CN1799993A - 一种β－氮化硅粉体材料的一步反应低温制备方法 - Google Patents
一种β－氮化硅粉体材料的一步反应低温制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1799993A CN1799993A CN 200510045575 CN200510045575A CN1799993A CN 1799993 A CN1799993 A CN 1799993A CN 200510045575 CN200510045575 CN 200510045575 CN 200510045575 A CN200510045575 A CN 200510045575A CN 1799993 A CN1799993 A CN 1799993A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reaction
- temperature
- reaction kettle
- product
- 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.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- PXIPVTKHYLBLMZ-UHFFFAOYSA-N Sodium azide Chemical compound [Na+].[N-]=[N+]=[N-] PXIPVTKHYLBLMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 8
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract 1
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 8
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-2,2-bis(chloromethyl)propane Chemical compound ClCC(CCl)(CCl)CCl KPZGRMZPZLOPBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种β－氮化硅粉体材料的一步反应低温制备方法，制备步骤如下：(1)在无水无氧手套箱中，按摩尔比为23.8∶4.27∶1的比例用天平称取叠氮钠，用移液管分别量取液态四氯化硅和四氯化碳，装入反应釜中，将反应釜在加热炉中加热到150℃－200℃，达到设定温度后立即停止加热，使反应釜在加热炉中自然冷却到室温；(2)反应产物经无水酒精清洗、抽滤，除去残余反应物，直到滤液无色为止；(3)再用去离子水清洗除去反应副产物氯化钠；(4)所得产物在60℃温度下烘干3小时，得到灰白色粉末。本发明反应温度低，反应时间短，能耗低，产率高，制备得到的β－Si3N4粉体，化学稳定性好、高温强度高，耐热、耐磨，产率不低于86％。
Description
技术领域
本发明涉及β-Si3N4粉体材料的制备方法，属于无机非金属粉体材料制备方法技术领域。
背景技术
氮化硅(Si3N4)具有良好的高温力学性能，耐热冲击，抗蠕变，化学稳定性好，是一种理想的工程结构材料，可广泛应用于高接触应力条件下的滑动、滚动轴承及磨球，高温、化学腐蚀条件下工作的结构陶瓷，高效研磨材料，冶金领域的耐火材料等。
Si3N4有几种结构，其中最常见的是具有六方结构的α-Si3N4和β-Si3N4，前者是一种低温稳定相，在高温和稀土氧化物的催化作用下可以转变成后者。通过这种方法制备β-Si3N4，温度高，耗能大，时间长，而且转变过程对催化剂非常敏感，需要选择合适的催化剂及催化剂用量。
目前，制备Si3N4粉体材料的主要方法包括：硅的高温氮化、二氧化硅在氨气或氮气中进行碳热还原、CS2与氨气反应、气相反应、有机物高温热分解、高温自蔓延合成、溶剂热合成。但是这些方法一般都需要在1000℃以上的高温进行，有的甚至需要在1500℃以上的高温进行，而且制备得到的粉体是以α-Si3N4为主和少量β-Si3N4的混合粉体。α-Si3N4和β-Si3N4结构和稳定性的差异会造成构件在高温使用过程中结构不稳定，性能不均匀，从而影响其使用性能。因此在低温下制备单相β-Si3N4，不仅可以节能，降低成本，而且可以提高Si3N4陶瓷结构和性能的稳定性，扩大其应用。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种β-Si3N4粉体材料的一步反应低温制备方法，该方法反应温度低、时间短、能耗小、产率高，制备过程容易控制，Si3N4陶瓷结构和性能的稳定性好。
