專利名稱：一種制備β-氮化硅粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氮化硅粉體制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備氮化硅粉體的方法。
背景技術(shù)：
目前，熱導(dǎo)率較高的陶瓷粉體被廣泛地應(yīng)用于制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料，如半導(dǎo)體封 裝材料、導(dǎo)熱片、導(dǎo)熱膏、導(dǎo)熱膠等，能顯著提升電子元件的散熱效率。這類陶瓷粉體包括氧 化物粉體A1203、Si02等，其熱導(dǎo)率普遍較低，A1203的本征熱導(dǎo)率為20W/m K，Si02的本征 熱導(dǎo)率僅為14W/m K，所制備出的封裝材料的散熱性能漸漸已不能滿足技術(shù)發(fā)展的要求。氮化物陶瓷粉體已經(jīng)成為一種較為理想的新型電子封裝材料(電子模塑料)填 料，主要包括氮化硼和氮化鋁陶瓷粉體，二者的本征熱導(dǎo)率均在300W/m K以上，可大幅度提 高電子封裝材料的熱導(dǎo)性能。但氮化硼和氮化鋁陶瓷粉體的價(jià)格較高，導(dǎo)致其性價(jià)比較低。 此外氮化硼粉體呈片狀形貌和氮化鋁易水解的特性直接限制了它們的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)0 -氮化硅的本征熱導(dǎo)率高達(dá)320W/m K，且價(jià)格便宜，僅為氮化硼和氮 化鋁陶瓷粉體的1/3至1/2。氮化硅還具有相對(duì)于A1N和SiC更低的介電常數(shù)(4. 8 9. 5)、低的熱膨脹系數(shù)(2 3. 2X10-6/°C)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)，與其 他填料相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，氮化硅粉體是更為理想的電子封裝材料(電子模 塑料)填料。目前合成氮化硅粉體的方法很多，其中自蔓延燃燒合成技術(shù)(SHS)由于具備 成本優(yōu)勢(shì)而受到廣泛的關(guān)注。常規(guī)的SHS方法制得的氮化硅粉體雖然相轉(zhuǎn)化率高，但 是形貌均一性差，且難以得到發(fā)育完全，長徑比較大的晶粒。這對(duì)其在復(fù)合材料中的應(yīng)用十 分不利，會(huì)在后期復(fù)合材料的粒徑極配和熱通道設(shè)計(jì)過程中引入較多的不可控因素，給產(chǎn) 品質(zhì)量控制帶來困難。發(fā)泡法常用來制備多孔陶瓷，研究表明將陶瓷粉加入特定的泡沫凝膠體系，在機(jī) 械攪拌作用下得到高氣孔率的漿料，引發(fā)凝膠反應(yīng)后即可得到穩(wěn)定的多孔坯體，干燥后燒 結(jié)形成孔隙率大于85%的多孔陶瓷。該種方法對(duì)于自蔓延方法的啟發(fā)之處在于，其坯體均 勻穩(wěn)定的氣孔和適當(dāng)?shù)陌釀?dòng)強(qiáng)度正好能夠解決自蔓延法中原料粉體孔隙率難以提高、氣孔 分布不均勻和松裝密度不穩(wěn)定等問題。而后者往往是產(chǎn)物形貌均一性差、晶粒發(fā)育不完全 的直接原因。由此，本發(fā)明將發(fā)泡法和自蔓延法結(jié)合起來，形成發(fā)泡自蔓延法。用該方法制得的 氮化硅粉體比普通自蔓延法制得的氮化硅粉體晶粒發(fā)育更完全，微燒結(jié)現(xiàn)象減少。
所以得到的粉體長徑比均一性佳，并且反應(yīng)后坯體保持多孔疏松的特性，易于破碎和在破 碎中保持單晶的長徑比。這對(duì)于提高后續(xù)復(fù)合材料的熱導(dǎo)性能具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種低成本制備高熱導(dǎo)0 -氮化硅粉體的方法，克服已
