当前位置:主页 > 新闻中心 >

氮化硅铁的主要成分及合成方法

发布时间:2020-10-12
  氮化硅铁是以Si3N4为主要成分,伴随游离铁、未氮化的硅铁及少量SiO2、Al2O3、C等其它成分的混合物。耐火材料用氮化硅铁是灰白色(或茶褐色)的粉末状物;炼钢用氮化硅铁是灰白色粒状物。
  Si3N4是氮化硅铁的主要成分,颜色为白色或灰白色,有杂质或过量硅时呈灰色,属难熔化合物。Si3N4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;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),常压下通常在1900℃左右分解;不溶于水,溶于氢氟酸,在空气中开始氧化的温度1300-1400℃。
  Si3N4属于六方晶系,晶体呈六面体,存在α、β和γ三种晶体结构。晶体结构模型见图1。α和β两相是Si3N4最常见的型式,均可以在常压下制备;γ相只有在高温高压下才能合成得到,硬度可达到35GPa。α-Si3N4呈白色或灰白色,六方密堆积结构,较容易生成。β-Si3N4颜色较深,呈似晶石结构。β-Si3N4摩尔体积较小,在1900℃以下是热力学稳定相。1400-1800℃时,α-Si3N4会发生重建型相变,转化为β-Si3N4。Wild等人的研究表明:在1400℃,氧分压PO2为10-20atm时,α-Si3N4已成为不稳定态,β-Si3N4+Si2N2O更为稳定地存在。这类相变通常是在与溶剂接触时才发生,溶剂使不稳定的、具有较大溶解度的物相溶解,然后析出溶解度低、较稳定的相,α→β相变也可以发生在气相状态。
  2.1.2Si3N4的合成方法
  Si3N4可在1300~1400℃的条件下用单质硅和氮气直接化合得到:3Si(s)+2N2(g)→Si3N4(s) (1)也可用二胺分解法得到:SiCl4(l)+6NH3(g)→Si(NH)2(s)+4NH4Cl(s)(-30℃-70℃) (2)3Si(NH)2(s)→Si3N4(s)+N2(g)+3H2(g)(1000℃) (3)或在1400-1450℃的氮气气氛下碳热还原合成:3SiO2(s)+6C(s)+2N2(g)→Si3N4(s)+6CO(g) (4)
  对单质硅粉末进行渗氮处理的合成方法是第一种用于大量生产氮化硅粉末的方法。用二胺分解法制得的氮化硅是无定形态的,需要进一步在1400-1500℃作退火处理才能将之转化为晶态粉末。二胺分解法是仅次于渗氮法的商品化生产氮化硅的方法。碳热还原反应是制造氮化硅的最简单途径,也是工业上制造氮化硅粉末最符合成本效益的手段。