專利名稱：管式納米級(jí)超細(xì)微粒制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超細(xì)微粒制備方法，尤其涉及管式納米級(jí)超細(xì)微粒制備方法。
碳化硅超細(xì)微粒是一種優(yōu)質(zhì)的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，被廣泛用于陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域。優(yōu)質(zhì)的碳化硅超細(xì)粉末不僅是制備高性能陶瓷的前提，而且能降低燒結(jié)溫度，改善其燒結(jié)性能，提高高溫力學(xué)性能。納米級(jí)的碳化硅超細(xì)微粒相比于大顆粒和塊狀碳化硅具有許多特異的磁、電、光、熱等性能，是一種引起人們廣泛興趣的介觀材料。納米級(jí)超細(xì)微粒的研制是當(dāng)前的前沿研究課題，利用碳化硅超細(xì)粉末的表面特性，開拓新的材料特性和功能已引起人們的廣泛關(guān)注。所以，制備納米級(jí)碳化硅超細(xì)粉末不僅對(duì)制備優(yōu)質(zhì)碳化硅陶瓷有重要意見，而且對(duì)納米碳化硅超細(xì)微粒本身開拓新的應(yīng)用具有重要意義。
一般說來(lái)，人們把顆粒直徑小于1μm的稱為超細(xì)粉末，小于100
的稱為納米級(jí)超細(xì)粉末。
商業(yè)生產(chǎn)碳化硅粉末的主要技術(shù)最早是由E.G.Acheson發(fā)明，并在1893年申請(qǐng)了專利。他采用石英和碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而得到的。粉末的化學(xué)純度不高(＜97%)，顆粒尺寸＞1μm，不適宜做先進(jìn)陶瓷用碳化硅原料。而后，A.W.Evans在1967年申請(qǐng)的英國(guó)專利中，以SiO2蒸氣和CH4為反應(yīng)氣體，用射頻等離子體方法制得顆粒尺寸為44～150μm的SiC粉末。Cleaver和Penisi在1968年申請(qǐng)用等離子化學(xué)氣相沉積法，以Sicl4、H2、CH4作為原料氣體，得到SiC粉末中SiC含量為81.3ut%，顆粒粒徑小于1μm的粉末。Bocher等人在1978年用甲基硅烷(CH3SiH3)在1000～1800℃下進(jìn)行化學(xué)氣相熱解反應(yīng)制備顆粒尺寸為0.1μm到0.5μm的β-SiC超細(xì)粉末。日本名城大學(xué)的大河內(nèi)正人在1980年用氣體蒸發(fā)的方法制備出SiC超細(xì)粉末，可得到顆粒尺寸為10～100μm的β-SiC超細(xì)粉末。
波蘭的Romanpampuch用Si和C的混合物作為反應(yīng)物，采用固體燃燒技術(shù)使其著火，這種方法可得到化學(xué)計(jì)量并有較好燒結(jié)性的β-SiC粉末，相應(yīng)的晶粒尺寸為0.2～0.5μm。
另外，日本的小玉展宏用非晶的Si2N3H和碳?jí)K混合物在1350～1650℃下加熱0.5～4小時(shí)，可得到α-SiC和β-SiC的混合物，顆粒呈球狀，大小為0.2～0.4μm。
如上所述的一些制備SiC粉末的方法，不能得到顆粒尺寸為納米級(jí)的優(yōu)質(zhì)SiC粉末。
目前，人們探索用各種方法來(lái)制備超細(xì)粉末，分為固相法、液相法和氣相法三類。但是，如前所述用固相法難以制備納米級(jí)(＜100
)的超細(xì)微粒，所以人們?cè)噲D用液相法中的溶膠凝膠方法，氣相法中的激光化學(xué)氣相沉積，輝光化學(xué)氣相沉積和熱化學(xué)氣相沉積來(lái)探索制備納米超細(xì)粉末。但是，要制備出化學(xué)計(jì)量配比的優(yōu)質(zhì)高純的納米級(jí)超細(xì)粉末的方法還甚少。所以，迫切需要我們尋找一種新的工藝、新方法來(lái)制備納米級(jí)超細(xì)粉末。
本發(fā)明的目的是提供一種管式納米級(jí)超細(xì)徽粒制備方法。
本方法制得的超細(xì)微粒呈球形，顆粒尺寸均勻分布，顆粒尺寸＜100
，化學(xué)量比的β-SiC納米級(jí)超細(xì)微粒，該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，產(chǎn)率高，易在工業(yè)上推廣的優(yōu)點(diǎn)。
為了達(dá)到上述的目，本發(fā)明采取下列方法，它是以金屬蒸汽或者鹵化物氣體，氫化物氣體和有機(jī)金屬化合物為原料，在管式高溫反應(yīng)爐的真空和惰性氣體中，通過氣相加熱和化學(xué)反應(yīng)合成微粒，即被急冷抽至粉末收集裝置中的超細(xì)微粒制備方法。
下面結(jié)合附圖
作詳細(xì)說明。
附圖是按該方法設(shè)計(jì)的設(shè)備操作系統(tǒng)示意圖。
