氮化硅新闻专题

氮化硅（Si3N4）是一种高熔点的陶瓷材料，具有极高的硬度和化学惰性。尤其是热压氮化硅，是世界上最坚硬的物质之一。

作为近年来最受关注的心材料领域之一，先进陶瓷是凭借着多项优异特性在社会中发挥着重要的作用。其中，氮化硅（Si3N4）因具有高抗弯强度、高断裂韧性、良好的蠕变性、高硬度和高耐磨性等优异特性，被誉为是结构陶瓷家族中综合性能最为优良的一类。

氮化硅是由硅元素和氮元素构成的化合物。在氮气气氛下，将单质硅的粉末加热到1300-1400°C之间，硅粉末样品的重量随着硅单质与氮气的反应递增。在没有铁催化剂的情况下，约7个小时后硅粉样品的重量不再增加，此时反应完成生成Si3N4。除了Si3N4外，还有其他几种硅的氮化物（根据氮化程度和硅的氧化态所确定的相对应化学式）也已被文献所报道。

氮化硅结合碳化硅砖是一类新型耐火材料，该类材料中又包含更细的类别，如氮化硅结合碳化硅辐射管、氮化硅结合碳化硅砖等等。由于该类材料具备多种优良性能，氮化硅结合碳化硅砖因具有的节能环保特点更是从众多同性能产品中脱颖而出，未来的市场发展前景良好。

氮化硅是一百多年前就已经发现的氮和硅的化合物，最早在德国合成，20世纪50年代才开始有应用。作为工程材料，到60年代受到重视。氮化硅是人工合成的物质，自然界尚未发现有天然存在的氮化硅。 氮化硅陶瓷作为一种高温结构陶瓷，具有强度高、抗热震稳定性好、高温蠕变小、耐磨、优良的抗氧化性和化学稳定性高等特点，是优良的工程陶瓷之一。虽然氮化硅具有良好的性能，但是它也具有陶瓷的共性——脆性。脆性这一致命弱点，使其在应用中的可靠性得不到保障。因此改善其韧性，提高其可靠性一直是氮化硅陶瓷研究的一个重要方向。

氮化硅(Si3N4)可被划分为共价键化合物，以[SiN4]4-四面体为结构单元，氮原子和硅原子的具体位置从下图可以看出，硅处于四面体中心，四面体四个顶点的位置被氮原子占据，然后每三个四面体共用一个原子，在三维空间中不断重复延伸，最终形成网络结构。氮化硅的很多性能与这种四面体结构相关。

在Si3N4陶瓷中加入SiC进行颗粒弥散强化，不仅能获得比单项陶瓷更优良的力学性能，而且进一步能提高Si3N4陶瓷的高温性能。近年来科研工作者对氮化硅/碳化硅复相陶瓷进行了大量的研究，研究结果表明复相陶瓷有希望成为性能更加优良的材料体系。SiC粒子或晶须对Si3N4基体材料具有种种强化和增韧作用，所制备的复合材料性能比单相Si3N4或单相SiC的性能更突出，其断裂韧性远远高于单相SiC，耐高温性、抗蠕变性及高温抗氧化特性等远远高于单相Si3N4。

氮化硅基陶瓷作为一种高温结构材料，具有比重轻、热膨胀系数小、硬度高、弹性模量高、耐磨损、耐热冲击、化学稳定性和高温热力学性能好等特点，因此氮化硅粉在高温、高速、强腐蚀介质和高磨损的工作环境中具有特殊的使用价值，广泛地应用于能源、化工、军工、航空航天、汽车工业、核动力工程、电子电器、机械及冶金等领域。

氮化硅分子式为Si3N4,属于共价键结合的化合物，氮化硅陶瓷属多晶材料，晶体结构属六方晶系，一般分为α、β两种晶向，均由[SiN4]4- 四面体构成，其中β- Si3N4对称性较高，摩尔体积较小，在温度上是热力学稳定相，而α- Si3N4在动力学上较容易生成，高温（1400℃～1800℃）时，α相会发生相变，成为β型，这种相变是不可逆的，故α相有利于烧结。

氮化硅（Si3N4）陶瓷是无机非金属强共价键化合物，其基本结构单元为四面体，硅原子位于四面体的中心，四个氮原子分别位于四面体的四个顶点，然后以每三个四面体共用一个硅原子的形式在三维空间形成连续而又坚固的网络结构，氮化硅的许多性能都是因为其具有这种特殊的结构。因此Si3N4结构中氮原子与硅原子间结合力很强，其作为一种高温结构陶瓷，素有陶瓷材料中的“全能冠军”之称。

氮化硅分子式为Si3N4,属于共价键结合的化合物，氮化硅陶瓷属多晶材料，晶体结构属六方晶系，一般分为α、β两种晶向，均由[SiN4]4- 四面体构成，其中β- Si3N4对称性较高，摩尔体积较小，在温度上是热力学稳定相，而α- Si3N4在动力学上较容易生成，高温（1400℃～1800℃）时，α相会发生相变，成为β型，这种相变是不可逆的，故α相有利于烧结。

氮化硅是新材料领域中一颗耀眼的明珠，它具有非常显著的耐磨损、耐高温、抗腐 蚀、抗氧化、电绝缘等性能。高纯高α相氮化硅粉体性能优异，应用范围广泛，目前主要应用 于精密陶瓷等高性能陶瓷行业和光伏产业。α相氮化硅制得的陶瓷具有更高的密度、强度和硬度，高纯氮化硅陶瓷性能更为优异；光伏产业中要求α相含量达到95% 以上，高纯度氮化硅粉体使得太阳能电池的光电转换的效率更高。

氮化硅陶瓷具有高强度、高弹性模量、耐磨、耐氧化、耐腐蚀、抗热冲击等优良性能。除已成为金属切削工具的重要材料外，在许多领域得到应用并有许多潜在的用途。在陶瓷发动机中，用来制备定子、转子、涡形管等部件；氮化硅膜用作微电子技术电绝缘层；氮化硅晶须用于增强氧化铝、碳化硅及玻璃陶瓷基和铝基复合材料。在冶金、化学、机械、电子和军事工业上有广泛的应用。