本發(fā)明屬于氮化硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

氮化硅具有機械強度高、熱穩(wěn)定性好、化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，對于現(xiàn)代技術(shù)中經(jīng)常遇到的高溫、高速、強腐蝕介質(zhì)和高磨損的工作環(huán)境，具有特殊的用途。氮化硅在工業(yè)上的用途很廣泛，可應(yīng)用于冶金、機械、化工、半導體、航空航天和汽車工業(yè)領(lǐng)域，作為渦輪葉片、高溫軸承、高速切削工具、耐熱部件、耐磨耐腐部件等。隨著氮化硅應(yīng)用范圍的不斷擴大和對氮化硅品質(zhì)要求的不斷提高，氮化硅粉體的制備越來越受到重視。

已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的氮化硅制備技術(shù)有四種：(1)硅粉直接氮化法，包括低壓高溫氮化和高壓自蔓延氮化；(2)碳熱還原法，由二氧化硅和碳粉在氮氣中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氮化硅；(3)低溫硅烷法，由四氯化硅和氨氣生成中間產(chǎn)物含氮硅烷化合物Si(NH)₂，然后再熱解為氮化硅；(4)高溫硅烷法，由四氯化硅或甲硅烷在高溫下直接和氨氣發(fā)生反應(yīng)生成氮化硅。在上述方法中，低溫硅烷法和高溫硅烷法容易實現(xiàn)對原材料的提純，適宜于高純氮化硅粉體的制備。但高溫硅烷法中，甲硅烷易燃易爆，危險性高，而以四氯化硅作為原料時，需要采用等離子體、激光等技術(shù)進行反應(yīng)強化，投資大，產(chǎn)率低，成本高。

低溫硅烷法所制備的氮化硅以其高質(zhì)量被人們普遍接受，但低溫硅烷法中含氮硅烷化合物的合成為強放熱的快速反應(yīng)，含氮硅烷化合物中容易夾帶氯元素，因此目前其生產(chǎn)一般采用四氯化硅和氨的液液界面反應(yīng)來控制反應(yīng)速度，然后再用大量液氨洗去 氯化銨副產(chǎn)物的方法得到純凈的含氮硅烷化合物，最后再熱分解為氮化硅。液液界面反應(yīng)速率慢，工藝復(fù)雜，產(chǎn)能低，致使其成本一直高居不下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將制備過程中生成的氨氣再利用與第二氯硅烷反應(yīng)，重新生成了制備氮化硅所需的中間體第二含氮硅烷化合物，從而節(jié)約了成本。

解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)，包括：

第一反應(yīng)器，用于載氣中原料第一氯硅烷與原料第一氨氣反應(yīng)，得到第一固體混合物和第一氣體混合物，其中，所述第一固體混合物包括所述第一氯硅烷與所述第一氨氣反應(yīng)生成的第一含氮硅烷化合物和第一氯化銨，所述第一氣體混合物包括載氣和第一氨氣；

加熱裝置，與所述第一反應(yīng)器連接，所述第一反應(yīng)器內(nèi)的所述第一固體混合物進入所述加熱裝置，所述加熱裝置用于加熱所述第一固體混合物反應(yīng)，得到第二固體物質(zhì)和第二氣體混合物，其中，所述第二氣體混合物包括所述第一氯化銨經(jīng)過加熱生成的氨氣和氯化氫，所述第二固體物質(zhì)包括所述第一含氮硅烷化合物經(jīng)過加熱生成的高α相含量的氮化硅；

淋洗塔，與所述加熱裝置連接，所述第二氣體混合物進入所述淋洗塔，所述淋洗塔用于通入第二氯硅烷對所述第二氣體混合物進行淋洗，得到第三固體混合物和第三氣體物質(zhì)，其中，所述第三固體混合物包括所述第二氯硅烷與所述第二氣體混合物中的氨氣反應(yīng)生成的第二含氮硅烷化合物和第二氯化銨，所述第三氣體物質(zhì)包括氯化氫。

本發(fā)明的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)可以將制備過程中生成的氨氣再利用與第二氯硅烷反應(yīng)，重新生成了制備氮化硅所需的中間體第 二含氮硅烷化合物，從而節(jié)約了成本。

第一反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)為氣氣反應(yīng)，原料氣的流量和反應(yīng)均很容易控制。

本發(fā)明的含氮硅烷化合物一般也稱為硅二亞胺，容易吸收或放出氨氣后以Si-N-H系化合物形式存在，含氮硅烷化合物多數(shù)可用Si(NH)₂式表示，Si(NH)₂并不是一具體的物質(zhì)，該類化合物可以為Si₆N₁₃H₁₅、Si₆N₁₂H₁₂、Si₆N₁₁H₉等。

