氮化硅的首次制备工作是在1857年由亨利•埃蒂安•圣克莱尔•德维尔（Henri Etienne Sainte-Claire Deville）和弗里德里希•沃勒（Friedrich Wohler）完成的。在他们的方法中，将放入硅的坩埚放置在装有碳的坩埚内加热，以减少氧向装硅的坩埚的渗透。他们报告了他们称为氮化硅的产品，但没有确定其化学成分。保罗•舒泽伯格(Paul Schuetzenberger)首先报道了一种四氮化合物​​Si₃N₄，其在1879年通过在高炉中加热硅的填料而获得的。在1910年，路德维希•韦斯（Andyor Engelhardt）和西奥多•恩格尔哈特（Theodor Engelhardt）在纯氮气中加热硅来生产Si₃N₄。E. 弗里德里希(E. Friederich)和L.西蒂希(L. Sittig)在1925年通过在氮气下进行碳氮还原制备Si₃N₄，即通过在1250-1300℃下在氮气中加热二氧化硅和碳来制造Si₃N₄。

氮化硅属于无机非金属材料，化学式为Si₃N₄，是有三种晶型的共价键化合物，即α-Si₃N₄、β-Si₃N₄和γ-Si₃N₄。

物理性质

（一）组成与结构

氮化硅分子式为Si₃N₄，分子量为140.28，其中硅占60.06%(wt)，氮占39.94%(wt)。由于两种元素的电负性相近，属于强共价键结合的化合物，所以氮化硅硬度高，熔点高，结构稳定，绝缘性能好。

Si₃N₄陶瓷属于多晶材料，常见的为α相和β相，均由[SiN₄]硅氮四面体构成。结构上，β-Si₃N₄对称性较高，摩尔体积较小，是热力学稳定相。而α-Si₃N₄在动力学上比较容易生成，在高温下，α-Si₃N₄会发生重建式相变，转变为β-Si₃N₄，这种相变是不可逆的，因此高α-Si₃N₄粉有利于氮化硅陶瓷烧结。

（二）外观

不同晶相和工艺制备的氮化硅粉外观是不同的。α-Si₃N₄呈现白色或灰白色的疏松羊毛状或针状，氨解法制备的氮化硅粉呈白色或淡黄色的等轴状。β-Si₃N₄则颜色较深，呈致密的颗粒状多面体或短棱柱。高纯度的氮化硅单晶或晶须是透明或半透明的。氮化硅陶瓷也因工艺、用途和加入添加剂的不同而显示不同的颜色，从灰白、蓝灰、灰黑到近乎黑色。氮化硅陶瓷经抛光后有金属光泽。

（三）密度

Si₃N₄的理论密度为3.19±0.1g/cm³，实际测得的α-Si₃N₄密度为3.184g/cm³，β-Si₃N₄密度为3.187g/cm³。Si₃N₄陶瓷制品的密度与制备工艺及烧结助剂类别和添加量有关，因而有较大的变化范围。在相同的条件下，一般而言，热等静压烧结>气压烧结>热压烧结>常压烧结的密度。

（四）绝缘性

Si₃N₄陶瓷在常温和高温下都是电绝缘性的，其性能指标的优劣主要取决于合成方式与纯度。材料内的游离硅、碱金属、碱土金属、铁、铝、铜、钛、镍等金属杂质均可以劣化氮化硅陶瓷的电性能。Si₃N₄陶瓷在室温下、干燥介质中的电阻率一般为10¹⁵～10¹⁶Ω•cm，介电常数在4.8～9.5之间，介电损耗（1MHz）为0.001～0.1。

（五）热学性质

Si₃N₄属于高温难熔化合物，无熔点，常压下的分解温度为1900℃左右。只有在高于分解蒸气压444.8Pa的条件下，氮化硅才会熔融，这就是气压烧结氮化硅的基本原理。

25℃时氮化硅的比热为711.76/(kg•K)，随温度升高而增大。Si₃N₄的热膨胀系数小，在(2.8～3.2)×10^-6/K之间，随着Si₃N₄陶瓷密度和温度的增大而增大。

化学性质

机械性质