氮化硅
分子式:Si3N4 CAS: 12033-89-5 密度:3.17g/cm3 颜色:灰色 折射率:2.016 溶水性:不溶 | Si3N4具有极佳的热稳定性,抗热震性,电阻率高,莫氏硬度为8.5,只能被稀氢氟酸和热硫酸腐蚀。 氮化硅还有其它的结构组成,如Si2N, SiN和Si2N3,这些结构材料是属于亚稳相。 |
氮化硅分为α,β,γ三种晶型,α是低温相(1350-1450℃生成), 温度达到1500℃以上α会转化成β, α和β相往往是共生的,γ相只有在极高温高压下才能获得。
一、采用硅粉在氮气气氛下1300-1400℃下合成,如果有铁作为催化剂,反应速度会加快,一般几个小时可以完成。
3 Si+2 N2→Si3N4
二、采用SiCl4和氨气在低温下首先生成亚氨基硅,然后再高温分解合成超细Si3N4
SiCl4(l)+6 NH3(g)→Si(NH)2(s)+4 NH4Cl(s) 在0℃的条件下
3 Si(NH)2(s)→Si3N4(s)+N2(g)+3 H2(g) 在1000℃的条件下
三、采用SiO2,加入碳粉,在氮气气氛下,首先被还原,然后再被氮化成Si3N4,此过程是碳热反应,是最早应用的生产氮化硅的方法,也是目前生产高纯氮化硅粉末成本最低方法。
3 SiO2+6 C+2 N2→Si3N4+6 CO
四、电子级的氮化硅薄膜是采用CVD的方式制备的,原料一般采用硅烷和氨气,二者反应生成氮化硅薄膜,一般采用LPCVD和PECVD技术,所制备的氮化硅薄膜是多孔的非晶结构。
3 SiH4(g)+4 NH3(g)→Si3N4(s)+12 H2(g)
3 SiCl4(g)+4 NH3(g)→Si3N4(s)+12 HCl(g)
3 SiCl2H2(g)+4 NH3(g)→Si3N4(s)+6 HCl(g)+6 H2(g)
如果加入一定的助熔剂,可以实现在较低的温度下烧结氮化硅陶瓷,放电等离子体烧结(SPS)是非常有效的烧结方式,因为烧结过程只有几秒钟时间,SPS可以在1500-1700℃范围内实现陶瓷件的烧结。
氮化硅陶瓷之所以没有得到广泛的应用,其原因是成本高,而不是性能的问题,例如氮化硅轴承的性能已经全面超过金属轴承,其成本降低和市场份额提高是呈现规则的反比关系。
1、汽车发动机部件
2、高端轴承
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