所述第一反應(yīng)器內(nèi)的載氣為氮氣、氨氣、惰性氣體中的一種，通過載氣對反應(yīng)所用的原料進行稀釋。

氯硅烷用載氣通入，優(yōu)選的載氣為氮氣，并控制氮氣的流量為第一氯硅烷的2倍以上，以控制反應(yīng)速度并防止生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)出現(xiàn)管道堵塞。

優(yōu)選的是，所述第一氯硅烷為四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅中的一種或幾種。

所采用的原料第一氯硅烷和原料第一氨氣純度均在99.99％及以上，另外第一氨氣和載氣均要進行脫水處理。

優(yōu)選的是，所述第一反應(yīng)器內(nèi)，所述加熱載氣中原料第一氯硅烷與原料第一氨氣反應(yīng)的溫度為10～100℃，壓力為0～1MPa。

優(yōu)選的是，所述第一反應(yīng)器內(nèi)，所述第一氯硅烷和所述第一氨氣的摩爾比為1：(6～30)。氨氣過量可以使得氯硅烷反應(yīng)完全。

優(yōu)選的是，所述淋洗塔的塔釜與所述加熱裝置的入口連接，用于所述第三固體混合物進入所述加熱裝置。則所述第三固體混合物與所述第一固體混合物混合，重復(fù)循環(huán)所述加熱裝置內(nèi)的反應(yīng)。

優(yōu)選的是，所述加熱裝置包括：

第一加熱器，包括第一加熱器的入口、第一加熱器的第一出口、第一加熱器的第二出口，所述第一加熱器的入口與所述第一反應(yīng)器連接，用于所述第一反應(yīng)器內(nèi)的所述第一固體混合物進入所述第一加熱器，在非氧化性氣氛下，加熱所述第一固體混合物反應(yīng)，得到第四固體混合物和第四氣體混合物，所述第四氣體混 合物包括所述第一加熱器內(nèi)的所述非氧化性氣氛的氣體、所述第一氯化銨發(fā)生熱分解生成的氨氣和氯化氫，所述第四固體混合物包括所述第一含氮硅烷化合物，通過該步除去了副產(chǎn)物第一氯化銨，所述第一加熱器的第一出口與所述淋洗塔連接，所述第四氣體混合物經(jīng)過所述第一加熱器的第一出口進入所述淋洗塔；

第二加熱器，包括第二加熱器的入口、第二加熱器的第一出口、第二加熱器的第二出口，所述第二加熱器的入口與所述第一加熱器的第二出口連接，用于所述第一加熱器內(nèi)的所述第四固體混合物進入所述第二加熱器內(nèi)，在氨氣氣氛下，加熱所述第四固體混合物，得到第五固體混合物和第五氣體混合物，所述第五固體混合物包括所述第一含氮硅烷化合物發(fā)生熱分解生成無定形的氮化硅，所述第五氣體混合物包括氨氣氣氛的氣體、氯化氫、所述第一含氮硅烷化合物發(fā)生熱分解生成的氨氣，所述第二加熱器的第一出口與所述淋洗塔連接，所述第五氣體混合物經(jīng)過所述第二加熱器的第一出口進入所述淋洗塔；所述第一含氮硅烷化合物發(fā)生熱分解生成的氨氣進入第一含氮硅烷化合物的內(nèi)部，除去其中內(nèi)部的氯元素，避免了現(xiàn)有技術(shù)中液氨洗滌除去氯元素的方法，極大簡化了氮化硅的生產(chǎn)流程。第一加熱器的第一出口、第二加熱器的第一出口均與淋洗塔連接，可以同時回收第四氣體混合物和第五氣體混合物中的氨氣，降低處理成本。

第三加熱器，與所述第二加熱器的第二出口連接，所述第二加熱器內(nèi)的所述第五固體混合物進入所述第三加熱器內(nèi)，用于在非氧化性氣氛下，加熱所述第五固體混合物，得到所述第二固體物質(zhì)和所述第二氣體混合物，所述無定形的氮化硅經(jīng)過加熱生成高α相含量的氮化硅。

優(yōu)選的是，所述第一加熱器內(nèi)，所述加熱所述第一固體混合物反應(yīng)的溫度為500～600℃，加熱時間為1～2小時；

所述第二加熱器內(nèi)，所述加熱所述第四固體混合物的溫度為650～1200℃，加熱時間為2～8小時；

所述第三加熱器內(nèi)，所述加熱所述第五固體混合物的溫度為 1250～1700℃，加熱時間為2～8小時。

優(yōu)選的是，所述第三加熱器內(nèi)，所述加熱所述第五固體混合物的溫度為1350～1600℃，溫度過低，則相轉(zhuǎn)變時間長，溫度過高，則容易提升氮化硅中β相的含量。

