試用氮化硅的研究與應用

氮化硅具有優良的化學性能，兼有抗熱震性好、高溫蠕變小、與渣、鐵難潤濕等特性。所以成為一種新型的有前途的材料 ,在冶金、航空、化工、陶瓷、機械、半導體等行業應用日益普遍。

氮化硅的晶體結構和基本性質

氮化硅有兩種晶型, 一種β-Si3N4是針狀結晶體,另一種α-Si3N4是顆粒狀結晶體。兩者均屬六方晶系,都是[SiN4]4 - 四面體共用頂角構成的三維空間網絡。它們的差別在于[SiN4]4-四面體層的排列順序上, β相是由幾乎完全對稱的六個[SiN4]4-四面體組成的六方環層在C軸方向的重疊而成,而α相是由兩層不同、且有形變的非六方環層重疊而成 。
后經研究證明:α相不是氧氮化物 ,其中的氧不足以形成氧氮化物,認為α相和β相除了在結構上有對稱性高低的差別外, 并沒有高低溫之分, β相只不過是在熱力學上更穩定。
氮化硅的應用
氮化硅材料具有多方面的優良性能
1)燒結氮化硅 , 其線膨脹系數較低,因此它具有優良的抗熱震性能;
2)它的摩擦系數小并且具有自潤滑性 ,似加油的金屬表面,因此它具有優良的耐磨蝕性 ,成為出色的耐磨材料;
3)氮化硅具有較高的機械強度；
4)氮化硅具有良好的電絕緣性；
5)氮化硅具有優良的化學性能, 能耐除氫氟酸以外的所有無機酸和某些堿的腐蝕。
氮化硅材料具有多方面的優良性能，能夠在冶金工業、在煉鋁、銅、鋅等行業、在煉鋼及軋鋼行業、在煉鐵行業、在金屬熱處理行業中都能得到很好的應用。

氮化硅作為耐火材料比較大的障礙是價格因素, 國際市場的平均價格是45美元/kg，如此昂貴的價格限制了氮化硅在耐火材料行業中的應用。現在北京科技大學采用新藝 ———閃速法生產氮化硅，日產量能達到40t，使得氮化硅的生產成本降低,為氮化硅材料在耐火材料行業中的更普遍應用奠定了價格基礎。此外，由于氮化硅是以共價鍵為主的化合物, 鍵強大,鍵的方向性強,結構中缺陷的形成和遷移需要的能量大，即使在高溫下 ,其缺陷擴散系數也很低，所以純的氮化硅用傳統的方法很難燒結。因此，在現有耐火行業裝備的情況下，如何讓氮化硅質制品燒結，也是該解決的問題。