[0001]技术领域
[0002]本发明涉及无机非金属粉体材料技术领域，尤其涉及一种氮化硅镁粉体及其制备方法。
[0003]背景技术
[0004]氮化硅镁(MgSiN 2 )粉体，是制备高热导率氮化硅陶瓷基板的理想烧结助剂材料。目前，MgSiN 2 陶瓷粉体的制备方法包括高温氮化法、燃烧合成法以及高温自蔓延法。高温氮化法制备氮化硅镁存在生产周期长、能耗高、产物中易出现残余硅等问题。燃烧合成法是一种周期短、能耗低的低成本制备方法。但燃烧反应温度高(>2000℃)，易导致反应物中镁粉的蒸发损失，难以制得单相的MgSiN 2 粉体。自蔓延高温合成制备单相氮化硅镁粉体通过在原料中加入过量Mg和稀释剂(MgSiN 2 )，或减小N 2 压力，然而都不能直接燃烧合成得到单相MgSiN 2 粉体。因此，亟待探索一种高质量单相MgSiN 2 陶瓷粉体的燃烧合成新工艺。
[0005]发明内容
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氮化硅镁粉体及其制备方法。本发明制得的氮化硅镁粉体氧含量低，纯度高，粒径小。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0008]本发明提供了一种氮化硅镁粉体的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将镁粉经叠氮盐水溶液浸渍后进行真空干燥，得到干燥后的镁粉；
[0010]将所述干燥后的镁粉、四氯化硅和格氏试剂混合，在反应釜密封加热并恒温反应后粉碎，得到粉末；
[0011]将所述粉末和氮化硅镁粉混合后在氮气下进行自蔓延燃烧反应，得到所述氮化硅镁粉体。
[0012]优选的，所述叠氮盐水溶液中的可溶性叠氮盐包括叠氮化钠、叠氮化钾和叠氮化铵中的一种或多种。
[0013]优选的，所述叠氮盐水溶液的质量百分比浓度为5～30％。
[0014]优选的，所述恒温反应的温度为180～220℃，时间为6～18h。
[0015]优选的，所述格氏试剂的体积为四氯化硅体积的0.1～2％。
[0016]优选的，所述镁粉和四氯化硅的摩尔比为1：1。
[0017]优选的，所述粉末和氮化硅镁粉的质量比为100：5～50。
[0018]优选的，所述镁粉的粒度为1～50μm，氮化硅镁粉的粒度为0.1～5μm。
[0019]本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的氮化硅镁粉体，所述氮化硅镁粉体的粒度为50～100nm，氧含量<0.2wt％。
[0020]本发明提供了一种氮化硅镁粉体的制备方法，包括以下步骤：将镁粉经叠氮盐水溶液浸渍后进行真空干燥，得到干燥后的镁粉；将所述干燥后的镁粉、四氯化硅和格氏试剂混合，在反应釜密封加热并恒温反应后粉碎，得到粉末；将所述粉末和氮化硅镁粉混合后在氮气下进行自蔓延燃烧反应，得到所述氮化硅镁粉体。
[0021]本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0022]本发明利用溶剂热法将叠氮盐与四氯化硅在较低温度下与镁粉表面合成致密氮化硅层，实现了镁粉与氮化硅高机械强度和化学惰性的完美结合，形成的氮化硅是一种超硬物质，还具有良好的化学惰性，经氮化硅改性后的镁粉能够有效抑制粉体间的相互作用，保证颗粒的均匀分散，不会造成镁元素损失，且反应温度能够可控降低，从而也能降低镁的蒸发，进一步提高镁元素的利用率；氮化硅镁作为稀释剂，能够控制反应速率，减少放热量，降低燃烧温度，且能够形成小粒径的纯相氮化硅镁，避免了常规工艺中由于镁粉损失而形成杂相氮化硅等的弊端，提高了氮化硅镁粉体的纯度。本发明制得的氮化硅镁粉体的粒度为50～100nm，氧含量<0.2wt％。
