采用何种能量供给形式，只要可以在不干扰内部混合物100反应的同时，还能够使得内部混合物100达到预设反应温度即可。此外，还可以通过隔绝层200对内部的混合物100起到一定的保温效果。对应的，产热层300可以是石墨以及钛酸钡等材质。
可选的，密封结构还包括保温层400和静水压层500；在隔绝层200外周包覆产热层300，以形成待反应块体包括：在产热层300外周包覆保温层400；在保温层400外周包覆静水压层500，以形成待反应块体。
示例的，为了进一步的提高密封结构的能量利用率，同时，降低整个密封结构的能量损耗，还可以在产热层300的外周包覆保温层400。保温层400的材质可以是白云石、叶蜡石等等。在形成有保温层400后，还可以在保温层400外周壁上继续包覆形成有静水压层500，以便于在对密封结构进行加压达到预设反应压力时，通过静水压层500能够像内部的各层级以及混合物100提供相对的较好的静水压环境，静水压环境即指物体受到的压力各向相同。静水压层500实质上是传压介质，其可以是叶蜡石等材质。
可选的，在预设反应压力和预设反应温度条件下使待反应块体发生化学反应包括：在预设反应压力为0.1GPa至30GPa、预设反应温度为500℃至3000℃的条件使待反应块体发生化学反应，反应时间为120min至300min，从而能够使得金属源和硅源充分的进行反应。
可选的，本申请中的金属源可以是ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB和Ⅷ族金属元素中的一种，例如铪源、钼源、锆源、钽源、钨源和镍源中的一种，此外，在其它实施例中还可以是其它金属源，只要其可以和硅源在预设反应温度和预设反应压力下进行反应且能够生成金属硅化物即可。
可选的，在预设反应压力和预设反应温度条件下使待反应块体发生化学反应包括：在预设反应温度条件下，使用大腔体压机对待反应块体加压至预设反应压力使待反应块体发生化学反应；其中，大腔体压机为六面顶压机。
示例的，在使得密封结构以及密封结构内部的混合物100达到预设反应压力时，加压装置可以是大腔体压机，使用大腔体压机不仅能够满足反应所需的较高压力区间，同时，也能够适应较高的反应温度，同时，还可以进一步的提高产量，实现快速制备。本实施例中所描述的利用大腔体压机制备金属硅化物的方法，具有操作方便，制备技术简单，原材料利用率高，反应速率快，合成时间短，结晶良好，没有副产物等优点。大腔体压机可以是二面顶压机、四面顶压机以及铰链式六面顶压机或者基于铰链式六面顶压机的任何变异体超高压装置。
本申请基于不同类型、形状的金属源，示意性的给出对应的制备方法：
一种实施例：称取物质的量之比为1：2的铪粉和硅粉，将其放入研钵进行混合、研磨30分钟左右，之后使用模具将研磨完成的样品预压制成圆柱状块料形成混合块体；再将压制好的混合块体放入六方氮化硼所制得的圆管(隔绝层200，下同)中，此圆管上下两端依次用六方氮化硼圆片(隔绝层200，下同)封住端口。之后将其放入石墨管中，石墨管(产热层300，下同)上下再依次用石墨片(产热层300，下同)封住端口。之后在其上下依次添加内置石墨柱的白云石环(保温层400，下同)、钼片310(连接导电钢圈320和石墨，起导电作用，下同)和导电钢圈320(导电，下同)，并最终放入叶腊石组装块(静水压层500，下同)中，各组装件之间以及组装件和样品块料之间均为过盈配合形成密封结构。最终将组装好的高压合成块(密封结构，下同)放于大腔体压机中，在温度约1400℃，压力约3GPa，进行大约150分钟的保温保压，然后泄压降温并取出所合成的样品。样品可以再取出之后用细砂纸打磨并清洗。所获得的硅化铪经过粉末XRD测试验证，如图5所示，硅化铪纯度很高。所获得的硅化铪经过扫描电镜观察分析，如图6所示，其结晶良好，晶界明显，晶体粒径在5-50微米之间；经过EDX分析产物的元素含量铪和硅的比例接近1：2，符合分子式中的原子比。本实施例能够在比较低的压力条件下(温度1400℃，压强为3.0GPa)制备硅化铪晶体，合成条件低于现在生产金刚石和立方氮化硼的反应条件(温度1400℃，压力5.5GPa)因而可以在现有的广泛用于金刚石和立方氮化硼大规模生产的大腔体压机上进行大规模制备。
