陳 波，韋中華，李 鑌，王子誠，王騰飛

(1.中材高新氮化物陶瓷有限公司，淄博 255000；2.北京中材人工晶體研究院有限公司，北京 100018)

0 引 言

氮化硅(Si3N4)是一種由硅和氮組成的共價鍵化合物，1857年被發(fā)現(xiàn)，到1955年，其作為陶瓷材料實現(xiàn)了大規(guī)模生產[1]。氮化硅陶瓷具有金屬材料和高分子材料所不具備的眾多優(yōu)點，如耐高溫(在1 200 ℃下抗彎強度可達350 MPa以上)、耐酸堿腐蝕、自潤滑等，在航空航天、國防軍工、機械領域得到廣泛應用[2-3]。

氮化硅陶瓷材料的優(yōu)異特性隨著制備工藝的改進得到充分發(fā)掘，這使其成為歷史上研究最多的陶瓷材料之一，商業(yè)用途得到快速發(fā)展。20世紀80年代后的進一步研究推動了氮化硅基材料在許多工業(yè)方面的應用，為研究不同應用領域的氮化硅陶瓷材料提供了指導。制備氮化硅陶瓷材料首先需要獲得氮化硅粉體，再經過成型、燒結等工藝，最后得到所需要的氮化硅陶瓷，其中主要成型工藝有干壓成型、冷等靜壓成型、流延成型[4]，主要燒結工藝有熱壓燒結、氣壓燒結(gas pressure sintering，GPS)、熱等靜壓燒結(hot isostatic pressure, HIP)、放電等離子燒結(spark plasma sintering, SPS)等。

隨著對氮化硅陶瓷材料研究的深入，其各種優(yōu)異的性能被開發(fā)和應用。本文詳細闡述了氮化硅粉體的制備方法，并綜述了氮化硅陶瓷作為結構陶瓷在機械領域和航空航天領域的研究進展，進而介紹了其作為功能陶瓷在半導體領域和生物制藥領域的應用現(xiàn)狀，最后對其未來發(fā)展進行了展望。

1 氮化硅粉體的制備

優(yōu)異性能的氮化硅粉體是制備高性能氮化硅陶瓷的基礎，其主要制備方法有硅粉氮化法、液相反應法、自蔓延高溫合成法。

硅粉氮化法[5]的基本原理是硅粉和氮氣、氨氣等含氮氣體在高溫下進行反應生成氮化硅，該方法具有產品性能穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點，是應用最廣泛、技術最成熟的氮化硅粉體批量化生產方法。吳浩成等[6-8]在1982年開展了硅粉氮化制備氮化硅粉的研究。Park等[9]研究發(fā)現(xiàn)，添加30%(質量分數(shù)，本文若無特殊說明%表示含量時均為質量分數(shù))的氮化硅粉作為稀釋劑可以提高硅粉的氮化效率，氮化效率由原來的68%提高到95%以上。國內外工程化氮化過程中，都是添加了一定比例的氮化硅粉進行生產。目前我國上海駿宇陶塑制品有限公司、安陽亨利高科實業(yè)有限公司等企業(yè)，主要采用硅粉氮化法制備氮化硅粉。

液相反應法(又稱硅亞胺化學分解法)[10]制備氮化硅粉的過程是將四氯化硅在零度干燥的乙烷中與一定量的無水氨氣發(fā)生反應，生成高純度的亞氨基硅和氨基硅，其在一定高溫下進行熱分解生成無定型的氮化硅，無定型的氮化硅進一步熱處理轉化成穩(wěn)定α相的氮化硅。此方法最大的特點是化學反應激烈，生產速度快，可以獲得高純度氮化硅粉。但該方法制備難度大，技術門檻高，對原料的純度要求高，其難點在于不易獲得穩(wěn)定的固態(tài)亞氨基硅(Si(NH)2)[11-13]。日本UBE公司是最早，也是唯一使用該方法規(guī)模化生產出性能優(yōu)異、質量穩(wěn)定的氮化硅粉體產品的廠商。國內對此方法也進行了相關研究，畢玉惠等[12]在1 500 ℃下制備出了α相含量為94%，平均粒徑在0.1 μm左右的氮化硅晶粒。于政波等[14]使用硅亞胺分解法制備出長度為2～5 μm，平均直徑為0.2 μm的氮化硅晶須。關于液相法的研究國內處于科研攻關階段，目前還未見批量化生產方面的報道。

