В зависимости от способа производства изделия из нитрида кремния можно разделить на изделия реакционного спекания, изделия горячего прессования, изделия атмосферного спекания, изделия изостатического прессования и изделия реакционного повторного обжига. Среди них реакционное спекание является широко используемым методом производства огнеупорных изделий из нитрида кремния.
Метод реакционного спекания позволяет получать изделия из нитрида кремния путем прессования или изостатического прессования тонко измельченного порошка кремния (размер частиц обычно не превышает 80 мкм), сушки зеленого тела, нагревания его до 1350-1400℃ в азоте и азотирования в процессе обжига. В этом методе производства условия сырья, процесс обжига и атмосфера оказывают большое влияние на характеристики продукта.
Кремниевый порошок содержит много примесей, таких как Fe, Ca, Al, Ti и т.д. Fe считается катализатором в процессе реакции. Он может способствовать диффузии кремния, но в то же время он может вызвать появление дефектов, таких как поры. Основная роль Fe в качестве добавки: он может выступать в качестве катализатора в процессе реакции, способствуя образованию оксидной пленки SiO2 на поверхности продукта; формировать систему расплава железо-кремний, а азот растворяется в жидком FeSi2, способствуя образованию β-Si3N4. Однако если частицы железа слишком велики или их содержание слишком велико, в изделии появляются дефекты, такие как поры, что снижает его эксплуатационные характеристики. Как правило, количество добавляемого железа составляет 0-5%. Такие примеси, как Al, Ca и Ti, легко образуют низкую эвтектику с кремнием. Соответствующее количество добавок может способствовать спеканию и улучшению характеристик продукта.
Чем мельче размер частиц кремниевого порошка, тем больше удельная площадь поверхности и тем ниже температура обжига. По сравнению с более крупным кремниевым порошком, более мелкий кремниевый порошок содержит больше α-Si3N4 в продукте. Уменьшение размера частиц кремниевого порошка может уменьшить микроскопический размер пор в изделии. Соответствующее соотношение размеров частиц может увеличить плотность продукта.
Температура оказывает большое влияние на скорость азотирования. Реакция азотирования начинается при температуре 970-1000℃, а скорость реакции ускоряется при температуре около 1250℃. На этапе высокой температуры, поскольку это экзотермическая реакция, если температура быстро превысит температуру плавления кремния (1420℃), может произойти поток кремния, и сильные заготовки из кремниевого порошка расплавятся и разрушатся.
