專利名稱：無缺陷氮化硅晶須的制備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無缺陷α-氮化硅晶須的制備方法，屬陶瓷材料技術領域。
晶須是一種很細的單晶體，“無缺陷”晶須其強度接近于原子間的結合力。陶瓷晶須，由于具有高熔點、低密度和高模量等優(yōu)點，成為復合材料中的重要的增強組元。例如在6061-鋁基體中加入氮化硅晶須后，材料的室溫強度(σRT)由280提高到480MPa。又如在氮化硅基體中加入氮化硅晶須后，材料的斷裂韌性(KIC)由3.95提高到9.19MPa
。再如在聚酰胺基體中加入氮化硅晶須后，材料的強度(σ)由110提高到176MPa，彈性模量(E)由2548提高到6578MPa?？傊瑹o論是金屬基體、陶瓷基體或塑料基體中加入氮化硅晶須后，均能起增強、增韌作用。
氮化硅晶須有α-氮化硅晶須和β-氮化硅晶須兩種變體。從目前國內研究狀況來看，制備的α-氮化硅晶須均存在著大量的缺陷，有面缺陷和三角形缺陷等，而制備的β-氮化硅晶須，則為“無缺陷”晶須。但是β-氮化硅晶須的生長溫度高于α-氮化硅的生長溫度。
本發(fā)明的目的是設計一種新的制備α-氮化硅晶須的方法，使制備的α-氮化硅晶須既無缺陷，又能在較低的溫度下生長。
本發(fā)明的內容是用四氯化硅為硅源，氨氣為氮源，二者在室溫下，在氧化鋁反應管中進行反應。然后把反應管放入高溫爐中加熱，并逐漸升至高溫，室溫產物氨基化物脫氨后生成氮化硅超細粉。
本發(fā)明把四氯化硅(液)和氨氣的反應在加壓下進行，使反應迅速完成?；蛟诎睔饬髦械渭铀穆然?液)，反應迅速完成。氨氣的壓力為正壓即可。將上述反應所得產物放在高溫爐中，在氨氣氣氛中升溫至1100℃～1300℃，得到無定形氮化硅超細粉。
本發(fā)明是用四氯化硅室溫氮化法制備氮化硅超細粉，然后原位生長出“無缺陷”α-氮化硅晶須。即將氮化硅超細粉繼續(xù)升溫至1400℃～1480℃，保溫1-3小時，使用普通氨氣作保護氣氛，即可得到無缺陷的α-氮化硅晶須。
本發(fā)明依據的反應方程式如下
本發(fā)明制得的α-Si3N4晶須，幾乎是純晶須，其中未生長成晶須的顆粒極少，晶須含量＞90%。
附圖1、2分別為用日立H-800型透射電鏡，加速電壓200KV時，對本發(fā)明制得的α-氮化硅晶須所拍的透射電鏡照片。
實施例1在干燥的氧化鋁反應管(Φ50mm，L600～800mm)中，加入50ml液態(tài)四氯化硅(純度為C.P或A.R)。普氨經氫氧化鉀和分子篩過濾后，通入反應管中，并使反應管內保持0.06MPa的正壓，由于四氯化硅和氨生成氨基化物的反應是放熱反應，當不再放熱時，說明反應已完成。
把反應管放入高溫爐中，在氨氣氣氛中逐漸加熱，當加熱到400℃時，雜質氯化銨開始升華，逐漸被除去，氨基化物也在此過程逐步分解出氨。當加熱到1100～1300℃時，產物為無定形氮化硅超細粉，繼續(xù)加熱到1450℃左右，保溫2小時，得到“無缺陷”的α-氮化硅晶須。透射電鏡照片如圖1和圖2所示。產量為12～14克。
實施例2在干燥的氧化鋁反應管(Φ50mm，L600～800mm)中，通入氨氣，然后把50ml液態(tài)四氯化硅滴加入通氨氣的反應管中，使四氯化硅和氨的反應迅速完成。以后的操作同實施例1。最后得到晶須的產量為12～15克。
實施例3開始的操作同實施例1或實施例2。在完成第一步反應后，把反應管放入高溫爐中時，用高純氮氣作為保護氣。當加熱到1100℃～1300℃時，產物為無定形氮化硅超細粉，繼續(xù)加熱到1450℃，保溫時間大于4小時，產物為α-氮化硅晶須和粉末，部分晶須中出現了缺陷。
表1是三個實施例制備出的α-氮化硅晶須的某些性能對比。
表1 三種實施例的比較
權利要求
1.一種制備無缺陷氮化硅晶須的方法，其特征在于該方法由下列各步驟組成(1)在液體四氯化硅中通入氨氣或在氨氣流中滴加四氯化硅液體，所述的氨氣壓力為正壓；(2)將上述反應所得產物放在高溫爐中，在氨氣氛中升溫至1100～1300℃，制備成無定形氮化硅超細粉；(3)繼續(xù)升溫至1400～1480℃，保溫1-3小時，得到無缺陷氮化硅晶須。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備無缺陷氮化硅的方法，屬陶瓷材料技術領域。本發(fā)明是用四氯化硅為硅源，氨氣為氮源，二者在室溫下，在氧化鋁反應管中進行反應。然后把反應管放在高溫爐中加熱，并逐漸升溫至1100℃以上。產物氨基化物脫氨后生成氮化硅超細粉。最后升溫至1400℃～1480℃，保溫1—3小時，得到氮化硅晶須。用本發(fā)明制備“無缺陷”氮化硅晶須，生成溫度低，產率高。
文檔編號C30B29/38GK1092825SQ9312003
公開日1994年9月28日 申請日期1993年12月17日 優(yōu)先權日1993年12月17日
發(fā)明者張克鋐, 袁正, 朱凱培, 莫艷, 鄧宗武 申請人:清華大學