氮化硅的制备性质及应用精选课件.ppt

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1、关于氮化硅的制备性质及应用第一页，本课件共有18页2提纲氮化硅的物理性质氮化硅的化学结构氮化硅的性能氮化硅的制备方法氮化硅的应用国内形势前景2第二页，本课件共有18页3呈灰色、白色或灰白色呈灰色、白色或灰白色六方晶系，晶体呈六面体六方晶系，晶体呈六面体不溶于水，溶于氢氟酸不溶于水，溶于氢氟酸莫氏硬度莫氏硬度：99.5维氏硬度维氏硬度：约：约2200显微硬度显微硬度：32630MPa熔点熔点 ：1900（加压下）（加压下）常压下常压下1900分解分解比热容比热容：0.71J/(gK)热导率热导率：16.7W/(mK)比体积电阻：比体积电阻：20时时1.4101.4105 5 mm 500时为时为

2、 4104108 8 m m耐压强度耐压强度：490MPa490MPa（反应烧结的）（反应烧结的）抗弯强度：抗弯强度：147MPa147MPa3第三页，本课件共有18页4 其共价键长较短，其共价键长较短，Si3N4成键电成键电子数目多，原子间排列的方向性强子数目多，原子间排列的方向性强，相邻原子间相互作用大。存在两，相邻原子间相互作用大。存在两种由种由Si-N4四面体结构以不同的堆四面体结构以不同的堆砌方式堆砌而成的三维网络晶形，砌方式堆砌而成的三维网络晶形，一个是一个是-Si3N4，另一个是，另一个是-Si3N4。正是由于正是由于Si-N4四面体结构单元四面体结构单元的存在的存在，Si3N4

3、具有较高的硬度。具有较高的硬度。4第四页，本课件共有18页5在工业性能上，Si3N4材料表现出了较好的工艺性能。（1）机械强度高，硬度接近于刚玉，有自润滑性耐磨；（2）热稳定性高，热膨胀系数小，有良好的导热性能；（3）化学性能稳定，能经受强烈的辐射照射等等。陶瓷球轴承陶瓷球轴承高导热性涂料高导热性涂料陶瓷陶瓷太阳能电池上太阳能电池上的氮化硅膜的氮化硅膜窑具窑具切削工具切削工具阀门阀门5第五页，本课件共有18页6常用的制备方法有常用的制备方法有：硅粉直接氮化法硅粉直接氮化法 碳热还原法碳热还原法 卤化硅氨解法卤化硅氨解法 制备前驱体法制备前驱体法 化学复分解法化学复分解法 原位合成法原位合成法

4、硅合金氨解法硅合金氨解法 等等6第六页，本课件共有18页7合成方法在1300-1400的条件下用单质硅和氮气直接进行化学反应获得3Si(s)+2N2(g)Si3N4(s)7第七页，本课件共有18页8SiCl4(l)+6NH3(g)Si(NH)2(s)+4NH4Cl(s)在0的条件下3Si(NH)2(s)Si3N4(s)+N2(g)+3H2(g)在1000的条件下用碳热还原反应在1400-1450的氮气气氛下合成3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)Si3N4(s)+6CO亚氨基硅亚氨基硅8碳热还原法碳热还原法卤化硅氨解法卤化硅氨解法第八页，本课件共有18页9电子级氮化硅薄膜通过化学气相沉积

5、法化学气相沉积法制造3SiH4(g)+4NH3(g)Si3N4(s)+12H2(g)3SiCl4(g)+4NH3(g)Si3N4(s)+12HCl(g)3SiCl2H2(g)+4NH3(g)Si3N4(s)+6HCl(g)+6H2(g)9第九页，本课件共有18页10氮化硅陶瓷制品的生产方法反应烧结法将硅粉或硅粉与氮化硅粉的混合料按一般陶瓷制品生产方法成型。然后在氮化炉内，在11501200预氮化，获得一定强度后，可在机床上进行机械加工，接着在13501450进一步氮化1836h，直到全部变为氮化硅为止。制得产品尺寸精确，体积稳定。热压烧结法将氮化硅粉与少量添加剂（如MgO、Al2O3、MgF2

6、、AlF3或Fe2O3等），在19.6MPa以上的压力和16001700条件下压热成型烧结。制得的产品比反应烧结制得的产品密度高，性能好。10第十页，本课件共有18页1111应用应用机械工业机械工业主泵柱塞轴承滚珠滚珠座圈陶瓷刀具密封材料第十一页，本课件共有18页12氮化硅热电偶保护管12冶金工业冶金工业升热管升热管脱硫喷嘴坩埚第十二页，本课件共有18页1313其他领域第十三页，本课件共有18页1414其他领域第十四页，本课件共有18页1515其他领域其他领域第十五页，本课件共有18页16普遍存在如下不足：由大颗粒氮化硅、多相粉体烧结制备，脆性大、均匀性差、可靠性低、韧性和强度差而硅粉直接氮化

7、法制备氮化硅粉体要求氮气压力必须足够高，以实现 Si 和 N2 的充分接触。一般燃烧合成Si3N4 的氮气压力低限是3MPa，但有时高达100MPa以上。采用高压合成工艺不仅因设备投资高而且增加了生产成本，同时也给生产带来了安全隐患。从国内外氮化硅粉体的指标测试和试烧结果看来，国内最具代表性企业生产的 Si3N4平均颗粒在 3 微米左右，金属杂质含量较高，难以达到合格产品要求，而进口的粉体为 0.7 微米以下。因此，为满足市场需求，工业化生产超微、高质量的氮化硅粉末是国内氮化硅行业发展中亟待解决的难题，刻不容缓。关键在于对其合成工艺进行改进。国内形势国内形势16第十六页，本课件共有18页17前景21世纪氮化硅陶瓷将同金属、有机高分子材料继续为人类社会的进步、科技的发展发挥更大的作用。17第十七页，本课件共有18页2022/12/8感感谢谢大大家家观观看看第十八页，本课件共有18页