氮化硅材料凭借其优异的物理化学性能,广泛应用于机械、化工、冶金、医药工业、光伏、电子电器、军工以及核工业等诸多领域,作为主要原料的氮化硅粉体受到了产业界的高度重视。不同的应用领域对氮化硅原料的物相和纯度具有不同的要求,如何控制氮化硅粉体中α相和β相含量,获得高α相含量或高β相含量的高品质氮化硅粉体是生产和研究的热点。硅粉直接氮化法是目前生产氮化硅粉体应用最广泛的方法,由于氮化过程中会放出大量的热,为防止出现反应失控现象,往往需要在硅粉中加入一定比例的氮化硅作为稀释剂来合成高α相氮化硅粉体。针对这一问题,本文以反应活性很高的硅锯屑和反应活性较低的高纯硅粉作为原料,在不加氮化硅稀释剂的前提下,采用气体稀释的方法来合成高α相氮化硅粉体。在不加任何添加剂的情况下,针对不同原料,分别采用热爆反应和直接氮化法两种方法合成高β相氮化硅粉体。研究主要取得了如下结果:1)硅锯屑由于反应活性高,在氮化过程中极易发生反应失控的现象,需要在氮化气氛中加入较大比例的稀释气体,以慢速升温的方式在低温下预氮化形成较多α氮化硅晶核后再缓慢升温,逐步调低稀释气体比例合成高α相氮化硅粉体。通过水浴氧化的方法在硅锯屑中引入少量的氧,在氮气-氢气-氩气的混合气氛中可以加速氮化反应的进行,提高氮化产物中α相含量,当氧含量低于4.38%时,在1350℃氮化3h,氮化产物α-Si3N4含量均在95%以上,另有少量的β-Si3N4和残留硅,在XRD检测极限内无氮氧化硅相存在。2)以硅锯屑为原料,耗时40 h,采取慢速升温、分段保温、气体稀释的工艺在1350℃下合成了氧含量为1.21%、氮含量为38.7%,中心区域α相含量94.54%,其余部位α相含量97%以上的氮化硅粉体;利用热爆反应在1480℃下保温5h合成了物相随产物部位变化梯度较小的高β相氮化硅粉体。产物去除少量外壳后,整体β相含量超过90%,中心部位β相含量可达到97.71%,氧含量为0.68%,氮含量为39.1%。3)以高纯硅粉为原料,采取与硅锯屑类似的慢速升温、分段保温、气体稀释的工艺在1350℃下合成了氧含量为1.01%、氮含量为38.9%,α相含量97%以上的氮化硅粉体,但产物中有少量残留硅。在不添加任何添加剂的条件下,利用常压直接氮化的方法将高纯硅粉在氩氢混合气中1300℃预处理1 h后转换为大流量氮氢混合气快速升温至1500℃氮化5 h,氮化产物中部β相含量可达到96.76%,残留硅含量为1.55%。继续延长氮化时间至8 h,残留硅含量基本不减少。