前氮化硅铁主要用作高炉出铁口炮泥、出铁沟等炭系耐火材料中。由于Fe-Si3N4具有热膨胀系数小、抗热震性好及不易被熔渣渗透等特点，也被用于合成复合材料、镁质浇注料、不烧无铬耐火材料等。       氮化硅铁       1、在Al2O3-SiC-C系耐火材料中的应用       1.1在Al2O3-SiC-C质炮泥中的应用       试验和工业应用表明：氮化硅铁不仅可以改善炮泥的物理性能、高温强度，而且对炮泥的开口性能、抗侵蚀冲刷性能等应用性能的提高具有很好的效果。近年来，全国重点大型钢铁企业2000m3以上高炉堵铁口炮泥基本上都使用氮化硅铁。添加氮化硅铁的炮泥很好地满足了大型高炉的需要，使高炉出铁次数由18次普遍降低到12次，可降到6次。炮泥的消耗量由每吨铁1.2kg降低到0.5kg。       但是氮化硅铁在炮泥中的添加达到一定量以后，炮泥的综合性能提高不明显，因此，应控制好氮化硅铁加入量。有研究认为，氮化硅铁加入量控制在10%~20%(w)时，炮泥综合性能好。       关于氮化硅铁在高炉炮泥中作用机制的研究有不少报道。文献中对氮化硅铁在高炉出铁口用炮泥料中的性状进行了研究。结果发现：在1250℃开始放出队；1300℃以上时，铁常常发生硅铁化；1400~1500℃时反应剧烈，放出大量气体，基质中生成了SiC和AlN。分析认为，氮化硅铁在炮泥中发生的反应如下：       9Fe+Si3N4→3Fe3Si+2N2，(1)       3Fe+Si3N4+2C→Fe3Si+2SiC+2N2，(2)       9Fe+Si3N4+Al2O3+3C→2AlN+3Fe3Si+3CO+N2。(3)       可见，在炮泥中加入氮化硅铁，高温下在基质中生成SiC和AlN，增强了基质，同时产生大量气体，可以提高炮泥的气孔率，改善炮泥的开口性能和透气性能，产生的气体可以减少与铁水接触界面的摩擦，防止炉渣侵蚀。       氮化硅铁-碳体系中高温下主要发生氮化硅向碳化硅的转变，Fe对Si3N4向SiC转化具有明显的促进作用，是由于SiC-C复相材料的形成而强化了高炉炮泥的强度及抗熔渣侵蚀性能，使用性能大大提高。研究认为，高温下Si3N4同金属Fe反应生成的Fe3Si增加液相量，不仅促进烧结，而且促进α-Si3N4向β-Si3N4转变，形成长柱状晶粒；另外，Si3N4同C反应生成SiC，大量Si3N4和SiC彼此交叉构成网络结构，提高了炮泥的高温强度。然而，徐国涛等则认为1300℃以上，氮化硅铁并不一定发生硅铁化，其认为氮化硅铁首先分解为氮化硅与Fe，Fe容易氧化形成硅铁的氧化物固溶体，而分解的氮化硅也可能发生氧化生成氮氧化合物，产生N2，可以避免炭素被氧化，也可促进烧结过程中生成微小气孔，有利于改善炮泥的透气性能和开口性能。       1.2在Al2O3-SiC-C质铁沟料中的应用       将少量Fe-Si3N4加入到Al2O3-SiC-C质铁沟料中，可改善材料的抗氧化性，提高材料的高温强度，因而极大地提高了高炉出铁沟的通铁量。研究发现，氮化硅铁可以显著改善Al2O3-SiC-C质出铁沟浇注料的抗氧化性，而且随着氮化硅铁加入量的增加，抗氧化能力增强。其抗氧化机制为：在高温氧化气氛下，表面氮化硅铁中的Si3N4首先氧化生成SiO2，构成氧化层的主体；随着铁相材料的氧化，形成的氧化铁不但降低了氧化层的熔点，而且降低了熔体的黏度，增进熔体在材料表面上的润湿性及流动性，形成覆盖于材料表面的氧化层而阻止炭素氧化，使其具有比纯Si3N4更好的抗氧化性能。但是加入氮化硅铁，会使浇注料的加水量增加，常温性能指标有所降低，因此要控制氮化硅铁的加入量，以保证具有足够的施工性能和脱模强度。       铁沟料       1.3在Al2O3-SiC-C砖中的应用       研究表明，在鱼雷车用Al2O3-SiC-C砖中加入氮化硅铁，提高了高温抗折强度，原因是加入氮化硅铁后，在高温下生成S2N2O，且随着氮化硅铁加入量的增多，Si2N20增多，高温抗折强度增大。       