3有技術(shù)的缺點(diǎn)，使制備的日“氮化硅粉體具有較高的熱導(dǎo)率，利于作為填料應(yīng)用。本發(fā)明還有一個(gè)目的在于將所述0 -氮化硅粉體應(yīng)用于高熱導(dǎo)的復(fù)合材料得到 具有提高的性能的所述復(fù)合導(dǎo)熱材料。一種制備氮化硅粉體的方法，其特征在于，該方法步驟如下(1)粉體活化將原料硅粉，稀釋劑，添加劑三者的混合物置于振動(dòng)球磨機(jī)上球 磨，使其充分活化；(2)配制基液將有機(jī)單體、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑溶解于水中，制成基液備用；(3)制備多孔坯體將100質(zhì)量份的基液裝入攪拌容器中攪拌，然后緩慢添加 50 200質(zhì)量份的步驟(1)中活化后粉體，繼續(xù)攪拌至充分發(fā)泡，添加0.5 2質(zhì)量份的引 發(fā)劑和0 1質(zhì)量份的催化劑，引發(fā)凝膠反應(yīng)，凝膠反應(yīng)完成后即制得穩(wěn)定的泡沫凝膠，注 模烘干后即得多孔坯體；坯體的孔隙率可以通過調(diào)整基液中發(fā)泡劑含量、活化粉體的添加 量和攪拌速率來控制在50% 90% ；(4)自蔓延反應(yīng)將上述多孔坯體放入燃燒合成高壓反應(yīng)釜中，在坯體前端上表 面堆放少量引燃劑(Ti粉)，抽真空后充入1 5MPa的氮?dú)鈮毫?，以通電鎢絲圈點(diǎn)燃引 燃劑，引發(fā)坯體發(fā)生燃燒合成反應(yīng)，燃燒反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物細(xì)磨得到 3 -氮化硅粉體，再進(jìn)行分級(jí)處理即可得到長徑比可控的0 “氮化硅粉體。步驟⑴中，所述原料硅粉、稀釋劑、添加劑比例按質(zhì)量百分比為硅粉40% 99%;稀釋劑0% 59%;添加劑 5%。步驟(1)中，所述稀釋劑為氮化硅粉末或a-氮化硅粉末；所述添加劑為 NH4F、NH4CI、(NH4)2CO3、NH4HCO3、尿素中的任意一種或其中任意兩種及兩種以上的混合物。步驟(1)中，所述球磨時(shí)間為1 5小時(shí)。步驟(2)中，所述有機(jī)單體、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑和水以質(zhì)量比30 1 5 1 10 150 800混合備用。步驟(2)中，所述有機(jī)單體為丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰胺(MAM)、乙烯基毗咯酮 (NVP)、甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯酸酯(MPEGMA)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)中 的任意一種或其中任意兩種及兩種以上的混合物；所述的交聯(lián)劑為N，N’ -亞甲基雙丙烯酰 胺(MBAM)、聚(乙烯基乙二醇)雙甲基丙烯酸(PEGDMA)中任意一種；所述的發(fā)泡劑為正辛 胺、正戊酸和曲拉通X-100中任意一種。步驟(3)中，所述引發(fā)劑為過硫酸銨(APS)、偶氮二咪唑啉丙烷(AZIP)、偶氮二異 丁咪鹽酸鹽(AZAP)中的任意一種或其中任意兩種及兩種以上的混合物；所述催化劑為四 甲基乙二胺(TEMED)。所述方法得到的0 _氮化硅粉體呈均勻的棒狀，其直徑為1 3 y m，長徑比為1 10，形貌均一。該3 -氮化硅粉體在復(fù)合材料方面的應(yīng)用廣泛，本發(fā)明將其應(yīng)用在兩種常見的散 熱復(fù)合材料中，以說明該粉體優(yōu)越的導(dǎo)熱性能。1、環(huán)氧灌封膠，主要用于灌封各種電子元器件，起到保護(hù)、支撐和散熱的作用。其 熱導(dǎo)率比使用常規(guī)自蔓延方法制得的0 -氮化硅粉體時(shí)提高30 60%。