優(yōu)選的是，所述的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)還包括：

第二反應(yīng)器，包括第二反應(yīng)器的入口和第二反應(yīng)器的出口，所述第二反應(yīng)器的入口與所述淋洗塔的塔頂連接，用于所述第三氣體物質(zhì)由所述淋洗塔的塔頂進入所述第二反應(yīng)器，所述第二反應(yīng)器用于通入硅粉與所述第三氣體物質(zhì)加熱反應(yīng)得到第三氯硅烷，所述第二反應(yīng)器的出口與第一反應(yīng)器的入口連接，所述第三氯硅烷進入所述第一反應(yīng)器內(nèi)。則所述第三氯硅烷與所述第一氯硅烷混合，重復(fù)所述第一反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)，重新用于氮化硅的生產(chǎn)。

優(yōu)選的是，所述第二反應(yīng)器用于通入硅粉與所述第三氣體物質(zhì)加熱反應(yīng)得到第三氯硅烷的反應(yīng)溫度為300～500℃，更優(yōu)選的是，325～400℃，通過控制反應(yīng)的溫度，可以調(diào)節(jié)生成的第三氯硅烷產(chǎn)物中各組分如四氯化硅、三氯氫硅的含量?？梢詫⑦^程中生成的氯化氫再利用與硅粉反應(yīng)重新生成制備氮化硅所需的原料氯硅烷。

第二反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)物第三氯硅烷也是多晶硅生產(chǎn)的原料，因此該產(chǎn)物可以并入到多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)中，實現(xiàn)氮化硅和多晶硅的聯(lián)產(chǎn)，進一步降低成本。

優(yōu)選的是，所述的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)還包括：

精餾裝置，包括精餾裝置的入口和精餾裝置的出口，所述精餾裝置的入口與所述第二反應(yīng)器的出口連接，所述精餾裝置的出口與第一反應(yīng)器的入口連接，所述精餾裝置用于對所述第三氯硅烷進行精餾提純，提純過的第三氯硅烷進入所述第一反應(yīng)器。

優(yōu)選的是，所述第二反應(yīng)器的出口還與淋洗塔連接，用于所述第三氯硅烷進入所述淋洗塔內(nèi)用于淋洗。則所述第三氯硅烷與所述第二氯硅烷混合，重復(fù)所述淋洗塔內(nèi)的淋洗。

優(yōu)選的是，所述的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)還包括：

過濾器，包括過濾器的入口、過濾器的第一出口、過濾器的第二出口，所述過濾器的入口與第一反應(yīng)器連接，所述第一反應(yīng)器內(nèi)的第一氣體混合物以及部分第一固體混合物進入所述過濾器，所述過濾器用于氣固過濾分離得到分離開的部分所述第一固體混合物和所述第一氣體混合物，所述過濾器的第一出口與所述加熱裝置連接，部分所述第一固體混合物通過所述過濾器的第一出口進入所述加熱裝置，所述過濾器的第二出口與所述第一反應(yīng)器連接，所述第一氣體混合物通過所述過濾器的第二出口進入所述第一反應(yīng)器。第一反應(yīng)器內(nèi)生成的所述第一固體混合物沉降在第一反應(yīng)器底部，部分被未反應(yīng)的氨氣帶出到過濾器。第一反應(yīng)器的底部的第一固體混合物可以連續(xù)排出，也可以間歇式的排出。

優(yōu)選的是，所述的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)還包括：

冷卻器，包括冷卻器的入口、冷卻器的第一出口、冷卻器的第二出口，所述冷卻器的入口與所述過濾器的第二出口連接，用于所述第一氣體混合物通過所述過濾器的第二出口進入所述冷卻器，所述冷卻器用于冷卻分離得到液氨和載氣；所述冷卻器內(nèi)的溫度為-35～-50℃。

載氣儲罐，包括載氣儲罐的入口和載氣儲罐的出口，所述載氣儲罐的入口與所述冷卻器的第一出口連接，用于所述冷卻器內(nèi)的載氣通過所述冷卻器的第一出口進入到所述載氣儲罐的入口，所述載氣儲罐的出口與所述第一反應(yīng)器連接；載氣儲罐內(nèi)的載氣重新用于第一反應(yīng)器內(nèi)的載氣。

液氨儲罐，包括液氨儲罐的入口和液氨儲罐的出口，所述液氨儲罐的入口與所述冷卻器的第二出口連接，用于所述冷卻器內(nèi)的液氨通過所述冷卻器的第二出口進入到所述液氨儲罐的入口，所述液氨儲罐的出口與所述第一反應(yīng)器連接。當然，液氨儲罐內(nèi)的液氨也可以用作加熱裝置內(nèi)的保護氣氛。

優(yōu)選的是，所述第二氯硅烷為四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅中的一種或幾種。

優(yōu)選的是，所述第三氯硅烷為四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅中的一種或幾種。

