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氮化硅主要应用在哪些领域
【背景及概述】[1][2]
氮化硅有两种晶体, 即低温型α-氮化硅和高温型β-氮化硅,及一种无定型。当粉状的 Si3N4在1200℃加热超过4h,就形成 α-型,在1450℃加热2h,就形成β-型。α-型为六方晶系结晶;β-型为立方晶系结晶。纯者为无色,但通常所见为含微量杂质者,呈灰色、灰褐色或黑色。相对分子质量140.29。相对密度 3.44。本品不溶于水、酸、碱。不与水反应;但在浓强酸中可水解,生成铵盐和二氧化硅,与稀酸不起作用;溶于氢氟酸;浓强碱液可慢慢腐蚀本品; 熔融强碱可使本品转变为硅酸盐和氨;在600℃ 以上能与过渡金属氧化物、氧化铅、氧化锌和二氧化锡反应,并放出一氧化氮和二氧化氮。常压下1850℃~1900℃分解为氮及硅。氮化硅导热系数为17.44~23.26W/(m·℃) (0~1000℃)。比热容0.15~0.31kJ印尼硬脂酸/(kg·℃) (0~1000℃)。线膨胀系数(3.0~3.2)×10-6/℃ (0~1000℃)。压缩强度4413.2MPa。弯曲强度 78.456MPa。与碳化硅相比,氮化硅耐热性稍低,而韧性稍高,碳化硅可用于高温,本品用于较低温度,一般使用温度为1200~1300℃。是共价化合物,六方晶系,有α-和β -Si3N4两种晶形。分子量140.29。于1 900℃升华分解。氮化硅的烧结体用作气体透平、高温引擎材料、汽车部件、柴油机部件、金属切削工具;可以制备坩埚、喷嘴、电绝缘材料、精密陶瓷、玻璃等;也用作催化剂载体;本品最大特点是重量轻、耐热性和耐磨性好。
【应用】[2][3]
氮化硅陶瓷具有高强度、高弹性模量、耐磨、耐氧化、耐腐蚀、抗热冲击等优良性能。除已成为金属切削工具的重要材料外,在许多领域得到应用并有许多潜在的用途。在陶瓷发动机中,用来制备定子、转子、涡形管等部件;氮化硅膜用作微电子技术电绝缘层;氮化硅晶须用于增强氧化铝、碳化硅及玻璃陶瓷基和铝基复合材料。在冶金、化学、机械、电子和军事工业上有广泛的应用。氮化硅陶瓷的烧成可采用硅粉预先成型,然后在通氮的情况下烧结而成(反应烧结法),是使氮化硅的形成和烧结同时完成;或采用硅粉氮化反应合成氮化硅粉后热压而成 (烧结法)。氮化硅膜是由氯化硅-氨 -氢等体系在一定温度下用气相沉积法形成,或采用射频溅射法形成。
此外,纳米氮化硅具有很高的化学稳定性, 耐高温性能, 良好的机械性能及优异的介电性能(高介电常数, 高介电强度), 在许多领域有着广泛的应用. 作为一种重要的陶瓷材料, 目前对它的表面改性大多是采用烧结助剂包覆氮化硅粉粒, 提高烧结助剂在氮化硅浆料中的分散程度及浆料的流动性,从而提高陶瓷制品烧结密度和性能稳定性 。
【制备】[2]
①纯硅用氮气或氨气在1500℃下直接氮化,可制得氮化硅。
②二亚氨基硅的热分解,可制得α- 型氮化硅。
③硅氮烷的热分解。
④高纯二氧化硅在氮气流中用碳还原。
⑤ 气相合成。高纯四氯化硅与氨在高温下,进行气相反应。
【主要参考资料】
[1] 实用精细化工辞典
[2] 简明精细化工大辞典
[3] 王君, 徐国财, 吉小利, 等. 纳米氮化硅粉粒的抗氧化剂厂家表面改性研究[D]. , 2003.
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