ما هي المواد التي ينتمي إليها السيراميك السيليكون؟ خصائص الأداء والتطبيقات

تتمتع سيراميك نيتريد السيليكون (SI3N4) بقوة الانحناء ، ومقاومة الصدمة الحرارية ، ومقاومة التآكل الحمضية والقلوية والتوصيل الحراري ، وهي مادة رئيسية في الفضاء والأجهزة الطبية والسيارات الكهربائية وغيرها من الحقول. تشير الأبحاث إلى أن السيراميك النيتريد السيليكون له الموصلية الحرارية النظرية العالية ، والنيتريد السيليكون هو مركب رابط تساهمي قوي ، وأن الموصلية الحرارية تهيمن عليها الاهتزاز الحراري الشبكة ، والعوامل الرئيسية التي تؤثر على الموصلية الحرارية للسيراميك هي محتوى المرحلة الثانية و عيوب شعرية ، وخاصة عيوب الأكسجين في الشبكة.

سلوك الأكسدة من نيتريد السيليكون المسامي والمسحوق

الغلاف الجوي للأكسدة الديناميكية ، عينة مسامية ومسامية تجعل نيتريد السيليكون مؤكسد أكثر على محمل الجد.

هناك نوعان من أكسجين مسحوق نيتريد السيليكون ، أحدهما لتشكيل طبقة أكسيد السيليكا على السطح ، والآخر هو الدخول إلى شبكة نيتريد السيليكون لتشكيل عيوب الأكسجين. في عملية تحضير المسحوق ، يتم امتصاص الأكسجين داخل الشبكة البلورية وعلى سطح جزيئات المسحوق حوالي 1WT. في درجات حرارة عالية ، يذوب الأكسجين في الشبكة ويحل محل ذرات النيتروجين لتشكيل شواغر السيليكون ، ويشكل مراكز الانتثار أثناء انتشار الفونون ويؤثر على الموصلية الحرارية لنيتريد السيليكون. كلما انخفض محتوى الأكسجين في المسحوق ، كان الخصائص الشاملة للسيراميك المعد أفضل.

وانغ يويونج وآخرون. مسحوق نيتريد السيليكون المختار مع محتوى الأوكسجين الأولي من 1.21WT ٪ وأكسده في درجات حرارة مختلفة عند 573K-1273K في الهواء المتدفق.

تباين محتوى الأكسجين من مسحوق نيتريد السيليكون مع درجة الحرارة

أظهرت النتائج أن مسحوق نيتريد السيليكون يحتوي على مقاومة جيدة للأكسدة ، ومحتوى الأكسجين للمسحوق أقل من 1073 كيلو تقريبًا لا زيادة ، ويزيد محتوى الأكسجين في المسحوق ببطء بين 1073 كيلو و 127 كيلو بايت ، ويزيد محتوى الأكسجين بحدة إلى 1273 كيلو. بعد الاحتفاظ عند 1273k لمدة 5 ساعات و 10 ساعات ، زاد محتوى الأكسجين من مسحوق نيتريد السيليكون إلى 2.01WT ٪ و 3.26WT ٪ ، على التوالي ، وزاد طبقة أكسيد السطح من 0.45nm إلى 1.05nm و 2.31nm. من خلال الحساب النظري واكتشاف XPS ، يبلغ محتوى الأكسجين الشبكي من مسحوق نيتريد السيليكون حوالي 0.5WT.

لقد وجد Fengmei من خلال دراسة SI3N4 التي يسهل اختراقها أنه تحت الغلاف الجوي للهواء الثابت في الغلاف الجوي ، فإن تفاعل أكسدة SI3N4 المسامي ضعيف للغاية ؛ فوق 800 ℃ ، يمكن رؤية تفاعل الأكسدة الواضح ؛ فوق 1000 ℃ ، يتم تكثيف تفاعل الأكسدة ، ويتم تسريع معدل زيادة الوزن ، ويفضل أن يحدث على جدار المسام السطحي والخارجي ، ثم في المسام الداخلية للعينة. يتم التحكم في تفاعل الأكسدة بواسطة الحركية الكيميائية في الواجهة. بالإضافة إلى ذلك ، في نفس درجة الحرارة ، سوف يسرع جو الأكسدة الديناميكية أكسدة SI3N4 ، خاصة بالنسبة للعينات المسامية والمسحوق.



