本發(fā)明涉及氮化硅粉體，尤其涉及一種碳熱還原氮化法制備高性能氮化硅粉體的方法。
背景技術(shù)：
1、氮化硅具有高強度硬度、高導(dǎo)熱性、高電氣絕緣性、高化學(xué)穩(wěn)定性及耐高溫特性等特點，是一種綜合性能非常優(yōu)越的陶瓷材料。氮化硅陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，目前主要應(yīng)用如新能源汽車的傳動軸承球、機械行業(yè)中的研磨耐磨介質(zhì)、醫(yī)療行業(yè)中的骨骼、光伏行業(yè)中硅單晶脫模劑以及電子行業(yè)中高導(dǎo)熱高強度陶瓷基板等。其中，氮化硅粉體是氮化硅陶瓷性能的基礎(chǔ)，高純度、細粒度及窄粒度分布的氮化硅粉體對于制備高性能氮化硅陶瓷具有決定性作用。目前，氮化硅粉體的制備方法主要有硅粉直接氮化法，碳熱還原法，自蔓延法、硅氨鹽熱分解法等。
2、硅粉直接氮化法，被認為是工業(yè)生產(chǎn)氮化硅粉體的廉價且簡單的方法。中國專利申請?zhí)?02410226081.0公開了一種α相氮化硅粉體的制備方法，包括如下步驟：(1)篩分：將粒度d50＝2-5μm的硅粉經(jīng)過篩分處理得到六組硅粉；取粒度＜500nm、1.5-5μm和10-40μm的三組硅粉混合作為混合粉體i；取粒度500nm-1.5μm、5-10μm和＞40μm的硅粉混合作為混合粉體ii；(2)配料：將混合粉體i或混合粉體ii與氮化硅粉進行混合，得到混合料；(3)裝料：將混合料裝入爐膛中，抽真空后通入保護氣體；(4)燒制：升溫氮氣或氮氫混合氣體的氣氛條件下進行燒制，即得。該發(fā)明能耗低，反應(yīng)更加充分，反應(yīng)過程易控，得到的粉體質(zhì)量好，α相氮化硅含量高。雖然可以在硅粉氮化工藝中加入氫氣作為還原氣體參與反應(yīng)，幫助控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)速率，以及加快氮化反應(yīng)的進行，從而提高氮化產(chǎn)物中的α相含量但是，氫氣在工業(yè)生產(chǎn)中存在一系列的安全問題，包括但不限于氫氣泄漏與擴散、氫氣爆炸、氫氣控制系統(tǒng)可靠性、管道設(shè)計與安裝等，極大地增加了工廠安全生產(chǎn)的阻力。
3、碳熱還原氮化法具有方法簡單、成本低、所制備的粉體具有純度高、粒度小且粒度分布均勻性好等特點，非常適合于高性能氮化硅粉體的規(guī)?；a(chǎn)。但是，采用碳熱還原氮化法制備氮化硅粉體時，由于原材料中含有炭黑等碳質(zhì)材料，氮化硅的還原氮化溫度區(qū)間與碳化硅生成的溫度區(qū)間發(fā)生較大程度重疊，導(dǎo)致制備的氮化硅粉體中通常殘留有較多的碳化硅和氮氧化硅雜相，影響氮化硅粉體的純度和應(yīng)用，極大限制了碳熱還原氮化法制備氮化硅粉體的規(guī)?；瘧?yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、因此，針對上述的問題，本發(fā)明提供一種碳熱還原氮化法制備高性能氮化硅粉體的方法，解決現(xiàn)有碳熱還原氮化法規(guī)?；苽涞璺垠w時，易生成碳化硅和氮氧化硅雜相，氮化硅粉體的純度不高的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
3、一種碳熱還原氮化法制備高性能氮化硅粉體的方法，包括以下步驟：
4、s1、原料的準備：氧化亞硅粉體、催化劑、去離子水、炭黑；
5、s2、濕法高能球磨：取所述氧化亞硅粉體、催化劑和去離子水，球磨，然后加入所述炭黑，攪拌混合均勻，獲得懸浮漿料；
6、s3、干燥：將經(jīng)步驟s2獲得的所述懸浮漿料進行干燥處理，獲得含水率<1％的前驅(qū)物粉體；
7、s4、碳熱還原氮化燒結(jié)：在燒結(jié)爐中通入n2作為反應(yīng)氣體進行燒結(jié)，調(diào)節(jié)壓力為0.2-6.0mpa，升高溫度至1300-1700℃，保溫時間為3-20h，獲得反應(yīng)粉體；
8、s5、高溫除碳：將經(jīng)步驟s4獲得的所述反應(yīng)粉體進行高溫除碳，除碳溫度為600-800℃，獲得高性能氮化硅粉體。
9、其中，所述催化劑為：si粉、si3n4粉、fe粉、ca粉、feo粉、mgo粉、cao粉中的一種或幾種任意比例混合的混合物；
10、進一步的，所述氧化亞硅粉體經(jīng)步驟s2處理后的粒徑為0.5-1.0微米。