另一种实施例：称取物质的量之比为1：2的铪金属片和晶体硅片，将铪片和硅片交替放置成三明治结构，叠放成为圆柱体，再将叠放好的圆柱体混合物100放入氧化镁所制得的圆管(隔绝层200，下同)中，此圆管上下两端依次用氧化镁圆片(隔绝层200，下同)封住端口。之后将其放入石墨管中，石墨管上下再依次用石墨片封住端口。之后在其上下依次添加内置石墨柱的白云石环、钼片310和导电钢圈320，并最终放入叶腊石组装块中，各组装件之间以及组装件和样品块料之间均为过盈配合。最终将组装好的高压合成块放于大腔体压机中，在温度约1400℃，压力约5GPa，进行大约200分钟的保温保压，然后泄压降温并取出所合成的样品。样品可以再取出之后用细砂纸打磨并清洗。
再一种实施例：称取物质的量之比为1：2的铪金属颗粒和硅粉，将硅粉用研钵研磨成细粉后再用模具将铪金属颗粒和硅粉压制成圆柱体，再将圆柱体样品放入六方氮化硼所制得的圆管中，此圆管上下两端依次用六方氮化硼圆片封住端口。之后将其放入石墨管中，石墨管上下再依次用石墨片封住端口。之后在其上下依次添加内置石墨柱的白云石环、钼片310和导电钢圈320，并最终放入叶腊石组装块中，各组装件之间以及组装件和样品块料之间均为过盈配合。最终将组装好的高压合成块放于大腔体压机中，在温度约1400℃，压力约3GPa，进行大约200分钟的保温保压，然后泄压降温并取出所合成的样品。样品可以再取出之后用细砂纸打磨并清洗。
又一种实施例：称取物质的量之比为1：2的铪金属片和硅粉，将铪金属片分成一定数量的较小铪片，再用模具将硅粉和铪片交替放置并预压制成三明治结构的圆柱状块料，再将压制好的圆柱体样品放入六方氮化硼所制得的圆管中，此圆管上下两端依次用六方氮化硼圆片封住端口。之后将其放入石墨管中，石墨管上下再依次用石墨片封住端口。之后在其上下依次添加内置石墨柱的白云石环、钼片310和导电钢圈320，并最终放入叶腊石组装块中，各组装件之间以及组装件和样品块料之间均为过盈配合。最终将组装好的高压合成块放于大腔体压机中，在温度约1300℃，压力约5GPa，进行大约180分钟的保温保压，然后泄压降温并取出所合成的样品。样品可以再取出之后用细砂纸打磨并清洗。
又一种实施例：制备MoSi2(I4mmm)：称取原子比为1：2的钼粒和硅粉，将其预压制成圆柱状块料，再将压制好的圆柱体样品放入六方氮化硼所制得的圆管中，此圆管上下两端依次用六方氮化硼圆片封住端口。之后将其放入石墨管中，石墨管上下再依次用石墨片封住端口。之后在其上下依次添加内置石墨柱的白云石环、钼片310和导电钢圈320，并最终放入叶腊石组装块中，各组装件之间以及组装件和样品块料之间均为过盈配合。最终将组装好的高压合成块放于大腔体压机中，在温度约1400℃，压力约5GPa，进行大约180分钟的保温保压，然后泄压降温并取出所合成的样品。样品可以再取出之后用细砂纸打磨并清洗。
又一种实施例：制备NiSi2(Fm-3m)：称取物质的量之比为1：2的镍粒和硅粉，将其预压制成圆柱状块料，再将压制好的圆柱体样品放入六方氮化硼所制得的圆管中，此圆管上下两端依次用六方氮化硼圆片封住端口。之后将其放入石墨管中，石墨管上下再依次用石墨片封住端口。之后在其上下依次添加内置石墨柱的白云石环、钼片310和导电钢圈320，并最终放入叶腊石组装块中，各组装件之间以及组装件和样品块料之间均为过盈配合。最终将组装好的高压合成块放于大腔体压机中，在温度约1300℃，压力约5GPa，进行大约200分钟的保温保压，然后泄压降温并取出所合成的样品。样品可以再取出之后用细砂纸打磨并清洗。
