A cerâmica de nitreto de silício (SI3N4) possui excelente resistência à flexão, resistência ao choque térmico, resistência à corrosão ácida e alcalina e condutividade térmica e é um material chave em aeroespacial, dispositivos médicos, veículos elétricos e outros campos. A pesquisa mostra que a cerâmica de nitreto de silício tem alta condutividade térmica teórica, o nitreto de silício é um forte composto de ligação covalente e sua condutividade térmica é dominada pela vibração térmica da treliça, e os principais fatores que afetam a condutividade térmica da cerâmica são o conteúdo da segunda fase e Defeitos de treliça, especialmente os defeitos de oxigênio na rede. Comportamento de oxidação de nitreto de silício poroso e em pó A atmosfera dinâmica de oxidação, a amostra porosa e em pó tornará o nitreto de silício oxidado mais seriamente. Existem duas formas de oxigênio em pó de nitreto de silício, uma é formar uma camada de sílica óxido na superfície e a outra é entrar na rede de nitreto de silício para formar defeitos de oxigênio. No processo de preparação em pó, o oxigênio adsorvido dentro da rede de cristal e na superfície das partículas de pó é de cerca de 1Wt%. Em altas temperaturas, o oxigênio se dissolve na treliça e substitui os átomos de nitrogênio para formar vagas de silício, formando centros de espalhamento durante a propagação do fônon e afetando a condutividade térmica do nitreto de silício. Quanto menor o teor de oxigênio do pó, melhor as propriedades abrangentes da cerâmica preparada. Wang Yuelong et al. O nitreto de silício selecionado em pó com um teor de oxigênio inicial de 1,21wt% e oxidou-o em diferentes temperaturas a 573k-1273k no ar fluido. Variação do teor de oxigênio do pó de nitreto de silício com temperatura
Os resultados mostram que o pó de nitreto de silício tem boa resistência a oxidação, o teor de oxigênio do pó abaixo de 1073k quase não aumenta, o teor de oxigênio do pó aumenta lentamente entre 1073K e 1273K e o teor de oxigênio aumenta acentuadamente para 1273K. Depois de manter a 1273k por 5h e 10h, o teor de oxigênio do pó de nitreto de silício aumentou para 2,01wt% e 3,26wt%, respectivamente, e a espessura da camada de óxido superficial aumentou de 0,45 nm para 1,05Nm e 2,31Nm. Através do cálculo teórico e da detecção de XPS, o teor de oxigênio da rede do pó de nitreto de silício é de cerca de 0,5wt.
Ele Fengmei descobriu através do estudo de Si3N4 poroso que, sob a atmosfera estática da pressão atmosférica, a reação de oxidação do Si3N4 porosa é muito fraca; Acima de 800 ℃, a reação óbvia de oxidação pode ser vista; Acima de 1000 ℃, a reação de oxidação é intensificada e a taxa de ganho de peso é acelerada e ocorre preferencialmente na superfície e na parede de poros externos e, em seguida, nos poros internos da amostra. A reação de oxidação é controlada pela cinética química na interface. Além disso, na mesma temperatura, a atmosfera dinâmica de oxidação acelerará a oxidação do SI3N4, especialmente para amostras porosas e em pó.
Mecanismo de oxidação
Semelhante aos materiais de carboneto de silício, o mecanismo de oxidação do nitreto de silício é dividido em oxidação ativa e mecanismo de oxidação passiva com a diferença de pressão e temperatura parcial de oxigênio. Oxidação ativa refere -se à reação do nitreto de silício e do oxigênio para produzir monóxido de silício e nitrogênio. O mecanismo de oxidação passiva é a base da análise de temperatura de transição; portanto, é necessário ter um entendimento claro do mecanismo de oxidação passiva do nitreto de silício. A fórmula da reação é a seguinte:
A reação do nitreto de silício sob o mecanismo de oxidação ativo é principalmente a fórmula (1), e a reação sob o mecanismo de oxidação passiva é principalmente a fórmula (2). Alguns pesquisadores descobriram no experimento que pode haver reação (3) no mecanismo de oxidação passiva ao mesmo tempo. Além disso, a equação da reação (4) pode ocorrer na interface de SiO2 e Si3N4.
Mecanismo de reação sob mecanismo de oxidação passiva
Por cálculo termodinâmico, Chen Siyuan et al. estudou a proporção da fórmula da reação (3) no mecanismo de oxidação passiva a uma determinada temperatura e pressão, e descobriu através de experimentos que a proporção de NO para N2 era muito pequena, portanto, pode -se considerar que a reação do mecanismo de oxidação passiva do silício O nitreto é apenas a fórmula de reação (2). O aumento da temperatura e pressão parcial de oxigênio na interface aumentará a pressão do NO, ou seja, a possibilidade de reação (3) aumentará.
No ambiente de alta temperatura e baixa pressão parcial de oxigênio, o nitreto de silicone se transforma do mecanismo de oxidação passiva para o mecanismo de oxidação ativo, formando SiO e N2, o filme oxidante é destruído, o mecanismo de antioxidação falha e o material começa a diminuir. A resistência da oxidação do nitreto de silício é ineficaz após a ablação, e a transmitância das ondas do material é seriamente afetada. Portanto, a região onde o mecanismo de oxidação das alterações de nitreto de silício é muito importante para estudar sua resistência a oxidação e transmitância de ondas.
Na mesma temperatura, quando a concentração de oxigênio diminui, o mecanismo de oxidação do nitreto de silício muda para a oxidação ativa. Quando a pressão parcial do oxigênio é constante e a temperatura da superfície aumenta, o mecanismo de oxidação muda da oxidação passiva para a oxidação ativa.
A curva de temperatura de transição do nitreto de silício sob diferente pressão parcial de oxigênio foi obtida por Chen et al. A curva dividiu a região de oxidação na região de oxidação passiva e na região de oxidação ativa.
Temperatura de transição do nitreto de silício em diferentes pressões parciais de oxigênio
peroração
A cerâmica de nitreto de silício tem alta condutividade térmica teórica, e o conteúdo da segunda fase e os defeitos da rede, especialmente os defeitos de oxigênio na treliça, têm um grande impacto na condutividade térmica da cerâmica de nitreto de silício. Portanto, é muito importante estudar a resistência a oxidação do pó, a forma de oxigênio no nitreto de silício e seu mecanismo de oxidação.
(Material da Internet, intrusão)
