RU2541058C1 - Способ получения ультрадисперсного порошка нитрида кремния - Google Patents
Способ получения ультрадисперсного порошка нитрида кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2541058C1 RU2541058C1 RU2013145336/04A RU2013145336A RU2541058C1 RU 2541058 C1 RU2541058 C1 RU 2541058C1 RU 2013145336/04 A RU2013145336/04 A RU 2013145336/04A RU 2013145336 A RU2013145336 A RU 2013145336A RU 2541058 C1 RU2541058 C1 RU 2541058C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- powder
- gas stream
- silicon nitride
- bulk layer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 92
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 13
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 12
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000003801 milling Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 20
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 15
- 229910007991 Si-N Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910006294 Si—N Inorganic materials 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229910001337 iron nitride Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000015110 jellies Nutrition 0.000 description 1
- 239000008274 jelly Substances 0.000 description 1
- 239000006148 magnetic separator Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области порошковой технологии и предназначено для получения ультрадисперсных порошков нитрида кремния. Предложенный способ базируется на методе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-процесса), в котором в качестве шихты используют смесь порошков предварительно активированного нитридообразующего компонента со средним размером частиц меньше 5 мкм и нитрида кремния в качестве разбавителя со средним размером частиц меньше 1 мкм и шириной распределения не более 2 в количестве менее 25% от общей массы, в качестве нитридообразующего компонента используют ферросилиций, после дробления спека проводят дальнейшее измельчение (дезагрегацию) порошка в струе сжатого газа, подаваемой в насыпной слой, при этом пылегазовый поток рециркулируют как внутри рабочего объема, выделяя крупные частицы из рабочего газа за счет инерционной и воздушно-центробежной сепарации, так и вне его, эжектируя выделенные из потока циклонным сепаратором мелкие частицы и возвращая их в рабочий объем, при этом одновременно над насыпным слоем и в зоне отделения частиц циклонного сепаратора создают область действия магнитного поля, в которую подают пылегазовый поток и осуществляют контактирование частиц с поверхностью магнита, причем в течение всего процесса измеряют напряжение, индуцируемое частицами железа в пылегазовом потоке, выходящем из насыпного слоя, и, при достижении им минимального (заданного) значения, процесс продолжают еще в течение не менее трех рециркуляций материала, оставшегося в рабочем объеме, затем эжектирование прекращают, а продукт классифицируют на фракции. Технический результат - получение порошков нитрида кремния с ультрадисперсным составом из промышленных марок ферросилиция с существенно уменьшенными затратами на химическую очистку от примесей железа. 12 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения высокочистого ультрадисперсного порошка нитрида кремния и изготовления из него керамических изделий, удовлетворяющих современным техническим требования по твердости, термопрочности и стойкости в агрессивных химических средах.
Основными промышленными методами синтеза нитрида кремния являются: "печной" (ПС), плазмохимический (ПХС), газофазный и метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-процесса).
В настоящее время для получения нитрида кремния широко используется СВС-процесс, который наиболее оптимален по энергозатратам, сохранению химической чистоты и простоте аппаратурного оформления /1/. Однако в связи с тем, в СВС-процесса температура во фронте горения высокая, то при неравномерности горения из-за неоднородного гранулометрического состава шихты возникают локальные расплавления реагента и коагуляция частиц, а после прохода фронта горения и образования Si3N4 в сильно разогретом материале начинается процесс спекания частиц Si3N4, что приводит к образованию высокопрочных агрегатов большого размера. Поэтому для размола и сохранения чистоты продукта требуются значительные энергозатраты и дорогостоящее оборудование, имеющее специальную футеровку поверхностей.
Данные недостатки исключаются, если использовать способ получения шихты для синтеза нитрида кремния /2/, в котором смешивают порошки предварительно активированного нитридообразующего элемента (кремния) со средним размером частиц меньше 5 мкм и разбавителя (нитрида кремния) со средним размером частиц меньше 1 мкм и шириной функции распределения не более 2, в количестве 10-25% от общей массы. В результате после СВС-процесса получается легко измельчаемый спек, что обеспечивает условия для дальнейшего получения при его дезагрегации ультрадисперсного порошка нитрида кремния без загрязнения продуктами намола.