本發(fā)明的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)可以實現(xiàn)中間體第一含氮硅烷化合物的連續(xù)化生產(chǎn)，整個氮化硅的生產(chǎn)為閉環(huán)工藝，副產(chǎn)物和未反應(yīng)的反應(yīng)物得到了回收利用，需要補充的原料為僅為硅粉和氨氣，可大幅降低氮化硅的生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1、2中的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例2中的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例2中的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-第一反應(yīng)器；2-加熱裝置；3-淋洗塔；31-淋洗塔的塔釜；32-淋洗塔的塔頂；33-淋洗塔的第一進料口；34-淋洗塔的第二進料口；4-第一加熱器；41-第一加熱器的入口；42-第一加熱器的第一出口；43-第一加熱器的第二出口；5-第二加熱器；51-第二加熱器的入口；52-第二加熱器的第一出口；53-第二加熱器的第二出口；6-第三加熱器；7-第二反應(yīng)器；71-第二反應(yīng)器的入口；72-第二反應(yīng)器的出口；8-精餾裝置；81-精餾裝置的入口；82-精餾裝置的出口；9-過濾器；91-過濾器的入口；92-過濾器的第一出口；93-過濾器的第二出口；10-冷卻器；101-冷卻器的入口；102-冷卻器的第一出口；103-冷卻器的第二出口；11-載氣儲罐；111-載氣儲罐的入口；112-載氣儲罐的出口；12-液氨儲罐；121-液氨儲罐的入口；122-液氨儲罐的出口。

具體實施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例1

如圖1所示，本實施例技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)，包括：

第一反應(yīng)器1，用于加熱載氣中原料第一氯硅烷與原料第一氨氣反應(yīng)，得到第一固體混合物和第一氣體混合物，其中，所述第一固體混合物包括所述第一氯硅烷與所述第一氨氣反應(yīng)生成的第一含氮硅烷化合物和第一氯化銨，所述第一氣體混合物包括載氣和第一氨氣；

加熱裝置2，與所述第一反應(yīng)器1連接，所述第一反應(yīng)器1內(nèi)的所述第一固體混合物進入所述加熱裝置2，所述加熱裝置2用于加熱所述第一固體混合物反應(yīng)，得到第二固體物質(zhì)和第二氣體混合物，其中，所述第二氣體混合物包括所述第一氯化銨經(jīng)過加熱生成的氨氣和氯化氫，所述第二固體物質(zhì)包括所述第一含氮硅烷化合物經(jīng)過加熱生成的高α相含量的氮化硅；

淋洗塔3，與所述加熱裝置2連接，所述第二氣體混合物進入所述淋洗塔3，所述淋洗塔3用于通入第二氯硅烷對所述第二氣體混合物進行淋洗，得到第三固體混合物和第三氣體物質(zhì)，其中，所述第三固體混合物包括所述第二氯硅烷與所述第二氣體混合物中的氨氣反應(yīng)生成的第二含氮硅烷化合物和第二氯化銨，所述第三氣體物質(zhì)包括氯化氫。

第一反應(yīng)器1內(nèi)的反應(yīng)為氣氣反應(yīng)，原料氣的流量和反應(yīng)均很容易控制。

本實施例的含氮硅烷化合物一般也稱為硅二亞胺，容易吸收或放出氨氣后以Si-N-H系化合物形式存在，含氮硅烷化合物多數(shù)可用Si(NH)₂式表示，Si(NH)₂并不是一具體的物質(zhì)，該類化合物可以為Si₆N₁₃H₁₅、Si₆N₁₂H₁₂、Si₆N₁₁H₉等。

所述第一反應(yīng)器1內(nèi)的載氣為氮氣、氨氣、惰性氣體中的一種，通過載氣對反應(yīng)所用的原料進行稀釋。

氯硅烷用載氣通入，優(yōu)選的載氣為氮氣，并控制氮氣的流量為第一氯硅烷的2倍以上，以控制反應(yīng)速度并防止生產(chǎn)氮化硅的 系統(tǒng)出現(xiàn)管道堵塞。

本實施例的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)可以將制備過程中生成的氨氣再利用與第二氯硅烷反應(yīng)，重新生成了制備氮化硅所需的中間體第二含氮硅烷化合物，從而節(jié)約了成本。

實施例2

如圖1、2所示，本實施例技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)，包括：

第一反應(yīng)器1，用于加熱載氣中原料第一氯硅烷與原料第一氨氣反應(yīng)，得到第一固體混合物和第一氣體混合物，其中，所述第一固體混合物包括所述第一氯硅烷與所述第一氨氣反應(yīng)生成的第一含氮硅烷化合物和第一氯化銨，所述第一氣體混合物包括載氣和第一氨氣；

