氮化硅

氮化硅，化學式為Si3N4，是一種重要的結構陶瓷材料。它是一種超硬物質，本身具有潤滑性，并且耐磨損，為原子晶體；高溫時抗氧化。而且它還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此優異的特性，人們常常利用它來制造軸承、氣輪機葉片、機械密封環.模具等機械構件。如果用耐高溫而且不易傳熱的氮化硅陶瓷來制造發動機部件的受熱面，不僅可以提高柴油機質量，節省燃料，而且能夠提高熱效率。我國及美國、日本等國家都已研制出了這種柴油機。

應用

【氮化硅的應用】

氮化硅用做耐火材料，如與sic結合作SI3N4-SIC耐火材料用于高爐爐身等部位；如與BN結合作SI3N4-BN材料，用于水平連鑄分離環。SI3N4-BN系水平連鑄分離環是一種細結構陶瓷材料，結構均勻，具有高的機械強度。耐熱沖擊性好，又不會被鋼液濕潤，符合連珠的工藝要求。見下表

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物理性質

相對分子質量140.28。灰色、白色或灰白色。六方晶系。晶體呈六面體。密度3.44。莫氏硬度9~9.5，維氏硬度約為2200，顯微硬度為32630MPa。熔點1900℃（加壓下）。通常在常壓下1900℃分解。比熱容0.71J/(g·K)。生成熱為-751.57kJ/mol。熱導率為16.7W/(m·K)。線膨脹系數為2.75×10-6/℃(20~1000℃)。不溶于水。溶于。在空氣中開始氧化的溫度1300~1400℃。比體積電阻，20℃時為1.4×105 ·m,500℃時為4×108 ·m。彈性模量為28420~46060MPa。耐壓強度為490MPa（反應燒結的）。1285攝式度時與二氮化二鈣反應生成二氮硅化鈣，600度時使過渡金屬還原，放出氮氧化物。抗彎強度為147MPa。可由硅粉在氮氣中加熱或鹵化硅與氨反應而制得。可用作高溫陶瓷原料。

生產方法

氮化硅陶瓷制品的生產方法有兩種，即反應燒結法和熱壓燒結法。反應燒結法是將硅粉或硅粉與氮化硅粉的混合料按一般陶瓷制品生產方法成型。然后在氮化爐內，在1150~1200℃預氮化，獲得一定強度后，可在機床上進行機械加工，接著在1350~1450℃進一步氮化18~36h，直到全部變為氮化硅為止。這樣制得的產品尺寸精確，體積穩定。熱壓燒結法則是將氮化硅粉與少量添加劑（如MgO、Al2O3、MgF2、AlF3或Fe2O3等），在19.6MPa以上的壓力和1600~1700℃條件下壓熱成型燒結。通常熱壓燒結法制得的產品比反應燒結制得的產品密度高，性能好。附表1中列出了這兩種方法生產的氮化硅陶瓷的性能。

其他應用

氮化硅陶瓷材料具有熱穩定性高、抗氧化能力強以及產品尺寸準確度高等優良性能。由于氮化硅是鍵強高的共價化合物，并在空氣中能形成氧化物保護膜，所以還具有良好的化學穩定性，1200℃以下不被氧化，1200~1600℃生成保護膜可防止進一步氧化，并且不被鋁、鉛、錫、銀、黃銅、鎳等很多種熔融金屬或合金所浸潤或腐蝕，但能被鎂、鎳鉻合金、不銹鋼等熔液所腐蝕。

氮化硅陶瓷材料可用于高溫工程的部件，冶金工業等方面的耐火材料，化工工業中抗腐蝕部件和密封部件，機械加工工業的刀具和刃具等。

由于氮化硅與碳化硅、氧化鋁、二氧化釷、氮化硼等能形成很強的結合，所以可用作結合材料，以不同配比進行改性。

此外，氮化硅還能應用到太陽能電池中。用PECVD法鍍氮化硅膜后，不但能作為減反射膜可減小入射光的反射，而且，在氮化硅薄膜的沉積過程中，反應產物氫原子進入氮化硅薄膜以及硅片內，起到了鈍化缺陷的作用。這里的氮化硅氮硅原子數目比并不是嚴格的4:3，而是根據工藝條件的不同而在一定范圍內波動，不同的原子比例對應的薄膜的物理性質有所不同。

用于高溫燃氣透平，飛機引擎，電爐等。[1]

材料性能

氮化硅的強度很高，尤其是熱壓氮化硅，是世界上堅硬的物質之一。它耐高溫，強度一直可以維持到1200℃的高溫而不下降，受熱后不會熔成融體，一直到1900℃才會分解，并有的耐化學腐蝕性能，能耐幾乎所有的無機酸和30%以下的燒堿溶液，也能耐很多有機酸的腐蝕；同時又是一種高性能電絕緣材料。

氮化硅 - 性質 化學式Si3N4。白色粉狀晶體;熔點1900℃,密度3.44克/厘米(20℃)；有兩種變體：α型為六方密堆積結構；β型為似晶石結構。氮化硅有雜質或過量硅時呈灰色。

氮化硅與水幾乎不發生作用；在濃強酸溶液中緩慢水解生成銨鹽和二氧化硅；易溶于，與稀酸不起作用。濃強堿溶液能緩慢腐蝕氮化硅，熔融的強堿能很快使氮化硅轉變為硅酸鹽和氨。氮化硅在 600℃以上能使過渡金屬（見過渡元素）氧化物、氧化鉛、氧化鋅和二氧化錫等還原,并放出氧化氮和二氧化氮。1285℃ 時氮化硅與二氮化三鈣Ca3N2發生以下反應：

CaN+SiN─→3CaSiN

氮化硅的制法有以下幾種： 在1300～1400℃時將粉狀硅與氮氣反應； 在1500℃時將純硅與氨作用；

在含少量氫氣的氮氣中灼燒二氧化硅和碳的混合物;將SiCl4的氨解產物Si(NH2)4完全熱分解。氮化硅可用作催化劑載體、耐高溫材料、涂層和磨料等。

氮化硅陶瓷具有高強度、耐高溫的特點，在陶瓷材料中其綜合力學性能好，耐熱震性能、抗氧化性能、耐磨損性能、耐蝕性能好，是熱機部件用陶瓷的候選材料。在機械工業，氮化硅陶瓷用作軸承滾珠、滾柱、滾球座圈、工模具、新型陶瓷刀具、泵柱塞、心軸 密封材料等。

在化學工業，氮化硅陶瓷用作耐磨、耐蝕部件。如球閥、泵體、燃燒汽化器、過濾器等。

在治金工業，由于氮化硅陶瓷耐高溫，摩擦系數小，具有自潤滑性。對多數金屬、合金溶液穩定，因此，可制作金屬材料加工的工模具，如撥菅芯棒、擠壓、撥絲模具，軋輥、傳送輥、發熱體夾具、熱偶套營、金屬熱處理支承件、坩堝，鋁液導營、鋁包內襯等。

氮化硅陶資材料在電子、軍事和核工業方面也有廣泛應用。

1、氮化硅陶瓷粉末的物理化性能及產品的技術指標

氮化硅陶瓷是一種白灰色粉末，分子式為：SI3N4 ；

分子重量：140.3 , 密度3.2g/cm2