Однако данный способ имеет следующие недостатки.
Так для удешевления конечного продукта в качестве исходного нитридообразующего элемента можно использовать ферросилиций, стоимость которого, например, ФС-75 по данным ООО «РЗМ-металлургия» (г. Челябинск), опубликованным на сайте www.uralforum.ru (ГОСТ 1415-93), составляет 69 тысяч рублей за 1 тонну, в то время как стоимость кремния кристаллического марки Kp1 (ГОСТ 2169-69) - 103 тыс руб./т, но продукт будет загрязнен примесью железа, что потребует дополнительных дорогостоящих операций по очистке: в промышленности для очистки сыпучих материалов от включений железа принято использовать магнитную сепарацию с последующим травлением раствором 15-30%-ной соляной кислоты (затем нерастворившийся осадок промывают в воде и сушат).
Однако, как показали наши опыты, выделение магнитной сепарацией частиц железа из различных ультрадисперсных порошков напрямую, пропуская через существующие в промышленности магнитные сепараторы, крайне не эффективно из-за значительной связности таких порошков (влияние когезии), препятствующей выходу из слоя частиц железа к магниту.
Кроме того, как видно из фотографии (фиг.2), в продукте также содержатся агрегаты из кристаллов нитрида кремния с внутренними включениями из расплавов железа, что также ухудшает качество конечного продукта и требует дополнительного травления соляной кислотой. В результате серьезной проблемой после травления является образование большого количества вредных отходов, что требует значительных дополнительных затрат на их утилизацию.
Технический результат заявленного изобретения состоит в получении порошков нитрида кремния (Si3N4) с ультрадисперсным составом из промышленных марок ферросилиция с существенно меньшими затратами на химическую очистку от примесей железа.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
Для решения поставленной задачи шихту получают путем смешивания порошков предварительно активированного нитридообразующего компонента со средним размером частиц меньше 5 мкм и разбавителя - нитрида кремния со средним размером частиц меньше 1 мкм и шириной распределения не более 2 в количестве менее 25% от общей массы, в качестве нитридообразующего компонента используют ферросилиций, проводят азотирование шихты в СВС-процессе, после дробления спека в порошок до размера основной массы частиц (агрегатов) менее 0,1 мм, проводят дальнейшее измельчение (дезагрегацию) в струе сжатого газа, подаваемой в насыпной слой порошка при избыточном давлении 4÷6 кг/см2, а после уменьшения среднего размера частиц в насыпном слое до 15÷20 мкм рабочее давление увеличивают до 7÷8 кг/см2, при этом пылегазовый поток рециркулируют как внутри рабочего объема, возвращая крупные частицы в насыпной слой за счет инерционной и воздушно-центробежной сепарации, так и вне его, эжектируя выделенные из потока циклонным сепаратором мелкие частицы и возвращая их в рабочий объем, при этом одновременно над насыпным слоем и в зоне отделения частиц циклонного сепаратора создают область действия магнитного поля, в которую подают пылегазовый поток и осуществляют контактирование частиц с поверхностью магнита, причем в течение всего процесса измеряют напряжение, индуцируемое частицами железа в пылегазовом потоке, выходящем из насыпного слоя, и, при достижении им минимального (заданного) значения, процесс продолжают еще в течение не менее трех рециркуляций материала, оставшегося в рабочем объеме, затем эжектирование прекращают, а продукт классифицируют на фракции.
Чтобы продукт СВС-процесса (спек) легко дробился и измельчался в ультрадисперсный порошок (без загрязнения продуктами намола), необходимо для азотирования использовать высокооднородную смесь из активированного нитридообразующего компонента с основным размером частиц менее 5 мкм и порошка-разбавителя (нитрида кремния) со средним размером частиц меньше 1 мкм шириной распределения не более 2 и в количестве менее 25% от общей массы, который исключает локальные расплавы в зоне реакции при СВС-процессе.
Для обеспечения низкой себестоимости производства при проведении СВС-процесса в качестве исходного материала в предлагаемом способе необходимо использовать промышленно-выпускаемый ферросилиций с содержанием кремния 50÷95%. Сплавы, содержащие менее 50%, трудно измельчаются из-за высокого содержания железа. Сплав, содержащий более 95%, нецелесообразно использовать из-за высокой стоимости.
