CN114572942A - 量产α-相氮化硅的多步氮化工艺及α-相氮化硅 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量产α‑相氮化硅的多步氮化工艺及α‑相氮化硅，该工艺包括以下步骤：1)将硅粉在含有氮气的气氛下预烧，部分硅粉发生氮化反应，得到预烧产物；2)将预烧产物破碎为尺度为毫米量级及以下的团聚碎屑；3)将破碎过的预烧产物在含有的氮气气氛下，煅烧，硅粉继续发生氮化反应，得到α‑相氮化硅。本发明提出一种量产α‑相氮化硅的多步氮化工艺，一方面通过原位生成氮化硅稀释剂解决了现有技术中稀释剂混入难以保证均匀性的问题；另一方面通过将预烧产物破碎构建出毫米、亚毫米量级的硅粉堆积孔隙网络，将气体扩散通道的尺度提升了2个数量级以上，改善了反应微环境的一致性。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料技术领域，具体涉及一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺及α-相氮化硅。
背景技术
氮化硅陶瓷以其高硬度、高强度、高韧性、低热膨胀系数、优秀的抗热震性和电绝缘性能，作为优秀的工程陶瓷材料和电子陶瓷材料在轻金属冶炼、半导体制造、高精度轴承、工业刃具、电力电子器件等领域得到重要的应用。
工业上，氮化硅粉体主流合成工艺有硅粉直接氮化法、二氧化硅还原氮化法、硅亚胺分解法、自蔓燃法等。相比二氧化硅还原氮化法不可避免地残留游离碳等未充分反应物杂质、硅亚胺法的高成本、自蔓燃法产物蓬松形貌不规则不适合用于高等级陶瓷制品等不足，直接氮化法提供了一种高性价比、量产优质氮化硅粉体的工艺路线。
3Si(s)+2N2(g)→Si3N4(s)ΔH＝-769kJ/mol (1)
如反应式(1)所示，硅粉直接氮化反应是一个能垒较高的强放热反应。此反应不易发生，因此往往需要采用粒度在数个微米级别的微硅粉作原料，通过大幅增加硅粉的比表面积来改善反应活性。然而，采用微硅粉作原料一方面使得装炉量因其低松装密度而限制了生产效率，另一方面大量微粉堆积构造出微米级的毛细孔隙网络，限制了气体的有效扩散，造成氮化炉内不同位置的反应微环境不一致，对生产质量的稳定性构成挑战。
另一方面，反应(1)是强放热反应，在足够高的温度下一经引发就容易失控超温，从而导致原料硅微粉熔融结块、无法有效氮化。工业上的通常应对，要么通过温和、谨慎的升温曲线使反应受控，代价是生产周期大幅延长并且各批次反应情况不稳定；要么往原料硅粉中掺入10-15％的氮化硅粉作为稀释剂，起到缓解局部超温并阻止超温时液相硅料融合的作用，同时起到作为晶核促进后续α-相氮化硅微晶生长的作用，但代价是单炉产量降低，并且稀释剂掺入的均匀性引入新的质量课题。
概括而言，实际生产中直接氮化工艺的生产效率与质量稳定性都构成挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺及α-相氮化硅，解决了现有技术中稀释剂混入难以保证均匀性的问题。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，包括以下步骤：
1)将硅粉在含有氮气的气氛下预烧，部分硅粉发生氮化反应，得到预烧产物；该预烧产物为硅粉发生部分氮化反应后，因轻度反应烧结而具备一定强度的疏松硅料块。
2)将预烧产物破碎为尺度为毫米量级及以下的团聚碎屑；
3)将破碎过的预烧产物在含有的氮气气氛下，煅烧，硅粉继续发生氮化反应，得到α-相氮化硅。
优选的是，步骤1)中的硅粉为微米级的硅粉。步骤1)中的微米级的硅粉指D50为0.5-20μm，D90小于50μm。
优选的是，步骤1)中的微米级的硅粉指D50为1～5μm，D90小于25μm。
