氮化硅鐵通常以硅鐵合金或單質(zhì)硅為原料，利用氮化技術(shù)高溫合成而來。按照硅含量的高低，硅鐵原料可以分為45硅鐵(FeSi45)、65硅鐵(FeSi65)、75硅鐵(FeSi75)、90硅鐵(FeSi90)等牌號(hào)。國(guó)外也生產(chǎn)一些硅含量低的硅鐵和其他牌號(hào)的硅鐵，如硅含量10%-30%的硅鐵。氮化硅鐵的生產(chǎn)多采用75硅鐵作為原料，通入高純氮?dú)鈱⒃显诔夯蚋邏合赂邷氐纯傻玫梃F。表1所列為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的硅鐵牌號(hào)及化學(xué)成分。
①直接氮化法
將硅鐵粉在高溫下直接氮化，這是一種傳統(tǒng)的制備方法。操作十分簡(jiǎn)單，并且不需要復(fù)雜的設(shè)備。反應(yīng)所需溫度也不高，容易推廣和使用。該方法合成出的氮化硅鐵的活性十分強(qiáng)，并且結(jié)構(gòu)較為疏松，在工業(yè)生產(chǎn)中適合制成粉狀利用。但是直接氮化法也存在氮化時(shí)間長(zhǎng)，氮化率低，能耗高等問題。如果需要得到高含量的β-Si3N4，必須延長(zhǎng)氮化時(shí)間，這會(huì)增加額外的能耗。
②自蔓延高溫合成法
自蔓延高溫合成，也稱燃燒合成，是一種利用化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的高熱的自發(fā)加熱和自發(fā)傳導(dǎo)過程來獲得產(chǎn)物的一種技術(shù)。合成時(shí)使混合反應(yīng)物在一定的條件下發(fā)生高放熱的化學(xué)反應(yīng)，所放出的熱量促使反應(yīng)以燃燒波的形式自動(dòng)蔓延下去，形成新的化合物。該方法不同于傳統(tǒng)的經(jīng)典燃燒，而是獲得有用材料的一種燃燒合成方法。自蔓延高溫合成的燃燒類型涉及滲透燃燒、鋁熱劑燃燒(液體火焰)和固體火焰等。滲透燃燒是指多孔金屬或非金屬壓坯與氣體發(fā)生燃燒反應(yīng)，氣體通過空隙進(jìn)入固體多孔從而得到不斷補(bǔ)充，產(chǎn)物一般為固相。液體火焰是指在燃燒過程中原料、燃燒中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物三者之間有部分或全部為液相。固體火焰是指燃燒原料、燃燒中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物都是固體的燃燒。Warner等人將硅鐵粉、氮化硅鐵粉末按照質(zhì)量比(1-10)：(1-6)或者硅鐵粉、金屬硅粉和氮化硅鐵粉按(1-10):(1-6):(1-6)的質(zhì)量比混合，并加入銨鹽添加劑和通入3-15MPa氮?dú)?，在高壓容器中自蔓延高溫燃燒合成氮化硅鐵粉。
相較于直接氮化法，此法消耗的能量較低，除了反應(yīng)開始階段需要少量能量使反應(yīng)啟動(dòng)外，不再需要額外的能量攝入，效率相對(duì)較高。采用該方法無需提前壓塊。由于反應(yīng)進(jìn)行的容器是直立環(huán)狀筒，通過外加添加劑能夠很好的控制反應(yīng)的速率，不至于太快，也有利于控制體系的雜質(zhì)的生成量，不至于太多。但該反應(yīng)也有其缺陷，其需要的氮?dú)鈮毫艽螅枰诟邏簵l件下進(jìn)行反應(yīng)，提高了操作難度。并且一旦燃燒開始，反應(yīng)就不能停下，難以控制，需要操作人員有比較嫻熟的操作技能。
③閃速燃燒合成法