Подача струи в насыпной слой создает зону с интенсивным вихревым движением рабочего газа, который захватывает частицы, разгоняет до больших скоростей (в зависимости от размера частиц от нескольких метров в секунду до сотен) и обеспечивает тонкое диспергирование частиц до микронного и субмикронного уровня. При этом струйное самоизмельчение частиц исключает намол и появление дополнительных примесей.
Исходный крупный порошок после предварительного дробления состоит в основном из достаточно хрупких крупных агрегатов, частицы которого имеют большое количество слабых внутренних связей, и поэтому экономически целесообразно в начале дезагрегацию проводить при более низком рабочем давлении - порядка 4÷6 кг/см2, а потом - после снижения размера агрегатов до уровня 15÷20 мкм - их прочность существенно возрастает и необходимо усилить механизм самоистирания частиц, то есть увеличить давление до 6÷8 кг/см2, при этом расход рабочего газа может быть задан тем же самым или несколько увеличен (не более чем на 10÷45%), чтобы не изменить существенно режимы сепарации частиц. Таким образом, в начале крупные агрегаты разрушаются в основном при ударе об отбойную поверхность, а затем более трудные для разрушения - мелкие - при ударном взаимодействии в микровихрях, так как на встречных курсах относительная скорость частиц достигает сотен метров в секунду (порядка 500 м/с), что позволяет получать частицы ультрадисперсного уровня (<< 1 мкм).
Пылегазовый поток рециркулируют, запирая крупные (недоизмельченные) агрегаты частиц в рабочем объеме с помощью инерционной и воздушно-центробежной сепарации (используя, например, конический отражатель и классификатор с высокоскоростным лопаточным ротором), а мелкие (микронные и субмикронные) выделяют из потока на циклонном сепараторе и с помощью эжектирования возвращают в рабочий объем. Причем одновременно весь пылегазовый поток из диспергированных (дезагрегированных) частиц пропускают через область действия магнитного поля, где обеспечивают касательный контакт частиц с поверхностью магнита. В результате этого происходит выделение частиц железа на поверхность магнита. При этом во внутреннем объеме камеры измельчения происходит постоянная «бомбардировка» пылегазовым потоком налипшего на магнит слоя, в результате которой агрегаты частиц кристаллов нитрида кремния с частицами железа, как более слабо подверженные притяжению магнитного поля, сбиваются с поверхности магнита и возвращаются в зону измельчения. Подобные мелкие агрегаты, которые смогли пройти через воздушно-центробежную классификацию, улавливаются во внешнем контуре циклонным сепаратором и путем эжектирования снова возвращаются в рабочий объем на доизмельчение.
Контроль процесса магнитной сепарации осуществляется с помощью измерения напряжения, индуцируемого частицами железа, содержащимися в пылегазовом потоке, выходящем из насыпного слоя. Индуцированное напряжение пропорционально количеству (концентрации) частиц железа, поэтому из-за сильно выраженных магнитных свойств железа контроль процесса имеет высокую эффективность. После выхода измеряемых значений на заданный (минимальный) уровень процесс продолжают в течение не менее трех рециркуляции материала в рабочем объеме для того, чтобы максимально измельчить (дезагрегировать) очищенный от железа продукт. Затем эжектирование прекращают, а продукт классифицируют на фракции. Количество рециркуляции определяется требованиями к конечному гранулометрическому составу по размеру частиц, ширине распределения.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Фиг.1 - принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Фиг.2 - фотография продукта СВС-процесса «Fe-Si-N».
Фиг.3 - анализы результатов рентгенографического исследования материала «Fe-Si-N»: исходного и после магнитной сепарации и воздушно-центробежной классификации.
Фиг.4 - фотография фракции частиц, содержащих железо, выделенных на магните в процессе дезагрегации и магнитной сепарации продукта СВС-процесса в рабочем объеме установки.
Фиг.5 - фотография крупной фракции частиц, оставшихся в рабочем объеме установки после дезагрегации и магнитной сепарации продукта СВС-процесса.
