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氮化物晶体结构度属于六方晶系和六方晶系，工业上所用的一般需人工合成。根据氮化物物理性质和化学键的特点，氮化物可分为非金属氮化物「如Si₃N₄、BN」和金属氮化物「如AlN、TiN」；一部分氮化物，如Si₃N₄、BN、AlN等在高温下不出现熔融状态而直接分解；氮化物一般都具有高的硬度「例如立方氮化硼莫氏硬度可达9.7，PS金刚石的是10」，可用作切削材料和超硬涂层，个别硬度很低，例如六方氮化硼莫氏硬度为2，是一种类似于二氧化钼的高温润滑剂。与碳化物一样，氮化物通常是耐高温材料。氮化物通常带有很大带隙，因此氮化物通常是绝缘体或宽带隙半导体，例如氮化硼、氮化硅、氮化镓等。此外，氮化物还可以吸收氢气，如氮化锂可作为储氢材料。

不同的氮化物陶瓷拥有其自己独特性质从而在不同领域受到重用，例如氮化铝(AlN)以其优异的导热性能和良好的耐化学性能而闻名；六方氮化硼(BN)因其柔软性和润滑性能而闻名；氮化硅(Si₃N₄)则具有良好抗热震性和极高的断裂韧性。氮化物陶瓷材料家族庞大，应用范围极广，下文将对氮化物陶瓷的部分家族成员及其应用进行概述。

◎氮化铝陶瓷

氮化铝陶瓷最大的特点是其具有非常高的导热性（理论导热系数约为氧化铝的10倍）、良好的金属化能力、优异的电绝缘性能及接近于硅的热膨胀系数。这使得氮化铝极为适用电力和微电子应用。例如，可作高功率LED和高功率电子理想的散热或封装材料。

↑↑↑高导热氮化铝氮化铝基板

AlN的理论导热系数约为280Wm^-1K^-1。实际导热系数取决于加工条件和原料纯度。晶格中的氧杂质的存在是一个主要的危害，当氧取代晶格中的氮时，它会产生空位，从而中断声子的传播和散射声子，从而降低热导率。Si、Fe含量超过0.02%即可以降低其绝缘性。氮化铝粉体的制备方法很多，详看相关阅读：不同的铝源，共同的目标---氮化铝的制备。

↑↑↑氧化铝，氮化铝，氧化铍及立方氮化硼（制备超困难）的热导率

经典应用：
高导热陶瓷；电子产品的电气绝缘封装；金属和盐熔体的坩埚；聚合物用导热填料；大功率电路基片。

◎氮化硅陶瓷

氮化硅陶瓷是结构陶瓷家族中综合性能最为优良的一类材料，其优异的性能对于现代技术常常遇到的高温、高速、强腐蚀介质的工作环境，具有特殊的使用价值，其比较突出的性能有：①机械强度高，硬度接近于刚玉，有自润滑性，耐磨。室温抗弯强度可以高达980MPa以上，能与合金钢相比，而且其强度可以一直为在1200℃的下保持不下降。②热稳定性好，热膨胀系数小，有良好的导热性能，所以抗热震性很好，从室温到1000℃的热冲击不会开裂。③化学性能稳定，几乎可耐一切无机酸（HF除外）和浓度在30%以下的烧碱溶液的腐蚀，也可耐很多有机物物质的侵蚀，对多种有色金属溶液特别是铝液不润湿，能经受强烈的放射辐射。④密度低，比重小(仅为刚的2/5)，电绝缘性好。

经典应用：

干式自润滑切割工具，轴承组件（如高精度轴承球），大功率电路散热基板，汽车发动机中的重型部件，用于机械工程的高性能部件，冶金（如热电偶保护管，坩埚等），化学工程（如热交换器），纺织机械中的功能部件，硅锭生产中的脱模剂等。

↑↑↑高精密氮化硅轴承球

◎氮化硼陶瓷

BN具有高导热性和良好抗热震性，其物理与化学特性与石墨相近，BN有立方体与六方体两种常见的晶型结构。立方氮化硼(cBN)，犹如钻石般的坚硬与耐磨，而六方氮化硼hBN则有如石墨般的柔软细滑，是常见的白色粉状体，故有白石墨之称。与石墨不同的是，它是一种电绝缘体，虽然不是像可加工陶瓷那样容易加工，但在这方面它优于其他传统陶瓷。

