氮化硅已经成为一种新兴的材料
发布：安阳市世鑫氮化制品有限责任公司 浏览：3512次 发布时间：2017-12-20 08:50:32
氮化硅是人工合成的一种新兴材料，具有金刚石型三维晶格结构，所以具有高温热稳定性、抗热震性、化学稳定性和良好的电绝缘性及质硬性。氮化硅材料制品的强度很高，尤其是热压烧结后的氮化硅，是世界上坚硬的物质之一。氮化硅相对分子质量140.28。呈白色或灰白色（有杂质或残留未反应硅情况下）。晶体呈六面体。密度3.44g/cm3。莫氏硬度9~9.5，维氏硬度约为2200，显微硬度为32630MPa。熔点1900℃（加压下）。通常在常压下1900℃分解。比热容0.71J/(g·K)。生成热为-751.57kJ/mol。热导率为16.7W/(m·K)。线膨胀系数为2.75×10-6/℃(20~1000℃)。在空气中开始氧化的温度1300~1400℃。比体积电阻，20℃时为1.4×105·m,500℃时为4×108·m。弹性模量为28420~46060MPa。其制品耐压强度为490MPa（反应烧结所得）。氮化硅在1200℃的高温环境下，强度也不会改变，受热后不会熔成融体,一直到1900℃才会分解为氮和硅。
溶解反应:
除氢氟酸外(反应方程式：Si3N4+12HF═3SiF4↑+4NH3↑），氮化硅与水几乎不发生作用，也不与其他无机酸和30%以下的烧碱溶液反应，抗腐蚀能力极强。
晶体结构：
氮化硅（Si3N4）存在有3种结晶结构，分别是α、β和γ三相。α和β两相是Si3N4常出现的型式，且可以在常压下制备。α型为六方密堆积结构，β型为似晶石结构。γ相只有在高压及高温下，才能合成得到，它的硬度可达到35GPa，但目前国内尚未得到工业应用。
部分合成原理：
六方Si3N4可在1300-1400°C的条件下用单质硅和氮气直接进行化合反应得到氮化硅：
3Si(s) + 2N2(g) → Si3N4(s)
也可用二亚胺合成
SiCl4(l) + 6NH3(g) → Si(NH)2(s) + 4NH4Cl(s) 在0°C的条件下
3Si(NH)2(s) → Si3N4(s) + N2(g) + 3H2(g) 在1000°C的条件下
或用碳热还原反应在1400-1450°C的氮气气氛下合成：
3SiO2(s) + 6C(s) + 2N2(g) → Si3N4(s) + 6CO(g)
对单质硅的粉末进行渗氮处理的合成方法是在二十世纪50年代随着对氮化硅的重新“发现”而开发出来的。是种用于大量生产氮化硅粉末的方法，也是目前为可靠的方法。但如果使用的硅原料纯度低会使得生产出的氮化硅含有杂质硅酸盐和铁。
用二胺分解法合成的氮化硅是无定形态的，需要进一步在1400-1500°C的氮气下做退火处理才能将之转化为晶态粉末，二胺分解法在重要性方面是仅次于渗氮法的商品化生产氮化硅的方法。碳热还原反应也是制造氮化硅的比较便捷的途径。
同时氮化硅也可以通过化学气相沉积或者等离子体增强化学气相沉积等技术制造:
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)
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