%90型氮化硅结合碳化硅材料的开发与应用

氮化硅简介氮化硅，分子式为Si3N4,是一种重要的结构陶瓷材料。

它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；氮化硅除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应(反应方程式：Si3N4+16HF═3SiF4↑+4NH4F），抗腐蚀能力强，高温时抗氧化。

而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1 000 ℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。

正是由于氮化硅陶瓷具有如此优异的特性，人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。

如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面，不仅可以提高柴油机质量，节省燃料，而且能够提高热效率。

我国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机。

应用【氮化硅的应用】氮化硅用做高级耐火材料，如与sic结合作SI3N4-SIC耐火材料用于高炉炉身等部位；如与BN结合作SI3N4-BN材料，用于水平连铸分离环。

SI3N4-BN系水平连铸分离环是一种细结构陶瓷材料，结构均匀，具有高的机械强度。

耐热冲击性好，又不会被钢液湿润，符合连珠的工艺要求。

见下表更多信息物理性质相对分子质量140.28。

灰色、白色或灰白色。

六方晶系。

晶体呈六面体。

密度3.44。

硬度9~9.5，努氏硬度约为2200，显微硬度为32630MPa。

熔点1900℃（加压下）。

通常在常压下1900℃分解。

比热容为0.71J/(g·K)。

生成热为-751.57kJ/mol。

热导率为16.7W/(m·K)。

线膨胀系数为2.75×10-6/℃(20~1000℃)。

不溶于水。

溶于氢氟酸。

在空气中开始氧化的温度1300~1400℃。

比体积电阻，20℃时为1.4×105 ·m,500℃时为4×108 ·m。

弹性模量为28420~46060MPa。

耐压强度为490MPa（反应烧结的）。

1285摄式度时与二氮化二钙反应生成二氮硅化钙，600度时使过渡金属还原，放出氮氧化物。

氮化硅结合碳化硅制品系列技术指标
碳化硅是人工合成的高级无机非金属材料，由共价健结合，硬度仅次于金刚石，熔点2600℃，真密度3.21g/cm3。

热导率达8.37W/m·k ；氮化硅熔点1900℃，莫氏硬度9，真密度3.19 g/cm3，热导率15W/m·k（石墨为129 W/m·k），氮化硅结合碳化硅是结合双方性能研制的一种新型高性能的耐火制品，化学性能稳定，常温抗折强度是普通耐火材料的4~8倍，是传统碳化硅制品（粘土结合碳化硅）的2~3倍，导热系数是一般耐火材料的7~8倍，是传统碳化硅的倍，热膨胀系数是一般耐火材料的一半。

实践证明，氮化硅结合碳化硅制品（150×150×15）经1100℃直接水冷30次不出现裂纹，有较好的热震稳定性。

抗高温蠕变、抗酸性、抗碱性、抗氧化性能优异，抗铝（Al ）、铅（Pb ）、锡（Sn ）、锌（Zn ）、铜（Cu ）等熔融金属侵蚀，电绝缘性良好，常温比电阻高。

用氮化硅结合碳化硅代替传统的碳化硅制品，可减轻窑具重量50%，提高炉池装载率16%，节能15%以上，是企业提高产品质量，增加经济效益的理想耐火材料。

氮化硅材料和SiC模块各有其独特的性质和应用场景。

氮化硅陶瓷基板具有高强度、高导热性能、良好的匹配性和高可靠性，特别适合高温、大功率、高散热、高可靠性的第三代大功率半导体电子器件基板材料封装。

它是一种理想的陶瓷基板材料，能够满足各种复杂和严格的应用要求。

碳化硅（SiC）模块在新能源汽车领域具有显著的优势。

作为一种宽禁带半导体材料，SiC具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等特点。

在高频、高压、高温等工作场景中，SiC具有易散热、小体积、低能耗和高功率等优势。

具体来说，SiC的高载流子迁移率可以提供较高的电流密度，使相同功率等级下的封装尺寸更小。

此外，SiC可以实现高频开关，减少滤波器和无源器件的使用，从而降低系统重量。

其宽禁带和良好的热导率特性可以使器件在较高的环境温度下工作，减少散热器体积。

而且，SiC 可以降低开关与导通损耗，提升系统效率，在相同的续航范围内，可以减少电池容量，有助于车辆轻量化。

总的来说，氮化硅材料和SiC模块在各自的领域都发挥着重要的作用，且都有广阔的应用前景。

氮化硅材料的合成及应用简介
氮化硅（Si3N4）是一种重要的结构材料，它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损；是一种氮原子与硅原子比例为4:3的共价键化合物，为原子晶体，是一种六方晶体结构；除氢氟酸外，它不与其它无机酸反应，抗腐蚀能力强高温时抗氧化。

