12033-89-5
中文名稱
氮化硅
英文名稱
Silicon nitride
CAS
12033-89-5
EINECS 編號
234-796-8
分子式
N4Si3
MDL 編號
MFCD00011230
分子量
140.28
MOL 文件
12033-89-5.mol
更新日期
2024/12/19 09:02:35
12033-89-5 結(jié)構(gòu)式
基本信息
中文別名
氮化硅四氮化三硅
四氮化三硅
氧化鎂粘結(jié)型氮化硅濺射靶
氮化硅粉末
氧化鎂粘結(jié)型氮化硅(IV)濺射靶, 50.8MM (2.0IN) DIA X 3.18M
氧化鎂粘結(jié)型氮化硅(IV)濺射靶, 50.8MM (2.0IN) DIA X 6.35M
氧化鎂粘結(jié)型氮化硅(IV)濺射靶, 76.2MM (3.0IN) DIA X 3.18M
氧化鎂粘結(jié)型氮化硅(IV)濺射靶T, 76.2MM (3.0IN) DIA X 6.35
氮化硅(IV), AMORPHOUS, 96+%
氮化硅(IV), ELECTRONIC GRADE, 99.85% (METALS BASIS), 94% ^
氮化硅(IV), ^A-PHASE, 99.9% (METALS BASIS)
氮化硅(IV), 99.3% (METALS BASIS), TYPICALLY 90% ^B-PHASE
氮化硅(IV), ^A-PHASE
英文別名
SI3N4 B7SI3N4 M11
SILICON (IV) NITRIDE
SILICON (IV) NITRIDE ALPHA PHASE
Silicon IV nitride Powder
SILICON NITRIDE
Siliconnitridemeshlightgraypowder
Siliconnitridepowderprimarilyphase
trisilicon tetranitride
SILICON NITRIDE, NANOPOWDER, 98.5+%
SILICON NITRIDE, POWDER, SUBMICRON, 99.9 +%
SILICON NITRIDE, -325 MESH, PREDOMINANTL Y ALPHA-PHASE
SILICON NITRIDE, -325 MESH, PREDOMINANTL Y BETA-PHASE
SILICON NITRIDE, NANOPOWDER, 98+%
SILICON NITRIDE B-PHASE
SILICON NITRIDE A-PHASE
Silicon(IV)nitride,<5micron(99%-Si)
silicon (iv) nitride, amorphous
silicon(iv) nitride, electronic grade
MILLEDSILICONNITRIDE
所屬類別
無機化工產(chǎn)品: 無機鹽: Cn硅化合物及硅酸鹽物理化學(xué)性質(zhì)
外觀性狀灰白色α晶型粉末。由于它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。氮化硅熔點1900℃，相對密度3.44。在空氣中加熱到1450～1550℃仍穩(wěn)定。易溶于氫氟酸，不溶于冷、熱水及稀酸，對于濃硫酸和濃氫氧化鈉溶液作用也極緩慢。
熔點1900 °C
密度3.44 g/mL at 25 °C(lit.)
RTECS號VW0650000
折射率2.8
形態(tài)powder
比重3.44
顏色淺灰色
電阻率 (resistivity)10*6 (ρ/μΩ.cm)
水溶解性Insoluble water.
