Установка для производства нитрида кремния

 

Предлагаемое изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано для производства перспективного машиностроительного материала - нитрида кремния. Целью изобретения является снижение стоимости и повышение качества получаемого продукта. Указанная цель достигается тем, что ампулы, где происходит последовательные преобразования порошка окиси кремния вначале в более дисперсный путем электроимпульсного измельчения, а затем превращения окиси кремния в измельченный кремний, частицы которого могут полностью прореагировать с азотом при высоком давлении и температуре, размещены в термостатических камерах роторно-конверсной линии и имеющих обмотки постоянного электромагнита, обеспечивающего формирование поля электрического разряда, способного измельчить максимум исходного продукта. 2 ил.

Изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано для производства высокоэффективного и дорогостоящего материала нитрида кремния, применяемого в различных областях техники.

Наиболее близким из известных решений является установка, где в газостатическую камеру с находящимся в ней механически измельченным порошком кремния подается азот при давлении 1500 кг/см2 и при температуре 1000oC происходит образование нитридной пленки на каждой из частиц кремния.

Недостатком указанного устройства является необходимость последующего дробления частиц кремния с поверхностью покрытой нитридом в шаровой мельнице, для последующего удаления из полученного порошка оставшегося кремния химическим способом, тем более, что при высокой твердости получаемых частиц, при их размельчении в них попадают частицы перемалывающих шаров, удалить которые полностью не удается.

Технической задачей настоящего изобретения является снижение стоимости и повышение качества производимого материла.

Данная техническая задача решается за счет того, что ранее достигнутым методом измельчения порошкообразных материалов до размеров измельченных частиц в несколько десятков ангстрем методом воздействия на них высоковольтным импульсным разрядом электрического тока в зоне действия постоянного магнитного поля, в агрегате представляющем цилиндрическую ампулу с порошкообразным исходным продуктом с торцев располагаются электроды, а сама ампула расположена внутри магнитопроводящей газостатической камеры с имеющейся вокруг нее обмоткой постоянного электромагнита, таким образом что внутри ампулы создается магнитное поле необходимой напряженности, обеспечивающее воздействие электрического разряда на измельчаемый продукт. Установка выполнена в виде 4-х газостатических камер, каждая из которых может вращаться вокруг продольной оси, чем обеспечивается постоянное перемешивание обрабатываемого материала в целях его полной обработки. Весь процесс обработки окиси кремния, начиная с ее измельчения, затем восстановления с помощью водорода до химически чистого кремния, а в заключительной фазе до соединения кремния с азотом и получения нитрида кремния происходит в одной из 4-х газостатических камер с размещенными внутри ампулами последовательно без перегрузки содержимого ампул, путем перемещения камер, соединенных в виде магазина, путем поворота на 90o при каждом цикле, из одной технологической зоны установки в другую. Одна из 4-х технологических зон служит для обеспечения замены внутри газостатической камеры ампулы с полученным нитридом кремния на ампулу с окисью кремния, за счет того обеспечивается непрерывный цикл работы установки. Газостатические камеры выполнены в виде открытой с двух сторон цилиндрической трубы, закрываемой с обеих сторон крышками со встроенными в них вращающимися коаксиальными подводами технологических устройств (трубопроводами, электродами и т.д.), позволяющими вращаться камерам с ампулами вокруг продольных осей, при неподвижном технологическом оборудовании, размещенном в соответствующих технологических зонах, причем перед поворотом магазина на 90o крышки отсоединяются от камер и после поворота присоединяются к ним, совершая минимальные механические перемещения.

Дополнительной технической задачей, решаемой данным изобретением, является использование в качестве исходного продукта окиси кремния, взамен чистого кремния, что позволяет дополнительно уменьшить размер измельченных электроимпульсным методом частиц за счет их дробления при химической реакции восстановления окиси кремния водородом, до химически чистого кремния и снижает стоимость нитрида кремния за счет более низкой цены исходного продукта.

На фиг.1 изображен общий вид установки по производству нитрида кремния, на фиг.2 разрез А-А.

Установка содержит агрегаты технологического оборудования 1, обеспечивающего выполнение технологических операций, магазин 2 роторно-конвеерной линии.

В состав магазина входят четыре цилиндрические газостатические камеры 4, вращающиеся вокруг продольных осей, внутри которых помещаются ампулы 9 с обрабатываемым продуктом.

Газостатические камеры имеют вокруг себя обмотки постоянного электрического магнита 3, обеспечивающего формирование зоны высоковольтных импульсных электрических разрядов между электродами 7, обеспечивающими дробление исходного порошка на более мелкие частицы.

В каждой технологической зоне имеются съемные крышки 5 со встроенными в них вращающимися коаксиальными переходами 6, обеспечивающими герметичные переходы неподвижных электродов 7 и трубопроводов 8 в разных технологических зонах к вращающимся камерам 4 с крышками 5.

В технологической зоне I производится электроимпульсное дробление исходного порошка окиси кремния в постоянном магнитном поле и низком давлении инертного газа в ампуле газостатической камеры.

В технологической зоне II происходит восстановление кремния из окиси посредством подачи в ампулу камеры водорода, с выделением паров воды и образованием порошка состоящего из частиц кремния размером в несколько ангстрем.

В технологической зоне III при давлении азота 1500 атм. и температуре 1000oC происходит реакция образования конечного продукта технологического процесса нитрида кремния.

Технологическая зона IV служит для замены в газостатических камерах ампул с конечным продуктом процесса на ампулы с исходным продуктом, без остановки работы всей установки.