六方氮化硼经典应用：

六方氮化硼粉末有如石墨与二硫化钼(MoS₂)近似的特性这些特性包括，晶体结构 、低剪应力、附着于固体润滑薄膜、低磨耗与耐高温化学稳定度。在许多情况下，hBN有着比传统润滑材料更佳的表现，尤其在附着力与耐高温之化学稳定度上更为突出。当前广泛六方氮化硼应用于高温应用的固体润滑剂，压铸和注塑脱模，立方氮化硼原料，聚合物用导热填料，熔融金属用坩埚，热压BN零件的原料，耐火材料。

除此之外，由于六方氮化硼绝对光滑，粉体之间摩擦系数非常低，其原子结构每一层都含有硼和氮，各层之间没有硼-氮键合，因此平面在彼此之间滑动，从而得到柔软和润滑的效果，用在化妆品中可带来柔滑细腻的肤感体验，因而非常适用于装饰化妆品配方中的添加剂（粉剂、睫毛膏、眼线笔等）等。

↑↑↑水分散氮化硼用于化妆品（来源联锴粉体）

立方氮化硼经典应用：

立方氮化硼的性能主要包括高硬度和热稳定性，显微硬度仅次于人造金刚石。其热稳定性优于人造金刚石，在高温下仍能保持足够高的力学性能和硬度，具有很好的红硬性；结构稳定，具有高的抗氧化能力，化学稳定性好，与金刚石相比尤其好，在高达1100~1300℃的温度下也不与铁族元素起化学反应，因此特别适合于加工黑色金属材料；导热系数比金刚石小，但比硬质合金高，具有良好的导热性；抗弯强度高；作为磨具材料，使用寿命长、耐磨性好。

◎碳氮化钛基硬质合金（金属陶瓷）

碳氮化钛，分子式是：Ti(C，N)，Ti(C，N)基陶瓷是在TiC材料基础上发展起来的一种新型金属陶瓷，目前主要用于刀具材料，Ti(C，N)基具有较好的耐磨性和高温性能、理想的抗月牙洼磨损能力，优良的抗氧化能力和化学稳定性，已成为WC-Co基硬质合金的主要代替品之一。

↑↑↑Ti(C，N)棒材及SEM照片（来源：吉林长玉特陶）

碳氮化钛组成及性能特性：TiC和TiN是构成Ti(C，N)的基础，它们均具有面心立方点阵的NaCl型结构。这种晶体结构使TiN和TiC形成连续固溶体。Ti(C，N)基金属陶瓷的主要成分是Ti(C，N)，通常以Co-Ni作为黏结剂，以其它碳化物为添加剂，如WC、Mo₂C、(Ta，Nb)C、Cr₃C₂、VC、AlN等。Ti(C，N)基金属陶瓷的物理性能和机械性能可以在一定范围内调整。由于加入了各种碳化物添加剂，并以Co-Ni为黏结剂，从而大大的改善了金属陶瓷的综合性能。加入一定量高熔点的TaC、NbC可改善合金的抗塑性变形能力，VC可提高合金的抗剪强度，改善合金的机械性能。MoC可提高Co-Ni黏结剂的强度，并在碳化物、氮化物和黏结剂间起连接作用。

有多耐磨？在相同的切削条件下，Ti(C，N)基金属陶瓷刀具的耐磨性远远高于WC基及涂层金属陶瓷。在高速下，Ti(C，N)基金属陶瓷比YT14、YT15合金的耐磨性高5倍~8倍，比YC10合金高0.3倍~1.3倍，比涂层金属陶瓷高0.5~3倍。

经典应用：Ti(C，N)基金属陶瓷具有高硬度，良好的耐磨性，良好的化学稳定性，可用于高速数控刀具材料，石化工业中各种密封环和阀门，黑色金属陶瓷等。

↑↑↑工业切削刀具级别的黑色金属陶瓷材料可用作腕表外壳材料，贼硬朗贼耐刮，好看又耐打

◎塞隆（Sialon）陶瓷

Sialon是硅，铝，氧和氮的首字母缩写Si-al-o-n，是结合“Al”和“O”的氮化硅基陶瓷，由Si₃N₄中Si、N原子被Al或(Al+M)(M=Li、Cu、Mg、Y、R等)及O原子置换所形成的一大类固溶体的总称，因其晶体构型不同而具有不同的结构和性质。