Фиг.6 - фотография средней фракции частиц, выделенных в циклонном сепараторе после дезагрегации и магнитной сепарации продукта СВС-процесса.
Фиг.7 - фотография частиц мелкой фракции, выделенных на фильтре тонкой очистки отработанного газа (воздуха).
Фиг.8-12 - гистограммы гранулометрического состава образцов «Fe-Si-N»: исходного порошка и крупной, средней и мелкой фракций.
Устройство, реализующее заявленный способ, представлено на фиг.1.
Устройство состоит из установленного вертикально цилиндроконического бункера 1, циркуляционной трубы 2, расположенной вдоль центральной оси бункера 1, сопла 3, расположенного в нижней конической части бункера 1 соосно с трубой 2, отражателя 4, лопаточного ротора для воздушно-центробежной классификации 5, установленного на электроприводе соосно бункеру 1, циклонного сепаратора 6, форбункер которого 8 снабжен эжектором 7, соединенным с рабочим объемом бункера 1, накопителей готового материала 9, рукавного фильтра 10 для тонкой очистки отработанного газа, пульта управления 11, магнитно-индуктивного датчика 12. Причем в цилиндрических частях бункера 1 и форбункера 8 установлены кольцевые зоны из магнитных элементов 13.
Способ осуществляют следующим образом. После проведения азотирования СВС-процессом шихты, полученной на основе ферросилиция, например «ФС-75», вышеуказанным способом и дробления спека «Fe-Si-N» порошок с размером частиц менее 1 мм загружают в бункер 1. Затем через сопло 3 в нижнюю часть насыпного слоя данного порошкового материала подают рабочий газ при давлении 4÷6 кг/см2, в результате чего частицы, захваченные струей после выхода из циркуляционной трубы 2, сталкиваются с отражателем 4 и частично разрушаются. Крупные частицы возвращаются в насыпной слой, а более мелкие поступают в зону воздушно-центробежной классификации лопаточного ротора 5. Отделенные на отражателе 4 и на лопаточном роторе 5 крупные частицы возвращаются на доизмельчение, а прошедшие через ротор классификатора 5 поступают на циклонный сепаратор 6. Выделенные на нем частицы поступают в форбункер 8, а затем сконцентрированный поток более крупных частиц с помощью эжектора 7 возвращают в бункер 1, а пылегазовый поток, содержащий ультрадисперсные частицы (субмикронные и наноразмерные), подается на рукавный фильтр 10. На пульте управления 11 устанавливается необходимая скорость вращения ротора классификатора 5, давление газа, подаваемого на измельчение в сопло 3, давление газа, подаваемого на подшипниковый узел ротора классификатора 5, давление газа, подаваемого в зону между вращающимся ротором классификатора 5 и поверхностью бункера 1, и давление газа, подаваемого на эжектор 7, а также контролируется изменение напряжения на датчике 12, индуцированного частицами железа в процессе магнитной сепарации.
Расход сжатого газа обусловлен рабочими характеристиками лопаточного ротора, необходимыми для обеспечения его оптимальной работы, и зависит от его размеров, скорости вращения и рабочей концентрации частиц в зоне классификации. При заданном давлении величина расхода рабочего газа определяется диаметром сопла 3. Степень разрушения частиц (скорость процесса) зависит от скорости их столкновения с поверхностью отражателя 4, которая определяется скоростью газа на выходе из циркуляционной трубы 2, то есть при выбранном расходе рабочего газа задается диаметром трубы 2. Для измельчения агрегатов частиц легкоразрушаемого спека (получаемого в СВ-синтезе из шихты, подготовленной по заявленному способу) с размером до 100 мкм достаточна скорость натекания газового потока на отражатель 4 порядка 20÷50 м/с.
Поскольку с уменьшением размера частиц-агрегатов до уровня 15÷20 мкм измельчение на отражателе 4 практически прекращается (хотя скорость ударного взаимодействия частиц в струе растет, но она не достаточна для эффективного разрушения агрегатов), то дальнейшую дезагрегацию осуществляют путем самоистирания частиц в сильно-турбулизированной - за счет повышения давления до 7÷8 кг/см2 - струе рабочего газа. Как сказано ранее, скорость ударного взаимодействия частиц при таком их размере составляет сотни метров в секунду.
