氮化硅结合碳化硅喷嘴的成形工艺研究*

和娇娇 王 萌 罗 娟 侯撑选

(咸阳陶瓷研究设计院有限公司 陕西 咸阳 712000)

前言

氮化硅结合碳化硅材料是以SiC和Si为主要组分，加入添加剂所制成的试样，在氮化炉中通入纯度为99.99%氮气进行氮化烧结，在合适的温度制度下试样氮化烧结成为氮化硅结合碳化硅材料。

氮化硅结合碳化硅复合材料的反应烧结是一个放热反应，所以Si既是原材料组分，也是助烧剂。Si的存在降低了热量的供给，使得合成温度可在相对较低的温度下进行，从而可以降低生产成本。

最新的研究表明，经过对试样的显微结构分析和反应热力学分析，在材料中的氮化硅是以纤维状和柱状两种形态存在，认为Si的氧化是由于氮气不是100%的纯净，其中有少量O2存在，装窑过程也是在通常环境下进行，然后再抽真空并注入氮气置换，但窑炉难以做到百分百的封闭，所以窑炉升温过程中Si首先被氧化成SiO，降低了体系中得氧分压，当氧分压足够低时，Si与N2直接形成柱状Si3N4，气态SiO也可以与N2反应生成氮化硅，这是一个气-气反应，故生成的Si3N4为纤维状。氮化反应前SiO主要分布于材料孔隙和表面，因此生成的氮化硅分布不均匀，导致了氮化硅结合碳化硅材料制品从表面到内部的结构不均匀。

氮化反应的热力学方程式为：

△G=-743 710+338.23 T

△G=-913 381+180.12 T

△G=1 834 100-488.1 T

其中△G为标准反应自由能；T为温度(K)

经过热力学计算可到：

△G=-445 090+767.60 T

从以上的反应热力学分析可以看出，一氧化硅和氮气的反应是容易进行的。由于是气-气反应，反应动力学上也同样容易进行，所以SiO与N2反应生成Si3N4的速度必然很快。……