优选的是，所述步骤3)之后还包括步骤4)将步骤3)中的α-相氮化硅粉破碎为D50<2μm、D90＜10μm的氮化硅原粉。
所述步骤4)中的破碎方法为敲击、颚式破碎、对辊磨、研磨中的任意一种或几种。
优选的是，所述步骤4)中的研磨可通过滚筒球磨、搅拌磨、行星式球磨、气流磨等一种或多种手段组合的方式实现。
优选的是，步骤1)中的压力为0.05～0.5MPag，温度为1000～1150℃。
优选的是，步骤3)中的压力为0.05～0.5MPag，温度为1000～1400℃。
优选的是，所述步骤1)中硅粉中含有催化量的催化剂。
优选的是，步骤1)中的硅粉中含有金属杂质，硅粉中所有金属原子合计占硅粉原料总重量百分比的口径表示，在50～3000ppm。
优选的是，步骤1)中的硅粉中含有金属杂质，硅粉中所有金属原子合计占硅粉原料总重量百分比的口径表示，在300～1500ppm，金属杂质中的铁、铝、钙元素合计小于1200ppm。
优选的是，所述步骤1)中含有氮气的气氛中的组分包括：氩气体积含量为0～74％，氮气体积含量为25～99％，氢气体积含量为1～20％；
所述步骤3)中含有氮气的气氛中的组分包括：氩气体积含量为0～74％，氮气体积含量为25～99％，氢气体积含量为1～20％。
优选的是，部分硅粉发生氮化反应的进度按照按氮化反应累积吸压值占装填的硅粉原料总重理论吸压值的比例计算，所述进度为5～50％。
优选的是，部分硅粉发生氮化反应的进度按照按氮化反应累积吸压值占装填的硅粉原料总重理论吸压值的比例计算，该进度为10～40％。
优选的是，所述步骤2)中的破碎方法为敲击、颚式破碎、对辊磨中的任意一种或几种。
优选的是，所述步骤2)中还包括：对团聚碎屑进行振动筛分，通过振动筛分的手段控制团聚碎屑的尺寸在10目筛下，优选范围为20目筛下、150目筛上。
所述步骤2)中，尺寸过大的碎屑可持续破碎，尺寸过小的碎屑可回收作为其他批次的起始原料。
本发明还提供一种α-相氮化硅，其由上述的工艺制备得到。
本发明提出一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，一方面通过原位生成氮化硅稀释剂解决了现有技术中稀释剂混入难以保证均匀性的问题；另一方面通过将预烧产物破碎构建出毫米、亚毫米量级的硅粉堆积孔隙网络，将气体扩散通道的尺度提升了2个数量级以上，改善了反应微环境的一致性。此项工艺改良应用于生产上，将多批次产品的α-相氮化硅含量均值较以往提升超过1％，并且因α-相氮化硅粉体的晶体发育更完整，使松装密度可稳定大于0.4g/cc。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，包括以下步骤：
1)将硅粉在含有氮气的气氛下预烧，部分硅粉发生氮化反应，得到预烧产物；
2)将预烧产物破碎为尺度为毫米量级及以下的团聚碎屑；
3)将破碎过的预烧产物在含有的氮气气氛下，煅烧，硅粉继续发生氮化反应，得到α-相氮化硅。
本实施例还提供一种α-相氮化硅，其由上述的工艺制备得到。
本实施例提出一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，一方面通过原位生成氮化硅稀释剂解决了现有技术中稀释剂混入难以保证均匀性的问题；另一方面通过将预烧产物破碎构建出毫米、亚毫米量级的硅粉堆积孔隙网络，将气体扩散通道的尺度提升了2个数量级以上，改善了反应微环境的一致性。此项工艺改良应用于生产上，将多批次产品的α-相氮化硅含量均值较以往提升超过1％，并且因α-相氮化硅粉体的晶体发育更完整，使松装密度可稳定大于0.4g/cc。
实施例2
本实施例提供一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，包括以下步骤：
