背景及概述[1-3]
有兩種晶體，即低溫型α-氮化硅和高溫型β-氮化硅，及一種無(wú)定型。當(dāng)粉狀的 Si3N4在1200℃加熱超過(guò)4h，就形成 α-型，在1450℃加熱2h，就形成β-型。α-型為六方晶系結(jié)晶；β-型為立方晶系結(jié)晶。純者為無(wú)色，但通常所見(jiàn)為含微量雜質(zhì)者，呈灰色、 灰褐色或黑色。相對(duì)分子質(zhì)量140.29。相對(duì)密度 3.44。
本品不溶于水、酸、堿。不與水反應(yīng)；但在濃強(qiáng)酸中可水解，生成銨鹽和二氧化硅，與稀酸不起作用；溶于氫氟酸；濃強(qiáng)堿液可慢慢腐蝕本品；熔融強(qiáng)堿可使本品轉(zhuǎn)變?yōu)楣杷猁}和氨；在600℃ 以上能與過(guò)渡金屬氧化物、氧化鉛、氧化鋅和二 氧化錫反應(yīng)，并放出一氧化氮和二氧化氮。常壓下1850℃～1900℃分解為氮及硅。1285℃時(shí)本品與二氮化三鈣發(fā)生下列反應(yīng)：
Ca3N2+Si3N4→3CaSiN2
本品導(dǎo)熱系數(shù)為17.44～23.26W/(m·℃) (0～1000℃)。比熱容0.15～0.31kJ/(kg·℃) (0～1000℃)。線膨脹系數(shù)(3.0～3.2)×10-6/℃ (0～1000℃)。壓縮強(qiáng)度4413.2MPa。彎曲強(qiáng)度 78.456MPa。與碳化硅相比，本品耐熱性稍低，而韌性稍高，碳化硅可用于高溫，本品用于較低溫度，一般使用溫度為1200～1300℃。
用途
本品的燒結(jié)體用作氣體透平、高溫引擎材料、汽車部件、柴油機(jī)部件、金屬切削工具；可以制備坩堝、噴嘴、電絕緣材料、精密陶瓷、玻璃等;也用作催化劑載體；本品特點(diǎn)是重量輕、耐熱性和耐磨性好。
氮化硅是新材料領(lǐng)域中一顆耀眼的明珠，它具有非常顯著的耐磨損、耐高溫、抗腐 蝕、抗氧化、電絕緣等性能。高純高α相氮化硅粉體性能優(yōu)異，應(yīng)用范圍廣泛，目前主要應(yīng)用 于精密陶瓷等高性能陶瓷行業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)。α相氮化硅制得的陶瓷具有更高的密度、強(qiáng)度和硬度，高純氮化硅陶瓷性能更為優(yōu)異；光伏產(chǎn)業(yè)中要求α相含量達(dá)到95% 以上，高純度氮化硅粉體使得太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換的效率更高。
主要應(yīng)用范圍：
（1）精密陶瓷高性能氮化硅陶瓷具有優(yōu)異的機(jī)械性能、熱學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性，可以承受金屬或高分子材料難以承受的嚴(yán)酷工作環(huán)境。高純高α相氮化硅粉體主要應(yīng)用于高速軸承、高溫發(fā)熱點(diǎn)火器、航天器反雷達(dá)罩等精密陶瓷材料；
（2）光伏產(chǎn)業(yè) 太陽(yáng)能是最被看好的清潔能源，光伏發(fā)電是最主要的太陽(yáng)能利用途徑。光伏發(fā)電的最基本部件是多晶硅，高純高α相氮化硅粉體是多晶硅鑄錠作業(yè)的重要材料，可以大幅度提高太陽(yáng)能電池的效率，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。
制備[3] [4]
一、一種高純高α相氮化硅粉體的制備方法，依次按照以下步驟進(jìn)行：
（1）選用99.999%的高純硅粉作為原料，通過(guò)粒子高速對(duì)撞對(duì)其表面進(jìn)行活化處理；
（2）由高純硅粉與氮化硅粉，混合均勻，壓塊，裝爐，其中，高純硅粉的粒徑≤12um，氮化硅粉的粒徑≤4um，氮化硅粉的純度為99.999%，高純硅粉與氮化硅粉的比例為100：8；
（3）抽真空達(dá)到1.0×10-2 Pa；
（4）向爐內(nèi)通入氮?dú)夂蜌錃?，其中，氮?dú)馀c氫氣的體積比為100：12；
（5）優(yōu)化溫度曲線，在1100~1400℃長(zhǎng)時(shí)間脈沖點(diǎn)式增溫，更精確的控制反應(yīng)溫度和速度；
（6）多級(jí)凈化純化貫穿工藝流程，使生產(chǎn)過(guò)程中引入的雜質(zhì)得到有效清除，從而獲得高純高α相氮化硅粉體。
二、一種無(wú)添加劑低壓制備高純氮化硅的方法。包括以下步驟：(1)對(duì)粒度為50~200目的粗硅粉球磨10h；(2)在細(xì)硅粉中加入10~40%氮化鋁稀釋劑并球磨混勻；(3)將混合粉體置于氮化爐中，在0.05~0.25MPa的微正壓下直接氮化，氮化溫度為1200~1400℃，保溫4~20h。反應(yīng)完成后，得到純度98.7~99.9的高純氮化硅粉體。本方法不使用添加劑，無(wú)污染，無(wú)毒害，成本低；采用低壓制備，安全系數(shù)高，對(duì)設(shè)備要求較低；該工藝簡(jiǎn)單可控，制備的氮化硅純度高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
應(yīng)用[4]
多孔氮化硅陶瓷材料作為一種多孔材料，是目前綜合性能的多孔陶瓷材料之一，它不僅具有多孔陶瓷比表面積大、孔徑可控等特點(diǎn)，還具備著氮化硅材料高強(qiáng)度、耐高溫、耐酸堿等優(yōu)點(diǎn)，在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域、能源領(lǐng)域和環(huán)保領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，因此關(guān)于多孔氮化硅陶瓷的制備方法成為目前研究的熱點(diǎn)之一。
一種制備多孔氮化硅陶瓷的方法，所述方法包括：
（1）將木屑清洗烘干后球磨，得到粒徑更小的木屑粉末；
（2）配料：將步驟（1）得到的木屑粉、氮化硅粉、燒結(jié)助劑按配方質(zhì)量比稱量；
（3）球磨：將稱量好的配料加入球磨罐中，得到混合均勻的漿料；
（4）造粒：將步驟（3）得到的漿料烘干后，放入研缽中磨細(xì)過(guò)篩，加入一定量濃度為5%的PVA溶液，再次研磨，得到造粒粉；
（5）成型：將步驟（4）得到的造粒粉模壓成型，干燥后得到多孔氮化硅陶瓷坯體；
（6）燒結(jié)：采用常壓燒結(jié)法燒結(jié)步驟（5）得到的坯體，即得所述的多孔氮化硅陶瓷。
圖1為多孔氮化硅陶瓷的宏觀掃面圖；
圖2為多孔氮化硅陶瓷的放大掃描圖。
主要參考資料
[1] 實(shí)用精細(xì)化工辭典
[2] CN201610724383.6 一種高純高α相氮化硅粉體的制備方法
[3] CN201810586769.4 一種制備多孔氮化硅陶瓷的方法
[4] CN201610611915.5一種無(wú)添加劑低壓制備高純氮化硅的方法