2、導(dǎo)熱硅脂，主要用于高功率器件(如CPU)的散熱界面，幫助熱量快速傳向散熱 器。熱阻比使用常規(guī)自蔓延方法制得的氮化硅粉體時(shí)降低14 18%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的如下優(yōu)點(diǎn)(1)利用發(fā)泡法可以制得多孔疏松但 是又具有足夠搬動(dòng)強(qiáng)度的原料坯體，其孔隙率最高可以達(dá)到90%。(2)由于孔隙本身對(duì)原 料也有稀釋作用，因此可以在原料中降低對(duì)稀釋劑的用量，降低成本，提高轉(zhuǎn)化率。(3)高 孔隙率給晶粒提供了充分的生長空間，同時(shí)孔隙的稀釋作用也能降低反應(yīng)劇烈程度，給晶 粒提供了更多的生長時(shí)間。有助于制得更接近六方柱狀的氮化硅晶粒及緩解微燒結(jié)現(xiàn) 象。微燒結(jié)現(xiàn)象會(huì)降低產(chǎn)物熱導(dǎo)率及使破碎的難度增加。(4)通過控制孔隙率可以控制產(chǎn) 物的長徑比，長徑比可控，可得到長徑比均一的粉體。(5)用該方法制得的粉體用于復(fù)合材 料中，在提高熱導(dǎo)率或降低熱阻上具有顯著的優(yōu)勢(shì)。(6)本發(fā)明的制備方法所使用設(shè)備簡(jiǎn) 單，安全經(jīng)濟(jì)。


圖1制備方法流程圖2產(chǎn)物3-氮化硅粉體XRD圖譜；
圖3產(chǎn)物3-氮化硅粉體(長徑比1 --2)電鏡照片；
圖4產(chǎn)物3_氮化硅粉體(長徑比2 --4)電鏡照片；
圖5產(chǎn)物3-氮化硅粉體(長徑比4 --5)電鏡照片；
圖6產(chǎn)物3-氮化硅粉體(長徑比6 --8)電鏡照片；
圖7產(chǎn)物3-氮化硅粉體(長徑比> 10) _i鏡照片。
具體實(shí)施例方式以下用一系列實(shí)施例和對(duì)比例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的描述，但本發(fā)明絕不僅限 于這些實(shí)施例。實(shí)施例1一種制備0 -氮化硅粉體的方法，該方法步驟如下(1)粉體活化按質(zhì)量百分比原料硅粉90%、稀釋劑氮化硅粉9%與添加劑 NH4F1 %進(jìn)行混合，并置于振動(dòng)球磨機(jī)上球磨，振動(dòng)活化2個(gè)小時(shí)；(2)配制基液按有機(jī)單體丙烯酰胺(AM)、交聯(lián)劑N，N’亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM)、 發(fā)泡劑正辛胺和水以質(zhì)量比30 1 6 500配制基液；(3)制備多孔坯體將100質(zhì)量份的基液倒入攪拌容器中攪拌，然后緩慢添加80 質(zhì)量份上述活化后粉體；在攪拌速率800rpm下使?jié){料充分發(fā)泡；添加0. 5質(zhì)量份引發(fā)劑過 硫酸銨(APS)和0.5質(zhì)量份催化劑四甲基乙二胺(TEMED)，引發(fā)凝膠反應(yīng)，凝膠反應(yīng)完成后 即制得穩(wěn)定的泡沫凝膠，注模烘干后即得多孔坯體，坯體孔隙率為85% ；(4)自蔓延反應(yīng)將充分干燥后的泡沫坯體放入燃燒合成高壓反應(yīng)釜中，在坯體 前端上表面堆放少量引燃劑(Ti粉)，抽真空后充入4. 5MPa的氮?dú)鈮毫?，以通電鎢絲圈點(diǎn)燃 引燃劑，引發(fā)坯體發(fā)生燃燒合成反應(yīng)。燃燒反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物細(xì)磨及分 級(jí)處理即可得到長徑比為2 4的0-氮化硅粉體。產(chǎn)物電鏡照片如圖4所示。實(shí)施例2、