晶體結(jié)構(gòu)Hexagonal
水解敏感性1: no significant reaction with aqueous systems
Merck14,8497
穩(wěn)定性穩(wěn)定的。
CAS 數(shù)據(jù)庫12033-89-5(CAS DataBase Reference)
EPA化學(xué)物質(zhì)信息Silicon nitride (Si3N4) (12033-89-5)
應(yīng)用領(lǐng)域
用途一
主要用作功能陶瓷材料原料，非鐵金屬的耐熔材料，飛機引擎，燃氣輸機噴嘴、軸承等高溫結(jié)構(gòu)材料和耐熱涂層用途二
氮化硅粉末作為工程陶瓷材料，在工業(yè)上有廣泛用途。主要用于超高溫燃氣透平，飛機引擎，透平葉片，熱交換器，電爐等。也可作耐熱涂層，用于火箭和原子能反應(yīng)堆。用途三
主要用作功能陶瓷材料原料，非鐵金屬的耐熔材料，飛機引擎，燃氣輸機噴嘴、軸承等高溫結(jié)構(gòu)材料和耐熱涂層以及研磨、切削、電爐等的材料。參考質(zhì)量標(biāo)準
日本部分公司工程陶瓷用氮化硅粉末參考標(biāo)準▼
▲
指標(biāo)名稱
電氣化工有限公司SN-9指標(biāo)
Starek社LG-l2指標(biāo)
東芝陶瓷有限公司Grade A指標(biāo)
Si/％
59.0
游離Si＜0.1
59.2
N/％
37.5
1
37.8
Fe/％
0.78
0.02
0.007
Al/％
0.32
0.03
0.002
Ca/％
0.21
0.01
0.007
C/％
1
0.18
0.9
O/％
1
1.50
1.8
α含有率
91
＞90
93
平均粒徑/μm
1.3
0.5
1.0
比表面積/(m>2^/g)
44
23
6.5
制法
Si直接氮化法
同左
SiO2還原法
制備方法
方法一
主要有硅粉直接氮化法、二氧化硅還原法和氯化硅法。在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，二氧化硅還原法更為人們所重視。二氧化硅還原法二氧化硅粉末100份(重量份，下同)，混入炭黑35份，尿素樹脂100份，然后加入800份水、0.1份氧化鋁(作反應(yīng)核用)、1份草酸銨和0.3份非離子表面活性劑(作分散劑)，進行強攪拌，并在攪拌中加入氨水調(diào)整Ph值為9.0。將此混合好的料漿噴霧干燥，所得干燥物在電爐中，在氮氣氛中，在1480℃進行3 h氮化還原反應(yīng)。再將還原反應(yīng)產(chǎn)物于。720℃，在空氣中進行脫炭處理，制得氮化硅粉末成品。
SiO2+C→SiO+CO
3SiO2+3C+N2→Si3N4+3CO
常見問題列表
陶瓷材料
氮化硅（Si3N4）是20世紀70年代被科學(xué)家開發(fā)出來的一種致密，高強度和高韌性的陶瓷材料。最初是希望在先進的渦輪和往復(fù)式發(fā)動機中用陶瓷代替金屬，以提供更高的工作溫度和效率。盡管到目前為止，陶瓷發(fā)動機的最終目標(biāo)尚未實現(xiàn)，但氮化硅已被用于許多工業(yè)應(yīng)用中，例如發(fā)動機部件，軸承和切削工具等。氮化硅具有比大多數(shù)金屬更好的高溫性能，同時兼具高強度的穩(wěn)定性和抗蠕變性以及抗氧化性。此外，與大多數(shù)陶瓷材料相比，其較低的熱膨脹系數(shù)，使其具有良好的抗熱震性。
組成和結(jié)構(gòu)
氮化硅分子式為Si3N4,屬于共價鍵結(jié)合的化合物，氮化硅陶瓷屬多晶材料，晶體結(jié)構(gòu)屬六方晶系，一般分為α、β兩種晶向，均由[SiN4]4- 四面體構(gòu)成，其中β- Si3N4對稱性較高，摩爾體積較小，在溫度上是熱力學(xué)穩(wěn)定相，而α- Si3N4在動力學(xué)上較容易生成，高溫（1400℃～1800℃）時，α相會發(fā)生相變，成為β型，這種相變是不可逆的，故α相有利于燒結(jié)。外觀
不同晶相得氮化硅外觀是不同的，α- Si3N4呈白色或灰白色疏松羊毛狀或針狀體，β- Si3N4則顏色較深，呈致密的顆粒狀多面體或短棱柱體，氮化硅晶須是透明或半透明的，氮化硅陶瓷的外觀呈灰色、藍灰到灰黑色，因密度、相比例的不同而異，也有因添加劑呈其他色澤。氮化硅陶瓷表面經(jīng)拋光后，有金屬光澤。電絕緣性
