氮化硅的制备、性质及应用.ppt

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1氮化硅的制备、性质及应用江福炜汤梓聪12提纲氮化硅的物理性质氮化硅的化学结构氮化硅的性能氮化硅的制备方法氮化硅的应用国内形势前景23呈灰色、白色或灰白色呈灰色、白色或灰白色六方晶系，晶体呈六面体六方晶系，晶体呈六面体不溶于水，溶于氢氟酸不溶于水，溶于氢氟酸莫氏硬度莫氏硬度：

99.5维氏硬度维氏硬度：

约：

约2200显微硬度显微硬度：

32630MPA熔点熔点：

1900（加压下）（加压下）常压下常压下1900分解分解比热容比热容：

0.71J/（GK）热导率热导率：

16.7W/（MK）比体积电阻：

比体积电阻：

20时时1.41.4101055MM500时为时为44101088MM耐压强度耐压强度：

490MPA490MPA（反应烧结的）（反应烧结的）抗弯强度：

抗弯强度：

147MPA147MPA34其共价键长较短，其共价键长较短，Si3N4成键电成键电子数目多，原子间排列的方向性强子数目多，原子间排列的方向性强，相邻原子间相互作用大。

存在两，相邻原子间相互作用大。

存在两种由种由Si-N4四面体结构以不同的堆四面体结构以不同的堆砌方式堆砌而成的三维网络晶形，砌方式堆砌而成的三维网络晶形，一个是一个是-Si3N4，另一个是，另一个是-Si3N4。

正是由于正是由于Si-N4四面体结构单元四面体结构单元的存在的存在，Si3N4具有较高的硬度。

具有较高的硬度。

4在工业性能上，SI3N4材料表现出了较好的工艺性能。

（1）机械强度高，硬度接近于刚玉，有自润滑性耐磨；

（2）热稳定性高，热膨胀系数小，有良好的导热性能；（3）化学性能稳定，能经受强烈的辐射照射等等。

5陶瓷球轴承陶瓷球轴承高导热性涂料高导热性涂料陶瓷陶瓷太阳能电池上太阳能电池上的氮化硅膜的氮化硅膜窑具窑具切削工具切削工具阀门阀门5常用的制备方法有常用的制备方法有：

硅粉直接氮化法硅粉直接氮化法碳热还原法碳热还原法卤化硅氨解法卤化硅氨解法制备前驱体法制备前驱体法化学复分解法化学复分解法原位合成法原位合成法硅合金氨解法硅合金氨解法等等667合成方法在1300-1400的条件下用单质硅和氮气直接进行化学反应获得3SI（S）+2N2（G）SI3N4（S）78SICL4（L）+6NH3（G）SI（NH）2（S）+4NH4CL（S）在0的条件下3SI（NH）2（S）SI3N4（S）+N2（G）+3H2（G）在1000的条件下用碳热还原反应在1400-1450的氮气气氛下合成3SIO2（S）+6C（S）+2N2（G）SI3N4（S）+6CO亚氨基硅亚氨基硅8碳热还原法碳热还原法卤化硅氨解法卤化硅氨解法9电子级氮化硅薄膜通过化学气相沉积法化学气相沉积法制造3SIH4（G）+4NH3（G）SI3N4（S）+12H2（G）3SICL4（G）+4NH3（G）SI3N4（S）+12HCL（G）3SICL2H2（G）+4NH3（G）SI3N4（S）+6HCL（G）+6H2（G）910氮化硅陶瓷制品的生产方法反应烧结法将硅粉或硅粉与氮化硅粉的混合料按一般陶瓷制品生产方法成型。

然后在氮化炉内，在11501200预氮化，获得一定强度后，可在机床上进行机械加工，接着在13501450进一步氮化1836H，直到全部变为氮化硅为止。

制得产品尺寸精确，体积稳定。

热压烧结法将氮化硅粉与少量添加剂（如MGO、AL2O3、MGF2、ALF3或FE2O3等），在19.6MPA以上的压力和16001700条件下压热成型烧结。

制得的产品比反应烧结制得的产品密度高，性能好。

101111应用应用机械工业机械工业主泵柱塞轴承滚珠滚珠座圈陶瓷刀具密封材料12氮化硅热电偶保护管12冶金工业冶金工业升热管升热管脱硫喷嘴坩埚1313其他领域1414其他领域1515其他领域其他领域普遍存在如下不足：

由大颗粒氮化硅、多相粉体烧结制备，脆性大、均匀性差、可靠性低、韧性和强度差而硅粉直接氮化法制备氮化硅粉体要求氮气压力必须足够高，以实现SI和N2的充分接触。

一般燃烧合成SI3N4的氮气压力低限是3MPA，但有时高达100MPA以上。

采用高压合成工艺不仅因设备投资高而且增加了生产成本，同时也给生产带来了安全隐患。

从国内外氮化硅粉体的指标测试和试烧结果看来，国内最具代表性企业生产的SI3N4平均颗粒在3微米左右，金属杂质含量较高，难以达到合格产品要求，而进口的粉体为0.7微米以下。

因此，为满足市场需求，工业化生产超微、高质量的氮化硅粉末是国内氮化硅行业发展中亟待解决的难题，刻不容缓。

关键在于对其合成工艺进行改进。

16国内形势国内形势16前景21世纪氮化硅陶瓷将同金属、有机高分子材料继续为人类社会的进步、科技的发展发挥更大的作用。

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