一種制備0 -氮化硅粉體的方法，該方法步驟如下(1)粉體活化按質(zhì)量百分比原料硅粉79%、稀釋劑氮化硅19%與添加劑 NH4C1 2%進(jìn)行混合，并置于振動(dòng)球磨機(jī)上球磨，振動(dòng)活化3個(gè)小時(shí)；(2)配制基液按有機(jī)單體乙烯基毗咯酮(NVP)甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯 酸酯(MPEGMA)l 1、交聯(lián)劑N，N’亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM)、發(fā)泡劑戊酸和水以質(zhì)量比 30 3 7 800配制基液；(3)制備多孔坯體將100質(zhì)量份的基液倒入攪拌容器中攪拌，然后緩慢添加100 質(zhì)量份上述活化后粉體；在攪拌速率800rpm下使?jié){料充分發(fā)泡，添加1質(zhì)量份引發(fā)劑偶氮 二咪唑啉丙烷(AZIP)，引發(fā)凝膠反應(yīng)，凝膠反應(yīng)完成后即制得穩(wěn)定的泡沫凝膠，注模烘干后 即得多孔坯體，坯體孔隙率為80% ；(4)自蔓延反應(yīng)將充分干燥后的泡沫坯體放入燃燒合成高壓反應(yīng)釜中，在坯體 前端上表面堆放少量引燃劑(Ti粉)，抽真空后充入3. 5MPa的氮?dú)鈮毫Γ酝婃u絲圈點(diǎn)燃 引燃劑，引發(fā)坯體發(fā)生燃燒合成反應(yīng)。燃燒反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物細(xì)磨及分 級(jí)處理即可得到長徑比為4 5的0-氮化硅粉體。產(chǎn)物電鏡照片如圖5所示。實(shí)施例3一種制備0 -氮化硅粉體的方法，該方法步驟如下(1)粉體活化按質(zhì)量百分比原料硅粉70%、稀釋劑氮化硅28%與添加劑 (NH4)2C032%進(jìn)行混合，并置于振動(dòng)球磨機(jī)上球磨，振動(dòng)活化3個(gè)小時(shí)；(2)配制基液按有機(jī)單體甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯酸酯(MPEGMA)、交聯(lián) 劑聚(乙烯基乙二醇)雙甲基丙烯酸(PEGDMA)、發(fā)泡劑曲拉通X-100和水以質(zhì)量比 30 5 5 600配制基液；(3)制備多孔坯體將100質(zhì)量份的基液倒入攪拌容器中攪拌，然后緩慢添加140 質(zhì)量份上述活化后粉體；在攪拌速率700rpm下使?jié){料充分發(fā)泡后，添加2質(zhì)量份引發(fā)劑偶 氮二異丁咪鹽酸鹽(AZAP)，引發(fā)凝膠反應(yīng)，凝膠反應(yīng)完成后即制得穩(wěn)定的泡沫原料凝膠，注 模烘干后即得多孔坯體，坯體孔隙率為70% ；(4)自蔓延反應(yīng)將充分干燥后的泡沫坯體放入燃燒合成高壓反應(yīng)釜中，在坯體 前端上表面堆放少量引燃劑(Ti粉)，抽真空后充入2MPa的氮?dú)鈮毫?，以通電鎢絲圈點(diǎn)燃引 燃劑，引發(fā)坯體發(fā)生燃燒合成反應(yīng)。燃燒反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物細(xì)磨及分級(jí) 處理即可得到長徑比為2 4的0-氮化硅粉體。實(shí)施例4一種制備0 -氮化硅粉體的方法，該方法步驟如下(1)粉體活化按質(zhì)量百分比原料硅粉99%、與添加劑(NH4)HC031%進(jìn)行混合，并 置于振動(dòng)球磨機(jī)上球磨，振動(dòng)活化1個(gè)小時(shí)；(2)配制基液按有機(jī)單體甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯酸酯(MPEGMA)甲基丙 烯酰胺(MAM)l 1、交聯(lián)劑N，N’亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM)、發(fā)泡劑正辛胺和水以質(zhì)量比 30 1 5 150 的基液；(3)制備多孔坯體將100質(zhì)量份的基液倒入攪拌容器中攪拌，然后緩慢添加50 份上述活化后粉體；在攪拌速率lOOOrpm下使?jié){料充分發(fā)泡后，添加0. 5質(zhì)量份引發(fā)劑過硫 酸銨(APS)和0.5質(zhì)量份催化劑四甲基乙二胺(TEMED)，引發(fā)凝膠反應(yīng)，凝膠反應(yīng)完成后即