(1)采用6-10mm尺寸的电子级多晶硅颗粒为原料，其中，原料中的Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Al、K、Na等多种金属杂质总含量≤15ppb；先后机械破碎、气流粉碎至D50＝2.5μm、D90＝8μm的微米级硅粉。
(2)在上述微米级硅粉中按摩尔比2:1加入催化剂柠檬酸铁铵、CaF2调至总金属含量500ppm，其中，铁、铝、钙元素合计为480ppm，用气流均化设备混匀。
(3)将上述混合物松装入匣钵，码放入氮化炉中进行氮化，将氮化炉抽真空，调节气氛初始比例为氢气10vol％、氮气40vol％、氩气50vol％，气体总压力为0.1MPag。
(4)氮化炉迅速升温至1000℃后，部分硅粉发生氮化反应，以低于8℃/h的速度缓慢升温，升温至1150℃。根据氮化炉体容积、装填硅粉量、直接氮化反应氮气理论需求量、单位时间反应压降等参数，跟踪计算反应速度。控制升温速度使反应速度低于0.5％/h。必要时，用氩气稀释氮气比例。
(5)每隔2小时视乎反应导致的炉内气压降低补充氮气，使氮化炉气压基本维持在0.1MPag。
(6)根据氮化炉体容积、装填硅粉量、累积反应压降等参数，跟踪计算反应进度。氮化反应进度按氮化反应累积吸压值占装填的硅粉原料总重理论吸压值的比例计算，当氮化反应进度达20％时，停炉降温。
(7)置换气体、打开炉门，取出发生部分反应烧结的预烧产物料饼，预烧产物料饼指发生部分氮化反应后，因轻度反应烧结而具备一定强度的疏松硅料块。
(8)将上述预烧产物料饼经颚式破碎后，用间隙宽度0.8mm的对辊磨细化。
(9)上述经细化的碎屑过20目筛进行振动筛分，得到尺度为毫米量级及以下的团聚碎屑，取筛下物重新松装匣钵、装炉，尺寸过大的碎屑可持续破碎，尺寸过小的碎屑可回收作为其他批次的起始原料。
(10)将氮化炉抽真空，置换为含氩气、氮气、氢气的混合气氛，调节气氛初始比例为氢气10vol％、氮气40vol％、氩气50vol％，随着工艺温度阶段而变化，气体总压力为0.1MPag。
(11)氮化炉迅速升温至1000℃后，以低于20℃/h的速度缓慢升温，升温至1150℃。根据氮化炉体容积、装填硅粉量、直接氮化反应氮气理论需求量、单位时间反应压降等参数，跟踪计算反应速度。控制升温速度使反应速度低于0.5％/h。必要时，用氩气稀释氮气比例。
(12)每隔2小时视乎反应导致的炉内气压降低补充氮气，使氮化炉气压基本维持在0.1MPag，直至完成直接氮化反应。
(13)当压降速率小于0.5kPa/h且氮化炉温达到1380℃，停炉。
(14)冷却、置换气体、打开炉门，取出氮化硅料饼。
(15)上述氮化硅料饼经颚式破碎与对辊磨破碎后，用滚筒磨在氮气保护下干式研磨细化，得到D50≤2μm、D90≤8μm的氮化硅粉体。
本实施例还提供一种α-相氮化硅，其由上述的工艺制备得到。
由此得到的氮化硅原粉，测得总金属含量300ppm、α-相氮化硅含量94mas％、松装密度0.46g/cc。本实施例中氮化硅原粉，相对于对比例1中的，α-相氮化硅含量高，松装密度高。
本实施例提出一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，一方面通过原位生成氮化硅稀释剂解决了现有技术中稀释剂混入难以保证均匀性的问题；另一方面通过将预烧产物破碎构建出毫米、亚毫米量级的硅粉堆积孔隙网络，将气体扩散通道的尺度提升了2个数量级以上，改善了反应微环境的一致性。此项工艺改良应用于生产上，将多批次产品的α-相氮化硅含量均值较以往提升超过1％，并且因α-相氮化硅粉体的晶体发育更完整，可以得到α-相氮化硅粉体含量≥93mas％、，松装密度可稳定≥0.4g/cc。
对比例1