[0023]具体实施方式
[0024]本发明提供了一种氮化硅镁粉体的制备方法，包括以下步骤：
[0025]将镁粉经叠氮盐水溶液浸渍后进行真空干燥，得到干燥后的镁粉；
[0026]将所述干燥后的镁粉、四氯化硅和格氏试剂混合，在反应釜密封加热并恒温反应后粉碎，得到粉末；
[0027]将所述粉末和氮化硅镁粉混合后在氮气下进行自蔓延燃烧反应，得到所述氮化硅镁粉体。
[0028]在本发明中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
[0029]本发明将镁粉经叠氮盐水溶液浸渍后进行真空干燥。
[0030]在本发明中所述镁粉的粒度优选为1～50μm。
[0031]在本发明中，所述叠氮盐水溶液中的可溶性叠氮盐优选包括叠氮化钠、叠氮化钾和叠氮化铵中的一种或多种。
[0032]在本发明中，所述叠氮盐水溶液的质量百分比浓度优选为5～30％，使镁粉表面能够负载足够浓度的叠氮盐，同时避免叠氮盐结晶析出现象。
[0033]在本发明中，所述真空干燥的温度优选为20～80℃，时间优选为2～4h，在此温度和时间下，能有效除去镁粉表面的水分，有利于下一步合成反应的进行。
[0034]得到干燥后的镁粉后，本发明将所述干燥后的镁粉、四氯化硅和格氏试剂混合，在反应釜密封加热并恒温反应后粉碎，得到粉末。
[0035]在本发明中，所述恒温反应的温度优选为180～220℃，该温度范围能够有效控制反应的正常进行，同时避免叠氮盐化合物的高温分解，时间优选为6～18h。
[0036]在本发明中，所述格氏试剂的体积优选为四氯化硅体积的0.1～2％。本发明对所述格式试剂的具体种类没有特殊的限定，格氏试剂在此作为反应催化剂，能加快四氯化硅与叠氮盐间的反应速率，并促进反应充分进行。
[0037]在本发明中，所述镁粉和四氯化硅的摩尔比优选为1：1。
[0038]得到粉末后，本发明将所述粉末和氮化硅镁粉混合后在氮气下进行自蔓延燃烧反应，得到所述氮化硅镁粉体。
[0039]在本发明中，所述粉末和氮化硅镁粉的质量比优选为100：5～50。
[0040]在本发明中，所述氮化硅镁粉的粒度优选为0.1～5μm。
[0041]本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的氮化硅镁粉体，所述氮化硅镁粉体的粒度为50～100nm，氧含量<0.2wt％。
[0042]为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的氮化硅镁粉体及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0043]实施例1
[0044]1)将叠氮化钠溶解于去离子水，配制成重量百分比浓度为18％的叠氮化钠水溶液；
[0045]2)将镁粉(粒度为1～50μm)倒入上述叠氮盐水溶液，充分搅拌后过滤，然后在50℃的温度下于真空干燥箱中进行4h干燥处理；
[0046]3)将干燥后的镁粉置于不锈钢反应釜中，加入四氯化硅，再滴加格氏试剂，将反应釜密封并使用高纯氮气吹扫10min，随后以3℃/min的速率升温至220℃，并恒温反应10h，其中格氏试剂的体积为四氯化硅体积的0.1％，镁粉和四氯化硅的摩尔比为1：1；
[0047]4)将得到的粉末和氮化硅镁粉混合后在氮气下进行自蔓延燃烧反应，得到所述氮化硅镁粉体，其中粉末和氮化硅镁粉的质量比为100：50，氮化硅镁粉的粒度为0.1～5μm。
[0048]制得的氮化硅镁粉体的粒度为79nm，氧含量为0.2wt％。
[0049]实施例2
