氮化硅已經(jīng)成為一種新興的材料
發(fā)布：安陽市世鑫氮化制品有限責(zé)任公司 瀏覽：3517次 發(fā)布時間：2017-12-20 08:50:32
氮化硅是人工合成的一種新興材料，具有金剛石型三維晶格結(jié)構(gòu)，所以具有高溫?zé)岱€(wěn)定性、抗熱震性、化學(xué)穩(wěn)定性和良好的電絕緣性及質(zhì)硬性。氮化硅材料制品的強度很高，尤其是熱壓燒結(jié)后的氮化硅，是世界上堅硬的物質(zhì)之一。氮化硅相對分子質(zhì)量140.28。呈白色或灰白色（有雜質(zhì)或殘留未反應(yīng)硅情況下）。晶體呈六面體。密度3.44g/cm3。莫氏硬度9~9.5，維氏硬度約為2200，顯微硬度為32630MPa。熔點1900℃（加壓下）。通常在常壓下1900℃分解。比熱容0.71J/(g·K)。生成熱為-751.57kJ/mol。熱導(dǎo)率為16.7W/(m·K)。線膨脹系數(shù)為2.75×10-6/℃(20~1000℃)。在空氣中開始氧化的溫度1300~1400℃。比體積電阻，20℃時為1.4×105·m,500℃時為4×108·m。彈性模量為28420~46060MPa。其制品耐壓強度為490MPa（反應(yīng)燒結(jié)所得）。氮化硅在1200℃的高溫環(huán)境下，強度也不會改變，受熱后不會熔成融體,一直到1900℃才會分解為氮和硅。
溶解反應(yīng):
除氫氟酸外(反應(yīng)方程式：Si3N4+12HF═3SiF4↑+4NH3↑），氮化硅與水幾乎不發(fā)生作用，也不與其他無機酸和30%以下的燒堿溶液反應(yīng)，抗腐蝕能力極強。
晶體結(jié)構(gòu)：
氮化硅（Si3N4）存在有3種結(jié)晶結(jié)構(gòu)，分別是α、β和γ三相。α和β兩相是Si3N4常出現(xiàn)的型式，且可以在常壓下制備。α型為六方密堆積結(jié)構(gòu)，β型為似晶石結(jié)構(gòu)。γ相只有在高壓及高溫下，才能合成得到，它的硬度可達到35GPa，但目前國內(nèi)尚未得到工業(yè)應(yīng)用。
部分合成原理：
六方Si3N4可在1300-1400°C的條件下用單質(zhì)硅和氮氣直接進行化合反應(yīng)得到氮化硅：
3Si(s) + 2N2(g) → Si3N4(s)
也可用二亞胺合成
SiCl4(l) + 6NH3(g) → Si(NH)2(s) + 4NH4Cl(s) 在0°C的條件下
3Si(NH)2(s) → Si3N4(s) + N2(g) + 3H2(g) 在1000°C的條件下
或用碳熱還原反應(yīng)在1400-1450°C的氮氣氣氛下合成：
3SiO2(s) + 6C(s) + 2N2(g) → Si3N4(s) + 6CO(g)
對單質(zhì)硅的粉末進行滲氮處理的合成方法是在二十世紀(jì)50年代隨著對氮化硅的重新“發(fā)現(xiàn)”而開發(fā)出來的。是種用于大量生產(chǎn)氮化硅粉末的方法，也是目前為可靠的方法。但如果使用的硅原料純度低會使得生產(chǎn)出的氮化硅含有雜質(zhì)硅酸鹽和鐵。
用二胺分解法合成的氮化硅是無定形態(tài)的，需要進一步在1400-1500°C的氮氣下做退火處理才能將之轉(zhuǎn)化為晶態(tài)粉末，二胺分解法在重要性方面是僅次于滲氮法的商品化生產(chǎn)氮化硅的方法。碳熱還原反應(yīng)也是制造氮化硅的比較便捷的途徑。
同時氮化硅也可以通過化學(xué)氣相沉積或者等離子體增強化學(xué)氣相沉積等技術(shù)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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