Selon la méthode de production, les produits en nitrure de silicium peuvent être divisés en produits de frittage par réaction, produits de pressage à chaud, produits de frittage atmosphérique, produits de pressage isostatique et produits de recuit de réaction. Parmi eux, le frittage réactionnel est une méthode largement utilisée pour produire des produits réfractaires en nitrure de silicium.
La méthode de frittage par réaction permet d'obtenir des produits à partir de nitrure de silicium par pressage ou pressage isostatique de poudre de silicium finement broyée (la taille des particules ne dépasse généralement pas 80 microns), en séchant le corps vert, en le chauffant à 1350-1400 degrés dans l'azote et en le nitrurant pendant le processus de cuisson. Dans cette méthode de production, les conditions de la matière première, le processus de cuisson et l'atmosphère ont une grande influence sur les caractéristiques du produit.
La poudre de silicium contient de nombreuses impuretés telles que Fe, Ca, Al, Ti, etc. Fe est considéré comme un catalyseur dans le processus de réaction. Cela peut favoriser la diffusion du silicium, mais en même temps cela peut provoquer des défauts tels que des pores. Le rôle principal du Fe est celui d'additif : il peut agir comme un catalyseur dans le processus réactionnel, favorisant la formation d'un film d'oxyde de SiO2 à la surface du produit ; forment un système de fonte de fer-silicium et l'azote se dissout dans le FeSi2 liquide, favorisant la formation de -Si3N4. Cependant, si les particules de fer sont trop grosses ou si leur teneur est trop élevée, des défauts tels que des pores apparaîtront dans le produit, ce qui réduira ses performances. Généralement, la quantité de fer ajoutée est de 0 à 5 %. Les impuretés telles que Al, Ca et Ti forment facilement un faible eutectique avec le silicium. La quantité appropriée d'additifs peut favoriser le frittage et améliorer les caractéristiques du produit.
Plus la granulométrie de la poudre de silicium est fine, plus la surface spécifique est grande et plus la température de cuisson est basse. Par rapport à une poudre de silicium plus grosse, une poudre de silicium plus fine contient plus de -Si3N4 dans le produit. La réduction de la taille des particules de poudre de silicium peut réduire la taille des pores microscopiques du produit. Un rapport granulométrique approprié peut augmenter la densité du produit.
La température a une grande influence sur le taux de nitruration. La réaction de nitruration commence à une température de 970 à 1 000 degrés et la vitesse de réaction s'accélère à une température d'environ 1 250 degrés. Dans l'étape à haute température, comme il s'agit d'une réaction exothermique, si la température dépasse rapidement le point de fusion du silicium (1420 degrés), un écoulement de silicium peut se produire et les préformes de poudre de silicium résistantes fondront et se briseront.