6制得穩(wěn)定的泡沫凝膠，注模烘干后即得多孔坯體，坯體孔隙率為90% ；(4)自蔓延反應(yīng)將充分干燥后的泡沫坯體放入燃燒合成高壓反應(yīng)釜中，在坯體 前端上表面堆放少量引燃劑(Ti粉)，抽真空后充入4. 8MPa的氮?dú)鈮毫?，以通電鎢絲圈點(diǎn)燃 引燃劑，引發(fā)坯體發(fā)生燃燒合成反應(yīng)。燃燒反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物細(xì)磨及分 級(jí)處理即可得到長徑比為1 2左右的0-氮化硅粉體。產(chǎn)物電鏡照片如圖3所示。實(shí)施例5一種制備0 -氮化硅粉體的方法，該方法步驟如下(1)粉體活化按質(zhì)量百分比原料硅粉60%、稀釋劑0 -氮化硅粉19%和a -氮 化硅粉20%與添加劑NH4C1進(jìn)行混合，并置于振動(dòng)球磨機(jī)上球磨，振動(dòng)活化5個(gè)小時(shí)；(2)配制基液按有機(jī)甲基丙烯酰胺(MAM)、交聯(lián)劑N，N’亞甲基雙丙烯酰胺 (MBAM)、發(fā)泡劑戊酸和水以質(zhì)量比30 1 3 500配制基液；(3)制備多孔坯體將100質(zhì)量份的基液倒入攪拌容器中攪拌，然后緩慢添加160 質(zhì)量份上述活化后粉體；在攪拌速率600rpm下使?jié){料充分發(fā)泡后，添加質(zhì)量比為0. 5質(zhì)量 份引發(fā)劑過硫酸銨(APS)和1質(zhì)量份催化劑四甲基乙二胺(TEMED)，引發(fā)凝膠反應(yīng)，凝膠反 應(yīng)完成后即制得穩(wěn)定的泡沫凝膠，注模烘干后即得多孔坯體，坯體孔隙率為60% ；(4)自蔓延反應(yīng)將充分干燥后的泡沫坯體放入燃燒合成高壓反應(yīng)釜中，在坯體 前端上表面堆放少量引燃劑(Ti粉)，抽真空后充入4. 7MPa的氮?dú)鈮毫?，以通電鎢絲圈點(diǎn)燃 引燃劑，引發(fā)坯體發(fā)生燃燒合成反應(yīng)。燃燒反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物細(xì)磨及分 級(jí)處理即可得到長徑比> 10的氮化硅粉體。產(chǎn)物電鏡照片如所示圖7。實(shí)施例6一種制備0 -氮化硅粉體的方法，該方法步驟如下(1)粉體活化按質(zhì)量百分比原料硅粉45%、稀釋劑0 -氮化硅粉38%和a -氮 化硅粉15%、與添加劑(NH4)HC032%進(jìn)行混合，并置于振動(dòng)球磨機(jī)上球磨，振動(dòng)活化4個(gè)小 時(shí)；(2)配制基液按有機(jī)單體甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)、交聯(lián)劑聚(乙烯基 乙二醇)雙甲基丙烯酸(PEGDMA)、發(fā)泡劑正辛胺和水以質(zhì)量比30 5 5 700配制基 液；(3)制備多孔坯體將100質(zhì)量份的基液倒入攪拌容器中攪拌，然后緩慢添加200 質(zhì)量份上述活化后粉體，在攪拌速率400rpm下使?jié){料充分發(fā)泡后，添加2質(zhì)量份引發(fā)劑偶 氮二咪唑啉丙烷(AZIP)，引發(fā)凝膠反應(yīng)，凝膠反應(yīng)完成后即制得穩(wěn)定的泡沫凝膠，注模烘干 后即得多孔坯體，坯體孔隙率為50% ；(4)自蔓延反應(yīng)將充分干燥后的泡沫坯體放入燃燒合成高壓反應(yīng)釜中，在坯體 前端上表面堆放少量引燃劑(Ti粉)，抽真空后充入4MPa的氮?dú)鈮毫?，以通電鎢絲圈點(diǎn)燃引 燃劑，引發(fā)坯體發(fā)生燃燒合成反應(yīng)。燃燒反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物細(xì)磨及分級(jí) 處理即可得到長徑比為6 8的氮化硅粉體。產(chǎn)物電鏡照片如圖6所示。