一種高純二硅化鉭粉末制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高純硅化鉭粉末制備方法，包括如下步驟：將?500目硅粉和?300目鉭粉以及添加劑NH4Cl按配比稱重，球磨混合均勻，裝入陶瓷坩堝并振實(shí)到一定密實(shí)程度，裝入燃燒合成爐，抽真空通入氬氣預(yù)熱后點(diǎn)燃發(fā)生燃燒合成，冷卻后球磨得到所需的二硅化鉭粉末。與現(xiàn)有制造方法相比，本發(fā)明方法的合成團(tuán)塊松散，容易破碎，且全部為二硅化鉭相的二硅化鉭粉末。因此，本發(fā)明方法能夠制備具有粒度可控性好，純度高的單相二硅化鉭粉末。
【專利說明】
一種高純二硅化鉭粉末制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于特種粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以粉末為原料制備硅化鉭粉末的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬硅化物有著類似金屬的導(dǎo)電性能、高溫性能、抗氧化性能和與硅集成電路的生產(chǎn)工藝相容性.過渡金屬硅化物可用于低電阻柵門和內(nèi)連線、肖特基柵、電阻接觸。二硅化鉭具有高熔點(diǎn)、低電阻率、抗腐蝕、抗高溫氧化性以及與硅、碳等基體材料具有良好的兼容性等優(yōu)異性能，作為柵材料、集成電路的連結(jié)線路、高溫抗氧化涂層等，在電熱元件、高溫結(jié)構(gòu)部件、電子器件等方面得到了較廣泛的研究與應(yīng)用(崔春娟，張軍，劉林，傅恒志，難熔金屬硅化物TaSid^JW究進(jìn)展，材料熱處理技術(shù)，39 (2010) 72-74)。
[0003]二娃化鉭制備方法包括:燃燒合成法(combust1n synthesis, CS)或自蔓延高溫合成法(self-propagating high-temperature synthesis , SHS)、電弧恪煉法等。燃燒合成法或自蔓延高溫合成法是一種利用元素/化合物反應(yīng)放熱來合成金屬間化合物的方法。它具有設(shè)備簡單、所需能耗低、合成時間短等優(yōu)點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)是反應(yīng)速度快，過程控制難，容易存在雜相。(殷聲，燃燒合成，北京:冶金工業(yè)出版社，1999)。二硅化鉭的燃燒合成需要預(yù)熱才能引發(fā)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)合成，但存在二硅化物以外的相。電弧熔煉法一般需要較長均勻化時間，同時在熔煉過程中由于揮發(fā)造成的硅損失可能導(dǎo)致一些雜相的生成。
[0004]等離子體噴涂技術(shù)因其射流溫度高達(dá)10000°(:，射流速度達(dá)300-400111/8，集高溫熔化、快速凝固和近凈成形等優(yōu)勢于一體，并且該技術(shù)不受形狀或尺寸限制，易于實(shí)現(xiàn)其短流程制備成形，逐漸發(fā)展成為一種新型的零部件成形技術(shù)，已經(jīng)被用來制備一些零部件。利用等離子噴涂技術(shù)制備將二硅化鉭粉制成塊材(朱亞然，普慧，黃利生，一種制備二硅化鉭塊體材料的方法，ZL201410125984.6)，這需要高純的二硅化鉭粉末作為原料。因此，如何獲得高純度二硅化鉭(沒有雜相生成)粉末成為關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有的制備二硅化鉭粉末的不足，本發(fā)明提供一種新型的制備二硅化鉭粉末的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種高純二硅化鉭粉末的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
1)將-500目硅粉和-300目鉭粉按TaSi2的化學(xué)計量比稱重；
2)加入占硅粉和鉭粉重量0.5-1.5%的NH4Cl粉末；
