La ceramica di nitruro di silicio (SI3N4) ha un'eccellente resistenza alla flessione, resistenza agli shock termici, resistenza alla corrosione acida e alcalina e conducibilità termica ed è un materiale chiave in aerospaziale, dispositivi medici, veicoli elettrici e altri campi. La ricerca mostra che la ceramica di nitruro di silicio ha un'elevata conduttività termica teorica, il nitruro di silicio è un forte composto di legame covalente e la sua conduttività termica è dominata da vibrazioni termiche reticolari e i fattori chiave che influenzano la conduttività termica della ceramica sono il contenuto della seconda fase e Difetti reticolari, in particolare i difetti di ossigeno nel reticolo. Comportamento di ossidazione del nitruro di silicio poroso e in polvere L'atmosfera di ossidazione dinamica, il campione poroso e polveroso renderà il nitruro di silicio ossidato più seriamente. Esistono due forme di ossigeno in polvere di nitruro di silicio, una è quella di formare uno strato di ossido di silice sulla superficie e l'altro è entrare nel reticolo di nitruro di silicio per formare difetti di ossigeno. Nel processo di preparazione della polvere, l'ossigeno adsorbito all'interno del reticolo cristallino e sulla superficie delle particelle di polvere è di circa l'1%. A temperature elevate, l'ossigeno si dissolve nel reticolo e sostituisce gli atomi di azoto per formare posti vacanti al silicio, formando centri di dispersione durante la propagazione fonone e influenzando la conduttività termica del nitruro di silicio. Più basso è il contenuto di ossigeno della polvere, meglio sono le proprietà complete della ceramica preparata. Wang Yuelong et al. La polvere di nitruro di silicio selezionato con un contenuto iniziale di ossigeno dell'1,21% in% e lo ha ossidato a temperature diverse a 573K-1273K in aria fluente. Variazione del contenuto di ossigeno della polvere di nitruro di silicio con temperatura
I risultati mostrano che la polvere di nitruro di silicio ha una buona resistenza all'ossidazione, il contenuto di ossigeno della polvere inferiore a 1073K non è quasi nessun aumento, il contenuto di ossigeno della polvere aumenta lentamente tra 1073K e 1273K e il contenuto di ossigeno aumenta nettamente a 1273k. Dopo aver tenuto a 1273K per 5H e 10H, il contenuto di ossigeno della polvere di nitruro di silicio è aumentato rispettivamente al 2,01% e al 3,26wt%, e lo spessore dello strato di ossido di superficie è aumentato da 0,45 nm a 1,05 nm e 2,31 nm. Attraverso il calcolo teorico e il rilevamento di XPS, il contenuto di ossigeno reticolare della polvere di nitruro di silicio è di circa lo 0,5%.
Fengmei ha trovato attraverso lo studio di SI3N4 poroso che sotto l'atmosfera dell'aria statica di pressione atmosferica, la reazione di ossidazione di SI3N4 poroso è molto debole; Sopra 800 ℃, si può vedere l'ovvia reazione di ossidazione; Al di sopra di 1000 ℃, la reazione di ossidazione è intensificata e il tasso di aumento di peso viene accelerato e si verifica preferibilmente sulla superficie e sulla parete dei pori esterni, quindi nei pori interni del campione. La reazione di ossidazione è controllata dalla cinetica chimica all'interfaccia. Inoltre, alla stessa temperatura, l'atmosfera dinamica di ossidazione accelererà l'ossidazione di SI3N4, in particolare per campioni porosi e in polvere.
Meccanismo di ossidazione
Simile ai materiali in carburo di silicio, il meccanismo di ossidazione del nitruro di silicio è diviso in ossidazione attiva e meccanismo di ossidazione passiva con la differenza di pressione parziale e temperatura parziale dell'ossigeno. L'ossidazione attiva si riferisce alla reazione di nitruro di silicio e ossigeno per produrre monossido di silicio e azoto. Il meccanismo di ossidazione passiva è la base dell'analisi della temperatura di transizione, quindi è necessario avere una chiara comprensione del meccanismo di ossidazione passiva del nitruro di silicio. La formula di reazione è la seguente:
La reazione del nitruro di silicio nell'ambito del meccanismo di ossidazione attivo è principalmente la formula (1) e la reazione sotto il meccanismo di ossidazione passiva è principalmente la formula (2). Alcuni ricercatori hanno scoperto nell'esperimento che potrebbe esserci una reazione (3) nel meccanismo di ossidazione passiva allo stesso tempo. Inoltre, l'equazione di reazione (4) può verificarsi all'interfaccia di SIO2 e SI3N4.
Meccanismo di reazione sotto il meccanismo di ossidazione passiva
Per calcolo termodinamico, Chen Siyuan et al. ha studiato la proporzione di formula di reazione (3) nel meccanismo di ossidazione passiva a una data temperatura e pressione, e ha trovato attraverso gli esperimenti che il rapporto da NO a N2 era molto piccolo, quindi si può considerare che la reazione del meccanismo di ossidazione passiva Il nitruro è solo una formula di reazione (2). L'aumento della temperatura e della pressione parziale dell'ossigeno all'interfaccia aumenterà la pressione di NO, cioè la possibilità di reazione (3) aumenterà.
Nell'ambiente di alta temperatura e bassa pressione parziale dell'ossigeno, il nitruro di silicio si trasforma dal meccanismo di ossidazione passiva al meccanismo di ossidazione attivo, formando SIO e N2, il film di ossidamento viene distrutto, il meccanismo anti-ossidazione fallisce e il materiale inizia ad ablittare. La resistenza all'ossidazione del nitruro di silicio è inefficace dopo l'ablazione e la trasmittanza delle onde del materiale è gravemente influenzata. Pertanto, la regione in cui il meccanismo di ossidazione dei cambiamenti di nitruro di silicio è molto importante per studiare la sua resistenza all'ossidazione e la trasmittanza delle onde.
Alla stessa temperatura, quando la concentrazione di ossigeno diminuisce, il meccanismo di ossidazione del nitruro di silicio cambia all'ossidazione attiva. Quando la pressione parziale dell'ossigeno è costante e la temperatura superficiale aumenta, il meccanismo di ossidazione cambia dall'ossidazione passiva all'ossidazione attiva.
La curva di temperatura di transizione del nitruro di silicio sotto diversa pressione parziale di ossigeno è stata ottenuta da Chen et al. La curva ha diviso la regione di ossidazione in regione di ossidazione passiva e regione di ossidazione attiva.
Temperatura di transizione del nitruro di silicio a diverse pressioni parziali di ossigeno
perorazione
Le ceramiche di nitruro di silicio hanno un'elevata conduttività termica teorica e il contenuto di seconda fase e i difetti del reticolo, in particolare i difetti di ossigeno nel reticolo, hanno un grande impatto sulla conduttività termica della ceramica di nitruro di silicio. Pertanto, è molto importante studiare la resistenza all'ossidazione della polvere, la forma di ossigeno nel nitruro di silicio e il suo meccanismo di ossidazione.
(Materiale da Internet, intrusione)