2、Fe-Si3N4-SiC复合材料       Si3N4-SiC材料具有良好的理化性能和高温性能，广泛用于高炉、铝电解槽等高温领域，具有很好的使用效果。与纯氮化硅相比，氮化硅铁具有更好的烧结性，可用作高温结合相。以质量分数分别为90%和10%的工业SiC和硅铁粉为原料，外加2%(w)的黄糊精，经1380℃5h氮化烧成制备出Fe-Si3N4结合SiC复合材料，生成的物相除巧為、SiO2外，还含有少量硅铁(FeSi)和单质Fe。       以质量分数分别为12%和88%的FeSi粉和SiC为主要原料，通过直接氮化反应烧结，成功制备出Fe-Si3N4-SiC复合材料，其主要物相为SiC、α-Si3N4、β-Si3N4和Fe3Si，硅铁金属间化合物均呈直径小于10μm的类球状，均匀分布的硅铁金属间化合物可以作为金属塑性相。合成的Fe-Si3N4-SiC制品的常温耐压强度和高温抗折强度均优于Si3N4-SiC材料。Fe-Si3N4-SiC复合材料不仅含有高温增强相SiC和氮化硅，还含有金属塑性相(Fe、FeSi或Fe3Si)，可改善材料的抗热震性，该材料有望在高温领域有良好的应用前景。       3、在其他耐火材料中的应用       氮化硅铁含有氮化硅和Fe相，具有高温性能好，热膨胀系数小，抗热震性好以及不被熔渣渗透等一系列优异性能，也已被用到其他耐火材料中。利用氮化硅铁含有高温增强相氮化硅和金属塑性相Fe，以刚玉、尖晶石为原料，将氮化硅铁以细粉形式添加，根据过渡塑性理论制备出低成本的抗氧化、抗侵蚀性好的无铬不烧耐火材料。该耐火材料具有优良的物理性能，良好的抗氧化性和钢水侵蚀性，可用来代替镁铬砖用于RH精炼炉。       将一定量的氮化硅铁引入到镁质浇注料中，改善了镁质浇注料的中高温处理后的强度以及热态抗折强度，其认为这是因为氮化硅铁在加热过程能部分氧化成SiO2，进而形成纤维状的镁橄榄石，增大强度；铁相物质能和方镁石固溶，促进烧结。将氮化硅铁引入到高铝质浇注料中制备高热震性和抗侵蚀性好的高铝浇注料，期望可以代替用于与铝液接触的部位(要求具有高的化学稳定性和良好的抗热震性)的高铝砖。结果发现，加入氮化硅铁后，干燥和烧后材料的显气孔率降低，体积密度、强度增大，虽然熔渣对试样的渗透增大，但是熔渣对试样的侵蚀减轻。

       高氮合金材料属世界材料科学前沿领域，世界上各发达国家近几年加大力度竞相研发。由于氮元素资源丰富、廉价、生产工艺环保、节省资源和能源，高氮合金被誉为环境友好材料、被世界材料科学界公认为前沿领域材料。用氮元素完全取代镍进行合金化，一方面可以节省镍资源，另一方面可以从根本上减少镍合金在生产过程中对环境造成的严重危害。​       氮合金化后显著提高材料的强度、韧性、无磁性、抗蚀性，相对于传统不锈钢在海水中耐蚀能力较弱的情况，高氮钢突显了超强的抗海洋环境腐蚀性能，氮元素具有强烈稳定奥氏体的作用，即使是大变形情况下依然具有无磁性。高氮合金材料可以应用于海洋工程设备设施中重要的部件，包括平台结构件、耐海水腐蚀高强度钢丝绳、海底油气管线、海水淡化装置、跨海大桥构件、高强度耐蚀紧固件、阀体、泵体等。除此之外，高氮合金材料还可以应用在舰船推进器用螺旋桨、明轮等；石化设备零部件；汽车涡轮增压器壳体、涡轮、排气歧管等方面。也可以用在骨科用内植入材料，包括膝关节、髋关节、骨钉、骨板等。”季长涛说，在医疗领域，植入器械的表面是与人体直接接触的，高氮合金材料具有优异的生物相容性，强度也非常高，适合于人体膝关节、髋关节等受力部位。       高氮合金研发项目有助于快速构建一个新型的、符合对国家经济、国防起到关键支撑作用的绿色、环保、高性价比、资源节约型高品质特殊性能合金产业。