管式納米級(jí)超細(xì)微粒具體制備方法是首先，將剛玉管式高溫反應(yīng)爐加熱，使反應(yīng)室溫度升至1200～1400℃，并恒溫0.5～1小時(shí)，同時(shí)，開啟真空抽氣系統(tǒng)，將反應(yīng)室抽至10-3～10-5乇;接著，打開SiH4和C2H4或NH4和SiH4或SiH4，C2H4和NH4鋼瓶，通過質(zhì)量流量計(jì)調(diào)至C2H4/SiH4摩爾比0.5～2或NH3/SiH4摩爾比5～20或C2H4/SiH4和NH3/SiH4摩爾比為0.2～1.2和1～7，總的氣體流量為200～600ml/min，或100～400ml/min，或100～500ml/min，并控制反應(yīng)壓力0.1～1atm;然后，通入的SiH4和C2H4或NH3和SiH4或SiH4，C2H4和NH3，在反應(yīng)爐發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成SiC或Si3N4超細(xì)微粒，或SiC-Si3N4復(fù)合超細(xì)微粒被急冷抽至粉末收集裝置中。
按該方法設(shè)計(jì)的設(shè)備操作系統(tǒng)，包括質(zhì)量流量計(jì)1，2，混合室3，熱電偶4，硅碳棒高溫爐5，反應(yīng)室6，真空-壓力表7，粉末收集裝置8，過濾膜9，真空抽濾系統(tǒng)。
該方法的反應(yīng)原料金屬蒸汽為Ag，Ni，Cu，鹵化物為CH3SiCl3，Sicl4，Alcl3，氫化物為SiH4，C2H4，CH4，NH3，有機(jī)金屬化合物為L(zhǎng)iOC2H5，Ba(OC2H5)2，Cu(OC2H5)2。
實(shí)施例一
納米級(jí)SiC超細(xì)微粒的制備方法1.將硅碳棒高溫爐加熱，使反應(yīng)室逐漸升溫至1300℃并恒溫半小時(shí)，同時(shí)開啟機(jī)械泵將反應(yīng)室預(yù)抽真空，使真空度達(dá)10-3乇。
2。打開SiH4和C2H4鋼瓶，通過質(zhì)量流量計(jì)調(diào)節(jié)使C2H4氣體和SiH4氣體的摩爾比為1.2，并通入貯氣室。打開貯氣室的質(zhì)量流量計(jì)，使原料氣體被通入到反應(yīng)室1300℃恒溫區(qū)域。調(diào)節(jié)質(zhì)量流量計(jì)和真空抽氣系統(tǒng)閥門的大小(即抽力的大小)，使通過反應(yīng)室的混合氣體的流量為350ml/min，并使反應(yīng)室的壓力恒定在0.7atm。
3.通入的SiH4和C2H4在反應(yīng)室發(fā)生化學(xué)反應(yīng)
生成SiC納米級(jí)超細(xì)微粒來(lái)不及聚集和長(zhǎng)大即被抽至粉末收集瓶中。在粉末收集瓶與真空系統(tǒng)間有一過濾膜以防粉末擴(kuò)散到真空系統(tǒng)。在收集瓶中收集到的粉末有旋光效應(yīng)且呈霧狀。
根據(jù)以上制備條件所得到的SiC超細(xì)粉末的組成、結(jié)構(gòu)如下1.粉末呈球形，彌散性好不結(jié)團(tuán)、粒徑分布均勻、顆粒度＜100
。
2.SiC粉末是β-SiC，化學(xué)組成純度高，Si/C原子比為1.044，接近β-SiC的化學(xué)計(jì)量比1.049。
<
實(shí)施例二納米級(jí)Si3N4超細(xì)微粒的制備方法
表1鍵長(zhǎng)(
)THP(B)THP(A)C(2)-N(1)1.303(4)C(2)-N(1)1.311(10)C(2')-C(2)1.487(4)N(3)-C(2)1.310(8)C(4)-N(3)1.459(4)C(4)-N(3)1.458(9)C(5)-C(4)1.522(4)C(4')-C(4)1.545(11)O(8)-C(4')1.260(3)O(9)-C(5)1.405(10)C(6)-N(1)1.456(4)O(8)-C(4')1.217(10)N(3)-C(2)1.312(4)C(6)-N(1)1.462(9)C(4')-C(4)1.529(5)C(2')-C(2)1.499(10)O(7)-C(4')1.247(4)C(5)-C(4)1.527(12)C(6)-C(5)1.508(5)C(6)-C(5)1.519(10)O(7)-C(4')1.272(9)表2鍵角(度)THP(B)THP(A)C(6)-N(1)-C(2)123.7(3)C(6)-N(1)-C(2)121.5(6)N(3)-C(2)-N(1)121.5(3)C(2')-C(2)-N(1)118.1(6)C(4)-N(3)-C(2)122.4(3)C(4)-N(3)-C(2)124.2(6)C(5)-C(4)-N(3)108.9(3)C(4')-C(4)-N(3)113.5(7)O(7)-C(4')-C(4)116.5(3)C(6)-C(5)-C(4)109.4(7)O(8)-C(4')-O(7)126.0(3)O(9)-C(5)-C(6)108.8(6)C(5)-C(6)-N(1)109.1(3)O(7)-C(4')-C(4)111