此法的原料是一定纯度的石英粉和高纯炭粉(焦炭或木炭) ， 将原料混合均匀后放入反应炉内通入氮气或者氨气加热到1400℃ 进行反应,二氧化硅会先和碳进行还原反应 ， 生成单质硅后再和氮气或者氨气进行反应得到氮化硅 ， 反应式如下:
SiO2 + C+N2 — >Si3N4+CO ,
SiO2 +C+NH3 — >Si3N4+CO+H2O
碳热还原法的优点是所得到的微粉粒径小且纯度高,且含有大量的 a 相,反应过程简单 ， 比直接氮化法的速度快 ， 效率高 。 反应时要保证碳过量 ， 以免有剩余的二氧化硅未反应 。 当反应结束后 ， 产物约在600℃时 ， 过量的碳燃烧后便可排除 。 该制备方法的缺点是二氧化硅很难完全还原氮化 , 残存二氧化硅会极大影响陶瓷的高温性能 。
对二氧化硅在氮气气氛下碳热还原制备氮化硅的反应体系进行了热力学分析 ， 最终得出了制备纯氮化硅的工艺条件是氮气流量为 3L•mie - , 煅烧温度为 1500℃。 为了进一步提高产品质量,以水玻璃为硅源 ，炭黑为碳源制备了Si3N4粉体 ， 并发现碳 、 硅物质的量比为 3：1时 ， 产物全部为Si3N4。
以 NH3 代替 N2 并对其反应体系进行了热力学与动力学的研究,发现氨气气氛的合成反应比氮气气氛要快得多 。另外 ， 碳热还原法中碳的来源比较广泛 ， 如木屑废纸纸等 ， 对环境保护与资源再利用有重要意义 。
另外 ， 为了提高反应物的接触面积 ， 提高反应速率,缩短反应时间 ， 人们又利用溶胶-凝胶法对碳热还原法进行了改进 ， 其合成路径主要是先利用溶胶-凝胶法制备二氧化硅 ， 再利用碳热还原法制备氮化硅 。