3)將上述粉末球磨，球料比4:1-8:1，球磨時間8-12小時；
將球磨后的粉末裝入碳化硅坩禍中，放在振動臺上振實(shí)到相對密度為35-40%;
4)將裝粉末的坩禍裝入合成爐中，抽真空后充入氬氣，以每分鐘15-20°C升溫至450-6500C，用鎢絲通電引燃二硅化鉭合成反應(yīng)； 5)冷卻后用氧化鋯球和罐破碎得到最終粉末產(chǎn)品，經(jīng)XRD檢測全部為二硅化鉭相。
[0007]與現(xiàn)有制造方法相比，本發(fā)明方法的合成團(tuán)塊松散，容易破碎，且全部為二硅化鉭相的二硅化鉭粉末。因此，本發(fā)明方法能夠制備具有粒度可控性好，純度高的單相二硅化鉭粉末。
【附圖說明】
[0008]圖1是S1-Ta一■兀相圖；
圖2是本發(fā)明制備的TaSi2粉末的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]在燃燒合成技術(shù)中，TaSi2的合成由鉭粉與硅粉混合再加熱到一定溫度下，點(diǎn)火引發(fā)鉭和硅粉末之間的放熱反應(yīng)完成的。由于該體系是弱放熱體系，所以要預(yù)先加熱，使放熱反應(yīng)能自我維持。由于Ta — Si體系還存在其它的化合物，如圖1所示，包括Ta5Si3、Ta2S1、Ta3Si，因此在合成TaSi2時，如控制不當(dāng)，很容易得到其它的硅化鉭相。
[0010]在本發(fā)明方法中，本發(fā)明的TaSi2粉末制備方法包括如下步驟:
首先，將-500目硅粉和-300目鉭粉按TaSi2的化學(xué)計量比稱重。這里為了獲得高純度的產(chǎn)品，需要選用高純度的硅粉和鉭粉，比如純度99.95或99.99%。選用-500目硅粉與-300目鉭粉配合是為了更好地使硅與鉭混合均勻，使鉭顆粒被硅顆粒包圍，有利于在后面燃燒合成的步驟中使硅和鉭之間更容易接觸反應(yīng)。使用化學(xué)計量配比是為了得到TaSi2相。在都使用-200目或-300目硅粉和鉭粉的情況下，難以獲得完全的單相TaSi2相粉末，總會少量的Ta5Si3相。使用粒度更小的原料粉末能夠使反應(yīng)更加完全，但這增加粉末氧含量，反而會阻礙合成反應(yīng)。
[0011 ] 第二，加入硅粉和鉭粉重量0.5-1.5%的NH4C1粉末。研究發(fā)現(xiàn)NH4C1對硅和鉭的反應(yīng)起到催化作用，能夠加速二者之間的反應(yīng)并使反應(yīng)進(jìn)行徹底完全。在沒有氯化銨時，同樣反應(yīng)不完全，會殘留其它硅化鉭相。
[0012]第三，將上述粉末球磨，球料比4:1-8:1，球磨時間8-12小時。在此球磨參數(shù)下，原料混合均勻，接觸充分，反應(yīng)更完全。
[0013]第四，將球磨后的粉末裝入碳化硅坩禍中，放在振動臺上振實(shí)到相對密度為35-40%。使用碳化硅坩禍導(dǎo)熱好，耐熱，反應(yīng)快速放熱不會使坩禍損壞。振實(shí)到相對密度35-40%，一方面顆粒接觸充分，另一方面保持相對松散，反應(yīng)之后容易破碎，易于控制產(chǎn)品粒度大小。
[0014]第五，將裝粉末的坩禍裝入合成爐中，抽真空后充入氬氣，以每分鐘15_20°C升溫至450-650°C，用鎢絲通電引燃二硅化鉭合成反應(yīng)。抽真空充入氬氣，防止氧化?？焖偕郎厮俣仁菫榱朔乐怪虚g過程生成其它硅化鉭。高的預(yù)熱溫度能夠確保點(diǎn)燃反應(yīng)燃燒合成全部生成TaSi2相。
[0015]第六，冷卻后用氧化鋯球和罐破碎得到最終粉末產(chǎn)品，經(jīng)XRD檢測全部為二硅化鉭相。用氧化鋯球磨能夠減小雜質(zhì)引入，特別是防止鐵的引入。在以上措施的綜合作用下，本發(fā)明方法能夠控制硅粉和鉭粉反應(yīng)，如圖2所示，經(jīng)XRD檢測全部生成TaSi2相。
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0017]實(shí)施例1
將-500目硅粉23.6克和-300目鉭粉76.4克稱重；
加入占硅粉和鉭粉重量0.5克的NH4Cl粉末；
將上述粉末球磨，球料比8:1，球磨時間12小時；
將球磨后的粉末裝入碳化硅坩禍中，放在振動臺上振實(shí)到相對密度為40%;
