Proces přípravy nitridu křemíku.

Způsob výroby nitridu křemíku má významný vliv na krystalickou fázi, čistotu a kompaktnost materiálu. V závislosti na požadavcích aplikace mohou různé metody přípravy produkovat materiály z nitridu křemíku s různými vlastnostmi.

A. Metoda přímé nitridace
Přehled metodologie

Přímá nitridace - je proces, při kterém páry křemíku a dusík reagují za vysokých teplot za vzniku nitridu křemíku, obvykle při teplotách mezi 1400 °C a 1500 °C, za vzniku směsných fázových materiálů -Si₃N₄ a -Si₃N₄.

Řízení procesů a použitelné scénáře

Metoda přímé nitridace je vhodná pro výrobu ve velkém měřítku, ale vyžaduje přísnou kontrolu parametrů, jako je teplota, čistota dusíku a průtok, aby byla zajištěna jednotnost a kompaktnost produktu. Tato metoda je vhodná pro výrobu sypkých materiálů z nitridu křemíku, které jsou široce používány při výrobě průmyslové konstrukční keramiky.

B. Napařování (CVD)
princip

Chemická depozice z plynné fáze (CVD) - je proces, při kterém silan (SiH₄) a amoniak (NH₃) reagují za vysokých teplot za vzniku tenkých vrstev nitridu křemíku. Řízením podílu a rychlosti průtoku reakčního plynu lze získat filmy nitridu křemíku s rovnoměrnou tloušťkou a vysokou čistotou.

Výhody a nevýhody:

Tenké vrstvy nitridu křemíku vyrobené metodou CVD mají vysokou čistotu a vysokou kompaktnost, ale zařízení této metody je složité a drahé a je vhodné pro výrobu tenkých vrstev v polovodičích a mikroelektronických zařízeních.

C. Vysokotlaká nitridace
Princip činnosti a požadavky na vybavení

Metoda vysokotlaké nitridace zlepšuje hustotu a pevnost nitridu křemíku prováděním nitridační reakce při vysoké teplotě a vysokém tlaku. Vysokotlaké prostředí podporuje reakci křemíku a dusíku a zkracuje reakční dobu.

Tato metoda je vhodná pro výrobu strukturní keramiky s vysokou hustotou a často se používá při přípravě materiálů z nitridu křemíku s vysokými požadavky na pevnost, jako jsou vysoce výkonná ložiska a řezné nástroje, ale požadavky na zařízení jsou vysoké, náklady na přípravu jsou vysoké a je vhodný pro výrobu produktů s vysokou přidanou hodnotou.

D. Samo se šířící vysokoteplotní syntéza (SHS)
Přehled metodologie

Samovolně se množící vysokoteplotní syntéza (SHS) využívá vlastnosti samo se šířících se chemických reakcí k vytvoření vysokých teplot zapálením k podpoře spontánní nitridační reakce za vzniku prášku nitridu křemíku.

Charakteristiky procesu

Metoda SHS má vysokou rychlost reakce a nízkou spotřebu energie, ale stabilitu a rovnoměrnost reakce je obtížné kontrolovat. Tato metoda je vhodná pro velkosériovou výrobu práškových materiálů a používá se především pro aplikace, jako je plnění materiálu a prášková atomizace.