氮化硅的制備性質(zhì)及應(yīng)用

關(guān)于氮化硅的制備性質(zhì)及應(yīng)用2提綱·氮化硅的物理性質(zhì)·氮化硅的化學(xué)結(jié)構(gòu)·氮化硅的性能·氮化硅的制備方法·氮化硅的應(yīng)用·國內(nèi)形勢·前景2第2頁,共18頁，2024年2月25日，星期天3呈灰色、白色或灰白色六方晶系，晶體呈六面體不溶于水，溶于氫氟酸莫氏硬度：9~9.5維氏硬度：約2200顯微硬度：32630MPa熔點：1900℃（加壓下）常壓下1900℃分解比熱容：0.71J/(g·K)熱導(dǎo)率：16.7W/(m·K)比體積電阻：20℃時1.4×105·m

500℃時為4×108·m耐壓強度：490MPa（反應(yīng)燒結(jié)的）抗彎強度：147MPa3第3頁,共18頁，2024年2月25日，星期天4其共價鍵長較短，

Si3N4成鍵電子數(shù)目多，原子間排列的方向性強，相鄰原子間相互作用大。存在兩種由[Si-N4]四面體結(jié)構(gòu)以不同的堆砌方式堆砌而成的三維網(wǎng)絡(luò)晶形，一個是α-Si3N4，另一個是β-Si3N4。正是由于[Si-N4]四面體結(jié)構(gòu)單元的存在，Si3N4具有較高的硬度。4第4頁,共18頁，2024年2月25日，星期天5在工業(yè)性能上，

Si3N4材料表現(xiàn)出了較好的工藝性能。（1）機械強度高，硬度接近于剛玉，有自潤滑性耐磨；（2）熱穩(wěn)定性高，熱膨脹系數(shù)小，有良好的導(dǎo)熱性能；（3）化學(xué)性能穩(wěn)定，能經(jīng)受強烈的輻射照射等等。陶瓷球軸承高導(dǎo)熱性涂料陶瓷太陽能電池上的氮化硅膜窯具切削工具閥門5第5頁,共18頁，2024年2月25日，星期天6常用的制備方法有：硅粉直接氮化法碳熱還原法鹵化硅氨解法制備前驅(qū)體法化學(xué)復(fù)分解法原位合成法硅合金氨解法等6第6頁,共18頁，2024年2月25日，星期天7合成方法在1300-1400℃的條件下用單質(zhì)硅和氮氣直接進行化學(xué)反應(yīng)獲得3Si(s)+2

N2(g)→

Si3N4(s)7第7頁,共18頁，2024年2月25日，星期天8SiCl4(l)+6

NH3(g)→

Si(NH)2(s)+4

NH4Cl(s)

在0℃的條件下3

Si(NH)2(s)→

Si3N4(s)+

N2(g)+3

H2(g)

在1000

℃的條件下用碳熱還原反應(yīng)在1400-1450℃的氮氣氣氛下合成3

SiO2(s)+6C(s)+2

N2(g)→

Si3N4(s)+6CO亞氨基硅

8碳熱還原法鹵化硅氨解法第8頁,共18頁，2024年2月25日，星期天9電子級氮化硅薄膜通過化學(xué)氣相沉積法制造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)9第9頁,共18頁，2024年2月25日，星期天10氮化硅陶瓷制品的生產(chǎn)方法反應(yīng)燒結(jié)法將硅粉或硅粉與氮化硅粉的混合料按一般陶瓷制品生產(chǎn)方法成型。然后在氮化爐內(nèi)，在1150~1200℃預(yù)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?yōu)榈铻橹?。制得產(chǎn)品尺寸精確，體積穩(wěn)定。熱壓燒結(jié)法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(jié)。制得的產(chǎn)品比反應(yīng)燒結(jié)制得的產(chǎn)品密度高，性能好。10第10頁,共18頁，2024年2月25日，星期天1111應(yīng)用機械工業(yè)主泵柱塞軸承滾珠滾珠座圈陶瓷刀具

密封材料第11頁,共18頁，2024年2月25日，星期天12氮化硅熱電偶保護管12冶金工業(yè)升熱管脫硫噴嘴坩堝第12頁,共18頁，2024年2月25日，星期天1313其他領(lǐng)域第13頁,共18頁，2024年2月25日，星期天1414其他領(lǐng)域第14頁,共18頁，2024年2月25日，星期天1515其他領(lǐng)域第15頁,共18頁，2024年2月25日，星期天16普遍存在如下不足：由大顆粒氮化硅、多相粉體燒結(jié)制備，脆性大、均勻性差、可靠性低、韌性和強度差而硅粉直接氮化法制備氮化硅粉體要求氮氣壓力必須足夠高，以實現(xiàn)Si

和N2

的充分接觸。一般燃燒合成Si3N4

的氮氣壓力低限是3MPa，但有時高達100MPa以上。采用高壓合成工藝不僅因設(shè)備投資高而且增加了生產(chǎn)成本，同時也給生產(chǎn)帶來了安全隱患。從國內(nèi)外氮化硅粉體的指標(biāo)測試和試燒結(jié)果看來，國內(nèi)最具代表性企業(yè)生產(chǎn)的Si3N4

平均顆粒在3微米左右，金屬雜質(zhì)含量較高，難以達到合格產(chǎn)品要求，而進口的粉體為0.7微米以下。因此，為滿足市場需求，工業(yè)化生產(chǎn)超微、高質(zhì)量的氮化硅粉末是國內(nèi)氮化硅行業(yè)發(fā)展中亟待解決的難題，刻不容緩。關(guān)鍵在于對其合成工藝進行改進。國內(nèi)形勢16第16頁,共18頁，2024年2月25日，星期天17前