本对比例提供一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，包括以下步骤：
(1)采用符合国标的Si1101工业硅粉，硅纯度≥99.79％，其中含铁900ppm，铝800ppm，钙100ppm。气流磨细化得到D50＝3μm、D90＝10μm的微硅粉。
(2)将上述微硅粉松装入匣钵，码放装入氮化炉。
(3)将氮化炉抽真空后，置换为体积比例氢气10％、氮气45％、氩气45％的混合气氛，气体总压力0.1MPag；其中氢气体积占比在反应全过程始终保持不变，氮气与氩气合计体积占比在反应全过程始终维持90％不变，随氮化进程消耗氮气，补气时视乎反应剧烈程度逐步提升氮气比例、降低氩气比例，氮气最终体积比例90％，最高氮化温度为1350℃，总共氮化180h。
(4)本例中，最终得到的氮化硅料饼经破碎、气流磨细化成D50≤2μm、D90≤10μm的粉体后，测得α-相氮化硅含量91.5％、松装密度0.34g/cc。
实施例3
本实施例提供一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，包括以下步骤：
(1)采用100目高纯粗硅粉为原料，基体Fe、Al、Ca、Cr、Ni、Cu、Zn杂质合计＜50ppm；气流粉碎得到D50＝8μm、D90＝25μm的微米级硅粉。
(2)在上述微米级硅粉中加入催化剂Fe2O3粉体，折算总含金属杂质含量1500ppm。其中，铁、铝、钙元素合计为1430ppm，用V型混料机混合均匀。
(3)将上述混合物松装入匣钵、码放入氮化炉中进行氮化，将氮化炉抽真空，气体总压力为0.4MPa，调节初始气体比例为氢气15vol％、氮气40vol％、氩气45vol％。
(4)氮化炉迅速升温至1000℃后，部分硅粉发生氮化反应，以低于8℃/h的速度缓慢升温，升温至1100℃。根据氮化炉体容积、装填硅粉量、直接氮化反应氮气理论需求量、单位时间反应压降等参数，跟踪计算反应速度。控制升温速度使反应速度低于0.5％/h。必要时，用氩气稀释氮气比例。
(5)每隔2小时视乎反应导致的炉内气压降低补充氮气，使氮化炉气压基本维持在0.4MPag。
(6)根据氮化炉体容积、装填硅粉量、累积反应压降等参数，跟踪计算反应进度。氮化反应进度按氮化反应累积吸压值占装填的硅粉原料总重理论吸压值的比例计算，当氮化反应进度达25％时，停炉降温。
(7)置换气体、打开炉门，取出发生部分反应烧结的预烧产物料饼，预烧产物料饼指发生部分氮化反应后，因轻度反应烧结而具备一定强度的疏松硅料块。
(8)将上述预烧产物料饼经颚式破碎后，用间隙宽度1mm的对辊磨细化。
(9)上述经细化的碎屑过10目筛进行振动筛分，得到尺度为毫米量级及以下的团聚碎屑，取筛下物重新松装匣钵、装炉，尺寸过大的碎屑可持续破碎，尺寸过小的碎屑可回收作为其他批次的起始原料。
(10)将上述过筛后的碎屑松装入匣钵、码放入氮化炉中进行氮化，气体总压力为0.4MPa，初始气体体积比例为氢气15％、氮气40％、氩气45％。其中氢气比例在反应全过程始终保持不变，氮气与氩气总量在反应全过程始终维持85％不变，随着氮化进程趋于完成降逐步提升氮气比例、降低氩气比例，最高氮化温度为1350℃，
(11)氮化炉迅速升温至1000℃后，以低于20℃/h的速度缓慢升温，升温至1100℃。根据氮化炉体容积、装填硅粉量、直接氮化反应氮气理论需求量、单位时间反应压降等参数，跟踪计算反应速度。控制升温速度使反应速度低于0.5％/h。必要时，用氩气稀释氮气比例。
(12)每隔2小时视乎反应导致的炉内气压降低补充氮气，使氮化炉气压基本维持在0.1MPag，直至完成直接氮化反应。
(13)当压降速率小于0.2kPa/h且氮化炉温达到1350℃，停炉。
