[其他]通过碳热还原制成的陶瓷用氮化硅粉末及其制造工艺

说明书

本发明涉及特别是可用于制造陶瓷的氮化硅（Si₃N₄）粉末，所述粉末是用所谓二氧化硅碳热还原法制得的。本发明也涉及这样的粉末的制造工艺。

已知陶瓷用氮化硅的制造方法有许多种。除了实验室方法诸如利用由激光或离子体诱导反应的方法以外，文献主要叙述了三种方法，即用囟硅烷和氨的气相反应;用硅和氮的直接氮化和用二氧化硅和碳在有含氮气氛存在下的碳热还原法（F.K.Van    Dijen，R.Mefselaar和C.A.M.Siskens，Spechsaal    117卷，7期，1984，627-9页）。不同于上面提到的使用激光或等离子体技术，该技术可以导致高比表面积的氮化物，也就是说，达到或超过100或150平方米/克（例如见，Y.Kizaki，T.Kandori和Y.Futitani，Japanese    Journal    of    Applied    Physics    24卷，7期，1985年7月，800-805页），而碳热还原法导致低比表面积的粉末，也就是说小于20平方米/克（例如见David    L.Segal，Chemistry    &    Inaustry    1985年8月19日，544-545页，他给出的数值是5平方米/克;Shi    Chang    Zhang和W.Roger    Cannon，Journal    of    American    Ceramic    Society67卷，10期，691-5页，作者提到10.3平方米/克）。

本发明提出借助碳热还原和氮化所制得的一系列新的氮化硅粉末，这些粉末具有高的比表面积。

本发明也涉及制造这样粉末的工艺和用于该工艺的特定方法。

本发明也涉及按照本发明粉末所制得的陶瓷。

这些新型粉末由氮化硅组成，其特征在于它们具有至少30平方米/克的比表面积。

本发明特别涉及这样的粉末，它们以平均尺寸小于5微米的聚集物形式存在，和由平均尺寸介于10和50毫微米的原粒子组成。

本发明尤其涉及至少50%具有晶体结构的粉末，本发明也涉及比表面积介于40和250平方米/克的粉末。

本发明也涉及Si₃N₄粉末，其中2到40%由一种β相所组成。

如本发明所指定，比表面积用B.E.T.法测定，该法按照Brunauer，Emmett和Teller，J.A.C.S.，60卷，309页，1938。

还有晶体结构按照C.P.Gazzara和D.R.Messier在Bull，Am.Ceram.Soc.56卷777-80页，1977中所叙述的方法用X-射线衍射测定。

β（和α）相的测定用X-射线衍射法进行（C.P.Gazzara    op.Cit.）。

本发明也涉及制备上述粉末的工艺，更确切地说，制造具有可以控制的高比表面积粉末的工艺，所述工艺由下述步骤组成：

a）用二氧化硅、碳和/或产生碳的粘结剂来制备控制微孔体积的小颗粒;

b）在有含氮气氛存在下在a中制得的小颗粒进行碳热还原反应;

c）脱碳;

d）得到粉末。

步骤a在于制备控制微孔体积的小颗粒。在此工序中，使用二氧化硅（SiO₂）和提供碳并具有粘结剂作用的一种或多种化合物或元素。

一般来说二氧化硅的粒度小于10微米，或更精确地说其数量级为0.1到5微米。

按照本发明的工艺中可以采用或者一方面用碳和另一方面用粘结剂;或者用能保证反应所需碳的粘合力的粘结剂。

当碳和粘结剂同时使用时，碳可以选自不同种类的碳，主要是植物炭，热解炭黑，乙炔碳，焦炭，灯黑和石墨。一般，碳的粒度在10微米以下和更确切地说在0.1到5微米数量级。

单独使用或与碳结合使用的粘结剂可以选自很大一类天然或合成物质，这些物质被转变成碳的时间不迟于碳热还原反应的期间，能促进二氧化硅的聚集和在适宜场合促进碳的聚集以形成小颗粒。符合于这一定义的产品中将会提到的有煤焦油、树脂或聚合物，特别是热固性的象酚醛树脂等，例如酚甲醛，环氧树脂，聚酰亚胺，聚脲和聚碳酸酯。

一般在上述意义上，碳和/或粘结剂的用量应使碳/SiO₂克分子比大于1和最好介于2和60/1之间。

当同时使用碳和粘结剂时，粘结剂数量至少相当于二氧化硅+碳混合物重量的2%。