自蔓延高溫合成法(self-propagation high-temperature synthesis，SHS)是近年來興起的一種制備無機化合物高溫材料新方法[15-18]。其原理是依靠外部能量將金屬硅粉引燃，由于硅和氮氣的反應是放熱反應，反應物一旦被引燃，便會自動向尚未反應的區(qū)域傳播，直至反應完全。該方法合成氮化硅粉體反應速度快，粉體純度高，成本低廉，但制備過程可控性差，氮化硅粉體α相含量低。不同制備方法制備的氮化硅粉體性能對比如表1所示。

硅粉氮化法是技術最成熟、應用最廣泛的氮化硅粉體批量化生產方法。德國的ALZ、HC starck、瑞典的VESTA等國際著名粉體廠商均采用該方法批量化生產氮化硅粉。目前只有日本UBE公司掌握液相反應法制備技術。氮化硅粉主要生產廠商、性能指標及顆粒形貌如表2、表3和圖1所示。

從圖1和表3可以看出，日本UBE-E10粉具有較高的α相含量，較低的雜質含量，粒度分布均勻，球形度高。但其價格昂貴，限制了其大規(guī)模工程化應用。朱宇璇等[19]研究了粉體形貌對陶瓷力學性能的影響，研究表明，顆粒形貌球形度越高、均勻性越好，越有利于氮化硅陶瓷燒結過程中顆粒重排，提高燒結致密性。目前我國在此領域與國外相比差距較大，主要體現(xiàn)在技術研發(fā)投入不夠，工程化技術和質量控制技術亟待提升，高端粉料的使用還主要依賴于進口。所以制備高純、高α相含量、超細氮化硅粉體仍然是國內氮化硅粉生產商攻克的方向。

表3 氮化硅粉體種類及性能指標

圖1 氮化硅粉末形貌

2 氮化硅陶瓷的主要應用

Si3N4屬強共價鍵化合物，共價鍵程度為70%，體擴散系數(shù)為10-7數(shù)量級。基本結構單元是四面體[SiN4]4-，Si原子位于中心位置，N原子位于Si原子四周。Si3N4的同分異構體包括α-Si3N4、β-Si3N4和γ-Si3N4。γ-Si3N4的合成條件十分苛刻，目前鮮少有相關的研究報道。α-Si3N4屬熱力學不穩(wěn)定結構，一般將它作為β-Si3N4及Si3N4基復合材料的原始粉料。氮化硅本身結構特性，燒結致密十分困難[20]，因此，需要加入一定量的燒結助劑,借助液相燒結完成致密化過程[21]。添加不同的燒結助劑，采用不同的燒結工藝，制備出具有不同綜合性能的氮化硅陶瓷材料。

2.1 氮化硅陶瓷在機械領域的應用

氮化硅陶瓷是采用人工合成的高純度氮化硅粉體，經過高溫高壓制備的具有共價鍵結構的新型陶瓷。致密氮化硅陶瓷主要作為熱輻射保護管、燃燒嘴、坩堝等應用在冶金行業(yè)中。在機械行業(yè)中用作閥門、管道、分級輪以及陶瓷刀具，最廣泛的用途是氮化硅陶瓷軸承球。