.9(7)C(2')-C(2)-C(2')118.8(3)O(8)-C(4')-O(7)127.8(7)N(3)-C(2)-C(2')119.7(3)N(3)-C(2)-N(1)121.7(7)C(4')-C(4)-N(3)112.9(3)C(2')-C(2)-N(3)120.2(7)C(5)-C(4)-C(4')110.4(3)C(5)-C(4)-N(3)109.5(6)O(8)-C(4')-C(4)117.5(3)O(9)-C(5)-C(4)111.3(6)C(6)-C(5)-C(4)109.6(2)C(5)-C(6)-N(1)108.6(6)O(8)-C(4')-C(4)120.2(6)實(shí)施例3在THP(A)和THP(B)存在的條件下將ActD與寡聚核苷酸結(jié)合-核磁共振研究ActD與DNA結(jié)合的特點(diǎn)一直是頗感興趣的主題，因?yàn)檫@是它為0.7atm。
3.通入到反應(yīng)室的SiH4、C2H4和NH3氣體在恒溫區(qū)內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)3SiH4+NH3＝Si3N4+12H2↑2SiH4+C2H4＝2SiC+6H2↑可制得含有Si3N4、SiC的復(fù)合超細(xì)粉末。
根據(jù)以上反應(yīng)條件可得到SiC-Si3N4復(fù)合超細(xì)粉末如下1。顆粒呈球形、彌散、顆粒度＜100 ，顆徑分布均勻。
化學(xué)組成為Si3N422.16ut%，SiC69.81ut%，
權(quán)利要求
1.一種管式納米級(jí)超細(xì)微粒制備方法，其特征在于它是以金屬蒸汽或者鹵化物、氫化物氣體和有機(jī)金屬化合物為原料，在管式高溫反應(yīng)爐的真空和惰性氣體中，通過氣相加熱和化學(xué)反應(yīng)合成微粒，被急冷抽至粉末收集裝置中的超細(xì)微粒制備方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管式納米級(jí)超細(xì)微粒制備方法，其特征在于a.首先，將剛玉管式高溫反應(yīng)爐加熱，使反應(yīng)室溫度升至1200～1400℃，并恒溫0.5～1小時(shí)，同時(shí)，開啟真空抽氣系統(tǒng)將反應(yīng)室抽至10-3～10-5乇;b.接著，打開SiH4和C2H4或NH3和SiH4或SiH4、C2H4、和NH3鋼瓶，通過質(zhì)量流程計(jì)調(diào)節(jié)至C2H4/SiH4摩爾比0.5～2，或NH3/SiH4摩爾比5～20，或C2H4/SiH4和NH3/SiH4摩爾比為0.2～1.2，和1～7，總的氣體流量為200～600ml/min，或100～400ml/min，或100～500ml/min，并控制反應(yīng)壓力為0.1～1atm;c.然后，通入的SiH4和C2H4或NH3和SiH4或SiH4、C2H4和NH3，在反應(yīng)爐發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成SiC或Si3N4超細(xì)微粒，或SiC-Si3N4復(fù)合超細(xì)微粒，被急冷抽至粉末收集裝置中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種管式納米級(jí)超細(xì)微粒制備方法，其特征在于d.b中的C2H4/SiH4摩爾比為1.2，或NH3/SiH4摩爾比為12或C2H4/SiH4和NH3/SiH4摩爾比為0.6和2.5，總的氣體流量為350ml/min，或250ml/min，或400ml/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管式納米級(jí)超細(xì)微粒制備方法，其特征在于所說的金屬蒸汽為Ag，Ni，Cu，所說的鹵化物為CH3SiCl3，SiCl4，AlCl3，所說的氫化物為SiH4，C2H4，CH4，NH3，所說的有機(jī)金屬化合物為L(zhǎng)iOC2H5，Ba(OC2H5)2Cu(OC2H5)2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種管式納米級(jí)微粒制備方法，它是以金屬蒸氣，或者鹵化物，氫化物和有機(jī)金屬化合物為原料，在管式高溫反應(yīng)爐的真空和惰性氣體中，氣相加熱和化學(xué)反應(yīng)合成微粒，即被急冷抽至粉末收集裝置中的超細(xì)微粒制備方法。金屬蒸氣為Ag、Ni、Cu，鹵化物為CH
文檔編號(hào)B22F9/28GK1080222SQ9210929
公開日1994年1月5日 申請(qǐng)日期1992年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月7日
發(fā)明者許宇慶, 丁子上 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)