而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。

具体到物理性能方面,氮化硅材料具有硬度高、耐磨损、弹性模量大、强度高、耐高温、热膨胀系数小、导热系数大、抗热震性好、密度低、表面摩擦系数小、电绝缘性能好等特点而化学性能方面,它还有耐腐蚀、抗氧化等优点。

氮化硅在正常条件下一般认为有两种同素异构体，即α相和β相。

α相一个晶胞为Si12N16，而β相一个晶胞为Si6N8。

 图1 (a) Si3N4四面体结构；(b)Si3N4四面体结合而成的立体六元环
 1. 氮化硅的合成
 目前世界上研究最多的氮化硅的制备方法主要有碳热还原法、硅粉直接氮化法、卤化硅氨解法以及低氨气压下燃烧合成法、气相反应法等。

接下来为大家介绍一下碳热还原法、硅粉直接氮化法和卤化硅氨解法。

 1.1 碳热还原法
 用SiO2碳热还原氮化法制备Si3N4粉体，是将SiO2细粉与碳粉混合后，通过热还原生成SiC，然后SiC再被氮化生成纳米氮化硅颗粒。

反应方程式如下所示：
 上述方程式表示的反应属气固相反应，反应速度比较慢，反应过程相对复杂，除上述总过程外还有许多中间过程：首先是形成SiO(g)，形成的。

碳化硅材料的研究及应用前景碳化硅材料是一种新兴的材料，近年来正在受到越来越多的关注。

它有着优异的耐高温、耐腐蚀、抗氧化和高硬度等物理特性，因此具有广泛应用前景。

本文将介绍碳化硅材料的研究现状和应用前景，探讨其未来的发展方向。

一、碳化硅材料的特性碳化硅材料是一种半导体材料，它由碳(C)和硅(Si)两种元素组成，具有特殊的晶体结构和优异的物理、化学性质。

具体来说，它具有如下特性：1. 耐高温：碳化硅材料具有高温稳定性，能够在高温下稳定运行，因此广泛应用于高温环境下的机械、电子器件等领域。

2. 耐腐蚀：碳化硅材料具有优异的腐蚀抗性，适合用于多种酸、碱等强腐蚀性物质的环境中。

3. 抗氧化：碳化硅材料不易氧化，能够在高氧环境中保持稳定。

4. 高硬度：碳化硅材料硬度极高，是天然金刚石之后的第二硬材料，在机械加工、磨料加工等领域有广泛应用。

二、碳化硅材料的研究现状碳化硅作为一种新兴材料，其研究进展也十分活跃。

现在，碳化硅材料的研究主要涉及以下几个方面：1. 合成方法：目前，碳化硅材料的合成方法主要有化学气相沉积法、热压法、热化学气相沉积法等。

其中，化学气相沉积法是目前较为常用的一种方法，能够制备出高质量的碳化硅材料。

2. 结构研究：对于碳化硅材料的结构研究也是一个重要的方向。

近年来，越来越多的学者开始关注碳化硅的表面结构和晶体结构，这对于其材料性能的提升和应用的拓展具有重要意义。

3. 功能化探究：此外，对于碳化硅材料的功能化探究也在不断深入。

当前已有研究表明，通过对碳化硅进行掺杂等处理，能够使其具有更优异的物理、化学性质，因此这一方向的研究也十分具有前景。

三、碳化硅材料的应用前景由于碳化硅材料独特的物理、化学特性，其在多个领域具有广泛的应用前景。

以下是几个主要应用领域：1. 电子领域：碳化硅材料的高温稳定性，使其在电子领域的应用具有独特的优势。

目前，碳化硅材料已经开始应用于高频、高功率器件、射频器件、硅基太阳能电池等领域。

氮化硅结合碳化硅耐磨材料在矿山机械的应用
赵军伟;常永强;聂飞;林峰
【期刊名称】《中国矿业》
【年(卷),期】2014(023)004
【摘要】我国矿山机械制造的核心问题之一是机械的材料材质.氮化硅结合碳化硅材料的生产制备方法主要有一般烧结法和逆反应烧结法,而后者成本低、产品性能较好.氮化硅结合碳化硅硬度是耐磨铸钢的3倍,具有耐磨、耐高温、耐腐蚀的性能特点,适于生产矿山机械(如旋流器、砂浆泵、挖掘机等)的耐磨部件,应用前景广阔,国内已有用作砂泵叶轮的先例.氮化硅结合碳化硅材料应在产品结构的均匀性、冲击韧性、与其他部件的连接和成型、粘结、喷涂技术方面进一步提高,以便更好地应用于矿山机械.
【总页数】3页(P118-120)
【作者】赵军伟;常永强;聂飞;林峰
【作者单位】中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所,河南郑州450006;中国有色金属建设股份有限公司,北京100029;郑州市飞雪陶瓷粉体有限公司,河南郑州450000;郑州市飞雪陶瓷粉体有限公司,河南郑州450000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ175.4
【相关文献】
1.氮化硅结合碳化硅材料的特性及应用范围 [J], 侯撑选
2.氮化硅结合碳化硅板材标准及应用 [J], 肖俊明;姜宏伟
3.氮化硅结合碳化硅砖的性能和应用 [J], 侯春玲;刘华平;李天学;邵淑英
4.矿山机械中氮化硅结合碳化硅耐磨材料的应用 [J], 刘伟林
5.氮化硅结合碳化硅铝电解槽侧壁材料的应用及抗侵蚀性研究现状 [J], 高翔因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