又一种实施例：制备TaSi2(P6422)：称取物质的量之比为1：2的钽粉和硅粉，将其放入进行混合约45分钟，之后使用模具将混合均匀的样品预压制成圆柱状块料，再将压制好的圆柱体样品放入六方氮化硼所制得的圆管中，此圆管上下两端依次用六方氮化硼圆片封住端口。之后将其放入石墨管中，石墨管上下再依次用石墨片封住端口。之后在其上下依次添加内置石墨柱的白云石环、钼片310和导电钢圈320，并最终放入叶腊石组装块中，各组装件之间以及组装件和样品块料之间均为过盈配合。最终将组装好的高压合成块放于大腔体压机中，在温度约1500℃，压力约5GPa，进行大约180分钟的保温保压，然后泄压降温并取出所合成的样品。样品可以再取出之后用细砂纸打磨并清洗。
又一种实施例：制备ZrSi2(Cmcm)称取物质的量之比为1：2的锆粉和硅粉，将其放入研钵进行混合、研磨30分钟左右，之后使用模具将研磨完成的样品预压制成圆柱状块料，再将压制好的圆柱体样品放入六方氮化硼所制得的圆管中，此圆管上下两端依次用六方氮化硼圆片封住端口。之后将其放入石墨管中，石墨管上下再依次用石墨片封住端口。之后在其上下依次添加内置石墨柱的白云石环、钼片310和导电钢圈320，并最终放入叶腊石组装块中，各组装件之间以及组装件和样品块料之间均为过盈配合。最终将组装好的高压合成块放于大腔体压机中，在温度约1300℃，压力约4GPa，进行大约250分钟的保温保压，然后泄压降温并取出所合成的样品。样品可以再取出之后用细砂纸打磨并清洗。
又一种实施例：制备WSi2(I4mmm)称取原子比为1：2的钨粉和硅粉，将其放入研钵进行混合、研磨30分钟左右，之后使用模具将研磨完成的样品预压制成圆柱状块料，再将压制好的圆柱体样品放入六方氮化硼所制得的圆管中，此圆管上下两端依次用六方氮化硼圆片封住端口。之后将其放入石墨管中，石墨管上下再依次用石墨片封住端口。之后在其上下依次添加内置石墨柱的白云石环、钼片310和导电钢圈320，并最终放入叶腊石组装块中，各组装件之间以及组装件和样品块料之间均为过盈配合。最终将组装好的高压合成块放于大腔体压机中，在温度约1500℃，压力约5GPa，进行大约150分钟的保温保压，然后泄压降温并取出所合成的样品。样品可以再取出之后用细砂纸打磨并清洗。
本发明实施例的另一方面，提供一种金属硅化物制备辅助装置，包括用于包覆于金属源和硅源的外周的密封结构；密封结构具有腔室，且腔室的内壁与金属源和硅源的外周贴合设置。
示例的，金属硅化物制备辅助装置，包括密封结构，密封结构具有腔室，且腔室的大小与金属源和硅源的混合物100的大小匹配，即腔室的内壁和金属源和硅源的混合物100的外周紧密贴合设置，其作用与上述方法对应的密封结构对应，因此不再赘述。需要说明的是，密封结构可以是圆柱形，也可以是立方体形等等多种形状，本实施例对其不做限定。为了能够将金属源和硅源的混合物100放置于密封结构的腔室内，可以是在密封结构的一侧设置有连通内部腔室的盖体，且盖体和开口过盈配合，从而尽可能的密封内部的金属源和硅源。
在实际使用时，将金属源和硅源放置于密封结构内部的腔室中，完成密封，将密封结构设置于大腔体压机内部的压腔中，通过大腔体压机向密封结构施加压力从而达到预设反应压力，同时，密封结构也对内部的混合物100提供热量从而达到预设反应温度，以便于满足反应所需条件。
可选的，密封结构包括隔绝层200和产热层300；隔绝层200包括隔绝筒和盖合隔绝筒两端开口的隔绝盖，隔绝筒和隔绝盖围合形成腔室；产热层300包覆于隔绝筒和隔绝盖外壁，用于在通电时，发出热量。
