最近，一項技術(shù)突破誕生在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)錢逸泰院士領(lǐng)導(dǎo)的納米材料研究組。不同于以往的高溫反應(yīng)制備氮化硅粉體技術(shù)，該研究組發(fā)明了一種低溫制備α-Si3N4納米粉的新方法。
氮化硅是一種重要的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，由于具有耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、強度高、硬度大、耐磨損、抗沖擊、抗腐蝕、質(zhì)量輕和導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點，在機械、電子、化工、航空航天等眾多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，市場容量很大。
傳統(tǒng)Si3N4陶瓷由大顆粒、多相粉體制成，因而脆性大、均勻性差、可靠性低、韌性和強度較差，在應(yīng)用上受到了較大的限制。納米Si3N4粉體在微結(jié)構(gòu)層次上控制陶瓷成分、結(jié)構(gòu)和性能。因粒徑極小、比表面積和化學(xué)活性大，可顯著降低Si3N4陶瓷的燒結(jié)致密化程度和節(jié)約能源，燒成收縮一致且晶粒均勻，缺陷小，所制成的結(jié)構(gòu)部件的強度和可靠性也較高，并能有效地克服脆性，提高柔韌性和可加工性能。
氮化硅粉體一般是在1500～1550 ℃下通過高溫碳熱還原SiO2來制備， 或者用N2氣在1200～1400 ℃下與硅粉反應(yīng)制得。目前國內(nèi)采用等離子弧氣相合成或二氧化碳激光誘導(dǎo)制備納米氮化硅陶瓷粉體，但工藝不成熟、制備費用比較高，產(chǎn)品成本難以控制。
該發(fā)明采用液固相置換反應(yīng)，并借助于低溫熔鹽的分解、分散作用，在相對較低的反應(yīng)溫度下（500℃）成功地實現(xiàn)了納米α-Si3N4的合成。產(chǎn)物通過簡單的水洗、過濾和干燥，即得純凈的白色納米α－氮化硅粉，顆粒為10-70nm。本項技術(shù)路線原材料易得、反應(yīng)容積利用率大，Si3N4收率大于95%，產(chǎn)品物相單一且純度高，反應(yīng)條件溫和，適于工業(yè)化生產(chǎn)。采用類似的技術(shù)路線和相同設(shè)備，通過調(diào)整工藝參數(shù)，還可以制備SiC和一系列過渡金屬（如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni等）和稀土金屬（如Y、La、Pr、Nd等）硅化物的納米、超細(xì)多晶粉末。
聯(lián)系人：谷云樂 錢逸泰 電話：0551-3607234
通訊地址：安徽省，合肥市，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系
郵政編碼：230026 傳真：0551-3607402
E-mail:ylgu@mail.ustc.edu.cn
氮化硅是一種重要的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，由于具有耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、強度高、硬度大、耐磨損、抗沖擊、抗腐蝕、質(zhì)量輕和導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點，在機械、電子、化工、航空航天等眾多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，市場容量很大。
傳統(tǒng)Si3N4陶瓷由大顆粒、多相粉體制成，因而脆性大、均勻性差、可靠性低、韌性和強度較差，在應(yīng)用上受到了較大的限制。納米Si3N4粉體在微結(jié)構(gòu)層次上控制陶瓷成分、結(jié)構(gòu)和性能。因粒徑極小、比表面積和化學(xué)活性大，可顯著降低Si3N4陶瓷的燒結(jié)致密化程度和節(jié)約能源，燒成收縮一致且晶粒均勻，缺陷小，所制成的結(jié)構(gòu)部件的強度和可靠性也較高，并能有效地克服脆性，提高柔韌性和可加工性能。
氮化硅粉體一般是在1500～1550 ℃下通過高溫碳熱還原SiO2來制備， 或者用N2氣在1200～1400 ℃下與硅粉反應(yīng)制得。目前國內(nèi)采用等離子弧氣相合成或二氧化碳激光誘導(dǎo)制備納米氮化硅陶瓷粉體，但工藝不成熟、制備費用比較高，產(chǎn)品成本難以控制。
該發(fā)明采用液固相置換反應(yīng)，并借助于低溫熔鹽的分解、分散作用，在相對較低的反應(yīng)溫度下（500℃）成功地實現(xiàn)了納米α-Si3N4的合成。產(chǎn)物通過簡單的水洗、過濾和干燥，即得純凈的白色納米α－氮化硅粉，顆粒為10-70nm。本項技術(shù)路線原材料易得、反應(yīng)容積利用率大，Si3N4收率大于95%，產(chǎn)品物相單一且純度高，反應(yīng)條件溫和，適于工業(yè)化生產(chǎn)。采用類似的技術(shù)路線和相同設(shè)備，通過調(diào)整工藝參數(shù)，還可以制備SiC和一系列過渡金屬（如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni等）和稀土金屬（如Y、La、Pr、Nd等）硅化物的納米、超細(xì)多晶粉末。
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