(14)冷却、置换气体、打开炉门，取出氮化硅料饼。
(15)上述氮化硅料饼经颚式破碎与对辊磨破碎后，用气流磨细化，得到D50≤2μm、D90≤10μm的氮化硅粉体。
由此得到的氮化硅原粉，测得总金属含量900ppm、α-相氮化硅含量95mas％、松装密度0.48g/cc。
本实施例还提供一种α-相氮化硅，其由上述的工艺制备得到。
实施例4
本实施例提供一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，包括以下步骤：
(1)采用50目光伏III级粗硅粉为原料，基体Fe、Al、Ca、Cr、Ni、Cu、Zn杂质合计＜0.2ppm；先后机械破碎、气流粉碎至D50＝2.5μm、D90＝8μm的微米级硅粉。
(2)在上述微米级硅粉中加入催化剂FeCl3，折算总含铁量800ppm，其中，铁、铝、钙元素合计为750ppm。用气流均化设备混匀。
(3)将上述混合物松装入匣钵、码放入氮化炉中进行氮化。将氮化炉抽真空，炉内气氛初始气体比例为氢气5vol％、氮气45vol％、氩气50vol％，气体总压力为0.2MPag。
(4)氮化炉迅速升温至1000℃后，部分硅粉发生氮化反应，以低于8℃/h的速度缓慢升温，升温至1050℃。根据氮化炉体容积、装填硅粉量、直接氮化反应氮气理论需求量、单位时间反应压降等参数，跟踪计算反应速度。控制升温速度使反应速度低于0.5％/h。必要时，用氩气稀释氮气比例。
(5)每隔2小时视乎反应导致的炉内气压降低补充氮气，使氮化炉气压基本维持在0.2MPag。
(6)根据氮化炉体容积、装填硅粉量、累积反应压降等参数，跟踪计算反应进度。氮化反应进度按氮化反应累积吸压值占装填的硅粉原料总重理论吸压值的比例计算，当氮化反应进度达30％时，停炉降温。
(7)置换气体、打开炉门，取出发生部分反应烧结的预烧产物料饼，预烧产物料饼指发生部分氮化反应后，因轻度反应烧结而具备一定强度的疏松硅料块。
(8)将上述预烧产物料饼经颚式破碎后，用间隙宽度0.8mm的对辊磨细化。
(9)上述经细化的碎屑过振动筛，得到尺度为毫米量级及以下的团聚碎屑，取10目筛下物、180目筛上物重新松装匣钵、装炉；尺寸过大的碎屑可持续破碎，细料回收待下批投料。
(10)将上述过筛后的碎屑松装入匣钵、码放入氮化炉中进行氮化，调节炉内气氛初始气体体积比例为氢气5％、氮气45％、氩气50％，气体总压力为0.2MPag。其中氢气比例在反应全过程始终保持不变，氮气与氩气体积总量在反应全过程始终维持95％不变，随着氮化进程趋于完成降逐步提升氮气体积比例、降低氩气体积比例，最高氮化温度为1380℃。
(11)氮化炉迅速升温至1000℃后，以低于20℃/h的速度缓慢升温，升温至1200℃。根据氮化炉体容积、装填硅粉量、直接氮化反应氮气理论需求量、单位时间反应压降等参数，跟踪计算反应速度。控制升温速度使反应速度低于0.5％/h。必要时，用氩气稀释氮气比例。
(12)每隔2小时视乎反应导致的炉内气压降低补充氮气，使氮化炉气压基本维持在0.1～0.2MPag区间，直至完成直接氮化反应。
(13)当压降速率小于0.2kPa/h且氮化炉温达到1380℃，停炉。
(14)冷却、置换气体、打开炉门，取出氮化硅料饼。
(15)上述氮化硅料饼经颚式破碎与对辊磨破碎后，用气流磨细化，得到D50≤2μm、D90≤6μm的氮化硅粉体。
由此得到的氮化硅原粉，测得总金属含量500ppm、α-相氮化硅含量94％、松装密度0.44g/cc。
本实施例还提供一种α-相氮化硅，其由上述的工艺制备得到。
实施例5
本实施例提供一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，与实施例2中的多步氮化工艺的区别为：
