氮化硅陶瓷用途？
氮化硅陶瓷，是一种烧结时不收缩的无机材料陶瓷。氮化硅的强度很高，尤其是热压氮化硅，是世界上最坚硬的物质之一。具有高强度、低密度、耐高温等性质。Si3N4 陶瓷是一种共价键化合物，基本结构单元为[ SiN4 ]四面体，硅原子位于四面体的中心，在其周围有四个氮原子，分别位于四面体的四个顶点，然后以每三个四面体共用一个原子的形式，在三维空间形成连续而又坚固的网络结构。
利用Si3N4 重量轻和刚度大的特点，可用来制造滚珠轴承、它比金属轴承具有更高的精度，产生热量少，而且能在较高的温度和腐蚀性介质中操作。用Si3N4 陶瓷制造的蒸汽喷嘴具有耐磨、耐热等特性，用于650℃锅炉几个月后无明显损坏，而其它耐热耐蚀合金钢喷嘴在同样条件下只能使用1 - 2个月。
随着Si3N4 粉末生产、成型、烧结及加工技术的改进，其性能和可靠性将不断提高，氮化硅陶瓷将获得更加广泛的应用。由于Si3N4 原料纯度的提高，Si3N4 粉末的成型技术和烧结技术的迅速发展，以及应用领域的不断扩大，Si3N4 正在作为工程结构陶瓷，在工业中占据越来越重要的地位。
氮化硅陶瓷具有很高的硬度，极好地耐酸碱腐蚀性，还有自润滑性，因此氮化硅陶瓷球可以做为轴承球与金属或同材质的轴套配合使用其自身的优点可以用在特殊环境下；另外可以做陶瓷阀球用于油田领域，另外其电绝缘性还可以制成绝缘环；又因其烧结温度高，可以在高温下作业，因此氮化硅结构件可以做为高温支撑材料用于高科技领域；氮化硅陶瓷刀用于工业机床上等等
1、速度方面。热挤压氮化硅陶瓷的速度非常快，可以一个机器制作多个陶瓷，所以在速度方面要比传统工艺好。
2、质量方面。热挤压氮化硅陶瓷生产的质量非常好，并且有工人严加把守，所以要比传统工艺好。
陶瓷的制备技术在过去几年发展很快，制备工艺主要集中在反应烧结法、热压烧结法和常压烧结法、气压烧结法等类型.
由于制备工艺不同，各类型氮化硅陶瓷具有不同的微观结构（如孔隙度和孔隙形貌、晶粒形貌、晶间形貌以及晶间第二相含量等）。因而各项性能差别很大
。要得到性能优良的Si3N4
陶瓷材料，首先应制备高质量的Si3N4
粉末.
用不同方法制备的Si3N4
粉质量不完全相同，这就导致了其在用途上的差异，许多陶瓷材料应用的失败，往往归咎于开发者不了解各种陶瓷粉末之间的差别，对其性质认识不足。一般来说，高质量的Si3N4
粉应具有α相含量高，组成均匀，杂质少且在陶瓷中分布均匀，粒径小且粒度分布窄及分散性好等特性。好的Si3N4
粉中α相至少应占90%，这是由于Si3N4
在烧结过程中,部分α相会转变成β相，而没有足够的α相含量，就会降低陶瓷材料的强度。
反应烧结法（
RS)
是采用一般成型法，先将硅粉压制成所需形状的生坯，放入氮化炉经预氮化（部分氮化）烧结处理，预氮化后的生坯已具有一定的强度，可以进行各种机械加工（如车、刨、铣、钻).
最后，在硅熔点的温度以上；将生坯再一次进行完全氮化烧结，得到尺寸变化很小的产品（即生坯烧结后，收缩率很小，线收缩率<
011%
).
该产品一般不需研磨加工即可使用。反应烧结法适于制造形状复杂，尺寸精确的零件，成本也低，但氮化时间很长。
热压烧结法（
HPS)
是将Si3N4
粉末和少量添加剂（如MgO、Al2O3、MgF2、Fe2O3
等），在1916
MPa以上的压强和1600
℃以上的温度进行热压成型烧结。英国和美国的一些公司采用的热压烧结Si3N4
陶瓷，其强度高达981MPa以上。烧结时添加物和物相组成对产品性能有很大的影响。由于严格控制晶界相的组成，以及在Si3N4
陶瓷烧结后进行适当的热处理，所以可以获得即使温度高达1300
℃时强度（可达490MPa以上）也不会明显下降的Si3N4系陶瓷材料，而且抗蠕变性可提高三个数量级。若对Si3N4
陶瓷材料进行1400———1500
℃高温预氧化处理，则在陶瓷材料表面上形成Si2N2O相，它能显著提高Si3N4
陶瓷的耐氧化性和高温强度。热压烧结法生产的Si3N4
陶瓷的机械性能比反应烧结的Si3N4
要优异，强度高、密度大。但制造成本高、烧结设备复杂，由于烧结体收缩大，使产品的尺寸精度受到一定的限制，难以制造复杂零件，只能制造形状简单的零件制品，工件的机械加工也较困难。
常压烧结法（
PLS)
在提高烧结氮气氛压力方面，利用Si3N4
分解温度升高（通常在N2
=
1atm气压下，从1800℃开始分解）的性质，在1700———1800℃温度范围内进行常压烧结后，再在1800———2000℃温度范围内进行气压烧结。该法目的在于采用气压能促进Si3N4
陶瓷组织致密化，从而提高陶瓷的强度.所得产品的性能比热压烧结略低。这种方法的缺点与热压烧结相似。
气压烧结法（
GPS)
近几年来,人们对气压烧结进行了大量的研究，获得了很大的进展。气压烧结氮化硅在1
～10MPa气压下，2000℃左右温度下进行。高的氮气压抑制了氮化硅的高温分解。由于采用高温烧结，在添加较少烧结助剂情况下，也足以促进Si3N4晶粒生长，而获得密度>
99%的含有原位生长的长柱状晶粒高韧性陶瓷.