圖1為本發(fā)明制備方法流程圖；圖2為實(shí)施例1中產(chǎn)物0 -氮化硅粉體XRD圖譜， 從圖中可以看出產(chǎn)物為氮化硅，無雜峰顯示有其他雜相。對(duì)比例1、將上述實(shí)施例1 4所得0 _氮化硅粉體和對(duì)比例普通市售自蔓延法制 備的氮化硅粉，按質(zhì)量比0氮化硅粉75%，環(huán)氧樹脂24%，偶聯(lián)劑在三輥研磨機(jī)上進(jìn)行混合，混合好的漿料倒入模具中，放入烤箱于100°C下固化2小時(shí)取出。將固化后的 復(fù)合材料加工成30mmX30mm，厚度為1mm的樣品。用激光脈沖法測(cè)出樣品熱導(dǎo)率，結(jié)果見表 1 表1.環(huán)氧灌封膠熱導(dǎo)率對(duì)比 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，實(shí)施例1 4的粉體制成復(fù)合材料后，熱導(dǎo)率相比普通市售自蔓 延法制備的氮化硅粉，提高了 30 60%不等。效果十分顯著。
對(duì)比例2、將上述實(shí)施例1 4所得0 _氮化硅粉體和對(duì)比例普通市售0 -氮化硅 粉，按質(zhì)量百分比0氮化硅粉85%，硅油14%，偶聯(lián)劑在三輥研磨機(jī)上進(jìn)行混合即得 導(dǎo)熱硅脂。將所得硅脂用絲網(wǎng)印刷涂抹至LW-90911R熱阻儀(臺(tái)灣瑞領(lǐng)制造)的測(cè)試臺(tái)面 上，厚度控制為0. 1mm，測(cè)定組合物的熱阻值。結(jié)果見表2
表2.導(dǎo)熱硅脂熱阻對(duì)比 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，實(shí)施例1 4的粉體制成復(fù)合材料后，熱阻相比普通市售自蔓延 法制備的氮化硅粉，降低了 14 18%不等。效果不如熱導(dǎo)率明顯，這是由于熱導(dǎo)率相 對(duì)是一種更為本征的表征方法，熱阻則與界面間接觸狀態(tài)有很大關(guān)聯(lián)，因此未能將實(shí)施例 粉體的優(yōu)勢(shì)全部發(fā)揮出來，但是這種改善在產(chǎn)品開發(fā)層面仍是十分寶貴的。
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權(quán)利要求
一種制備β-氮化硅粉體的方法，其特征在于，該方法步驟如下(1)粉體活化將原料硅粉，稀釋劑，添加劑三者的混合物置于振動(dòng)球磨機(jī)上球磨，使其充分活化；(2)配制基液將有機(jī)單體、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑溶解于水中，制成基液備用；(3)制備多孔坯體將100質(zhì)量份的基液裝入攪拌容器中攪拌，然后緩慢添加50～200質(zhì)量份的步驟(1)中活化后粉體，繼續(xù)攪拌至充分發(fā)泡，添加0.5～2質(zhì)量份的引發(fā)劑和0～1質(zhì)量份的催化劑，引發(fā)凝膠反應(yīng)，凝膠反應(yīng)完成后即制得穩(wěn)定的泡沫凝膠，注模烘干后即得多孔坯體；(4)自蔓延反應(yīng)將上述多孔坯體放入燃燒合成高壓反應(yīng)釜中，在坯體前端上表面堆放引燃劑，抽真空后充入1～5MPa的氮?dú)鈮毫?，以通電鎢絲圈點(diǎn)燃引燃劑，引發(fā)坯體發(fā)生燃燒合成反應(yīng)，燃燒反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物細(xì)磨得到β-氮化硅粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化硅粉體的方法，其特征在于，步驟⑴中， 所述原料硅粉、稀釋劑、添加劑比例按質(zhì)量百分比為硅粉40% 99% ；稀釋劑0% 59% ；添加劑 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種制備氮化硅粉體的方法，其特征在于，步驟(1) 