1.1.2 Si3N4的热导率

在本世纪以前，上世纪末期的报道中，氮化硅陶瓷的热导率在室温下极低，甚至比别的陶瓷材料都要低很多。直到1995年才有科学家提出了氮化硅陶瓷热导率低的原因，在于晶格内部的缺陷。相含量、晶界相组成等才是影响氮化硅陶瓷热导率低的原因。现如今。科学家们已发现了多种高热导氮化硅陶瓷的制备方法，扩大了氮化硅陶瓷这一材料的应用市场和前景。

目前提高氮化硅陶瓷的热导率主要由以下几种方法：选择合适的原材料粉末、提高烧结温度、选择合适的烧结助剂等。

1.1.3 Si3N4的粉体制备方法

主要制备氮化硅粉末的方法分为机械粉碎法以及合成法。

（1） 机械粉碎法

这种方法是利用外部热能供应的高性能球磨工序制备纳米粉体，用到的机械有球磨机、振动磨、行星磨、砂磨、流能磨等。传统的球磨机应用时间较早，设备稳定性较好，然而效率低下，球磨后的粉体颗粒分布范围大，提升了分级难度。

（2） 合成法

 此种方法是把多种物质放在特定条件下让它发生化学反应，然后从产物中获得纳米粉体。照初始原料的物态还可以分为固相法、液相法和气相法。

      固相反应法有，硅粉直接氮化法

3Si+2N2 →Si3N4

3Si+4NH3→Si3N4+6H2

碳热还原二氧化硅法 ：

3SiO2+6C+2N2 → Si3N4＋6CO

  液相反应法有，热分解法：

SiCl4+6NH3→Si(NH)2+4NH4Cl

3Si(NH)2→Si3N4＋2NH3

3Si(NH2)4→Si3N4＋8NH3

  溶胶凝胶法：

3SIO2+6C+2N2→Si3N4+6CO

  气相反应法有，高温气相反应法：

3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2

  激光气相反应法：

CO2+SiH4+NH3→Si3N4+

  等离子体气相反应法：

SiCl4(g) +NH3→Si3N4+

1.1.4 Si3N4的烧结方法

（1） 反应烧结

是选用一般成型法，先把硅粉压制成所需形态的生坯，放进1200℃左右氮化炉通过预氮化（局部氮化）烧结处理，经过这些步骤后的生坯已具备一定的强度。这样，通过够机械加工（像车、刨、铣、钻)的方法，就能把硅加工成所需零件的样子。 最后一步，将生坯再次通过完全氮化烧结：文献综述

3Si+2N2↔Si3N4

当达到1000℃-1200℃时，发生上式反应，使硅原子活化并继续反应，硅粉不断氮化成氮化硅。在硅的熔点温度以上，就能获得尺寸变化非常小的产品（即收缩率很小，线收缩率< 011% )。

（2） 热压烧结

是在在1916 MPa以上的压强和1600 ℃以上的温度的环境下，将Si3N4 粉末和一些添加剂（例：MgO、Al2O3、MgF2、Fe2O3 等）进行热压成型烧结。Japan和USA的一些公司所采用的通过热压烧结形成的Si3N4 陶瓷，它的强度高达981MPa以上。烧结时对产品性能会有很大的影响的是添加剂和物相的组成。因为对晶界相组成的控制比较严格，并且在对Si3N4陶瓷烧结完成后的热处理，所以即使温度超过1300 ℃时，所获得的Si3N4系陶瓷材料强度依然不会有明显的下降，并且抗蠕变性能够提升三个数量级。如果在Si3N4陶瓷材料上进行高温预氧化处理（1400—1500 ℃），就会生成Si2N2O相在陶瓷材料的表面上，它能够让Si3N4 陶瓷两种特性显著提升即耐氧化性和高温下的强度。

（3） 常压烧结

氮化硅的常压烧结是把少许烧结助剂加入准备好的氮化硅粉末，再经过数道工序制备而成。 其中氮化硅粉末要求α相含量高、纯度高、粉末细。由于常压烧结法制取的氮化硅材料密度及纯度通常不高，我们可以加入烧结助剂，与Si3N4表面的SiO2反应使其致密，由此提高氮化硅陶瓷的性能。由此可知挑选合适的助烧剂是研究常压烧结Si3N4的关键点。