氮化硅陶瓷軸承球與鋼質球相比具有突出的優(yōu)點：密度低、耐高溫、自潤滑、耐腐蝕。疲勞壽命破壞方式與鋼質球相同。陶瓷球作為高速旋轉體產生離心應力，氮化硅的低密度降低了高速旋轉體外圈上的離心應力。致密Si3N4陶瓷還表現(xiàn)出高斷裂韌性、高模量特性和自潤滑性，可以出色地抵抗多種磨損，承受可能導致其他陶瓷材料產生裂紋、變形或坍塌的惡劣環(huán)境，包括極端溫度、大溫差、超高真空。氮化硅軸承有望在各個行業(yè)中獲得廣泛的應用[22]。張寶林等[23]通過研究表明，氮化硅陶瓷軸承具有非常好的自潤滑性和耐酸堿腐蝕性。饒水林[24]研究表明，氮化硅陶瓷軸承在航空領域占有重要的位置。王文雪等[25]采用氣壓燒結，當燒結溫度為1 750 ℃，燒結助劑含量為8%時,得到綜合性能最好的氮化硅陶瓷球，其維氏硬度1 540 HV10，斷裂韌性6.3 MPa·m1/2，壓碎強度為288 MPa。李紅濤等[26]研究HIP燒結和GPS燒結對氮化硅陶瓷球綜合性能的影響，實驗證明，HIP燒結后氮化硅陶瓷球具有更均勻的晶粒分布，更好的力學性能，更高的疲勞壽命。表4給了兩種材料的性能對比。

表4 氮化硅陶瓷與軸承鋼的性能對比

最廣泛的氮化硅陶瓷球燒結工藝有HIP燒結和GPS燒結，兩種工藝下生產的陶瓷球針對不同的使用環(huán)境都有很廣泛的應用。HIP燒結后氮化硅陶瓷球完全致密化，缺陷大幅度減少，各項力學性能得到大幅度提高。兩種燒結工藝得到的氮化硅陶瓷的性能如表5所示。

表5 GPS與HIP燒結得到氮化硅陶瓷性能對比

氮化硅軸承球(見圖2)在使用中轉速每分鐘高達60 萬轉，其主要用在精密機床主軸、電主軸高速軸承，航空航天發(fā)動機、汽車發(fā)動機軸承等設備用軸承中。高端氮化硅陶瓷產品的生產仍以日本、歐美企業(yè)為主導。國際市場占有率、發(fā)展方向的引領力仍然被國外知名企業(yè)所控制。以日本京瓷、東芝、賽瑞丹、CoorsTek和英國Sailon公司最具代表性。據全球市場調研機構MARKETS AND MARKETS預測全球氮化硅的市場規(guī)模，在分析期間(2020年～2027年)將以5.8%的年復合增長率增長。從2020年的1億40萬美元，到2027年預計達到1億4 900萬美元[27]。

圖2 氮化硅軸承球

2015 年中材高新氮化物陶瓷有限公司突破了熱等靜壓氮化硅陶瓷球批量化制造技術，成為繼美國庫斯泰克、日本東芝之后第三家，也是國內首家形成批量化生產熱等靜壓氮化硅陶瓷材料的企業(yè)，產品出口到瑞典斯凱孚、美國鐵姆肯、德國GMN、西班牙福賽等地。

2.2 氮化硅陶瓷在透波材料領域的應用

多孔氮化硅陶瓷具有相對較高的抗彎強度和更低的密度，這是其在航空航天領域得到應用的關鍵因素之一。它還具有抗蠕變性(與金屬相比)，可提高結構在高溫下的穩(wěn)定性。這種材料具有多種附加特性，包括硬度、電磁特性和熱阻，作為透波材料被用來制作天線罩、天線窗[28]。隨著國防工業(yè)的發(fā)展，導彈向高馬赫數(shù)、寬頻帶、多模與精確制導方向發(fā)展。氮化硅陶瓷及其復合材料具有的防熱、透波、承載等優(yōu)異性能，使其成為新一代研究的高性能透波材料之一。

