실리콘 질화물 세라믹 (SI3N4)은 굽힘 강도, 열 충격 저항, 산 및 알칼리 부식성 및 열전도율이 우수하며 항공 우주, 의료 기기, 전기 자동차 및 기타 분야의 핵심 재료입니다. 연구에 따르면 실리콘 질화물 세라믹은 이론적 열전도율이 높고, 질화 실리콘 질화물은 강한 공유 결합 화합물이며, 열전도도는 격자 열 진동에 의해 지배되며, 세라믹의 열전도도에 영향을 미치는 주요 요인은 두 번째 단계의 함량이며, 격자 결함, 특히 격자의 산소 결함. 다공성 및 분말 실리콘 질화물의 산화 거동 동적 산화 분위기, 다공성 및 분말 샘플은 실리콘 질화물 산화를보다 심각하게 만들게됩니다. 실리콘 질화물 분말 산소에는 두 가지 형태가 있으며, 하나는 표면에 산화 실리카이드 층을 형성하고, 다른 하나는 실리콘 질화물 격자로 들어가서 산소 결함을 형성하는 것입니다. 분말 제조 공정에서, 결정 격자 내부 및 분말 입자의 표면에서 흡착 된 산소는 약 1WT%이다. 고온에서, 산소는 격자에 용해되고 질소 원자를 대체하여 실리콘 공석을 형성하고, 포논 전파 동안 산란 중심을 형성하고 질화 실리콘의 열전도도에 영향을 미칩니다. 분말의 산소 함량이 낮을수록 준비된 도자기의 포괄적 인 특성이 더 좋습니다. Wang Yuelong et al. 초기 산소 함량이 1.21wt% 인 선택된 실리콘 질화물 분말은 흐르는 공기에서 573K-1273K에서 다른 온도에서 산화시켰다. 온도와 실리콘 질화물 분말의 산소 함량의 변화
결과는 실리콘 질화물 분말이 양호한 산화 저항성을 가지며, 1073K 미만의 분말의 산소 함량은 거의 증가하지 않으며 분말의 산소 함량은 1073K와 1273K 사이에서 천천히 증가하며 산소 함량은 1273K로 급격히 증가한다는 것을 보여줍니다. 1273K에서 5 시간 및 10 시간 동안 보유한 후, 질화 질화물 분말의 산소 함량은 각각 2.01wt% 및 3.26wt%로 증가하였고, 표면 산화물 층 두께는 0.45nm에서 1.05nm 및 2.31nm로 증가 하였다. 이론적 계산 및 XPS 검출을 통해 실리콘 질화물 분말의 격자 산소 함량은 약 0.5WT%입니다.
그는 대기압 정적 대기 대기 하에서 다공성 si3n4의 산화 반응이 매우 약하다는 다공성 si3n4의 연구를 통해 발견된다. 800 ℃ 이상에서, 명백한 산화 반응을 볼 수있다; 1000 ℃ 이상에서, 산화 반응이 강화되고, 체중 증가 속도가 가속되고, 표면과 외부 기공 벽에서, 그런 다음 샘플의 내부 기공에서 발생한다. 산화 반응은 계면에서 화학 동역학에 의해 제어된다. 또한, 동일한 온도에서, 동적 산화 분위기는 특히 다공성 및 분말 샘플에 대해 SI3N4의 산화를 가속화시킬 것이다.
산화 메커니즘
실리콘 카바이드 물질과 유사하게, 질화 실리콘의 산화 메커니즘은 산소 부분 압력 및 온도의 차이와 함께 활성 산화 및 수동 산화 메커니즘으로 나뉩니다. 활성 산화는 실리콘 질화물 및 산소의 반응을 의미하여 일산화 질소 및 질소를 생성한다. 수동 산화 메커니즘은 전이 온도 분석의 기초이므로, 질화 실리콘의 수동 산화 메커니즘을 명확하게 이해해야한다. 반응 공식은 다음과 같습니다.
활성 산화 메커니즘 하에서 실리콘 질화물의 반응은 주로 공식 (1)이며, 수동 산화 메커니즘 하의 반응은 주로 공식이다 (2). 일부 연구자들은 실험에서 수동 산화 메커니즘에 동시에 반응이있을 수 있음을 발견했다 (3). 또한, 반응 방정식 (4)은 SIO2 및 SI3N4의 인터페이스에서 발생할 수있다.
수동 산화 메커니즘 하의 반응 메커니즘
열역학적 계산에 의해 Chen Siyuan et al. 주어진 온도 및 압력에서 수동 산화 메커니즘에서 반응 공식 (3)의 비율을 연구하고 실험을 통해 NO 대 N2의 비율이 매우 작다는 실험을 통해 발견 될 수 있으므로 실리콘의 수동 산화 메커니즘의 반응이 고려 될 수 있습니다. 질화물은 반응식 (2) 일뿐입니다. 계면에서 온도 및 산소 부분 압력의 증가는 NO의 압력, 즉 반응 가능성 (3)의 가능성을 증가시킬 것이다.
고온 및 낮은 산소 부분 압력의 환경에서, 질화물은 수동 산화 메커니즘에서 활성 산화 메커니즘으로 변형되어 SIO 및 N2를 형성하고, 산화 필름이 파괴되고, 산화 메커니즘이 실패하고, 재료가 절제되기 시작한다. 질화 실리콘의 산화 저항은 절제 후 비효율적이며, 재료의 파동 투과율은 심각한 영향을 받는다. 따라서, 실리콘 질화물 변화의 산화 메커니즘이 산화 저항성 및 파 혈액 투과율을 연구하는 데 매우 중요합니다.
동일한 온도에서, 산소의 농도가 감소하면, 질화물의 산화 메커니즘은 활성 산화로 변화한다. 산소 부분 압력이 일정하고 표면 온도가 상승하면 산화 메커니즘은 수동 산화에서 활성 산화로 변합니다.
상이한 산소 부분 압력 하에서 질화 실리콘의 전이 온도 곡선은 Chen et al. 곡선은 산화 영역을 수동 산화 영역 및 활성 산화 영역으로 나누었다.
다른 산소 부분 압력에서 질화 실리콘의 전이 온도
결론
실리콘 질화물 세라믹은 높은 이론적 열전도율을 가지며, 제 2 상 함량 및 격자 결함, 특히 격자의 산소 결함은 실리콘 질화물 세라믹의 열전도율에 큰 영향을 미칩니다. 따라서, 분말의 산화성, 질화 실리콘의 산소 형태 및 산화 메커니즘을 연구하는 것이 매우 중요하다.
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