该方法是以四氯化硅(SiCl4)作硅源、以叠氮钠(NaN3)作氮源，添加少量的四氯化碳(CCl4)，四氯化硅、叠氮钠及四氯化碳三种物质的摩尔比为23.8∶4.27∶1，在150--200℃的低温下反应制备β-Si3N4粉体材料。
通过SiCl4、NaN3和CCl4之间的反应制备β-Si3N4的反应式为：
制备步骤如下：
(1)在无水无氧手套箱中，按摩尔比为23.8∶4.27∶1的比例用天平称取叠氮钠，用移液管分别量取液态四氯化硅和四氯化碳，装入反应釜中，封釜后，将反应釜在加热炉中加热到150℃--200℃，加热炉达到设定温度后立即停止加热，使反应釜在加热炉中自然冷却到室温；
(2)反应产物经无水酒精清洗、抽滤，除去残余反应物，直到滤液无色为止；
(3)再用去离子水清洗，以除去反应副产物氯化钠(NaCl)；
(4)所得产物在60℃温度下烘干3小时，得到灰白色粉末。
本发明反应温度低，反应时间短，能耗低，产率高，制备过程容易控制，不需要稀土氧化物作催化剂，而且可以提高Si3N4陶瓷结构和性能的稳定性，是一种理想的低温制备β-Si3N4粉体材料的方法。制备得到的β-Si3N4粉体，化学稳定性好、高温强度高，耐热、耐磨，产率不低于86％。
附图说明
图1是分别以3.0mL SiCl4+8.0g NaN3为原料，以及以2.5mL SiCl4+0.5mL CCl4+8.0gNaN3为原料在150℃反应后按本发明的方法制得粉体的X-射线粉末衍射图。
图2是分别以2.8mL SiCl4+0.2mL CCl4+8.0g NaN3为原料，以2.7mL SiCl4+0.3mLCCl4+8.0gNaN3为原料以及以2.5mL SiCl4+0.5mL CCl4+8.0gNaN3为原料在150℃反应后按本发明的方法制得粉体的X-射线粉末衍射图。
图3是以2.7mL SiCl4+0.3mL CCl4+8.0g NaN3为原料分别在150℃、200℃和250℃反应后制得粉体的X-射线粉末衍射图。
图4是以2.5mL SiCl4+0.5mL CCl4+8.0g NaN3分别在150℃、200℃反应后制得粉体的X-射线粉末衍射图。
具体实施方式
实施例1：
通过SiCl4、NaN3和CCl4之间的反应制备β-Si3N4粉体。在无水无氧手套箱中，用天平称取8.0g(0.123摩尔)NaN3，用移液管分别量取2.5mL(0.022摩尔)SiCl4和0.5mL(0.005摩尔)CCl4，移入30mL反应釜中。封釜后，将反应釜在加热炉中加热到150℃，使反应物之间发生化学反应，到150℃后停止加热并使反应釜在炉中自然冷却到室温。反应产物经无水酒精清洗至滤液无色，再用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在60℃烘干3小时后，得到灰白色粉末0.92g。
得到的白色粉末的X-射线粉末衍射图如图1所示。同时图1中还给出了以3.0mL SiCl4+8.0g NaN3为原料制得的X-射线粉末衍射图。
通过比较，图1表明：SiCl4和CCl4的总体积保持3.0mL不变，NaN3保持8.0g不变。在不添加CCl4的情况下，反应后只能得到β-Si3N4和α-Si3N4的混合粉体，即使反应温度高于480℃也不能得到单相β-Si3N4粉体。而当添加0.5mL CCl4时，反应后得到了单相β-Si3N4粉体，说明CCl4对β-Si3N4的形成起了重要作用。
实施例2：
在无水无氧手套箱中，用天平称取8.0gNaN3，用移液管分别量取2.8mL SiCl4和0.2mLCCl4，移入30mL反应釜中。封釜后，将反应釜在加热炉中加热到150℃，使反应物之间发生化学反应，到150℃后停止加热并使反应釜在炉中自然冷却到室温。反应产物经无水酒精清洗至滤液无色，再用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在60℃烘干3小时后，得到灰白色粉末1.07g。得到的白色粉末的X-射线粉末衍射图如图2所示。
实施例3：
在无水无氧手套箱中，用天平称取8.0g NaN3，用移液管分别量取2.7mL SiCl4和0.3mLCCl4，移入30mL反应釜中。封釜后，将反应釜在加热炉中加热到150℃，使反应物之间发生化学反应，到150℃后停止加热并使反应釜在炉中自然冷却到室温。反应产物经无水酒精清洗至滤液无色，再用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在60℃烘干3小时后，得到灰白色粉末0.98g。得到的白色粉末的X-射线粉末衍射图如图2所示。