加熱裝置2，與所述第一反應(yīng)器1連接，所述第一反應(yīng)器1內(nèi)的所述第一固體混合物進入所述加熱裝置2，所述加熱裝置2用于加熱所述第一固體混合物反應(yīng)，得到第二固體物質(zhì)和第二氣體混合物，其中，所述第二氣體混合物包括所述第一氯化銨經(jīng)過加熱生成的氨氣和氯化氫，所述第二固體物質(zhì)包括所述第一含氮硅烷化合物經(jīng)過加熱生成高α相含量的氮化硅；

淋洗塔3，淋洗塔3包括淋洗塔的第一進料口33和淋洗塔的第二進料口34，淋洗塔的第一進料口33與所述加熱裝置2連接，所述第二氣體混合物進入所述淋洗塔3，所述淋洗塔3用于通入第二氯硅烷對所述第二氣體混合物進行淋洗，得到第三固體混合物和第三氣體物質(zhì)，其中，所述第三固體混合物包括所述第二氯硅烷與所述第二氣體混合物中的氨氣反應(yīng)生成的第二含氮硅烷化合物和第二氯化銨，所述第三氣體物質(zhì)包括氯化氫。

本實施例的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)可以將制備過程中生成的氨氣再利用與第二氯硅烷反應(yīng)，重新生成了制備氮化硅所需的中間體第二含氮硅烷化合物，從而節(jié)約了成本。

第一反應(yīng)器1內(nèi)的反應(yīng)為氣氣反應(yīng)，原料氣的流量和反應(yīng)均 很容易控制。

本實施例的含氮硅烷化合物一般也稱為硅二亞胺，容易吸收或放出氨氣后以Si-N-H系化合物形式存在，含氮硅烷化合物多數(shù)可用Si(NH)₂式表示，Si(NH)₂并不是一具體的物質(zhì)，該類化合物可以為Si₆N₁₃H₁₅、Si₆N₁₂H₁₂、Si₆N₁₁H₉等。

所述第一反應(yīng)器1內(nèi)的載氣為氮氣、氨氣、惰性氣體中的一種，通過載氣對反應(yīng)所用的原料進行稀釋。

氯硅烷用載氣通入，優(yōu)選的載氣為氮氣，并控制氮氣的流量為第一氯硅烷的2倍以上，以控制反應(yīng)速度并防止生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)出現(xiàn)管道堵塞。

優(yōu)選的是，所述第一氯硅烷為四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅中的一種或幾種。

所采用的原料第一氯硅烷和原料第一氨氣純度均在99.99％及以上，另外第一氨氣和載氣均要進行脫水處理。

優(yōu)選的是，所述第一反應(yīng)器1內(nèi)，所述加熱載氣中原料第一氯硅烷與原料第一氨氣反應(yīng)的溫度為10～100℃，壓力為0～1MPa。

優(yōu)選的是，所述第一反應(yīng)器1內(nèi)，所述第一氯硅烷和所述第一氨氣的摩爾比為1：(6～30)。氨氣過量可以使得氯硅烷反應(yīng)完全。

優(yōu)選的是，所述淋洗塔的塔釜31與所述加熱裝置2的入口連接，所述第三固體混合物進入所述加熱裝置2。則所述第三固體混合物與所述第一固體混合物混合，重復(fù)循環(huán)所述加熱裝置2內(nèi)的反應(yīng)。

優(yōu)選的是，所述加熱裝置2包括：

第一加熱器4，包括第一加熱器的入口41、第一加熱器的第一出口42、第一加熱器的第二出口43，第一加熱器的入口41與所述第一反應(yīng)器1連接，所述第一反應(yīng)器1內(nèi)的所述第一固體混合物進入所述第一加熱器4，在非氧化性氣氛下，加熱所述第一固體混合物反應(yīng)，得到第四固體混合物和第四氣體混合物，所述第四氣體混合物包括所述第一加熱器4內(nèi)的所述非氧化性氣氛的氣 體、所述第一氯化銨發(fā)生熱分解生成的氨氣和氯化氫，所述第四固體混合物包括所述第一含氮硅烷化合物；通過該步除去了副產(chǎn)物第一氯化銨，所述第一加熱器的第一出口42與所述淋洗塔的第一進料口33連接，所述第四氣體混合物經(jīng)過所述第一加熱器的第一出口42進入所述淋洗塔的第一進料口33。

