前氮化硅鐵主要用作高爐出鐵口炮泥、出鐵溝等炭系耐火材料中。由于Fe-Si3N4具有熱膨脹系數(shù)小、抗熱震性好及不易被熔渣滲透等特點，也被用于合成復(fù)合材料、鎂質(zhì)澆注料、不燒無鉻耐火材料等。       氮化硅鐵       1、在Al2O3-SiC-C系耐火材料中的應(yīng)用       1.1在Al2O3-SiC-C質(zhì)炮泥中的應(yīng)用       試驗和工業(yè)應(yīng)用表明：氮化硅鐵不僅可以改善炮泥的物理性能、高溫強度，而且對炮泥的開口性能、抗侵蝕沖刷性能等應(yīng)用性能的提高具有很好的效果。近年來，全國重點大型鋼鐵企業(yè)2000m3以上高爐堵鐵口炮泥基本上都使用氮化硅鐵。添加氮化硅鐵的炮泥很好地滿足了大型高爐的需要，使高爐出鐵次數(shù)由18次普遍降低到12次，可降到6次。炮泥的消耗量由每噸鐵1.2kg降低到0.5kg。       但是氮化硅鐵在炮泥中的添加達到一定量以后，炮泥的綜合性能提高不明顯，因此，應(yīng)控制好氮化硅鐵加入量。有研究認為，氮化硅鐵加入量控制在10%~20%(w)時，炮泥綜合性能好。       關(guān)于氮化硅鐵在高爐炮泥中作用機制的研究有不少報道。文獻中對氮化硅鐵在高爐出鐵口用炮泥料中的性狀進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在1250℃開始放出隊；1300℃以上時，鐵常常發(fā)生硅鐵化；1400~1500℃時反應(yīng)劇烈，放出大量氣體，基質(zhì)中生成了SiC和AlN。分析認為，氮化硅鐵在炮泥中發(fā)生的反應(yīng)如下：       9Fe+Si3N4→3Fe3Si+2N2，(1)       3Fe+Si3N4+2C→Fe3Si+2SiC+2N2，(2)       9Fe+Si3N4+Al2O3+3C→2AlN+3Fe3Si+3CO+N2。(3)       可見，在炮泥中加入氮化硅鐵，高溫下在基質(zhì)中生成SiC和AlN，增強了基質(zhì)，同時產(chǎn)生大量氣體，可以提高炮泥的氣孔率，改善炮泥的開口性能和透氣性能，產(chǎn)生的氣體可以減少與鐵水接觸界面的摩擦，防止爐渣侵蝕。       氮化硅鐵-碳體系中高溫下主要發(fā)生氮化硅向碳化硅的轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e對Si3N4向SiC轉(zhuǎn)化具有明顯的促進作用，是由于SiC-C復(fù)相材料的形成而強化了高爐炮泥的強度及抗熔渣侵蝕性能，使用性能大大提高。研究認為，高溫下Si3N4同金屬Fe反應(yīng)生成的Fe3Si增加液相量，不僅促進燒結(jié)，而且促進α-Si3N4向β-Si3N4轉(zhuǎn)變，形成長柱狀晶粒；另外，Si3N4同C反應(yīng)生成SiC，大量Si3N4和SiC彼此交叉構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了炮泥的高溫強度。然而，徐國濤等則認為1300℃以上，氮化硅鐵并不一定發(fā)生硅鐵化，其認為氮化硅鐵首先分解為氮化硅與Fe，F(xiàn)e容易氧化形成硅鐵的氧化物固溶體，而分解的氮化硅也可能發(fā)生氧化生成氮氧化合物，產(chǎn)生N2，可以避免炭素被氧化，也可促進燒結(jié)過程中生成微小氣孔，有利于改善炮泥的透氣性能和開口性能。       1.2在Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝料中的應(yīng)用       將少量Fe-Si3N4加入到Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝料中，可改善材料的抗氧化性，提高材料的高溫強度，因而極大地提高了高爐出鐵溝的通鐵量。