[0050]1)将叠氮化钠溶解于去离子水，配制成重量百分比浓度为18％的叠氮化钠水溶液；
[0051]2)将镁粉(粒度为1～50μm)倒入上述叠氮盐水溶液，充分搅拌后过滤，然后在50℃的温度下于真空干燥箱中进行4h干燥处理；
[0052]3)将干燥后的镁粉置于不锈钢反应釜中，加入四氯化硅，再滴加格氏试剂，将反应釜密封并使用高纯氮气吹扫10min，随后以3℃/min的速率升温至180℃，并恒温反应18h，其中格氏试剂的体积为四氯化硅体积的0.2％，镁粉和四氯化硅的摩尔比为1：1；
[0053]4)将得到的粉末和氮化硅镁粉混合后在氮气下进行自蔓延燃烧反应，得到所述氮化硅镁粉体，其中粉末和氮化硅镁粉的质量比为100：5，氮化硅镁粉的粒度为0.1～5μm。
[0054]制得的氮化硅镁粉体的粒度为50nm，氧含量为0.09wt％。
[0055]实施例3
[0056]1)将叠氮化钠溶解于去离子水，配制成重量百分比浓度为18％的叠氮化钠水溶液；
[0057]2)将镁粉(粒度为1～50μm)倒入上述叠氮盐水溶液，充分搅拌后过滤，然后在50℃的温度下于真空干燥箱中进行4h干燥处理；
[0058]3)将干燥后的镁粉置于不锈钢反应釜中，加入四氯化硅，再滴加格氏试剂，将反应釜密封并使用高纯氮气吹扫10min，随后以3℃/min的速率升温至200℃，并恒温反应12h，其中格氏试剂的体积为四氯化硅体积的0.15％，镁粉和四氯化硅的摩尔比为1：1；
[0059]4)将得到的粉末和氮化硅镁粉混合后在氮气下进行自蔓延燃烧反应，得到所述氮化硅镁粉体，其中粉末和氮化硅镁粉的质量比为100：10，氮化硅镁粉的粒度为0.1～5μm。
[0060]制得的氮化硅镁粉体的粒度为63nm，氧含量为0.14wt％。
[0061]实施例4
[0062]1)将叠氮化钠溶解于去离子水，配制成重量百分比浓度为18％的叠氮化钠水溶液；
[0063]2)将镁粉(粒度为1～50μm)倒入上述叠氮盐水溶液，充分搅拌后过滤，然后在50℃的温度下于真空干燥箱中进行4h干燥处理；
[0064]3)将干燥后的镁粉置于不锈钢反应釜中，加入四氯化硅，再滴加格氏试剂，将反应釜密封并使用高纯氮气吹扫10min，随后以3℃/min的速率升温至210℃，并恒温反应16h，其中格氏试剂的体积为四氯化硅体积的0.2％，镁粉和四氯化硅的摩尔比为1：1；
[0065]4)将得到的粉末和氮化硅镁粉混合后在氮气下进行自蔓延燃烧反应，得到所述氮化硅镁粉体，其中粉末和氮化硅镁粉的质量比为100：25，氮化硅镁粉的粒度为0.1～5μm。
[0066]制得的氮化硅镁粉体的粒度为57nm，氧含量为0.12wt％。
[0067]实施例5
[0068]1)将叠氮化钠溶解于去离子水，配制成重量百分比浓度为18％的叠氮化钠水溶液；
[0069]2)将镁粉(粒度为1～50μm)倒入上述叠氮盐水溶液，充分搅拌后过滤，然后在50℃的温度下于真空干燥箱中进行4h干燥处理；
[0070]3)将干燥后的镁粉置于不锈钢反应釜中，加入四氯化硅，再滴加格氏试剂，将反应釜密封并使用高纯氮气吹扫10min，随后以3℃/min的速率升温至205℃，并恒温反应12h，其中格氏试剂的体积为四氯化硅体积的0.2％，镁粉和四氯化硅的摩尔比为1：1；
[0071]4)将得到的粉末和氮化硅镁粉混合后在氮气下进行自蔓延燃烧反应，得到所述氮化硅镁粉体，其中粉末和氮化硅镁粉的质量比为100：5，氮化硅镁粉的粒度为0.1～5μm。
[0072]制得的氮化硅镁粉体的粒度为85nm，氧含量为0.16wt％。
[0073]以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