因此气压烧结无论在实验室还是在生产上都得到越来越大的重视.
气压烧结氮化硅陶瓷具有高韧性、高强度和好的耐磨性，可直接制取接近最终形状的各种复杂形状制品，从而可大幅度降低生产成本和加工费用.
而且其生产工艺接近于硬质合金生产工艺，适用于大规模生产。
1、氮化硅的物理性能：
①热学性质：属高温难熔物质，无熔点，常压下1900℃左右分解，抗高压蠕变能力强，不含粘结剂的反应烧结氮化硅负荷软化点可高达1800℃；
②导热性能好；
③热膨胀系数小；
④电绝缘性能好，介电系数小，抗击穿电压高。
2、氮化硅的化学性能：
①抗氧化性：800℃以下干燥气氛中不与氧反应；
②抗熔融金属腐蚀性：氮化硅对单质金属融液（除铜外）不浸润，不受腐蚀；
③抗酸碱盐腐蚀性：易溶于氢氟酸，与稀酸不起作用。
3、氮化硅的机械性能：
①高温强度好，1200℃高温强度与室温强度相比衰减不大，另外，它的高温蠕变率很低。这些都是由强共价键本质所决定的；
②硬度高，仅次于金刚石、立方BN、B4C等少数几种超硬材料；
③摩擦系数小，有自润滑性，与加油的金属表面相似。
氮化硅陶瓷。
目前常用的氧化铝基板热导率低、氮化铝基板可靠性差，限制其在高端功率半导体器件中的应用。氮化硅陶瓷基板具有高强度、高韧性、高绝缘、高热导率、高可靠性及与芯片匹配的热膨胀系数等优点，是一种具有综合性能的基板材料，应用前景广阔。
氮化硅陶瓷的用途
由于Si3N4陶瓷的优异性能，它已在许多工业领域获得广泛应用，如在机械工业中用作涡轮叶片、机械密封环、高温轴承、高速切削工具、永久性模具等；冶金工业中用作坩埚、燃烧嘴、铝电解槽衬里等热工设备上的部件。
化学工业中用作耐蚀、耐磨零件包括球阀、泵体、燃烧器、汽化器等；电子工业中用作薄膜电容器、高温绝缘体等；航空航天领域用作雷达天线罩、发动机等；原子能工业中用作原子反应堆中的支承件和隔离件、核裂变物质的载体等。
此外，与其他陶瓷材料相比，Si 3 N 4 陶瓷材料具有明显优势，尤其是在高温条件下氮化硅陶瓷材料表现出的耐高温性能、对金属的化学惰性、超高的硬度和断裂韧性等力学性能。Si 3 N 4 陶瓷的抗弯强度、断裂韧性都可达到AlN的2倍以上， 特别是在材料可靠性上，Si 3 N 4 陶瓷基板具有其他材料无法比拟的优势。
而氮化铝AlN，是兼具良好的导热性和良好的电绝缘性能少数材料之一，氮化铝具备以下优点：
（1）氮化铝的导热率较高，室温时理论导热率最高可达320W/(m·K)，是氧化铝陶瓷的8～10倍，实际生产的热导率也可高达200W/(m·K)，有利于LED中热量散发，提高LED性能；
（2）氮化铝线膨胀系数较小，理论值为4.6×10 -6 /K，与LED常用材料Si、GaAs的热膨胀系数相近，变化规律也与Si的热膨胀系数的规律相似。另外，氮化铝与GaN晶格相匹配。热匹配与晶格匹配有利于在大功率LED制备过程中芯片与基板的良好结合，这是高性能大功率LED的保障。
（3）氮化铝陶瓷的能隙宽度为6.2eV，绝缘性好，应用于大功率LED时不需要绝缘处理，简化了工艺。
（4）氮化铝为纤锌矿结构，以很强的共价键结合，所以具有高硬度和高强度，机械性能较好。另外，氮化铝具有较好的化学稳定性和耐高温性能，在空气氛围中温度达1000℃下可以保持稳定性，在真空中温度高达1400℃时稳定性较好，有利于在高温中烧结，且耐腐蚀性能满足后续工艺要求。