研究發(fā)現(xiàn)，氮化硅鐵可以顯著改善Al2O3-SiC-C質(zhì)出鐵溝澆注料的抗氧化性，而且隨著氮化硅鐵加入量的增加，抗氧化能力增強。其抗氧化機制為：在高溫氧化氣氛下，表面氮化硅鐵中的Si3N4首先氧化生成SiO2，構(gòu)成氧化層的主體；隨著鐵相材料的氧化，形成的氧化鐵不但降低了氧化層的熔點，而且降低了熔體的黏度，增進熔體在材料表面上的潤濕性及流動性，形成覆蓋于材料表面的氧化層而阻止炭素氧化，使其具有比純Si3N4更好的抗氧化性能。但是加入氮化硅鐵，會使?jié)沧⒘系募铀吭黾樱匦阅苤笜擞兴档?，因此要控制氮化硅鐵的加入量，以保證具有足夠的施工性能和脫模強度。       鐵溝料       1.3在Al2O3-SiC-C磚中的應(yīng)用       研究表明，在魚雷車用Al2O3-SiC-C磚中加入氮化硅鐵，提高了高溫抗折強度，原因是加入氮化硅鐵后，在高溫下生成S2N2O，且隨著氮化硅鐵加入量的增多，Si2N20增多，高溫抗折強度增大。       2、Fe-Si3N4-SiC復(fù)合材料       Si3N4-SiC材料具有良好的理化性能和高溫性能，廣泛用于高爐、鋁電解槽等高溫領(lǐng)域，具有很好的使用效果。與純氮化硅相比，氮化硅鐵具有更好的燒結(jié)性，可用作高溫結(jié)合相。以質(zhì)量分數(shù)分別為90%和10%的工業(yè)SiC和硅鐵粉為原料，外加2%(w)的黃糊精，經(jīng)1380℃5h氮化燒成制備出Fe-Si3N4結(jié)合SiC復(fù)合材料，生成的物相除巧為、SiO2外，還含有少量硅鐵(FeSi)和單質(zhì)Fe。       以質(zhì)量分數(shù)分別為12%和88%的FeSi粉和SiC為主要原料，通過直接氮化反應(yīng)燒結(jié)，成功制備出Fe-Si3N4-SiC復(fù)合材料，其主要物相為SiC、α-Si3N4、β-Si3N4和Fe3Si，硅鐵金屬間化合物均呈直徑小于10μm的類球狀，均勻分布的硅鐵金屬間化合物可以作為金屬塑性相。合成的Fe-Si3N4-SiC制品的常溫耐壓強度和高溫抗折強度均優(yōu)于Si3N4-SiC材料。Fe-Si3N4-SiC復(fù)合材料不僅含有高溫增強相SiC和氮化硅，還含有金屬塑性相(Fe、FeSi或Fe3Si)，可改善材料的抗熱震性，該材料有望在高溫領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。       3、在其他耐火材料中的應(yīng)用       氮化硅鐵含有氮化硅和Fe相，具有高溫性能好，熱膨脹系數(shù)小，抗熱震性好以及不被熔渣滲透等一系列優(yōu)異性能，也已被用到其他耐火材料中。利用氮化硅鐵含有高溫增強相氮化硅和金屬塑性相Fe，以剛玉、尖晶石為原料，將氮化硅鐵以細粉形式添加，根據(jù)過渡塑性理論制備出低成本的抗氧化、抗侵蝕性好的無鉻不燒耐火材料。該耐火材料具有優(yōu)良的物理性能，良好的抗氧化性和鋼水侵蝕性，可用來代替鎂鉻磚用于RH精煉爐。       將一定量的氮化硅鐵引入到鎂質(zhì)澆注料中，改善了鎂質(zhì)澆注料的中高溫處理后的強度以及熱態(tài)抗折強度，其認為這是因為氮化硅鐵在加熱過程能部分氧化成SiO2，進而形成纖維狀的鎂橄欖石，增大強度；鐵相物質(zhì)能和方鎂石固溶，促進燒結(jié)。將氮化硅鐵引入到高鋁質(zhì)澆注料中制備高熱震性和抗侵蝕性好的高鋁澆注料，期望可以代替用于與鋁液接觸的部位(要求具有高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的抗熱震性)的高鋁磚。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加入氮化硅鐵后，干燥和燒后材料的顯氣孔率降低，體積密度、強度增大，雖然熔渣對試樣的滲透增大，但是熔渣對試樣的侵蝕減輕。

