氮化硅（Si3N4）是重要的陶瓷结构材料，具有密度和热膨胀系数小、硬度大、弹性模量高以及热稳定性、化学稳定性和电绝缘性好等特点，此外，它还耐腐蚀、抗氧化，具有表面摩擦系数小等优点，广泛应用于冶金，化工，机械，航空，航天及能源等领域。

一、氮化硅微粉的制备方法

1、硅粉直接氮化法

该方法采用化学纯的硅粉（分析纯：95%以上）在NH3，N2+H2或N2气氛中直接与氮反应实现，其反应方程式如下：

硅粉直接氮化合成Si3N4微细粉的优点是工艺流程简单，成本低。缺点是该方法反应慢。需较高的反应温度和较长的反应时间，制备的Si3N4粒径分布较宽，需要进一步经过粉碎、磨细和纯化才能达到质量要求。

2、SiO2还原氮化法

将SiO2的细粉与碳粉混合后，通过热还原首先生成SiO，然后SiO再被氮化生成块状的Si3N4。总的化学反应式为：

SiO2还原氮化法的特点是原料来源丰富，反应产物是疏松粉末，与硅粉氮化产物不需要进行粉碎处理，从而避免了杂质的重新引入，所以用该法制得Si3N4粉末粒型规整，粒度分布窄。

3、液相法

液相法的化学反应式如下：

该方法关键在于制备纯的硅亚胺。SiCl4和NH3为放热放映，常温下很容易反应。所以工艺上要求控制反应速度和除净副产物。采用这种方法生产的Si3N4具有纯度高、粒径微细而且均匀，所以发展很快。日本UBE公司用此法早己在1992就建成了年产300t的生产线。这是当时世界上最大规模生产Si3N4粉末的生产线，它的生产能力相当于1990年日本国内Si3N4的总消耗量。

4、气相法

SiCl4与NH3气体可以直接在高温下反应生产Si3N4，副产物首先是NH4Cl,其在高温下很快升华分解。化学反应式为：

目前，气相法主要包括激光诱导气相沉积和等离子气相合成。由于是气相反应，反应时气流易控制产物纯度高、超细。

（1）激光诱导气相沉积

激光诱导气相沉积法利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收而产生热解或化学反应，经过核生长形成微粉，整个过程基本上还是一个热化学反应和形核生长的过程。

该方法可以制备均匀超细、最低颗粒尺寸小于10nm的粉体。同时，由于反应中心区域与反应器之间被原料气隔离，污染小，能够获得稳定质量的粉体。该方法关键在于选用对激光束波长产生强吸收的反应气体作为反应源。

（2）等离子气相合成法

等离子气相合成法是制备Si3N4粉体的主要手段之一。它具有高温、急剧升温和快速冷却的特点，是制备超细陶瓷粉体的常用手段。该方法由于升温迅速，反应物在等离子焰内滞留时间短，易于获得均匀、尺寸小的Si3N4粉体。等离子体法最显著的特点，就是容易实现批量生产。

二、氮化硅微粉的应用

广州石潮生产的氮化硅涡轮

1、制造精密结构陶瓷器件： 如冶金，化工，机械，航空，航天及能源等行业中使用的滚动轴承的滚珠和滚子，滑动轴承，套，阀以及有耐磨，耐高温，耐腐蚀要求的结构器件。

2. 金属及其它材料表面处理 ：如模具，切削刀具，汽轮机叶片涡轮转子以及汽缸内壁涂层等。

3、制备高性能复合材料：如金属，陶瓷及石墨基复合材料，橡胶，塑料，涂料，胶粘剂及其它高分子基复合材料。

4、纳米氮化硅在高耐磨橡胶中的应用：采用纳米级氮化硅（平均粒度20纳米）作为耐磨增强剂，橡胶耐久实验可承受100多万次，而未添加纳米级氮化硅的耐久实验最多只能做20万次。

5、纳米氮化硅在特种吸收人体红外纺织品的应用：硅基纳米粉是尼龙，涤纶增强导电。纳米氮化硅具有人体吸收红外波段的吸收率在97%以上，是最优良吸收红外超细纺织物添加剂。

6、在LED发光材料中：纳米Si3N4荧光粉均属于有个别发光中心的发光材料。研究实验表明，氮化硅的颗粒度越小（20纳米）是产生的激发频带更加宽广。

投稿作者：李波涛