11、進一步的，所述催化劑的添加量為氧化亞硅粉體總量的0.1～5w％。
12、進一步的，所述炭黑與氧化亞硅粉體的摩爾比為0.8-3。
13、進一步的，所述懸浮漿料的固含量為5-50％。
14、進一步的，所述n2的流量為5-40l/min。
15、進一步的，所述干燥為噴霧干燥、壓濾和烘干中的任意一種。
16、通過采用前述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：
17、通過對常規(guī)的碳熱還原氮化法進行大幅改良，可抑制碳化硅和氮氧化硅雜相的生成，大幅提高氮化硅粉體的純度，有效解決了碳熱還原氮化法規(guī)?；苽涓咝阅艿璺垠w的技術(shù)問題。
18、1、本發(fā)明以氧化亞硅(sio)作為硅源，由一個硅原子和一個氧原子組成，氧化亞硅相比二氧化硅具有更高的活性，可降低碳熱還原氮化反應(yīng)過程的還原溫度、氮化溫度和氮化時間，有效抑制氮化反應(yīng)過程碳化硅、氮氧化硅等雜相的生成。具體為：(1)在碳熱還原氮化反應(yīng)中，氧化亞硅的高活性使得其能夠在相對較低的溫度下與還原劑(炭黑)發(fā)生反應(yīng)，釋放出硅原子，為后續(xù)氮化反應(yīng)提供了更多的活性硅原子，從而降低了整個反應(yīng)的還原溫度；(2)由于氧化亞硅釋放出的硅原子具有較高的活性，它們能夠更容易地與氮氣發(fā)生氮化反應(yīng)，生成氮化硅，這一過程中，氧化亞硅的高活性同樣有助于降低氮化溫度，使得反應(yīng)能夠在更低的溫度下進行；(3)在相同的反應(yīng)條件下，使用氧化亞硅作為硅源的反應(yīng)體系能夠更快地達到反應(yīng)平衡，從而縮短氮化時間；(4)使用氧化亞硅作為硅源時，由于其高活性使得反應(yīng)能夠更迅速、更完全地進行，從而有效抑制了這些雜相的生成。
19、2、采用濕法球磨方式對氧化亞硅進行高能研磨，提高其反應(yīng)活性，并添加適量的炭黑進行混合，使得炭黑能夠充分包覆在氧化亞硅表面，增大兩者的接觸面積，有效增加碳熱還原氮化反應(yīng)程度，提高反應(yīng)后氮化硅粉體的純度。
20、3、通過添加一定量的反應(yīng)催化助劑，催化助劑可在較低溫度下與氧化亞硅形成一定的液相，降低體系溫度，有效促進碳熱還原氮化反應(yīng)的進行，避免高溫下碳化硅雜相生成。
21、4、碳熱還原氮化燒結(jié)過程中持續(xù)通入一定壓力的流動氮氣，增大氣體壓力可增加氮氣與氧化亞硅的有效接觸面積，持續(xù)的流動氮氣則可帶走反應(yīng)過程產(chǎn)生的co、co2等氣體，促進反應(yīng)進行，避免碳化硅、氮氧化硅雜相的生成，有效提高反應(yīng)后氮化硅粉體的純度。
22、5、本發(fā)明所采用的碳熱還原氮化法制備氮化硅粉體，得到的氮化硅粉體為高純高活性粉體，其平均粒度為0.5～3微米，o含量低于1.5％，c含量低于500ppm,雜質(zhì)含量低于0.5％，α相含量50～96％，β相含量為0～50％，其中α相和β相含量可通過反應(yīng)溫度進行調(diào)整控制。
1.一種碳熱還原氮化法制備高性能氮化硅粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳熱還原氮化法制備高性能氮化硅粉體的方法，其特征在于，所述氧化亞硅粉體經(jīng)步驟s2處理后的粒徑為0.5-1.0微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳熱還原氮化法制備高性能氮化硅粉體的方法，其特征在于，所述催化劑的添加量為氧化亞硅粉體總量的0.1～5w％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳熱還原氮化法制備高性能氮化硅粉體的方法，其特征在于，所述炭黑與氧化亞硅粉體的摩爾比為0.8-3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳熱還原氮化法制備高性能氮化硅粉體的方法，其特征在于，所述懸浮漿料的固含量為5-50％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳熱還原氮化法制備高性能氮化硅粉體的方法，其特征在于，所述n2的流量為5-40l/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳熱還原氮化法制備高性能氮化硅粉體的方法，其特征在于，所述干燥為噴霧干燥、壓濾和烘干中的任意一種。