閃速燃燒合成是利用燃料的固體或液體顆粒群漂浮在氧化劑氣體中的放熱燃燒反應(yīng)，自我維持反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，最終獲得有用材料的燃燒合成方法。這種方法是近年來才發(fā)展起來的一種新型工藝，其燃燒的方式是燃料懸浮在氣體中的燃燒。由于此種燃燒反應(yīng)速率極快，故命名為“閃速燃燒合成”。該方法的生產(chǎn)成本相對(duì)于其他方法大幅降低，合成出的氮化硅鐵不含游離態(tài)的硅，而且適用于大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)?？刹捎昧６取?.088mm的硅鐵細(xì)粉為原料，在1400℃到1600℃，一定的氮?dú)鈮毫l件下，利用閃速燃燒合成出細(xì)蜂窩狀的氮化硅鐵。該方法合成的氮化硅鐵的主晶相為柱狀結(jié)晶的β-Si3N4相，微小圓形顆粒的α-Si3N4以及Fe3Si，除此以外還有SiO2，以及少量的Al0.5Fe3Si0.3相。閃速燃燒合成克服了自蔓延高溫合成方法的一些不足，可以利用相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)備，在低氮?dú)鈮合?，連續(xù)、大規(guī)模、低成本和高質(zhì)量地燃燒合成一些氮化物，如氮化硅鐵、氮化硅和氮化鋁等，它應(yīng)該是一種極有前途的新型燃燒合成方法。
④碳化還原法
以鐵礦粉，焦炭粉，石英粉等為主要原料，利用常溫結(jié)合劑，按照一定的比例混合，在適宜的溫度條件下進(jìn)行碳在高熱條件下還原氮化燒結(jié)的反應(yīng)，冷卻后的產(chǎn)物通過破碎和磨細(xì)兩道工序處理，得到高性能的氮化硅鐵材料。該類產(chǎn)物主要用于生產(chǎn)高爐炮泥的耐火材料。最佳工藝條件是控制溫度在1450℃，焦炭過量50%，并且保溫時(shí)間在3小時(shí)以上。焦炭量的控制十分重要，如果加入的量太少(<50%)，會(huì)由于還原氣氛不足而使得原料中的石英粉不能夠完全被氮化，反之，若加入的焦炭的量太多(高于50%)，則會(huì)使生成的β-Si3N4轉(zhuǎn)變成其他產(chǎn)物，反而減少了氮化硅的產(chǎn)量。該方法制備消耗的能量較少，但是因?yàn)槭褂玫脑霞兌炔桓撸铣僧a(chǎn)物的雜質(zhì)較多，該方法合成的氮化硅鐵只適用于炮泥耐火材料。
⑤微波合成法
微波是一種電磁波，波長(zhǎng)在1-1000mm范圍內(nèi)，頻率為0.3-3000GHz。自20世紀(jì)30年代美國(guó)人SouthWorth證實(shí)電磁波可在空心的金屬管中傳輸以來，微波技術(shù)走過了長(zhǎng)足的發(fā)展之路，在冶金，材料，廢物處理，食品加工，醫(yī)藥行業(yè)等領(lǐng)域都有重要作用。利用微波合成法合成氮化硅鐵，是將粒度小于0.5mm的硅鐵粉末置于反應(yīng)腔體內(nèi)，和含銨的添加劑混合均勻后，在一定的溫度(800-1800℃)，壓力(0.1-0.12MPa)以及微波頻率(300MHz-300GHz)的條件下，通入氮?dú)膺M(jìn)行微波合成(合成時(shí)間0.5-3h)，最后得到的產(chǎn)物冷卻后即為氮化硅鐵。此法與傳統(tǒng)的通過對(duì)流、傳導(dǎo)或者輻射加熱的方式不同，它利用的是微波所獨(dú)有的特殊波段與材料的基本結(jié)構(gòu)耦合產(chǎn)生熱量，所需溫度更低，所需的時(shí)間更短，能耗也更低，適合實(shí)驗(yàn)室小批量生產(chǎn)。