Нитрид кремния Si3n4

Продукты из нитрида кремния можно разделить на продукты реакционного спекания, продукты горячего прессования, продукты спекания при атмосферном давлении, продукты спекания изостатическим прессованием и продукты реакционного тяжелого спекания в зависимости от процесса. Среди них реакционное спекание является широко используемым методом производства огнеупорных изделий из нитрида кремния.

Производство изделий из нитрида кремния методом реакционного спекания заключается в производстве тонкоизмельченного кремниевого порошка (размер частиц обычно менее 80 мкм), формовании путем механического или изостатического прессования, после сушки неспеченного изделия, нагревании до 1350 ~ 1400 градусов в азоте, и азотируется одновременно в процессе обжига. При этом методе производства условия сырья, процесс обжига и условия атмосферы оказывают большое влияние на характеристики продукта.

Порошок кремнезема содержит множество примесей, таких как Fe, Ca, Aì, Ti и т. д. Fe считается катализатором процесса реакции. Это может способствовать диффузии кремния, но в то же время вызывает такие дефекты, как пористость. Основная роль Fe как добавки: его можно использовать в качестве катализатора в процессе реакции, способствуя образованию оксидной пленки SiO2 на поверхности продукта; Образуется система расплава железо-кремний, а азот растворяется в жидком FeSi2, что способствует образованию -Si3N4. Однако если частицы железа слишком велики или их содержание слишком велико, в изделии также появятся такие дефекты, как пористость, что снизит производительность. Обычно количество добавляемого железа составляет 0~5%. Такие примеси, как Al, Ca, Ti и другие примеси, легко образуют эвтектику с кремнием. Соответствующее количество добавки может способствовать спеканию и улучшению характеристик продукта.

Чем мельче размер частиц и больше удельная поверхность, тем ниже температура обжига. По сравнению с более крупными частицами количество -Si3N4 в продукте увеличивается. Уменьшение размера частиц микрокремнезема может уменьшить микроскопический размер пор продукта. Соответствующее соотношение размеров частиц может улучшить плотность продуктов.

Температура оказывает сильное влияние на скорость азотирования. Реакция азотирования начинается при температуре 970–1000 градусов, а скорость реакции увеличивается примерно при 1250 градусах. На высокотемпературной стадии из-за экзотермической реакции, если температура быстро превышает точку плавления кремния (1420 градусов), кремний легко течет, что приводит к плавлению и разрушению кремниевого порошкового тела.

В апреле 2023 года директор Института фотоники Университета Лейбница Майкл М. С помощью «гибридной технологии» команда Куса объединила лазер из фосфида индия, фильтр и резонатор из нитрида кремния и интегрированный их на одном чипе. 

В 2023 году исследовательская группа из Лаборатории инженерной керамики Корейского института исследования материалов изготовила шарики подшипников из нитрида кремния для модулей привода электромобилей. Ожидается, что объем мирового рынка гибридных подшипников с использованием технологии шариков из нитрида кремния вырастет более чем до 1,3. триллионов вон к 2026 году.