Керамика нитрида кремния (SI3N4) обладает превосходной прочностью изгиба, устойчивости к тепловым ударам, коррозионной стойкости кислоты и щелочи и теплопроводности и является ключевым материалом в аэрокосмической, медицинских устройствах, электромобилях и других полях. Исследования показывают, что кремниевая нитридная керамика обладает высокой теоретической теплопроводностью, нитрид кремния является сильным соединением ковалентной связи, и в его теплопроводности преобладает тепловая вибрация решетки, а ключевыми факторами, влияющими на теплопроводность керамики. Дефекты решетки, особенно дефекты кислорода в решетке. Окислительное поведение пористого и порошкообразного нитрида кремния Динамическая атмосфера окисления, пористый и пудровый образец сделает более серьезное окисление нитрида кремния. Существует две формы кислорода из нитрида кремниевого нитрида, одна из них для образования слоя оксида кремнезема на поверхности, а другая - войти в решетку нитрида кремния с образованием дефектов кислорода. В процессе приготовления порошка кислород, адсорбированный внутри кристаллической решетки и на поверхности частиц порошка, составляет около 1 Вт%. При высоких температурах кислород растворяется в решетке и заменяет атомы азота с образованием кремниевых вакансий, образуя центры рассеяния во время распространения фонона и влияя на теплопроводность нитрида кремния. Чем ниже содержание кислорода в порошке, тем лучше всесторонние свойства приготовленной керамики. Wang Yuelong et al. Выбранный порошок нитрида кремния с исходным содержанием кислорода 1,21 Вт% и окислял его при разных температурах при 573K-1273K в проточном воздухе. Изменение содержания кислорода в порошке нитрида кремния при температуре
Результаты показывают, что порошок нитрида кремния обладает хорошей устойчивостью к окислению, содержание кислорода в порошке ниже 1073K почти не увеличивается, содержание кислорода в порошке медленно увеличивается между 1073K и 1273K, а содержание кислорода резко увеличивается до 1273K. После удержания при 1273 тыс. В течение 5 часов и 10 часов содержание кислорода в порошке нитрида кремния увеличивалось до 2,01 Втт% и 3,26 Втт% соответственно, а толщина слоя оксида поверхности увеличилась от 0,45 нм до 1,05 нм и 2,31 Нм. Благодаря теоретическому расчету и обнаружению XPS содержание кислорода с решеткой в нитриде из кремния составляет около 0,5 Втт%.
В ходе изучения пористого Si3n4 он обнаружил, что при статической атмосфере атмосферного давления реакция окисления пористого Si3n4 очень слаба; Выше 800 ℃ очевидная реакция окисления можно увидеть; Выше 1000 ℃ реакция окисления усиливается, и скорость увеличения веса ускоряется, и она предпочтительно происходит на поверхности и внешней стенке пор, а затем во внутренних порах образца. Реакция окисления контролируется химической кинетикой на границе раздела. Кроме того, при той же температуре атмосфера динамического окисления ускорит окисление Si3n4, особенно для пористых и порошкообразных образцов.
Механизм окисления
Подобно кремниевым карбидным материалам, механизм окисления нитрида кремния делится на механизм активного окисления и пассивного окисления с разницей в частичном давлении и температуре кислорода. Активное окисление относится к реакции нитрида кремния и кислорода с образованием ороксида кремния и азота. Механизм пассивного окисления является основой анализа температуры перехода, поэтому необходимо иметь четкое понимание пассивного механизма окисления нитрида кремния. Формула реакции следующая:
Реакцией нитрида кремния при активном механизме окисления является главным образом формулой (1), а реакцией при механизме пассивного окисления является в основном формула (2). Некоторые исследователи обнаружили в эксперименте, что может быть реакция (3) в пассивном механизме окисления одновременно. Кроме того, уравнение реакции (4) может происходить на границе SIO2 и Si3N4.
Механизм реакции при пассивном механизме окисления
По термодинамическому расчету, Chen Siyuan et al. изучал долю реакционной формулы (3) в механизме пассивного окисления при заданной температуре и давлении и обнаружено в результате экспериментов, что отношение NO и N2 было очень небольшим, поэтому можно считать, что реакция пассивного механизма окисления кремния Нитрид является только реакционной формулой (2). Повышение температуры и парциального давления кислорода на границе раздела увеличит давление NO, то есть возможность реакции (3) увеличится.
В условиях высокой температуры и низкого парциального давления кислорода нитрид кремния трансформируется от пассивного механизма окисления в механизм активного окисления, образуя SIO и N2, окислительная пленка разрушается, механизм антиокисления терпит неудачу, а материал начинает с абляцией. Устойчивость к окислению нитрида кремния неэффективна после абляции, а волновая пропускная способность материала серьезно влияет. Следовательно, область, где механизм окисления изменений нитрида кремния очень важен для изучения его устойчивости к окислению и пропускания волны.
При той же температуре, когда концентрация кислорода уменьшается, механизм окисления нитрида кремния изменяется на активное окисление. Когда парциальное давление кислорода постоянно и температура поверхности повышается, механизм окисления изменяется от пассивного окисления до активного окисления.
Кривая температуры перехода нитрида кремния при различном парциальном давлении кислорода была получена Chen et al. Кривая разделила область окисления на пассивную область окисления и область активного окисления.
Температура перехода нитрида кремния при различных частичных давлениях кислорода
Перерация
Керамика нитрида кремния имеет высокую теоретическую теплопроводность, а вторая фаза содержание и дефекты решетки, особенно дефекты кислорода в решетке, оказывают большое влияние на теплопроводности кремниевой нитридной керамики. Следовательно, очень важно изучить устойчивость к окислению порошка, форма кислорода в нитриде кремния и его механизм окисления.
(Материал из Интернета, вторжение)