中，所述稀釋劑為氮化硅粉末或0-氮化硅粉末；所述添加劑為冊(cè)/、冊(cè)4(1、(冊(cè)4)20)3、 NH4HC03、尿素中的任意一種或其中任意兩種及兩種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化硅粉體的方法，其特征在于步驟(1)中，所 述球磨時(shí)間為1 5小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化硅粉體的方法，其特征在于，步驟⑵中， 所述有機(jī)單體、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑和水以質(zhì)量比30 1 5 1 10 150 800混合備用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種制備氮化硅粉體的方法，其特征在于，步驟(2) 中，所述有機(jī)單體為丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰胺(MAM)、乙烯基毗咯酮(NVP)、甲氧基聚乙 二醇單甲基丙烯酸酯(MPEGMA)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)中的任意一種或其中 任意兩種及兩種以上的混合物；所述的交聯(lián)劑為N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM)、聚(乙 烯基乙二醇)雙甲基丙烯酸(PEGDMA)中任意一種；所述的發(fā)泡劑為正辛胺、正戊酸和曲拉 通X-100中任意一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化硅粉體的方法，其特征在于，步驟(3)中， 所述引發(fā)劑為過硫酸銨(APS)、偶氮二咪唑啉丙烷(AZIP)、偶氮二異丁咪鹽酸鹽(AZAP)中 的任意一種或其中任意兩種及兩種以上的混合物；所述催化劑為四甲基乙二胺(TEMED)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化硅粉體的方法，其特征在于，所述多孔坯體 的孔隙率在50% 90%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備氮化硅粉體的方法，其特征在于，所述方法得到 的氮化硅粉體呈均勻的棒狀，其直徑為1 3 ym，長徑比為1 10。
10.權(quán)利要求1至9任意一個(gè)權(quán)利要求所述方法得到的氮化硅粉體在復(fù)合材料方 面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于β-氮化硅粉體制備技術(shù)領(lǐng)域的一種制備β-氮化硅粉體的方法。將原料硅粉，稀釋劑，添加劑三者的混合物球磨活化；再向有機(jī)單體、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑溶解于水中制成的基液中添加活化后粉體，充分發(fā)泡，添加引發(fā)劑和催化劑，引發(fā)凝膠反應(yīng)，得泡沫凝膠，注模烘干后得多孔坯體；多孔坯體在氮?dú)鈿夥障伦月臃磻?yīng)，得到β-氮化硅粉體。利用發(fā)泡法可以制得多孔疏松的原料坯體，高孔隙率給晶粒提供了充分的生長空間，同時(shí)孔隙的稀釋作用也能降低反應(yīng)劇烈程度，給晶粒提供了更多的生長時(shí)間，有助于制得更接近六方柱狀的β-氮化硅晶粒及緩解微燒結(jié)現(xiàn)象，用該方法制得的粉體用于復(fù)合材料中，在提高熱導(dǎo)率或降低熱阻上具有顯著的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)C04B35/626GK101857441SQ201010216918
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者崔巍, 祝淵, 袁軒一, 陳克新 申請(qǐng)人:清華大學(xué)