↑↑↑电镜下某牌号塞隆陶瓷的α-sialon及β-sialon

Sialon陶瓷的主要类别有β’-Sialon、α’-Sialon、O’-Sialon三种，尤以前两种最为常见。α-Sialon相非常硬（以α-Si₃N₄为基的固溶体），而β-Sialon相（与β-Si₃N₄相类似的结构）表现出高水平的断裂韧性。α-Sialon，β-Sialon和晶界相的相分数可以在很宽的范围内调节，这使得可以适应α/β-SiAlON的材料特性以满足不同应用的要求。在特殊条件下，甚至可以生产梯度材料，其表面上含有比内部更高比例的α-SSialon。α-Sialon部分的梯度使得可转位刀片的表面硬度高于芯部，内部的断裂韧性仍然很高，这大大提高了陶瓷切割刀具的耐磨性。通过掺入碳化硅等硬质材料，可以进一步提高α/β-Sialon的硬度和耐磨性。

经典应用：

Sialon除了继承了氮化硅的韧性外，还具有优异的耐热性，在高温下有高的机械强度，耐热冲击性和耐磨性。Sialon在非常难切削的高温合金的高速加工中表现极为卓越。

Sialon陶瓷也广泛用于有色金属熔融金属处理，特别是铝及其合金，包括铝压铸金属进料管，燃烧器和浸入式加热管，有色金属喷射器，热电偶保护管，坩埚和钢包。由于Sialon陶瓷具有优异的化学稳定性、耐腐蚀性以及耐磨性，其在化学和加工工业以及石油和天然气工业也有所应用。

↑↑↑塞隆陶瓷及氮化硅陶瓷制品（来源：InternationalSyalons）

◎氮化物半导体材料

以III族氮化物为代表的第三代半导体材料，多为禁带宽度显著大于Si和GaAs的宽禁带半导体材料(InN除外)，是实现高效率、高性能光电子和微电子器件的基础。因此，被公认是当前国际光电信息技术领域的战略制高点，各国均投入大量人力物力进行相关研发。

III族氮化物半导体材料以InN，GaN，AlN这三者及其合金为主，全部为直接带隙，构成高亮度发光材料。InGaN量子阱是可见光波段发光器件的核心，AlGaN量子阱是深紫外光电子器件的关键材料，而AlGaN/GaN异质结构，则是电力电子器件和微波通讯器件的核心材料。

经典应用：

半导体照明：高亮度紫外、蓝光、绿光和白光的光发射二极管（LED）

激光显示：蓝、绿激光器（LD）

生物与医疗：紫外（UV）LED与光传感器

高频大功率器件：高温大功率场效应晶体管（FET）

新能源：全太阳光谱光伏电池

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备注：

GaN材料体系中的InGaN（铟镓氮）太阳能电池的光学带隙可连续调节，特别适合于制作多结叠层太阳能光伏电池，实现全太阳可见光谱能量的吸收利用，提高光伏电池的转换效率。其理论转换效率可达70%，远远超过其他材料体系。同时，InGaN的抗辐射能力远强于目前常用的Si、GaAs等太阳能电池材料，更适合应用于存在强辐射的外太空环境中，如为外太空航天器提供动力的太阳帆，因此InGaN太阳能电池在航空航天等领域也有广泛应用。

月牙洼磨损：刀具磨损的形态一般有：前刀面磨损和后刀面磨损。前刀面磨损：当切削塑性材料时，切削厚度和切削速度都比较大时，切屑在前刀面会磨损出洼凹，这个洼凹称“月牙洼”。“月牙洼”产生的地方是切削温度最高的地方。“月牙洼”磨损是刀具在切削过程中常见的一种磨损形式。当切屑高速度流过前刀面时，在切屑与前刀面紧密接触地方，在磨料磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化（化学）磨损共同作用下，前刀面逐步形成凹坑。此凹坑在继续切削过程中向切削刃方向扩展直到最后损坏切削刃。这种磨损形式称为“月牙洼”磨损，“月牙洼”磨损说明刀具材料硬度和耐磨性不足。

粉体圈 编辑：小白