通过碳热还原-氮化法合成片状β-氮化硅颗粒

《Journal of the American Ceramic Society》：Synthesis of tabular-shaped β-silicon nitride particles by carbothermal reduction-nitridation

本研究通过碳热还原-氮化工艺制备β-Si?N?晶体，发现SrF?添加剂可形成比表0.3–0.5的板状晶体，其氧含量最高达0.94wt%。晶体形貌受硅酸盐玻璃表面张力、润湿性及碱土氧化物挥发性影响，添加剂高挥发性与低阳离子场强抑制晶粒生长，最终获得适用于热管理的高效填料。

　　

摘要

我们研究了添加剂对通过碳热还原-氮化工艺合成的β-氮化硅（β-Si₃N₄）晶体形态的影响。当使用SrF₂作为添加剂时，获得了长宽比为0.3–0.5的片状β-Si₃N₄晶体。β-Si₃N₄颗粒晶格中的氧含量随合成条件而变化，在1600°C下合成10小时的样品中氧含量达到0.94 wt%。β-Si₃N₄晶体的形态受到合成过程中形成的硅酸盐玻璃的表面张力、其对氮化硅的润湿性以及碱土金属氧化物（AEO）的蒸气压的显著影响。具体而言，使用蒸气压高且阳离子场强度低的添加剂可以抑制Si₃N₄的晶核形成后的晶粒生长。随后，AEO的挥发减少了液相中的物质，从而形成了长宽比较低的β-Si₃N₄晶体。这些新合成的片状颗粒具有作为散热填料的潜力，能够提高材料在厚度方向上的热传导性能。