范智斌，陈泽茗，周 鑫，何辛涛，江绍基，董建文*

（1.中山大学物理学院，广东广州 510275；2.中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广东广州 510275）

1 引 言

氮化硅（Silicon Nitride）是由硅元素和氮元素构成的无机化合物，其研制主要依靠人工条件合成。除了常见的普通氮化硅（Si3N4）外，根据不同的反应条件和纯化方法，还能高温合成一氮化二硅（Si2N）、三氮化二硅（Si2N3）等氮化程度不同的氮化硅。氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，在日常生活中也常见到氮化硅陶瓷，其在热学、力学和化学等方面有着广阔的发展前景。在热学方面，氮化硅在空气中的分解温度为1800℃，且具有较高的强度和抗冲击性，1200℃以上随时间增加才会出现破损；其热膨胀系数较小，约为（2.9～3.6）×10−6/℃，导热系数高，从而耐热冲击性好，加热到1000℃后投入冷水中也不会开裂[1-2]。在力学方面，氮化硅的摩擦系数小，具有自润滑性[3]；其硬度高，耐磨损，莫氏硬度为9，仅次于金刚石、碳化硅等高硬度材料，具有抗机械冲击特性[4]；脆性大，通过添加多壁碳纳米管、Y2O3和Al2O3等烧结添加剂，利用添加剂颗粒的拉拔和弹性桥联机制可增强氮化硅陶瓷的韧性[5-7]。在化学方面，氮化硅化学性质稳定，耐腐蚀，除氢氟酸外不与其他无机酸反应，超过800 ℃会在表面生成氧化硅膜，随着温度升高氧化硅膜逐渐变稳定，1070℃左右可与氧生成致密氧化硅膜，至1400℃都可以基本保持稳定[1,8-9]；且氮化硅作为共价键化合物，很难致密，比重小，密度约为3.1～3.2 g/cm3，比钛合金密度（～4.5 g/cm3）要低，而不同的成型方法和气体比例下，氮化硅的密度也会不一样[4,10]。……