氮化硅是一种什么材料
氮化硅与碳化硅同为结构陶瓷,具有相似的化学性能和制备方法,有关其应用的文献报道最早出现在上世纪50年代,氮化硅最初作为碳化硅和氧化物的粘结相应用于耐火材料,随后用于制造坩埚、热电偶管、火箭喷嘴等。上世纪60年代,随着对高温性能(尤其热震性能)优良的新型材料需求的增加,作为高温结构发动机的潜在应用材料——氮化硅陶瓷材料的发展速度明显升高。
自上世纪 70
年代氮化硅陶瓷燃气轮机项目研发开始,氮化硅陶瓷材料的开发一直以陶瓷与电子工业为主,不断向其它应用领域扩展,其研究方向主要有五个基本分支:氮化硅基本物理性能、非晶薄膜氮化硅、粉末制备、多孔氮化硅陶瓷材料和致密氮化硅陶瓷材料。
氮化硅粉体的制备方法
氮化硅粉体的制备方法主要有固相法、液相反应和气相反应法。
固相法:又可以分为硅粉直接氮化法、碳热还原二氧化硅法和自蔓延法。
硅粉直接氮化法:是高纯硅粉与氮气进行高温氮化反应;这种方法合成成本低,广泛应用于大规模生产,但较难控制晶相,反应产品容易成块。
碳热还原二氧化硅法:石英粉与高纯碳粉在氮气或者氨气条件下高温反应;此方法产生的微粉粒径小,单一晶相(a)多,速度快,效率高,但会残存二氧化硅。
自蔓延法:是点燃粉料自行推进反应的方法;这种方法工艺简单,有推广前途。
液相反应:又可以分为热分解法和溶胶凝胶法。
热分解法是氯化硅在己烷和氨气中生成亚胺基硅或胺基硅,然后进行热分解生成氮化硅;此种方法反应速度快,产率高,产生的氮化硅纯度高。溶胶凝胶法是先使用溶胶凝胶法制备二氧化硅,然后使用碳热还原法制备氮化硅;这种方法与碳热还原法类似存在二氧化硅反应不完全的情况。
气相反应法:又可以分为高温气相反应、激光气相反应和等离子气相反应。
高温气相反应法是氯化硅或氢化硅在高温下与氨气反应,这种方法纯度高,但生产效率低;激光气相反应法是氯化硅或氢化硅在激光器激发与氨气反应,这种方法可以控制反应过程和反应区域;等离子气相反应法是指氯化硅或氢化硅在等离子激发下与氨气反应,这种方法的反应过程可以快速升温、急速冷却。
本文由@AG 发布于三个皮匠报告网站,未经授权禁止转载
更多行业知识,敬请关注三个皮匠报告行业知识栏目。
参考资料
《国瓷材料-新能源汽车用陶瓷球有望加速增长-220209(46页).pdf》
推荐阅读
SiC(碳化硅)是什么?主要优势有哪些?如何应用在电动汽车中?
头豹研究院:2022年中国新能源汽车产业系列研究报告——动力电池负极材料行业概览(PDF版)
2022中国新材料产业市场规模,发展趋势与痛点分析