La cerámica de nitruro de silicio (SI3N4) tiene una excelente resistencia a la flexión, resistencia al choque térmico, resistencia a la corrosión ácida y alcalina y una conductividad térmica, y es un material clave en aeroespaciales, dispositivos médicos, vehículos eléctricos y otros campos. La investigación muestra que la cerámica de nitruro de silicio tiene una alta conductividad térmica teórica, el nitruro de silicio es un fuerte compuesto de enlace covalente, y su conductividad térmica está dominada por la vibración térmica de la red, y los factores clave que afectan la conductividad térmica de las cerámicas son el contenido de la segunda fase y Defectos de la red, especialmente los defectos de oxígeno en la red. Comportamiento de oxidación del nitruro de silicio poroso y en polvo La atmósfera de oxidación dinámica, la muestra porosa y en polvo hará que el nitruro de silicio se oxida más en serio. Hay dos formas de oxígeno de polvo de nitruro de silicio, una es formar una capa de óxido de sílice en la superficie, y la otra es ingresar a la red de nitruro de silicio para formar defectos de oxígeno. En el proceso de preparación de polvo, el oxígeno adsorbido dentro de la red de cristal y en la superficie de las partículas de polvo es de aproximadamente 1WT%. A altas temperaturas, el oxígeno se disuelve en la red y reemplaza los átomos de nitrógeno para formar vacantes de silicio, formando centros de dispersión durante la propagación de fonones y afectando la conductividad térmica del nitruro de silicio. Cuanto menor sea el contenido de oxígeno del polvo, mejores serán las propiedades integrales de la cerámica preparada. Wang Yuelong et al. El polvo de nitruro de silicio seleccionado con un contenido de oxígeno inicial de 1.21WT% y lo oxidó a diferentes temperaturas a 573K-1273K en aire fluido. Variación del contenido de oxígeno del polvo de nitruro de silicio con temperatura
Los resultados muestran que el polvo de nitruro de silicio tiene una buena resistencia a la oxidación, el contenido de oxígeno del polvo por debajo de 1073K casi no hay aumento, el contenido de oxígeno del polvo aumenta lentamente entre 1073k y 1273k, y el contenido de oxígeno aumenta bruscamente a 1273K. Después de mantener a 1273k durante 5h y 10 h, el contenido de oxígeno del polvo de nitruro de silicio aumentó a 2.01WT% y 3.26WT%, respectivamente, y el espesor de la capa de óxido superficial aumentó de 0.45 nm a 1.05 nm y 2.31Nm. A través del cálculo teórico y la detección de XPS, el contenido de oxígeno en red del polvo de nitruro de silicio es de aproximadamente 0.5WT%.
Fengmei encontró a través del estudio de Si3N4 poroso que bajo la atmósfera de aire estático de presión atmosférica, la reacción de oxidación de Si3N4 poroso es muy débil; Por encima de 800 ℃, se puede ver la reacción de oxidación obvia; Por encima de 1000 ℃, la reacción de oxidación se intensifica y la velocidad de aumento de peso se acelera, y se produce preferentemente en la superficie y la pared de los poros externos, y luego en los poros internos de la muestra. La reacción de oxidación está controlada por cinética química en la interfaz. Además, a la misma temperatura, la atmósfera de oxidación dinámica acelerará la oxidación de Si3N4, especialmente para muestras porosas y en polvo.
Mecanismo de oxidación
Similar a los materiales de carburo de silicio, el mecanismo de oxidación del nitruro de silicio se divide en oxidación activa y mecanismo de oxidación pasiva con la diferencia de presión y temperatura parcial de oxígeno. La oxidación activa se refiere a la reacción de nitruro de silicio y oxígeno para producir monóxido de silicio y nitrógeno. El mecanismo de oxidación pasiva es la base del análisis de la temperatura de transición, por lo que es necesario tener una comprensión clara del mecanismo de oxidación pasiva de nitruro de silicio. La fórmula de reacción es la siguiente:
La reacción del nitruro de silicio bajo el mecanismo de oxidación activa es principalmente la fórmula (1), y la reacción bajo el mecanismo de oxidación pasiva es principalmente fórmula (2). Algunos investigadores encontraron en el experimento que puede haber una reacción (3) en el mecanismo de oxidación pasiva al mismo tiempo. Además, la ecuación de reacción (4) puede ocurrir en la interfaz de SiO2 y SI3N4.
Mecanismo de reacción bajo mecanismo de oxidación pasiva
Por cálculo termodinámico, Chen Siyuan et al. estudió la proporción de la fórmula de reacción (3) en el mecanismo de oxidación pasiva a una temperatura y presión dada, y se encontró a través de los experimentos que la relación de NO a N2 fue muy pequeña, por lo que se puede considerar que la reacción del mecanismo de oxidación pasiva de la silicio El nitruro es solo la fórmula de reacción (2). El aumento de la temperatura y la presión parcial de oxígeno en la interfaz aumentará la presión del NO, es decir, la posibilidad de reacción (3) aumentará.
En el entorno de alta temperatura y baja presión parcial de oxígeno, el nitruro de silicio se transforma del mecanismo de oxidación pasiva al mecanismo de oxidación activa, formando SIO y N2, se destruye la película oxidante, el mecanismo antioxidación falla y el material comienza a ablate. La resistencia a la oxidación del nitruro de silicio es ineficaz después de la ablación, y la transmitancia de onda del material se ve seriamente afectada. Por lo tanto, la región donde cambia el mecanismo de oxidación del nitruro de silicio es muy importante para estudiar su resistencia a la oxidación y transmitancia de onda.
A la misma temperatura, cuando disminuye la concentración de oxígeno, el mecanismo de oxidación del nitruro de silicio cambia a la oxidación activa. Cuando la presión parcial de oxígeno es constante y la temperatura de la superficie aumenta, el mecanismo de oxidación cambia de oxidación pasiva a oxidación activa.
Chen et al. Obtuvo la curva de temperatura de transición de nitruro de silicio bajo una presión parcial de oxígeno diferente. La curva dividió la región de oxidación en la región de oxidación pasiva y la región de oxidación activa.
Temperatura de transición del nitruro de silicio a diferentes presiones parciales de oxígeno
perorata
La cerámica de nitruro de silicio tiene una alta conductividad térmica teórica, y el contenido de la segunda fase y los defectos de la red, especialmente los defectos de oxígeno en la red, tienen un gran impacto en la conductividad térmica de la cerámica de nitruro de silicio. Por lo tanto, es muy importante estudiar la resistencia a la oxidación del polvo, la forma de oxígeno en el nitruro de silicio y su mecanismo de oxidación.
(Material de Internet, intrusión)
