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烧结助剂的影响

氮化硅属于强共价键化合物，依靠固相扩散很难烧结致密，必需添加烧结助剂，如MgO、Al2O3、CaO和稀土氧化物等，在烧结过程，添加的烧结助剂中可以与氮化硅粉体表面的原生氧化物发生反应，形成低熔点的共晶熔液，利用液相烧结机理实现致密化。

然而，烧结助剂所形成的晶界相自身的热导率较低，对氮化硅陶瓷热导率具有不利影响，如氮化硅陶瓷常用的Al2O3烧结助剂，在高温下会与氮化硅和其表面氧化物形成SiAlON固溶体，造成晶界附近的晶格发生畸变，对声子传热产生阻碍，从而大幅度降低氮化硅陶瓷的热导率。因此选用适合的烧结助剂，制定合理的配方体系是提升氮化硅热导率的关键途径。

氧化物类烧结助剂是氮化硅陶瓷常用的烧结助剂体系，常见的为金属氧化物和稀土氧化物的组合。研究表明，氮化硅陶瓷的热导率随着烧结助剂稀土元素阳离子半径的增大有减小的趋势；与添加MgO助烧结相比，添加CaO助烧结不利于氮化硅柱状晶的生长，热导率及强度普遍较低，但硬度较高。事实上Y2O3－MgO体系的烧结助剂是高导热氮化硅材料应用比较广泛的烧结助剂体系。

BeO陶瓷基板虽然具有较高的热导率和较低的介电常数，满足散热的要求，但是由于其具***性，太原废旧耐火砖，对工作人员的健康产生影响，不利于大规模应用。AlN陶瓷具有较高的热导率，被认为是散热基板的候选材料。但AlN陶瓷抗热震性能差，易潮解，强度韧性较低，不利于在复杂的环境中工作，难以保证其应用的可靠性。SiC陶瓷虽然具有很高的热导率，但是由于其具有较高的介电损耗和较低的击穿电压，不利于应用在高频高压的工作环境中。

氮化硅是国内外公认兼具高导热、高可靠性等综合性能的陶瓷基板材料。尽管Si3N4陶瓷基板具有略低于AlN的导热性，但其抗弯强度、断裂韧性都可达到AlN的2倍以上;同时，Si3N4陶瓷的热导率远大于Al2O3陶瓷;此外，Si3N4陶瓷基板的热膨胀系数与第3代半导体衬底SiC晶体接近，使其能够与SiC晶体材料匹配性更稳定。这使Si3N4成为第3代SiC半导体功率器件高导热基板材料的。

氮化硅用做耐火材料，如与sic结合作SI3N4-SIC耐火材料用于高炉炉身等部位；如与BN结合作SI3N4-BN材料，用于水平连铸分离环。SI3N4-BN系水平连铸分离环是一种细结构陶瓷材料，结构均匀，具有高的机械强度。耐热冲击性好，大量回收废旧耐火砖价格，又不会被钢液湿润，符合连珠的工艺要求。

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