示例的，隔绝层200包括隔绝筒和隔绝盖，隔绝筒可以是圆柱形，也可以是棱柱形等等，隔绝盖则是与其相互过盈配合，如图4所示，隔绝筒的厚度和隔绝盖的厚度一致，可以实现隔绝的同时，对内部混合物100传递的压力较为均匀。产热层300则包覆于隔绝筒和隔绝盖外壁，同时，为了使得产热层300能够提供适宜的热量，使得混合物100达到预设反应温度，如图4所示，可以使得产热层300为石墨层，同时，在石墨层的上下两端分别设置有钼片310和导电钢圈320，以便于向导电钢圈320通电后，电流能够通过导电钢圈320经钼片310至石墨层，同时，产生大量的热量，即将电能转化为热能。
可选的，密封结构还包括保温层400和静水压层500；保温层400包覆于产热层300外周，静水压层500包覆于保温层400外周。
示例的，如图4所示，在产热层300外周还可以包覆有保温层400和静水压层500，从而形成整个待反应块体。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属硅化物制备方法，其特征在于，包括：
在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，以形成待反应块体，所述密封结构的内腔壁与混合后的金属源和硅源的外周壁贴合；
在预设反应压力和预设反应温度条件下使所述待反应块体发生化学反应；
对所述待反应块体泄压降温至常温常压以得到金属硅化物。
2.如权利要求1所述的金属硅化物制备方法，其特征在于，所述在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，以形成待反应块体之前，所述方法还包括：
将金属源和硅源混合成混合物；
将所述混合物压制形成混合块体。
3.如权利要求1所述的金属硅化物制备方法，其特征在于，所述密封结构包括隔绝层和产热层；所述在混合后的金属源和硅源的外周包覆密封结构，以形成待反应块体包括：
在混合后的所述金属源和所述硅源的外周包覆所述隔绝层；
在所述隔绝层外周包覆所述产热层，以形成待反应块体。
4.如权利要求3所述的金属硅化物制备方法，其特征在于，所述密封结构还包括保温层和静水压层；所述在所述隔绝层外周包覆所述产热层，以形成待反应块体包括：
在所述产热层外周包覆所述保温层；
在所述保温层外周包覆所述静水压层，以形成待反应块体。
5.如权利要求1所述的金属硅化物制备方法，其特征在于，所述在预设反应压力和预设反应温度条件下使所述待反应块体发生化学反应包括：
在预设反应压力为0.1GPa至30GPa、预设反应温度为500℃至3000℃的条件使所述待反应块体发生化学反应，反应时间为120min至300min。
6.如权利要求1至5任一项所述的金属硅化物制备方法，其特征在于，所述金属源为ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB和Ⅷ族金属元素中的一种。
7.如权利要求1至5任一项所述的金属硅化物制备方法，其特征在于，所述在预设反应压力和预设反应温度条件下使所述待反应块体发生化学反应包括：
在所述预设反应温度条件下，使用大腔体压机对所述待反应块体加压至预设反应压力使所述待反应块体发生化学反应；其中，所述大腔体压机为六面顶压机。
8.一种金属硅化物制备辅助装置，其特征在于，包括用于包覆于金属源和硅源的外周的密封结构；所述密封结构具有腔室，且所述腔室的内壁与所述金属源和硅源的外周贴合设置。
9.如权利要求8所述的金属硅化物制备辅助装置，其特征在于，所述密封结构包括隔绝层和产热层；所述隔绝层包括隔绝筒和盖合所述隔绝筒两端开口的隔绝盖，所述隔绝筒和所述隔绝盖围合形成所述腔室；所述产热层包覆于所述隔绝筒和所述隔绝盖外壁，用于在通电时，发出热量。
10.如权利要求9所述的金属硅化物制备辅助装置，其特征在于，所述密封结构还包括保温层和静水压层；所述保温层包覆于所述产热层外周，所述静水压层包覆于所述保温层外周。
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