水蒸氣對氮化燒成硅碳棒的影響
2023-07-26 17:34:47 點擊：
文獻指出，利用硅和氮直接合成氮化硅，并利用其作為結合相生成Si3NQC硅碳棒時，要仗硅粉完全氮化，必須把氮化爐氣氛控制的很嚴格:要求含氮量在17x10一4以下，含水量在70x10以下。因此燒結中應采用高純氮氣，當氮氣中氣氛和水蒸氣含量過高時，將惡化氮化后產品的量。
當氮化爐中水蒸氣濃度過高時，產品的理化指標與正常條件下氮化的產品存在較大的差距，見表3。氮化爐中水蒸氣濃度過高時，造成產品質量惡化的原因是高溫下水蒸氣作為一種氧化劑參與了一系列化學反應，當氮化爐內溫度達到800℃以上時，水蒸氣會使生成的Si3Na受到破壞，析出方石英形態的二氧化硅S13凡+6H20--3SiOz+4NH,1因此，水蒸氣的存在阻礙了Si3NQ一SiC纖維的生長發育，對于S131V,一S1C硅碳棒而言，硅碳棒性能的好壞主要取決于硅和氮的合成反應以及碳化硅顆粒被氮化硅纖維結合的程度。當氮化爐內水蒸氣濃度過大時，不僅硅的氮化受阻，而且生成的氮化硅又遭破壞，加之游離硅和二氧化硅大量存在，必然給產品的理化性能，特別是熱震穩定性帶來不良影響。氣氛含最的影響在硅、氮合成反應中，氧氣能使硅粉表面生成二氧化硅，嚴重的影響了氮化的進行，當表面硅粉氧化后，使樣品表面生成了二氧化硅釉層，氧氣很難通過二氧化硅層進人試樣內，同時減少了氮化硅的生成量，降低了硅碳棒的高溫力學性能。最終反應溫度的影響在Si3NQ結合SiC材料的燒結過程中，最終氮化溫度的選擇至關重要。硅的氮化反應速度與氮化溫度有著密切的聯系，表現在氮化反應速度取決于氮氣的擴散速度，而氮氣的擴散速度與溫度滿足:(珠)。=1.2x10一6exp(一233/RT)/s(DN)P=S.Sx10一xexp(一771/RT)/s式中，(DN)p為氮氣在p氮化硅中的擴散系數;:(DN)。為氮氣在。氮化硅中的擴散系數;R為氣體常數;T為溫度。可見隨溫度升高，反應速率加快，在硅熔點以上比硅熔點以下快的多，在同一溫度下，氮化率與時間的關系是符合拋物線關系的。因此，若氮化溫度過低，則反應大大減緩以至于反應不完全。(團譴著溫度的升高，坯體中液相量增加，尤其當反應溫度高于硅熔點1413℃時，由于液相的存在促使了卜氮化硅的大量形成基體氮化硅中。相的含量會逐漸減少。SEM觀察表明，138090燒成的樣品中存在大量纖維狀的。氮化硅互相纏結在一起，而145090燒成的硅碳棒中則存在大量塊狀的P_氮化硅，由于顯微結構的差異造成p相的強度明顯低于a相強度。因此在保證必要的氮化速度和反應完全的情況下，應盡量降低氮化溫度以有利于a氮化硅的生長。在氮化硅結合硅碳棒的燒結過程中，關鍵取決于影響氮化反應的因素，嚴格控制這些因素，才能得到理化性能良好的產品。soogo.com.cn
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