アルファ Si3N4 窒化ケイ素

 

窒化ケイ素は、化学式 Si3N4 を持つ無機物質です。これは、高硬度、固有の潤滑性、耐摩耗性、原子結晶を備えた重要な構造用セラミック材料です。高温での酸化に強い。さらに、寒さや暑さの影響にも耐えることができます。空気中で1000℃以上に加熱し、急冷し、さらに急加熱しても壊れません。

 

 

 

	-Si3N4
結晶構造	六方晶系Si3N4相。
密度	-Si3N4 と比較して密度が低い。
温度安定性	低温でも安定、通常は約 1300 度まで。
プロパティ	中程度の温度で良好な耐酸化性があり、高温安定性が要求されない用途に適しています。

 

窒化ケイ素の製造プロセス

製造プロセスに応じて、窒化ケイ素製品は反応焼結製品、ホットプレス製品、常圧焼結製品、等方圧製品および反応再溶解製品に分類できます。中でも反応焼結法は窒化ケイ素耐火物を製造する一般的な方法です。

 

窒化ケイ素製品を製造するための反応焼結法は、細かく粉砕されたケイ素粉末（一般に粒子サイズが 80 μm 未満）を機械または静水圧プレスによって形成するものです。グリーンボディが乾燥した後、窒素中で1350 - 1400度まで加熱されます。焼結時には窒化も同時に起こります。この製法では、原料の状態、焼成工程、雰囲気の状態が製品の性能に大きく影響します。

 

シリコン粉末にはFe、Ca、Al、Tiなどの不純物が多く含まれています。Feは反応過程において触媒として扱われます。シリコンの拡散を促進しますが、同時に気孔などの欠陥の原因にもなります。添加剤としての Fe の主な機能: 反応プロセスで触媒として使用し、製品表面の SiO2 酸化膜の形成を促進します。ケイ酸鉄溶融系を形成するために、窒素が液体 FeSi2 に溶解し、-Si3N4 の形成を促進します。ただし、鉄粒子が大きすぎたり、含有量が多すぎたりすると、製品に気孔などの欠陥が発生し、性能が低下します。通常、0〜5%の鉄が添加されます。 Al、Ca、Tiなどの不純物はシリコンと容易に共晶を形成します。適切に添加すると焼結が促進され、製品の性能が向上します。

 

シリコン粉末の粒径が細かく、比表面積が大きいほど、焼結温度を低くすることができる。より大きな粒径のシリコン粉末と比較して、より細かいシリコン粉末の方が、製品中の -Si3N4 の含有量が高くなります。シリコン粉末の粒径を小さくすると、製品の微細な細孔サイズを小さくできます。正しい粒径比により、製品の密度を高めることができます。

温度は窒化速度に大きな影響を与えます。窒化反応は970-1000度で始まり、反応速度は約1250度まで増加します。高温段階において、温度が急速にシリコンの融点（1420度）を超えると、発熱反応によりシリコン流動が起こりやすくなり、シリコン粉末が溶融、崩壊してしまいます。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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