董薇等[29]采用凝膠-注模工藝，在1 750 ℃下，研制出了介電常數(shù)(ε)為2.3～2.8、強度為60 MPa的氮化硅復合陶瓷。Lysenko等[30]制備出了抗彎強度為455 MPa、氣孔率為61.17%的氮化硅陶瓷材料。于方麗等[31]添加總量為5%的不同種類的稀土氧化物，制備出了抗彎強度為170 MPa、ε為3.0～3.2、介電損耗(εr)為10-4數(shù)量級的陶瓷材料。尉磊等[32]采用凝膠-注模及無壓燒結工藝，制備出抗彎強度為(193.5±10.1)MPa的多孔陶瓷。Plucknett等[33]通過添加稀土氧化物和金屬氧化物發(fā)現(xiàn)，少量稀土氧化物的添加對陶瓷孔隙的形成是有利的。日本名古屋和以色列共同研制了一種復合疊層材料，由致密氮化硅和多孔氮化硅疊加而成，具有較低的電損耗角正切值和良好的高溫強度[34]。李軍齊等[35]通過添加造孔劑，采用冷凍-干燥的方法制備了氣孔率為 30%～60%、ε為 2.9～5.2的氮化硅陶瓷。王鵬舉等[36]利用凝膠-注模工藝與無壓燒結的方法研制了氣孔率為62.0%、斷裂韌性為1.6 MPa·m1/2、抗彎強度為100.8 MPa的多孔氮化硅陶瓷。Díaz等[37]通過不同的制備工藝，研制出氣孔率在0%～50%范圍內的多孔氮化硅陶瓷。張敬義等[38]采用干壓成型，在1 900 ℃下氣壓燒結，保溫15 min后獲得了氣孔率為49%、抗彎強度為106 MPa的多孔氮化硅陶瓷。

張立同等[39]采用氮化硅纖維增韌氮化硅陶瓷材料的制備方法，制備出純度高、透波性好的復合材料。門薇薇等[40]采用了凝膠-注模工藝制備出適合于寬頻帶天線罩的夾層多孔氮化硅材料。趙中堅等[41]采用主要原料為纖維狀的氮化硅粉，結合冷等靜壓成型，氮氣保護，無壓燒結工藝，成功制備出密度為1.54 g/cm3、氣孔率為52.0%、抗彎強度為154.53 MPa、ε為3.28的多孔氮化硅材料，可滿足導彈天線罩對材料性能的綜合要求，并實現(xiàn)根據需求可調控設計的氮化硅多孔材料。波音公司以氮化硅密度為主要技術參數(shù)，成功制備出密度可控在0.5～1.8 g/cm3范圍內的氮化硅陶瓷[42]。1987年，波音公司專利 US4677443提出了以氮化硅和鋇鋁硅酸鹽為材料的雙層高溫、寬頻天線罩設計方法,頻率范圍為0.4～40 GHz[43]。

2014年，山東工陶院和天津大學聯(lián)合制備出A夾層結構多孔氮化硅陶瓷寬頻帶(1～18 GHz)天線罩[44]。美國賽瑞丹已將氮化硅天線罩定型于PAC-3導彈上[45]，天線罩主要形狀如圖3所示。

圖3 氮化硅導彈天線罩(灰色)[44]

國內在多孔氮化硅陶瓷制備方面做了大量的工作，但制備方法還不夠系統(tǒng)，不夠深入，在透波材料應用方面較國外有一定的差距。國內企業(yè)采用氣壓燒結制備了各種尺寸的天線罩、天線窗樣件，通過了地面考核試驗[44]，但離真正的上天飛行還有一段路程要走。

2.3 氮化硅陶瓷在半導體領域的應用

除了卓越的機械性能外，氮化硅陶瓷還表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的導熱性能，使其適用于要求苛刻的半導體領域。熱導率是材料傳遞或傳導熱量的固有能力，由于氮化硅獨特的化學成分和微觀結構，與氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷相比，具有優(yōu)異的綜合性能。

氮化硅陶瓷最開始是作為不導熱的結構陶瓷被廣泛應用，其熱導率為15 W/(m·K)左右，直到1955年，Haggerty等[46]理論計算出氮化硅的本征熱導率應在200～320 W/(m·K)之間。隨后Hirosaki等[47]采用分子動力學方法模擬計算了在β-Si3N4單晶中的能量傳遞規(guī)律，預測β-Si3N4沿a軸熱導率為170 W/(m·K)，沿c軸熱導率為450 W/(m·K)，模擬結果為高導熱氮化硅陶瓷材料的研究提供了理論依據。