步骤(1)中电子级多晶硅颗粒被机械破碎、气流粉碎至D50＝0.5μm、D90＝40μm。
步骤(2)中没有加入催化剂，微米级硅粉中的所有金属原子合计占硅粉原料总重量百分比的口径表示，在50ppm，其中，铁、铝、钙元素合计为43ppm，用气流均化设备混匀。
步骤(3)中调节气氛初始比例为氢气0vol％、氮气99vol％、氩气1vol％，气体总压力为0.05MPag。
步骤(4)以低于8℃/h的速度缓慢升温，升温至1020℃。
步骤(5)每隔2小时视乎反应导致的炉内气压降低补充氮气，使氮化炉气压基本维持在0.05MPag。
步骤(6)当氮化反应进度达10％时，停炉降温。
步骤(8)将上述预烧产物料饼经敲击破碎后，用研磨细化，研磨方法为辊筒球磨。
步骤(9)上述经细化的碎屑过150目筛进行振动筛分，得到尺度为毫米量级及以下的团聚碎屑。
步骤(10)气体总压力为0.05MPag。
步骤(11)以低于20℃/h的速度缓慢升温，升温至1400℃。
步骤(15)将上述氮化硅料饼经敲击破碎后，用研磨细化，研磨方法为辊筒球磨，得到D50<2μm、D90＜10μm的氮化硅粉体。
本实施例还提供一种α-相氮化硅，其由上述的工艺制备得到。
此项工艺改良应用于生产上，将多批次产品的α-相氮化硅含量均值较以往提升超过1％，并且因α-相氮化硅粉体的晶体发育更完整，可以得到α-相氮化硅粉体含量≥93mas％、，松装密度可稳定≥0.4g/cc。
实施例6
本实施例提供一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，与实施例2中的多步氮化工艺的区别为：
步骤(1)中电子级多晶硅颗粒被机械破碎、气流粉碎至D50＝20μm、D90＝10μm。
步骤(2)中没有加入催化剂，微米级硅粉中的所有金属原子合计占硅粉原料总重量百分比的口径表示，在300ppm，其中，铁、铝、钙元素合计为280ppm，用气流均化设备混匀。
步骤(3)中调节气氛初始比例为氢气74vol％、氮气25vol％、氩气1vol％，气体总压力为0.5MPag。
步骤(4)氮化炉迅速升温至1000℃后，不再升温，保持恒温。
步骤(5)每隔2小时视乎反应导致的炉内气压降低补充氮气，使氮化炉气压基本维持在0.5MPag。
步骤(6)当氮化反应进度达40％时，停炉降温。
步骤(8)将上述预烧产物料饼经敲击破碎后，用研磨细化，研磨方法为行星式球磨。
步骤(9)上述经细化的碎屑过100目筛进行振动筛分，得到尺度为毫米量级及以下的团聚碎屑。
步骤(10)气体总压力为0.5MPag。
步骤(11)氮化炉迅速升温至1000℃后，不再升温，保持恒温。
步骤(15)将上述氮化硅料饼经敲击破碎后，用研磨细化，研磨方法为行星式球磨。
本实施例还提供一种α-相氮化硅，其由上述的工艺制备得到。
此项工艺改良应用于生产上，将多批次产品的α-相氮化硅含量均值较以往提升超过1％，并且因α-相氮化硅粉体的晶体发育更完整，可以得到α-相氮化硅粉体含量≥93mas％、，松装密度可稳定≥0.4g/cc。
实施例7
本实施例提供一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，与实施例2中的多步氮化工艺的区别为：
步骤(3)中调节气氛初始比例为氢气20vol％、氮气60vol％、氩气20vol％，气体总压力为0.15MPag。
步骤(5)每隔2小时视乎反应导致的炉内气压降低补充氮气，使氮化炉气压基本维持在0.15MPag。
步骤(6)当氮化反应进度达5％时，停炉降温。
步骤(8)将上述预烧产物料饼经敲击破碎后，用研磨细化，研磨方法为气流磨。
步骤(10)气体总压力为0.15MPag。
步骤(11)以低于20℃/h的速度缓慢升温，升温至1380℃。
步骤(15)将上述氮化硅料饼经敲击破碎后，用研磨细化，研磨方法为气流磨。
