氮化硅粉体及其制备方法、用途

本公开涉及材料，且尤指一种氮化硅粉体及其制备方法、用途。

背景技术：

1、与常用的氮化硅(si3n4)粉体制备方法如硅粉氮化法、燃烧合成法相比，由气相/液相氨解法制备的氮化硅粉体具有高纯度、细粒径、低成本的优势，被认为是一种极具潜力的氮化硅粉体制备方法。现有的气相/液相氨解法通常直接焙烧前驱体来得到氮化硅粉体，但这样的氮化硅粉体中通常存在大量晶须且粉体形貌不规则，不利于通过粉末压制成型法得到致密的生坯，难以烧结致密，从而难以满足高端氮化硅制品对氮化硅粉体的需求。

2、因此，需要一种具有改善形貌的氮化硅粉体及其制备方法、用途。

技术实现思路

1、以下是对本公开实施例详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

2、在一方面，本技术的示例性实施方式提供了一种制备氮化硅粉体的方法，包括在保护性气氛中混合3wt％-30wt％的硅粉与70wt％-97wt％的前驱体粉末，形成粉体混合物；在含氮气氛中焙烧所述粉体混合物，得到所述氮化硅粉体，所述前驱体粉末选自由氨基硅、亚氨基硅以及非晶态氮化硅组成的组。

3、在示例性的实施方式中，在所述保护性气氛中混合10wt％-15wt％的硅粉与85wt％-90wt％的前驱体粉末。

4、在本公开中，前驱体粉末可以为氨基硅、亚氨基硅、非晶态氮化硅中的一种或多种。对于前驱体粉末的制备可以采用多种方法，例如以硅的卤化物和液氨为原料，通过氨解反应制备氮化硅前驱体，并用液氨对制备的前驱体反复清洗过滤，以去除氯化铵副产物；或者，利用气相卤化硅与氨气的反应进行制备。本公开并不限定前驱体粉末的制备方法。

5、在本公开中，前驱体粉末的d97粒径可以小于或等于1微米，该粒径可以通过激光粒度仪测得。

6、在本公开中，混合步骤可以采用常规的混合方法，包括但不限于球磨、高速搅拌。混合时间可以在1-3小时的范围内，本公开并不限定混合方法和混合时间。

7、在示例性的实施方式中，保护性气氛可以选自氮气和稀有气体中的一种或更多种。在本公开中，稀有气体可以包括氩气、氦气、氖气等。在示例性的实施方式中，保护性气氛可以采用氮气、氩气、氦气、氖气中的任意一种，或者，保护性气氛可以采用氮气与氩气的组合、氮气与氦气的组合等，本公开并不限定两种气体的比例。

8、在本公开中，含氮气氛可以采用氮气、氮气与氨气的组合、或氮气与氢气的组合。当含氮气氛采用氮气与氨气的组合时，氨气的浓度可以在0.5vol％-5vol％的范围内；当含氮气氛采用氮气与氢气的组合时，氢气的浓度可以在0.5vol％-3vol％的范围内。在本公开中，含氮气氛中的氧浓度可以小于100ppm，优选小于50ppm，更优选完全不含氧。

9、在示例性的实施方式中，所述硅粉中金属杂质的含量小于或等于2wt％，所述硅粉中氧杂质的含量小于或等于2wt％；可选地，所述硅粉中金属杂质的含量小于或等于0.5wt％，所述硅粉中氧杂质的含量小于或等于0.5wt％。

10、在本公开中，硅粉中的金属杂质通常指的是铁fe、钙ca等金属。在本公开中，硅粉中的氧杂质通常指以si-o化学键结合的氧，该氧杂质的量可以通过如氮氧分析仪测量。

11、在示例性的实施方式中，所述硅粉的粒径在200nm-20μm；可选地，所述硅粉的粒径在500nm-5μm。

12、在示例性的实施方式中，焙烧的温度在1400℃-1700℃的范围内，焙烧的时间为0.5-10h；可选地，焙烧的温度在1450℃-1550℃的范围内，焙烧的时间为2-3h。焙烧的温度低于1400℃时，诸如非晶氮化硅的前驱体粉末结晶与生长过程十分缓慢，最终产物呈现无规则的团聚颗粒；焙烧的温度高于1700℃时，硅粉将会融化甚至气化，不能为前驱体粉末的热解形核和结晶生长提供诱导作用，最终产物主要为无规则形貌的颗粒。

13、在本公开中，在焙烧温度范围内，可以采用本领域常规的加热或升温速度范围，如5-100℃/分钟范围内的升温速度，如采用5℃/分钟、10℃/分钟的升温速度。本公开并不限定升温速度。

14、在另一方面，本公开提供了一种氮化硅粉体，所述氮化硅粉体根据上述方法制备，所述氮化硅粉体包括多个单晶氮化硅颗粒。

15、在本公开中，所述氮化硅粉体包括的多个单晶氮化硅颗粒均呈现规则的形貌，例如每个氮化硅颗粒可以包括六棱柱和位于所述六棱柱两端的锥体，或者近似球形等。

16、在示例性的实施方式中，所述单晶氮化硅颗粒的数量在所述氮化硅粉体中占比60％以上；可选地，所述单晶氮化硅颗粒的数量在氮化硅粉体中占比90％以上，甚至高达95％以上。

17、在示例性的实施方式中，通过激光散射法测定的体积基准的10％粒径设为d10、将50％粒径设为d50、将90％粒径设为d90时，粒径分布宽度w定义为w＝d10/d50-d90/d50，所述氮化硅粉体的粒径分布宽度w在0.3-3的范围内。

18、在示例性的实施方式中，所述氮化硅粉体的粒径在100nm-20μm的范围内，长径比在1:1-5:1的范围内；可选地，所述氮化硅粉体的粒径在500nm-1μm的范围内。

19、在本公开中，所述氮化硅粉体中α相氮化硅(α-si3n4)的含量大于95wt％。因而，在本公开中，氮化硅粉体也可以被称为α相氮化硅粉体。

20、在又一方面，本公开提供了上述氮化硅粉体在制备导热填料、抛光粉、轴承球或集成电路封装基板中的用途。

21、在又一方面，本公开提供了一种导热填料，其包括上述氮化硅粉体。

22、在又一方面，本公开提供了一种氮化硅陶瓷，所述氮化硅陶瓷由上述氮化硅粉体通过成型烧结制得。本公开得到的氮化硅陶瓷结构致密且具有优良的机械强度和高的导热性。

23、在又一方面，本公开还提供了一种集成电路封装基板，其由上述氮化硅粉体制成。

24、本公开制得的氮化硅粉体具有粒径细、粒径分布窄、α相含量高、杂质含量低的优势。

25、另外，由本公开制得的氮化硅粉体成型烧结制备氮化硅陶瓷时，能够在氮化硅压制成形过程中获得更高的生坯密度，降低氮化硅陶瓷烧结过程中的收缩率，从而获得具有高的致密度且机械性能优异的氮化硅陶瓷。

26、本公开采用硅粉为形核结晶诱导剂，在前驱体粉末的结晶与生长过程中为前驱体粉末提供形核位置，从而制备得到结晶性好、形貌规则、粉末流动性优良的氮化硅粉体。

27、虽然不希望束缚于理论，但认为由于硅粉与氮气的反应温度低于前驱体粉末的结晶(分解)温度，在前驱体粉末结晶前，部分硅粉可以优先氮化形成氮化硅晶核，从而为前驱体粉末的结晶提供形核位点，诱导氮化硅前驱体通过气-固-固生长机理(气-固与固-固生长机制共存)在所形成的晶核上形核与生长。

28、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

29、在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。