Способ получения нитрида кремния Советский патент 1992 года по МПК C01B21/68 

Изобретение относится к синтезу неорганических веществ, в частности к способу получения нитрида кремния.

Нитрид кремния обладает рядом ценных свойств и перспективен для создания материалов, которые могут использоваться в различных областях техники.

Известен способ получения нитрида кремния, включающий обработку рисовой шелухи в водной суспензии железа или оксида железа с целью нанесения железа на ее поверхность, высушивание ее, пиролиз ее при 1200°С и азотирование при 1100- 1350°С.

Недостатком способа является сложность процесса и его многостадийность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения нитрида кремния, включающий обработку рисовой шелухи водным 5н, раствором HCI в течение 1 ч, высушивание остатка, его азотирование при 400,500,600,700,1100,1200,1300°С от 5 до 24 ч при каждой температуре, затем в течение 2- 10 ч при 1350°Си4-10чпри 1400°Си последующий окислительный отжиг азотированного продукта при 800°С в течение 2 ч.

Недостатком способа является длительность процесса.

Цель изобретения - сокращение длительности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения нитрида кремния включает предварительную обработку рисовой шелухи 10-30%-м раствором химического соединения из ряда: гидроксид аммония - N ЦОН, хлорид аммония -NH4CI, мочевина - CO(NH2)2, солянокислый гидрозин - №Н4.2НС1, азотирование проводят при 1300-1500°С в потоке азота или аммиака со

СО

с

о со

VI

со

скоростью потока 100-200 см/мин, а окислительный отжиг проводят при 550-650°С.

Выбор концентрационного интервала 10-30% обусловлен тем, что при меньших концентрациях растворов не достигается необходимая степень деструкции органических соединений рисовой шелухи, а при больших-характер влияния не изменяется. Это связано с тем, что рисовая шелуха свя- зываеттолько определенное количество ам- монийных радикалов.

Азотирование проводили при линейной скорости потока 100-200 см/мин. Выбор этого интервала скоростей обусловлен тем, что при меньших скоростях потока выделя- ющийся при азотировании монооксид углерода не полностью удаляется из реакционной зоны и реакция сдвигается в сторону образования карбида кремния. Большие скорости нецелесообразны, так как из реакционной зоны выносятся образующийся монооксид кремния, что приводит к снижению выхода нитрида кремния.

Поскольку для получения нитрида кремния из оксида кремния и углерода соотно- шение C/S102 должно быть равным 2:1, а в рисовой шелухе оно составляет 4:1, то избыток углерода удаляется отжигом продукта азотирования на воздухе при 550-650°С . При более низких температурах углерод окисляется не полностью, а при высоких - частично окисляется нитрид кремния, что ухудшает качество продукта.

Способ осуществляют следующим об- разом.

Рисовую шелуху обрабатывают в растворах азотсодержащих соединений при 20-100°С, а затем высушивают при 100°С. После высушивания обработанная рисовая шелуха становилась хрупкой и легко поддавалась измельчению. Азотирование проводилось при 1300-1500°С.

Пример 1,2г рисовой шелухи, обработанной при комнатной температуре 25%-ным раствором гидроксида аммония и

высушенной при 100°С и содержащей 3,8 мас.% азота, азотируют в течение 5 ч при 1400°С в потоке азота при скорости 100 см/мин. Содержание азота в продукте азо- тирования после отжига при 550°С в течение 15 мин составляло 37,5 мас.%, т.е. нитрида кремния - 94%.

Пример 2, 2 г рисовой шелухи, обработанной при110°С 10 %-нымраство- ром мочевины и высушенной при 100°С с содержанием азота 4,0 мас.%, азотируют в потоке азота при 1450°С и скорости потока 150 см/мин в течение 5 ч. Содержание азота в продукте азотирования после отжига при

600°С в течение 15 мин составляет 37,8 мас.%, т.е. нитрида кремния 94,5%.

Пример 3. 2 г рисовой шелухи, обработанной при 60°С 30%-ным раствором мочевины и высушенной при 100°С с содержанием азота 3,0 мас.%, азотируют в потоке аммиака при скорости потока 200 см/мин при 1350°С в течение 5 ч. Содержание азота в продукте азотирования после отжига при 650°С в течение 15 мин составляет 37,7 мас.%, т.е. нитрида кремния 94,3%.

П р и м е р 4. 2г рисовой шелухи, обработанной при 100°С 50%-ным раствором мочевины и высушенной при 100°С с содержанием азота 2,8 мас.%, азотируют в потоке азота при скорости потока 200 см/мин, при 1500°С в течение 3 ч. Содержание азота в продукте азотирования после отжига при 650°С в течение 15 мин составляет 37,6 мас.%, т.е. нитрида 94%.

Пример. 5. 2г рисовой шелухи, обработанной при комнатной температуре 20%-ным раствором хлорида аммония и высушенной при 100°С с содержанием азота 1,6 мас.%, азотируют в потоке аммиака при скорости 150 см/мин в течение 5 ч при 1300°С. Содержание азота в продукте азотирования после отжига при 600°С. в течение 15 мин составляет 38,0 мас.%, т.е. нитрида кремния 95%.

Пример 6. 2 г рисовой шелухи, обработанной при комнатной температуре 20%-ным раствором и высушенной при 100°С с содержанием азота 2,2 мас.% азотируют в потоке аммиака при скорости потока 150 см/мин при 1350°С в течение 5 ч. Содержание азота в продукте азотирования составляет 37,6 мас.%, т.е. нитрида - 94,5%.

Преимущества предлагаемого способа перед известным.состоят в его простоте, т.е. отсутствует ступенчатость азотирования, в меньшей длительности азотирования и окислительного отжига, а также в более низкой температуре отжига.

Полученный нитрид кремния, из рисовой шелухи имеет следующее содержание металлических примесей, мас.%: AI 0,1; Са 0,1; Fe 0,01; Ti 0,1.

Нитрид кремния образуется только воС- модификации в виде волокон и частиц, длина волоконл 80 мкм, диаметр 1 мкм, а частицы-ч1 мкм.

Формула изобретения

1.Способ получения нитрида кремния, включающий предварительную обработку рисовой шелухи водным раствором химиче- кого соединения высушивание остатка, его

азотирование в поток азотсодержащей газовой среды при высокой температуре и окислительный отжиг азотированного продукта, отличающийся тем, что, с целью сокращения длительности процесса, предварительную обработку рисовой шелухи проводят в 10-30%-ном растворе химического соединения из ряда: гидроксид аммония, хлорид аммония, мочевина, солянокислый гидразин, азотирование ведут при 1300-1500°С со скоростью 100-200 см/мин, а окислительный отжиг проводят при 550-650°С.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве азотсодержащей газовой среды используют азот или аммиак.

Изобретение относится к технике получения нитрида кремния и позволяет сократить длительность процесса. Способ заключается в азотировании в потоке азота или аммиака при 1300-1500°С рисовой шелухи, которую предварительно обрабатывают раствором химического соединения из ряда: гидроксид аммония, хлорид аммония, мочевина, солянокислый гидразин и в последующем окислительном отжиге полученного продукта при 550-650°С. 1 з.п.ф-лы.