Proces výroby nitridu křemíku

Feb 27, 2025 Zanechat vzkaz

V závislosti na způsobu výroby lze produkty z nitridu křemíku rozdělit na produkty reakčního slinování, produkty lisování za tepla, produkty atmosférického slinování, produkty izostatického lisování a produkty reakčního opětovného vypalování. Mezi nimi je reakční slinování široce používanou metodou pro výrobu žáruvzdorných produktů z nitridu křemíku.

Metoda reakčního slinování umožňuje získat produkty z nitridu křemíku lisováním nebo izostatickým lisováním jemně mletého křemíkového prášku (velikost částic obvykle nepřesahuje 80 mikronů), sušením surového tělesa, zahřátím na 1350-1400 stupňů v dusíku a nitridací během procesu vypalování. Při tomto způsobu výroby mají na vlastnosti produktu velký vliv podmínky suroviny, proces výpalu a atmosféra.

Křemíkový prášek obsahuje mnoho nečistot jako Fe, Ca, Al, Ti atd. Fe je považováno za katalyzátor v reakčním procesu. Může podporovat difúzi křemíku, ale zároveň může způsobit defekty, jako jsou póry. Hlavní role Fe je jako přísada: může působit jako katalyzátor v reakčním procesu, podporovat tvorbu oxidového filmu SiO2 na povrchu produktu; tvoří železný-systém taveniny křemíku a dusík se rozpouští v kapalném FeSi2, čímž podporuje tvorbu -Si3N4. Pokud jsou však částice železa příliš velké nebo jejich obsah příliš vysoký, objeví se ve výrobku vady, jako jsou póry, které snižují jeho výkon. Typicky je množství přidaného železa 0-5 %. Nečistoty jako Al, Ca a Ti snadno tvoří s křemíkem nízké eutektikum. Vhodné množství aditiv může podporovat slinování a zlepšit výkonnost produktu.

Čím jemnější velikost částic křemíkového prášku, tím větší je specifický povrch a nižší teplota vypalování. V porovnání s větším silikonovým práškem obsahuje jemnější silikonový prášek více -Si3N4 v produktu. Snížení velikosti částic křemíkového prášku může snížit mikroskopickou velikost pórů v produktu. Vhodný poměr velikosti částic může zvýšit hustotu produktu.
 

Teplota má velký vliv na rychlost nitridace. Nitridační reakce začíná při teplotě 970-1000 stupňů a reakční rychlost se zrychluje při teplotě asi 1250 stupňů. Ve fázi vysoké teploty, protože se jedná o exotermickou reakci, pokud teplota rychle překročí bod tání křemíku (1420 stupňů), může dojít k toku křemíku a silné předlisky křemíkového prášku se roztaví a prasknou.