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 氮化硅

中文名稱：氮化硅

中文別名：四氮化三硅

英文名稱：Silicon Nitride

分子式: N4Si3

  

分子量: 140.28

CAS號(hào)：12033-89-5

質(zhì)檢信息

質(zhì)檢項(xiàng)目        指標(biāo)值

含量               ≥99.9%

PSA：           12.96000

LOGP：         -2.66560

 

化學(xué)特性

氮化硅屬于共價(jià)鍵結(jié)合的化合物，為棕略米色粉末;密度：3.44 g/mL at 25 °C(lit.)熔點(diǎn)：1900 °C易溶于氫氟酸，不溶于冷、熱水及稀酸，對(duì)于濃硫酸和濃氫氧化鈉溶液作用也極緩慢。氮化硅陶瓷屬多晶材料，晶體結(jié)構(gòu)屬六方晶系，一般分為α、β兩種晶向，均由[SiN4]4-四面體構(gòu)成，其中β-Si3N4對(duì)稱性較高，摩爾體積較小，在溫度上是熱力學(xué)穩(wěn)定相，而α-Si3N4在動(dòng)力學(xué)上較容易生成，高溫（1400℃～1800℃）時(shí)，α相會(huì)發(fā)生相變，成為β型，這種相變是不可逆的，故α相有利于燒結(jié)。也是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，硬度大，本身具有潤滑性，并且耐磨損，為原子晶體；高溫時(shí)抗氧化。而且它還能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會(huì)碎裂。

產(chǎn)品用途

氮化硅用作工程陶瓷材料，在工業(yè)上有廣泛用途。超高溫燃?xì)馔钙?，飛機(jī)引擎，透平葉片，熱交換器，電爐等。也可作耐熱涂層，用于火箭和原子能反應(yīng)堆。 用于絕緣材料、機(jī)械耐磨材料、熱機(jī)材料、切削工具、高級(jí)耐火材料及抗腐蝕、耐磨損密封部件等。氮化硅陶瓷可做燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室、機(jī)械密封環(huán)、輸送鋁液的電磁泵的管道及閥門、永久性模具、鋼水分離環(huán)等。氮化硅摩擦系數(shù)小，用于高溫軸承，其工作溫度可達(dá)1200℃，比普通合金軸承的工作溫度提高 5倍，而工作速度是普通軸承的10倍。利用氮化硅陶瓷很好的電絕緣性和耐急冷急熱性可以用來做電熱塞，用它進(jìn)行汽車點(diǎn)火可使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間大大縮短，并能在寒冷天氣迅速起動(dòng)汽車。氮化硅陶瓷還有良好的透微波性能、介電性以及高溫強(qiáng)度，作為導(dǎo)彈和飛機(jī)的雷達(dá)天線罩。用作精細(xì)陶瓷燒結(jié)原料，耐腐蝕、耐磨、研磨原材料。

毒性

生產(chǎn)方法

二氧化硅還原法和氯化硅法;混入炭黑35份，尿素樹脂100份，然后加入800份水、0.1份氧化鋁(作反應(yīng)核用)、1份草酸銨和0.3份非離子表面活性劑(作分散劑)，進(jìn)行強(qiáng)攪拌，并在攪拌中加入氨水調(diào)整Ph值為9.0。將此混合好的料漿噴霧干燥，所得干燥物在電爐中，在氮?dú)夥罩校?480℃進(jìn)行3h氮化還原反應(yīng)。再將還原反應(yīng)產(chǎn)物于。720℃，在空氣中進(jìn)行脫炭處理，制得氮化硅粉末成品。SiO2+C→SiO+CO3SiO2+3C+N2→Si3N4+3CO。

六方 β-Si3N4

可在1300-1400℃的條件下用單質(zhì)硅和氮?dú)庵苯舆M(jìn)行化合反應(yīng)得到氮化硅：

3 Si(s) + 2 N2(g) → Si3N4(s)

也可用二亞胺合成

SiCl4(l) + 6 NH3(g) → Si(NH)2(s) + 4 NH4Cl(s) 在0 ℃的條件下

3 Si(NH)2(s) → Si3N4(s) + N2(g) + 3 H2(g) 在1000 ℃的條件下

或用碳熱還原反應(yīng)在1400-1450℃的氮?dú)鈿夥障潞铣桑?/span>

3 SiO2(s) + 6 C(s) + 2 N2(g) → Si3N4(s) + 6 CO(g)

對(duì)單質(zhì)硅的粉末進(jìn)行滲氮處理的合成方法是在二十世紀(jì)50年代隨著對(duì)氮化硅的重新“發(fā)現(xiàn)”而開發(fā)出來的。也是第一種用于大量生產(chǎn)氮化硅粉末的方法。但如果使用的硅原料純度低會(huì)使得生產(chǎn)出的氮化硅含有雜質(zhì)硅酸鹽和鐵。用二胺分解法合成的氮化硅是無定形態(tài)的，需要進(jìn)一步在1400-1500℃的氮?dú)庀伦鐾嘶鹛幚聿拍軐⒅D(zhuǎn)化為晶態(tài)粉末，二胺分解法在重要性方面是僅次于滲氮法的商品化生產(chǎn)氮化硅的方法。碳熱還原反應(yīng)是制造氮化硅的最簡單途徑也是工業(yè)上制造氮化硅粉末最符合成本效益的手段。

電子級(jí)的氮化硅薄膜是通過化學(xué)氣相沉積或者等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)制造的:

3 SiH4(g) + 4 NH3(g) → Si3N4(s) + 12 H2(g)

3 SiCl4(g) + 4 NH3(g) → Si3N4(s) + 12 HCl(g)

3 SiCl2H2(g) + 4 NH3(g) → Si3N4(s) + 6 HCl(g) + 6 H2(g)

如果要在半導(dǎo)體基材上沉積氮化硅，有兩種方法可供使用：

利用低壓化學(xué)氣相沉積技術(shù)在相對(duì)較高的溫度下利用垂直或水平管式爐進(jìn)行。

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在溫度相對(duì)較低的真空條件下進(jìn)行。

氮化硅的晶胞參數(shù)與單質(zhì)硅不同。因此根據(jù)沉積方法的不同，生成的氮化硅薄膜會(huì)有產(chǎn)生張力或應(yīng)力。特別是當(dāng)使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)時(shí)，能通過調(diào)節(jié)沉積參數(shù)來減少張力。

先利用溶膠凝膠法制備出二氧化硅，然后同時(shí)利用碳熱還原法和氮化對(duì)其中包含特細(xì)碳粒子的硅膠進(jìn)行處理后得到氮化硅納米線。硅膠中的特細(xì)碳粒子是由葡萄糖在1200-1350℃分解產(chǎn)生的。合成過程中涉及的反應(yīng)可能是：

SiO2(s) + C(s) → SiO(g) + CO(g)

3 SiO(g) + 2 N2(g) + 3 CO(g) → Si3N4(s) + 3 CO2(g) 或

3 SiO(g) + 2 N2(g) + 3 C(s) → Si3N4(s) + 3 CO(g)

圖1為一氧化硅合成工藝流程圖

由碳和過量的二氧化硅加熱到2000℃左右后升華而得。

SiO2+C=SiO+CO

在高溫下用氫氣還原二氧化硅，再經(jīng)真空升華而制得。

H2+SiO2=SiO+H2O

產(chǎn)品信息
[重量]	250g
[顏色]	白色
危險(xiǎn)性類別
[危險(xiǎn)性類別]	非危險(xiǎn)品