单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/1/9,#,1,氮化硅的制备、性质及应用,江福炜,汤梓聪,1,1氮化硅的制备、性质及应用江福炜1,2,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,2,2提纲氮化硅的物理性质2,3,呈灰色、白色或灰白色,六方晶系，晶体呈六面体,不溶于水，溶于氢氟酸,莫氏硬度,：,99.5,维氏硬度,：约,2200,显微硬度,：,32630MPa,熔点,：,1900,（加压下）,常压下,1900,分解,比热容,：,0.71J/(gK),热导率,：,16.7W/(mK),比体积电阻：,20,时,1.410,5,m,500,时为,410,8,m,耐压强度,：,490MPa,（反应烧结的）,抗弯强度：,147MPa,3,3呈灰色、白色或灰白色3,4,其共价键长较短，,Si,3,N,4,成键电,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,种由,Si-N,4,四面体结构以不同的堆,砌方式堆砌而成的三维网络晶形，,一个是,-Si,3,N,4,，另一个是,-Si,3,N,4,。,正是由于,Si-N,4,四面体结构单元,的存在,，,Si,3,N,4,具有较高的硬度。,4,4 其共价键长较短，Si3N4成键电4,在工业性能上，,S,i,3,N,4,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,高导热性涂料,陶瓷,太阳能电池上,的氮化硅膜,窑具,切削工具,阀门,5,在工业性能上，Si3N4材料表现出了较好的工艺性能。（1）,常用的制备方法有：,硅粉直接氮化法 碳热还原法,卤化硅氨解法 制备前驱体法,化学复分解法 原位合成法,硅合金氨解法 等,6,6,常用的制备方法有：66,7,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,3,S,i,(,s,),+2,N,2,(,g,),S,i,3,N,4,(,s,),7,7合成方法在1300-1400的条件下用单质硅和氮气直接进,8,SiCl,4,(l)+6NH,3,(g)Si(NH),2,(s)+4NH,4,Cl(s),在,0,的条件下,3Si(NH),2,(s)Si,3,N,4,(s)+N,2,(g)+3H,2,(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,3SiO,2,(s)+6 C(s)+2N,2,(g)Si,3,N,4,(s)+6 CO,亚氨基硅,8,碳热还原法,卤化硅氨解法,8用碳热还原反应在1400-1450的氮气气氛下合成亚氨基,9,电子级氮化硅薄膜通过,化学气相沉积法,制造,3,S,i,H,4,(,g,),+4,NH,3,(,g,),S,i,3,N,4,(,s,),+12,H,2,(,g,),3,S,i,C,l,4,(,g,),+4,NH,3,(,g,),S,i,3,N,4,(,s,),+12,HC,l,(,g,),3,S,i,C,l,2,H,2,(,g,),+4,NH,3,(,g,),S,i,3,N,4,(,s,),+6,HC,l,(,g,),+6,H,2,(,g,),9,9电子级氮化硅薄膜通过化学气相沉积法制造9,10,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,1836,h,，,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,、,Al,2,O,3,、,MgF,2,、,AlF,3,或,Fe,2,O,3,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。,10,10氮化硅陶瓷制品的生产方法反应烧结法热压烧结法10,11,11,应用,机械工业,主泵柱塞,轴承滚珠,滚珠座圈,陶瓷刀具,密封材料,1111应用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,升热管,脱硫喷嘴,坩埚,12氮化硅热电偶保护管12冶金工业升热管脱硫喷嘴坩埚,13,13,其他领域,1313其他领域,14,14,其他领域,1414其他领域,15,15,其他领域,1515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,S,i,和,N,2,的充分接触。一般燃烧合成,S,i,3,N,4,的氮气压力低限是,3MP,a,，,但有时高达,100MP,a,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,S,i,3,N,4,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,16,普遍存在如下不足：由大颗粒氮化硅、多相粉体烧结制备，,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。,17,17,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,18,谢谢,18,18谢谢18,