图2还同时给出了以2.5mL SiCl4+0.5mL CCl4+8.0g NaN3为原料在150℃反应后制得粉体的X-射线粉末衍射图。
通过比较，图2表明：当CCl4的体积低于0.5mL时，反应后只能得到β-Si3N4和α-Si3N4的混合粉体，尽管β-Si3N4的含量随CCl4体积增加而逐渐提高。而当CCl4的体积达到0.5mL时，反应后得到单相β-Si3N4粉体。
实施例4：
在无水无氧手套箱中，用天平称取8.0g NaN3，用移液管分别量取2.7ml SiCl4和0.3mLCCl4，移入30mL反应釜中。封釜后，将反应釜在加热炉中加热到200℃，使反应物之间发生化学反应，到200℃后停止加热并使反应釜在炉中自然冷却到室温。反应产物经无水酒精清洗至滤液无色，再用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在60℃烘干3小时后，得到灰白色粉末1.04g。得到的白色粉末的X-射线粉末衍射图如图3所示。
图3还给出了以2.7mL SiCl4+0.3mL CCl4+8.0g NaN3为原料在150℃和250℃反应后制得粉体的X-射线粉末衍射图。
通过比较，图3表明：粉体都是由β-Si3N4和α-Si3N4组成，虽然β-Si3N4的含量随温度升高而提高，但在250℃反应后也不能得到单相β-Si3N4粉体。
实施例5：
在无水无氧手套箱中，用天平称取8.0g NaN3，用移液管分别量取2.5mL SiCl4和0.5mLCCl4，移入30mL反应釜中。封釜后，将反应釜在加热炉中加热到200℃，使反应物之间发生化学反应，到200℃后停止加热并使反应釜在炉中自然冷却到室温。反应产物经无水酒精清洗至滤液无色，再用去离子水清洗至滤液呈中性，然后将产物在60℃烘干3小时后，得到灰白色粉末0.96g。
得到的白色粉末的X-射线粉末衍射图如图4所示。同时图4中还给出了以相同原料在150℃反应制得的X-射线粉末衍射图。
通过比较，图4表明：反应后都得到了单相β-Si3N4粉体，但200℃反应得到的β-Si3N4粉体的产率达到90％以上，且结晶性明显提高。反应温度高于200℃，β-Si3N4粉体的产率及结晶性几乎不再发生变化。
Claims (1)
1、一种β-氮化硅粉体材料的一步反应低温制备方法，该方法是以四氯化硅作硅源，以叠氮钠作氮源，添加少量的四氯化碳，四氯化硅、叠氮钠及四氯化碳三种物质的摩尔比为23.8∶4.27∶1，制备步骤如下：
(1)在无水无氧手套箱中，按摩尔比为23.8∶4.27∶1的比例用天平称取叠氮钠，用移液管分别量取液态四氯化硅和四氯化碳，装入反应釜中，封釜后，将反应釜在加热炉中加热到150℃--200℃，加热炉达到设定温度后立即停止加热，使反应釜在加热炉中自然冷却到室温；
(2)反应产物经无水酒精清洗、抽滤，除去残余反应物，直到滤液无色为止；
(3)再用去离子水清洗，以除去反应副产物氯化钠；
(4)所得产物在60℃温度下烘干3小时，得到灰白色粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510045575 CN1799993A (zh) | 2005-12-14 | 2005-12-14 | 一种β－氮化硅粉体材料的一步反应低温制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200510045575 CN1799993A (zh) | 2005-12-14 | 2005-12-14 | 一种β－氮化硅粉体材料的一步反应低温制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1799993A true CN1799993A (zh) | 2006-07-12 |
Family
ID=36810255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200510045575 Pending CN1799993A (zh) | 2005-12-14 | 2005-12-14 | 一种β－氮化硅粉体材料的一步反应低温制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1799993A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100445199C (zh) * | 2006-09-07 | 2008-12-24 | 暨南大学 | 氮化硅纳米线或纳米带粉体材料的制备方法 |