       高氮合金材料屬世界材料科學(xué)前沿領(lǐng)域，世界上各發(fā)達國家近幾年加大力度競相研發(fā)。由于氮元素資源豐富、廉價、生產(chǎn)工藝環(huán)保、節(jié)省資源和能源，高氮合金被譽為環(huán)境友好材料、被世界材料科學(xué)界公認為前沿領(lǐng)域材料。用氮元素完全取代鎳進行合金化，一方面可以節(jié)省鎳資源，另一方面可以從根本上減少鎳合金在生產(chǎn)過程中對環(huán)境造成的嚴重危害。?       氮合金化后顯著提高材料的強度、韌性、無磁性、抗蝕性，相對于傳統(tǒng)不銹鋼在海水中耐蝕能力較弱的情況，高氮鋼突顯了超強的抗海洋環(huán)境腐蝕性能，氮元素具有強烈穩(wěn)定奧氏體的作用，即使是大變形情況下依然具有無磁性。高氮合金材料可以應(yīng)用于海洋工程設(shè)備設(shè)施中重要的部件，包括平臺結(jié)構(gòu)件、耐海水腐蝕高強度鋼絲繩、海底油氣管線、海水淡化裝置、跨海大橋構(gòu)件、高強度耐蝕緊固件、閥體、泵體等。除此之外，高氮合金材料還可以應(yīng)用在艦船推進器用螺旋槳、明輪等；石化設(shè)備零部件；汽車渦輪增壓器殼體、渦輪、排氣歧管等方面。也可以用在骨科用內(nèi)植入材料，包括膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、骨釘、骨板等?！奔鹃L濤說，在醫(yī)療領(lǐng)域，植入器械的表面是與人體直接接觸的，高氮合金材料具有優(yōu)異的生物相容性，強度也非常高，適合于人體膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)等受力部位。       高氮合金研發(fā)項目有助于快速構(gòu)建一個新型的、符合對國家經(jīng)濟、國防起到關(guān)鍵支撐作用的綠色、環(huán)保、高性價比、資源節(jié)約型高品質(zhì)特殊性能合金產(chǎn)業(yè)。

       氮化硅作為一種主要依靠人工條件合成的化合物，在一百五十多年前被國外科學(xué)家成功研制，地球上自然存在的氮化硅（大小約為2×5μm）直到二十世紀九十年代才在隕石中被人類發(fā)現(xiàn)。氮化硅作為一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有同其他金屬和材料更為優(yōu)越的耐高溫、耐腐蝕、耐磨性、高韌性、高抗彎強度等性能，能夠被應(yīng)用于傳統(tǒng)金屬材料所不能適應(yīng)匹配的高要求極端運作環(huán)境，其制成零部件等產(chǎn)品可被應(yīng)用于機械工程、超細研磨、高性能機床切削刀具、冶金等領(lǐng)域。       下面簡略介紹幾種氮化硅陶瓷制品（包含但不僅限于）：       （一）氮化硅陶瓷軸承及軸承球       陶瓷軸承作為一種重要的機械基礎(chǔ)件，在新材料領(lǐng)域當(dāng)中，因具有相較于金屬軸承更優(yōu)良的耐高溫、高強度等性能而被推崇應(yīng)用。伴隨加工技術(shù)、工藝水平的日益提高，其制造成本的下降，產(chǎn)品市場價格走向?qū)嵱没沾奢S承的應(yīng)用開始向各行業(yè)領(lǐng)域進軍，不再僅停留于高、精、尖、小范圍內(nèi)應(yīng)用。陶瓷軸承的材質(zhì)主要分為氮化硅和氧化鋯，氮化硅制陶瓷相比氧化鋯材料適用于更高轉(zhuǎn)速、高負荷，以及高溫的環(huán)境下。