氮化硅陶瓷（Si3N4）是一种由硅和氮组成的共价键化合物，1857年被发现，到1955年，其作为陶瓷材料实现大规模生产。氮化硅不仅具有较高的力学性能，还具有良好的透波性能，导热性能以及生物相容性能，是公认的综合性能最优的陶瓷材料。下面为大家介绍氮化硅陶瓷的四大应用领域。
1、氮化硅陶瓷在机械领域的应用
氮化硅陶瓷在机械行业中用作阀门、管道、分级轮以及陶瓷刀具，最广泛的用途是氮化硅陶瓷轴承球。
氮化硅陶瓷轴承球与钢质球相比具有突出的优点：密度低、耐高温、自润滑、耐腐蚀，应用于高速机床电主轴高速轴承、航空航天发动机、风力发电机轴承、汽车发动机轴承等设备用轴承中。
陶瓷球作为高速旋转体产生离心应力，氮化硅的低密度降低了高速旋转体外圈上的离心应力。致密氮化硅陶瓷还表现出高耐断裂韧性、高模量特性和自润滑性，可以出色地抵抗多种磨损，承受可能导致其他陶瓷材料产生裂纹、变形或坍塌的恶劣环境。
2、氮化硅陶瓷在半导体领域的应用
除了优越的机械性能外，氮化硅陶瓷还表现出一系列优异的导热性能，使其适用于要求苛刻的半导体领域。在集成电路领域，集成度和功率越来越大，对封装芯片的基板抗弯强度、稳定性、散热能力都提出了更高的要求。
氮化硅陶瓷基板具有更高的热导率（商用产品的典型值在80 到 90 W/mK ），和氧化铝基板或ZTA基板相比、拥有三倍以上的热导率，热膨胀系数（2.4ppm/K）较小，与半导体芯片（Si、SiC）接近，具有良好的热匹配性。
此外，氮化硅陶瓷基板具有优异的机械性能，兼顾高弯曲强度和高断裂韧度，和氧化铝基板或氮化铝基板相比，约有两倍以上的抗弯强度，抗弯强度为600~850MPa，断裂韧性为5~7MPa·m½，因此具有极高的耐冷热冲击性（极高可靠性），可将非常厚的铜金属（厚度可达800μm）焊接到相对较薄的氮化硅陶瓷上。因此，载流能力较高，而且传热性也非常好。
由于氮化硅基板的优异性能，使其在轨道交通、风电、光伏、新能源汽车等的功率模块（IGBT/SiC功率模块）上具有良好的应用前景。
3、氮化硅陶瓷在生物陶瓷领域的应用
作为新一代生物陶瓷材料，氮化硅陶瓷除了具备陶瓷材料应有的优秀品质外，还具有良好的射线成像性能、抗感染性能、生物相容性能以及骨整合性能，在生物传感器、脊柱、骨科、牙科等植入物方面得到广泛应用。
图 氮化硅陶瓷3D打印的脊柱椎间融合器，来源：Amedica
4、氮化硅陶瓷在透波材料领域的应用
氮化硅陶瓷及其复合材料具有的耐热、透波、承载等优异性能，使其成为新一代研究的高性能透波材料之一。多孔氮化硅陶瓷由于引入气孔而具有低密度、低热导、优异的渗透蒸发性能以及对电磁波的良好透过性，此外还具有高比强、高比模量、高耐温、抗氧化、耐磨损等特性，可作为一种陶瓷基透波材料被用来制作天线罩、天线窗。
氮化硅陶瓷材料的优异性能随着制备工艺的改进得到充分发掘以及应用。8月29-31日，泰晟新材、国瓷金盛、艾森达、正天新材、江西创科、河北高富等氮化硅陶瓷材料及制品企业以及相关生产设备供应商将参加艾邦第五届精密陶瓷暨IGBT产业链展览会，带来国产氮化硅的先进解决方案，欢迎各位行业朋友莅临参观交流，地址：深圳国际会展中心8号馆。
文章资料：
1.氮化硅陶瓷在四大领域的研究及应用进展，陈波等；
2.氮化硅粉体制备技术及粉体质量研究进展，向茂乔等；
3.自蔓延高温合成氮化硅多孔陶瓷的研究进展，张叶等.
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原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）：氮化硅陶瓷的四大应用领域
