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具有熱膨脹系數小、抗熱震性好及不易被熔渣滲透等特點，也被用于合成復合材料、鎂質澆注料、不燒無鉻耐火材料等。       氮化硅鐵       1、在Al2O3-SiC-C系耐火材料中的應用       1.1在Al2O3-SiC-C質炮泥中的應用       試驗和工業應用表明：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。結果發現：在1250℃開始放出隊；1300℃以上時，鐵常常發生硅鐵化；1400~1500℃時反應劇烈，放出大量氣體，基質中生成了SiC和AlN。分析認為，氮化硅鐵在炮泥中發生的反應如下：       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，高溫下在基質中生成SiC和AlN，增強了基質，同時產生大量氣體，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生氮化硅向碳化硅的轉變，Fe對Si3N4向SiC轉化具有明顯的促進作用，是由于SiC-C復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反應生成的Fe3Si增加液相量，不僅促進燒結，而且促進α-Si3N4向β-Si3N4轉變，形成長柱狀晶粒；另外，Si3N4同C反應生成SiC，大量Si3N4和SiC彼此交叉構成網絡結構，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生硅鐵化，其認為氮化硅鐵首先分解為氮化硅與Fe，Fe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生氧化生成氮氧化合物，產生N2，可以避免炭素被氧化，也可促進燒結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質鐵溝料中的應用       將少量Fe-Si3N4加入到Al2O3-SiC-C質鐵溝料中，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。研究發現，氮化硅鐵可以顯著改善Al2O3-SiC-C質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，會使澆注料的加水量增加，常溫性能指標有所降低，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性，可用作高溫結合相。以質量分數分別為90%和10%的工業SiC和硅鐵粉為原料，外加2%(w)的黃糊精，經1380℃5h氮化燒成制備出Fe-Si3N4結合SiC復合材料，生成的物相除巧為、SiO2外，還含有少量硅鐵(FeSi)和單質Fe。       以質量分數分別為12%和88%的FeSi粉和SiC為主要原料，通過直接氮化反應燒結，成功制備出Fe-Si3N4-SiC復合材料，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于Si3N4-SiC材料。Fe-Si3N4-SiC復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域有良好的應用前景。       3、在其他耐火材料中的應用       氮化硅鐵含有氮化硅和Fe相，具有高溫性能好，熱膨脹系數小，抗熱震性好以及不被熔渣滲透等一系列優異性能，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澆注料中，改善了鎂質澆注料的中高溫處理后的強度以及熱態抗折強度，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；鐵相物質能和方鎂石固溶，促進燒結。將氮化硅鐵引入到高鋁質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(要求具有高的化學穩定性和良好的抗熱震性)的高鋁磚。結果發現，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前沿領域，世界上各發達國家近幾年加大力度競相研發。由于氮元素資源豐富、廉價、生產工藝環保、節省資源和能源，高氮合金被譽為環境友好材料、被世界材料科學界公認為前沿領域材料。用氮元素完全取代鎳進行合金化，一方面可以節省鎳資源，另一方面可以從根本上減少鎳合金在生產過程中對環境造成的嚴重危害。?       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境腐蝕性能，氮元素具有強烈穩定奧氏體的作用，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用于海洋工程設備設施中重要的部件，包括平臺結構件、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用在艦船推進器用螺旋槳、明輪等；石化設備零部件；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植入材料，包括膝關節、髖關節、骨釘、骨板等。”季長濤說，在醫療領域，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異的生物相容性，強度也非常高，適合于人體膝關節、髖關節等受力部位。       高氮合金研發項目有助于快速構建一個新型的、符合對國家經濟、國防起到關鍵支撐作用的綠色、環保、高性價比、資源節約型高品質特殊性能合金產業。

       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現。氮化硅作為一種重要的結構陶瓷材料，具有同其他金屬和材料更為優越的耐高溫、耐腐蝕、耐磨性、高韌性、高抗彎強度等性能，能夠被應用于傳統金屬材料所不能適應匹配的高要求極端運作環境，其制成零部件等產品可被應用于機械工程、超細研磨、高性能機床切削刀具、冶金等領域。       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件，在新材料領域當中，因具有相較于金屬軸承更優良的耐高溫、高強度等性能而被推崇應用。伴隨加工技術、工藝水平的日益提高，其制造成本的下降，產品市場價格走向實用化，陶瓷軸承的應用開始向各行業領域進軍，不再僅停留于高、精、尖、小范圍內應用。陶瓷軸承的材質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速、高負荷，以及高溫的環境下。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境中高溫燒結的精密陶瓷制品，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、自潤滑性也十分優異，因此可以使用到無潤滑介質高污染的環境中。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，旋轉時離心力小.可實現高速運轉。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，在超細研磨領域也發揮著重要的作用。       （二）氮化硅制渦輪轉子       渦輪增壓是一種利用內燃機運作所產生的廢氣驅動空氣壓縮機的技術，作用在于提高發動機的進氣量，從而增加發動機的功率和扭矩，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。渦輪增壓器的關鍵零件是渦輪轉子，主要由轉子葉片、渦輪盤、渦輪軸等零件組成。氮化硅系陶瓷具有的質量輕、高強度、高耐熱、耐沖擊和高斷裂韌性等優越性質，與高品質轉子的適用要求非常匹配。經試驗表明，氮化硅制成的渦輪轉子轉動慣量可減少40%，增壓響應時間快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用，為車用渦輪增壓器上的輕量化技術提供了可能。       （三）氮化硅陶瓷刀具       在全球制備硬質合金的金屬礦產資源日益減少、價格上漲的大環境下，新技術的發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年開始在生產上進行應用，1968年二代的復合氧化鋁陶瓷刀具在強度和韌性上較一代性能更加優異；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。這類刀具又比第二代復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，其優異的化學穩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線和煉鋁、熔鋁作業中，可用來制作測溫熱電偶管套、煉鋁爐爐襯、鋁液包子內襯、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已經開始在我國普及，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異，畢竟不銹鋼容易被鋁液腐蝕，連續使用20h后就會被損壞，剛玉更是經不起熱沖擊。而在鋁液中性能長期穩定、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。