中國粉體網(wǎng)訊  新型陶瓷材料作為一種新材料，對振興經(jīng)濟、鞏固國防和社會發(fā)展具有戰(zhàn)略性的影響。氮化硅（Si₃N₄）是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，其不僅具有優(yōu)良的電學(xué)、熱學(xué)和機械性質(zhì)，還具備了抗熱震性好、耐高溫蠕變、自潤滑好、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良的性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于諸多關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。

理想的Si₃N₄粉體材料應(yīng)該具有高純度、細粒度、以及良好的分散性。尤其是超細粉體的分散性，一直是制約著制品性能和下游應(yīng)用的關(guān)鍵因素。特別是由于Si₃N₄粉體較大的表面能，極易發(fā)生團聚。如何提高Si₃N₄粉體分散性就成為制備Si₃N₄粉體之后必須要面對的問題。

氮化硅粉體的制備方法

氮化硅粉體是制備氮化硅陶瓷的原料，是決定氮化硅陶瓷性能好壞的關(guān)鍵因素。高質(zhì)量的氮化硅粉體是制備高熱導(dǎo)率氮化硅陶瓷的首要條件，目前制備氮化硅粉體的方法有以下幾種。

（1）硅粉直接氮化法

硅粉直接氮化法是一種傳統(tǒng)的方法，它的制備工藝已經(jīng)逐漸成熟，目前已被用于工業(yè)化生產(chǎn)。該方法是利用高純Si粉在高溫下和N₂反應(yīng)生成氮化硅粉體。

在該方法中，氮氣是氮的來源，因此所通氣體的種類、流量等參數(shù)對硅粉氮化工藝和最終產(chǎn)物均有重要影響。另外硅粉粒度、氮化熱處理工藝等參數(shù)對Si粉氮化產(chǎn)物也有影響。

（2）碳熱還原法

碳熱還原法制備氮化硅粉體具有原料豐富、價格低廉、工藝簡單、生產(chǎn)規(guī)模大等優(yōu)點，且此法制備的Si₃N₄粉體顆粒細、α-Si₃N₄含量高。

（3）化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法也是制備Si₃N₄的重要方法，化學(xué)氣相沉積法反應(yīng)速度快，產(chǎn)物純度高、顆粒細，同時可以讓反應(yīng)得到的產(chǎn)物直接沉淀到指定的基體上形成氮化硅涂層，但也存在氣相反應(yīng)劇烈，難于控制的問題。

（4）溶膠—凝膠法

利用溶膠-凝膠法可制得高純超細、低成本的氮化硅粉體，但設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜。

（5）熱分解法

熱解法的關(guān)鍵是要獲得高純度的亞氨基硅［Si(NH)₂］和氨基硅［Si(NH)₄］，該方法的優(yōu)點是得到的產(chǎn)物純度高，顆粒細并且均勻。

（6）自蔓延高溫合成法

自蔓延高溫合成法的原理是當(dāng)反應(yīng)物一旦被引燃，便會自動向尚未反應(yīng)的區(qū)域傳播，直至反應(yīng)完全。具有合成產(chǎn)物純度高、反應(yīng)周期短，生產(chǎn)效率高、設(shè)備相對簡單，投資少，通用性強，無污染的優(yōu)點。

超細氮化硅粉體分散技術(shù)

（1）超聲分散

超聲分散是一種強度很高的分散手段，其過程是用適當(dāng)頻率和功率的超聲波處理顆粒懸浮液使團聚體打開，促進粉體顆粒分散。

被分散顆粒的粒徑?jīng)Q定了最佳的超聲頻率。此外，超聲時間和超聲功率也是影響分散效果的重要因素。

（2）機械分散

機械分散是一種通過機械能如外部剪切力和沖擊力將超細粉末顆粒分散在介質(zhì)中的方法。機械分散法因操作簡單、成本低等優(yōu)點是目前最常用超細粉體分散方法之一。

但其也存在一些顯著的缺點，拿球磨法來說，其最大的缺點就是在研磨過程中，物料、磨球與球磨罐之間的劇烈撞擊導(dǎo)致磨損很大，磨損的材料進入漿液并變成難以除去的雜質(zhì)，這不可避免地對漿液的純度產(chǎn)生不利影響。此外，在某些特定情況下，球磨過程還會改變粉體的物理化學(xué)性質(zhì)。

（3）表面活性劑或有機大分子吸附改性

常用的分散劑主要有表面活性劑、小分子量無機電解質(zhì)或無機聚合物、大分子聚合物類和偶聯(lián)劑類四種類型。

分散劑促進顆粒分散的作用機理是其在粉體顆粒表面吸附，改善顆粒與介質(zhì)的相容性，從而改變顆粒和介質(zhì)，顆粒和顆粒之間的相互作用，增加顆粒之間的排斥力，阻礙顆粒之間的團聚。

（4）表面接枝反應(yīng)

粉體表面接枝聚合物改性可以很好的克服分散劑吸附困難的問題，大部分陶瓷粉體表面都存在游離的羥基，通過酸處理或堿處理可方便的獲得表面羥基。

在表面羥基的基礎(chǔ)上，嫁接與溶劑相容性較好的有機物分子，可方便的改變粉體顆粒表面性質(zhì)，而達到較好的分散效果。

（5）粉體表面包覆技術(shù)

通過一定的方式，在無機粉體顆粒表面生長出一層或多層包覆膜結(jié)構(gòu)以達到改善粉體表面性質(zhì)的目的。其主要的包覆方法主要包括物理包覆和化學(xué)包覆法。

結(jié)語

氮化硅陶瓷被認為是未來最有潛力的大功率散熱基板材料，此外，Si₃N₄陶瓷還可應(yīng)用于超細研磨、高性能切割刀具和冶金領(lǐng)域等諸多關(guān)系社會經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域。相信在進一步解決了氮化硅粉體的團聚問題后，氮化硅陶瓷一定能發(fā)展出更廣闊的市場。

參考來源

劉雄章.納米氮化硅粉體的制備及其顯微形貌分析

陳銀娟等.氮化硅陶瓷的熔鹽腐蝕研究進展

劉鵬飛.超細氮化硅粉體水相分散性研究

馬躍等.利用離心沉降法測定氮化硅粉末粒度分布