[发明专利]一种高纯四硼化硅粉末及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高纯四硼化硅粉末及其制备方法。该高纯四硼化硅粉末采用结晶度在40％‑60％之间的硼粉，选择硼粉和硅粉以3.2∶1‑4∶1的硼硅摩尔比例在气氛炉中高温反应合成，具体包括以下步骤：(1)将硅粉和硼粉按比例称重；(2)将硅粉和硼粉放入混料机中混合均匀；(3)将混合均匀的粉末装入刚玉坩埚中，并将坩埚放入气氛烧结炉中，使用高纯氩气对气氛炉炉腔进行清洗，直至炉腔内氧含量低于30ppm；(4)在氩气气氛保护下以5℃/min的速率升温至1280‑1350℃，保温2‑3h，以5℃/min的速度降温至室温；(5)将烧结后的粉末使用行星球磨机球磨破碎。本发明的高纯四硼化硅粉末经XRD测定全部物相为SiB₄相，且除Si和B外其他杂质含量小于1％。

技术领域

本发明涉及一种高纯四硼化硅粉末及其制备方法，属于特种粉末制备技术领域。

背景技术

SiB₄是一种耐高温材料，它具有熔点高、良好的化学稳定性、低的热传导率等特点，常被用做高温涂层辐射剂和助烧剂，在涂层中主要起到助烧和自愈合的作用。传统的玻璃涂层在高温下发生反应生成气体而出现挥发的现象，使得涂层表面出现气泡或者裂纹，降低了涂层的辐射率和强度。在涂层中添加少量的SiB₄粉体，在烧结过程中或者高温工作环境下，SiB₄发生氧化形成特定比例的SiO₂-B₂O₃玻璃相，抑制气泡的产生和修复裂纹；另一方面，SiB₄的氧化物在TaSi₂、MoSi₂等辐射剂表面形成玻璃相，阻止了辐射剂的进一步氧化，使得涂层可在更高的温度下工作。

制备SiB₄粉体的方法大致可以分为两类。第一类方法是在高温下还原Si、B的化合物制得，如还原SiO₂、Si(H，Br，Cl或I)₄、B₂O₃、H₃BO₃、B₂H₆及B(Br、Cl或I)₃或这些化合物的混合物，以形成各种硼化物。使用这一类方法合成SiB₄最大的问题是无法控制反应，以及得到的产物是各种硼化物、硼单质、硅单质以及未反应完全的原料的混合物，它们很难彼此分离。第二类方法包括通过单质硅和硼之间的反应进行合成的方法，例如通过将单质熔化在一起进行合成、将混合物在空气、惰性气体或真空中烧结，或是在氩气中热压。虽然这些方法得到的结果比第一类方法更好，但依然存在反应无法得到充分控制，以及产物中或多或少都会有剩余的B、Si或者生成SiB₆杂相的问题。

SiB₄为非稳态中间相，在一定温度以上会发生分解。3SiB₄→Si+2SiB₆，合成温度过高或者反应时间过长，都容易生成SiB₆，而生成的SiB₆后续很难从SiB₄中分离出来；而反应温度不充分，存在剩余的B或者Si单质。对于存在的B、Si和SiB₆杂相，提高纯度主要通过酸洗和卤素提纯工艺对未完全反应的粉体进行纯化处理，去除未反应的硅与硼，酸洗工艺可能会对粉体造成二次污染，引入其他杂质，卤素提纯工艺对环境也有一定的污染。而对于SiB₆相则没有办法去除，因此制备高纯SiB4具有非常大的难度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高纯四硼化硅粉末，该粉末无杂相，全部物相为SiB₄相，纯度高。

本发明的另一目的在于提供一种所述高纯四硼化硅粉末的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高纯四硼化硅粉末，该粉末采用结晶度在40％-60％之间的硼粉，选择硼粉和硅粉以3.2∶1-4∶1的硼硅摩尔比例在气氛炉中高温反应合成。