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湖南天际智慧:氮化硅及氮化铝粉末的6种制备方法

发布日期:2021-03-12 发布人: 原创 浏览次数:97

以氮化硅为例:氮化硅是一种无机物,化学式为Si3N4。它是一种重要的结构陶瓷材料,硬度大,本身具有润滑性,并且耐磨损,为原子晶体;高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击,在空气中加热到1000℃以上,急剧冷却再急剧加热,也不会碎裂。氮化硅常常被利用来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环等机械构件。如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面,不仅可以提高柴油机质量,节省燃料,而且能够提高热效率。

 

理想的Si3N4粉体材料应该具有高纯度、细粒度、以及良好的分散性。尤其是超细粉体的分散性,一直是制约着制品性能和下游应用的关键因素。特别是由于Si3N4粉体较大的表面能,极易发生团聚。如何提高Si3N4粉体分散性就成为制备Si3N4粉体之后必须要面对的问题。

目前制备氮化硅粉体的方法有以下几种:

(1)硅粉直接氮化法

硅粉直接氮化法是一种传统的方法,它的制备工艺已经逐渐成熟,目前已被用于工业化生产。该方法是利用高纯Si粉在高温下和N2反应生成氮化硅粉体。

在该方法中,氮气是氮的来源,因此所通气体的种类、流量等参数对硅粉氮化工艺和产物均有重要影响。另外硅粉粒度、氮化热处理工艺等参数对Si粉氮化产物也有影响。

(2)碳热还原法

碳热还原法制备氮化硅粉体具有原料丰富、价格低廉、工艺简单、生产规模大等优点,且此法制备的Si3N4粉体颗粒细、α-Si3N4含量高。

(3)化学气相沉积法

化学气相沉积法也是制备Si3N4的重要方法,化学气相沉积法反应速度快,产物纯度高、颗粒细,同时可以让反应得到的产物直接沉淀到指定的基体上形成氮化硅涂层,但也存在气相反应剧烈,难于控制的问题。

(4)溶胶—凝胶法

利用溶胶-凝胶法可制得高纯超细、低成本的氮化硅粉体,但设备昂贵、工艺复杂。

(5)热分解法

热解法的关键是要获得高纯度的亚氨基硅[Si(NH)2]和氨基硅[Si(NH)4],该方法的优点是得到的产物纯度高,颗粒细并且均匀。

(6)自蔓延高温合成法

自蔓延高温合成法的原理是当反应物一旦被引燃,便会自动向尚未反应的区域传播,直至反应完全。具有合成产物纯度高、反应周期短,生产效率高、设备相对简单,投资少,通用性强,无污染的优点。

 

目前,由湖南天际智慧材料科技有限公司研发的等离子体雾化制备粉末材料生产装备,可用于生产Si3N4/AlN等氮化物、氧化物、金属及其合金。

设备技术特点与优势

一、设备的创新点

1、组合模块式多功能输送原材料装置,包括:液体态、气态、粉末态原材料均匀精密送料装置,丝状原材料均匀精密送料装置、块状真空熔炼精密限流导流浇注装置;能满足不同状态的原材料生产;

2、等离子体电源和等离子体发生器也是本技术的关键技术创新点。为了提高雾化效率和雾化过程的稳定进行,本设备技术提出超高温等离子体发生器、等离子气体种类选择、以及气体流量和金属流率均合理匹配,生产高性能全系列金属单质和金属合金微米/纳米粉末材料,也可以用于多相化合物粉末材料制备,包括:化学活性强的金属Mg/Al/Ti/Zr及合金等;高温金属W/Mo/Nb/Ta及合金等;氧化物、氮化物、碳化物的高纯、球形、微/纳米及粉体材料等;

3、其专业设计的化学反应室能反应生成多种高化合度的高纯度多元素组分的粉末材料;

4、提出了粉末粒度、氧含量与流动性精密智能控制的关键技术点;

5、急冷技术,制备纳米级粉末材料。

二、设备技术先进性
1、本设备智能控制集成度高;

2、粉末粒度在线测量及反馈精密控制技术,让行业技术从此脱离个人经验的依赖阶段,进入到智能制造时代;

3、粉末的氧含量过程综合控制技术;

4、粉末的分散性、流动性指标关键控制技术;
5、提高-50+15μm区间粉末(应用于增材制造SLM等主流技术路径)收得率的关键控制技术;
6、超细微米、亚微米、纳米级粉末材料的连续收集技术;

7、化学活性材料表面钝化技术,保证产品使用过程安全性;
8、设备防静电防爆设计技术。

 

湖南天际智慧材料科技有限公司成立于2018年(行业经验20余年),位于湖南省益阳市高新区东部产业园,作为专业研发制造智能化新材料生产技术装备、提供创新材料制备综合解决方案的高科技公司,特别专注于各种结构性和功能性超细、微纳米粉末新材料的制备技术研发和生产装备的制造。产品产业链包括高性能粉末材料的制备技术和装备、粉末材料的改性技术和装备、粉末快速成型制品的烧结和热处理技术和装备等,所从事的行业技术涉及到化学、冶金学、材料学、量子力学,以及机械设计技术、热工控制技术、气氛控制技术、真空控制技术、智能化控制技术、互联网技术等,这些交叉科学和技术集成融合,既全面且专业,具备高度复杂性。公司将不断加大研发投资,引进创新型人才,开发出数项具有完全知识产权的行业技术和设备,申请多项专利;我们将以专业技术为引导,创新驱动发展,集独特性、新颖性、专业性的智能化技术不断升级我们的产品和服务,成为本行业产品创新性的标杆,让不遗余力的创新成为我们在市场中的核心竞争力。

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