آلية الأكسدة
على غرار مواد كربيد السيليكون ، تنقسم آلية أكسدة نيتريد السيليكون إلى أكسدة نشطة وآلية الأكسدة السلبية مع اختلاف الضغط الجزئي للأكسجين ودرجة الحرارة. يشير الأكسدة النشطة إلى تفاعل نيتريد السيليكون والأكسجين لإنتاج أول أكسيد السيليكون والنيتروجين. آلية الأكسدة السلبية هي أساس تحليل درجة حرارة الانتقال ، لذلك من الضروري أن يكون لديك فهم واضح لآلية الأكسدة السلبية لنيتريد السيليكون. صيغة التفاعل هي كما يلي:

تفاعل نيتريد السيليكون تحت آلية الأكسدة النشطة هو بشكل أساسي الصيغة (1) ، وتفاعل التفاعل تحت آلية الأكسدة السلبية هو الصيغة بشكل أساسي (2). وجد بعض الباحثين في التجربة أنه قد يكون هناك رد فعل (3) في آلية الأكسدة السلبية في نفس الوقت. بالإضافة إلى ذلك ، قد تحدث معادلة التفاعل (4) في واجهة SiO2 و SI3N4.

آلية التفاعل تحت آلية الأكسدة السلبية
عن طريق الحساب الديناميكي الحراري ، تشن سيوان وآخرون. درس نسبة صيغة التفاعل (3) في آلية الأكسدة السلبية في درجة حرارة وضغط معينين ، ووجدت من خلال تجارب أن نسبة NO إلى N2 كانت صغيرة جدًا ، لذلك يمكن اعتبارها أن تفاعل آلية الأكسدة السلبية للسيليكون النيتريد هو فقط صيغة رد الفعل (2). زيادة درجة الحرارة والضغط الجزئي للأكسجين في الواجهة ستزيد من ضغط NO ، أي أن إمكانية التفاعل (3) ستزداد.

في بيئة ارتفاع درجة الحرارة وانخفاض الضغط الجزئي للأوكسجين ، يتحول نيتريد السيليكون من آلية الأكسدة السلبية إلى آلية الأكسدة النشطة ، وتشكيل SIO و N2 ، يتم تدمير الفيلم المؤكسد ، وفشل آلية مضادة للأكسدة ، وتبدأ المواد في الإلغاء. مقاومة أكسدة نيتريد السيليكون غير فعالة بعد الاجتثاث ، ويتأثر نقل الموجة للمادة بشكل خطير. لذلك ، فإن المنطقة التي تتغير فيها آلية أكسدة نيتريد السيليكون مهمة للغاية لدراسة مقاومة الأكسدة ونقل الموجة.

في نفس درجة الحرارة ، عندما يتناقص تركيز الأكسجين ، تتغير آلية أكسدة نيتريد السيليكون إلى الأكسدة النشطة. عندما يكون الضغط الجزئي للأوكسجين ثابتًا وارتفع درجة حرارة السطح ، تتغير آلية الأكسدة من الأكسدة السلبية إلى الأكسدة النشطة.

تم الحصول على منحنى درجة حرارة الانتقال من نيتريد السيليكون تحت ضغط جزئي الأكسجين المختلفة بواسطة Chen et al. قام المنحنى بتقسيم منطقة الأكسدة إلى منطقة الأكسدة السلبية ومنطقة الأكسدة النشطة.

درجة حرارة انتقالية نيتريد السيليكون في ضغوط جزئية للأكسجين المختلفة

peroration

تحتوي السيراميك على نيتريد السيليكون على الموصلية الحرارية النظرية العالية ، كما أن محتوى المرحلة الثانية وعيوب الشبكة ، وخاصة عيوب الأكسجين في الشبكة ، لها تأثير كبير على الموصلية الحرارية لسيراميك نيتريد السيليكون. لذلك ، من المهم للغاية دراسة مقاومة الأكسدة للمسحوق ، وشكل الأكسجين في نيتريد السيليكون وآلية الأكسدة.

(مادة من الإنترنت ، التسلل)