第二加熱器5，包括第二加熱器的入口51、第二加熱器的第一出口52、第二加熱器的第二出口53，所述第二加熱器的入口51與所述第一加熱器的第二出口43連接，所述第一加熱器4內(nèi)的所述第四固體混合物進入所述第二加熱器5內(nèi)，在氨氣氣氛下，加熱所述第四固體混合物，得到第五固體混合物和第五氣體混合物，所述第五固體混合物包括所述第一含氮硅烷化合物發(fā)生熱分解生成無定形的氮化硅，所述第五氣體混合物包括氨氣氣氛的氣體、氯化氫、所述第一含氮硅烷化合物發(fā)生熱分解生成的氨氣，所述第二加熱器的第一出口52與所述淋洗塔的第一進料口33連接，所述第五氣體混合物經(jīng)過所述第二加熱器的第一出口52進入所述淋洗塔的第一進料口33；所述氨氣氣氛可以進入所述第四固體混合物或第五固體混合物的內(nèi)部，這是本步驟利用氨氣作為氣氛的目的，除去其中內(nèi)部的氯元素，避免了現(xiàn)有技術(shù)中液氨洗滌除去氯元素的方法，極大簡化了氮化硅的生產(chǎn)流程。第一加熱器的第一出口42、第二加熱器的第一出口52均與淋洗塔的第一進料口33連接，可以同時回收第四氣體混合物和第五氣體混合物中的氨氣，降低處理成本。

第三加熱器6，與所述第二加熱器的第二出口53連接，所述第二加熱器5內(nèi)的所述第五固體混合物進入所述第三加熱器6內(nèi)，在非氧化性氣氛下，加熱所述第五固體混合物，得到所述第二固體物質(zhì)和所述第二氣體混合物，所述無定形的氮化硅經(jīng)過加熱生成高α相含量的氮化硅。

優(yōu)選的是，所述第一加熱器4內(nèi)，所述加熱所述第一固體混合物反應(yīng)的溫度為500～600℃，加熱時間為1～2小時；

所述第二加熱器5內(nèi)，所述加熱所述第四固體混合物的溫度 為650～1200℃，加熱時間為2～8小時；

所述第三加熱器6內(nèi)，所述加熱所述第五固體混合物的溫度為1250～1700℃，加熱時間為2～8小時。

優(yōu)選的是，所述第三加熱器6內(nèi)，所述加熱所述第五固體混合物的溫度為1350～1600℃，溫度過低，則相轉(zhuǎn)變時間長，溫度過高，則容易提升氮化硅中β相的含量。

優(yōu)選的是，所述的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)還包括：

第二反應(yīng)器7，包括第二反應(yīng)器的入口71和第二反應(yīng)器的出口72，所述第二反應(yīng)器的入口71與所述淋洗塔的塔頂32連接，所述第三氣體物質(zhì)由所述淋洗塔的塔頂32進入所述第二反應(yīng)器7，所述第二反應(yīng)器7用于通入硅粉與所述第三氣體物質(zhì)加熱反應(yīng)得到第三氯硅烷，所述第二反應(yīng)器的出口72與所述第一反應(yīng)器1的入口連接，所述第三氯硅烷進入所述第一反應(yīng)器1內(nèi)。則所述第三氯硅烷與所述第一氯硅烷混合，重復(fù)所述第一反應(yīng)器1內(nèi)的反應(yīng)，重新用于氮化硅的生產(chǎn)。

優(yōu)選的是，所述第二反應(yīng)器7用于通入硅粉與所述第三氣體物質(zhì)加熱反應(yīng)得到第三氯硅烷的反應(yīng)溫度為300～500℃，更優(yōu)選的是，325～400℃，通過控制反應(yīng)的溫度，可以調(diào)節(jié)生成的第三氯硅烷產(chǎn)物中各組分如四氯化硅、三氯氫硅的含量。

第二反應(yīng)器7內(nèi)的產(chǎn)物第三氯硅烷也是多晶硅生產(chǎn)的原料，因此該產(chǎn)物可以并入到多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)中，實現(xiàn)氮化硅和多晶硅的聯(lián)產(chǎn)，進一步降低成本。

優(yōu)選的是，所述的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)還包括：

精餾裝置8，包括精餾裝置的入口81和精餾裝置的出口82，所述精餾裝置的入口81與所述第二反應(yīng)器的出口72連接，所述精餾裝置的出口82與所述第一反應(yīng)器的入口13連接，所述精餾裝置8用于對所述第三氯硅烷進行精餾提純。

優(yōu)選的是，所述第二反應(yīng)器的出口72還與淋洗塔的第二進料口34連接，所述第三氯硅烷進入所述淋洗塔3內(nèi)用于淋洗。則所述第三氯硅烷與所述第二氯硅烷混合，重復(fù)所述淋洗塔3內(nèi)的淋 洗。