氮化物结合碳化硅方程式一、氮化物结合碳化硅的化学反应方程式氮化物与碳化硅的结合，主要涉及的化学反应取决于所采用的工艺和具体的氮化物类型。

在此，我们将以氮化铝（AlN）和碳化硅（SiC）为例，详细探讨其可能的化学反应方程式。

1.氮化铝与碳化硅的反应在高温下，氮化铝与碳化硅可能发生固态反应。

一种可能的反应方程式如下：3SiC(s) + 4AlN(s) → 3Si(s) + 4Al(s) + N2(g)该反应表明，氮化铝与碳化硅在高温下可以发生置换反应，生成硅、铝和氮气。

这是一个放热反应，其可能的机制涉及氮化铝中的氮原子与碳化硅中的硅原子之间的相互交换。

2.氮化硅与碳化硅的反应另一种常见的氮化物与碳化硅的反应是氮化硅与碳化硅的反应。

在高温下，它们可能发生如下的化学反应：3SiC(s) + 2Si3N4(s) → 6Si(s) + N2(g)在这个反应中，氮化硅与碳化硅发生反应，生成硅和氮气。

这个反应同样是一个放热反应，其机制涉及了氮化硅中的氮原子与碳化硅中的硅原子的交换。

二、氮化物结合碳化硅的应用价值氮化物结合碳化硅的应用价值主要体现在以下几个方面：1.高温应用：由于氮化物和碳化硅都具有出色的高温稳定性，它们的结合可以使材料在极端高温环境下仍能保持稳定，这在许多工业领域（如航空航天、汽车发动机等）具有重要应用价值。

2.电子封装材料：氮化物结合碳化硅具有优良的导热性和电气绝缘性，使其成为电子封装材料的理想选择。

它能够有效地将电子设备产生的热量传导出去，同时保证电子设备之间的电学隔离。

3.耐磨材料：由于氮化物和碳化硅的硬度都较高，因此氮化物结合碳化硅在需要高耐磨性的场合（如轴承、密封件等）有广泛应用。

4.化学反应介质：在某些化学反应中，氮化物结合碳化硅可以作为介质或催化剂载体，利用其稳定的化学性质和良好的物理性能来促进反应的进行。

5.光学材料：某些氮化物（如氮化铝）具有较好的光学性质，结合碳化硅的宽禁带特性，可用于制造高性能的光学器件，如激光器、探测器等。

一氧化硅分子式：SiOCAS号：性质：黑棕色至黄土色无定形粉末。

熔点>1702℃。

沸点1880℃。

溶于稀氢氟酸和硝酸的混酸。

不溶于水。

在空气中加热时生成白色的二氧化硅粉末。

由纯度99.5％的二氧化硅粉末与煤沥青粉末(或硅粉)以C/SiO2=1.3或Si/SiO2=1.2配比混合，放入电加热的真空炉，注入非氧化性气体(如氩、氢等气体)，高温反应，制得超细(0.1/μm 以下)无定形氧化硅。

极富有活性。

固态一氧化硅可作绝缘材料。

作为精细陶瓷原料具有重要价值。

固态一氧化硅表面积研究是非常重要的，固态一氧化硅的比表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内也被淘汰了。

目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，请参看我国国家标准（GB/T 19587-2004）-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。

比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。

F-Sorb 2400比表面积测试仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的F-Sorb 2400比表面积测试仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性二氧化硅晶体北京蒙泰有研技术开发中心二氧化硅性质：SiO2又称硅石。

在自然界分布很广，如石英、石英砂等。

白色或无色，含铁量较高的是淡黄色。

密度2.2 ～2.66.熔点1670℃（鳞石英）；1710℃（方石英）。

沸点2230℃。

不溶于水微溶于酸，微粒时能与熔融和碱类起作用。

氮化硅结合炭化硅砖1 、范围：本标准适用于炼铁高炉用、电解铝槽用氮化硅砖和氮化硅结合炭化硅窑具。

2 、定义：氮化硅结合炭化硅砖（silicon nitride bonded silicon carbide bricks）以炭化硅为骨料加入工业硅粉，经混炼成型，通过氮化反应烧结，形成氮化硅为主要结合相，且氮化硅和氮化硅含量之和不小于90%的定形制品。