В верхней части бункера 1 над насыпным слоем пылегазовый поток за счет закрутки лопаточным ротором направляется на периферию и проходит касательно вдоль стенки бункера - в области действия магнитного поля, в результате чего частицы железа притягиваются к поверхности магнитных элементов 13, то есть удаляются из продукта. Аналогичная картина наблюдается в форбункере 8: частицы железа задерживаются на поверхности магнитных элементов 13, а оставшаяся часть материала, в том числе и не разрушенные мелкие агрегаты, с помощью эжектора 7 подается на доизмельчение в бункер 1.
После достижения напряжения, измеряемого датчиком 12 заданного (минимального) уровня, процесс продолжают в течение не менее трех рециркуляций материала, находящегося в бункере 1, а затем отключают эжектор 7 и продукт окончательно классифицируют на фракции по размеру частиц. Количество рециркуляции определяется требованиями к продукту: средним размером частиц, шириной распределения.
Время одной рециркуляции определяют следующим образом:
t=Мзагр/Gмат=Мзагр/(µ×Gгаза) [час], где
Мзагр - масса насыпного слоя [кг];
Смат - расход материала через циркуляционную трубу [кг/ч];
Gгаза - расход сжатого газа через сопло [кг/ч];
µ=(d2 тр/d2 c)-1 - коэффициент эжекции;
dтр, dc, - диаметры циркуляционной трубы 2 и сопла 3.
Для дополнительного улучшения состава продукта по содержанию частиц железа, перед окончательной очисткой отработанного газа и сбором ультрадисперсной фракции можно использовать как дополнительный циклонный сепаратор 6, так и специальный узел 14, в котором: а) за счет конструкционных элементов типа хоникомба∗ течение потока проходит более ламинарно, б) за счет расширенного проходного сечения узла 14 уменьшается скорость потока и - в) за счет выполнения узла 14 в виде патрубка плоской формы максимально сближены полюса магнита. Все это увеличивает вероятность выделения из потока даже сверхмелких частиц железа, высокая «парусность» которых позволила пройти через предыдущие зоны магнитной сепарации.
Как видно из фотографии порошка (фиг.2) исходного продукта СВС-процесса «Fe-Si-N», практически все частицы являются агрегатами кристаллов нитрида кремния с включениями из расплавов железа.
Как видно из фотографии (фиг.4), доминирующая доля частиц, выделенных на магните в бункере 1 в процессе дезагрегации - это частицы железа, кроме незначительной части, которая содержит как железо, так и кристаллы нитрида кремния.
Из фотографии частиц, оставшихся в бункере 1 (фиг.5) после дезагрегации и магнитной сепарации видно, что в основном все частицы - это чистые кристаллы Si3N4, хотя есть незначительное количество как крупных кристаллитов Si3N4 с включениями из частиц железа, так и частиц непрореагировавшего кремния.
На фотографиях частиц (фиг.6, 7), выделенных после дезагрегации и магнитной сепарации в циклонном сепараторе (средняя фракция), и на фильтре тонкой очистки отработанного газа (мелкая фракция) количество частиц железа еще существенно меньше.
Для количественной оценки содержания железа на фиг.3 представлены анализы результатов рентгенографического исследования материала «Fe-Si-N», полученного СВС-процессом из ферросилиция марки «ФС-75» - (таблица 1), и его образцов после дезагрегации, магнитной сепарации и воздушно-центробежной классификации: крупная фракция (материал, оставшийся в рабочем корпусе) - таблица 2, средняя фракция (материал, выделенный в циклонном сепараторе) - таблица 3, тонкая фракция (материал, выделенный в фильтре) - таблица 4. Как показано в таблице 1, содержание железа в исходном (синтезированном) «Fe-Si-N» составляло 7,09%, а после дезагрегирования с магнитной сепарацией и последующей воздушно-центробежной классификацией (см. таблицы 2-4) составило соответственно: 3,7% в крупной фракции (массовая доля которой составила ~ 33%), 1,73% в циклонном сепараторе (массовая доля которой составляет ~ 62%) и 0,74% железа содержит материал, выделенный в фильтре (его массовая доля ~ 5%).