實際制備氮化硅陶瓷熱導率的數(shù)值與理論值差別較大，這主要是因為理論計算是按單個氮化硅晶粒進行計算的。實際情況要復雜的多，氮化硅陶瓷晶粒的大小[48]、晶間氧和其他雜質的存在與否[49-50]、晶間相含量[51-53]的多少都對氮化硅熱導率有非常大的影響。

Zhou等[54]使用Y2O3-MgO作為燒結助劑，以高純硅粉為原料采用反應燒結，通過長時間的熱處理工藝(60 h)獲得了熱導率為177 W/(m·K)的氮化硅陶瓷，但抗彎強度僅460 MPa。分析認為，氮化硅晶粒的長大造成熱導率偏高，相應的也導致抗彎強度的降低。張景賢等[55]以高純硅粉為主原料，Y2O3-MgO為主燒結助劑，添加1%的C含量，得到相對密度達99%以上、熱導率為98 W/(m·K)的陶瓷材料。Zhu等[56-57]詳細研究了硅粉粒度、純度以及氧化物燒結助劑MgO和非氧化法燒結助劑MgSiN2對熱導率的影響。Zhu等[58]以α-Si3N4添加β-Si3N4晶須為主原料，Yb2O3-MgO為燒結助劑，氣壓燒結得到熱導率為97 W/(m·K)、斷裂韌性為8 MPa的氮化硅陶瓷材料。以Y2O3-MgSiN2為燒結助劑，可制得熱導率為168 W/(m·K)、斷裂韌性為10 MPa的氮化硅陶瓷材料。分析原因可能是，以非氧化物MgSiN2代替氧化物MgO減少了氧元素的引入，降低了晶格氧缺陷，所以氮化硅熱導率得到提高。Hayashi等[59]分別以MgSiN2-Yb2O3以及MgO-Yb2O3作為燒結助劑制備氮化硅陶瓷，結果發(fā)現(xiàn)前者熱導率比后者提高了20 W/(m·K)。

范德蔚等[60]采用氣壓燒結，Y2O3、MgO和CeO2作為燒結助劑，α-Si3N4作為主原料，在1 800 ℃氮氣壓4 MPa下燒結4 h,制得熱導率為44 W/(m·K)的氮化硅陶瓷材料，所得熱導率偏低，分析原因可能是燒結助劑的含量較多，過多的燒結助劑形成玻璃相[61-63]；另外一個原因可能是在較大的氮氣壓力下，氮化硅晶粒受到外界壓力大，晶粒成長小;第三個原因可能是燒結時間短，氮化硅晶粒還沒有足夠長大。清華大學劉劍等[64]以α相含量大于95%，平均粒徑為0.5 μm的氮化硅粉體為原料,添加總含量為9%的MgO-Y2O3燒結助劑，采用氣壓燒結，溫度為1 890 ℃，燒結2 h，制備的試樣熱導率為85.96 W/(m·K)，斷裂韌性為8.39 MPa·m1/2，抗彎強度達到873 MPa。

Kitayama等[65]采用高純α-Si3N4為原料，不同的稀土氧化物為燒結助劑，1 800 ℃熱壓燒結后再經過熱處理，發(fā)現(xiàn)以Sc2O3為燒結助劑時，試樣的熱導率為89 W/(m·K)，隨著稀土粒子半徑減小，晶粒尺寸增大，氧含量降低，這有利用得到高熱導氮化硅陶瓷。陳寰貝等[66]采用兩步燒結法，以YbH2-MgO體系代替Yb2O3-MgO體系作為燒結助劑，先在1 000 ℃下燒結4 h,然后在1 900 ℃下燒結24 h，制得試樣的熱導率達為131.15 W/(m·K)的陶瓷材料，較Yb2O3-MgO體系提升13%以上。