利用氮化硅制備高速、高精度剛性主軸的精密陶瓷軸承，其制造精度可達P4至UP級。氮化硅或氮化硅基陶瓷復(fù)合材料也因此被公認是制造軸承及其零件最理想的材料。目前氮化硅陶瓷軸承主要用于四個方面：①高速軸承②高溫軸承③真空用軸承④腐蝕用軸承。       氮化硅陶瓷球則是在非氧化環(huán)境中高溫?zé)Y(jié)的精密陶瓷制品，具有耐酸堿、耐腐蝕等特性，不僅可以在海水中長期使用，絕緣性、自潤滑性也十分優(yōu)異，因此可以使用到無潤滑介質(zhì)高污染的環(huán)境中。在800℃時，氮化硅陶瓷球強度、硬度幾乎不變，密度為3.20g/cm3，重量幾乎是軸承鋼的1/3的重量，旋轉(zhuǎn)時離心力小.可實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)。由此氮化硅陶瓷球很大程度上能成為陶瓷軸承、混合陶瓷軸承的佳選球珠，在超細研磨領(lǐng)域也發(fā)揮著重要的作用。       （二）氮化硅制渦輪轉(zhuǎn)子       渦輪增壓是一種利用內(nèi)燃機運作所產(chǎn)生的廢氣驅(qū)動空氣壓縮機的技術(shù)，作用在于提高發(fā)動機的進氣量，從而增加發(fā)動機的功率和扭矩，同時對降低燃油消耗、減少噪聲、減少尾氣中的有害分子等方面具有重要意義。渦輪增壓器的關(guān)鍵零件是渦輪轉(zhuǎn)子，主要由轉(zhuǎn)子葉片、渦輪盤、渦輪軸等零件組成。氮化硅系陶瓷具有的質(zhì)量輕、高強度、高耐熱、耐沖擊和高斷裂韌性等優(yōu)越性質(zhì)，與高品質(zhì)轉(zhuǎn)子的適用要求非常匹配。經(jīng)試驗表明，氮化硅制成的渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量可減少40%，增壓響應(yīng)時間快30%，明顯改進了低速時的加速度。并且氮化硅陶瓷在渦輪增壓器上的應(yīng)用，為車用渦輪增壓器上的輕量化技術(shù)提供了可能。       （三）氮化硅陶瓷刀具       在全球制備硬質(zhì)合金的金屬礦產(chǎn)資源日益減少、價格上漲的大環(huán)境下，新技術(shù)的發(fā)展促進了多種高強度、高硬度、耐腐蝕、耐磨耐高溫新材料的研制，陶瓷刀具也應(yīng)運而生。一代陶瓷刀具為氧化鋁陶瓷刀具，于1950年開始在生產(chǎn)上進行應(yīng)用，1968年二代的復(fù)合氧化鋁陶瓷刀具在強度和韌性上較一代性能更加優(yōu)異；20世紀70年代末80年代初國際上第三代陶瓷刀具——氮化硅陶瓷刀具才出現(xiàn)。這類刀具又比第二代復(fù)合氧化鋁刀具更高的韌性、抗沖擊性、高溫強度和抗熱震性。氮化硅刀具主要適用于鑄鐵、高溫合金的粗加工、高速切削和重切削，其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和耐磨性可在高速條件下長時間進行切削加工運作，比普通硬質(zhì)合金刀具運行效率平均提高三倍以上。       （四）鋁冶金氮化硅陶瓷部件       氮化硅陶瓷具有的抗鋁液腐蝕的特性讓其在鑄鋁連軋生產(chǎn)線和煉鋁、熔鋁作業(yè)中，可用來制作測溫?zé)犭娕脊芴?、煉鋁爐爐襯、鋁液包子內(nèi)襯、坩堝、鑄鋁模具、鋁電解槽等用具。例如氮化硅陶瓷制成的熱電偶管套用于鋁液測溫這一技術(shù)已經(jīng)開始在我國普及，這種管套相較于常用的不銹鋼、剛玉陶瓷管套在使用性能上更加優(yōu)異，畢竟不銹鋼容易被鋁液腐蝕，連續(xù)使用20h后就會被損壞，剛玉更是經(jīng)不起熱沖擊。而在鋁液中性能長期穩(wěn)定、間歇測溫1200次以上都不開裂的氮化硅陶瓷管套在加工過程中可謂是一大利器。