Из представленных гистограмм (фиг.8-10) следует, что исходный порошок «Fe-Si-N» (фиг.8) и полученные из него после магнитной сепарации фракции нитрида кремния (фиг.9-11) существенно отличаются по размеру частиц (см., например, по параметру D(0,50), который характеризует средний размер частиц во фракции), что подтверждает эффективность данного способа также и для измельчения и выделения фракций получаемого нитрида кремния.
На фиг.10 показан гранулометрический состав порошка нитрида кремния, выделенного после окончания магнитной сепарации частиц железа в циклонном сепараторе при прекращении эжектирования и возврата материала после первой рециркуляции, а на фиг.11 - после третьей рециркуляции. Видно существенное улучшение как по среднему размеру частиц - D(0,50), так и по содержанию крупных - D(0,90), D(0,100).
Наиболее удовлетворительное качество продукта, как по содержанию железа, так и дисперсному составу, имеет фракция выделяемая на фильтре тонкой очистки (см. фиг.12).
Таким образом, преимуществом данного способа является возможность получения порошка нитрида кремния с ультрадисперсным составом при сверхнизком содержании железа, при этом используя в качестве сырья не дорогостоящий чистый кремний, а производимый промышленностью ферросилиций. Совокупность нововведенных признаков позволила разрешить все имеющиеся проблемы, возникающие при производстве порошков нитридов кремния известными методами, создать безотходный, экономически эффективный, энергосберегающий и экологически чистый процесс получения ультрадисперсного нитрида кремния.
∗Хоникомб - спрямляющая решетка (сотовый выпрямитель) для выравнивания поля скоростей течения газа в аэродинамической трубе или гидроканале.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Мержанов А.Г. В кн.: Твердопламенное горение, г. Черноголовка: изд-во ИСМАН, 2000, 224 с.
2. Способ получения шихты для синтеза нитрида кремния, патент RU 2465197 С2 от 27.10.2012, МПК C01B 21/068, (прототип).
Claims (1)
- Способ получения ультрадисперсного порошка нитрида кремния, включающий получение шихты путем смешивания порошков предварительно активированного нитридообразующего компонента со средним размером частиц меньше 5 мкм и разбавителя - нитрида кремния со средним размером частиц меньше 1 мкм и шириной распределения не более 2 в количестве менее 25% от общей массы, отличающийся тем, что полученную шихту, содержащую в качестве нитридообразующего компонента ферросилиций, подвергают азотированию в СВС-процессе, после дробления спека в порошок, имеющий основную массу частиц (агрегатов) с размером менее 0,1 мм, проводят дальнейшее измельчение (дезагрегацию) в струе сжатого газа, подаваемой в насыпной слой порошка при избыточном давлении 4÷6 кг/см2, а после уменьшения среднего размера частиц в насыпном слое до 15÷20 мкм рабочее давление увеличивают до 7÷8 кг/см2, при этом пылегазовый поток рециркулируют, как внутри рабочего объема, возвращая крупные частицы в насыпной слой за счет инерционной и воздушно-центробежной сепарации, так и вне его, эжектируя выделенные из потока циклонным сепаратором мелкие частицы и возвращая их в рабочий объем, при этом одновременно над насыпным слоем и в зоне отделения частиц циклонного сепаратора создают область действия магнитного поля, в которую подают пылегазовый поток и осуществляют контактирование частиц с поверхностью магнита, причем в течение всего процесса измеряют напряжение, индуцируемое частицами железа в пылегазовом потоке, выходящем из насыпного слоя и, при достижении им минимального (заданного) значения, процесс продолжают еще в течение не менее трех рециркуляций материала, оставшегося в рабочем объеме, затем эжектирование прекращают, а продукт классифицируют на фракции.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013145336/04A RU2541058C1 (ru) | 2013-10-09 | 2013-10-09 | Способ получения ультрадисперсного порошка нитрида кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013145336/04A RU2541058C1 (ru) | 2013-10-09 | 2013-10-09 | Способ получения ультрадисперсного порошка нитрида кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2541058C1 true RU2541058C1 (ru) | 2015-02-10 |