氮化硅陶瓷可做高溫絕緣材料，其性能指標(biāo)的優(yōu)劣主要取決于合成方式與純度，材料內(nèi)未被氮化的游離硅，在制備中帶入的堿金屬、堿土金屬、鐵、鈦、鎳等雜志，均可惡化氮化硅陶瓷的電性能。一般氮化硅陶瓷在室溫下、在干燥介質(zhì)中的比電阻為1015～1016歐姆，介電常數(shù)是9.4～9.5，在高溫下，氮化硅陶瓷仍保持較高的比電阻值，隨著工藝條件的提高，氮化硅可以進入常用電介質(zhì)行列。氮化硅的燒結(jié)
純的氮化硅很難制成完全致密的材料。這種共價鍵合的材料不易燒結(jié)，并且由于其在高溫容易分解為硅和氮氣，而無法加熱到1850℃以上。所以，想要得到致密氮化硅只能通過間接方法進行鍵合，例如添加少量化學(xué)物質(zhì)以幫助其致密化，這些化學(xué)物質(zhì)被稱為燒結(jié)助劑，通常會發(fā)生一定程度的液相燒結(jié)。類型
常見的氮化硅有以下三種主要類型是：反應(yīng)鍵合氮化硅（RBSN）、熱壓氮化硅（HPSN）、燒結(jié)氮化硅（SSN）。 反應(yīng)鍵合的氮化硅是通過將緊實的硅粉直接氮化而制得的，并且由于很難確保其完全反應(yīng)，因此難以實現(xiàn)高密度，通常的密度在2.5g.cm-3左右，而熱壓和燒結(jié)的氮化硅則可以到3.2g.cm-3。較高的密度使HPSN和SSN材料具有更好的物理性能，這也意味著它們可以滿足更高要求的應(yīng)用。氮化過程中體積變化極小，因而RBSN組件在制造后無需進行再加工，并且可以在單個工藝階段中制造出復(fù)雜的精確尺寸的部件。應(yīng)用領(lǐng)域
氮化硅材料目前主要在一些特殊場景中使用，例如用于往復(fù)式發(fā)動機部件和渦輪增壓器，軸承，金屬切割和整形工具以及熔融金屬處理等。往復(fù)式發(fā)動機組件：氮化硅部件的最大市場是用于燃燒部件和易損的往復(fù)式（柴油和火花點火）發(fā)動機。由于成本因素和復(fù)雜陶瓷部件工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)難度的限制，還有對陶瓷部件可靠性的擔(dān)憂，使得這種材料在設(shè)計使用上也相對謹慎，影響了氮化硅陶瓷的大規(guī)模應(yīng)用。小型致密的氮化硅燒結(jié)部件可用于汽車和卡車發(fā)動機，用于應(yīng)力和溫度相對較低且故障后果不嚴重的場景。 包括：柴油機、電熱塞等，可加快啟動速度，降低排放，降低噪音；渦輪增壓器（直徑約10厘米）可減少發(fā)動機滯后和排放。目前這些部件大多數(shù)在日本和美國制造，估計每年生產(chǎn)300,000套燒結(jié)氮化硅渦輪增壓器。在美國，節(jié)能減排的需求推動了陶瓷部件的發(fā)展，在日本，則是基于陶瓷部件帶來的輕型發(fā)動機性能的提升。現(xiàn)在各國的開發(fā)重點都是在需要輕質(zhì)或耐磨的應(yīng)用（例如排氣門和氣門彈簧）中。
軸承類：完全致密的氮化硅陶瓷的耐磨性，低摩擦和高剛度提高了高溫非潤滑滾子和球軸承的性能。與傳統(tǒng)的高密度鋼和硬質(zhì)合金軸承相比，HPSN軸承具有更長的軸承壽命，更好的速度性能和更強的耐腐蝕性。
絕大多數(shù)氮化硅陶瓷軸承用于混合球軸承（陶瓷球和鋼圈的軸承）。應(yīng)用包括機床主軸，真空泵等。
陶瓷軸承都可以用于腐蝕，電場或磁場等不能使用金屬的場合。例如，在存在海水侵蝕問題的潮汐流量計中，或者電場探測器等。
盡管氮化硅在軸承中的應(yīng)用的可靠性已經(jīng)得到了廣泛認可，但其制造成本高昂，如何降低生產(chǎn)成本，成為其推廣應(yīng)用的最大難題。
在許多常規(guī)工業(yè)應(yīng)用中，通常會使用反應(yīng)鍵合氮化硅（RBSN），因為其工作條件要求比較低，特別是一些汽車非磨損組件。例如，在感應(yīng)加熱和電阻焊接等過程中用于定位和轉(zhuǎn)移金屬零件的固定裝置，利用的是氮化硅的電絕緣性，耐磨性，低導(dǎo)熱性和耐熱沖擊性；對金屬純度控制的需求，使氮化硅被廣泛應(yīng)用于熱電偶護套和熔融坩堝，來處理熔融的鋁，鋅，錫和鉛合金；基于氮化硅材料的強度、電阻和抗熱震性，電弧焊接噴嘴也是其穩(wěn)定市場之一；還可用于輕質(zhì)和高抗熱震性的專業(yè)窯具，需要重復(fù)熱循環(huán)的燒成部件，如牙科假體等。
毒性
見β碳化硅粉末。