Формула изобретения

Установка для производства нитрида кремния, содержащая цилиндрическую газостатическую камеру с загрузкой исходного кремнийсодержашего порошка, снабженную герметичной крышкой, соединенной с подводящими и отводящими элементами через вращающийся коаксиальный крышке переходный элемент, отличающаяся тем, что установка выполнена в виде ротора, состоящего из четырех камер, выполненных в виде магазина с осью вращения, при повороте вокруг которой на 90o камеры могут дискретно занимать фиксированное положение в одной из четырех технологических зон для смены ампулы, дробления порошка диоксида кремния высоковольтными разрядами электротока, восстановления диоксида кремния водородом и реакции полученного кремния с азотом, в которых размешено технологическое оборудование и герметичные крышки камер, причем в открытых с двух сторон камерах дополнительно размешены ампулы из нитрида кремния для загрузки исходного порошка диоксида кремния, заменяемые в одной из технологических зон, а сами газостатические камеры выполнены из магнитопроводяшего материала и имеют обмотки постоянных электрических магнитов, создающие при дроблении порошка внутри ампул магнитное поле, обеспечивающее дробление частиц порошка диоксида кремния до величины, необходимой после восстановления диоксида кремния водородом для полного соединения кремния с азотом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неорганической химии тугоплавких соединений, в частности к способам получения материала на основе кремния, азота и углерода

Изобретение относится к технике получения нитрида кремния и позволяет сократить длительность процесса

Изобретение относится к способу получения нитрида кремния - неорганического соединения с высокой температурой плавления , высокими прочностными свойствами , используемого в машиностроении, в производстве абразивов и огнеупоров Цель - упрощение процесса и сокращение времени на его проведение при сохранении высокого выхода продукта

Изобретение относится к способам получения нитрида кремния, применяемым в качестве конструкционного и инструментального материала, Цель - повышение выхода а -фазы нитрида кремния

Изобретение относится к способам получения ультрадисперсных порошков аморфного нитрида кремния, позволяющим получать продукт в аморфном состоянии

Изобретение относится к области получения тугоплавких неорганических соединений, в частности к получению нитрида кремния, который может быть использован в инструментальной промышленности для производства керамических резцов, в автомобильной и авиационной промышленности для изготовления конструкционной высокотемпературной керамики, например, деталей двигателей внутреннего сгорания, а также в огнеупорной промышленности как добавка к огнеупорным материалам

Изобретение относится к синтезу тугоплавких неорганических соединений, которые могут быть использованы при получении конструкционной керамики и огнеупорных материалов

Изобретение относится к технологии получения материалов, а именно к технологии получения поликристаллического кремния и его химических соединений - карбида и нитрида - из природных кремнийсодержащих концентратов

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способам получения новой плотной сверхтвердой модификации нитрида кремния, имеющей кубическую структуру шпинели ( - Si3N4)

Изобретение относится к использованию в качестве энергоносителей исходных материалов, содержащих диоксид кремния

Изобретение относится к области порошковой технологии и предназначено для получения самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) нитрида кремния с высоким содержанием основного вещества, тонкодисперсным размером основной массы частиц при достаточно узком гранулометрическом составе

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.
Изобретение относится к области получения нитрида кремния. Способ получения альфа-фазы нитрида кремния включает приготовление смеси порошка кремния и нитрида кремния, помещение смеси в замкнутый реактор, заполнение реактора азотом, локальное воспламенение смеси, проведение синтеза в режиме горения под давлением азота с последующим сбросом остаточного давления, охлаждение и извлечение целевого продукта. Соотношение кремния и нитрида кремния в смеси составляет (1:4)-(1:1). В смесь дополнительно вводят одну или несколько добавок из ряда: NH4Cl, NH4F, (NH4)2SiF6, Na2SiF6, K2SiF6 и/или галогениды металлов I, II, III группы. Техническим результатом является разработка промышленного способа получения порошка нитрида кремния высокой чистоты, содержащего 60-90% частиц удлиненной или равноосной формы при узком диапазоне размера частиц, с удельной поверхностью до 14 м2/г, с высоким содержанием альфа-фазы. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 пр.

Изобретение относится к области получения тугоплавких неорганических соединений, в частности к получению композиционных порошков на основе нитрида кремния методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), которые могут быть использованы в качестве исходного сырья для получения конструкционной и функциональной керамики, в автомобильной и авиационной промышленности для производства элементов двигателей внутреннего сгорания, футеровки камер сгорания, сепараторов высокотемпературных подшипников, лопаток турбин, в машиностроении - подшипников скольжения и качения, пары трения. Способ получения композиционного порошка на основе альфа-фазы нитрида кремния методом СВС включает приготовление смеси порошков кремния, нитрида кремния и оксида магния или иттрия, помещение полученной смеси в замкнутый реактор, заполнение реактора азотом до необходимого давления, локальное воспламенение смеси и синтез в режиме горения под давлением азота с последующим извлечением целевого продукта, при этом соотношение кремния и нитрида кремния в смеси составляет (1÷4-1÷1), содержание одного из двух оксидов составляет 3-20 мас.%, а синтез в режиме горения проводят под давлением 1-5 МПа. Изобретение позволяет получить активные к спеканию, метастабильные композиционные порошки с оксидной фазой сложного состава, на основе альфа-фазы нитрида кремния, которые позволяют методом горячего прессования получить плотную, беспористую, мелкозернистую нитридокремниевую керамику, сохраняющую высокую прочность до температуры 1500°C. 2 з.п. ф-лы. 1 табл., 2 пр.
Наверх