| CN100560485C (zh) * | 2007-07-26 | 2009-11-18 | 山东大学 | 利用溶剂热反应低温合成氮化硅纳米材料的方法 |
| CN101164869B (zh) * | 2007-10-09 | 2010-06-02 | 山东大学 | 一种利用硫辅助反应低温制备氮化硅纳米棒的方法 |
-
2005
- 2005-12-14 CN CN 200510045575 patent/CN1799993A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100445199C (zh) * | 2006-09-07 | 2008-12-24 | 暨南大学 | 氮化硅纳米线或纳米带粉体材料的制备方法 |
| CN100560485C (zh) * | 2007-07-26 | 2009-11-18 | 山东大学 | 利用溶剂热反应低温合成氮化硅纳米材料的方法 |
| CN101164869B (zh) * | 2007-10-09 | 2010-06-02 | 山东大学 | 一种利用硫辅助反应低温制备氮化硅纳米棒的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lu et al. | Growth of SiC nanorods at low temperature | |
| CN109553778B (zh) | 一种单质硒、异腈/炔和胺的多组分聚合制备聚硒脲/聚硒代酰胺的方法 | |
| CN103772709A (zh) | 一种Si/C/Zr陶瓷前驱体及其制备方法 | |
| Chen et al. | Effect of glycerine addition on the synthesis of boron carbide from condensed boric acid–polyvinyl alcohol precursor | |
| Dong et al. | Solid–liquid reaction synthesis and thermal stability of Ti2SnC powders | |
| CN111455460A (zh) | 一种金属砷单晶的制备方法 | |
| CN105883732A (zh) | 一种氮化碳纳米管及其制备方法 | |
| CN1799993A (zh) | 一种β－氮化硅粉体材料的一步反应低温制备方法 | |
| CN100567210C (zh) | 硅-硼-氮陶瓷纤维先驱体的制备方法 | |
| CN1239384C (zh) | 一种低温制备氮化硅粉体材料的方法 | |
| JPH055763B2 (zh) | ||
| Liu et al. | Fabrication of β-sialon powder from kaolin | |
| CN1239397C (zh) | 碳氮化钛三元化合物粉体材料的制备方法 | |
| CN114477184B (zh) | 一种碳化硅粉体的制备方法 | |
| Málek et al. | Sol-gel preparation of rutile type solid solution in TiO 2-RuO 2 system | |
| CN101269968B (zh) | 多元氮化物陶瓷先驱体的制备方法 | |
| CN101239709B (zh) | 碘辅助低温制备氮化硅纳米材料的方法 | |
| Zhang et al. | Facile preparation and properties of multifunctional polyacetylene via highly efficient click chemistry | |
| CN101259957A (zh) | 一种低温制备氮化硅粉体材料的方法 | |
| CN1318293C (zh) | 固相复分解合成纳米氮化铝的方法 | |
| JPS62108719A (ja) | 窒化ケイ素の製造方法 | |
| JPS6163505A (ja) | 高純度非晶質窒化硼素微粉末の製造法 | |
| Kurt et al. | Sepiolite-PAN intercalation used as Si3N4 forming precursor | |
| JP3550919B2 (ja) | 含窒素シラン化合物 | |
| CN1066417C (zh) | 一种金属溶剂热还原合成金刚石及其类似材料的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |