Proces výroby nitridu kremíka

Feb 27, 2025 Zanechajte správu

V závislosti od spôsobu výroby možno produkty nitridu kremíka rozdeliť na produkty reakčného spekania, produkty lisovania za tepla, produkty atmosférického spekania, produkty izostatického lisovania a produkty reakčného opätovného vypálenia. Medzi nimi je reakčné spekanie široko používanou metódou na výrobu žiaruvzdorných produktov z nitridu kremíka.

Metóda reakčného spekania umožňuje získať produkty z nitridu kremíka lisovaním alebo izostatickým lisovaním jemne mletého kremíkového prášku (veľkosť častíc zvyčajne nepresahuje 80 mikrónov), sušením surového telesa, zahrievaním na 1350-1400 stupňov v dusíku a nitridáciou počas procesu vypaľovania. Pri tomto spôsobe výroby majú podmienky suroviny, proces vypaľovania a atmosféra veľký vplyv na vlastnosti produktu.

Kremíkový prášok obsahuje veľa nečistôt ako Fe, Ca, Al, Ti atď. Fe sa považuje za katalyzátor v reakčnom procese. Môže podporovať difúziu kremíka, ale zároveň môže spôsobiť defekty, ako sú póry. Hlavnou úlohou Fe je ako prísada: môže pôsobiť ako katalyzátor v reakčnom procese, čím podporuje tvorbu oxidového filmu SiO2 na povrchu produktu; tvoria železo-systém taveniny kremíka a dusík sa rozpúšťa v tekutom FeSi2, čím podporuje tvorbu -Si3N4. Ak sú však častice železa príliš veľké alebo ich obsah príliš vysoký, vo výrobku sa objavia defekty ako póry, ktoré znížia jeho výkonnosť. Typicky je množstvo pridaného železa 0 až 5 %. Nečistoty ako Al, Ca a Ti ľahko tvoria s kremíkom nízke eutektikum. Vhodné množstvá prísad môžu podporiť spekanie a zlepšiť výkonnosť produktu.

Čím je veľkosť častíc kremíkového prášku jemnejšia, tým väčšia je špecifická plocha povrchu a tým nižšia je teplota vypaľovania. V porovnaní s väčším silikónovým práškom obsahuje jemnejší silikónový prášok viac -Si3N4 v produkte. Zníženie veľkosti častíc kremíkového prášku môže znížiť mikroskopickú veľkosť pórov v produkte. Vhodný pomer veľkosti častíc môže zvýšiť hustotu produktu.
 

Teplota má veľký vplyv na rýchlosť nitridácie. Nitridačná reakcia začína pri teplote 970-1000 stupňov a rýchlosť reakcie sa zrýchľuje pri teplote asi 1250 stupňov. V štádiu vysokej teploty, pretože ide o exotermickú reakciu, ak teplota rýchlo prekročí bod topenia kremíka (1420 stupňov), môže dôjsť k toku kremíka a silné predlisky kremíkového prášku sa roztopia a zlomia.