窒化シリコンセラミック（SI3N4）は、優れた曲げ強度、熱衝撃耐性、酸およびアルカリ腐食抵抗および熱伝導率を持ち、航空宇宙、医療機器、電気自動車、その他の畑の重要な材料です。調査によると、窒化シリコンセラミックは理論的熱伝導率が高く、窒化シリコンは強力な共有結合化合物であり、その熱伝導率は格子熱振動に支配されており、セラミックの熱伝導率に影響する重要な要因は第2期の含有量であり、格子の欠陥、特に格子の酸素欠陥。 多孔質および粉末化された窒化シリコンの酸化挙動 動的な酸化雰囲気、多孔質および粉末状のサンプルは、窒化シリコンをより真剣に酸化します。 窒化シリコン粉末酸素には2つの形態があります。1つは表面にシリカ酸化物層を形成することであり、もう1つは窒化シリコン格子に入って酸素欠陥を形成することです。粉末調製プロセスでは、結晶格子内および粉末粒子の表面に吸着された酸素は約1wt％です。高温では、酸素が格子に溶け、窒素原子を置き換えてシリコン空室を形成し、酒子の伝播中に散乱センターを形成し、窒化シリコンの熱伝導率に影響を与えます。粉末の酸素含有量が低いほど、調製したセラミックの包括的な特性が良くなります。 Wang Yuelong et al。初期酸素含有量が1.21wt％で、573K-1273Kでさまざまな温度で酸化された窒化シリコン粉末が選択されています。 温度付き窒化シリコン粉末の酸素含有量の変動
結果は、窒化シリコン粉末が良好な酸化抵抗性を持ち、1073K未満の粉末の酸素含有量はほとんど増加せず、粉末の酸素含有量は1073Kから1273Kの間でゆっくりと増加し、酸素含有量は急激に増加します。 1273kで5Hと10Hを保持した後、窒化シリコン粉末の酸素含有量はそれぞれ2.01WT％と3.26WT％に増加し、表面酸化物層の厚さは0.45nmから1.05nmおよび2.31nmに増加しました。理論的計算とXPS検出を通じて、窒化シリコン粉末の格子酸素含有量は約0.5WT％です。
彼は、多孔質Si3N4の研究を通じて、大気圧静的空気大気の下で、多孔質Si3n4の酸化反応が非常に弱いことを発見しました。 800を超えると、明らかな酸化反応が見られます。 1000を超えると、酸化反応が強化され、体重増加率が加速され、表面および外側の細孔壁で好ましくあり、サンプルの内細孔で発生します。酸化反応は、界面の化学速度論によって制御されます。さらに、同じ温度で、動的酸化大気は、特に多孔質および粉末状のサンプルに対して、Si3N4の酸化を加速します。
酸化メカニズム
炭化シリコン材料と同様に、窒化シリコンの酸化メカニズムは、酸素の部分的な圧力と温度の違いを伴う活性酸化と受動的酸化メカニズムに分けられます。活性酸化とは、一酸化シリコンと窒素を生成するための窒化シリコンと酸素の反応を指します。受動的酸化メカニズムは遷移温度分析の基礎であるため、窒化シリコンの受動的酸化メカニズムを明確に理解する必要があります。反応式は次のとおりです。
活性酸化メカニズムの下での窒化シリコンの反応は主に式（1）であり、受動的酸化メカニズムの下での反応は主に式（2）です。一部の研究者は、実験で、パッシブ酸化メカニズムに反応が同時にある可能性があることを発見しました。さらに、反応方程式（4）は、SiO2とSi3N4の界面で発生する場合があります。
受動的酸化メカニズムの下での反応メカニズム
熱力学的計算により、Chen Siyuan et al。特定の温度と圧力での受動的酸化メカニズムの反応式（3）の割合（3）を研究し、NOとN2の比率が非常に小さいことを実験で発見したため、シリコンの受動的酸化メカニズムの反応は考慮されます。窒化は反応式のみです（2）。界面での温度と酸素の部分圧の増加は、NOの圧力を高めます。つまり、反応（3）の可能性が増加します。
高温と低酸素の部分圧の環境では、窒化シリコンは受動的酸化メカニズムから活性酸化メカニズムに変換され、SIOとN2を形成し、酸化膜が破壊され、酸化抗酸化メカニズムが失敗し、材料が除去され始めます。窒化シリコンの酸化抵抗は、アブレーション後に効果がなく、材料の波透過率が深刻な影響を受けます。したがって、窒化シリコンの酸化メカニズムが酸化抵抗と波透過率を研究するために非常に重要です。
同じ温度で、酸素の濃度が減少すると、窒化シリコンの酸化メカニズムが活性酸化に変化します。酸素の部分圧が一定で表面温度が上昇すると、酸化メカニズムは受動的酸化から活性酸化に変化します。
異なる酸素の下での窒化シリコンの遷移温度曲線は、Chen et al。によって得られました。この曲線は、酸化領域をパッシブ酸化領域と活性酸化領域に分割しました。
異なる酸素での窒化シリコンの遷移温度部分圧力
ペラ
窒化シリコンセラミックは理論的な熱伝導率が高く、第2相の含有量と格子の欠陥、特に格子の酸素欠陥は、窒化シリコンセラミックの熱伝導率に大きな影響を与えます。したがって、粉末の酸化抵抗、窒化シリコンでの酸素の形態、およびその酸化メカニズムを研究することが非常に重要です。
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