如圖3所示，優(yōu)選的是，所述的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)還包括：

過濾器9，包括過濾器的入口91、過濾器的第一出口92、過濾器的第二出口93，所述過濾器的入口91與第一反應(yīng)器1連接，所述第一反應(yīng)器1內(nèi)的第一氣體混合物以及部分第一固體混合物進入所述過濾器9，所述過濾器9用于氣固過濾分離得到分離開的部分所述第一固體混合物和所述第一氣體混合物，所述過濾器的第一出口92與所述加熱裝置2連接，部分所述第一固體混合物通過所述過濾器的第一出口92進入所述加熱裝置2，所述過濾器的第二出口93與所述第一反應(yīng)器1連接，所述第一氣體混合物通過所述過濾器的第二出口93進入所述第一反應(yīng)器1。第一反應(yīng)器1內(nèi)生成的所述第一固體混合物沉降在第一反應(yīng)器1的底部，部分被未反應(yīng)的氨氣帶出到過濾器9。第一反應(yīng)器1的底部的第一固體混合物可以連續(xù)排出，也可以間歇式的排出。

優(yōu)選的是，所述的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)還包括：

冷卻器10，包括冷卻器的入口101、冷卻器的第一出口102、冷卻器的第二出口103，所述冷卻器的入口101與所述過濾器的第二出口93連接，所述第一氣體混合物通過所述過濾器的第二出口93進入所述冷卻器10，所述冷卻器10用于冷卻分離得到液氨和載氣；所述冷卻器10內(nèi)的溫度為-35～-50℃。

載氣儲罐11，包括載氣儲罐的入口111和載氣儲罐的出口112，所述載氣儲罐的入口111與所述冷卻器的第一出口102連接，所述冷卻器10內(nèi)的載氣通過所述冷卻器的第一出口102進入到所述載氣儲罐的入口111，所述載氣儲罐的出口112與所述第一反應(yīng)器1連接；載氣儲罐11內(nèi)的載氣重新用于第一反應(yīng)器1內(nèi)的載氣。

液氨儲罐12，包括液氨儲罐的入口121和液氨儲罐的出口122，所述液氨儲罐的入口121與所述冷卻器的第二出口103連接，所述冷卻器10內(nèi)的液氨通過所述冷卻器的第二出口103進入到所述液氨儲罐的入口121，所述液氨儲罐的出口122與所述第一反應(yīng)器1連接。當然，液氨儲罐12內(nèi)的液氨也可以用作加熱裝置2內(nèi) 的保護氣氛。

優(yōu)選的是，所述第二氯硅烷為四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅中的一種或幾種。

優(yōu)選的是，所述第三氯硅烷為四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅中的一種或幾種。

本實施例的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)可以實現(xiàn)中間體第一含氮硅烷化合物的連續(xù)化生產(chǎn)，整個氮化硅的生產(chǎn)為閉環(huán)工藝，副產(chǎn)物和未反應(yīng)的反應(yīng)物得到了回收利用，需要補充的原料為僅為硅粉和氨氣，可大幅降低氮化硅的生產(chǎn)成本。

實施例3

本實施例提供一種使用實施例2中的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)制備氮化硅的方法，包括以下步驟：

(1)在容積為4L的反應(yīng)器中先充滿0.1MPa的氨氣?？刂瓢睔饬魉贋?20mL/min，向反應(yīng)器內(nèi)加入40mL/min的四氯化硅氣體。通過背壓閥控制反應(yīng)器內(nèi)的壓力恒定在0.1MPa，通過溫度調(diào)節(jié)器控制內(nèi)部溫度為100℃。在較低的通入氣速下，生成的硅二亞胺基本都沉降在反應(yīng)器的底部。反應(yīng)1h后，在反應(yīng)器的底部得到重量為28.3g的疏松硅二亞胺和氯化銨混合粉末。

(2)將得到的硅二亞胺固體粉末置于管式爐中進行熱處理1h，熱處理溫度為550℃，保護氣氛為氨氣，以除去硅二亞胺表面的氯化銨。熱處理后，得到粗硅二亞胺固體粉末6.1g，其中的Cl含量為200ppm。

(3)將粗硅二亞胺粉末進行簡單的研磨后，放入管式爐中進行高溫熱解處理。熱處理時，從650℃開始升溫，經(jīng)1h升溫至1100℃后再保溫4h，整個過程以氨氣作為保護氣氛。熱解處理后，得到無定形的氮化硅粉末。經(jīng)檢測，氮化硅中的氯含量降至45ppm。

(4)最后將無定形的氮化硅粉末進行高溫相轉(zhuǎn)變處理，在1400℃的溫度下保溫4h，得到氮化硅產(chǎn)品，研磨后，氮化硅產(chǎn)品 中的α相氮化硅含量為96.5wt％，金屬雜質(zhì)含量<30ppm，氯含量為45ppm，氧含量為0.8wt％。

實施例4

本實施例提供一種使用實施例2中的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)制備氮化硅的方法，包括以下步驟：

