La polvere di alta-qualità è la base per la produzione di ceramiche al nitruro di silicio ad alte-prestazioni, mentre la tecnologia di preparazione delle polveri a basso-costo è fondamentale per l'applicazione diffusa delle ceramiche al nitruro di silicio. Dagli anni '30, la qualità della polvere di nitruro di silicio è stata notevolmente migliorata attraverso la progettazione di sistemi di reazione e l'adozione di metodi avanzati di trasferimento di calore o di massa. I principali metodi di preparazione includono la nitrurazione diretta della polvere di silicio, la sintesi auto-ad alta-temperatura (SHS), la riduzione carbotermica, la decomposizione termica, il sol-gel e la deposizione chimica in fase vapore. Attualmente, i metodi di produzione commerciale della polvere di nitruro di silicio sul mercato includono principalmente:
Nitrurazione diretta della polvere di silicio:
La nitrurazione diretta della polvere di silicio è il primo metodo utilizzato per produrre polvere di nitruro di silicio. Al momento, questo processo è relativamente maturo nella produzione industriale, consente la produzione su larga-scala e ha costi di produzione relativamente bassi, il che lo rende il metodo più ampiamente adottato dalle imprese nazionali e internazionali. I principali produttori internazionali di polveri come ALZ (Germania), HC Starck (Germania), VESTA (Svezia) e Denka (Giappone) utilizzano questo metodo per la produzione di massa di polvere di nitruro di silicio. Tuttavia, la polvere prodotta con questo metodo tende a contenere elementi impuri come Fe, Ca e Al, insieme a contenuti di -fase e ossigeno relativamente elevati, che sono dannosi per la preparazione di ceramiche di nitruro di silicio ad alte-prestazioni.
Sintesi auto-propagante dell'alta-temperatura (SHS):
La sintesi auto-propagante ad alta-temperatura, nota anche come SHS, è un metodo di preparazione emergente negli ultimi anni. Questo metodo offre vantaggi quali alta efficienza, risparmio energetico e rispetto dell’ambiente. Tuttavia, a causa della velocità di reazione estremamente elevata durante la preparazione della polvere, il processo di reazione è difficile da controllare.
Riduzione carbotermica:
Il metodo di riduzione carbotermica utilizza materie prime a basso-costo e produce polvere con granulometria fine, velocità di reazione rapida e alto contenuto di -Si₃N₄, rendendola adatta alla produzione su larga-scala. Tuttavia, la polvere di nitruro di silicio preparata con questo metodo spesso contiene carbonio residuo o carburo di silicio, con conseguente bassa purezza e impatto sulla qualità e sull'applicazione del prodotto. La nitrurazione carbotermica è stata commercializzata con successo.
Decomposizione termica della diimmide del silicio:
Il metodo della reazione in fase liquida- (noto anche come decomposizione chimica della diimmide di silicio) produce polvere di nitruro di silicio con un contenuto di fase - estremamente elevato e un'eccellente attività di sinterizzazione. Tuttavia, questo metodo è difficile da implementare, presenta elevate barriere tecniche e richiede materie prime di elevata-purezza. La sfida sta nell'ottenere diimmide di silicio allo stato solido-stabile (Si(NH)₂). Attualmente, questo metodo è diventato l'approccio più importante per la produzione commerciale di polvere di nitruro di silicio di elevata-purezza e alta-qualità. La giapponese UBE Corporation è stata il primo produttore a espandere questo metodo per produrre prodotti in polvere di nitruro di silicio con prestazioni eccellenti e qualità stabile.