Способ получения нитрида кремния
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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s С 01 В 21/068
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21).4800654/26 (22) 11.03.90 (46) 15.04.92. Бюл. N 14 (71) Институт проблем материаловедения
АН УССР и Институт общей неорганической химии им. Н.С. Курнакова . (72) Т.С. Бартницкая, Т.А. Людвинская, Т.Я.
Косолапова, Л.Л. Сухих, М.В. Власова, И.А, Ефименко и А.П. Курбакова (53) 661.55(088.8) (56) Патент США N 3855395, кл. 423 344, 1974.
Патент США N 4525335, кл. С 01 В 21/068, кл.423-344, 1985.
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 11001350 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 ос(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДА
КРЕМНИЯ (57) 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 550-6о0 С. 1 з.п.ф-лы. татка, его азотирование при
400,500,600,700,1100,1200,1300 С от 5 до 24 ч при каждой температуре, затем в течение 210 ч при 1350 С и 4 — 10 ч при 1400 С и последующий окислительный отжиг азотированного продукта при 800 С в течение2ч, 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 Н ОН, хлорид аммония -NH4Cl, мочевина
C0(NH2)2; coflянокислый гидрозин
N2H4.2HCt, азотирование проводят при
1300 — 1500 С в потоке азота или аммиака со
1726373 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 связывает только определенное количество аммонийных радикалов.
Азотирование проводили при линейной скорости потока 100 — 200 см/мин, Выбор этого интервала скоростей обусловлен тем, что при меньших скоростях потока выделяющийся 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, Посколькудля получения нитрида кремния из оксида кремния и углерода соотношение С/SiOz 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 образом.
Рисовую шелуху обрабатывают в растворах азотсодержащих соединений при
20-100 Ñ, 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, 2 r 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 азотирования 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% нымраствором 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%.
Пример 4. 2 г 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, 2 г 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 ИгН4 2НС1 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.%: Al 0,1; Са
0,1; Fe 0,01; Ti 0,1.
Нитрид кремния образуется только egмодификации в виде волокон и частиц, длина волокон-80 мкм, диаметр 1 мкм, а частицы-1 мкм.
Формула изобретения
1.Способ получения нитрида кремния, включающий предварительную обработку рисовой шелухи водным раствором химического соединения высушивание остатка, его
1726373
15
25
35
45
Составитель Т.Бартницкая
Редактор М.Недолуженко Техред М,Моргентал Корректор О.Кундрик
Заказ 1242 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 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
5 при 550 — 650"С, 2.Способ по п,1, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащей газовой среды используют азот или аммиак.