本实施例还提供一种α-相氮化硅，其由上述的工艺制备得到。
此项工艺改良应用于生产上，将多批次产品的α-相氮化硅含量均值较以往提升超过1％，并且因α-相氮化硅粉体的晶体发育更完整，可以得到α-相氮化硅粉体含量≥93mas％、，松装密度可稳定≥0.4g/cc。
实施例8
本实施例提供一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，与实施例2中的多步氮化工艺的区别为：
步骤(6)当氮化反应进度达50％时，停炉降温。
本实施例还提供一种α-相氮化硅，其由上述的工艺制备得到。
此项工艺改良应用于生产上，将多批次产品的α-相氮化硅含量均值较以往提升超过1％，并且因α-相氮化硅粉体的晶体发育更完整，可以得到α-相氮化硅粉体含量≥93mas％、，松装密度可稳定≥0.4g/cc。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)将硅粉在含有氮气的气氛下预烧，部分硅粉发生氮化反应，得到预烧产物；
2)将预烧产物破碎为尺度为毫米量级及以下的团聚碎屑；
3)将破碎过的预烧产物在含有的氮气气氛下，煅烧，硅粉继续发生氮化反应，得到α-相氮化硅。
2.根据权利要求1所述的量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，其特征在于，步骤1)中的硅粉为微米级的硅粉。
3.根据权利要求1所述的量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，其特征在于，所述步骤3)之后还包括步骤4)将步骤3)中的α-相氮化硅粉破碎为D50<2μm、D90＜10μm的氮化硅原粉。
4.根据权利要求1所述的量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，其特征在于，步骤1)中的压力为0.05～0.5MPag，温度为1000～1150℃。
5.根据权利要求1所述的量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，其特征在于，步骤3)中的压力为0.05～0.5MPag，温度为1000～1400℃。
6.根据权利要求1所述的量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，其特征在于，所述步骤1)中硅粉中含有催化量的催化剂。
7.根据权利要求1或6所述的量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，其特征在于，步骤1)中的硅粉中含有金属杂质，硅粉中所有金属原子合计占硅粉原料总重量百分比的口径表示，在50～3000ppm。
8.根据权利要求1～6任意一项所述的量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，其特征在于，所述步骤1)中含有氮气的气氛中的组分包括：氩气体积含量为0～74％，氮气体积含量为25～99％，氢气体积含量为1～20％；
所述步骤3)中含有氮气的气氛中的组分包括：氩气体积含量为0～74％，氮气体积含量为25～99％，氢气体积含量为1～20％。
9.根据权利要求1～6任意一项所述的量产α-相氮化硅的多步氮化工艺，其特征在于，部分硅粉发生氮化反应的进度按照按氮化反应累积吸压值占装填的硅粉原料总重理论吸压值的比例计算，所述进度为5～50％。
10.一种α-相氮化硅，其特征在于，其由权利要求1～9任意一项所述的方法制备得到。
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