將裝粉末的坩禍裝入合成爐中，抽真空后充入氬氣，以每分鐘20°C升溫至650°C，用鎢絲通電引燃二硅化鉭合成反應(yīng)；
冷卻后用氧化鋯球和罐破碎得到最終粉末產(chǎn)品，經(jīng)XRD檢測全部為二硅化鉭相。
[0018]實(shí)施例2
將-500目硅粉23.6克和-300目鉭粉76.4克稱重；
加入占硅粉和鉭粉重量1.5克的NH4Cl粉末；
將上述粉末球磨，球料比4:1，球磨時間8小時；
將球磨后的粉末裝入碳化硅坩禍中，放在振動臺上振實(shí)到相對密度為35%;
將裝粉末的坩禍裝入合成爐中，抽真空后充入氬氣，以每分鐘15°C升溫至450°C，用鎢絲通電引燃二硅化鉭合成反應(yīng)；
冷卻后用氧化鋯球和罐破碎得到最終粉末產(chǎn)品，經(jīng)XRD檢測全部為二硅化鉭相。
[0019]實(shí)施例3
將-500目硅粉23.6克和-300目鉭粉76.4克稱重；
加入占硅粉和鉭粉重量1.0克的NH4Cl粉末；
將上述粉末球磨，球料比6:1，球磨時間10小時；
將球磨后的粉末裝入碳化硅坩禍中，放在振動臺上振實(shí)到相對密度為38%;
將裝粉末的坩禍裝入合成爐中，抽真空后充入氬氣，以每分鐘18°C升溫至550°C，用鎢絲通電引燃二硅化鉭合成反應(yīng)；
冷卻后用氧化鋯球和罐破碎得到最終粉末產(chǎn)品，經(jīng)XRD檢測全部為二硅化鉭相。
[0020]實(shí)施例4
將-500目硅粉23.6克和-300目鉭粉76.4克稱重；
加入占硅粉和鉭粉重量0.8克的NH4Cl粉末；
將上述粉末球磨，球料比7:1，球磨時間11小時；
將球磨后的粉末裝入碳化硅坩禍中，放在振動臺上振實(shí)到相對密度為39%;
將裝粉末的坩禍裝入合成爐中，抽真空后充入氬氣，以每分鐘19°C升溫至600°C，用鎢絲通電引燃二硅化鉭合成反應(yīng)；
冷卻后用氧化鋯球和罐破碎得到最終粉末產(chǎn)品，經(jīng)XRD檢測全部為二硅化鉭相。
[0021]實(shí)施例5
將-500目硅粉23.6克和-300目鉭粉76.4克稱重；
加入占硅粉和鉭粉重量1.2克的NH4Cl粉末；
將上述粉末球磨，球料比5:1，球磨時間9小時；
將球磨后的粉末裝入碳化硅坩禍中，放在振動臺上振實(shí)到相對密度為36%;
將裝粉末的坩禍裝入合成爐中，抽真空后充入氬氣，以每分鐘16°C升溫至500°C，用鎢絲通電引燃二硅化鉭合成反應(yīng)；冷卻后用氧化鋯球和罐破碎得到最終粉末產(chǎn)品，經(jīng)XRD檢測全部為二硅化鉭相。
[0022]因此，本發(fā)明方法通過整合原料粒度、添加劑、球磨、裝填以及升溫合成等諸多環(huán)節(jié)，使反應(yīng)過程易于控制，能夠獲得單純的TaSi2相的粉末材料，并且通過控制原料純度以及避免過程引入雜質(zhì)，從而最終獲得1?純度的單相TaSi2粉末D
【主權(quán)項】
1.一種高純二硅化鉭粉末制備方法，其特征在于包括如下步驟: 1)將-500目硅粉和-300目鉭粉按TaSi2的化學(xué)計量比稱重； 2)加入NH4Cl粉末; 3)將上述粉末球磨，球料比4:1-8:1，球磨時間8-12小時； 4)將球磨后的粉末裝入碳化硅坩禍中，放在振動臺上振實(shí)； 5)將裝粉末的坩禍裝入合成爐中，抽真空后充入氬氣，升溫、用鎢絲通電引燃二硅化鉭合成反應(yīng)； 6)冷卻后用氧化鋯球和罐破碎得到最終粉末產(chǎn)品，經(jīng)XRD檢測全部為二硅化鉭相。2.如權(quán)利要求1所述一種高純二硅化鉭粉末制備方法，其特征在于步驟2)步驟2)所述NH4Cl粉末占硅粉和鉭粉重量0.5-1.5%。3.如權(quán)利要求1所述一種高純二硅化鉭粉末制備方法，其特征在于步驟4)所述振實(shí)相對密度為35-40%。4.如權(quán)利要求1所述一種高純二硅化鉭粉末制備方法，其特征在于步驟5)所述升溫速率是每分鐘15-20 °C，升溫溫度450-650 °C。
【文檔編號】C01B33/06GK106044778SQ201610534377
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】鄭貴林, 武桂燕, 林濤
【申請人】福斯曼科技（北京）有限公司