202451. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagy alfa-fázis tartalmú szilicium-nitrid előállítására
5 HU 202451 B 6 amorf szilícium és a szilicium-imid tömegaránya 10:1-1:10 között van. Az amorf szilícium, valamint a szilicium-imid adalék növeli a mindenkori reakcióba lépő szilicium reakcióképességét, ami lehetővé teszi, hogy az égés-üzemben lejátszódó szintézist alacsonyabb hőmérsékleten végezzük. 5 tómegX-nál kevesebb amorf szilicium és/vagy szilicium-imid jelenlétében a végtermék cC-fázis-tartalma nem elég nagy, 95 tőmegX-ot meghaladó amorf szilícium és/vagy szilicium-imid-tartalom alkalmazása célszerűtlen, mert ez nem növeli tovább a végtermék kitermelését. Az önfenntartó, magas hőmérsékletű szintézis égés-hőmérsékletének csökkentésére célszerűen a reakciót nitridáló közeg áramában végezzük, ha a reakcióba lépő szilicium 40-60X-a reagált. Ez a határérték optimális nitridáló közeg áramában végzett önfenntartó, magas hőmérsékletű szintézis szempontjából. Nitridáló közegként ammónia, nitrogén, 1-30 tfX ammóniát tartalmazó nitrogén, hidrogén, halogén, hidrogén-halogenid, argon alkalmazandó külön, illetve egymással kombinálva. Az önfenntartó, magas hőmérsékletű szintézis során nitridáló közegként cseppfolyós nitrogén is alkalmazható. A termék kitermelésének növelésére javasolt a fémszilícium előzetes, kémiai, illetve fizikai hatás útján történő előkészítése. Ezek az előkészítő műveletek növelik a szilicium reakciókészségét. Ez is lehetővé teszi, hogy a szintézist alacsonyabb hőmérsékleten végezzük. A fémszilíciumot hidrogén-fluoriddal is kezelhetjük. A szilicium kezelését fluorozott műanyagból készült edényben végezzük hígított savval, kevertetés közben. A fémszilíciumot előzőleg ultrahang hatásának, lökéshullámok hatásának vagy hagyományos módon végzett vibrodiszpergálásnak is alávethetjük. A fémszilicium ultrahanggal történő kezelése abban áll, hogy a szilícium port ultrahang-mező hatásának tesszük ki. Lökéshullámokkal történő kezelés abban áll, hogy robbanóanyag robbanásakor keletkező lökéshullámok hatásának teszünk ki nem roncsolódó kapszulában elhelyezett szilíciumport. Fémszilicium vibrodiszpergálással történő kezelése abban áll, hogy egy aprítómalomban vibrációban tartott golyók rétegén keresztül szűrünk szilíciumport. A találmány szeonti, nagy oC-fázis-tartalmú szilícium-nitrid előállítására irányuló eljárás lehetővé teszi, hogy 95X-ig terjedő oC-fázis-tartalmú végterméket állítsunk elő, amelynek szinterezhetősége jó és szinterezési zsugorodása csekély. Az eljárás nem igényel bonyolult berendezéseket, korlátozott mértékben előforduló nyersanyagot és nagy villamos energiafelhasználást. A töltet egy rétegében a kémiai reakció villamos impulzus útján végzett eredeti iniciálásának energiaigénye nagyon csekély. A találmány szerinti eljárás oC-fázis-tartalmú szilicium-nitrid előállítására technológiai szempontból egyszerű, kivitelezése a következő módon történik. A töltetet a kiindulási komponenseknek golyós malomban történő, legfeljebb 20 perces keverésével állítjuk elő. A golyós malomban keverjük össze a fémszilicium 10 um diszperzitású porát és az ammónium-halogenidet, illetve az ammónium-halogenidek keverékét. Az előállított töltetet porózus tűzálló lapon reaktorban helyezzük el. A reaktor vizköpenyes hűtése, rozsdaálló acélból készült nagynyomású edény. A reaktort gáz alakú ammóniával vagy nitrogénnel vagy nitrogén és 1-30 tfX ammónia keverékével, hidrogénnel, halogénnel, hidrogén-halogeniddel, argonnal töltjük meg külön vagy egymással kombinálva 4-30 MPa nyomáson. Ezt követően végezzük el a töltet egy kis rétegében a kémiai reakció kezdeti iniciálását. Ehhez wolframhuzalból készült, 25 mm átmérőjű spirálon rövid (5-10 s) ideig tartó, 20-50 V feszültségű és 30-70 A áramerősségű éramimpulzust vezetünk keresztül. Az izzó spirál a töltetnek vele érintkező rétegét olyan magas hőmérsékletre hevíti fel, amelynél megkezdődik a szilicium reakciója a nitrogénnel, és a továbbiakban a kémiai reakció a töltetben rétegről-rétegre terjed tovább az adott rendszerre jellemző 0,5- -2,0 mm/s égési hullámsebességgel (a töltet összetételétől és a nitridáló közegtől függően). Az égési front zónájában bekövetkezik az adalékanyagok párolgása, ami egyrészt csökkenti az égés hőmérsékletét, másrészt közbülső reakciótermékek képződéséhez vezet, amelyekből az égést követő zónában oC- szilicium-nitrid keletkezik. Az égés-üzemű szintézis 20-30 percig tart. A szintézis befejeződése és a reaktor lehűlése után a reaktor nyomását atmoszferikus nyomásra csökkentjük, és a végterméket szinterezett termék formájában kivesszük a reaktorból. A szinterezett termék külBŐ rétegét megtisztítjuk a nem teljes mértékben végbement égés termékeitől. Amorf szilicium és/vagy szilicium-imid és a periódusos rendszer I—III csoportjába tartozó fém halogenidjének alkalmazásakor ezeket a kiindulási komponensek golyósmalomban történő összekeverése során adagoljuk. Nitridáló közeg áramában a szilicium-nitrid önfenntartó, magas hőmérsékletű szintézisét a következő módon végezzük. Az előkészített töltetet reaktorban helyezzük el, a reaktort 4-30 MPa nyomáson 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
