高品质氮化硅陶瓷粉体的关键制备技术

氮化硅(Si3N4)陶瓷具有优良的耐磨、耐蚀、高热导、耐高温性能以及良好的抗热震性能，已广泛应用于航空航天、机械、电子电力、化工等领域。随着氮化硅轴承球、氮化硅基板等氮化硅制品逐步应用于风力发电设备及新能源汽车等领域，氮化硅陶瓷的应用需求不断扩大，市场规模持续增长。氮化硅粉体作为生产氮化硅陶瓷的核心原料，其质量的稳定性、品质的一致性，对制品生产的工艺稳定和产品品质稳定起到决定性作用。

图 氮化硅基板和陶瓷球，来源：中材高新

1、硅粉氮化法

硅粉氮化法是将亚微米级的硅粉在1200℃的高温、氨气或氮气的气氛下，硅与氨气或氮气直接反应制备氮化硅粉的方法，反应方程式如下：

此方法工艺简单易行，设备操作用容易，无毒，产物重复性好，适用于工业化大规模生产，也是现在商业化应用最广泛的方法之一。日本Denka、ALZchem、瑞典的Höganäs（收购HC starck陶瓷粉末业务）和国内的同立高科等多数企业均采用该方法生产氮化硅粉体。但此方法温度高，时间长，生产效率较低，能耗较大，且粉体易结块，破碎过程易引进杂质。

2、硅亚胺热解法

硅亚胺热解法通过将气态或者液态的SiCl4与NH3进行化学反应，生产Si(NH)2，并放出NH4Cl，经过洗涤后进行热处理结晶化，在1300~1500℃结晶化处理，生成α-Si3N4，超过1500℃则为β-Si3N4，反应方程式如下：

制备的产物形状呈规则球形，α-Si3N4含量高，有较好的烧结性能，市场上品质较高的粉体便是日本宇部（UBE）公司采用此方法制备的。随着SiCl4等原料简单易得，此方法成为第二大制备氮化硅的生产方法。此方法工艺步骤繁杂，成本较高。

3、燃烧合成法

自蔓延高温合成（SHS）又称为燃烧合成法，是制备氮化硅粉体的主要方法之一，其本质与硅粉直接氮化法相似，需要使用燃料点燃硅粉，利用自放热反应完成氮化，反应方程式如下：

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原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）：高品质氮化硅陶瓷粉体的关键制备技术