Family
ID=53287067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013145336/04A RU2541058C1 (ru) | 2013-10-09 | 2013-10-09 | Способ получения ультрадисперсного порошка нитрида кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2541058C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN120920194A (zh) * | 2025-10-13 | 2025-11-11 | 山西天成半导体材料有限公司 | 碳化硅微粉除杂设备 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2001877C1 (ru) * | 1992-01-30 | 1993-10-30 | Малое предпри тие "ДЖИПЛА ЛИМИТЕД" | Способ получени нитридов |
| RU2257338C1 (ru) * | 2004-03-23 | 2005-07-27 | Томский научный центр СО РАН | Способ получения нитрида кремния |
| RU2465197C2 (ru) * | 2010-10-21 | 2012-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное общество "МИПОР" | Способ получения шихты для синтеза нитрида кремния |
-
2013
- 2013-10-09 RU RU2013145336/04A patent/RU2541058C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2001877C1 (ru) * | 1992-01-30 | 1993-10-30 | Малое предпри тие "ДЖИПЛА ЛИМИТЕД" | Способ получени нитридов |
| RU2257338C1 (ru) * | 2004-03-23 | 2005-07-27 | Томский научный центр СО РАН | Способ получения нитрида кремния |
| RU2465197C2 (ru) * | 2010-10-21 | 2012-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное общество "МИПОР" | Способ получения шихты для синтеза нитрида кремния |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN120920194A (zh) * | 2025-10-13 | 2025-11-11 | 山西天成半导体材料有限公司 | 碳化硅微粉除杂设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2618864C (en) | Method of processing nepheline syenite powder to produce an ultra-fine grain size product | |
| JP5576510B2 (ja) | 金属回収のためのステンレス鋼スラグおよび鉄鋼スラグの精製方法 | |
| US10065194B2 (en) | Ultrafine nepheline syenite | |
| CN103396681B (zh) | 复合精细硫酸钡及其制造方法 | |
| Palaniandy et al. | Mechanochemical effects on talc during fine grinding process in a jet mill | |
| EP2969942B1 (en) | Process for producing fine, morphologically optimized particles using jet mill, jet mill for use in such process and particles produced | |
| CN106076562A (zh) | 流化床气流粉碎机 | |
| CN113382976B (zh) | 包含燃煤飞灰的陶瓷颗粒混合物 | |
| RU2541058C1 (ru) | Способ получения ультрадисперсного порошка нитрида кремния | |
| KR20010007869A (ko) | 도석광물의 선택 분쇄와 중력 관성 분급기에 의한품질향상 건식 정제법과 공정 | |
| US4793917A (en) | Centrifugal classifier for superfine powders | |
| RU2508947C1 (ru) | Способ получения ультрадисперсных порошков с узким фракционным составом | |
| US5775601A (en) | Systems and method for producing delaminated sedimentary mica | |
| RU2465197C2 (ru) | Способ получения шихты для синтеза нитрида кремния | |
| US20080135651A1 (en) | Method of processing nepheline syenite | |
| CN221816363U (zh) | 一种玄武岩鳞片粉碎分级装置 | |
| CN119926652A (zh) | 一种制备纳米级锆石的方法 | |
| RU2175579C2 (ru) | Способ сухой классификации частиц порошкового материала | |
| JP2002186909A (ja) | セラミック粉末中の異物除去装置とこれを用いた異物除去方法 | |
| KOTAKE et al. | Effects of Operational Conditions on Fine Grindability and Wear of Grinding Beads in Limestone Bead Milling | |
| RU36267U1 (ru) | Установка измельчения и сортировки материалов повышенной твердости, например, металлического хрома | |
| Kayacı et al. | Comparison of Dry Grinding Technologies as a Reference of Ceramic Granule Technological Parameters | |
| Costea et al. | Analysis of the Performances of an Air Separator for a Cement Particle Classification. | |
| JPS581152B2 (ja) | 高隠ぺい力、易分散性有色無機顔料の製造方法 | |
| JP2001323303A (ja) | 金属粉末の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181010 |