相对分子质量140.28。灰色、白色或灰白色。属高温难溶化合物,无熔点,抗高温蠕变能力强,不含粘结剂的反应烧结氮化硅负荷软化点在1800℃以上;六方晶系。晶体呈六面体。反应烧结法制得的Si3N4密度为1.8~2.7g/cm3,热压法制得Si3N4密度为3.12~3.22g/cm3。莫氏硬度9~9.5,维氏硬度约为2200,显微硬度为32630MPa。熔点1900℃(加压下)。通常在常压下1900℃左右分解。比热容0.71J/(g·K)。生成热为-751.57kJ/mol。热导率为(2-155)W/(m·K)。线膨胀系数为2.8~3.2×10-6/℃(20~1000℃)。不溶于水。溶于。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℃时与二氮化二钙反应生成二氮硅化钙,600℃时使过渡金属还原,放出氮氧化物。抗弯强度为147MPa。可由硅粉在氮气中加热或卤化硅与氨反应而制得。电阻率在10^15-10^16Ω.cm。可用作高温陶瓷原料。
氮化硅的制法有以下几种: 在1300~1400℃时将粉状硅与氮气反应; 在1500℃时将纯硅与氨作用;
在含少量氢气的氮气中灼烧二氧化硅和碳的混合物;将SiCl4的氨解产物Si(NH2)4完全热分解。氮化硅可用作催化剂载体、耐高温材料、涂层和磨料等。
氮化硅陶瓷具有高强度、耐高温的特点,在陶瓷材料中其综合力学性能好,耐热震性能、化性能、耐磨损性能、耐蚀性能好,是热机部件用陶瓷的候选材料。在机械工业,氮化硅陶瓷用作轴承滚珠、滚柱、滚球座圈、工模具、新型具、泵柱塞、心轴 密封材料等。
硅粉中含有许多杂质,如Fe,Ca,Aì,Ti等。Fe被认为是反应过程中的催化剂。它能促进硅的扩散,但同时,也将造成气孔等缺陷。Fe作为添加剂的主要作用:在反应过程中可作催化剂,促使制品表面生成SiO2氧化膜;形成铁硅熔系,氮溶解在液态FeSi2中,促进β-Si3N4的生成。但铁颗粒过大或含量过高,制品中也会出现气孔等缺陷,降低性能。一般铁的加入量为0~5%。Al,Ca,Ti等杂质,易与硅形成低共熔物。适当的添加量,可以促进烧结,提高制品的性能。
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