Yang等[67]采用SPS 燒結及后續(xù)熱處理工藝，對比研究了Y2O3-MgF2、Y2O3-MgO、Y2O3-MgSiN2對材料綜合性能的影響，結果表明當添加劑含量(摩爾分數(shù))為3%Y2O3-2%MgF2時，得到熱導率為76 W/(m·K)、抗彎強度為857 MPa、斷裂韌性為7.7 MPa·m1/2的氮化硅陶瓷材料。Yang等[68]研究了使用氧含量更低的β-Si3N4粉為原料，當燒結助劑含量(摩爾分數(shù))為3%Yb2O3-4%MgO-4%MgF2時，Si3N4陶瓷的熱導率值為89.8 W/(m·K)，但力學性能較低，彎曲強度僅為452 MPa，斷裂韌性值為5.5 MPa·m1/2。

從國內報道的數(shù)據看，半導體用氮化硅陶瓷大部分處于科研機構和企業(yè)單位的小批量研制階段，沒有規(guī)?；a。中材高新氮化物陶瓷有限公司北京分公司采用流延成型方式已進行了小批量生產，氮化硅陶瓷的基板尺寸為190 mm×138 mm×(0.320～0.635)mm，熱導率為100 W/(m·K)，抗彎強度達650 MPa以上。不同燒結助劑、不同制備工藝生產的氮化硅陶瓷基板顏色不同，如圖4所示。

圖4 氮化硅陶瓷基板

國際上主要的高導熱氮化硅陶瓷生產商有東芝集團(TOSHIBA)、日本電氣化學(DENKA)、日本丸和(MARUWA)、日本精細陶瓷(JFC)、日立金屬株式會社(HITACHI)。表6為主要廠商的高導熱氮化硅陶瓷的熱導率和力學性能對比。商用高導熱氮化硅陶瓷的熱導率在85 W/(m·K)以上，抗彎強度為600～850 MPa，斷裂韌性為5.0～7 MPa·m1/2。日立公司對氮化硅基板進行了特殊的活化工藝處理，熱導率可以達到130 W/(m·K)，其他力學性能不變。不同企業(yè)生產的氮化硅陶瓷性能各有特點,這些性能差異與各廠商之間不同的生產工藝和目標市場定位有關。

表6 不同企業(yè)生產的高導熱氮化硅陶瓷性能對比

官方報道，2020年1月，東芝材料宣布將在日本橫濱大分縣大分市投資100億日元(約6.37億元人民幣)建設第二個氮化硅基板生產基地，2020年7月開始建設，預計2023年3月建設完成，一期氮化硅基板產能可達到40 000 m2/a。2020年6月3日，作為全球氮化鋁材料領先的日本Tokuyama(德山公司)官網發(fā)布公告，已經開發(fā)了獨有的節(jié)能、安全、環(huán)保且低成本的陶瓷基板生產工藝，聚焦于氮化硅陶瓷材料在電動汽車和新能源設備中使用的半導體功率模組中的應用。

2.4 氮化硅陶瓷在生物陶瓷領域的應用

作為新一代生物陶瓷材料，氮化硅陶瓷除了具備陶瓷材料應有的優(yōu)秀品質外，還應具有良好的射線成像性能、抗感染性能、生物相容性能以及骨整合性能。

Neumann等[69]在小豬額骨中植入氮化硅陶瓷夾板和螺釘，X 射線圖像顯示，氮化硅陶瓷植入體和周圍骨頭的區(qū)分度高，沒有產生偽影，也沒有引起成像畸變，這說明氮化硅陶瓷具有很好的射線成像性能。