3、分类、牌号及形状尺寸：3.1 氮化硅结合碳化硅按用途不同分为TDG、LDG、YDG 三个类别，T、L、Y分别代表炼铁、电解铝、窑具，DG为氮和硅的汉语拼音首字母。

3.2 氮化硅结合碳化硅TDG类分为TDG-1和TDG-2两个牌号。

3.3 形状尺寸应符合YB/T5012的规定或需方图纸要求。

4 、技术要求：4.1 砖的理化指标应符合表1规定。

表1：碳化硅结合炭化砖的理化指标。

4.2 砖的尺寸允许偏差及外观应符合表2的规定。

表2：氮化硅结合碳化硅的尺寸允许偏差及外观。

4.3 特殊技术要求按供需双方合同执行。

5、实验方法：5.1 砖的检验制样按GB/T 7321进行。

5.2 显气孔率、体积密度的检验按GB/T 2997进行。

5.3 常温抗折强度检验按GB/T 3001进行。

5.4 高温抗折强度检验按GB/T 3002进行。

5.5 常温耐压强度检验按GB/T 5072.2进行。

5.6 导热系数检验按GB/T 5990进行。

5.7 砖的尺寸、外观及断面检查按GB/T 10326进行。

5.8 氮化硅量的测定按YB/T 174.1进行。

5.9 炭化硅量的测定按YB/ 174.2进行。

5.10 氧化铁量的测定按YB/T 174.4进行。

6、质量评定程序：6.1 组批：产品按同一牌号编排，每批不超过120t。

6.2 抽样及合格判定规则：砖的抽样与验收按GB/T10325 进行，本标准的体积密度，常温耐压强度，高温抗折强度为验收检验项目。

6.3 合格评定形式：合格评定可采用供货方声明、使用方认定或由第三方认证的形式进行。

碳化硅和氮化硅硬度碳化硅和氮化硅是两种常见的非金属陶瓷材料，它们具有极高的硬度，被广泛应用于诸多领域。

本文将从碳化硅和氮化硅的硬度特性出发，探讨它们的应用和优劣势。

一、碳化硅的硬度碳化硅是一种具有高硬度的陶瓷材料，它的硬度可达到莫氏硬度9-9.5。

碳化硅的硬度主要来源于其坚硬的晶体结构，其中碳原子和硅原子形成了强大的键合力，使得碳化硅具有出色的抗刮擦性和耐磨性。

碳化硅的高硬度使其在工业领域得到广泛应用。

首先，碳化硅常被用作磨料，用于制造砂纸、砂轮等磨削工具。

由于碳化硅的硬度远高于普通金属，因此它可以更有效地磨削和抛光各种材料，包括金属、陶瓷和玻璃等。

碳化硅还被广泛应用于制造陶瓷刀具。

由于碳化硅的硬度高，它可以在切割过程中保持较长时间的锋利度，因此被用于制造切割纸张、塑料、橡胶等材料的刀具。

碳化硅刀具的使用寿命长，能够提高生产效率和切割质量。

碳化硅还被用作高温结构材料。

由于碳化硅具有良好的高温稳定性和耐腐蚀性，它可以在高温环境下发挥稳定的性能，因此广泛应用于航空航天、核能等领域。

例如，碳化硅陶瓷常被用作高温燃烧室和喷嘴材料，能够承受极高的温度和压力。

二、氮化硅的硬度氮化硅是另一种硬度很高的陶瓷材料，它的硬度可达到莫氏硬度9-9.5。

氮化硅的硬度主要来自于其晶体结构中氮原子和硅原子之间的键合力，这种键合力比碳化硅的键合力还要强。

氮化硅的高硬度使其在多个领域得到广泛应用。

首先，氮化硅常被用作切削工具的涂层材料。

由于氮化硅的硬度高，将其作为涂层应用于切削工具表面，能够提高工具的硬度和耐磨性，从而延长刀具的使用寿命。

氮化硅还被广泛应用于电子领域。

氮化硅具有良好的绝缘性能和热导率，因此可以用作电子元件的绝缘层和散热材料。

例如，氮化硅常被用作高功率电子器件的散热片和封装材料，能够提高电子元件的工作效率和可靠性。

氮化硅还具有良好的耐腐蚀性和化学稳定性，因此被广泛应用于化学工业和生物医学领域。

例如，氮化硅可以用于制造耐酸碱的化学反应器和生物医学传感器，能够在恶劣的环境中稳定工作。