       氮化硅作为一种主要依靠人工条件合成的化合物，在一百五十多年前被国外科学家成功研制，地球上自然存在的氮化硅（大小约为2×5μm）直到二十世纪九十年代才在陨石中被人类发现。氮化硅作为一种重要的结构陶瓷材料，具有同其他金属和材料更为优越的耐高温、耐腐蚀、耐磨性、高韧性、高抗弯强度等性能，能够被应用于传统金属材料所不能适应匹配的高要求极端运作环境，其制成零部件等产品可被应用于机械工程、超细研磨、高性能机床切削刀具、冶金等领域。       下面简略介绍几种氮化硅陶瓷制品（包含但不仅限于）：       （一）氮化硅陶瓷轴承及轴承球       陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，在新材料领域当中，因具有相较于金属轴承更优良的耐高温、高强度等性能而被推崇应用。伴随加工技术、工艺水平的日益提高，其制造成本的下降，产品市场价格走向实用化，陶瓷轴承的应用开始向各行业领域进军，不再仅停留于高、精、尖、小范围内应用。陶瓷轴承的材质主要分为氮化硅和氧化锆，氮化硅制陶瓷相比氧化锆材料适用于更高转速、高负荷，以及高温的环境下。利用氮化硅制备高速、高精度刚性主轴的精密陶瓷轴承，其制造精度可达P4至UP级。氮化硅或氮化硅基陶瓷复合材料也因此被公认是制造轴承及其零件最理想的材料。目前氮化硅陶瓷轴承主要用于四个方面：①高速轴承②高温轴承③真空用轴承④腐蚀用轴承。       氮化硅陶瓷球则是在非氧化环境中高温烧结的精密陶瓷制品，具有耐酸碱、耐腐蚀等特性，不仅可以在海水中长期使用，绝缘性、自润滑性也十分优异，因此可以使用到无润滑介质高污染的环境中。在800℃时，氮化硅陶瓷球强度、硬度几乎不变，密度为3.20g/cm3，重量几乎是轴承钢的1/3的重量，旋转时离心力小.可实现高速运转。由此氮化硅陶瓷球很大程度上能成为陶瓷轴承、混合陶瓷轴承的佳选球珠，在超细研磨领域也发挥着重要的作用。       （二）氮化硅制涡轮转子       涡轮增压是一种利用内燃机运作所产生的废气驱动空气压缩机的技术，作用在于提高发动机的进气量，从而增加发动机的功率和扭矩，同时对降低燃油消耗、减少噪声、减少尾气中的有害分子等方面具有重要意义。涡轮增压器的关键零件是涡轮转子，主要由转子叶片、涡轮盘、涡轮轴等零件组成。氮化硅系陶瓷具有的质量轻、高强度、高耐热、耐冲击和高断裂韧性等优越性质，与高品质转子的适用要求非常匹配。经试验表明，氮化硅制成的涡轮转子转动惯量可减少40%，增压响应时间快30%，明显改进了低速时的加速度。并且氮化硅陶瓷在涡轮增压器上的应用，为车用涡轮增压器上的轻量化技术提供了可能。       （三）氮化硅陶瓷刀具       在全球制备硬质合金的金属矿产资源日益减少、价格上涨的大环境下，新技术的发展促进了多种高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨耐高温新材料的研制，陶瓷刀具也应运而生。一代陶瓷刀具为氧化铝陶瓷刀具，于1950年开始在生产上进行应用，1968年二代的复合氧化铝陶瓷刀具在强度和韧性上较一代性能更加优异；20世纪70年代末80年代初国际上第三代陶瓷刀具——氮化硅陶瓷刀具才出现。这类刀具又比第二代复合氧化铝刀具更高的韧性、抗冲击性、高温强度和抗热震性。氮化硅刀具主要适用于铸铁、高温合金的粗加工、高速切削和重切削，其优异的化学稳定性和耐磨性可在高速条件下长时间进行切削加工运作，比普通硬质合金刀具运行效率平均提高三倍以上。       （四）铝冶金氮化硅陶瓷部件       氮化硅陶瓷具有的抗铝液腐蚀的特性让其在铸铝连轧生产线和炼铝、熔铝作业中，可用来制作测温热电偶管套、炼铝炉炉衬、铝液包子内衬、坩埚、铸铝模具、铝电解槽等用具。例如氮化硅陶瓷制成的热电偶管套用于铝液测温这一技术已经开始在我国普及，这种管套相较于常用的不锈钢、刚玉陶瓷管套在使用性能上更加优异，毕竟不锈钢容易被铝液腐蚀，连续使用20h后就会被损坏，刚玉更是经不起热冲击。而在铝液中性能长期稳定、间歇测温1200次以上都不开裂的氮化硅陶瓷管套在加工过程中可谓是一大利器。