(1)采用實施例1中的反應(yīng)器，控制氨氣流速為1L/min，向反應(yīng)器內(nèi)加入300mL/min的氮氣和三氯氫硅的混合氣體，其中氮氣和四氯化硅的摩爾比為2:1。通過背壓閥控制反應(yīng)器內(nèi)的壓力恒定在0.5MPa，通過溫度調(diào)節(jié)器控制內(nèi)部溫度為50℃。反應(yīng)1h后，共從反應(yīng)器底部和反應(yīng)器出口出的微孔過濾器得到69.0g的疏松硅二亞胺和氯化銨混合粉末。

(2)將得到的硅二亞胺固體粉末置于管式爐中進行熱處理2h，熱處理溫度為500℃，保護氣氛為氨氣，以除去硅二亞胺表面的氯化銨。熱處理后，得到粗硅二亞胺固體粉末14.7g，其中的Cl含量為240ppm。

(3)將粗硅二亞胺粉末進行簡單的研磨后，放入管式爐中進行高溫熱解處理。熱處理時，從650℃開始升溫，經(jīng)1h升溫至1200℃后再保溫4h，整個過程以氨氣作為保護氣氛。熱解處理后，得到無定形的氮化硅粉末。經(jīng)檢測，氮化硅中的氯含量降至50ppm。

(4)最后將無定形的氮化硅粉末進行高溫相轉(zhuǎn)變處理，在1650℃的溫度下保溫3h，得到高純的氮化硅產(chǎn)品，研磨后，氮化硅產(chǎn)品中的α相氮化硅含量為97.3wt％，金屬雜質(zhì)含量<30ppm，氯含量為50ppm，氧含量為0.9wt％。

實施例5

本實施例提供一種使用實施例2中的生產(chǎn)氮化硅的系統(tǒng)制備氮化硅的方法，包括以下步驟：

(1)同實施例1的反應(yīng)器?？刂瓢睔饬魉贋?L/min，向反應(yīng) 器內(nèi)加入1.2L/min的氮氣和四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅的混合氣體，其中氮氣和四氯化硅、三氯氫硅的摩爾比為6:1:1:0.5。通過背壓閥控制反應(yīng)器內(nèi)的壓力恒定在1.0MPa，通過溫度調(diào)節(jié)器控制內(nèi)部溫度為60℃。反應(yīng)1h后，共從反應(yīng)器底部和反應(yīng)器出口出的微孔過濾器得到206.8g的疏松硅二亞胺和氯化銨混合粉末。

(2)將得到的硅二亞胺固體粉末置于管式爐中進行熱處理1h，熱處理溫度為600℃，保護氣氛為氨氣，以除去硅二亞胺表面的氯化銨。熱處理后，得到粗硅二亞胺固體粉末43.2g，其中的Cl含量為350ppm。

(3)將粗硅二亞胺粉末進行簡單的研磨后，放入管式爐中進行高溫熱解處理。熱處理時，從650℃開始升溫，經(jīng)1h升溫至1000℃后再保溫8h，整個過程以氨氣作為保護氣氛。熱解處理后，得到無定形的氮化硅粉末。經(jīng)檢測，氮化硅中的氯含量降至63ppm。

(4)最后將無定形的氮化硅粉末進行高溫相轉(zhuǎn)變處理，在1300℃的溫度下保溫8h，得到高純的氮化硅產(chǎn)品，研磨后，其α相含量為95.4wt％，金屬雜質(zhì)含量<30ppm，氯含量為63ppm，氧含量為0.6wt％。

收集硅二亞胺熱處理時的尾氣，并保持尾氣的溫度在550℃。然后在尾氣中噴入尾氣體積比2倍的四氯化硅和三氯氫硅混合物，其中四氯化硅和三氯氫硅的摩爾比為1:1，使尾氣中的氨氣完全與氯硅烷反應(yīng)生成硅二亞胺。用氣相色譜檢測，反應(yīng)后的氣體中僅含有HCl，氨氣含量未檢出。對得到的硅二亞胺采用本施例中同樣的熱處理步驟，最后得到氮化硅產(chǎn)品，研磨后，其α相含量為92.7wt％，金屬雜質(zhì)含量<35ppm，氯含量為140ppm，氧含量為0.6wt％。

收集氯硅烷淋洗后的HCl尾氣，在流化床反應(yīng)器中和硅粉發(fā)生反應(yīng)生成氯硅烷，控制反應(yīng)器的溫度為350℃，反應(yīng)后，生成的氯硅烷中四氯化硅占14.4wt％，三氯氫硅占85.0wt％，，二氯二氫硅占0.6wt％。

收集氯硅烷淋洗后的HCl尾氣，在流化床反應(yīng)器中和硅粉發(fā)生反應(yīng)生成氯硅烷，控制反應(yīng)器的溫度為450℃，反應(yīng)后，生成的氯硅烷中四氯化硅占57.6wt％，三氯氫硅占41.4wt％，二氯二氫硅占1.0wt％。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。