骨科植入的一個最重要指標是植入體的抗菌性。Gorth等[70]最先對比了Si3N4陶瓷、聚醚醚酮(PEEK)和金屬Ti對蘭氏陰性細菌的體外抗菌效果。實驗證明，經過3 d后，氮化硅陶瓷表面細菌數(shù)量最少。Pezzotti等[71]將牙齦卟啉單胞菌(PG)養(yǎng)殖在氮化硅陶瓷基體上，結果表明，細菌代謝后的成分與氮化硅基體表面相互作用降低了PG 裂解和代謝。Webster等[72]將Si3N4、Ti和PEEK植入到大鼠顱蓋內，然后再植入葡萄球菌，90 d后，氮化硅植入體的細菌感染率為0%，遠遠低于Ti和PEEK表面的21%和88%。通過體外、體內實驗，結果證明，氮化硅陶瓷具有很好的抗菌性。

生物相容性是氮化硅陶瓷作為生物陶瓷的必要條件，Sohrab等[73]和Kue等[74]通過實驗證明，氮化硅陶瓷有很好的細胞增殖效果并且細胞代謝正常。Howlett等[75]在兔股骨髓腔內植入氮化硅陶瓷體，90 d后，股骨髓腔內沒有發(fā)生任何不良后果。實驗證明，氮化硅陶瓷具有很好的體內生物相容性。

Neumann等[76]在小型豬模型研究生物相容性時發(fā)現(xiàn)，氮化硅陶瓷具有非常好的骨整合性能。Webster等[72]在大鼠顱骨模型中植入Ti、PEEK、Si3N4種植體進行對比，結果表明，90 d后氮化硅植入體新生骨的質量比占23%，遠遠高于其他兩種材料的植入體。

氮化硅陶瓷具有上述的優(yōu)異特性使其成為理想的生物材料。其在生物傳感器、脊柱、骨科、牙科等植入物方面得到應用，骨科手術用氮化硅種植體實例如圖5所示。

圖5 常用氮化硅種植體[78]

Amedica公司[77]開發(fā)了一種獨特的氮化硅植入體，其具有非常高的綜合性能。據官方報道，以美國SINTX(美國納斯達克上市的氮化硅材料技術開發(fā)應用公司)為例，2012年以來，氮化硅脊柱材料以20%的速度增長。SINTX公司通過機器沉淀，Robocasting 3D打印技術，成為全球首家采用該技術研制出醫(yī)療氮化硅陶瓷材料的公司。日本特陶研制的氮化硅陶瓷關節(jié)也已廣泛應用。官網報道，美國Biorep胰島移植機里用到直徑為15.875 mm的氮化硅球珠，氮化硅球珠可提高胰腺消化效率，同時防止胰腺與腔室系統(tǒng)同步移動,這些球珠還能增加胰腺組織在腔室系統(tǒng)內的分散程度。

SINTX公司在氮化硅殺毒消菌方面做了大量的研究，2020年7月20日，美國SINTX發(fā)布氮化硅材料可以有效地殺死冠狀SARS-CoV-2病毒[79]。納米級氮化硅粉末具有獨特的表面生物化學性，可以抑制細菌感染。在這項研究中，將SARS-CoV-2病毒粒子暴露于15%的氮化硅懸浮液中，滅活時間為1 min。經過測試,與暴露于水的結果相比，氮化硅懸浮液對 SARS-CoV-2病毒粒子的滅活效果遠遠大于在水中的比例。

3 結論與展望

高性能氮化硅陶瓷的應用越來越廣泛，對氮化硅粉體質量的要求越來越高，如何突破氮化硅粉國產化制備技術，打破高端粉體受國外制約的現(xiàn)狀，仍然是未來粉體發(fā)展的主要方向。氮化硅陶瓷各種優(yōu)異的特性被開發(fā)和應用，作為氮化硅陶瓷球在國內、國際都占有一定的比例，產業(yè)化發(fā)展已成規(guī)模，未來的發(fā)展是提高高端陶瓷球占比，提高國際市場占有率。但氮化硅陶瓷作為高透波材料、高導熱材料以及生物材料和國外相比還有很大的差距，關鍵核心技術被國外企業(yè)所控制，高端產品主要依賴于進口，國內還處在一個小批量生產和科學研究階段。所以在透波材料領域、半導體領域以及生物陶瓷領域，關鍵制備技術的突破以及產業(yè)化的實現(xiàn)是未來發(fā)展的主方向。